摘 要: 航空活塞发动机产生故障的原因很多,最常见的故障是点火系统的故障。它工作的好坏,直接影响起动性能、发动机功率、经济性以及工作的可靠性。在此以LycomingIO-360发动机的点火系统为例,对点火系统的工作原理进行阐述,并对点火系统的故障从磁电机、电咀、磁电机开关、高压导线几方面做分析,还对点火系统的故障查找判断的一些方法略作总结,与大家一起探讨。
关键词: 点火系统; 磁电机; 电咀; 故障
中图分类号: TH6文献标识码: A文章编号: 1009-8631(2010)03-0082-02
LycomingIO-360发动机是“阿维科.莱康明”工厂生产的四缸直接驱动、水平对置气冷式航空活塞发动机,该发动机广泛使用于各种小型单发和双发飞机。目前,我学院的主要训练用机,Piper、赛斯纳172、TB20/200、国产小鹰500、施瓦泽直升机都使用的该发动机。作为在飞机外场从事维护工作的机务人员,可能会遇到各种各样的故障,然而在实际工作中,点火系统发生的故障最多,据各类统计数字表明,在活塞式发动机中三分之二的故障与点火系统有关。为此,对于从事外场维护的维修人员应针对常见故障排除方法的基础上,有必要对点火系统作更进一步的掌握,一旦飞机出现点火系统问题,应尽快判断出故障的原因及部位,提高飞机维护质量及安全性能。
一、点火系统故障的判断方法
(一)根据发动机振动情况进行判断
发动机振动是由于各气缸爆发后压力不均引起的。当试磁电机时,如果发动机振动比较明显,一般是电咀或高压导线的问题(磁电机个别分电站有问题也可能造成振动)。因为电咀或高压导线有故障都是个别的,不会全部有问题,这样就会使个别气缸爆发后压力小,使发动机受力不均而引起明显振动。如磁电机有故障,除个别分电站漏电或分电间隙过大而引起振动外,一般情况都是使二级电压降低而影响整个一排电咀的工作,往往是掉转速多,振动不明显。
(二)通过电咀检查
推油门增大转速烧电咀时,磁电机产生的二级电压升高,如果电咀有挂油、积炭和受潮等故障,在大转速时仍可以继续产生电火花,同时由于燃气温度升高,达到电咀的自洁温度,可以把电咀上原先的积炭和油烧掉,并把水分蒸发掉,发动机工作就可以恢复正常。
(三)通过试车检查
1)在试磁电机时,如果发现点火系统工作不正常,可将油门收回使发动机在小转速工作,关闭工作正常的磁电机,工作2-3分钟,不烧电咀停车,拆下有故障的那一排电咀查看是否有不工作的。普遍挂油说明是磁电机有问题,个别挂油一般不是磁电机问题。为了判明是电咀工作不良还是高压线或磁电机工作不良,可将有怀疑的电咀前、后排对换装上,如果好了则说明是电咀问题,如果仍然是原来的那排电咀工作不正常,则说明不是电咀问题。2)试磁电机时,掉转转速超过限制但发动机工作稳定–转速下降超过175RPM,一般是磁电机定时不准–外定时不准或磁电机松动,先检查外定时–由于断电器烧蚀或凸轮随动臂的磨损,使磁电机内定时发生变化,调整断电器间隙进行内定时调整,如果调不过来,更换断电器组件。3)试磁电机时,两个磁电机掉调转速的差值超过50RPM。该限制主要是考虑两个火花塞的点火同步角。如果是两个独立磁电机,检查调整外定时,两个磁电机定时角不能超过限制。4)试磁电机时,转速不下降(绝对不正常),磁电机在此时没有搭地,一般是左磁不掉转,是右磁没搭铁;反之,是左磁没搭铁。如何进行磁电机搭地检查?如果此时发动机没有停车趋势,可能是控制线路问题,也可能是开关问题;如果有停车趋势,是开关问题。
二、点火系统故障分析
点火系统故障总的分为四个部分:磁电机故障、电咀故障、高压导线故障和磁电机开关故障,最后表现为电咀火花弱或不跳火。由于火花弱或部分电咀不跳火将造成下列后果:由于各气缸爆发后压力不均,使发动机振动;由于燃料在气缸内燃烧不完全,到排气管复燃,引起“放炮;由于燃烧时间延长,使发动机的功率和经济性下降;由于起动时点火不好,发动机起动不起来。主要表现为磁电机故障及电咀工作不良造成的发动机空中瞬间振动。尤其因电咀工作不良引起的发动机瞬时振动的故障较多。下面将对各种故障逐一说明。
(一)磁电机故障
1)断电器间隙不正常和断电器接触点接触不良。断电器间隙过大过小时,会使二次线圈电压降低,火花减弱,引起磁电机掉转过多,发动机功率下降。但间隙增大时比间隙减小时掉转相对要少一些。因为间隙增大,由于提前点火角增大,可以弥补一些火花减弱的影响。断电器间隙变化的原因,主要是不断跳火花时的电侵蚀、胶木摇臂的磨损等。断电器接触不良,会使接触电阻增大,断电时的低压电流减小,二次线圈电压降低。造成接触不良的主要原因是接触点间进入油污和发生金属转移。
2)线包绝缘性变差。线包绝缘性变差时,会使线包和壳体之间以及线包与附件的金属接触点和部件间发生放电现象,使磁能损失增大,二次线圈电压降低。检查会发现掉转过多,可看到线包放电部分烧黑。线包绝缘性变差的主要原因是线包受潮和温度过高。
3)磁电机内部高压电导出部分接触不良,产生强烈的电火花,使分配到电咀的电压降低,且会把跳火部分烧坏。
4)分电盘裂纹。产生裂纹后,在裂纹处会发生漏电现象,也使二次线圈电压降低,影响电咀跳火。
5)分电桩磨损、烧伤。会使分电臂与电桩之间间隙大小改变,影响输往电咀的电压。
6)磁电机定时不准。由于定时不准,使提前点火角过大或过小,都会使发动机的功率和经济性下降。
7)断电器的弹簧片折断和低压导线在接线处掉下。出现上述现象,都使低压电路断开,磁电机不产生高压电。
8)磁电机低压电路中电容击穿或性能下降,磁电机不产生高压电。
9)磁电机内部渗油:打开磁电机后盖检查时,发现壳体内有较多的油迹。主要原因是:磁电机安装在发动机的附件机匣上,靠磁电机前端的密封轴承和滑油密封圈来进行密封。当密封轴承和滑油密封圈的密封作用失效或者磁电机转轴上有划伤时,发动机滑油会渗入磁电机内部。前轴承本身密封性差,轴承内的润滑剂在高温下渗入磁电机。磁电机内的油迹为较粘稠的油脂状。滑油或润滑剂在高温下蒸发会污染触点,使断电器接触不良,接触电阻增大,断电时的低压电流减小,二次线圈电压减小。外场发现磁电机有渗油的现象,应及时将磁电机从发动机上拆下并送修。更换前轴承、滑油密封圈及其它密封件。
10)冲击联轴器故障:冲击联轴器是辅助发动机启动的一个机械装置。用于在发动机启动时,使磁电机得到一个短暂的加速,产生强烈的电火花,供电咀点火,并自动延迟点火。冲击联轴器常见的故障有:弹簧疲软、飞重过脏或被磁化、飞重的枢轴铆钉松动、严重锈蚀等。这些故障会导致冲击联轴器的性能变差,使发动机启动性能变差,甚至不能正常启动。维护过程中,不要用磁性的东西接触冲击联轴器。磁电机从发动机上拆下后,应注意对冲击联轴器进行防锈处理,可涂上一层滑油,以免零件生锈。经常检查冲击联轴器有无过多的磨损、裂纹等。
(二)电咀故障
1)电极间隙不当。电极间隙的尺寸对电咀的维护寿命和发动机的性能起决定性的影响因素。如果电咀间隙大于规定值,一方面将引起电咀的击穿电压显著升高,造成点火困难,甚至不能产生电火花;另一方面,由于电咀击穿电压显著升高,高压电路中的电压也必然随着升高,可能把绝缘体击穿,在这种情况下,不仅电咀不能产生电火花,磁电机将不能正常工作。如果电咀间隙小于规定值,将引起电火花强度减弱,难以点燃混合气。这是因为电咀间隙减小后,电咀间隙的电阻减小,高压电路的电流增大,克服绕路电阻所消耗的能量增大,以致供给电咀产生电火花的能量减少,电火化的强度因而减弱。同时,电咀间隙减小,还有可能使电咀间隙处因积炭造成短路而不产生电火花。巡航功率时电咀的间断性不跳火,使绝缘体尖部的温度降低到绝缘体上的积铅不能有效汽化的程度,从而不能保证电咀清洁。
2)电咀挂油积炭。新的或大修后的多数发动机,因为活塞涨圈还未磨合好,其电咀上都有一定的积油。使用了很长时间的发动机,其挂油的电咀表示涨圈已过度的磨损。有一个电咀挂油,而其它电咀干燥,则表示挂油电咀所在的气缸出了问题(底部电咀问题首先出现挂油的现象)。主要是长期过富油或涨圈磨损,大量滑油进入燃烧室造成的。在使用中当小转速时间过久时也易造成电咀挂油积炭。
3)电咀积铅。航空燃油加铅,可改善它的抗爆性能,但是在燃烧时生成氧化铅。氧化铅是具有不同程度的硬度和密度的固体,高温沉积在燃烧室表面的铅是良好的导体,从而妨碍电咀正常点火。在任何工作状态下都可以产生积铅,最能导致积铅的工作状态是贫油巡航状态。在这种工作状态下气缸温度比较低,有多余的氧和铅。多余的氧和铅,除垢剂结合生成铅或溴的氧化物。其中一部分接触到较冷的气缸壁和电咀时,就会固化而一层一层地的堆积起来。经验表明,铅的堆积一般限制在特定的温度范围之内,燃烧温度高于或低于这个特定的温度时,积铅的可能性较小。如果电咀积铅,使燃烧温度陡然上升或下降的方法一般能消除或减少积铅,这就是平常所说的“烧电咀”。
4)电咀积石墨。对电咀使用的螺纹润滑剂过多,螺纹润滑剂是石墨基的,因为石墨是良好的导体,从而引起电极短路,电咀不跳火。
5)电咀壳体超温。有时由于气缸导风板损坏或空气冷却管遗失引起,会严重的腐蚀点火导线。任何由于导风板损坏或排气管漏废气而引起的电咀壳体超温,都会导致电咀内绝缘体尖部的温度足够高,以致引起早燃和活塞损坏。
6)对于绝缘瓷管有一个暴露的端头,应检查此处有无炭的痕迹。如出现了很粗的象铅笔划过的痕迹,表示连接点火导线接头处的绝缘端头可能失效,这会引起电咀从其护罩的金属壳体处漏电。由失效的绝缘端头引起的电咀不跳火,首先在飞机起飞和爬升工作状态或在高空飞行时表现出来。
(三)高压导线的故障
1)高压导线绝缘体被击穿。如电咀弯管处因拆卸时活动较多,加之受气缸和电咀传热的影响,易击穿,在击穿处一般可看小黑点。汽、滑油落到高压导线上易腐蚀高压导线的绝缘体,使其绝缘性变差。
2)高压导线接触不良。如高压导线与分电桩之间是,高压导线与电咀之间等。
3)由于潮湿形成漏电。潮湿空气和水分进入高压导线的隔波套以及电咀壳体时,引起绝缘体表面的导电能力提高,因而在高压导线暴露部分与隔波装置之间发生漏电,使能量损失增大,二次线圈电压降低,电咀火花减弱,甚至不跳火。
(四)磁电机开关故障
磁电机开关的转轴及接触点,因经常转动又无润滑,会磨下少量金属沬在底盘上,这样容易构成通路,特别是水分进入时更加严重,会造成磁电机开关失效。
三、结束语
总之,在维护工作中,既要按操作程序有条理的工作,又要结合实际考虑问题,同时还要综合多方面的知识加以综合的考虑,才能既快又准地解决问题。在故障排除过程中,应根据不同故障现象,利用现有的设备进行分析,本着:“结合构造、联系原理、搞清现象、具体分析、从简到繁、由表及里、按系分段、检查推理”的原则,抓住故障的主要现象,层层进行查找,把故障部位确定下来,从而将故障排除。
参考文献:
[1] 中国民航学院机电工程学院.民用航空器维修人员执照基础培训教材(第四册).
[2] 赵廷渝,李卫东.航空活塞动力装置.民航飞行学院,1999.9.
[3] 吴增辉.TB20飞机发动机构造讲义.民航飞行学院,1990.4.
[4] 民航飞行学院机务处编.莱科明《航空器》主要文献汇编.1996.1.
[5] 民航飞行学院机务处.TEXTRON Lycoming 操纵人员手册.2005.4.
[6] TEXTRON LYCOMING Aircraft Engines.OPERATOR’S MANUAL,SERIES IO-360.1999.11.