某型航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)燒滑油故障分析及排除

劉興龍 張 文

（1、95988 部隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春130000 2、95935 部隊(duì)，黑龍江 哈爾濱150111）

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由于工作性能穩(wěn)定、動(dòng)力足夠、巡航油耗低等特征在實(shí)際生活當(dāng)中得到了廣泛的運(yùn)用，尤其是在輕型、通航飛機(jī)上。當(dāng)前，我國(guó)航空領(lǐng)域內(nèi)得到了蓬勃的發(fā)展，促進(jìn)了航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的快速發(fā)展，當(dāng)前市場(chǎng)需求也在不斷攀升。在發(fā)展的背景下，這種需求也在不斷增加，針對(duì)性能方面也提出了更高的要求，基于現(xiàn)代化發(fā)展需求來(lái)看，對(duì)其進(jìn)行深入研究，探索性能提升的可能性，對(duì)于現(xiàn)代航空事業(yè)的發(fā)展起到了非常積極的作用。

1 滑油系統(tǒng)運(yùn)行原理

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中滑油系統(tǒng)是很重要的一項(xiàng)設(shè)備，為設(shè)備運(yùn)行、飛機(jī)運(yùn)行提供滑油，起到潤(rùn)滑作用，滑油系統(tǒng)通過(guò)滑油循環(huán)油路輸送滑油。滑油進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)為高溫、高荷載、高轉(zhuǎn)速，滑油進(jìn)入內(nèi)部系統(tǒng)零部件表面，能夠降低為零部件由于摩擦而產(chǎn)生的磨損。滑油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部之后，在內(nèi)部流動(dòng)循環(huán)，活動(dòng)零件、潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零部件散熱，清除內(nèi)部存在的雜質(zhì)，能夠延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。內(nèi)部金屬零部件在運(yùn)行轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)中結(jié)構(gòu)荷載沖擊很容易造成磨損，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中存在振動(dòng)等情況，潤(rùn)滑油進(jìn)入之后，可以解決這種現(xiàn)象，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。滑油在其中還可以作為螺旋槳液壓變距機(jī)構(gòu)需要的動(dòng)力支撐[1]。

圖1 氣缸混合氣體示意圖

一般情況下航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑形式有：潤(rùn)滑、噴射、潑濺三種形式。潤(rùn)滑油進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部之后，自動(dòng)潤(rùn)滑零部件。因此需要監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的參數(shù)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油系統(tǒng)運(yùn)行可靠可控。航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行之后空氣進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，進(jìn)入汽化器之后與燃油混合，內(nèi)部形成混合氣體。氣體進(jìn)入之前，內(nèi)部增壓器處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；而混合氣進(jìn)入之后通過(guò)氣缸通道進(jìn)入內(nèi)部參與燃燒運(yùn)行，在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部循環(huán)工作。在這個(gè)狀態(tài)下氣缸活塞組件滑油從后蓋的滑油泵箱吸油之后，經(jīng)過(guò)單向或門(mén)內(nèi)流入到滑油系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)氣缸活塞組件、后蓋上部分調(diào)速器外供油管，經(jīng)過(guò)調(diào)速器，經(jīng)過(guò)機(jī)匣、承軸、桿套等回流到機(jī)匣當(dāng)中。（圖1）

2 故障原因分析

2.1 滑油壓力表故障

滑油系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，但是壓力表出現(xiàn)了故障。這個(gè)時(shí)候能操縱螺旋槳變距桿查看轉(zhuǎn)速的反應(yīng)。如果轉(zhuǎn)速正常，滑油溫度在正常指示范圍之內(nèi)沒(méi)有升高，則說(shuō)明壓力表故障。

2.2 調(diào)壓活門(mén)

調(diào)壓活門(mén)通常是通過(guò)調(diào)節(jié)滑油的流動(dòng)界面來(lái)控制滑油流量，將其控制滑油壓力在一定的范圍內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)壓活門(mén)位于右機(jī)匣位置的油路上，由鋼球、彈簧、座子組成。影響調(diào)節(jié)的因素有；活門(mén)座，在正常工作狀態(tài)下，活門(mén)與座子會(huì)形成一圈密封帶，但是如果存在劃傷、剝落等現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致密封性能不良好，使用有滑油回到收油池，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法建立足夠的滑油壓力。其二，球形活門(mén)，該直徑為16mm，為表面光滑的不銹鋼鋼球。如果表面存在劃傷與剝落等情況就無(wú)法正常進(jìn)行工作；其三，彈簧故障，主要是由于其剛度不夠、或者自身斷裂導(dǎo)致活門(mén)的關(guān)閉性能受到影響，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法與其建立足夠的壓力。

2.3 滑油泵故障

主要是滑油泵內(nèi)漏。在其他條件不變的情況下滑油泵內(nèi)漏越大，則滑油壓力也越來(lái)越大。齒輪泵泄露通道有三個(gè)，由于零部件之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致存在間隙，則存在漏油現(xiàn)象。

除了上述故障之外，還有滑油粘度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、滑油過(guò)臟等情況。

3 工程概述

3.1 案例

在本次論述當(dāng)中，使用9 缸單排型星型布局的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行研究。滑油系統(tǒng)的合理監(jiān)測(cè)，是驗(yàn)證機(jī)械設(shè)備飛行質(zhì)量、臺(tái)架試車(chē)的重要指標(biāo)之一，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整機(jī)壽命等等。

某型航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行返修，翻新之后進(jìn)行臺(tái)架試車(chē)實(shí)驗(yàn)。其中9 號(hào)氣缸在轉(zhuǎn)速的時(shí)候出現(xiàn)排氣管冒白煙的現(xiàn)象。記錄下當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[2]。

3.2 故障原因

分析原因：飛行或者是臺(tái)架試車(chē)的過(guò)程中與正常駕駛一樣，需要使用潤(rùn)滑系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，充分運(yùn)用整個(gè)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)，氣缸排氣管冒出白煙。本次使用的發(fā)動(dòng)機(jī)存在單個(gè)氣缸冒白煙的情況，而且磁電機(jī)超出了規(guī)定范圍內(nèi)，而且磁電機(jī)本身的運(yùn)行與點(diǎn)火系統(tǒng)并無(wú)關(guān)聯(lián)。在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，結(jié)合兩者分析原因，有：

（1）氣門(mén)尺寸：航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)分氣機(jī)構(gòu)需要通過(guò)多個(gè)零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)氣缸的進(jìn)氣、排氣。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，滑油進(jìn)入到搖臂室內(nèi)，達(dá)到潤(rùn)滑要求。但是如果氣缸氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)套之間的尺寸相差比較大，就會(huì)導(dǎo)致兩者之間的錐面貼合存在間隙。搖臂室的滑油通過(guò)間隙流入到內(nèi)部系統(tǒng)參與燃燒，燃燒不良而冒白煙。

（2）活塞漲圈間隙現(xiàn)象阻止高溫燃?xì)饴┤氲綑C(jī)匣之內(nèi)，保證內(nèi)部系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)。但是開(kāi)口間隙比較大就會(huì)導(dǎo)致過(guò)量的潤(rùn)滑油進(jìn)入到燃燒室當(dāng)中，導(dǎo)致混合氣當(dāng)中存在大量的潤(rùn)滑油。

（3）氣缸橢圓度：氣缸內(nèi)表面橢圓程度不良導(dǎo)致兩者的接觸面不合理，過(guò)多潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)接觸不良的地方，進(jìn)入到燃燒室內(nèi)導(dǎo)致氣體當(dāng)中的滑油成本比較多，導(dǎo)致燃燒不良從而出現(xiàn)排氣管冒煙的情況。

（4）氣缸收縮帶尺寸：漲圈、氣摩擦、彈力、氣體力之間的影響所導(dǎo)致，氣體通過(guò)兩者之后產(chǎn)生相對(duì)作用，活塞漲圈與收縮帶兩者之間相互摩擦，面部磨損出現(xiàn)而導(dǎo)致的。收縮帶尺寸不均勻、垂直度比較差、接觸不良、過(guò)量運(yùn)動(dòng)等都會(huì)導(dǎo)致滑油進(jìn)入到燃燒室之內(nèi)，導(dǎo)致混合氣當(dāng)中存在大量的滑油成分。

（5）發(fā)動(dòng)機(jī)的功率：航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行當(dāng)中含油量增加，混合氣中滑油比例超標(biāo)，燃燒效率下降；高溫狀態(tài)下產(chǎn)生積碳現(xiàn)象，導(dǎo)致零部件過(guò)熱和漲圈卡死的情況，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率大大削減[3]。發(fā)動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)燒滑油的現(xiàn)象功率就被削弱，工作不穩(wěn)定，導(dǎo)致磁電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。

圖2 封嚴(yán)襯套與封嚴(yán)漲圈檢查

3.3 排除故障的措施

（1）檢查氣門(mén)、氣門(mén)導(dǎo)套尺寸。查看是否存在無(wú)間斷、不接觸等不良現(xiàn)象，使用煤油驗(yàn)看滲漏標(biāo)準(zhǔn)。本次檢查確定產(chǎn)生白煙與配合尺寸之間沒(méi)有關(guān)系。

（2）檢查漲圈間隙：檢查間隙發(fā)現(xiàn)漲圈存在磨損現(xiàn)象，漲圈對(duì)口間隙與側(cè)向間隙兩者存在明顯差異。

（3）氣缸尺寸檢查：檢查氣缸橢圓弧度、尺寸、缸筒幾個(gè)部分的尺寸；檢查收縮帶的尺碼是否均勻。

4 預(yù)防對(duì)策

圖3 滑油系統(tǒng)圖

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)運(yùn)行突發(fā)故障，以及臺(tái)架試車(chē)的過(guò)程中出現(xiàn)燒滑油的現(xiàn)象，是多方面原因所導(dǎo)致的，比如氣缸活塞組件接觸異常、滑油內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題、封嚴(yán)件尺寸差異、摩擦面存在間隙與配合尺寸不符合的問(wèn)題等，這些原因?qū)е禄钊l(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)用存在問(wèn)題，針對(duì)這種情況，需要采取合理的預(yù)防對(duì)策：

①控制活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行當(dāng)中涉及到的不同設(shè)備，重視對(duì)控制氣門(mén)、氣門(mén)導(dǎo)套尺寸的控制。同時(shí)也需要重視兩者之間的配合尺寸，檢查間隙情況，保證無(wú)故障間隙存在。合理的保證措施可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行突發(fā)故障，比如燒滑油、氣門(mén)卡阻的情況[4]。

②嚴(yán)格重視之前的組裝安裝質(zhì)量，保證技術(shù)尺寸符合要求。比如氣缸圓柱度、橢圓度、收縮度尺寸等等，對(duì)這些關(guān)鍵要素進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保證每一項(xiàng)影響因素都可以滿(mǎn)足技術(shù)要求，降低故障發(fā)生的幾率，可以減少滑油與系統(tǒng)的損量，能夠減少大量的故障。

③檢查滑油泵的組件運(yùn)行情況，保證調(diào)速器。組件運(yùn)行參數(shù)正常穩(wěn)定，在飛行維護(hù)過(guò)程當(dāng)中配合滑油泵逐漸。保證調(diào)速器參數(shù)正常穩(wěn)定，在飛行維護(hù)的過(guò)程中，合理更換調(diào)速器；翻新的過(guò)程中重點(diǎn)檢查調(diào)速器的尺寸和活門(mén)狀態(tài)。

④?chē)?yán)格檢查封嚴(yán)漲圈的尺寸，做好相關(guān)的檢查，針對(duì)常見(jiàn)故障都要嚴(yán)格預(yù)防。修理檢查的過(guò)程中一定要做好尺寸測(cè)量工作，提早預(yù)知隱患，做好預(yù)處理。

基于航行需要，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)故障、大部分原因是過(guò)量滑油進(jìn)入到燃燒器內(nèi)，混合氣滑油超標(biāo)導(dǎo)致不良燃燒，從而產(chǎn)生故障的問(wèn)題。針對(duì)這種情況，需要根據(jù)常見(jiàn)故障進(jìn)行嚴(yán)格預(yù)防，保證相關(guān)部件的尺寸都滿(mǎn)足要求，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中做好嚴(yán)密的檢查，針對(duì)氣門(mén)、氣缸相關(guān)尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，從原則上避免出現(xiàn)故障。