航模发动机大全

目录 第一章 概述 第二章 发动机基础知识 点火 冲程及 工作循环 第三章 发动机基础知识 续 第四章 市面上的发动机 第五章 电热塞 第六章 燃料 润滑 燃烧与冷却 第七章 消音器 邻里关系 背压与温度 第八章 所需工具设备 第九章 实际操作运行 第十章 常用安装固定方法 第十一章 油箱与油门控制 第十二章 化油器 第十三章 确保清洁 确保飞行 第十四章 活塞环 主轴承和螺旋桨桨垫 第十五章 炸机之后 第十六章 大修与清理积炭 第十七章 摇臂与阀门的调整 第十八章 如何拆装 OS 四冲程发动机 第十九章 如何拆装 ENYA 四冲程发动机 第二十章 如何拆装 SAITO 四冲程发动机 第二十一章 经验与窍门 第二十二章 谐振排气管与燃料泵 第一章 概述 第一章对我们这几个作者以及本书所涉及的内容做一个简介 我们 这套黄色封面的航模 实用知识丛书对大多数航模爱好者而言都不会感到 陌生 不少人可能已经有了这其中的好几 本了 写丛书中前两本书的时 候 离个人电脑的出现还差好多年呢 书是手写 然后再用打 字机打字 的 那时候写作可完全不像现在这样容易轻松 不过 这不正可以说明 我们帮助像 您这样的航模爱好者的历史已经颇有年头了么 在本书 发 动机知识大全 问世之前 已出 版有十一本书了 而每本书的销售量都 逐年增长 因此 以往鉴来 我们有理由相信 本书 也必然能达到预 期的目的 要想让所写的书广受欢迎 如后所言 其实并无秘诀 尽管我们这 些作者都应该算是航 模的行家里手 但是没人能做到无所不知 无所不 晓 为此 我们建立了一个由知识广博的 航模爱好者 发动机专家和业 内人士组成的智囊团 从他们那里汲取了很多营养 这个智囊 团的人数 还在不断地扩充 在此 我们也向他们表示感谢 感谢他们为此做出的 贡献 取得 真经还只是成功之路的一半而已 另一半则依赖于我们能否 把这些内容清晰地表达出来 如 果读者不能明白理解的话 再好的题材 内容也等于乌有 而 明了的表达方式 莫过于采用 精心拍摄的 只需 配以简短说明的照片了 在本书中 为了表达得完整清晰 采用了 900 多幅照片 每幅照片都有编号 以便于在正文中引用 我们确信 诸位 读者在阅读这些注有 照片编号的内容时 必定不会有任何困难 试读下 句 照片 1 中是一台 OS 四缸四冲程发动 机 而照片 4 11 14 中的内容也 很有意思 值得放大仔细欣赏 在写作过程中 我们邀请了 一些普通的 航模爱好者来试读这些文字及编有标号的照片 以便确定他们能否透彻 理解本书 的内容 假如这些读者觉得书中的表述不够清晰 我们就一改 再改 直至大家满意为止 我 们这套丛书的成功秘方就是 专业知识 清晰阐述 在对我们这套丛书进行了一番简介之后 我们再来稍微介绍一下我们 这本书的主题 航模发动机 Fox 是 早批量生产航模发动机的生产厂家 其著名产品 35 直到现在 接 近 50 年后 还仍然在航模界占有一席之地 照片 2 中的那台发动机就是 我在 1953 年购买 的 直到现在 我还不时用它飞一下 而其表现始终不俗 照片 3 中 展示的则是该型的 新产品 当然 Fox 35 只是一个特例 不能算是普遍规律 时代的确在 变迁 多年前我们 写第一本关于发动机的书的时候 发动机的品种还比较少 而现在 无论是航模发动机的 生产厂家 发动机的大小 还是复杂程度 可供的选择 用我儿子的话 说 那称得上是 超 多 照片 5 10 中所列举的 只是航模发动机的部分产地而已 市售的发 动机 小到可以用 在微型模型上 大 则几乎能用在载人的超轻型飞机上 通过照片 12 我们可以看到市售 发动机的尺寸范围有多大 本章内提到的发动机 有的十分复杂 有的 则只有为数不多的几 个运动部件 但是你很快就会意识到 尽管发动机的质量有的很好 有 的一般 但是在一位 行家手里 其实都能运转良好 这本书就是要教你如何成为这样一位行 家里手的 本书可以大致上分为若干个主要部分 每个部分也许只有一章 也 许是由若干章组成 根据读者的具体情况 尽可以调整阅读顺序 先读后面的章节 比如第 八 第九章介绍的是 如何调整发动机 保证首飞能够成功 如果没有其它的什么问题 急于 去飞的初学者可以先 从这一部分开始阅读 第二至第四章则带着你进入各种发动机的内部 去了解它们的运行原 理 在这一部分中 还讨论了各种常见设计的优缺点 以帮助你在应用 中合理选用 第五 第六和第七章则从实用的角度介绍了发动机的燃烧过程 以帮助你取得 发动机的 佳可靠性 及 佳性能 发动机 油箱和控制部分都必须要合理安装 为此 我们 撰写了第十和第十一 章 以便你了解什么是合理的安装 以及如何进行合理的安装 化油器 的调整和维护是发动 机使用中 重要的一环 第十二章的内容则使你能正确地处理几乎各型 发动机 每位航模爱 好者迟早都需要对发动机及其零部件进行清洗和拆装 第十三章至第十 六章介绍的就是这部 分工作 接下来的第十七章至第二十章 则把上一部分的内容扩展到了 四冲程发动机 在撰 写本书的 后阶段 我又添加了一段虽短但很重要的内容 第二十一章 其中介绍了一些比 较困难的关于维护和维修方面的内容 在本书的结尾 后一章则是有 关谐振排气管的 在书的前言或概述中 作者一般都会去感谢那些为书的诞生做出过贡献 的人 此时 我也要 感谢对本书做出贡献的人 并在此将他们的姓名一一列 出 Todd Smith Jim Higley LeRoy Cordes 和 Lynn Engel 审阅了本书的书稿 并提出了很多有益的建议 我们一直希望本套丛 书中各书之间能够保持一 个统一的风格 Jim Harris 绘制的引人入胜的封面则不仅有助于实 现这一 点 而且已然成为这套丛书的标志了 每一位摄影者都离不开摄影过程的 另外一半儿 暗室工作 本书中出现的 还包括很多 终没有被选用 的 照片 都是 Dave Anderson 洗印的 我的妻子 Cora 忍受了无数小时 炽热灯光的烘烤 举着发动机 摆出照片中要求的 动作 很多人为本书 的表述与排版做了很多工作 还有很多人提供了关于发动机的有益见解 如果把这些航模发动机专家的名字都列在这里的话 名单就太长了 因 此 我将在后面涉及 到他们提供帮助的内容处再一一表示感谢 第二章 发动机基础知识 点火 冲程及工作循环 简介 差不多每个家庭都至少会有一辆汽车 也多半会有一台以汽油发动机为 动力的剪草机或草坪 打边机 这些日常用品的使用经验无疑是我们使用 和维护航模发动机所需知识的良好基础 但是我们在此假设你的知识目 前只是到此为止 第二和第三章介绍了活塞式发动机中与我们 小型航模 发动机相关的基本原理 零件 照片 15 与 16 显示的是将简单的和中等复杂程度的各一台发动机分解后 的情况 照片的目 的 只是希望能对你前期的阅读有所帮助 如果文章中提到了一个陌生 的零部件名称 你就 可以利用照片来查找 零件大致是按横行排列 其编号则从左至右增大 每张照片附两张表 一张按零件编号排序 另一张则按零件名称排序 这样 不管什么零件 查找起来就都会比 较方便了 化油器本身构造复杂 我们将来要单独讨论 因此 这部分 的零部件将在第十二 章单独列出 点火与燃烧 K B 制造公司为我们提供了若干台发动机 我们把它们剖开 看一看它 们内部是怎么工作 的 我们先来看一看照片 31 34 从照片中我们可以看到 当活塞向上运 动时 活塞正上方 的空间 称作燃烧室 它的容积减小了 由于在活塞向上运动的过程 中 气体被压缩 因此 气体的温度升高 当活塞接近汽缸的顶端时 燃烧室中的混合气 其中混有燃料 通 常为甲醇 开始燃烧 受限的气体燃烧升温后 对限制它的容器压力增 大 此时 高温 燃 烧着的燃料混合气迫使活塞向下移动 所有的航模活塞发动机的原理都 是如此 只不过实现 的方法各有不同 现在 我们先来讨论点燃燃料混合气的三种不同方法 将它作为学习航模 发动机基本原理的切入点 这三种点火方法分别为压燃式 半压燃式和 电火花式 压燃式点火是 简单的一种 它完全依赖于气体压缩时产生的热量来将 燃料点燃 压燃式发 动机能适用的螺旋桨范围较宽 怠速运行顺利 启 动也比较容易 一般来讲比较容易调节和 使用 尽管如此 压燃式发动 机一直没能在美国得到普及 部分原因是由于它使用的燃料比 较特殊 航模用压燃式发动机采用的燃料是煤油 煤油与我们在加油站买到的用 于重型卡车 的压燃式发动机的燃料柴油化学成份近似 但是其中用来帮 助航模压燃式发动机所用燃料汽 化的其它成份不太好买 照片 17 显示 的是一台新型的 Irvine 压燃式发动机 请注意汽缸盖 上伸出来的那个蝶形 螺丝 照片 18 和 19 分别显示的是分解前后的 Davis 压燃式发动机汽 缸 盖 从中可以看到可调节的燃烧室 压燃式发动机对压力比较敏感 使 得它需要有这个部 件的原因有二 冷启动和正常运转时发动机为给燃料 点火所需的压力并不相同 此外 不同 的压力使得发动机在不同的活塞 位置点火 当压力过大时 点火远在活塞到达其 高位置之 前发生 此 时 发动机虽然提前点火了 但是可能还能继续运转 不过 在阻止活 塞继续向 上运动的过程中 浪费了能量 而且会使发动机过热 点火过 早和爆振实际上是一回事 这 个问题可以出现在任何一种点火方式的 发动机上 半压燃式的航模发动机则是 常见的 所谓半压燃式 指的是压缩气体 点火时还需要外界略 作帮助才行 航模爱好者一般不用半压燃式这个词 而称之为电热式发 动机 点火时的帮助 来自于一个电热塞 电热塞上装有一个由铂丝制成的线圈 20 启动发 动机时 利用一节低 电压的电池 21 将电热丝加温至红热 发动机启动后 燃烧的气体使电 热塞上的线圈在去掉 电池后 也能在每两次点火之间保持高温 如果在夜间使用这种半压燃 式发动机 就在拿掉 电池以后 有时还能从排气口中看到反射出来的炽热的电热丝的光亮 铂和金一样都是贵重 金属 你可能就会问 为什么生产电热塞的生产厂家要采用铂 而不采 用镍铬合金这类也能 加温至红热而价格却较低的材料呢 要知道 电热塞的用途并不仅仅 是为了提供附加的热 量 有些物质 比如说铂 可以使燃烧等化学反应在不成熟的条件下也 能进行 化学家称这 类物质为催化剂 实际上 镍铬合金也具有一定的催化作用 只不过作 用不像铂这样突出罢 了 铂这种催化剂对于甲醇而言 效果特别好 因此电热式发动机的燃 料中主要成份一般都 是甲醇 在二十世纪四十年代后半期电热塞出现之前 所有的航模发动机都是 采用电火花方式点火 的 现在 很多大型的航模发动机 如照片 22 中的 Zenoah 都采用电火花式的点火方式 安装在燃烧室内的火花塞会在正 确的时机 产生电火花 将燃料点燃 这一点与汽车和剪草 机上的发动 机完全一样 航模用电火花式发动机与其它大小的发动机没有什么不同 也是采 用汽油作为发动机的燃料 术语 在日常生活中 当我们使用某些重要的活塞式发动机的术语时 我们有 时可能并不十分清楚 其真正的含义是什么 在此我们有必要对其定义进行一些澄清 冲程指 的是活塞向上或向下 的一次完整的运动 照片 23 25 显示的就是活塞在一个向上的冲程开始 中间和结束时的情 况 如果你还不十分清楚的话 请注意下面的联杆 在 23 中 联杆已运 行到 低点 而在 25 中 联杆则运行到了 高点 活塞在 23 中的位置 称为下死点 而在 25 中的位置 则 称为上死点 一台二冲程发动机之所以被称为二冲程 是因为它每连续两次点火之间的所有 工作都是在活塞的一个向下运动的 冲程和其后的一个向上运动的冲程中完成的 相应地 工 作循环指的是 两次点火之间的全部过程 因此其全称为二冲程循环发动机 如果我们 能正确 使用这些术语的话 对本书内容的理解就会更容易一些 每台航模发动机都有由活塞分隔开的两个气密区 分别称为燃烧室和曲 轴箱室 发动机有一 个零部件称为曲轴箱 但是我在后面会随意换用曲 轴箱室 曲轴箱和箱体这三个词 不过读 者肯定能根据上下文很容易地 区分出我们指的是那个空间 还是那个零件 照片 23 25 显示 的是活塞 在不同位置时曲轴箱室的情况 基础知识 二冲程发动机 对于二冲程发动机 燃料混合气是通过铸造在机匣或汽缸上被称为旁通 的通道 26 从箱体进 入燃烧室的 一台发动机一般会有一条 三条或五 条旁通 燃料混合气经过这些旁通 通过 汽缸壁上称为 进气口 的孔 进入燃烧室 废气则通过汽缸壁上的 排气口 排出 这两种 进出气 口都可以在 31 中看到 这两种进出气口很容易区分 因为在汽缸中排 气口一定要比 进气口更靠上一些 现在我们再来介绍一下和燃烧室密切相关的进出气口 旁通和冲程的概 念 照片 27 中 活 塞运动到了 高点 并在此时点火 高温的燃料混合气迫使活塞向下移 动 28 在本幅照片 中的活塞位置上 废气的气压要比等着通过进气口的进气大得多 排气 口 由于在汽缸中位 置比较靠上 所以会先露出来 29 此时 大部分废气都会从排气口排 出 并在进气口露出 之前把气压降下来 30 等新鲜的燃料混合气进入燃烧室时 会进一步 把剩余的低压废气赶 出去 当活塞到达 低点的时候 31 几乎所有的废气都被排出去了 燃 料混合气不断地进 入燃烧室 一直到进气口闭合为止 32 由于出气口打开的时间较长一 些 所以会有少量的 新进混合气从排气口漏出 活塞继续向上运动 33 直到其 高点 34 这样 整个过程不 断重复 由于做功和大部分的排气工作都是在向下的冲程中完成的 我 们就把这个冲程称为 做功 排气冲程 类似地 我们把活塞向上运动的那个冲程称为进气 压 缩冲程 二冲程发动机的曲轴箱具有气泵的功能 能将空气和燃料通过化油器吸 入 然后将燃料混合 气推入燃烧室 和其它的气泵一样 它也有进气阀 和排气阀 它的进气阀通常是一个在曲轴 上正对着化油器的孔 以承受 燃料混合气 将其导入曲轴箱 39 中发动机的化油器座已被 磨掉 以 便于我们对曲轴箱上这个孔进行观察 现在 我们先不去管照片中的那 个量角器 活塞和进气口则通过适时地挡住旁通的方法 合起来起到 了排气阀的作用 进气 压缩 做功和排气工作是在燃烧室内完成的 而曲轴箱则负责通 过化油器吸入燃料混 合气 然后将其泵入燃烧室 点火后 活塞开始下 移 由于曲轴的转动 其上的孔与化油器 不再对齐 这样就把曲轴箱室 封闭了 照片 40 显示的就是处于这个状态的发动机 我们使 曲轴关闭 的时间延迟到活塞越过其 高点之后 这样 就能让已经进入化油器喉 管的混合气 终也能进入箱体 继续向下运行的活塞不断压缩着曲轴箱 内的气体 因为此时这些气体已 经无处可逃了 当进气口打开时 30 在曲轴箱内积聚起来的气压 将新鲜的油气混合物压 入燃烧室 当活塞 开始向上运动之后 很快进气口和排气口就会关闭 向上继续运动的活 塞 就在箱体内产生了一个低气压 当活塞向上运行到 33 这个位置的时 候 曲轴上的孔就和化 油器对齐了 此时 外界空气的气压比箱体内现 有的气压高 空气就会通过化油器 并在此 和燃料混合 进入曲轴箱 这个过程继续下去 直到活塞完成向上运动后不久 曲轴上的孔 和化 油器完全错开为止 此后整个过程一直往复进行下去 发动机业内人士发明了一种测量阀门打开和关闭的时机及开放时间长短 的简单方法 我们在 此也将对此的测量结果做一介绍 以助于我们更好地理解本书的后续部 分以及其它各种关于 发动机的文章 我们把一个量角器和一个指针用螺丝固定在发动机上 35 并让指针在发动 机下死点时 指向量角器的零度处 36 显示 进气口在下死点后 62 度 处关闭 并且 进 气口在下死点前同样是 62 度处打开 这样 进气口就在曲轴旋转的总共 62 62 124 度范围 内处于开放状态 照片 37 显示 排气则有 144 度的区间 仔细观察 38 你就会发现 曲轴 在下死点后 48 度处打开 在下死点后 224 度处关闭 共有 224 48 196 度的 开放区间 我们 将这些测量结果称为进出气口和进气阀正时参数 一台发动机的性能 在某种程度上 就取 决于它的进气阀和进出气口正时参数 发动机生产厂家通过大量的试验 确定一台发动机的 佳正时参数组合 在这段关于二冲程发动机的介绍就要结束的时候 我想介绍一下我们在 很多年前进行的三个 有关二冲程发动机曲轴箱功能的试验 你可能会觉得 如果我们减小曲 轴箱的容积 我们就 能加大发动机的功率 原因是当曲轴箱变小时 向下运动的活塞对其压 缩得能更厉害一些 这样 就能加大进入燃烧室的油气混合物的量了 上个世纪四 五十年 代我们飞线操纵竞速 的时候 我们曾经认为减小曲轴箱容积是一个提升发动机性能的好方法 照片 41 和 42 显 示的是对一台旧的竞速发动机的后盖和曲轴进行修改 以减小曲轴箱容积的情况 但是这些 修改完全没能达到显著提高模型速 度的作用 对此 我们进行了第二个相应的试验 用一个 管子和一个活 动堵头 43 来代替发动机的后盖 44 这个装置能在发动机运行时大幅地 增加 箱体的容积 出乎很多人的意外 实际上 活动堵头的位置对发动 机性能的影响甚微 第三 个试验则比较容易猜到结果 试验的目的是 找到化油器的膛孔和发动机马力之间的关系 Cox 生产的 TD 发动机 其化油器是一个毫无阻挡的直管 为此 我制作了几个不同尺寸的 化油 器 45 小号 中号 和大号的 我用同一台发动机 配用这几个不同 的化油器 发现 不出意料 每换用大一号的化油器 发动机的转速就会 相应地增加每分钟几千转 做发动机 试验的时候很有意思 有的时候试 验结果完全不出所料 有的时候则不然 几乎每位航模爱 好者都会或多 或少地进行一些试验 比如至少也会换用不同的螺旋桨 电热塞和燃料 等 我 们后面还会进一步讲到这一问题 基础知识 四冲程发动机 这种发动机在一个工作循环中有四个完整的冲程 每一个冲程分别完成 做功 排气 进气和 压缩的工作 这样 一个工作循环需要曲轴完整地转两圈 进气阀和排 气阀都安装在燃烧室 的上部 由于这两个阀门开关的时间需要非常精确 所以要有一个齿轮 正时机构把这两个阀 门和曲轴联系起来 Great Planes 公司的 Mike Giger 和 Mike Shaw 给我们提供了 一台四冲程 的发动机 这台发动机 OS 公司已经把它切开了 这样 我们就能观察到 它包括阀门驱动机 构在内的内部工作情况 46 对此还有另外两张照片 47 和 48 乍一看 四冲程发动机也有 由活塞分割成的两个室 这一点和二冲程发动机类似 但是 我们知道 二冲程发动机是利 用曲轴箱作为气泵吸入燃料混合气并送至燃烧室 而四冲程发动机箱体 内不断变化的气压则 有完全不同的用途 四冲程发动机依赖于漏过活塞的燃料中的润滑油进 行润滑 发动机业内 人士称这种漏油现象为窜气 为了防止废油聚集 在曲轴箱上有一个排 油口 49 当活塞向 下移动时 聚集的润滑油被吹出排油口 在排油口上拧有一个排油嘴 可以用一段软管接在 排油嘴上 这样 废油就可以被导出 而不会留在飞机的发动机舱内了 只要看一看从排油 嘴内排出 后弄脏你飞机的废油量有多少 你就不会对这套润滑系统 是否有效有任何怀疑 了 曲轴箱上的排油嘴还能起到消除曲轴箱内过高压力的作用 压力过 高 就会造成发动机 的功率损失 我们再来看看燃烧室 照片 50 55 显示的是和我们前面介绍 的二冲程发动机类 似的那几步工作过程 50 是点火的时候 做功冲程中 高温膨胀的气体 将活塞向下推 51 注意此时进 出气阀都处于关闭状态 接下来 活塞向上运动 排气阀打 开 开始排气冲程 52 当活塞经过上死点时 53 排气阀关闭 进气阀打开 开始进气冲程 54 然后活塞经 过下死点 进气阀关闭 此后就是压缩冲程了 55 四冲程发动机与二冲程发动机的比较 在本节中 我们来比较一下二冲程和四冲程两种发动机 为了保持一致 我们假设要比较的 发动机大小一样 否则比较就没有意义了 通过本节的介绍 你会了解 到二冲程发动机产生 的马力较大 而价格也相对低一些 你只要看一看 15 和 16 就能明白为 什么了 二冲程 发动机所需的零件数量只有四冲程发动机的一半 二冲程发动机相对而 言也比较容易维护和 拆装 既不需要对摇臂进行调整 也不需要对各种阀门进行调整 就因 为如此 很多很有经 验的航模爱好者根本就不动那份心思去使用这种复杂 价高的四冲程发 动机 当然 四冲程 发动机也有很多优势 因此使它在航模活动中始终占有一席之地 大部 分航模爱好者都拥有 一台四冲程发动机 而一位典型的航模爱好者则会拥有好几台这样的发 动机 由于四冲程发 动机的阀门系统比较复杂 所以会因此而损失一些功率 此外 四冲程 发动机曲轴转两圈 才有一个做功冲程 而二冲程发动机每转一圈就有一个做功冲程 简单 的计算和直觉的判断 可能会让你得出四冲程发动机产生的功率小于二冲程发动机一半的结论 而实际上 尽管需 要驱动一套复杂的阀门系统 四冲程发动机所产生的功率大约是二冲程 发动机的百分之六十 至百分之七十五 现在让我们来看看为什么 远在下死点之前 31 当排 气开始的时候 29 二冲程发动机的做功过程就结束了 因此 做功的过程只持续了排气 做 功冲程的 3 4 而已 相反地 四冲程发动机在整个做功冲程都在做功 51 我们再来看一看压 缩开始时混合气体 的体积 四冲程发动机的活塞此时处于下死点的位置 整个燃烧室内 55 都充满了燃料混合 气 而二冲程发动机在排气口关闭后 33 才开始压缩 此时只有 3 4 燃烧 室内有油气混合 因此 四冲程发动机燃料混合气的体积相对而言就大一些 由于四冲程 发动机做功的时间较 长 而每个做功冲程内燃料混合气的体积又较大 这就很能说明问题 为什么原来对四冲程 和二冲程发动机的比较结果会出乎意料地偏向前者 四冲程发动机还有 另外一个与功率微妙 相关的优势 一架飞机性能好坏 其中一项就是看它在飞行速度减慢以 后 能否迅速地加到 高速度 大直径螺旋桨的加速性能要比小桨的好 这就是为什么像 P 51 和空中袭击者 Skyraidr 这样的真飞机 其螺旋桨十分巨大的原因 一台发动机的马力取 决于包括螺旋桨 大小和发动机转速等在内的很多因素 研究这些因素的工程师们注意到 了这样一个现象 发 动机在某些特定的转速上马力 大 而此时改变螺旋桨的大小只会使马 力减小 二冲程发动 机产生 大马力所需的转速要比四冲程的高 二冲程发动机产生 高马力 时所需的较高转速 需要一个较小的螺旋桨 而这种小桨的加速性能就不太好 因此 航模 爱好者不得不使用相 对较大的桨 这样 二冲程发动机就只能带动这个过大的桨 而产生的 马力则远小于其 大 马力 四冲程发动机由于其产生 高马力时的转速较低 因此就可以使用 一个较大的螺旋桨 而还能产生接近其 大马力的功率 换句话说 四冲程发动机在我们航 模领域 很多情况下 可以更充分地利用其具有的马力 四冲程发动机比二冲程发动机的噪音 小 原因有好几个 当转速一定时 四冲程发动机点火的次数只有一半那么多 这就意味着 噪音较小而且声音 也比较低沉 四冲程发动机排气过程的时间较长 因此 在时间上 噪 音也就更为分散了 四冲程发动机运行时噪音较小 再加上大螺旋桨那特有的声音 都使它 更像以活塞式发动机 为动力的真飞机 因此很多航模爱好者都很喜欢它那极富真实感的声音 小结与补充材料 我们在此总结一下本章的内容 发动机点火的方式共有三种 压燃式 电热式 半压燃式 和电火花式 活塞式发动机共有四项功能 做功 排气 进气和压缩 在二个或四个活塞 冲程内完成 我本人至今还没见过压燃式的四冲程发动机 除此以外 各种点火方式都可以 用在二冲程或四冲程发动机上 二冲程发动机的功率较大 而价格则相 对较低 但是其声音 的真实感和四冲程发动机相比不够强 噪音也比四冲程的大 每一章不 会那么巧都在页末结 束 如果有余地的话我们就充分利用这个空间放几张和内容关系较弱的 照片 本章就将循此 例 尽管现在就提出读书疲劳需要稍做休息还太早 但是我们还是可以 稍微放松一下 欣赏 欣赏解剖开的 OS 发动机 56 57 照片 58 59 显示的则是两架采用电火花式 汽油发动机的大 型模型飞机的机头部分 第三章 发动机基础知识 续 简介 第二章的内容中介绍了本书中讨论的发动机都具有两个或四个 冲程 并采用压燃 式 电热式或电火花式点火方式点火 本章将讨论 一些发动机指标 这些指标同样也十分重 要 既有助于新手决定如何挑 选第一台发动机 也有助于有经验的航模爱好者学到使用和维 护发动 机的基础知识 发动机大小 发动机的大小可以用很多指标来描述 比如说马力 由于我们的 目的就是想为某架 特定的飞机配发动机 因此 发动机的马力听起来像是一个非常合用的 指标 但实际上却不 然 每一台发动机都有一个很宽的的马力范围 马力大小取决于螺旋桨 大小 所用燃料以及 其它一些看起来不那么显眼的因素 另外 测量马力还需要有特殊的设 备 因此我们希望采 用一个既能表示发动机的大小 同时又不像马力这样变化较大 测量比 较困难的指标 第二章中介绍的关于燃烧的概念可以利用为测量发动机大小的一 个有意义的指标 在活塞每次向下移动的冲程中燃烧的燃料混合气的 量在很大程度上决定了一台发动机的马 力 混合气的量越大 产生的 马力也就越大 因此当其它因素相同时 燃烧室容积越大的发 动机就越 有劲儿 我们现在就来讨论一下燃料混合气体积这个比较容易测量的指 标 60 中 活塞处于其 低点的位置 而 61 中活塞则处于其 高点处 活塞顶在这两个极限点之间运 动 形成了一个柱状空间 为了便于读者 清楚地了解这一点 62 中我们在排气通道上放了 一个同样大小的铜柱 活塞发动机的设计者们定义一台发动机的大小就是这个柱状空间的体 积 并用立方英寸或毫升 立方厘米 作单位 在每个压缩冲程中 活塞占据了燃烧室顶部上述容积的位置 因 此我们称这个容积 为排气量 航模发动机的排气量大小从 0 010 至 3 立方英寸 甚至可以更 大 第四页上照片 12 中显示的就是一台这种大型发动机 Cox 独特的 0 010 只能在理想情况 下带动一架微型 模型飞机 而一台大型的 Super Tigre 3000 则能毫不费力地 带动一架十至十二英尺 三到三 点六米 的模型 航模爱好者在他们谈论 发动机大小的时候 常常会省略小数点和测量单位 而把一台 0 46 立方 英寸排气量的发动机简称为 四十六 的 压缩比 一台微型压燃式发动机的压缩比要比一台像 12 中那样的大型发动 机高 因此我们 知道压缩比是一个完全不同于发动机大小的指标 但是 发动机大小和 压缩比都和燃烧室容 积有关 因此 我们在此将二者一并讨论 在讨论压缩比之前 我们 先得弄清楚 比 的概 念 比 就是一个数除以另一个数 在 比 中 我们会用到 或 比 这个字 例如 7 除以 3 7 3 或 7 比 3 说的都是同一回事 我们在讨论活塞式发动 机的压缩比时 采用 比 这个字 我们先来看一看二冲程发动机 看一看如 63 所示的 能被注入发动机的 所有液体体积 这个液体体积就等于燃烧室在排气口之上的那部分容积 将发动机倒空 卸 下电热塞 移动活塞至上死点处 我们来测量处于上死点处的活塞和电 热塞孔底端之间的那 部分容积 64 并称这一空间为燃烧室上部或 汽缸上部 63 中注入的液 体体积除以 64 中注入的液体体积就是这台发动机的压缩比 换句话说 二冲程发动机 的压缩比就是排气口 上面那部分燃烧室的容积除以燃烧室上部的容积 电热式发动机的压缩 比通常约为 8 比 1 而由于压燃式发动机需要更大幅度的压缩来产生更 高的温度 其压缩比有的则可高达 20 比 1 由于压燃式发动机没有电热 塞孔 因此 需要把汽缸盖拆掉才能测量出压缩比 本章只 是要介绍 发动机的基础知识 在此我们就不去费那个劲了 四冲程发动机压缩比的测量方法与此类似 拆掉电热塞 使活塞 位于下死点处 然 后测量能将整个燃烧室注满的液体体积 再将发动机 内的液体倒空 将活塞移动到上死点处 然后再用同样的方法测量燃烧 室上部的容积 用前一个体积除以后一个体积就得到了四冲程 发动机的 压缩比 两室之间的气密性 如果活塞和汽缸之间的配合不良 就会出于多方面的原因造成发 动机过热 发动机 过热 就不会可靠运转 也不可能达到其 大功率 一台低温运转的四 冲程发动机需要有生 产厂家能获得的活塞与汽缸的 佳配合 不仅配合要好 还要有足够的 燃料由于侧吹而通过 活塞对曲轴箱进行润滑 也就是说 每套活塞和汽缸之间 包括二冲程 发动机 都会稍有一 点儿渗漏 但是如果渗漏过度 就会造成重大问题 物理学家告诉我们 当气体快速地流过 一个狭窄通道 就像活塞与汽缸之间 的时候 会由于摩擦而产生热 量 气体流经不良 配合时产生的热量 比配合优良的发动机所产生的热量要大得多 终 进入曲轴箱的高温废 气 向外提供了多余的热量 除了由于废气流动所产生的热量以外 活 塞和汽缸之间的机械 摩擦也会产生热量 气密处要几乎没有渗漏和摩擦 才能让发动机低温 运转 但是很多刚拿 到手的发动机气密性很差 摩擦阻力也很大 后面我们会解释如何利用 所谓的磨合过程来改 善这一切 本节余下的内容就来介绍各种活塞和汽缸类型 而这当中的 每一款都很适合初学 者使用 一种气密方法是采用铸铁制作的活塞精密配合在钢制汽缸套内 或者将二者反过 来 采用不同金属材料 诸如这里使用的铸铁和钢 可以使零件相互之 间滑动时磨损较小 并能减小相互之间的摩擦 这两种金属材料在发动机正常运行时膨胀系 数接近 因此 当发 动机温度上升时 它们之间的气密性几乎不受影响 汽缸的直径由精细 的研磨砂研磨到精确 的尺寸 发动机生产厂家采用的是研磨工艺 采用一种精细的研磨膏来 对金属件进行磨削 的工艺 以确保活塞的尺寸精确 因此 我们有时会把这种活塞和汽缸 采用研磨工艺生产 出来的发动机称为研磨工艺发动机 航模爱好者对于不同的活塞和汽缸 组合都有不同的缩写 简称 但是我没见过大家给这种铸铁和钢的组合起过什么名字 我们姑且称 之为 CIS CI Cast Iron 铸铁 S Steel 钢 吧 照片 66 显示的就是 CIS 发动机的活塞和汽缸套 长时间的磨合 可以把 CIS 的活塞和汽缸套磨得极为光洁 产生近乎完美的配合 一旦磨 合好了以后 CIS 发动机可以运转无数小时而毫无问题 照片 2 中的我那台已有四十多年历 史的 Fox 35 发动 机 至今已经运转了不知多少小时了 表现却是越来越好 当然 发动 机有那么长的寿命并 不常见 但是大多数发动机都不是因磨损而亡 而是不幸死于炸机 CIS 发动机中的铸铁活塞较重 会产生振动 并在上死点和下死 点改变运动方向的 时候吸收能量 采用较轻的铝制活塞的研磨工艺发动机可以减轻这些问 题 但是铝制活塞需 要一个在升温后与活塞膨胀相同的汽缸 这样 活塞和汽缸才能在任何 运行温度下 都能使 发动机的两个室之间气密良好 Super Tigre 在 1968 年左右推出了用于制造 活塞和汽缸的新 材料 他们的工程师选择了一种高硅铝合金来制造活塞 这种材料非常耐 磨 而且在升温后 膨胀程度只比某些黄铜合金略小一点儿 Super Tigre 采用表面镀铬的黄铜 制造汽缸套 并称 这种组合为 ABC A Aluminum 铝 B Brass 黄铜 C Chrome 铬 现在 大多 数发动机厂 家都生产 ABC 发动机 也可以采用铝来制造汽缸 但是铝和铝之间摩擦 时 磨损较快 摩 擦力也较大 因此 活塞或汽缸的表面就要镀铬 可以像 Saito 齐藤 的 50 发动机那样 汽缸是个整体 都用铝制造 67 而有些发动机则有一个汽缸套 就像 66 和 68 中显示的那 样 当然 照片中的零件是钢的 而不是铝的 我们常把这种发动机简称为 AAC A Aluminum 铝 A Aluminum 铝 C Chrome 铬 亦即铝制活塞 铝制汽缸或汽缸套 加上 表面镀铬 由 于 AAC 和 ABC 发动机的活塞和汽缸两个零件的膨胀率接近 高温不会 抱死 所以这两种 发动机在运行过热后比较不容易损坏 实际上 在过热后 铜制汽缸比 铝制活塞膨胀量还要 大一些呢 由于这些金属较软 不能像钢那样承力 因此在拆装 AAC 和 ABC 发动机的时 候务必要小心 OS 为他们生产的铜制汽缸套内外镀无光泽的镍 但是 他们还把这种组合称 为 ABC 而不叫什么 ABN N Nickel 镍 我曾经修过一台汽缸损坏的 OS 发 动机 损坏的 原因就是使用者没有意识到零件实际上是由很软的铜制成的 结果在拆 装的时候把上面弄出 了一道沟 早期的航模发动机采用钢制的汽缸和铝制的活塞 但是利用钢或铸铁制成的活 塞环 68 来保持燃烧室和曲轴箱室之间的气密性 我们把这种发动机称为活塞 环发动机 这种组 合效果很好 直到现在还在普遍使用 由于升温时 铝要比钢膨胀得多一些 因此 铝制活 塞一定要比钢制汽缸小一点儿 活塞环对两个室进行密封的方法是这样的 燃烧后的气体会 将活塞环向 下压 环的下表面和活塞接触 形成了曲轴箱室和燃烧室之间密封工作的 一部分 露在外面的环顶使气流吹入活塞环和活塞之间的垂直窄隙 气 体就会迫使活塞环向外扩张 抵住汽缸壁 终将其彻底密封起来 活 塞环发动机比较容易磨合 和其它更新的设计相比 也更能承受使用不 当的问题 但是这种发动机不能过热 原因是过热后活塞环会变形 活 塞 环发动机的汽缸膛有时会镀铬 以延长活塞环和汽缸的寿命 航模发动机的活塞环有两种 一种如 68 所示的传统活塞环 另一种 称为 Dykes 环 我们也拍摄了照片 69 Dykes 环的截面为 L 形 而传统活 塞环的截面则是矩形的 Dykes 环减小了向外的张力 一般情况下 它比 传统的活塞环密封要好 摩擦力也较小 如果发动 机转速很高 当活塞 环运动到上死点时 它会有继续向上运动的趋势 这样 密封就不能保 持了 而 Dykes 环由于其重量较轻 因而就相应地改善了这种情况 有 一些用于竞赛的手 工制造的发动机 采用了铝制的活塞 镀铬的黄铜汽 缸 并采用 Dykes 活塞环 其生产厂 家称这种组合为 ABCD A Aluminum 铝 B Brass 黄铜 C Chrome 铬 D Dykes 例如 Webra 32 70 采用的就是 ABCD 活 塞和活塞环 化油器位置 多数发动机的化油器在前面 71 进气阀则制作在曲轴上 72 燃 料混合气就通过 曲轴上的孔进入曲轴箱室 这种设计比较普遍 称为前进气方式 这种 发动机较短 而曲轴 上阀门的开放时间能够做到足够长 以保证适量的燃料混合气进入曲轴 箱室 有的发动机则 将曲轴箱进气阀做在后盖上 73 后进气机构 常见的设计是采用碟形 74 或鼓形阀 75 用 曲轴来驱动阀门碟或阀门鼓以打开或关闭曲轴箱室 后进气方式的曲轴 上没有孔 因此其强 度就不会受到削弱 又由于化油器安装在后面 所以整流罩就可以有很 好的流线型 不过大 多数模型的发动机舱都太短 放不下这样的发动机 后进气的发动机性 能好 价格高 有些 船模 流线型的竞速飞机和函道风扇动力的喷气式飞机采用这种发动机 轴套与轴承 所谓轴套就是一个没有运动部件的缸筒 生产厂家在生产这些低 端的采用轴套的发 动机时 就用一个设计紧凑 铸造的曲轴箱包在一个 造价较低的青铜轴套外即可 也可以直 接就将铝制的曲轴箱作为轴套使 用 76 由于大多数发动机其燃料都是经过曲轴进入发动机 的 所以只 要保持清洁 经过充分润滑的轴套其寿命可以很长 除非出现润滑不足 的问题 其性能可以一直保持下去 这种采用轴套的发动机 体积小 重量轻 价格相对较低 有时 从磨损的轴套处会有过多的燃料渗漏出来 遗憾的是 这个更换不了 我们在回过头来看一看 72 其中一个滚珠轴承总成安装在曲轴上 另一个安装在 曲轴箱的前部 为了方便起见 我们把滚珠轴承总成简称为轴承 这些 轴承是可更换的 它 采用滚珠或滚子 77 来承载曲轴 相对较贵的发动机采用的都是轴承 而 不用青铜轴套 但 是轴承也有一个轴套没有的缺点 轴承会生锈 很多种燃料都会促使轴 承生锈 使之损坏 生锈后 有些没有经验的航模爱好者可能会去试图拆卸这些轴承 但这 样一来 原本只有轻 微损坏的发动机就彻底不能用了 而这一切本来都是完全可以避免的 只要每次飞完之后 都仔细地给发动机涂好保护油 就能防止生锈了 我们在后面会仔细地 介绍这些内容 还将 介绍万一需要更换轴承的话如何操作 和轴套一样 只要保持清洁 保 证润滑 轴承几乎不 会有磨损的问题 二冲程发动机的排气和扫气 上一章介绍了二冲程发动机上旁通和进气口的工作原理 与此密 切相关的一个术语 是扫气 即将废气清出燃烧室 直到二十世纪六十年代末 大部分二冲 程发动机还都只有一 条旁通 在排气口的正对面 一个活塞折流板 68 和 69 将进来的气体向 上导入燃烧室 这 个过程有助于将残留的废气挤出去 我们常常称这样的发动机为横流扫 气 循环扫气或折流 扫气的发动机 二十世纪六十年代初 航模发动机工程师采用了按照摩 托车的标准而设计的 排气系统 这种新设计采用了根据一位叫做施努尔勒 Schnuerle 的先生的 专利而设计的排气 系统 有三个或更多个旁通 活塞上则去掉了折流板 关于施努尔勒和 其它排气设计的文章 很多 其实对这个问题重视得有点儿过了 当其它部分工作得十分完美 的时候 采用多路旁 通对功率的增加作用十分有限 而活塞与汽缸之间哪怕只有一点儿漏气 哪一种排气设计也 弥补不了漏气所造成的功率损失 因此 初学者在挑选发动机的时候 完全用不着考虑排气 设计的问题 补充材料 下一章开始之前又富裕出了一点儿空白 因此 我们增加了照片 78 81 前三张照 片拍摄的都是装在 Goldberg 公司 Eaglet 上的一台 OS 26 Surpass 四冲程发动机 这个组合称 得上是采用四冲程发动机的价格 低的配置了 这台 26 发动机所具有的 功率大约相当于一 台 17 的二冲程发动机 0 65x0 26 0 17 因此 起飞的时候需要有点儿技术 但是一旦飞上 了天 飞得就很好了 Mark Spencer 的这架用 Saito 齐藤 50 为动力的 Midwest Mustang 野 马 不管是看起来还是听起来 都跟真的完全一样 第四章 市面上的发动机 新手的第一台发动机 在这里我们为新手提个建议 以帮助他们挑选其第一台发动机 发动机大小是首要 的指标 有的时候 干脆就是唯一要考虑的问题 大一点儿的飞机和小飞 机相比 比较好飞 抗风性能也要好一些 多数初学者都会选择 40 至 50 级的二冲程电热式发 动机 原因是这种 发动机的马力足以带动一架较大的 容易操纵的教练机 这个级别的发 动机占了航模发动机 市场销售量的百分之七十五 因此 每个生产厂家都在生产这种发动机 照片 82 至 93 显 示的是十一家不同厂家生产的十二种这个级别的发动机 由于不同的人 有不同的偏好 因此 没有一种发动机能够独占这个初学者市场 照片中相对较贵的发动机和 价格较低的发动机相 比 一般都更容易磨合 启动也相对容易 可靠性较高 寿命较长 功 率也大一些 因此 如果经济条件允许的话 建议你购买价格稍贵一些的发动机 但是如果 条件不允许 其实只 要多花一些功夫和耐心 每一种发动机都能运行得差强人意 我们在稍 后的章节里会仔细介 绍如何做到这一点 四冲程发动机 一方面 40 至 50 级的二冲程电热式发动机占据了发动机的大部分 市场 另一方面 其它大小和类型的发动机则提供了无尽的选择 由于 我们在上一章介绍的那些因素 四冲程 发动机有着出乎意料的好人缘 照片 94 里是一台老式的 OS 四冲程 60 这是世界上第一台 获得商业成功 的四冲程发动机 95 至 102 显示的则是一些新型号的发动机 照片 95 中 是 一台 Enya 120 从照片中不太容易看得出来它有多大 96 97 和 98 分别为 OS 48 Surpass Enya 53 和 Saito 齐藤 50 后面我们会介绍如何拆装及如何对其 进行维护 OS Saito 齐藤 和 Enya 每家的具体实现方法各不相同 但同 一厂家不同型号的四冲程发动机之间 除尺 寸大小外 其它差别并不大 只要学会了照片中的这三种发动机 这些厂家的大部分其它型 号就不成 问题了 在此还安排了 99 至 102 若干张照片 目的只是展示一下这些发 动机完美 的设计和精湛的工艺 的确称得上是物有所值 特殊发动机 还有一些较不常见的航模发动机 用在某些特定的场合 103 和 104 中是函道风扇 发动机 K B 45 和 80 它们用于比例仿真的喷气式模型飞机上 函道风 扇要求发动机在不 损坏的前提下 转在 高的转速上 K B 生产的这台性能绝佳的函道风 扇发动机就达到了 这一境界 固定翼会有螺旋桨吹过来的气流不断地掠过发动机 而车模 或直升机发动机就得 不到这种充分的冷却了 105 至 108 就是这些车模或直升机用的发动机 其汽缸盖都非常 大 以利于冷却 大多数车模用发动机的大小都在 0 20 立方英寸左右 105 106 中分别为 Royal 和 OS 生产的发动机 直升机用的发动机则有大有小 107 中是一台 Royal 28 而 108 中则是一台 OS 61 无线电遥控模型飞机进行花样飞行的比赛称为特技 飞行竞赛 其竞赛规 则对发动机排气量有着很严格的限制 因此 参加特技竞赛的选手都要 尽力去提高发动机的 马力 常采用的发动机只有 60 和 61 这两个级别的 高质量的特技竞赛 专用发动机不惜代 价地把一切能提高性能的手段都用上了 照片 109 和 110 中就是 YS 和 Enya 生产的两台这 种发动机 只要一有四分之一真飞机大小的巨型模型飞机参加航模表演 它 们就立刻变成了表 演的主角 而飞机一大 对发动机就提出了特殊的要 求 电热式发动机的燃料比汽油贵得多 而且大发动机耗的油还多 尽 管如此 很多制作四分之一大小比例仿真模型飞机的航模爱好 者还是会 选用像 Super Tigre 3000 111 和 OS 3500 112 这样的电热式发动机 顺便提一句 我在 Super Tigre 旁边放了一台 45 级的发动机 这样 你就能欣赏到这台发 动机有多么地巨 大了 而 OS 3500 和这台相比还要更大一些呢 其他巨型模 型飞机的爱好者则选择像 Zenoah 113 和 Tartan Twin 114 这样的电火花式发 动机 并使用较便宜的汽油作燃料 不管你喜欢 什么样的大发动机 都能找 到相应的生产厂家 船模发动机通常是在固定翼发动机的基础上修改 添装而成 从 115 中可以清楚地 看到 有一个飞轮和一个万向节联到驱动曲轴上 由 于流过发动机的空气量远远不够 改装 过的汽缸和汽缸盖上有一个水冷 套 116 大一些的发动机有时也会让水流经排气口 如 121 中的 OS 61 就市场上的发动机而言 船模爱好者所拥有的选择仅次于固定翼航模爱 好者 价格较低的 ASP 12 116 和澳大利亚制造精美的 Webra 20 117 位于小 型发动机价格范围的 两极 照片 119 中是一台英国生产的中等大小发动机 Merco 30 而巨大的 Targan 120 则 利用安装在护罩内