航空活塞发动机点火导线结构与故障分析

1点火导线基本结构

一根典型的点火导线的剖视图如图1所示。点火导线的芯线是一根镀铜的由不锈钢丝绕成的螺旋线,这根导线被包裹在硅树脂和玻璃纤维内,外面由金属编织层保护,金属编织层与玻璃纤维间填满硅树脂。

图1点火导线剖视图

螺旋形芯线在一个较宽的温度范围和大气状况内具有优良的柔韧性和很高的抗疲劳强度。这种导线具有类似弹簧的特性,当导线随温度的变化而产生伸缩时,会受到内部硅树脂的阻尼作用,从而使导线的伸缩更加均匀,而并非只局限于沿着导线方向伸缩,因而不会出现一般的标准导线那样因扭曲而缩短的现象。螺旋形导线也不需要使用昂贵、笨重的弯管,这些零件会由于吸收热量而导致故障。

螺旋形导线比一般的标准导线具有更大的感应系数和更低的RF1（无线电频率干扰),因而具有优良的航空电子抑噪功能。金属编织层为螺旋形导线提供了足够的机械强度,并为螺旋形芯线提供接地屏蔽以减小无线电频率干扰。编织层内填满了硅树脂胶,提高了导线的耐磨、防潮和耐热性能。

在导线的端头,使用高等级的硅树脂绝缘套、特殊的耐腐蚀不锈钢压缩弹簧和安装套件。因为在磁电机内部和点火电嘴处的工作环境很恶劣,所以对材料的性能要求是很严格的。

在将导线从磁电机连接到各个气缸时,点火导线必须正确排线和夹紧,以避开排气门附近热的区域和振动的区域。点火导线通常是全天候型的,通过螺纹牢固地连接到磁电机的分电器上和电嘴上。

2点火导线的基本工作原理

电能从磁电机经点火导线传输到电嘴,每根导线的一端与磁电机的分电盘连接,另一端与相应的电嘴连接。点火导线的每根导线都有双重作用:一是为高压电提供一个到电嘴的导体路径,另一个作用是屏蔽导线周围的杂散磁场,该磁场是由于导线传递高压电流产生的。通过将这些磁力线接地,点火导线减少了对飞机无线电设备和其他电气敏感设备的电气干扰。

磁电机在工作时是一个高频辐射发射（无电线波)装置。磁电机内产生的振荡波是不受控制的,并且包括很宽的频率

范围,必须进行屏蔽。如果磁电机和点火导线没有进行屏蔽,它们就会形成天线,并从点火系统中拾取随机频率。导线的屏蔽层是包围整个导线长度的金属编织网,它阻止能量辐射到周围的区域。

电容具有在由电介质隔开的两个导电板之间储存静电电荷的能力。导线的绝缘层被称作电介质,意味着它能够以静电电荷的形式储存电能。电介质静电储能的一个例子就是塑料梳子储存静电。当屏蔽层被放置到点火导线周围时,由于两个极板靠得更近,因此电容增大。在电气上,点火导线起到电容的作用,具有吸收和储存电能的能力。因此,磁电机必须产生足够的电能让点火导线形成的电容充电,且还要有足够的剩余电能使电嘴跳火。

点火导线的电容使电嘴跳火所需的电能增加。这样,要使带屏蔽导线的电嘴跳火,就需要更多的初级电流。每次电嘴跳火后,当火花跳过电嘴时,该电容中的能量才会得到释放。维护中,通过将电嘴调换到新的位置,使极性反转,可以使穿过电极的电嘴磨损达到均匀。点火导线的最中心部分是高电压传输载体,其外围由硅树脂绝缘材料包裹,再往外又有金属编织层,最外面是一层薄薄的硅橡胶涂层,其作用是防止发动机热量、振动或天气原因等对导线造成损伤。

3高压点火导线的故障

高压点火系统最常见和最难查明的故障是高压漏电。在正常工作时,即使全新的点火导线也存在少量的漏电。导致漏电的因素有很多,其中最严重的一项是导线周围出现水分。

在高电压下,导线周围如果存在一定量的水分,将会形成电弧并穿透绝缘层形成通路。如遇到汽油、滑油或油脂,电弧将它们分解生成碳。燃烧后的路径被称为碳迹,因为它实际上是由碳颗粒形成的路径。有些类型的绝缘材料,可以除去碳迹,并使绝缘材料恢复到它原先的可用状态。例如陶瓷、瓷器和某些塑料,因为这些材料不是碳氢化合物,它们上面形成的碳迹只是一层脏的膜,可以擦掉。

漏电部位和漏电量不同,在发动机工作过程中会产生不同的故障现象。一般的现象是不跳火或乱跳火。这些现象可能间歇性地随进气压力或气候条件而变化。进气压力增加,使气缸压缩压力和电嘴空气间隙的电阻增加。空气间隙电阻增加,使电嘴放电困难,就有可能在绝缘层薄弱处放电。水分如果聚集在点火电缆总成的薄弱部位,就会使情况更加恶化。

由于水分的存在,连续工作的发动机使间歇性故障变成了永久的碳迹。因此,点火导线使用不可靠的第一个迹象可能就是发动机不点火或发动机抖动,这是由于点火电压部分漏电引起的。

维护过程中会遇到以下四类常见故障。第一类是一根电缆芯线与另一根电缆芯线短路。这种故障通常会导致发动机不点火,因为电火花被短路到了气缸压力较低的气缸电嘴上。第二类是一根电缆的一部分绝缘层被磨损了,虽然绝缘层没有完全破损,但此处的漏电也超过了正常值,在起飞期间,当进气总压很高时,这根电缆连接的电嘴就会失效。第三类是由于点火电缆总成的最低部位有凝结的水汽造成的。这些凝结的水在发动机工作期间可能完全被蒸发掉。但是第一次闪络形成的碳迹会保留下来,每次当出现高的进气压力时,就会出现连续的闪络。第四类可能是由于绝缘层有裂纹引起的,或者是绝缘层上有薄弱点的结果,如果有水分存在情况会更糟。但是,由于碳迹直接和金属屏蔽层接触,因此它可能在所有工作状态下产生闪络。

4点火导线的检查

点火导线的检查包括目视检查和电气测试。目视检查时,应检查导线外套有无裂纹或其他损伤、擦伤、损坏的编织层或其他物理损伤。如果导线靠近排气管,还要检查导线是否过热。从电嘴上端脱开导线螺帽,将导线从电嘴的导线腔中取出。检查接触弹簧和压缩弹簧是否有损伤或变形,检查衬套是否有裂纹或碳迹。还应检查连接到电嘴的连接螺帽是否有螺纹损伤或其他故障。

每根导线都应该用高压导线测试仪检查其连续性,方法是将黑色导线连接到接触弹簧,红色导线连接到导线盖上同一根的孔环上。测试时,测试仪上的连续性指示灯应亮起。每根导线的绝缘电阻测试用高压导线测试仪完成,将红色或高压导线连接到导线的弹簧上,然后将黑色导线连接到同一根导线的压环上。压下导线测试仪上的按压测试按钮进行观察,只要按压测试开关保持在压下位,指示灯就会同时闪烁和间隙跳火。

如果指示灯闪烁,但空气间隙没有跳火,则正在测试的导线有故障,必须更换。指示灯闪烁表示有高压脉冲发出,如果它没有通过测试仪,那么电脉冲就通过导线泄漏了,显出它有故障。

5结语

随着我国通用航空的迅速发展,通用航空器维修与关键部件的制造是急需解决的关键问题。本文深入剖析了点火导线的结构与原理,并结合自身工作经验给出了一般故障的排除方法,相信能给相关通用航空维修与制造提供一定的借鉴。