简述活塞发动机配气机构维修特性

论文导读:：Lycoming活塞发动机配气机构维修特性研究现状综述，机械论文。
论文关键词：Lycoming活塞发动机配气机构维修特性研究现状综述

　　发动机的换气过程直接影响发动机的性能。良好的配气机构不仅要求气门开启有尽可能大的时面值，而且要求其配气正时在任何情况下都能使发动机性能最佳。在设计中，配气机构的布置与发动机整体结构布置密切相关，要达到总体设计要求，布置紧凑，协调合理。同时提高进、排气工作性能与改善机构动力学特性常常是设计中的主要矛盾。对配气机构进行有效的分析研究，不仅能有效防止机械故障的产生．而且有利于维修方式从定期维修向“以可靠性为中心”的视情维修发展．控制维护成本，提高经济效益。
　　一、 国内外对配气机构研究状况
　　配气机构是发动机的重要组成部分，配气机构的维修特性，直接影响到发动机的经济性、动力性和可靠性，并与发动机的噪音与振动有着直接的关系。配气凸轮、气门，气门弹簧是配气机构的心脏，在配气机构中起着决定性的作用，其维修特性对机构的充气性能和动力性能具有决定性的影响。其维护与使用直接影响发动机的可靠性及维修特性指标。这些指标不仅包括动力性、经济性，也包括运转性能，如发动机的振动、噪声及排放指标。此外，它对发动机的耐久性和可靠性也会产生直接影响。因此，研究发动机的配气机构维修特性，对发动机的发展格外重要。随着现代航空活塞发动机技术的迅猛发展，发动机转速和功率逐渐要求更加安全可靠，配气机构各零件的负荷不断增加，这种由于构件本身弹性所导致的工作异常机械论文，很可能使配气机构正常工作遭到严重破坏，直到发动机不能正常运转。只有在知道了气门及其驱动零件的真实运动和载荷变化情况后，才能对其工作条件和日常维护做出正确结论。
　　人类对配气凸轮机构的使用要追溯到18世纪，直到19世纪末，对凸轮机构还未曾有过具有详细历史记载的系统研究。随着人类文明的进步和工业化的逐步发展，对高效的自动机械的需求大大增加。特别是在发动机诞生之后，以发动机为动力的机械逐渐增多，大大提高了人们对凸轮机械的重视程度。随着发动机动力机械的逐渐普及和发展，发动机配气机构的特性对工作性能的影响逐步被认识期刊网。在20世纪40年代以后，由于发动机转速增加，配气凸轮乃至配气机构引起的故障日益增多，人们开始对配气机构的深入研究。研究的方法也从经验性的设计过渡到有理论依据的运动学与动力学的分析研究随着技术的发展，计算机辅助设计和辅助制造技术也逐步得到了应用。目前，配气凸轮机构设计己广泛采用各种专用软件借助计算机来完成，用数控机床完成加工。气门和气门座在工作中承受极高的机械负荷、热负荷及腐蚀性气体的冲刷，润滑状态极为不良，因而在工作中磨损比较严重，常造成气门下沉，燃烧室的有害容积增大，使发动机性能变坏，严重时气门一气门座的密封作用失效，影响发动机的正常工作和大修期，因此在发动机配气机构设计中应给予足够的重视。气门和气门座处于燃烧室和气道之间，由于缺乏有效的润滑油供应，在气门工作表面上不可能形成润滑油膜，从而使摩擦运动产生严重的磨损作用。通过对配气机构的动态模拟可以知道各零件的真实运动情况和载荷变化规律;通过对气门副破坏方式的分析与研究，找出其规律，以便对气门副材料的选取、表面加工，以及对配气机构的优化和配气间隙的调整提供更为有效的理论依据和实践经验。这样既研究了配气机构整体性又研究了配气机构的薄弱环节。
　　二、配气机构维修诊断特性现状
　　随着发动机新品种的不断出现和新技术新产品的引进，配气机构经常出现这样或那样的问题，据英国发动机工程师和用户协会提供的发动机停机故障表明，造成发动机停机故障的各种原因中，配气机构的故障在发动机的故障中占有比例达11.9%。它也日益引起从事发动机生产、研究和有关教学方面的重视。目前国内外对于配气机构的零星报导不少，但完整的资料或书刊却未见到。航空配气系统故障的原因往往是多方面的，而故障的发展也受多方面因素的影响。因此，航空的配气系统故障诊断技术应是针对整个系统的综合诊断。现在已经投入实用的故障监测与诊断系统大多功能单一，系统化、智能化水平低，诊断准确度不高。目前与汽车及船用活塞发动机比较，使用在航空上的活塞发动机较少使用电子控制装置，在使用过程中测量的参数也较少，维护检修主要依靠维护人员的经验和维护手册提供的排故程序。根据这种情况，航空活塞发动机的配气系统故障诊断可以利用人工智能结合排故手册和经验丰富的维护人员的排故经验开发采用基于故障树的故障诊断系统，用于日常维护中故障的快速准确的排除。由于发动机自身的工作原理，凸轮与挺柱之间、气门与气门座圈之间不可避免的存在碰撞作用，配气机构工作条件十分恶劣;而且机械论文，随着发动机转速不断提提高，配气机构各零件的负荷不断增加，这种由于构件本身弹性所导致的工作异常，很可能使配气机构正常工作遭到严重破坏，例如:凸轮与挺柱之间、气门与气门座圈之间的早期磨损;而且凸轮与挺柱之间的磨损将导致噪声增加，甚至影响换气性能;同时气门与气门座圈过早的磨损现象，会造成气门强度降低，进一步发生气门掉头，气门头与活塞运动干涉产生撞击，最终导致发动机故障。利用试车台测试的大量参数，采集发动机的各种具有某些特征的动态信息，并对这些信息进行各种分析和处理、区分、识别并确认其异常表现，预测其发展趋势及潜在的故障，查明其产生原因、发生部位和严重程度，提出针对性的维修措施和处理方法。
　　航空使用及维修性能指标主要是依据动力性、经济性和废气排放指标。动力性指标主要以输出的有效功率表示，经济性指标主要用燃油消耗率表示，废气排放量指标主要用C0，HC.NO、和碳粒表示。配气机构是的主要组成部分.在各种配气机构中，其主要零件都包括为气门组和气门驱动组。气门组包括气门座、气门、气门导管、气门弹簧及座和锁瓣等，其主要功用是维持气门的关闭。气门驱动组是指从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，包括凸轮轴，气门挺杆，推杆和摇臂等，其主要功用是定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和气门间隙。配气机构的主要作用是按照每个气缸的作功顺序，按时打开和关闭各气缸进气门和排气门，以保证各气缸及时吸入清洁空气和排出废气;同时在压缩和作功行程中维持燃烧室的密封，保证正常工作。实践表明，航空功率下降、排气冒黑烟、燃料消耗率增加等问题均与配气机构的技术状态紧密相关。而配气相位和气门间隙是配气机构技术状态的主要方面，对的工作可靠性能影响极大。由于的转速较高，活塞每一行程所经历的时间极短，如Lycoming四冲程转速20O0r/min时，一个行程时间只有0.01，再加上气门开启有一个过程，气门全开的时间就更短，在这样短的时间内，要使进气充足、排气干净是比较困难的，为了增加气门开启和时间断面，并充分利用气流的流动惯性以及减少换气过程的损失，从而改善换气质量，提高充气系数，的进气门和排气门都要“早开晚关”，即进气门要在活塞位于上止点前便提前打开，而推迟到下止点后再关闭;排气门都是在活塞移动到下止点前便提前打开，而推迟到上止点后才关闭。表示进、排气门开始开启和关闭终了时刻及其持续过程的曲轴转角机械论文，称为配气相位。它是设计单位经过反复实验而确定的，虽然近年来己可采用计算分析的方法来选择最佳的配气相位，然后经实验验证，但大多数配气相位仍是经过试验确定的。不同型号发动机的，因结构参数不同，配气相位也不同。正确的配气相位应能满足下列要求:(l)良好的充气系数，以保证的动力性;(2)合对于上磨损故障，国内外的科研工作者已经进行了长期的研究与探索，取得了一定成果。其中，对于滑油润滑零部件的磨损故障，已经形成了较为成熟的监测与诊断技术体系；而对于气路磨损故障，尚未形成很有效的解决方法。适的充气系数特性，以适应发动机扭矩特性的要求;(3)较小的换气损失，以改善的经济性;(4)必要的燃烧室热气，适当的排气温度，以降低受热零件的热负荷，保证运转的可靠性。由上可见，正确的配气相位是保证气缸内有足够的空气充量，以保证燃油的完全燃烧，使发动机有良好的动力性、经济性和废气排放为目的。发动机工作时，气门实际开闭的时刻是由凸轮的形状和配气机构各零件的正确装配保证的。在使用和维修过程中，由于零部件制造偏差、使用过程产生的磨损偏差及修理装配过程各种工艺误差等，一般都不同程度地改变了原规定的配气相位值，如气门间隙调整过小或凸轮外形加工太肥，使气门早开晚关，气门开启延续时间过长期刊网。配气相位误差将导致的动力性下降、经济性变坏及排放恶化。相位差很大时，根本不能起动:严重时造成气门和活塞碰撞，气门杆顶弯、凸轮轴变形及打坏活塞。有资料显示，某系列发动机因配气相位的误差使最大功率下降13%，最大扭矩下降11%，最低燃油消耗率增加19%。我院Lycoming发动机气门的结构形式为顶置式和。气门间隙是指气门处于关闭状态时，气门尾端与摇臂之间留有的一定间隙值。气门间隙的作用是保证气门、推杆等传动杆件受热膨胀时留有余地，当气门在关闭时与气门座紧密贴合，这对发动机是一个非常重要的因素，对其正常工作有很大影响。发动机在使用过程中，由于配气机构某些零件的磨损和紧固件的松动，气门间隙会发生变化，气门间隙过大会使气门迟开早闭，缩短开放时间，减小开启高度，造成气缸内进气不足，废气排放不彻底，燃烧的准备条件变坏，燃烧不完全，发动机的动力性下降机械论文，起动困难，怠速时发出“哒、哒、哒”气门敲击声。随发动机转速的升高噪声也随之增大，单缸断火试验时声响不变。若气门间隙过小或没有(液压式配气机构除外)，当气门及传动杆件受热膨胀后气门杆端抵触摇臂，使气门关闭不严发生漏气，造成气缸压缩压力降低、气门与气门座容易烧损，使发动机起动困难，动力性和经济性下降，排放污染增加。
　　三、配气机构研究技术的发展趋势
　　对于专门用于发动机的配气机构的研究，一直是该领域的研究前沿。研究
　　摘要进一步了解配气机构各零件的真实运动情况，气门弹簧的颤振和高次振型时配气机构的异常振动，从而明确机构中的薄弱环节，单质量模型则无能为力。因而随后出现了多质量动力学模型。根据使用者目的的不同，有三质量、四质量、五质量，以至更多质量的模型。多质量动力学模型的建立、参数的确定、方程的求解等虽然较困难，但它可以分析传动链中的各零件的真实运动规律以及对整个机构的影响，并能计算出气门内、外弹簧圈的大致振动情况，使模拟值更接近实际情况，故近年来多质量模型的应用远比单质量模型的应用广泛。为了进一步提高配气机构动力学模拟精度，有人采用变刚度、变摇臂比进行多质量模型的模拟计算。当然其模拟精度又有一定程度的提高，多质量动力学模型也得到了进一步的发展和完善
　　　　四、目前在配气机构维修特性方面存在的不足：
　　课题的难点是收集数据是一项艰难复杂的工作，本身发动机结构复杂，引起失效的原因也复杂。维修特性技术在航空活塞发动机中应用理论体系不完整。磨损机理分析采集数据多为实验得，对于实际使用中以参数变化收据不足。

参考文献
[1]Cessna172R飞机机型培训教材 中国民航飞行学院机务处, 2007
[2]吴增辉编,TB-20飞机发动机构造讲义,中国民航飞行学院,1990.
[3]莱康明《航空器》主要文献汇编,中国民航飞行学院机务处编释,1996.
[4]运五(B)型飞机使用维修经验汇编,中国民用航空总局适航司,1998.
[5]李柱国编著,机械润滑与诊断,化学工业出版社,2005.
[6]民用航空器维修人员执照基础培训教材,中国民航学院机电工程学院,2002.
[7]杨可桢、程光蕴主编,机械设计基础,高等教育出版社,1989
[8]尚汉翼.配气凸轮机构设计与计算.复旦大学出版社，1988
[9]TEXTRONLYCOMINGDIRECT DRIVE ENGINE OVERHAULMANUAL, 1999
[10]TEXTRON Lycoming AIRCRAFTENGINES IO-360 PARTS CATALOG ,2005;
[11]TEXTRON Lycoming AIRCRAFTENGINES IO-540 PARTS CATALOG ,2005;
[12]Lycoming Flyer TEXTRON Lycoming， 1996;
[13]TEXTRONLYCOMING SERVICE INSTRUCTION NO.1492C, 2000.
[14]TEXTRONLYCOMING SERVICE INSTRUCTION NO.1193A, 1970
[15]TEXTRON LYCOMING SERVICE LETTER SL - L180B, 2001.
[16]TB20 MAINTENANCE MANUAL EADS SOCOATA,2003;
[17]TEXTRONLycoming Aircraft EnginesOPERATORS MANUAL ，SERIES IO-540,1999;
[18]TEXTRONLycoming Aircraft EnginesOPERATORS MANUAL ，SERIES IO-360.1999;