Seminole飞机发动机点火系统故障分析

2015-01-28张洪涛

中国科技信息 2015年6期

关键词：联轴器凸轮触点

张洪涛杨鑫

中国民航飞行学院洛阳分院

Seminole飞机发动机点火系统故障分析

张洪涛杨鑫

中国民航飞行学院洛阳分院

张洪涛（1968.3）男，汉族，河南郾城人，中国民航飞行学院 MBA 工程师，从事机务维修管理、机务工程管理。杨鑫，1978年12月6日，毕业于郑州航空工业管理学院，工学士学位工程师中国民航飞行学院洛阳分院，研究方向：机务工程维修管理。

美国Piper公司生产的Seminole飞机（工厂型号PA44-180）是一种小型可收放起落架的双发螺旋桨活塞式飞机，该种机型的动力装置是两台美国Lycoming公司生产的O/LO-360-A1H6汽油活塞式发动机。该型发动机在使用过程中，点火系统的故障是常见、多发且对飞行安全有较大影响的故障类型之一。因此，有必要对该机型发动机点火系统的故障进行全面分析，并有针对性地提出了维修和操作建议供维护和使用该型飞机的机务和飞行人员参考。

Seminole飞机及其发动机点火系统简介

美国Piper公司生产的Seminole飞机（工厂型号PA44-180）是一种小型可收放起落架的双发螺旋桨活塞式飞机，该机型是国际上培训商业运输飞行员过程中的主要过渡机型，该种机型的动力装置是两台美国Lycoming公司生产的O/LO-360-A1H6汽油活塞式发动机。该型发动机在使用过程中，点火系统的故障是常见、多发且对飞行安全有较大影响的故障类型之一。

活塞发动机点火系统的功用是按照发动机各气缸规定的点火次序，适时地产生高强度的电火花以点燃气缸中的油气混合气。点火系统由磁电机开关、磁电机、高压导线、电嘴等组成。点火系统是发动机的重要系统，它的工作好坏直接影响到发动机的启动、功率、经济性和工作可靠性。在实际运行中，点火系统的故障主要集中在磁电机和电嘴。Seminole飞机每台发动机安装有2台Slick磁电机，磁电机将高压电通过高压导线传递给气缸上的电嘴，其中左磁电机控制1、3缸上部和2、4缸下部电嘴，右磁电机控制1、3缸下部和2、4缸上部电嘴。这样可以保证在一个磁电机失效的情况下，发动机还可以正常工作。

主要故障及分析

电嘴

电嘴的功用是产生电火花，点燃气缸内的油气混合气。Seminole飞机发动机在额定功率下，电嘴每分钟点火接近1300次，要在15000～20000V的电压下工作，工作时要承受混合气燃烧产生的高压、冷热气体高频交替，还要保持适当的温度。所以，要求电嘴具有较高的机械强度，良好的绝缘性、密封性，能够将部分热量及时传递给气缸。

其常见故障有积碳、积铅、间隙变大、挂油受潮。当电嘴出现上述故障，性能变差时，其点火强度会减小或不点火，发动机表现为抖动或单磁掉转较多等。

磁电机

磁电机的功用是适时地产生高压电，并将高压电按照点火次序分配给各气缸，使电嘴产生电火花。其常见故障有：

磁电机内漏

如果转轴上的密封圈密封不良，附件机匣内的滑油会以油雾形式进入壳体并集聚。线包受潮而使绝缘性变差，产生的感应电动势降低；油污进入断电器触点使触点接触不良或断开不彻底。磁电机内漏在故障早期，可以通过对磁电机分解检查发现。在定期维护过程中，如果发现磁电机内有滑油痕迹，及时更换磁电机消除故障隐患。

断电器间隙不合适或触点接触不良

间隙过大或过小，会使二级线圈电压降低，电嘴电火花减弱，发动机掉转过多、功率下降。断电器触点接触不良，会使接触电阻增大，低压电流减小，二级线圈电压降低。

分电臂松动

高压电通过分电臂传给分电桩，再送至各气缸电嘴。分电臂松动会造成分电臂和分电桩的间隙发生跳动，传递给各气缸电嘴的电压不稳定，使发动机抖动。

凸轮安装U型架裂纹

凸轮安装在磁电机转轴上，安装端是U型结构。当U型架出现较大裂纹时，凸轮在转动过程中可以沿周向移动，会影响断电器触点断开时机，从而影响各缸的提前点火角。另外，U型架在凸轮的侧向力作用下，裂纹逐渐增大，当完全断裂时凸轮位置保持不住，磁电机不会产生高压电。

线包绝缘性变差

线包绝缘性变差：线包绝缘性变差时，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，二级线圈感应电动势降低。在检查单磁电机时会发现掉转较多，分解磁电机会发现线包放电部分烧黑。线包绝缘性变差的主要原因是线包受潮和温度过高。

轴承盘组件松动

断电器组件通过两个螺钉固定在轴承盘组件上，轴承盘组件通过轴承盘压块和固定在磁电机壳体上的两个螺钉保持轴向和周向位置不变。这样，磁电机工作时断电器组件相对于壳体位置不变，触点间隙由转轴上的凸轮控制，磁电机正常工作。轴承盘组件松动后，断电器组件相对于壳体位置不断变化，触点间隙不仅受凸轮控制，还受轴承盘位置影响，会造成磁电机工作不稳定甚至不工作。轴承盘组件松动主要原因是压块磨损轴承盘导致二者周向间隙增大。

冲击联轴器

冲击联轴器主要故障现象为地面启动困难、空中发动机抖动、左磁电机不工作。经过对故障磁电机的分解检查，发现是左磁电机冲击联轴器故障造成的，主要表现为：磁电机上止动销钉有撞痕；冲击联轴器飞重块小端有撞痕；被动盘有撞痕；磁电机转动轴有撞痕；限动片和飞重销失去铆接作用造成被动盘失去轴向和周向固定；磁电机封油环磨损产生大量金属屑。

冲击联轴器主要由主动盘、弹簧、被动盘、飞重块组成。其作用主要有两个，一个是：启动时使磁电机得到一个短暂的加速，从而产生很高的电压给电嘴以点燃混合气；另外一个就是：延迟启动点火，因为发动机有利提前点火角随发动机转速增大而增大，设定的提前点火角是按照发动机正常工作时的转速进行的，在启动时需要适当的减小提前点火角。启动时飞重块被止动销钉挡住，使被动盘落后于主动盘，当飞重块松开和被动盘在旋紧弹簧的作用下加速旋转时，点火时刻已经较之正常情况落后了，符合启动时的要求。所以，其工作正常与否，不仅关系到发动机能否顺利启动，对发动机是否正常工作也有较大影响。

冲击联轴器出现上述故障主要是被动盘上飞重销和限动片失去铆接作用，造成被动盘失去轴向和周向固定，被动盘在主动盘凸起部分的带动下高速旋转，不断和磁电机转轴撞击，并切削磁电机封油环产生金属屑。经过分析，产生此故障发动机共振的可能性较大。

振动是由发动机内部的不平衡力引起的。正常情况下，发动机振动主要是由于发动机承受扭矩的波动造成的。发动机扭矩主要由两部分组成，即惯性力和燃气压力。任何物体，不管其结构、尺寸或材料如何，都会在某一特定频率发生共振。当活塞产生的周期性振动力作用在曲轴上时，曲轴就产生了受迫振动。当做受迫振动的系统稳定后，其振动频率等于驱动力的频率，与系统的固有频率无关。而当驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大，也就产生了共振。当发生共振时，如果系统的阻尼很小，振动的幅值会很大。那么就会产生很大的动应力，也就产生巨大的加速度，这样就会导致部件产生很大的噪声、疲劳或失效。

当冲击联轴器发生故障时，带有冲击联轴器的磁电机的提前点火角会在正常值基础上波动，造成左右两个磁电机点火角不同步，使发动机功率损失、抖动；另外磁电机封油环上被切削下来的金属屑通过附件机匣直接进入发动机内部，会造成附件机匣齿轮工作面及发动机内部其它部件异常磨损，具有很大的危险性。