点火系统提供了一个可靠的,定时的,在气缸做功冲程的开始时负责点火。大多数飞机的点火系统都是完全独立于飞机电气系统。点火系统包括:
发动机点火系统示意图
飞机发动机装有双套点火系统,以提高发动机的可靠性和安全性。由于燃烧室中有两个火花塞来点燃可燃混合气体,从而提高了燃烧效率(气体完全燃烧),所以提高了发动机效率
磁发电机由一个金属线圈组成的初级线圈 primary coil 和次级线圈 secondary coil,初级线圈中的电流由发动机转动磁铁切割线圈产生,此低电压约300伏。
凸轮轴控制凸轮 Cam,再通过接触断路器 Contact Breaker 负责瞬时切断初级线圈电流
快速地停止初级线圈的电流,其结果是初级线圈的磁通量开始减小。因此,通过初级线圈的自感和次级线圈的互感,在阻止现存磁通量衰减的方向上产生电动势(EMF)。自感效应产生约为500伏的电动势,而与其相伴的次级线圈互感效应产生约为30000伏高压电动势,这样火花塞就产生火花放电。初级电流切断越迅速,以及初级电流值越大,则相应的次级电压也越高。
经历了接触断路器调整,在二次线圈中会产生的电压约30000伏施加在火花塞上,强大的电压使电流击穿空气屏障,产生火花
磁发电机与火花塞之间的强大磁场被屏蔽,以尽量减少对航空电子设备的干扰
不理解的同学可以观看下方的视频加深感觉
点火电路示意图
点火开关 IGNITION SWITCH
磁发电机开关是一个“失效安全”系统。磁发电机转动到打开位置,点火开关打开,允许初级线圈电路工作。磁发电机转动到关闭位置,初级线圈被接地。
接地线路断了或者在飞行中开关失灵,磁发电机应继续工作操作。
点火开关设计模式:
点火开关示意图
注意:如果初级线圈电路或开关发生故障,磁发电机将“保持激活”。这允许发动机继续运转,这在飞行中非常关键。然而,一个磁发电机在地面上保持这种状态是一种十分危险的情况,因为螺旋桨的任何转动都可能让磁发电机产生火花,使发动机“点火”,螺旋桨便会有伤害到周围人的可能。
接触断路器 CONTACT BREAKER
磁发电机中的接触断路器会切断电流通过初级线圈,通过初级线圈的自感和次级线圈的互感,在次级线圈中产生电流,最后由火花塞输出
电容器 THE CAPACITOR
当触点断路器打开时,初级电路中的电容器有助于初级磁场的快速崩溃,也有助于防止触点断路器处产生腐蚀和火花。主电磁线圈磁场崩溃得越快,次级线圈输出的电势就越大。它还能减少无线电干扰。
配电器 THE DISTRIBUTOR
配电器以正确的顺序将次级线圈的输出导向气缸火花塞以点火。
火花塞 SPARK PLUGS
飞机火花塞有一个中心电* Centre Electrode 携带来自点火线束的高压电流,其点火点被拧装入气缸盖;线束导线和火花塞连接。这股高压电流在插头外壳处穿过一个气隙 Spark Gap 接地;高压火花塞产生电火花,点燃燃烧室中的燃料空气混合物
火花塞示意图
火花塞在特定的热温度下工作得最好。发动机长时间运转时低于最佳温度时,积碳或油垢 Oil Fouling 可能累积。当混合物过浓时,铅也可能发生结垢 Lead Fouling
油垢
铅沉积
启动装置 STARTING DEVICES
启动装置负责对磁发电机定位时间,使其在正常运行时大约在25°上止点之前产生火花。
发动机在起动过程中,在25°上止点之前火花塞点火,由于低曲轴转速可能导致在上止点之前就已经充分燃烧。在低转速下,气缸中的峰值压力会在TDC之前出现,从而可能突然地动力损失,启动困难和可能的反冲损伤发动机
启动装置的目的在于:
脉冲耦合器(脉冲起动器)IMPULSE COUPLING (IMPULSE STARTER)
这个机械的装置,使用弹簧和离心泵离合器。在低转速下,磁电机转子存储约旋转60°的能量,然后释放,快速旋转的磁铁在上止点产生强烈的火花(简单地说就是旋转停止,用弹簧储存60°转动能量,然后突然爆发释放)
一旦发动机启动,发动机以怠速运行,该机构就会脱离,火花定时恢复其25°上止点之前火花塞点火的设置
磁电机轴与脉冲启动器
磁发电机
注意:脉冲起动器不需要外部电源,在现代轻型飞机上很常见。
其他启动装置有:助推器线圈(带尾随电*);感应振动器(带延迟断路器点),这些设备需要飞机电池来运行
脉冲起动器原理图
起动装置通常只安装在左侧磁发电机上(通常被称为主要磁发电机,有的飞机不止有一套发电机,也有第二套电机是需要通电的脉冲电机如本课第一张图片)。 大多数现代飞机都装有旋转点火开关,以选择磁电机和启动功能。 脉冲耦合器 impulse coupling 将在500转速左右解耦(离心离合器);然后点火火花将在其正常位置开始工作(25°上止点之前火花塞点火)
早燃 PRE-IGNITION
早燃是发动机点火系统问题,与电*能、火花过程无关
如果火花塞过于炽热,会导致排气阀被损坏并部分熔化或气缸内积碳,而残余杂质和过高的的温度则有可能使火花塞点火之前缸内混合气体就已经被点燃
混合气体将以正常速度燃烧,但由于燃烧开始得很早,它将在活塞和曲轴位置到达最佳之前在气缸内产生最大压力
早燃将导致运行粗糙,失去动力,并将导致温度升高,最终可能导致震爆
震爆 DETONATION
震爆是气缸内可燃混合气体达到临界压力和温度时发生不受控制的燃烧状态。 在正常情况下,混合气体压缩后被两个火花塞点燃,当它燃烧时,火焰沿从两侧穿过活塞。 在火焰完全点燃之前,混合物被加热并进一步压缩
在正常燃烧情况下,气缸压力平稳上升,直到活塞通过其行程顶部TDC之后20度左右达到峰值。 这给活塞一个平滑的推动,但如果由于任何原因,混合气体达到其临界压力和温度,它将爆炸而不是燃烧,而不是平稳地推动活塞,气缸内的压力几乎会立即上升,并对活塞施加一个尖锐的打击
爆炸引起的压力冲击波,以声波速度传播并产生砰击声,或敲击声。 这在汽车发动机中很容易听到,但由于其他噪音,飞机发动机通常不会听到。 压力和温度的迅速上升对发动机的连杆、轴承、阀门、活塞头和燃烧室壁等内部部件施加了*端的载荷,并经常导致发动机的完全损坏
震爆总是由于汽缸温度过高造成的。 由于绝热加热,压力的增加总是会导致温度的升高。 混合气体的密度将影响压力和温度,燃料与空气的比例也将是一个重要因素。 因此,在实际中,震爆可能是由下列任何一个或者全部因素引发:
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