自有案例和网络公众号(李政卫)
2024年以来点火故障存在较明显上升的趋势,特结合故障可能做一些分析。
一、基本原理
发动机的点火系统给燃烧室提供电火花来点燃燃油,每台发动机有2套相互独立工作的点火系统,发动机左侧点火系统使用115V转换汇流条供电,右侧点火使用115V备用汇流条供电。
点火系统主要部件有点火激励器,点火导线,点火电嘴。

点火激励器,包含输入电路,电容储存电路,输出电路。点火激励器使用密封的不锈钢外壳,部分件号点火激励器内充氮气。

点火激励器将115V的交流电转换并存储在电容中,随着电容中储存能量的升高,输出的电压会逐渐升高,当电压升高到14-19KV后,将在点火电嘴处击穿空气,产生电火花,点燃燃油喷嘴喷出的油雾。下图为点火激励器工作原理图,其中C5为主要储存电能的电容。

每次点火将释放1.5焦耳左右的能量。点火的频率和输入电压有关,在115V时,点火频率为每秒0.75-1.75次(波音曾答复大概为1.1次/秒)。

点火导线是绝缘性良好的单根导线,多层结构,芯线材料为铜,外层使用硅酮橡胶进行绝缘,再外层是镀锡铜编织网,再外层是聚四氟乙烯套管,最外层是金属编织柔性导管。点火激励器产生的高压电动势沿着点火导线到点火电嘴处。

部分点火导线布置在发动机核心机处,环境温度高,为了降低导线温度,进而降低导线电阻,在核心机段的点火导线会使用空气进行冷却。在发动机底部,有一根管路,将发动机低压压气机出口的气体,分别引入左右点火导线,沿着导线结构行成空气通道流动,从点火电嘴处流出。
点火电嘴的工作原理是高压放电,与汽车使用的火花塞原理一致。中心导体通过点火导线和点火激励器输出端相连。外壳和发动机结构相连,作为结构地。当中心导体电压升高后到一定极限后,击穿中心导体和外壳之间的空气,产生火花。
EEC使用电门位置数据来控制EEC内部的四个点火开/关电门。这些电门控制到点火激励器的115v交流电。每个EEC通道(A和B)控制一个点火开/关电门到每个点火激励器。一次只有一个EEC通道处于工作状态。因此,对于一个点火激励器,一次只有一个点火开/关电门工作。另一个EEC通道处于备用模式。点火测试会对每个点火电嘴的每个通道进行测试,所以如果听声测试只有单通道有声音可判断内部故障,情况比较少见。


EEC使用电门位置数据来控制EEC内部的四个点火开/关电门。这些电门控制到点火激励器的115v交流电。每个EEC通道(A和B)控制一个点火开/关电门到每个点火激励器。一次只有一个EEC通道处于工作状态。因此,对于一个点火激励器,一次只有一个点火开/关电门工作。另一个EEC通道处于备用模式。点火测试会对每个点火电嘴的每个通道进行测试,所以如果听声测试只有单通道有声音可判断内部故障,情况比较少见。
对于EEC及EEC上游部件故障一般会有点火源故障代码或者DEU点火数据不正确故障代码,根据代码对相应部件进行排故即可。上游部件有:跳开关,电门,线束,EEC。

二、典型故障
1、点火嘴烧蚀
点火电嘴的烧蚀是最容易判断的故障。在每次高压放电中,会伴随少量的材料损失和烧蚀,这样会影响中心电极和周围电极之间的空气间隙。当两个电极之间的空气间隙出现变化时,击穿电压会发生变化,有可能造成点火失败。
对于点火电嘴的烧蚀,手册中有明确的标准。点火电嘴有两种构型,分别为垫片式和销钉式,垫片式的点火电嘴(件号 9072215-1或518888-1),外侧电极是一片垫片,销钉式点火电嘴(件号:CH31900-6),外侧电极是一圈销钉。
参考AMM74-21-02-200-801-F00,如下图所示,对于垫圈式点火电嘴,X尺寸不大于0.30英寸,Y尺寸不小于0.1英寸,中央电极和上表面的深度不超过0.25英寸,且垫圈(washer electrode)不允许松动和丢失。

对于销钉式点火电嘴,电极销钉不允许松动和丢失,中央电极和上表面的深度不超过0.25英寸,不允许在电极尖端或间隙区域积碳。

典型的失效

2、点火激励器和点火导线连接处烧蚀
点火激励器输出插头中间是一根销钉,点火导线连接处是四片弹簧片组成的花瓣型结构,销钉插入花瓣中,从维护经验来看,此处连接可靠性较差。

比较常见的损伤情况有,点火激励器输出销钉松脱,烧蚀,丢失,如下图所示:


还有点火导线的弹簧片烧蚀,脱落等。




点火系统最容易出现故障的就是点火激励器和点火导线连接处。
此处之所以会出现问题,分析可能是因为在安装点火电线时,此处位置较低,施工困难,所以在抽入不容易完全平直插入,而是有一定的歪斜,造成销钉和4块金属片并没有均匀接触,产生较大的接触电阻,造成烧蚀。
除了安装问题外,点火激励器和点火导线连接处可靠性低,还有可能是因为积水导致。由于点火导线需要引气冷却,而引气管安装在发动机5点钟位置,在下雨或者执行水洗工作时,很容易使积水沿着冷却气管流入导线中。而点火导线和激励器连接处是点火导线的最低处,所以水会集聚在此处,造成故障。

3、点火导线和点火电嘴的接触面腐蚀
点火导线和点火电嘴的接触面腐蚀,也有可能造成点火失败。接触面腐蚀后,电阻增加,造成的点火能量降低。发动机燃烧室中气流是在以较快的速度流动中,流场比较复杂,如果点火能量较低,有可能无法将雾化的燃油点燃,造成点火失败。

4、点火激励器或点火导线部件损坏
除了点火部件相互连接处损坏外,点火激励器和点火导线损坏的可能性也有。
对于点火激励器损坏的硬故障,点火听声测试一般都会测试不通过,我们可以通过对调左右点火激励器输入或者输出插头,再次听声测试,方便的进行判断。
点火导线的故障,有时会是间歇性故障,如导线的绝缘性降低后,可能造成电能损失,偶尔造成点火失败,这种故障通过听声测试比较难以判断出来。
5、EEC及EEC上游部件故障
根据FIM,对于EEC及EEC上游部件故障一般会有点火源故障代码或者DEU点火数据不正确故障代码,根据代码对相应部件进行排故即可。上游部件有:跳开关,电门,线束,EEC。先通过听声测试是单通道失效还是双通道失效(可直接听声也可根据测试完成后的代码判断),单通道则为EEC控制问题,更换EEC;双通道则根据相应FIM分段隔离。

三、点评
1、机队统计看UNISON的点火嘴在1000FC内失效可能高于CHAMPION。
2、2024年以来点火线和点火激励器的检查质量下降明显。
