某型發(fā)動機起動困難外場處置分析

王仕鵬 張春海

摘 要：本文從某型發(fā)動機的燃燒室構(gòu)造、點火過程及點火原理等方面入手，選取了熱發(fā)起動、起動供油量的調(diào)整、提高點火能量、點火器左右互換四種外場處置方法，通過對這四種外場處置的可行性及適用范圍的分析，對外場某型發(fā)動機起動困難故障的處置具有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞：起動困難；外場處置；發(fā)動機

中圖分類號：V263.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0074-02

1 前言

某型發(fā)動機自試制以來，在外場多次出現(xiàn)起動困難的問題。點火困難是點火系統(tǒng)的一個綜合問題，影響因素較多。

外場發(fā)動機起動困難故障，一般分為兩種，一種為點火原件本體功能故障，一種為非點火原件本體故障。

點火原件本體功能故障一般表征為：電嘴不跳火、高壓點火電纜無電壓輸出、點火線圈無電壓輸出、起動箱故障、起動發(fā)電機故障、起動線路故障、起動電源故障等。該類故障的排除一般都較為簡單且直觀，大部分均以更換故障原件為結(jié)束事件。

非點火原件本體故障，一般伴隨著使用環(huán)境的改變而發(fā)生，特別是在低溫和高原情況下，該問題尤為突出。該類故障的排除較為復雜，本文選取了熱發(fā)起動、起動供油量的調(diào)整、提高點火能量、點火器左右互換四種外場處置方法，并從該型發(fā)動機的燃燒室構(gòu)造、點火過程及點火原理等方面入手，分析這四種外場處置的可行性。

2 某型發(fā)動機燃燒室、點火器機構(gòu)及起動點火過程簡介

2.1 燃燒室

某型發(fā)動機燃燒室為帶單獨頭部的環(huán)形燃燒室，燃燒室由燃燒室殼體、火焰筒、左右兩個點火器、10個噴嘴等部件及一些小零件組成（見圖1）。

2.2 點火器和起動噴嘴

某型點火器（見圖2）由點火器殼體、點火器裙部、擋流板、電嘴及起動噴嘴組成如圖2。點火器裙部有切向進氣槽和軸向進氣孔。擋流板焊接在裙部殼體上，并與裙部殼體、點火器殼體形成空腔，該空腔包含了所有軸向進氣孔。左右點火器除電嘴、起動噴嘴的安裝方向和裙部切向槽朝向相反外，結(jié)構(gòu)完全相同。

起動噴嘴裝于點火器的上方，為單油路離心噴嘴。

某型發(fā)動機點火器實際相當于一個小型燃燒室。裙部軸向孔進氣通過擋流板與裙部和殼體之間的空腔在點火器內(nèi)形成垂直旋轉(zhuǎn)氣流，切向槽進氣則形成水平旋轉(zhuǎn)氣流，兩股旋轉(zhuǎn)氣流相交產(chǎn)生較強的氣流漩渦，將點火器中的空氣與起動噴嘴噴入的燃油充分混合，產(chǎn)生比較均勻的油氣混合氣。兩股旋轉(zhuǎn)氣流同時在點火器中間形成一個低速的回流區(qū)，該回流區(qū)有利于點火器中初始火焰的形成。高能電嘴產(chǎn)生電火花點燃回流區(qū)的油氣混合氣，進而在點火器中擴展傳播，形成強烈的火焰，并通過點火器出口噴入主燃室，從而點燃主燃室的油氣混合氣。

2.3 某型發(fā)動機起動點火過程

在不同起動電源下按下起動按鈕，電源均由同一配電盒經(jīng)繼電器到點火線圈，點火線圈與電嘴工作。同時停車電磁活門通電，暫不向工作噴嘴供油。

由微動電門控制起動供油電磁活門的開關(guān)，9S鐘后起動供油電磁活門打開，起動噴嘴供油，點火器工作。

20S后，由微動電門控制，解除停車電磁活門的通電，工作噴嘴供油工作，主燃燒室開始點火工作。

25S后，由微動電門控制，點火線圈和起動供油電磁活門斷電，點火系統(tǒng)停止工作。

3 點火基本原理

靜止可燃混氣點火的理論模型：電火花在可燃混氣中瞬間建立了一個氣體小容積，其內(nèi)氣體溫度非常高。但因熱傳到周圍未燃氣體而使溫度迅速下降；而周圍未燃氣體鄰接層因升溫而產(chǎn)生化學反應(yīng)，結(jié)果形成燃燒波以接近于球形勻稱地向外傳播。點火能否獲得成功即燃燒波是否發(fā)展穩(wěn)態(tài)取決于當起始溫度已降到大約為正常火焰溫度時，已燃燒的容積是否達到某一臨界尺寸。這一臨界尺寸就是所謂的冷熄距離，小于這一尺寸時由于周圍氣體的吸熱冷卻作用不能使火焰?zhèn)鞑ラ_來，點火不能獲得成功。為建立達到臨界尺寸的火焰所需要的能量稱為最小點火能量E。

4 外場處置及原因分析

4.1 熱發(fā)起動

4.1.1 方法

發(fā)動機起動前先冷轉(zhuǎn)1-2次，特別是在低溫起動的情況下。

4.1.2 原因分析

燃油溫度低，導致燃油粘度增大，燃油霧化質(zhì)量惡化，SMD尺寸增大，點火區(qū)域向貧油點火極限靠近，這是點火器在低溫下點火困難的主要原因之一。

4.1.3 可行性分析

發(fā)動機起動前先冷轉(zhuǎn)1-2次，可以對燃油進行一定的預熱，從而提高燃油的霧化質(zhì)量，減小SDM尺寸，使點火區(qū)域遠離貧油點火極限，改進點火質(zhì)量。

4.1.4 結(jié)論

方法可行有效。該方法優(yōu)點在于操作簡單，缺點在于不能徹底解決起動困難故障。該方法特別適合在低溫起動的情況下使用。

4.2 起動供油量的調(diào)整

4.2.1 方法

調(diào)整燃油調(diào)節(jié)器16#螺釘，一般采用反調(diào)該螺釘增油。

4.2.2 原因分析

發(fā)動機的油氣比越靠近設(shè)計理論最佳油氣比越容易點火，通過對油氣比的調(diào)整可有效的提高點火質(zhì)量。

4.2.3 可行性分析

某型發(fā)動機的起動噴嘴安裝于起動噴嘴，并收口固定，它應(yīng)保證點火器內(nèi)非常富油，使混氣容易點燃。所以某型發(fā)動機在低溫情況下一般先采用反調(diào)燃油調(diào)節(jié)器16#螺釘增油來改善點火質(zhì)量。

4.2.4 結(jié)論

方法可行有效。該方法適用于大部分點火困難故障，但一般難以一次調(diào)整到位，調(diào)整后需試車驗證，較為繁瑣，建議在用戶對發(fā)動機使用不緊迫的情況下使用。

4.2.5 下一步工作設(shè)想

（1）改進起動噴嘴結(jié)構(gòu)，提高旋流孔和出流孔的位置及形狀尺寸等主要尺寸的精度，以提高其霧化質(zhì)量；

（2）改進點火器結(jié)構(gòu)，控制擋流板出口位置，使進口氣流能夠直接對準起動噴嘴出口，利用進口氣流的速度吹散燃油，提高燃油霧化質(zhì)量；

（3）調(diào)整電嘴與起動噴嘴在點火器中的相對位置，電嘴噴出的電火花應(yīng)位于點火器內(nèi)混氣的回流區(qū)的中心，且起動噴嘴的霧錐SMD值較小的區(qū)域。

4.3 提高點火能量

4.3.1 方法

更換跳火弱的起動點火電嘴。

4.3.2 原因分析

點火電嘴產(chǎn)生的電火花在可燃混氣中瞬間建立了一個氣體小容積，其內(nèi)氣體溫度非常高，用于點燃可燃混氣。

4.3.3 可行性分析

現(xiàn)配裝于某型發(fā)動機的起動點火電嘴性能衰減較嚴重，一般使用100h以后，電嘴跳火范圍不足跳火圓周的十分之一，而更換新電嘴后，跳火范圍可以達到跳火圓周的十分之九以上，電火花在可燃混氣中瞬間建立的高溫氣體容積將增大，從而改善點火質(zhì)量。

4.3.4 結(jié)論

方法可行有效。該方法能產(chǎn)生短時效應(yīng)，但因電嘴產(chǎn)品本身的性能衰減過快，使用一段時間后點火質(zhì)量會下降，建議用戶在任務(wù)緊急且熱發(fā)起動亦困難的情況下使用。

4.3.5 下一步工作設(shè)想

可以采用高能點火裝置，從源頭提高點火能量，從而改善點火質(zhì)量。

4.4 點火器左右互換

4.4.1 方法

左右點火器互換。

4.4.2 原因分析

通過廠內(nèi)在點火試驗臺進行點火試驗時，可以發(fā)現(xiàn)該型發(fā)動機地面狀態(tài)點火質(zhì)量好，而高空低速狀態(tài)點火相對較差；且供油壓力大時點火質(zhì)量相對供油壓力小時的點火質(zhì)量差，表明該型發(fā)動機在高原情況下不能正常點火的主要原因為點火器過度富油，而供氣相對不足造成。

4.4.3 可行性分析

（1）互換后，水平旋轉(zhuǎn)氣流增強后，和垂直旋轉(zhuǎn)氣流更匹配，易形成一個好的回流區(qū)，更易于點火。

（2）互換后，點火器內(nèi)部的渦旋向右上位置偏移，更易于點火。

（3）點火器互換后，明顯改變了點火器內(nèi)部的流場結(jié)構(gòu)，且總氣流量增加，減小了油氣比，特別是在高原情況下，就能很大程度的改善點火質(zhì)量。

（4）在低溫情況下，燃油霧化性能差，互換后，氣流渦流強度的適當增強還能優(yōu)化燃油的霧化性能，更有利于點火。

4.4.4 結(jié)論

通過數(shù)值模擬計算、點火器進出口壓力參數(shù)測量表明某型發(fā)動機點火器左、右互換后能夠改變點火器內(nèi)部氣流情況，并改善點火性能。該方法可行有效。該方法操作簡單、效果明顯，可適用于大部分起動困難故障，特別是在低溫、高原情況下的起動困難故障。但該方法一直缺少設(shè)計單位的相關(guān)理論支持，大部分用戶不同意使用，較為遺憾。

4.4.5 下一步工作設(shè)想

（1）調(diào)整點火器進氣孔大小、切向槽大小及擋流板與點火器殼體的間隙，要將這些尺寸調(diào)整出個最隹尺寸；

（2）研究點火器內(nèi)進氣孔氣流與切向槽氣流的匹配，形成一個好的回流區(qū)，這樣有利于火焰的穩(wěn)定，并降低進氣速度的影響；

（3）調(diào)整起動噴嘴在點火器中的位置，起動噴嘴的噴霧角決定了起動噴嘴在點火器中的位置；

（4）設(shè)計單位盡快給出點火器左右互換的理論依據(jù)。

5 結(jié)語

通過上文可以發(fā)現(xiàn)，在排除起動困難故障時，外場服務(wù)人員一般需綜合考慮用戶使用意見和故障處理時效性，特別是用戶外出執(zhí)行任務(wù)過程中，往往會采取更為有效、直接的方法排除故障，以滿足用戶的使用需求。本文中選取的四種處置亦是如此，其中：（1）熱發(fā)起動適用于用戶在任務(wù)緊急的情況下使用。（2）起動供油量調(diào)整適用于大部分點火困難故障，建議在用戶對發(fā)動機使用不緊迫的情況下使用。（3）電嘴更換能滿足用戶在任務(wù)緊急且熱發(fā)起動亦困難的情況下使用。（4）點火器左右互換適用于大部分起動困難故障，特別是在低溫、高原情況下的起動困難故障。

參考文獻

[1]某型發(fā)動機技術(shù)說明書[S].株洲：中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.

[2]某型發(fā)動機維修手冊[S].株洲：中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，2017.