A320S飛機（CFM56）點火不成功排故分析及建議

沙全海

北京飛機維修工程有限公司 四川 成都 610200

引言

從2021年11月到2022年7月，某公司一架A321飛機CFM56-5B發動機斷續反映ENG 2 IGN B FAULT警告信息。先后進行過13次處理，處理過程中多次更換對串點火電嘴或更換激勵器，更換導線束、ECU和EIU各1次，更換供電跳開關1次，調節電嘴安裝間隙1次。最終通過更換2發POS14，POS15位置的燃油噴嘴后，故障得以徹底排除。

1 CFM56-5B點火系統和燃油噴油系統工作原理簡析

1.1 點火系統工作原理

CFM56-5B發動機有兩套獨立的點火系統（A通道和B通道），由電子控件組件（ECU）控制，用于飛機在地面或空中起動時在燃燒室提供正常點火，和飛機在起飛、降落、在極端天氣條件下飛行或EIU故障等情況下提供連續點火。ECU的A、B 通道通過飛機的兩個獨立供電系統從供電系統接收飛機115VAC/400Hz 供電。每個ECU 通道通過軟件操作點火系統供電到點火激勵器。每個ECU 通道可以控制點火系統A、B 兩個點火系統，并通過內部軟件監控點火系統狀態。在地面自動啟動時，點火系統按照A、A、B、B……的順序輪流執行點火程序，直到N2 轉速達到50%[1]。

正常啟動發動機時，當發動機模式選擇電門置于IGN START位，ECAM自動切換到發動機頁面，顯示起動活門位置和引氣壓力。ECU開始啟動程序，發動機主電門放在ON位，低壓燃油關斷活門打開且ECU控制打開發動機啟動活門；發動機開始運轉，單套點火系統在N2轉速達到16%時開始點火，ECU內部的點火模塊繼電器吸合（A通道或者B通道），ECU控制并向點火激勵器提供115V/400Hz交流電，點火激勵器將該電壓轉換為15～20kV的高壓高能脈沖，通過點火導線供給點火電嘴，在電嘴處放電產生電火花，點燃燃燒室內的油氣混合氣體，從而實現點火。相應被選擇的點火系統在ECAM發動機頁面顯示，N2轉速達到22%時，發動機開始自動供油，當N2達到50%后停止。ECU控制關斷啟動活門，并切斷點火，兩套系統在ECU的控制下交替使用，一個點火系統在連續兩次自動起動點火成功后由ECU控制切換為另一個點火系統工作[2]。

點火系統相關參數，如表1所示。

表1 CFM56-5B發動機點火系統相關參數

當單套系統故障時，ECU會自動選擇沒有故障的系統繼續啟動發動機。如果在啟動發動機過程中，點火失效，駕駛艙會伴有音響警告，主警戒燈和發動機故障燈亮；如果發動機15s內沒有點火成功，FADEC將會自動切斷點火和燃油，發動機冷轉30s，并準備第二次啟動，在冷轉期間的第25s，兩個電嘴同時供電，5s后開始供油，（A，B點火指示在ECAM上）；如果發動機在15s內不能點火，FADEC將再次自動切斷點火、供油，并冷轉發動機30s，終止啟動程序，此時ECAM上顯示ENG 1/2 IGN A/B FAULT 警告信息。

當發動機處于人工啟動模式時，駕駛艙的發動機啟動手柄和點火選擇電門可以實現點火系統的人工控制。提起啟動手柄后雙套系統同時工作。另外，為方便維護，地面通過多功能控制顯示組件（MCDU）還可以進行點火系統的聽音測試。

1.2 燃油供油系統工作原理

來自飛機結構油箱的燃油經過油箱中的燃油泵增壓后，通過發動機供油管路和低壓燃油活門供向發動機。燃油進入發動機后，經過燃油濾過濾、熱交換器加溫、發動機燃油泵再次進行兩級增壓后，由ECU控制的燃油計量活門進行計量。該活門讓多余的燃油進入回油系統，精確地將發動機當前所需數量的高壓燃油供向燃油噴嘴系統，由燃油噴嘴對其霧化后噴入燃燒室。濾燃油噴嘴系統由20個安裝在燃燒室上的燃油噴嘴組成，噴嘴為雙回路旋轉噴油設計，每個燃油噴嘴內部有主通道和次級通道兩個通道，用于向燃燒室提供霧化燃油，以便于更好的點火和燃油充分的燃燒。發動機起動過程中，燃油壓力低，只有主回路供油，主通道的低壓燃油從燃油噴嘴噴頭處的中心孔噴入燃燒室，該部分燃油壓力較低，因此霧化程度也比較低，利于點火。對于6840023系列的燃油噴嘴，噴出的霧化燃油角度為80～98°之間。發動機起動成功后，燃油壓力增大，次級回路上的供油活門打開，次級通道和主通道同時供油。通過次級通道的高壓燃油通過燃油噴嘴噴頭處環繞中心孔的外圈孔噴入燃燒室，該通道內燃油壓力高，因此燃油霧化程度也比較高，便于和空氣進行更充分的混合后更徹底的燃燒，減少燃油消耗。對于6840023系列的燃油噴嘴，角度為115～135°之間[3]。

位于點火電嘴兩側的噴嘴（7、8號燃油噴嘴對應A點火，14、15號燃油噴嘴對應B點火）不同于其他位置的燃油噴嘴，他們具有更寬的低壓噴油角度，便于加強高空時再點火的能力。

燃油噴嘴是純機械結構，沒有電氣作動機構和工作情況監控功能。在發動機工作的過程中，它們不具備任何控制功能，只是根據上游供給的燃油壓力，通過自身特殊的機械結構將燃油分為主回路供油和次級回路供油并將其霧化后噴入燃燒室。ECU無法探測其工作情況。其上游部件由ECU進行控制和監控，如上游供油發生異常，ECU會進行報警并顯示相應的信息。

2 故障分析和排除

飛機無法直接探測燃油噴嘴噴油和點火電嘴點火的情況，只能通過供油10s后點火不成功報告點火系統故障來間接反映該兩個系統的工作情況。根據上述CFM56-5B發動機點火的工作原理，這兩個系統是關聯系統，兩者相輔相成，它們同時按照ECU的控制指令正常工作時，才能確保燃燒室內的正常點火。所以在遇到點火不成功問題時，需要綜合考慮兩個系統相互間的影響，才能有效排除故障。

從兩個系統的原理和功能上來看，燃油噴嘴是純機械部件，可靠性高，點火系統相對復雜，且均為電氣電子部件，可靠性遠低于燃油噴嘴。在實際工作中，點火不成功的案例也多是由于點火系統本身故障所致。

由于點火系統故障導致點火不成功的原因可能有兩種：一種是無點火，一種是有點火但點火能量不足。這兩種情況都可能導致點火過程中無法點燃燃燒室內的油氣混合氣體進而導致本次點火失敗。

無點火的情況成因較多，供電跳開關、EIU、ECU、點火激勵器及它們之間線路故障都可能導致點火激勵器不能向點火電嘴提供高壓高能的脈沖信號從而導致無點火?？梢酝ㄟ^地面測試進行判斷，如果地面測試點火電嘴時不能聽到點火聲音，就屬于這種情況。這種情況雖然成因復雜，但因故障現象穩定，可通過測量相關線路以及對懷疑部件串件驗證相結合的方式進行判斷和排除。

點火能量不足的情況問題主要出現在點火激勵器下游，點火激勵器性能衰減、點火導線磨損或絕緣性變差、點火電嘴燒蝕和這些部件之間的接頭處接觸不良等都有可能導致點火激勵器傳輸到點火電嘴的高能高壓脈沖在點火電嘴處轉化出來的點火火花能量不足，進而導致點火失敗。點火電嘴安裝深度出現問題會導致點火電火花能量正常，但由于所處位置不在最佳點火位而導致能夠實際發揮作用的點火能量偏小進而導致點火失敗。

點火能量不足導致點火不成功的表現是地面測試點火系統工作正常，測試過程中能夠聽到清晰的點火聲音，但不時會出現點火不成功觸發相應通道點火故障的警告信息。這種情況由于故障不是穩定存在，隔離判斷存在一定的難度。

出現這種情況時，可以先檢查點火電嘴的燒蝕情況、相關插頭的連接情況、插頭內插孔的污染、腐蝕和松動情況，如未發現問題，可進一步測量點火導線的連續性和絕緣性以及點火電嘴安裝深度。當點火導線擊穿，擊穿處會直接向導線束的鎳合金外層放電，相當于一個分路電阻與電嘴并聯。由于分路電阻的存在，分路電流降低了點火電流，從而導致點火能量不足，點火不成功。在電嘴放電試驗中，電極間隙每增大0.1mm時，擊穿電壓將增高1500-2000V。電嘴電極間隙過大會引起電嘴擊穿電壓顯著升高。點火過程中點火激勵器傳輸電壓不能滿足產生放電要求時，產生的電火花就不能滿足頻率要求，會造成點火困難。由于電嘴的擊穿電壓升高，高壓電路的電壓必然升高，長時間的高電壓工作可能導致點火導線或點火激勵器的損傷。因此在排除這類情況的故障時需要特別注意檢查確認點火導線的絕緣情況和點火電嘴的深度，避免其存在缺陷導致進一步的問題。

如果以上檢查和測量都沒發現問題，可以采用依次更換點火電嘴、點火激勵器和點火導線后留件觀察的方式進一步隔離確認故障。這種情況下飛機的故障表現跟燃油噴嘴出現問題導致不時出現點火故障的故障表現沒有明顯區別，鑒于點火系統的可靠性低于燃油噴嘴系統，部件更換的也更加容易，遇到該類故障時，優先排除點火系統可能存在的缺陷后再考慮更換燃油噴嘴。

在發動機不時出現點火不成功的情況時，排除點火系統可能存在的缺陷后，就需要考慮相應點火電嘴兩側燃油噴嘴的可能性。如果燃油噴嘴內部出現問題，導致其噴油的角度和霧化程度出現偏差，點火成功的難度就會增加，會導致點火系統工作正常但不時出現點火不成功的情況。任意一側燃油噴嘴出現問題都可能導致這種情況的發生，因此需要通過同時更換兩個燃油噴嘴或先更換其中一個后留件觀察的方式進行排故。

在本故障的處理過程中，先后更換點火電嘴、點火激勵器、點火導線和ECU，檢查ECU2的A/B通道的以前航段報告均有IGN2，ECU信息，TSD有NO LIGHTOFF ON IGNITER2信息，A/B通道系統測試均正常，拆檢B點火電嘴外觀目視檢查正常，測量點火電嘴中心電極與殼體間絕緣值大于100兆歐，測量點火激勵器到B點火電嘴導線絕緣值大于100兆歐，測試A/B點火嘴聽聲音無明顯差異，基本上可排除點火系統本身的故障。后期一次試車過程中，檢查使用A點火起動正常，兩次使用B點火起動，EGT上升滯后1-2秒，無ENG 2 IGN B FAULT警告。綜合以上信息，可以考慮是B點火的點火電嘴兩側的POS14，POS15位置的燃油噴嘴故障導致該點火電嘴附近油氣密度不夠，進而導致點火困難，在某些情況下點火不成功導致飛機斷續出現ENG 2 IGN B FAULT警告信息伴隨2發B點火故障信息，最終根據排故手冊中燃油流量正常但不點火的排故程序TSM 74-00-00-810-817-A更換左發POS14，POS15兩個位置的燃油噴嘴后，故障徹底排除。

3 結束語

在排除CFM56-5B發動機點火不成功故障時，優先考慮點火系統的問題。如測試無點火聲音，考慮點火激勵器及其上游部件和線路，如有測試點火聲音，考慮點火激勵器及其下游部件和線路。如測試有點火聲音且隔離判斷點火系統無異常，可考慮更換點火電嘴旁的燃油噴嘴。

在排除疑難重復故障時，不能僅憑故障信息排故，要注意收集與故障相關的其他信息以增加故障判斷的準確性；不能僅僅將排故信息指向的排故程序作為排故依據，要仔細梳理故障系統本身和與其相關聯的系統之間的關系，綜合考慮以拓寬思路，避免一直在一個系統中走彎路。