航空活塞发动机排故基本原则与常见故障分析

2018-02-16代友军

现代制造技术与装备 2018年1期

代友军

（中国民航飞行学院飞机修理厂，广汉 618307）

随着国内通航的快速发展，以活塞式发动机为动力的固定翼飞机和直升机数量越来越多。外场维修人员经常会遇到发动机方面的故障，快速准确地找出故障原因并排除故障，对于确保飞行正常具有重要的意义。本文从使用维护的角度，分析了航空活塞发动机排故的基本原则，并对一些常见故障的原因、排除方法等进行深入分析，以简化排故的过程，提高排故速度。

1 排故的基本原则

排故是一个循序渐进的过程，即根据故障现象，分析可能的故障原因，按照从简单到复杂的顺序，选择最快的排除方法，采取检查或换件等手段并进行必要的试验来排除故障。能否快速有效地排除故障是区别行家与新手的重要标志，排故不能盲目地尝试，而应遵循一定的原则。

1.1 清晰的信息

这是第一位和最重要的原则。一个常犯的错误是依赖不清楚或模糊的故障现象描述进行排故。要做到尽可能全面准确地了解故障信息，甚至一些微小的事件或现象也不能漏掉。有些看起来不相关的信息，其实对于找出故障原因是很重要的。将收集到的信息进行整理分类，良好的信息意识在这一阶段具有很大的优势。

正确理解故障现象的最好方法是亲身感受它，尽最大可能去模拟相同的状态并再现故障。用这种方法，可以发现问题所在，而不会引起其他问题。同一个故障在不同的状态下可能表现出不同的现象，如果引起另外的问题，反而会干扰排故。

有时，人们不得不依赖间接获得的故障现象描述，清晰、简洁的信息双向交换就显得十分必要。故障现象的经历者如飞行员、试车人员，在故障现象再次发生时，可以提供清晰和明确的指导以帮助排故。要避免浪费时间的猜测，在充分了解故障信息和进行必要的分析前，不要盲目开始排故。

1.2 系统知识

系统知识类似于清晰的信息，在判断故障现象时，良好的系统知识是必需的，这需要维修人员长期专业知识和经验的积累。虽然不需要精通所有的系统，但是必须了解如何快速地获得和使用这些信息。准确的系统信息有以下几种来源，即维修手册、培训资料、有经验的人员或制造商的客服人员等，注意不要让错误的信息来源误导排故。

1.3 故障诊断

利用掌握的系统知识，一步一步地检查系统的工作。注意哪些部件和情况会引起观察到的故障现象，列出这些可能的原因。

1.4 试验

从最可能和最简单的原因开始试验，以排除或证实它们。试验应只限于怀疑的部件，不要包括太多的部件，否则将不能减少怀疑的范围。尽可能使用具体的试验，这样才能排除可能的原因。对一项可能的原因试验完后，也许需要重新评估。

如果试验没有找出故障原因，则只能采取换件的方法。换件应限制在那些会影响故障现象的部件，首先从最便宜和最易获得的部件开始。这种方法比较费时，如果一开始排故方向偏离较远，可能耗费大量的工时和金钱。

2 常见故障分析

航空活塞发动机可能发生各种各样的故障，但有六类故障是最常见的，被称为“六大故障”，下面分别加以介绍和分析。

2.1 不能起动或起动困难

发动机起动有三个要素：燃油（正确的比例）、氧气（空气）和火花（适时点火）。缺少任何一个要素，发动机都不能起动。空气几乎只是一个假设，即使是传统的吸气式发动机，在慢车转速时，也有足够的空气进入发动机使其点火。一个罕见的例外是进气管完全被封死，这种情况最有可能发生在发动机启封时忘记取掉进气堵塞。

燃油是一个常见的原因，注油过多会阻碍发动机点火。如果排气管有浓烈的燃油气味，表明发动机闷油。无论是汽化器式还是燃油喷射式发动机，解决方法都是：转动曲轴的同时，将混合比杆放到慢车关断位，油门杆放到全开位，或者让发动机停车一段时间。燃油不足也不能起动，如果排气管的燃油气味很淡，表示需要更多的起动注油。

点火的情况要复杂一些，活塞发动机的磁电机都设计有一个起动装置，用来延迟定时以防止发动机倒转，并为点火电嘴提供额外的能量，这是因为起动时发动机转速很低。起动装置有两种：冲击联轴器和大陆公司的“火花束”（Shower of Sparks）系统。

使用冲击联轴器的发动机起动时会有“劈啪”声；使用“火花束”系统的发动机，起动机开关接通时，驾驶舱中会听到“嗡嗡”声。起动前，一定要弄清楚使用的是哪种系统。

如果冲击联轴器发动机没有“噼啪”声，表明冲击联轴器故障，可能是主弹簧或飞重复位弹簧断裂，需将磁电机拆下送修。发动机温度很低时，黏稠的滑油也可能阻止飞重返回与联轴器“接触”，充分地进行预加热可解决此问题。

如果火花束系统中听不到“嗡嗡”声，或是磁电机内部的延时触点故障，当起动开关松开时，通常伴随有多次的发动机偶然点火；当起动开关接通时，却不点火。这是因为在起动位时，右磁电机和左主触点通过起动开关接地。当起动开关返回“双磁”位时，由于发动机仍在旋转，在正常点火位置或比正常点火位置稍后一点的气缸就可能点火，甚至使发动机起动。如果“火花束”组件没有“嗡嗡”声，则需修理或更换组件；如果有“嗡嗡”声，但是没有火花，则应检查延时系统的连续性和触点状况。

磁电机定时不准也是一个原因，甚至会引起发动机倒转。倒转是由于活塞到达上死点前，起动点火过早，通常由不正确的延时触点定时或者不正确的磁电机对发动机定时引起。此外，热发起动可能会比较困难，参考《飞行员操作手册》或《发动机操作人员手册》中的相关程序。

2.2 转速下降或转速不平稳

两个最主要的原因是点火不良和燃油喷射器堵塞。点火不良可以在飞行前的磁电机检查中显示出来，用掉转不正常的磁电机运转发动机，找出故障电嘴。如果安装的是4个或6个探头的EGT/CHT系统，注意温度低的气缸，沿点火导线找出不点火的磁电机。原因可能是电嘴电路（电嘴、高压导线或分电盘上的分电塔）短路或断路，最常见的原因是点火电嘴脏污、损坏或者是点火导线破损。

喷射器堵塞的影响与点火不良非常类似。如果喷射器完全堵塞或接近完全堵塞，转速下降是非常明显的。如果喷射器只是部分堵塞，发动机调贫油作巡航飞行时，转速下降才会显示出来。不论哪种情况，在转速明显下降的状态下运转发动机（富油或贫油），观察较冷的气缸。如果发动机没有安装多探头EGT/CHT系统，或有些探头不工作，在转速明显下降的同时，或者发动机刚刚停车后，用一个水枪或瓶子，在距气缸排气口约2.54cm的位置，向各个排气收集器喷射一股细的水流，通过观察水的蒸发可以判明点火不良的气缸。

另一个常见的地面难以察觉的故障是高空掉转速。当飞机到达或超过某一特定高度时，电嘴电路会出现不跳火的状况。如果飞机装有多探头EGT/CHT系统，可在空中观察到这一现象，最常见的原因是电嘴间隙过大。清洁、调整间隙并测试所有的电嘴，用高压导线测试仪测试点火导线，检查分电盘是否清洁，有无漏电痕迹和裂纹等。

磁电机E间隙不正确，磁铁磁性弱或是线圈弱，也会引起发动机掉转，必须拆下磁电机进行排故。在非常冷的天气，磁电机掉转也可能不正常，这是由于在极冷的空气中燃油雾化较差，可以打开汽化器加温，使进气温度回到正常值来解决问题。

2.3 气缸头温度高

原因可能是喷射器部分堵塞，气缸间或气缸头上的导风板损坏，引起局部冷却空气损失，检查导风板或导风板密封件有无松动。如果某个气缸刚更换过，在随后的30～50工作小时内，气缸头温度高一些是正常的。如果所有气缸头温度都高，则要更全面地查找故障。检查导风板上众多的间隙和孔洞，即使一个小的空气泄漏，也会使冷却空气压力下降很多，导致温度升高较多。同时，检查整流罩鱼鳞片是否能正常操纵。

气缸头温度高的另一个可能原因是磁电机对发动机的定时过早。一般特征是：比正常的磁电机掉转少，比正常的气缸头温度高。进行磁电机检查就可确定或排除这一情况。

2.4 滑油温度高

气缸头温度高和滑油温度高经常同时出现。两种故障共同的原因可能是：导风板或密封件不起作用或损坏，整流罩鱼鳞片损伤，磁电机定时不正确，或者冷却空气受阻。

如果只是滑油温度高，而气缸头温度正常，则应查找下面这些常见的原因：滑油散热器内是否有抹布或其他碎屑卡住，滑油散热器与导风板间的密封是否完好。如果空气从散热器周围而不是通过散热器流过，则流经散热器的空气体积和流速都会减少，散热器前的冷却空气压力也会下降。散热片脏污或涂层太厚会降低其导热性，使温度超过正常值，这种情况在炎热的夏天最常见，因为夏天需要更多的散热，应加强对散热器目视检查。

另一个常见的原因是恒温旁通活门。当滑油变热时，活门关闭更难，迫使更多滑油流过散热器。需要时将恒温旁通活门拆下检查，此处的故障主要是活门表面和活门座不正常磨损，或者是膨胀介质减少。解决的办法是更换整个组件，并重新打磨活门座。

冬季的问题可能滑油散热器冻结。特别严寒时，滑油变得很黏稠，甚至堵塞流经冷却器的通路，导致滑油温度升高和滑油压力下降。当冻结的滑油散热器突然导通，会观察到近乎瞬间的滑油压力上升和滑油温度下降。解决方法是，选择与环境温度相符的正确等级的滑油，为滑油散热器或整台发动机选用冬季导风板。过度的活塞环漏气也会增加滑油温度，因为热的燃气会进入机匣。