转个贴 《燃油类发动机的基本常识》

沈淼章

第一章 概述                                                                                   1 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。而最明了的表达方式，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是最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最新产品。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最佳可靠性及最佳性能。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最重要的一环。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。在撰写本书的最后阶段，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，最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――还包括很多最终没有被选用的――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

沈淼章

各种发动机

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沈淼章

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。

压燃式点火是最简单的一种。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最高位置之前发生。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最常见的。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，联杆已运行到最低点。而在(25)中，联杆则运行到了最高点。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，活塞运动到了最高点，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。当活塞到达最低点的时候(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)，直到其最高点(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最高点之后，这样，就能让已经进入化油器喉管的混合气最终也能进入箱体。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最佳正时参数组合。

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。

沈淼章

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，最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，能否迅速地加到最高速度。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最大，而此时改变螺旋桨的大小只会使马力减小。二冲程发动机产生最大马力所需的转速要比四冲程的高。二冲程发动机产生最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最大马力。四冲程发动机由于其产生最高马力时的转速较低，因此就可以使用一个较大的螺旋桨，而还能产生接近其最大马力的功率。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。

沈淼章

活塞运动

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活塞运动

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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)中活塞处于其最低点的位置，而(61)中活塞则处于其最高点处。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，也不可能达到其最大功率。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最佳配合。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。最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，最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。

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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)。后进气机构最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。

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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，转在最高的转速上。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。最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的一台风扇对其进行风冷。不管什么东西的爱好者中，都会有那么一些人热衷于竞赛。这点，船模爱好者也不例外。OS 61 (121)和K&B 45 (122)用尽了所有的手段来提高其性能。我们最后介绍的是一台K&B生产的发动机(118)。他们非常聪明地把一台航模竞速用发动机改装成了一台船模用发动机。

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第五章 电热塞



简介

        汽车、剪草机、链锯，还有很多其它的动力设备采用的都是电火花式点火的汽油发动机。因此，几乎每个人都了解，至少在某种程度上了解，电火花塞的工作原理。然而，大多数航模发动机采用的都是使用甲醇燃料的电热式发动机。这一点和绝大多数用在其它领域的发动机都有所不同。因此，除了航模爱好者，几乎就没人听说过电热塞及其工作原理。由于出了航模这个圈儿，就找不到关于电热塞的知识介绍了，为此，我们在这儿多花一点儿精力，多谈一谈这个话题。

电热塞的结构

        我们来仔细看一看(126)中右边的这个电热塞。电热塞中心有一根芯柱联接到腔内电热丝靠内的一端上。电热丝的另一端则焊到塞体上。再用电绝缘材料将芯柱和塞体隔离开来，并起到将电热塞密封起来的作用以防止漏气。为此，航模爱好者常将这个电绝缘体称作“封堵”。这样，电流就可由芯柱流经电热丝线圈，再到塞体。在第二章中已经介绍，在启动时，我们利用一节1.2至1.5伏电池，将线圈加热至白炽，从而将燃料点燃。而后，一旦发动机启动了，即便切断电源，电热塞也依然保持红热状态。

电热塞的特性

        航模店销售的电热塞种类繁多。其中一些有其特殊的用途，而不是在什么发动机上都能使用的。例如OS Wankel电热塞，其深入汽缸盖的长度要比一般的电热塞长得多。OS建议在使用他们的四冲程发动机时，采用F号电热塞。这些发动机在配用F号电热塞时，运行效果确实要好很多。又比如Enya 53，厂家要求一定要配用3号电热塞。像这些情况下，最好听从厂家的建议来选配电热塞。

        如果是较为普通的发动机，所能使用的电热塞种类就比较多了。我们现在来介绍几种。(126)中左边的那个电热塞在电热丝外有一根保护条，可以防止燃料混合气溢过线圈，使之冷却。因其有助于发动机在低速下运转，所以我们常将这个保护条称为“怠速条”。很多发动机即便不用带怠速条的电热塞，怠速性能常常也还不错。所以我们说，采用变速化油器的发动机，并不一定非要采用带怠速条的电热塞不可。竞速用的发动机并不要求怠速时运行得有多好，因此会采用(126)中右边那个那样的电热塞。带有螺纹的塞体有两种，一种“长杆” 的，一种“短杆” 的(127)。排气量小于0.15立方英寸的发动机采用的是短杆电热塞，比它大的发动机采用的则是长杆的电热塞。

        各种电热塞红热时的温度并不相同。我们把通电时温度较低的称为“低温电热塞”（有人也称之为“冷火头”），而把温度较高的称为“高温电热塞”（也有人称之为“热火头”）。造成电热塞温度差别的原因很多。电热塞的表面面积与体积都会影响电热丝线圈的冷却情况。照片(128)中躺在那个Enya电热塞旁边的是一个Champion电火花塞厂生产的电热塞。这恐怕是有史以来体积最大，温度最低的电热塞了。按照今天的标准，这个电热塞是相当地大了。在Champion生产这种电热塞的那个时期，多数航模爱好者使用的都是Fox 35发动机 (129)。这些发动机配用低温电热塞时，运转得出色极了。你也许在想是不是自己的发动机上也用上这么一个Champion电热塞，来制作一架极为真实的比例仿真模型。但是遗憾的是，这种电热塞从1956年起就已经不再生产了。不过这样一来，却给发动机收藏家们带来了意想不到的好价钱。另外，现在的发动机需要配用温度较低的电热塞。各种因素中，对电热塞温度影响最大的是电热丝的直径与长度。(130)中左边那一个电热塞的线圈比右边那一个的重得多。(130)中那个电热丝直径较小，电阻值较大的电热塞，其温度就较高。我们把这两个电热塞都装到一个六件装的电热塞座上，去分别测量它们的电流值。照片(131)和(132)清楚地显示了这两个电热塞之间的差别。刚才提到的那个Champion的电热塞，其电热丝的直径是现在电热塞的一倍半(133)，它在通电时就会呈现较低温度的暗红色。

        电热塞的温度会对压缩冲程中点火的时机有影响。别忘了，我们是不希望出现提前点火现象的。而换用一个温度较低的电热塞，常常就可以――但也不是总能――解决提前点火的问题。电热塞的温度还影响着发动机在低速下保持运转的能力。如果你的发动机有提前点火的毛病，或是有怠速不稳定的问题，你可以换用不同的电热塞来做一些试验。OS和Enya都提供了根据不同线圈直径和长度制造的不同温度范围的一系列电热塞。这些电热塞的质量非常高，当然也价格不菲。生产厂家在生产这些电热塞时，让其它条件不变，而只改变线圈的直径，以获得不同的温度。想控制提前点火和解决怠速问题，除了改变电热塞外，还有其它的方法。因此，一些电热塞生产厂商，包括Fox和K&B等，只生产价格相对低廉，中等温度的电热塞，而不提供其它温度范围的产品。对于新手，如果你接受了我们前面的建议，选用了二冲程40级发动机的话，就应该配用Fox或K&B生产的带有怠速条的长杆电热塞。

        最后，在结束这节关于电热塞的内容的时候，让我们来看一看(134)。这是一种最早由Emerson电器公司推出的辐射状电热塞设计。现在，Twin-K公司就在销售这种产品，型号为GloBee。它的电热丝像电炉子一样，盘成圈儿，铺满了整个燃烧室。这种GloBee电热塞生产工艺精良，并采用玻璃作为其封堵材料，广受参加竞速和其他竞赛的运动员喜爱。

实用经验谈

        我们接着谈电热塞，但是把话题换一换，谈谈一些比较实用的经验。曾经有一些航模爱好者让我看他们脱了扣的汽缸盖，并且诅咒发誓说，他们拧电热塞时从来没有拧过劲儿过。我也能确认这些汽缸盖不是由于拧电热塞时用力过大造成的。其损坏的真实原因是这样的：有的电热塞上的螺纹加工误差比较大，也许还有锥度。一般我们做发动机维护时都要不时地拆装电热塞。这样，汽缸盖上的螺纹就会不断地被过大的电热塞撑大。其后，如果又在这个已被扩大了的螺孔上安装一个加工准确，较小的电热塞时，就会造成滑扣。有经验的航模爱好者会把他们买来备用的电热塞都用板牙(135)重新套一遍扣(136)。即便那些有经验的航模爱好者也都会非常吃惊，竟然会有那么多的金属被切削下来。电热塞用的板牙还能把伸到塞体之外的电热丝毛刺也一同修掉。电热塞上的螺纹采用的是一个不常见的旧标准，1/4-32的。据我所知，这个螺距除了电热塞，没有别的东西用了。这就是为什么这种板牙比较贵的原因。但是一位明智的航模爱好者还是会觉得这个钱花得值。

        如果汽缸盖完全脱扣，已没有残存的螺纹可供修复的话，就只有采用衬套或HeliCoil钢丝螺套来修理了。有的时候，汽缸盖上的螺纹变得脏了，或尽管有部分残损，但还没有完全毁坏。此时，用1/4-32电热塞专用丝锥进行小小的修整就可以将它修复到完全可以正常使用的状态，尽管不一定能让它很完美。修复螺纹时动作要轻巧，而转动丝锥时，手上则要求非常敏感才行。为此，我们用一个四分之一英寸的轴挡，或一短截一英寸粗的销杆做成一个丝锥把。这样，我们就能获得操作所需的控制手感了(138-140)。在清理螺纹(142-143)之前，一定要先把汽缸盖拆下来(141)。否则，金属碎屑就会进入燃烧室，划伤活塞和汽缸套。如果是四冲程发动机的话，就会弄坏汽缸盖上精密的阀门座。修理过后，或由于其它什么原因，再重装电热塞时，也要谨慎从事才能成功。先用手(144)将电热塞对准螺孔。如果此时用扳手将电热塞歪着强拧进去，就一定会造成错扣或乱牙。最终就会使螺孔完全脱扣。一开始将电热塞对准螺孔后，要一直用手顺着螺纹拧电热塞。只是在最后，再用扳手紧一下即可。

        电热塞能出的问题是各种各样。如果联上充好了电的电池，电热塞却不能变得红热，那我们就能很容易地判断出不是什么地方脱焊，就是电热丝在什么地方断了。积炭(145)和烧蚀都会使电热塞失效。如果电热塞的封堵密封得不好，燃烧室就会漏气。而漏气是造成发动机过热的最主要原因。我们在(146)中电热塞的芯柱和塞体之间放了一些油。当我们转动发动机的时候，如果电热塞漏气，其上的油就会有微小的气泡出现。如果电热塞出现了这些问题，我们就只好把它扔掉了。但是有一种毛病是自己可以修好的。有时电热丝线圈的位置会偏向一边，贴到塞体上去，造成短路。如果你运气好的话，可以用一根针把线圈拨回其正确的位置。

        在本章的最后，我们再来看一个相关话题。Enya那些精致的发动机，其电热塞位置朝向螺旋桨。一旦发动机启动后，就不可能再安全地拔下电池插头了。Model Products公司和McDaniel公司生产的一种转接器，安装简便，可以使我们在较远的地方给电热塞通电。这种装置也广受比例仿真模型飞机制作者的喜爱。因为这样，就可以避免把电热塞暴露在飞机机头整流罩的外面了。

沈淼章

第六章 燃料、润滑、燃烧与冷却 简介        航模发动机的燃料是混合物，其中既包括了用来产生能量的成份，也包括了润滑剂。燃料的成份有很多可行的方案。各种用来产生能量的成份，如甲醇（有人也称之为木精、木醇、木酒精等）、汽油或煤油在采用压燃、电热或电火花点火后得以燃烧。压燃式发动机只能采用基于煤油的燃料。除此以外，每一种燃料都可用于上述的每一种点火方式的发动机。只不过有些组合要优于其它的组合而已。由于可行的组合太多，我们列了个表，以克服文字的不足，使表达更为清晰。                  燃料                            点火方式                                      电热式      电火花式    压燃式                  甲醇               普遍            可行       未见                  汽油               罕见            普遍       未见                  煤油               未见            未见       普遍     这章一开始我们先来大致地讨论一下每种用来产生能量的成份和润滑剂。然后，再根据上表中的各种点火方式来逐个进行推敲。 常用的用来产生能量的成份     燃烧是一个非常复杂的过程。因此，我们在这儿只做一个大略的介绍，目的只是要提供够用的实用知识，以便于理解发动机的运转究竟需要什么样的燃料。燃料燃烧后产生的热量令燃料混合气膨胀。在做功冲程期间，膨胀后的燃料混合气将活塞沿汽缸向下压。燃烧室内的压力越大，直接就意味着驱动螺旋桨的马力越大。基本的物理定理告诉我们，如果我们不考虑其它因素的话，燃料释放出的热量越多，发动机的马力就越大。再简单点儿说，热量越多，马力越大。燃料释放热量的能力用每磅BTU（British Thermal Unit，英热单位）或每克卡路里来衡量。我们只需要知道甲醇燃烧后产生的热量远小于煤油和汽油就可以了。我们不会直接使用BTU（英热单位）或卡路里，因为另一个因素，燃气比（燃料量与空气量的比值），在很大程度上影响着发动机的功率。为了能使甲醇充分燃烧，化油器要将一份甲醇和七至八份空气混合。对于汽油和煤油，为保证燃烧完全，其燃气比则应为一比十四或一比十五。一个充满甲醇燃料混合气的燃烧室，与一个相同容积内的汽油燃料混合气相比，其中的燃料量要多得多。因此，采用甲醇的发动机比采用汽油的发动机马力要大。煤油只用在压燃式发动机上，关于它的燃烧特性我们将在“压燃式发动机上使用煤油燃料”一节内介绍。     所谓燃料产生热量越多，发动机马力越大，这样的说法具有很大的局限性。发动机要将燃烧后的残热散去，始终保持一个稳定的运行温度。如果在飞行中发动机温度不断上升，最终一定会使发动机停车，甚至还可能损坏发动机。甲醇的燃烧温度较低。这样，比起采用汽油或煤油作燃料的发动机，所需散热量就小。甲醇在另外一个与冷却相关的因素中也占有优势。燃料混合气要流经曲轴箱进入燃烧室。在此过程中，混合气里燃料所起的冷却作用十分重要。甲醇混合气中液体成份含量较大，因此对发动机内部的散热效果就比气体含量较高的汽油混合气要好。因此采用甲醇的发动机，不但比采用汽油的发动机马力大，运行温度也低。 润滑剂     航模发动机的燃料除了要起到产生能量和进行冷却的作用以外，还有另外一个同等重要的任务，即润滑。航模发动机燃料中润滑剂成份的含量主要取决于发动机的种类和转速。在后面的几节中我们会进一步详细地介绍燃料的配方。现在，我们先来看看燃料中润滑剂的种类。在诸如链锯、剪草机和其它一些小型设备上使用的二冲程汽油发动机，采用的润滑剂是石油制品。这种二冲程发动机专用的机油能很好地和汽油混合在一起。自然，也能溶于煤油，作为压燃式发动机的润滑剂使用，尽管这不是最佳的选择。但是这种石油制品机油不能溶于甲醇。因此从一开始，我们就采用从蓖麻子榨出的蓖麻油来作为甲醇燃料的润滑剂。而Backers公司生产的AA级脱胶蓖麻油现在已经成了最常用的植物润滑油。近来，合成润滑剂作为蓖麻油的替代产品也用在了甲醇燃料中。蓖麻油和大多数合成润滑剂都能和煤油混合得很好，都可以用作压燃式发动机燃料中的润滑剂。Klotz公司和Union Carbide公司分装生产的合成润滑剂均十分适合用作这两种发动机燃料中的润滑剂。     甲醇燃料和煤油压燃发动机燃料中，究竟采用蓖麻油还是合成润滑剂效果最佳，大家的意见极度分歧。我所认识的那些著名的航模界高手中，有的只使用合成润滑剂。有的则诅咒发誓只用蓖麻油。蓖麻油的油膜强度较高，而且在燃料燃烧过程中不会像合成润滑剂那样会被燃烧。因此，温度较高时，蓖麻油要比合成润滑剂更能保持良好的润滑性能。如果油针调得过于贫油，使得发动机温度过高，和合成润滑剂相比，此时蓖麻油能在更长的时间内保持润滑作用。合成润滑剂也有其自己的优点。当温度较低时，合成润滑剂还能保持一定的粘度，起到润滑的作用。而此时蓖麻油的粘度已经变得像蜂蜜一样粘稠了。蓖麻油在经过高温焙烤后，会在活塞、汽缸壁和其它零部件上形成一层清漆状的残余物。这些残余物用溶剂是除不掉的。只能把发动机拆卸开进行清理。残留在飞机上的蓖麻油很不容易清理干净，而合成润滑剂清理起来就很容易。如果二者同时混用的话，每一种的好处就都能沾上一点儿。二者比例对效果的影响并不大，常用的比例范围从一份蓖麻油对五份合成润滑剂到一份蓖麻油对一份合成润滑剂。一位新手在使用电热式或压燃式发动机时，燃料中多少要用一些蓖麻油。     在本节的末尾，我们把每种用来产生能量的燃料成份能与哪种润滑剂共同使用列一个表。                            汽油                甲醇              煤油    蓖麻油                 不可溶解            可溶解           可溶解 合成润滑剂           大多可溶解          大多可溶解     大多可溶解    石油制品机油           可溶解             不可溶解        可溶解

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沈淼章

电热式发动机上使用甲醇燃料

    甲醇的点火温度对于纯压燃式发动机而言太高了。但是在电热塞中铂丝的催化作用帮助下，燃烧就变得比较容易了。正如我们已经了解的，甲醇的燃烧温度较低，产生的功率充足，运行时发动机的温度也比较容易控制。电热式点火方式加上甲醇燃料可以用于从最小的到最大的各种发动机。很多航模爱好者把原来用于剪草机的采用汽油作燃料的电火花式发动机改装成采用甲醇燃料的电热式发动机。改装时，需要利用一个转换头，以便能把电热塞装在原用于电火花塞的较大的孔中。由于汽油和甲醇燃料混合气中的燃气比不同，一般还要更换或改造化油器，以使之能通过更多的燃料。之所以他们要这么费劲地做这些改造工作，就是因为他们清楚采用甲醇燃料的电热式发动机有它们的优势。

    我们还要特别关注一下甲醇的这样一个性质。甲醇可以轻易地和水以任意比例混合。它可以像海绵一样吸收大量的水份。飞行结束后，留在发动机中的甲醇会吸收水份并使钢制零部件，特别是滚珠轴承，生锈。照片(149)中就是一个生锈破损的轴承。其钢制滚珠进入发动机后，造成了发动机的损坏。汽缸盖和活塞看上去就像被散弹枪打过了一样。在燃料中加入一定的蓖麻油对于解决这一问题有一定的帮助，因为蓖麻油可以在发动机内部零件上形成一层防锈膜。但这还不能解决所有的问题。不管燃料中采用什么润滑剂，都要做好相应的防锈工作。飞行结束后，一定要拔掉油管，在全油门下让发动机转至停车。这样就能耗尽所有的残余燃料。然后薄薄地涂上一层渗透性较好的防护油。我们会在后面关于发动机使用的那一章仔细介绍如何做好这些工作的。



    对于电热式发动机而言，只要你选用的是优质的合成润滑剂或蓖麻油，那么关键就是润滑剂的用量，而不是润滑剂的种类了。我个人的意见是，如果是二冲程电热式发动机，燃料中润滑剂的含量不应少于百分之二十，最好能有百分之二十二。四冲程电热式发动机的燃料比例与此差别也不大。由于四冲程发动机的转速较低，一般地讲温度也低一些。燃料中的润滑剂成份可以略少一些。所谓“四冲程”专用燃料，就是少了这几个百分点的润滑剂。除此以外，绝大多数四冲程发动机所用的燃料与二冲程的完全一样。很多航模爱好者喜欢多加一点儿润滑剂，就可以将二冲程发动机的燃料直接用在四冲程发动机上。只有一点例外。如果是由草坪打边机上的电火花式汽油发动机改装而成的电热式甲醇发动机，燃料中润滑剂的比例则应参照原生产厂家的建议，一般是25比1，即百分之四。

    如果气温不是太低的话，将百分之八十的甲醇和百分之二十的蓖麻油混合起来，使用效果就不错。但是蓖麻油容易沉淀。如果在一加仑（3.8升）上述混合物中再加入一盎司（30毫升）乙酸戊酯，就可有效地防止这种现象的出现。但是如果能够保证每次飞前都对燃料进行充分的搅拌，也不一定非要添加乙酸戊酯不可。这种廉价的80比20的混合燃料在各地普遍使用，只有在美国是个例外。在美国，几乎每种电热式燃料中都添加有硝基甲烷。在甲醇燃料中加入适量的硝基成份可以释放出氧，使其燃烧升温，从而使甲醇燃烧速度加快。因而能够容许加大燃烧室内燃料混合气中的甲醇含量，这样就能产生更大的马力。硝基成份还有助于点火。较高的温度，再加上更容易的点火就会有助于发动机的怠速运转。硝基甲烷还具有乙酸戊酯的功能，可以防止蓖麻油沉淀。常见的燃料中含有以容积计百分之五至百分之十五的硝基甲烷。燃料中硝基甲烷的含量略高一些可以获得较大一些的马力，怠速的表现也会得到改善。当然这也会使得燃料的价格略贵一些，原因是硝基甲烷的价格是甲醇的十倍。大多数发动机都能承受混合有百分之二十五硝基甲烷的燃料所释放出的多余热量。如果超过了这个限度，就会出现冷却问题。此时，发动机的寿命就会缩短，燃料的价格也会变得难以承受了。新手务必选用硝基甲烷含量在百分之五至百分之十五之间的燃料。只要在这个比例范围内，每种配方都可以运行得很不错。

    读完上述的这段讨论之后，读者自己就可以得出结论，电热式发动机的燃料其实不存在什么秘方，从来也没有过。最常见的商品电热式发动机燃料的基本配方如下：

电热式发动机甲醇燃料基本配方

20％至22％   润滑剂
5%至15%     硝基甲烷
剩余          甲醇

沈淼章

基于各种原因，你都不应该自己配制燃料。在敞口的容器中处理易燃的液体，本身就是一件自找麻烦的事。其蒸汽有毒，很容易吸入肺中，同时还是火灾的隐患。有的人觉得他可以不在乎这些安全建议。那我们就从经济上来看一看自己配制燃料是否值得。一位普通的航模爱好者每种原料的用量都不可能大到能使购买价格下降很多的程度。即便某些个别的航模爱好者，其燃料用量较大。成品燃料的生产厂家也就会给他们提供批量优惠价了。不管是哪一种情况，经济上都不会占便宜。我以前在参加竞速比赛的时候也曾经自己配制燃料。觉得这样才能保证燃料的新鲜。但是我在经过一件事后就再也不这么干了。那次我是参加一项线操纵模型的二级航空母舰飞行比赛。我用了另一位参赛选手扔掉的已经有两年旧的燃料，却飞出了我至今最快成绩。另外，配制燃料的时候会弄得到处都很脏，并且还很花时间。我们还不如用这些时间去制作模型和去飞呢。

    精心生产的燃料与劣质燃料外表看上去毫无区别。所以你不得不依赖于厂家信誉来判断质量。那么应该选哪一家生产的燃料呢？燃料生产行业的竞争十分残酷。有一些生产厂家就因此而降低质量以便自己的价格低于其它厂家或至少使自己的价格保持一定的竞争力。降低质量的方法很多。被水污染的甲醇价格低廉。可以用价格相对较低的硝基乙烷来代替其中的部分硝基甲烷。如果替代量过多，燃料燃烧后的温度就比较高，燃烧后也比较脏。包括蓖麻油在内的各种润滑剂的价格与质量也有很大区别。劣质的燃料会产生运行温度过高、润滑不足及产生有害残余物等等各种问题。这些问题都可能，实际上也常常会，损坏发动机。这些年来，我一直大量地使用K&B和Sig公司生产的燃料，直到现在。这两家的产品都称得上是货真价实。我本人没有亲自用过其它品牌的燃料，尽管多数主要生产厂家的信誉都很好。有些不那么著名的或者地方厂家也会提供物美价廉的燃料产品――有些厂家的质量就不能恭维了。你可以去问一问周围的人都在用什么燃料。如果某个品牌，不管是否著名，有什么问题的话，他们就会告诉你了。

    我们现在再来仔细观察几个损坏了的零部件，以便进一步认识燃料质量的重要性。(150)中的这个ABC发动机，由于润滑剂沉淀出去或者其量原本不足，造成发动机缸套上的镀铬层自汽缸壁上脱落。脱落下来的铬层碎屑又把活塞划伤。这台发动机是在飞行中损坏的，结果造成了炸机。为了节省很少的一点儿燃料钱，最后造成了这么大的损失。(151)中的这台发动机，在运行时由于润滑不足，造成联杆和曲轴销抱死。这张照片让我们清楚地认识到采用廉价燃料，我们并没有占到什么便宜。

    你可能还有点儿兴趣想再多了解一些关于竞速用燃料的知识，尽管大多数航模爱好者一辈子都不会用到。我在1952或者1953结识了一位线操纵竞速选手，名叫Tony Grish。他有过很多关于发动机和燃料的创新想法。远在二次世界大战之前，他就开始从事航模运动了。Tony在1948年时的燃料配方是3/2/3（三份硝基甲烷、三份甲醇加两份蓖麻油）。硝基甲烷和蓖麻油二者本身并不能相互混合。但是可以悬浮在一起，因为二者都溶于甲醇。如果燃料中的硝基成份超过百分之四十，蓖麻油就会析出。硝基成份的最大百分比依赖于温度。为了得到最大的可能马力，他就往3/3/2的混合物中不断地添加硝基甲烷，直到蓖麻油开始从燃料中析出为止。后来，有了合成润滑剂。由于合成润滑剂能够与硝基混合，使得竞速比赛的选手们如鱼得水。现在，竞速用的燃料，其硝基含量都在百分之七十以上。其中还含有百分之十的环氧丙烷以帮助点火，促进硝基的燃烧。除非你真地有必要使用温度这么高的燃料，否则务必让硝基成份保持在百分之五至百分之十五的范围内。在这儿，我们只是简单地介绍一下这些价格不菲的燃料而已。关于甲醇燃料的讨论就先告一个段落了。

电火花式发动机上使用汽油燃料

    加油站能买到的汽油都能用在航模发动机上，尽管很多航模爱好者选用白汽油（蒸馏汽油）。这种白汽油既没有无铅汽油中的那些添加剂，也不像旧日的普通汽油或含四乙铅的汽油那样含铅。白汽油燃烧后留在燃烧室中的残留物比较容易清理，也不会把火花塞弄得那么脏。Coleman公司生产的汽油燃料燃烧后也很干净，只是和普通的汽油相比，价格可是要贵得多了。

    像(152)中的那些早期生产的电火花式发动机，当时使用的是用70号摩托车用机油与汽油混合而成的燃料。1938年或1939年的时候，这种机油就很不好买。今天干脆就几乎都看不到了。现在，航模爱好者使用的是用于剪草机、草坪打边机、链锯、摩托车或卡丁车的二冲程发动机机油。船用外置发动机的机油适用的温度比较低，不能使用。有的模友说他们喜欢用Bel Ray公司生产的机油。我本人则一直使用Amzoil的“100比1”，虽然我并没有照他们标签上说的按100比1的比例混合。将草坪打边机或链锯发动机改装到航模上时，可以按25比1的比例混合汽油和二冲程机油。如果是台新发动机，15比1的比例会效果更好一些。不同的发动机比例不尽相同，一定要仔细阅读生产厂家的建议。我们都知道汽油十分易燃，燃烧时又十分剧烈。因此，在往汽油中添加机油时，一定要在室外的铜制容器内进行。和我们配置剪草机用的二冲程发动机燃料时一样，务必小心谨慎。

压燃式发动机上使用煤油燃料

    压燃式是最简单的一种点火方式，它仅仅依赖于压缩产生的热量来使燃料开始燃烧。点火方式简便并不意味着压燃式发动机的燃料就会简单。二战之前，航模用压燃式发动机的研制先驱们为了尽量减小点火所需的压力，尝试使用了各种低闪点的燃料。由于乙醚的沸点为34.5°C，非常易燃，所以早期压燃式发动机使用的是由乙醚和机油混合而成的燃料，一般采用三比一或四比一的比例。乙醚过于易燃并且不易控制。因此，发动机有时正转，有时反转，有时提前点火，有时点火过晚。乙醚燃烧后提供的功率也不大，但是它却是一个简直可以说完美的溶剂。它和绝大多数东西都可以混合在一起。了解了乙醚的这些特点以后，研究者们开始尝试在燃料中加入各种添加物，以便减慢燃烧过程并获得更大的功率。他们试过煤油、松节油、石脑油、汽油等各种成份。最终，选择了煤油。其实只是一个非常简单的配方，等体积的煤油、乙醚和润滑油，就比纯用乙醚和润滑油的混合燃料效果要好得多。(153)中的这台Drone压燃式发动机就是那个年代的产品。煤油燃烧后产生的能量比较大，尽管其挥发性不如乙醚强，化学组成中的含氧量也较低。此时，乙醚主要作为蒸发剂与助燃剂，而不是当做燃料本身使用。因此，乙醚和煤油起到了很好的互补作用。蓖麻油就成为了标准的润滑剂，并一直沿用至今。和电热式发动机燃料类似，如果采用合成润滑剂，效果也很好。机油也能溶于煤油和乙醚，因此也可以使用，只是蓖麻油的效果更好一些罢了。

    二十世纪五十年代，开始有人在燃料中加入亚硝酸戊酯。它可以有效地促进氧化过程，并能适度地提高发动机的运行温度。由于残温升高，就可以把发动机的压缩比降低一些。这样发动机，特别是联杆，受力就会减小。有些压燃式发动机所需的压力距离能把联杆压弯并不太远了。所以我们说，亚硝酸戊酯是一个非常重要的发明。

    我们曾经讲过，自己配制电热式发动机燃料存在着安全隐患，而且从经济上考虑也并不合算。我个人觉得对于压燃式发动机而言，这一点尤为突出。乙醚是一种受管制的试剂，购买时需要特别许可才行。不过问题是我们为什么要自己买呢？乙醚的挥发性极强，极为易燃而且有毒。此外，燃料生产厂家的销售价格比你自己配置的成本还要低一些。作为参考，我们给出了一个常见配方，用于利用Davis压燃式发动机改装方案改装后的现代发动机，如OS等(154)。既然我们涉及到了Davis的改装方案，我们就在这儿提一句，Bob Davis对于本节内容的撰写提供了极为可贵的帮助。


压燃式发动机燃料基本配方

10％ 蓖麻油
10% 合成润滑剂
48% 煤油
30% 乙醚
2% 亚硝酸戊酯



电火花式发动机上使用甲醇燃料

    多数使用这种组合的人都是将原用于草坪打边机的电火花式发动机改装到航模上，而还想充分利用甲醇燃料的优势。这种组合并不常见。因为如果想用甲醇燃料的话，完全可以使用电热式发动机。这样，重量上可以轻一些，也不会遇到电火花式发动机各种附件所致的种种麻烦事了。因此，在改装草坪打边机上的发动机时，一般都会把它改装成电热式的。但是如果不从电火花式的变为电热式的，改装起来可能更容易一些。如果化油器在设计时考虑到了使用甲醇燃料的情况，或者如果可以把开口扩大以适应甲醇燃料的话，甲醇燃料完全可以用在电火花式发动机上，而且马力会比采用汽油时明显变大。甲醇的点火温度稍高于汽油。但是只要在燃料中加入百分之几的硝基甲烷就可以解决这个问题了。燃料中润滑剂的比例则应依照原厂家的建议。

电热式发动机上使用汽油燃料

    使用电热式发动机的航模爱好者可能会问，能不能为了省钱，不用甲醇而改用汽油呢？由于汽油燃料混合气中的燃料量少于甲醇燃料混合气中的燃料量，通常只需把油针关小即可，而不需要改装或更换化油器。由于燃料混合气中所含燃料量较少，所以一油箱汽油能飞的时间就会长一些。尽管铂对汽油的催化效果不如对甲醇的，但是对于汽油的点火还是有一定的帮助。这些听起来似乎都很乐观，但是你的期望值不要太高。汽油很容易点火，但是并不易控制。如果电热塞温度较高的话，就会经常造成提前点火，使得发动机过热。尽管通过在燃料中添加百分之几的硝基丙烷可以使点火变得平稳，即便如此，发动机的温度和采用甲醇时相比还是较高，提供的马力也要小得多。燃料的价格也未必就尽如人意。如果在燃料中采用白汽油（蒸馏汽油）的话，那价格也就和80/20的甲醇燃料差不多了。而甲醇燃料的马力更大一些，运行温度也低一些。汽油和电热式点火这对组合是最差组合。我从来没见过任何一台发动机是专为此设计的。

沈淼章

第七章 消音器、邻里关系、背压与温度



简介

        模型飞机在飞行中会由于各种原因而产生噪音。飞机的框架会发出声响。塑料蒙皮也会像小军鼓一样由于振动而鸣响。螺旋桨所产生的噪音也不小。发动机内部各零件在运行时也不是悄无声响。但是，废气造成的噪音比上述的这些都要大。所有的二冲程发动机，不管是采用什么点火方式，都会产生一种令人反感的高频率噪音，让人在很远的地方都觉得受不了。由于曾经使用过不带消音器的发动机，不少航模爱好者，包括我自己在内，都有一定程度的耳背。如果本身不是航模爱好者，就更不会去忍受这些噪音了。过去由于有一些不顾他人的模友，对自己的二冲程发动机不采取任何消音措施，致使我们在邻里居民的反对下，失去了相当多的飞行场地。现在，为了避免失去自己的场地，加入任何一个俱乐部时，俱乐部都会规定，必须要装消音器。以前，模友要遵守这个规定也确实有其实际困难。当时，发动机出厂时既没有消音器，也没有设计安装消音器的位置。只能再额外花钱去买通用的消音器，然后用卡箍来固定(158)。这些另加上去的消音器，价格不低却常常会带来较大的功率损失、发动机过热等问题。有时消音效果也并不好，重量又较重。现在，除了某些特制的发动机以外，所有的发动机在购买时都带有消音器，并用螺丝牢固地固定在铸在机匣上的凸出固定点上(159)。消音器与发动机是配套设计的。一起使用时可以获得很好的消音效果，而功率只会下降一点点，作为付出的代价。

        消音器所起的作用不仅仅在于减小噪音。它还有助于发动机在低速和怠速下运行。现在几乎所有的发动机都利用消音器的气压来给油箱增压。请注意(160)中联接消音器和油箱的那根管子。大多数化油器在出厂时都是按照这种加压供油的情况来设置的。在后续章节中我们还会进一步详细讨论消音器的这些功能。我们之所以在这儿提一句，只是为了说明为什么现在几乎每个人使用的都是带消音器的发动机，而不再抗拒俱乐部的规定了。

发动机设计与噪音

        四冲程发动机每转两圈排一次气，而二冲程发动机每圈都排气。因此，四冲程发动机的噪音频率比较低，音强也较小。四冲程发动机废气的排放时间较长，压力也低。这样就把声音分散在了一个较长的时间段内，这也使得其噪音较小。多缸的四冲程发动机有时干脆就不用消音器了(161)。单缸的四冲程发动机采用的消音器一般都比较小，联在一短截排气总管上(162)。相应地，二冲程发动机噪音较大，则需要一个较大的消音器(163-166)。

        二冲程发动机的噪音水平在某种程度上受其设计的影响。显然，大发动机的噪音要比小发动机的大。几乎所有影响燃烧过程，增加转速的修改都会加大噪音。比如，加大压缩比可以提高转速，同时也就加大了噪音。我们当初改良线操纵竞速用发动机的时候，曾想过办法来延长排气时间。如果当初这个方法奏效的话，噪音必定也会变大。旧式电火花式发动机(167)的压缩比比较低，排气时间很短，和现在的二冲程发动机(168)相比，其排气口也较小。这些旧式的电火花式发动机转速较低，运行时即使不用消音器，将就着也能忍受。如果通过减小压缩比，缩短排气时间或减小进气口面积等方法来减小噪音，只要降噪水平有实际意义，就一定会严重影响输出功率。我们在设计二冲程发动机的时候，会把如何获得最大功率放在首位。因此，我们依赖于消音器，而不是发动机的设计来降低运行时的噪音。

降噪与过热和功率

        航模发动机的消音器一方面要排出高温废气，另一方面则要消耗声能。而这实际上是两个目的完全不同的功能，其中一件事的完成是以另一件事为代价的。我们先来看看降低废气噪音水平。消音器的外壳应采用吸音材料制成。如果做不到这一点，则应外罩吸音层。例如军用枪支的消音器外就常常包有隔音层。剩余的声能则可以利用设置在消音器内的隔音板来吸收。另外可以通过延长声音在消音器内传播的距离来降低声音强度。为此，可以将消音器设计成一条往复折叠的管子。此外，还可以采用其它的方法来降低噪音。比如，经过精心设计的消音器可以让声波在内适当反射，相互干涉，以达到某种程度上的消音效果。

        我们再来看看消音器要完成的第二个任务，排出废气。废气带有燃烧后剩余的热量。由于废气中的热量已不能用于产生发动机的输出功率，我们有时称之为废热。如果没装消音器，废气与废热就会简单有效地，同时也会带着很大的噪音，吹离发动机。我们刚刚提到了若干种降低发动机噪音的方法。其中除了采用吸音材料一种方法外，其它都会在某种程度上限制废气的通过。较长的排气通道、隔音板或其它各种限制，都会使消音器内维持一个正气压。行内术语称之为背压。这个压力阻止了一部分新产生的废气，使之不能顺利地离开燃烧室。被留下的废气和废热产生了两个后果。一是进入燃烧室的燃料混合气气体体积就会比没有背压时小。这样，发动机功率就变小了。第二，由于废热不能从发动机中完全散去，发动机的运行温度就会较高。一句话，降低噪音而产生的背压会降级发动机功率并提高发动机的运行温度。

膨胀室与消音器

        现在大多数的消音器都称不上是声学设计的杰作。这并不奇怪。想想一个消音器作为产品不仅要完成排出废气，降低噪音的工作，还要价格低，重量轻，体积小。现在，大多数航模发动机都采用膨胀室来降低噪音。所谓膨胀室就是一个体积较大，没有隔音板的中空铝制壳体。实际上，这种装置本不应该被称作是消音器。但是我们也就随着大家这么称呼它了。

        我们先来讨论一下废气离开发动机时膨胀室内的情况。当气体膨胀时，温度下降，压力降低。膨胀室则为我们所希望的这种冷却过程提供了空间。膨胀室的铝制外壳通过传导作用散去一部分热量。有些产品还装有散热片，但是我并不了解这到底会有多大效果。少量的残余废热由于背压作用，回到了发动机中。而大部分废热都随着废气从膨胀室的排气口排出去了。排气口越大，就可以让越多的热量和废气离开发动机。

        我们现在再来看看膨胀室是如何降低噪音的。铝制的壳体会从发动机传导一些声音出去，并将一部分声音反射回消音器。剩余的则被壳体吸收了。物理学家告诉我们，被吸收的声能会转化成热能。因此我们希望把声音封闭在消音器内，完成这个能量转换。排气口越小，就能将越多的声音限制在消音器内。但是我们刚才讲过，对排气进行限制就会提高温度，加大背压。我们再次意识到要想显著地降低噪音水平，就一定会对废气排出产生影响，进而影响到发动机的输出功率。大量的经验与试验表明，如果排气口的大小设计得使发动机转速有300至400转/分的损失，就不会造成发动机过热，同时还能使噪音降低到一个尽管仍然较高，但已可接受的程度。你要知道发动机转速一般在每分钟12000至14000转之间。为了降低噪音，每分钟损失几百转只是一个很小的代价了。

        膨胀室与完全没有消音器相比是好了很多了。但是仍然有可供改进的空间。我们也需要进一步的改进。只有寥寥几种消音器采用了我们前面介绍过的那些手段，设置了隔音板等其它消音措施。(169)中剖开的Merco就是这为数不多的几种产品之一。Davis Diesel和英国的Irvine Engines都生产有这种结构更复杂，消音效果更佳的消音器产品。K&B的Sport系列发动机使用的就是一个消音效果很好的经过精心设计的消音器(170)。愿这类更加有效的消音器能逐步普及开来，因为我们都希望能尽量降低飞行场地的噪音水平。

排气导向管

        废气残留在飞机上，把飞机弄得很脏。大家都不愿意做这项清理工作。四冲程发动机完全可以加一段如(171)所示的排气导向管。我知道照片中的发动机不是四冲程的，只是说这个长度的管子用在四冲程发动机上是没有问题的。你可能觉得在使用二冲程发动机的飞机上也可以采用这种方法把废气导离飞机。但实际上，这么做常常会，尽管不能说是一定会，带来比废气油污更严重的问题。这段管子会使背压增加，因此常常会使发动机过热。很多情况下，你只是觉不出来有什么问题，而实际上发动机的温度却会逐渐升高。结果就可能会在空中出现停车的故障。排气导向管对二冲程发动机的功率和怠速运转常常都是非常有害的。(171)中的是个特例，那台发动机运转得还不错，仅仅损失了每分钟几百转。但是增加的背压却把燃料从化油器处向上吹出去了。结果，倒是没有废气造成的油污了，可是换成了新鲜燃料，一样把飞机弄得很脏。Ed Javiek在他的Super Tiger 3000(172)上用了一段相对较短的导向管，效果不错。这样的成功并不是常例，而只是例外。我见过这种情况，只是一小截铜管或硅胶管接在消音器的排气口上，就影响了发动机的正常运行。如果你真地想使用排气导向管的话，先别装它，让发动机先正常运转起来。然后，再试着把导向管装上。如果发生了空中停车、过热、功率降低或不能维持怠速运行等现象，就要果断地放弃这个主意。我建议，如果是个新手，就不要采用这种排气导向管。

沈淼章

第八章 所需工具设备



简介

        至此，本书已经讨论了航模发动机的基本原理与结构。在本章中，我们将会向你介绍一些必备的工具和发动机附件。这些东西，对于一位新手来讲也许应该在买发动机的时候就一起买好了。让我们一起来看一看都是些什么东西，它们都有些什么用途。

电热塞电池

        在前面的章节中，我们解释了如何利用一个低压电池使电热塞上的铂丝处于红热状态，但是还没有详细介绍与之相关的电池，以及如何联接等细节。可供选择的电池与配套接头有很多种。如果一开始的时候你想省一点儿钱，可以随便到某一家航模店去买一块1.5伏的航模专用电池，再买一些电线和一个用来联接电池与电热塞的夹子(173)。接头一般得自己焊。我自己用的是用来制作车模电池组的线径为英线规14号（直径1.63毫米）或16号（直径1.30毫米）的硅胶线。取三至四尺即可。每家航模店都有这种电线。这种电线，强度较高，但又十分柔软，很容易盘起来，便于存放，同时其电阻又很小。Sullivan生产的电热塞夹，价格低廉，使用耐久可靠。选用航模专用电池，一开始可以省一点儿钱，但电池很快就会没电，而且还不能充电。稍稍多花一点儿钱则可以去买一个McDaniel生产的带电表的Ni-Starter点火器(174)。也可以选用其它厂商生产的类似产品。点火器不用接头，直接接到电热塞上。稍稍一拧即可拔下。点火器上的可充电电池可以使用好几年。上面带的电表可以帮助你确认问题所在，而不用漫无目的地瞎猜了。

从油桶到油箱

        把燃料从油桶加到油箱里去的过程可以有很多经济的手段供选用。Sullivan Products公司，还有其它的很多厂家，都生产一种样子像大型吹耳球的产品，可以把燃料从油桶中吸上来，再挤入油箱。有两种规格，一种是用于电热式发动机的甲醇燃料的，还有一种则是用于压燃式发动机燃料或汽油燃料的。尽量买最大号的。40级发动机的油箱最小也要有6盎司（180毫升），而实际上一般比这都还要再大一些。第二种用于加油的工具是Sig生产的5盎司（150毫升）的兽医用注射器。我建议你买这么一个。因为这种Sig生产的注射器不但能用来加油，还能用来完成好多其它的工作。比如，在飞行场地可以用它来产生压缩空气，以清理被脏东西堵住的化油器。还可以用来检查油箱是否漏油。有经验的老手更喜欢用电动加油泵(176)。可以把加油泵固定在外场工具箱上，利用启动器的电池来操作。价格当然要贵一点儿了。如果你愿意，可以等以后再买。

        你还需要准备几尺中号的油管和一小截铜管。硅胶管可以用在甲醇燃料上，同时也比较耐高温。氯丁橡胶油管可以用在含有石油制品的各种燃料上，但不怎么耐高温。由于要有一小截油管接到消音器的排气口上给油箱增压，因此，油管的耐热性能就非常重要。除非使用汽油或煤油作燃料，否则一定要用硅胶油管。

启动器、启动器电池与充电器

        二战以前，刚开始在航模上使用汽油发动机的时候，大家都用食指拨动螺旋桨来启动发动机。现在还有不少人这么干，但是我并不主张大家这么做。即便使用的发动机很小，也会造成严重的创伤。大的发动机，劲头更大，甚至有可能会造成终身残疾。如果你实在买不起启动器的话，可以买一截暖气上用的胶管，用它来拨动螺旋桨(177)。用胶管来启动发动机确实比较费劲，也不容易着车。特别是新发动机就更是如此。飞一次以后，那些原本想省点儿钱而选择用手启动发动机的模友，差不多就都会再去买一个电动启动器(178)了。相比之下，用启动器还是要容易得多。我们为什么不一上来就买一个，而非要自找麻烦呢？

        可以使用铅酸蓄电池来给启动器供电。但是铅酸蓄电池在充电时会释放出有毒且极其易燃的气体，因此不建议使用。绝大多数航模爱好者都采用可充电的12V凝胶电池(179)来给启动器供电。一个常和我一块儿飞的哥儿们，Art Haak，发明了一个简单的方法，用两个一分钱来联接启动器及供电线(180-181)。凝胶电池如果短路的话，会以极高的速度放电，容易燃烧，造成火灾，特别危险。因此，务必小心，一定要防止工具或其它金属物品把那两个一分钱或裸露的电池端子短路。

        我们自己也生产了几种与启动器相关的产品，你也许会有兴趣。启动器的皮碗(178)在转动螺旋桨的时候，要能抓得住东西。我们生产了一种重量很轻的安全螺旋桨整流罩(182)，用来替换大部分发动机上采用的那个简单的固定螺母与垫圈，以使启动器皮碗能有更大的接触面积。有的时候，启动器会把螺旋桨固定螺母（不管是我们的产品还是别人的产品）旋松，使螺旋桨从发动机轴上脱下来。螺旋桨和固定螺母也可能会由于回火――四冲程发动机常会出现这种问题――而被甩出来。这两种情况下，我们生产的螺旋桨锁紧螺母都能确保螺旋桨能始终固定在发动机轴上。我们的这种锁紧螺母既可以配用标准的固定螺母(183)，也可以配用我们自己的安全整流罩(184)。在附录I中，我们列出了多种发动机的曲轴尺寸。

螺旋桨

        要想让发动机正常运转，就要配用合适尺寸的螺旋桨。尺寸过大，就会加重发动机的负担，造成过热。如果尺寸只是稍小一点儿，问题还不是很大。只是飞轮效应就会大大减弱，不利于发动机维持怠速运行。但是如果螺旋桨过小，发动机负栽减轻后，转速就会过高。此时，螺旋桨的强度就不够了。螺旋桨的尺寸以一个短横分隔的两组数字表示。由于螺旋桨的尺寸对于发动机的运行有着很大的影响，所以我们需要认真了解这两组数字的真实含义。前面的那个数字表示的是螺旋桨的直径。后面的数字称作桨距。我们需要对此稍加一点儿解释。所谓桨距，是指螺旋桨旋转一周所前进的理论距离。例如，一个10－6的螺旋桨每转一周，能拉动飞机前进6英寸（15.24厘米）。在实际中，这个桨距为6英寸的螺旋桨转一圈，其实只能让模型前进4.5英寸（11.43厘米）左右――这还得是个好天。这里，我们不准备花时间讨论这个理论桨距与实际桨距的区别了，因为所有螺旋桨尺寸的标称值与各种使用建议采用的都是理论桨距。在我们建议下购买了40级电热式发动机燃料的新模友，通常应该选用10－6的螺旋桨。

        螺旋桨是用木头削制，或者是用添加了玻璃纤维碎片的增强尼龙等硬质合成材料铸制的。木制螺旋桨的刚性较好，并且和玻璃纤维增强尼龙制成的螺旋桨相比，更不容易断裂。但是塑料螺旋桨价格一般较低。与木制螺旋桨相比，使用寿命也较长。尼龙桨的好处是如果粗暴着陆的话，它会有比较好的挠性，而木桨就会折断了。

旋转着的螺旋桨非常危险，一定要遵守特定的安全规范。我们会在下一章和其它的安全问题一起详细介绍。

沈淼章

其它要买的东西

        其它需要从航模商店购买的东西还包括备用的电热塞和一个用于更换电热塞的十字扳手(185)。电热塞损坏是最常见的发动机故障。因此我们一定要准备好备用的电热塞，而且最好多备几个。很多发动机在购买时不带电热塞，这时你就需要再补一个了。除非你选购的发动机必须使用特制的电热塞，否则使用Fox或K&B生产的价格较低的电热塞就足可以了。

        如果是过滤器(186)脏了，在飞行场地可以于一分钟之内清理干净，或者干脆换掉。但是如果化油器脏了，那就完全不同了。很多人不同意使用过滤器，但是我不这样看。我觉得油箱与发动机之间装一个燃料过滤器，可以减少很多麻烦。在联接注射器或油泵的油管上也装一个，只有好处，没有坏处。之所以有人不同意我的这种建议，是因为他们觉得多一样东西――过滤器――就会多一次出错的机会。过滤器有时会漏气。这样，发动机就会从漏气的过滤器处吸入空气，而吸不到燃料。如果你能确保过滤器的两半部分（如照片186中所示）能紧密地拧在一起，就不会出现漏气的现象，自然也就不会有供油的问题了。选购时，要选择像照片中Master Airscrew生产的过滤器那样的，能够拆开，以便于检查与清理。

工具箱、配电盘与燃料泵

        每一位航模爱好者在去飞行场地时，都要携带燃料、电池、启动器、备用桨、电热塞以及其它的各种工具。在牛奶筐中衬一个纸盒子，就能当一个很好的手提工具箱(187)使用。如果再用绳子做个提手，携带起来就更加方便了。不要去花冤枉钱买机修工用的工具箱。因为有专门为我们航模爱好者特制的工具箱卖。比如Carl Goldberg模型公司生产的Super Tote(188-190)，就是一个经过精心设计，十分紧凑的工具箱。照片中的工具箱是Randy Zorich拼装的。所有的航模工具箱都预留了安装12伏配电盘(191)的位置。即便是最便宜的配电盘，其上也有供启动器使用的插头和给电热塞供电的接头。几乎每种配电盘上都装有电流表，以便随时检查电热塞的电流。如果配电盘上没有燃料泵专用电路，有好几家公司都生产带内置开关的燃料泵产品。当然，你也可以选用Dave Brown生产的Six Shooter手摇泵。

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