航空活塞發動機排故基本原則與常見故障分析

代友軍

（中國民航飛行學院 飛機修理廠，廣漢 618307）

隨著國內通航的快速發展，以活塞式發動機為動力的固定翼飛機和直升機數量越來越多。外場維修人員經常會遇到發動機方面的故障，快速準確地找出故障原因并排除故障，對于確保飛行正常具有重要的意義。本文從使用維護的角度，分析了航空活塞發動機排故的基本原則，并對一些常見故障的原因、排除方法等進行深入分析，以簡化排故的過程，提高排故速度。

1 排故的基本原則

排故是一個循序漸進的過程，即根據故障現象，分析可能的故障原因，按照從簡單到復雜的順序，選擇最快的排除方法，采取檢查或換件等手段并進行必要的試驗來排除故障。能否快速有效地排除故障是區別行家與新手的重要標志，排故不能盲目地嘗試，而應遵循一定的原則。

1.1 清晰的信息

這是第一位和最重要的原則。一個常犯的錯誤是依賴不清楚或模糊的故障現象描述進行排故。要做到盡可能全面準確地了解故障信息，甚至一些微小的事件或現象也不能漏掉。有些看起來不相關的信息，其實對于找出故障原因是很重要的。將收集到的信息進行整理分類，良好的信息意識在這一階段具有很大的優勢。

正確理解故障現象的最好方法是親身感受它，盡最大可能去模擬相同的狀態并再現故障。用這種方法，可以發現問題所在，而不會引起其他問題。同一個故障在不同的狀態下可能表現出不同的現象，如果引起另外的問題，反而會干擾排故。

有時，人們不得不依賴間接獲得的故障現象描述，清晰、簡潔的信息雙向交換就顯得十分必要。故障現象的經歷者如飛行員、試車人員，在故障現象再次發生時，可以提供清晰和明確的指導以幫助排故。要避免浪費時間的猜測，在充分了解故障信息和進行必要的分析前，不要盲目開始排故。

1.2 系統知識

系統知識類似于清晰的信息，在判斷故障現象時，良好的系統知識是必需的，這需要維修人員長期專業知識和經驗的積累。雖然不需要精通所有的系統，但是必須了解如何快速地獲得和使用這些信息。準確的系統信息有以下幾種來源，即維修手冊、培訓資料、有經驗的人員或制造商的客服人員等，注意不要讓錯誤的信息來源誤導排故。

1.3 故障診斷

利用掌握的系統知識，一步一步地檢查系統的工作。注意哪些部件和情況會引起觀察到的故障現象，列出這些可能的原因。

1.4 試驗

從最可能和最簡單的原因開始試驗，以排除或證實它們。試驗應只限于懷疑的部件，不要包括太多的部件，否則將不能減少懷疑的范圍。盡可能使用具體的試驗，這樣才能排除可能的原因。對一項可能的原因試驗完后，也許需要重新評估。

如果試驗沒有找出故障原因，則只能采取換件的方法。換件應限制在那些會影響故障現象的部件，首先從最便宜和最易獲得的部件開始。這種方法比較費時，如果一開始排故方向偏離較遠，可能耗費大量的工時和金錢。

2 常見故障分析

航空活塞發動機可能發生各種各樣的故障，但有六類故障是最常見的，被稱為“六大故障”，下面分別加以介紹和分析。

2.1 不能起動或起動困難

發動機起動有三個要素：燃油（正確的比例）、氧氣（空氣）和火花（適時點火）。缺少任何一個要素，發動機都不能起動。空氣幾乎只是一個假設，即使是傳統的吸氣式發動機，在慢車轉速時，也有足夠的空氣進入發動機使其點火。一個罕見的例外是進氣管完全被封死，這種情況最有可能發生在發動機啟封時忘記取掉進氣堵塞。

燃油是一個常見的原因，注油過多會阻礙發動機點火。如果排氣管有濃烈的燃油氣味，表明發動機悶油。無論是汽化器式還是燃油噴射式發動機，解決方法都是：轉動曲軸的同時，將混合比桿放到慢車關斷位，油門桿放到全開位，或者讓發動機停車一段時間。燃油不足也不能起動，如果排氣管的燃油氣味很淡，表示需要更多的起動注油。

點火的情況要復雜一些，活塞發動機的磁電機都設計有一個起動裝置，用來延遲定時以防止發動機倒轉，并為點火電嘴提供額外的能量，這是因為起動時發動機轉速很低。起動裝置有兩種：沖擊聯軸器和大陸公司的“火花束”（Shower of Sparks）系統。

使用沖擊聯軸器的發動機起動時會有“劈啪”聲；使用“火花束”系統的發動機，起動機開關接通時，駕駛艙中會聽到“嗡嗡”聲。起動前，一定要弄清楚使用的是哪種系統。

如果沖擊聯軸器發動機沒有“噼啪”聲，表明沖擊聯軸器故障，可能是主彈簧或飛重復位彈簧斷裂，需將磁電機拆下送修。發動機溫度很低時，黏稠的滑油也可能阻止飛重返回與聯軸器“接觸”，充分地進行預加熱可解決此問題。

如果火花束系統中聽不到“嗡嗡”聲，或是磁電機內部的延時觸點故障，當起動開關松開時，通常伴隨有多次的發動機偶然點火；當起動開關接通時，卻不點火。這是因為在起動位時，右磁電機和左主觸點通過起動開關接地。當起動開關返回“雙磁”位時，由于發動機仍在旋轉，在正常點火位置或比正常點火位置稍后一點的氣缸就可能點火，甚至使發動機起動。如果“火花束”組件沒有“嗡嗡”聲，則需修理或更換組件；如果有“嗡嗡”聲，但是沒有火花，則應檢查延時系統的連續性和觸點狀況。

磁電機定時不準也是一個原因，甚至會引起發動機倒轉。倒轉是由于活塞到達上死點前，起動點火過早，通常由不正確的延時觸點定時或者不正確的磁電機對發動機定時引起。此外，熱發起動可能會比較困難，參考《飛行員操作手冊》或《發動機操作人員手冊》中的相關程序。

2.2 轉速下降或轉速不平穩

兩個最主要的原因是點火不良和燃油噴射器堵塞。點火不良可以在飛行前的磁電機檢查中顯示出來，用掉轉不正常的磁電機運轉發動機，找出故障電嘴。如果安裝的是4個或6個探頭的EGT/CHT系統，注意溫度低的氣缸，沿點火導線找出不點火的磁電機。原因可能是電嘴電路（電嘴、高壓導線或分電盤上的分電塔）短路或斷路，最常見的原因是點火電嘴臟污、損壞或者是點火導線破損。

噴射器堵塞的影響與點火不良非常類似。如果噴射器完全堵塞或接近完全堵塞，轉速下降是非常明顯的。如果噴射器只是部分堵塞，發動機調貧油作巡航飛行時，轉速下降才會顯示出來。不論哪種情況，在轉速明顯下降的狀態下運轉發動機（富油或貧油），觀察較冷的氣缸。如果發動機沒有安裝多探頭EGT/CHT系統，或有些探頭不工作，在轉速明顯下降的同時，或者發動機剛剛停車后，用一個水槍或瓶子，在距氣缸排氣口約2.54cm的位置，向各個排氣收集器噴射一股細的水流，通過觀察水的蒸發可以判明點火不良的氣缸。

另一個常見的地面難以察覺的故障是高空掉轉速。當飛機到達或超過某一特定高度時，電嘴電路會出現不跳火的狀況。如果飛機裝有多探頭EGT/CHT系統，可在空中觀察到這一現象，最常見的原因是電嘴間隙過大。清潔、調整間隙并測試所有的電嘴，用高壓導線測試儀測試點火導線，檢查分電盤是否清潔，有無漏電痕跡和裂紋等。

磁電機E間隙不正確，磁鐵磁性弱或是線圈弱，也會引起發動機掉轉，必須拆下磁電機進行排故。在非常冷的天氣，磁電機掉轉也可能不正常，這是由于在極冷的空氣中燃油霧化較差，可以打開汽化器加溫，使進氣溫度回到正常值來解決問題。

2.3 氣缸頭溫度高

原因可能是噴射器部分堵塞，氣缸間或氣缸頭上的導風板損壞，引起局部冷卻空氣損失，檢查導風板或導風板密封件有無松動。如果某個氣缸剛更換過，在隨后的30～50工作小時內，氣缸頭溫度高一些是正常的。如果所有氣缸頭溫度都高，則要更全面地查找故障。檢查導風板上眾多的間隙和孔洞，即使一個小的空氣泄漏，也會使冷卻空氣壓力下降很多，導致溫度升高較多。同時，檢查整流罩魚鱗片是否能正常操縱。

氣缸頭溫度高的另一個可能原因是磁電機對發動機的定時過早。一般特征是：比正常的磁電機掉轉少，比正常的氣缸頭溫度高。進行磁電機檢查就可確定或排除這一情況。

2.4 滑油溫度高

氣缸頭溫度高和滑油溫度高經常同時出現。兩種故障共同的原因可能是：導風板或密封件不起作用或損壞，整流罩魚鱗片損傷，磁電機定時不正確，或者冷卻空氣受阻。

如果只是滑油溫度高，而氣缸頭溫度正常，則應查找下面這些常見的原因：滑油散熱器內是否有抹布或其他碎屑卡住，滑油散熱器與導風板間的密封是否完好。如果空氣從散熱器周圍而不是通過散熱器流過，則流經散熱器的空氣體積和流速都會減少，散熱器前的冷卻空氣壓力也會下降。散熱片臟污或涂層太厚會降低其導熱性，使溫度超過正常值，這種情況在炎熱的夏天最常見，因為夏天需要更多的散熱，應加強對散熱器目視檢查。

另一個常見的原因是恒溫旁通活門。當滑油變熱時，活門關閉更難，迫使更多滑油流過散熱器。需要時將恒溫旁通活門拆下檢查，此處的故障主要是活門表面和活門座不正常磨損，或者是膨脹介質減少。解決的辦法是更換整個組件，并重新打磨活門座。

冬季的問題可能滑油散熱器凍結。特別嚴寒時，滑油變得很黏稠，甚至堵塞流經冷卻器的通路，導致滑油溫度升高和滑油壓力下降。當凍結的滑油散熱器突然導通，會觀察到近乎瞬間的滑油壓力上升和滑油溫度下降。解決方法是，選擇與環境溫度相符的正確等級的滑油，為滑油散熱器或整臺發動機選用冬季導風板。過度的活塞環漏氣也會增加滑油溫度，因為熱的燃氣會進入機匣。

2.5 滑油壓力低

對于給定的發動機，決定滑油壓力的三個最重要的因素是滑油泵容積、發動機內部的間隙或滲漏以及滑油黏度。最常見的兩個原因是滑油黏度和內部間隙或滲漏。

滑油黏度受滑油等級、溫度和滑油變質的影響。與環境溫度不相符的滑油等級，或是滑油溫度過高，會導致滑油壓力低。高溫、使用時間過長會導致滑油變質，使滑油變稀并引起滑油壓力下降。

發動機內部的滲漏過大會引起壓力下降。最常見的原因是滑油釋壓活門下面有雜質，將使活門與活門座不能緊密接觸并逸出滑油，使壓力下降。過大的間隙也會引起滑油壓力下降，間隙可能來自磨損的軸承、磨損的氣門挺桿孔、磨損的滑油泵齒輪、損壞的螺旋槳滑油轉換襯套，或者是內部的滑油管路堵頭丟失或松動。

2.6 氣缸壓力低

這個故障通常是在定期的發動機檢查中發現。三個最常見的漏氣點是進氣門、排氣門和漲圈。如果進氣門或排氣門漏氣，人們在進氣系統或排氣系統中會明顯地聽到聲音。如果漏氣不是很嚴重，可以重新研磨氣門。如果氣門黏結，則需對導套進行清潔使積炭脫落。

漲圈磨損或黏結會引起壓縮性下降，導致功率損失，這被稱為“竄漏”。每臺發動機總是有一定量的“竄漏”存在，檢查“竄漏”是否過量，最好方法是進行氣缸壓縮性檢查，并確保進、排氣門沒有漏氣。拆下滑油加油口蓋，注意聽是否有空氣從漲圈漏出。過多的竄漏總是伴隨更高的滑油消耗量和比正常值略高的滑油溫度。

此外，不常見但非常嚴重的原因是氣缸破裂，這關系到安全。如果聽到氣缸外有“嘶嘶”聲，在繼續飛行前確保找到聲音的來源，需立即拆下并更換氣缸。

3 結語

航空活塞發動機已有上百年的使用歷史，積累了大量的使用和維修經驗。從事活塞式飛機維修的機務人員，只要平時加強專業知識的學習和維修經驗的收集整理，遇到發動機故障時，保持冷靜的頭腦，進行細致深入的分析，遵循一定的原則，就能快速有效地排除故障。

[1]Lycoming Engines.Lycoming Reciprocating Engine Trouble Shooting Guide[Z].2006.

[2] Lycoming Engines.Lycoming Tech Tips[Z].2015.