一种精确确定点燃式航空活塞发动机提前点火角的方法与流程

本发明涉及一种航空器维修领域技术，特别是一种精确确定点燃式航空活塞发动机提前点火角的方法。

背景技术：

航空器的活塞发动机从气缸内压缩混合气引燃方式上分为点燃式和压燃式，其中点燃式活塞发动机需要在适当的曲轴转角位置由火花塞发出电火花点燃气缸内的压缩混合气，这涉及到能够为火花塞提供点火能量的高压电发生装置和对适当的点火时机的控制两个方面的内容。在点燃式航空活塞发动机上，高压电发生装置为磁电机；适当的点火时机指活塞处于压缩行程上“死点”或称“上止点”前适当的位置所对应的曲轴转角，称为“提前点火角”。对提前点火角的控制依靠磁电机与发动机之间的相对安装角度来实现，使磁电机在规定的曲轴转角位置时向火花塞发出高压点火脉冲，在航空维修专业领域称之为“磁电机外定时”。

在当前的通用航空领域，点燃式航空活塞发动机仍有较为广泛的应用。在这些点燃式航空活塞发动机上，一般采用双磁电机点火。磁电机外定时的步骤是先将发动机曲轴置于对应型号发动机手册中规定的提前点火位置，再将磁电机转子置于相对于自身壳体的规定角度位置，然后在发动机上安装并固定磁电机。磁电机安装固定完成后除了验证实际提前点火角度处于规定的公差范围内，还需要进行发动机试车，通过对比发动机在规定转速时切换单、双磁电机工作状态带来的发动机实际转速改变量来判断点火系统的综合工作性能；因切换至单磁电机后发动机转速会降低，专业领域称之为“单磁掉转”。工程实践表明实际控制的提前点火角对点火系统乃至整台发动机的综合性能影响较大，所以对点燃式活塞发动机的提前点火角定位应尽可能准确。

为有效发挥点火系统的最大性能，精确的提前点火角控制就非常重要，其中在安装磁电机之前预先将发动机曲轴置于规定的提前点火位置时定位是否准确起决定性作用。实践中在各型点燃式活塞发动机上提供的用于判断提前点火角度的方法较多，但这些方法的本质均为目视刻画在不同部件上的动、静标线相互对齐的目视观察法，较为典型的主要有lycoming发动机刻画于起动齿轮盘和起动机上的动、静标线和continental发动机的定时齿轮和机匣上的动、静标线，这些方法定位精度不高而且容易受工作者目视观察角度和主管判断的影响，进一步加大了定位误差，经实测表明定位误差可达3-6°，容易造成工程实践中单磁掉转偏多的故障。

在活塞发动机上曲轴通过连杆与活塞连接在一起，曲轴转角与活塞在气缸筒内的轴向位置具有一定的对应关系，当曲轴处于规定的提前点火角度位置时活塞在气缸中的位置也是确定的，探杆式定位销（航空维修专业领域称之为“定时销”）即利用该原理通过限制活塞在气缸中的位置来对曲轴所处的提前点火角位置进行确定，具有较高的定位精度且不受工作者目视观察角度和主管判断的影响。但目前工程领域在用的定时销均不能做到一次性将活塞直接限定在规定的提前点火角位置，均需先行确定定时销安装进火花塞安装孔后活塞被定时销限制的位置所对应的曲轴角度（初始角度）、然后计算初始角度与目标角度之间的差值并取下定时销、再进一步视两角度差值情况以初始角度为基准将曲轴转动至规定的提前点火位置。由于不同型号的发动机的几何尺寸不同，所以在不同型号的发动机上曲轴转角与活塞轴向位置之间的对应关系也存在差异。而传统定时销属于定长型定时销，由于其长度不可调且在定时销的工厂制造环节无法预先获悉该定时销将来拟使用的目标发动机的具体型号尺寸，就造成在用户使用阶段使用传统的定长型定时销在不同型号的发动机上确定出的提前点火初始角度不尽相同，所以使用传统的定长型定时销进行磁电机定时时均需要“初始角度-差值-目标角度”三步走，即先确定初始角度再计算差值然后才能找到最终的目标角度。工程实践表明初始角度恰好与目标角度相等是个小概率事件，几乎不会发生。如果能够有一种长度合适的定时销使确定出的初始角度能够直接等于目标角度则无疑能够在提高定位精度的同时大幅提高工作效率，但鉴于不同型号发动机的尺寸差异，基于传统的定长型定时销显然难以做到。

本发明提出一种可变长度定时销的设计加工和使用方案，以点燃式航空活塞发动机定时操作中“初始角度恰好等于目标角度”为设计目标，改变传统定长型定时销长度不可调的弊端，通过在长度可调和快捷锁止两方面进行优化设计，使新的变长型定时销只需在初次使用时针对具体型号的对象发动机将定时销长度调整合适并锁定（即数据标定）即可，此后在该型发动机上可直接使用且能够达到一次性精确找到规定的提前点火角度的理想效果，而且本技术方案适用于任何需要进行磁电机定时的点燃式活塞发动机，适用范围广阔。

点燃式航空活塞发动机磁电机外定时的定时销特点是长度可调且锁定方便，仅在初次使用时针对拟使用的对象发动机进行数据标定并锁定变长型定时销的长度，此后在该型发动机上无需标定可直接使用且能够保证一次性精确定时成功的良好效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种精确确定点燃式航空活塞发动机提前点火角的方法，通过使用一种是长度可调且锁定方便的可变长定时销，仅在初次使用时针对拟使用的对象发动机进行数据标定并锁定变长型定时销的长度，此后在该型发动机上无需标定可直接使用且，达到保证一次性精确定时成功的技术目的；具体从长度可调和快捷锁止两方面进行设计优化，使可变长定时销能够兼顾工厂加工环节的机器化批量生产和用户使用环节的可根据实际使用需求改变探杆长度的两方面实际需求，达到工程实践中使用该新型变长型定时销能够做到一次性定位成功的良好效果。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

一种精确确定点燃式航空活塞发动机提前点火角的方法，包括使用可变长定时销，具体过程包括：

（1）、制备出可变长定时销：其结构包括壳体、芯轴和锁紧螺帽三部分，壳体为内部为螺纹的标准四方柱体或者六方柱体结构；芯轴包括后端的螺纹部、中部的圆柱部、前端的半球部，锁紧螺帽为外六方、外八方或者外十二方螺帽，壳体的长度小于芯轴的螺纹部的长度，壳体和锁紧螺帽均通过螺纹配合套设在芯轴的螺纹部上；

（2）在对象发动机上进行数据标定：

a、在对象发动机上找到指定气缸的压缩行程；

b、将变长型定时销芯轴安装进火花塞安装孔，旋入长度为芯轴总长度的1/3~2/3；

c、按定长型定时销法定位提前点火角的方法确定出该型发动机的提前点火角位置；如果在确定过程中遇到δ-α为负值，则可增加芯轴旋入气缸的长度后再次按定长型定时销定位方法确定出该型发动机的提前点火角位置；具体为：

在发动机曲轴上安装角度仪；

反转曲轴使活塞靠上定时销，将角度仪置零；

正向旋转曲轴是活塞靠上定时销，在角度仪上读出曲轴转过的角度β，则δ=（360°-β）/2；

根据发动机铭牌上标注出的提前点火角α的数值计算出δ-α的值；

取下定时销，以此时为基准将角度仪置零，按正常旋转方向再转动曲轴δ-α角度，此时曲柄即处于需要的提前点火角位置；

e、保持曲柄位置不变，再次将变长型定时销芯轴安装进火花塞安装孔，旋入长度以芯轴接触到活塞为止，以手指力量拧紧；

f、在芯轴上安装（从芯轴后端旋入）本变长型定时销壳体，注意安装方向，应使壳体上有凸台的一端朝向发动机气缸，旋入定时销壳体直至壳体上的凸台接触到气缸，用手指力量拧紧壳体；

g、在壳体后端外露的芯轴上安装锁紧螺帽，并用一字螺丝批在芯轴后端一字槽中固定芯轴，用合适的扳手紧固锁紧螺帽，数据标定完成；

（3）点火角确定：

h、根据发动机的资料手册找到指定型号发动机指定气缸压缩行程；

i、将该气缸火花塞取下并将定时销安装在火花塞孔内并用手指力拧紧；

j、按发动机正常转动方向缓慢转动曲轴使活塞箱上死点即上止点运动至被定时销止动位置，此位置即为所定位的提前点火角α；

k、取下定时销。

其中，上述方法所述的δ、α，其意义为：α为提前点火角，数值标注在发动机铭牌上；δ为定时销安装在火花塞安装孔中，以向气缸内伸入一根机械止动杆的方式阻碍活塞继续向上死点（上止点）运动，从而将活塞止动在上死点（上止点）前一定位置，此时的曲柄位置与曲柄零位之间有一定夹角，该角度即为δ。

本方法的原理如下：

在使用传统的定长型定时销进行点燃式活塞发动机提前点火角定位时需要分“初始角度-差值-目标角度”三步进行，即首先确定出定时销限制的曲柄角度δ得到初始角度，再根据发动机铭牌上标示的提前点火角α数据计算出δ-α得到差值，并且差值δ-α需为正值，然后取下定时销再使曲柄按正常运动方向前进δ-α角度，方可得到提前点火角目标值α。对传统的定长型定时销而言，为保证定时销可用，工厂一般将定时销做得较长，目的是为了可靠保证δ-α为正值，这决定了在使用传统的定长型定时销进行提前点火角定位时必定是需要“初始角度-差值-目标角度”三步走。

本发明通过提供一种长度合适的定时销，使定时销限制的曲柄角度δ刚好等于发动机铭牌上标示的提前点火角α，即“初始角度=目标角度”，这样对发动机提前点火角的定位就可由“三步走”变为“一步完成”，大幅提高了工作效率。

变长型定时销仅在首次使用在对象发动机上进行数据标定时步骤与定长型定时销相同需要“初始角度-差值-目标角度”三步走，后续再次使用在对象发动机上时可直接使用，实现了“初始角度=目标角度”的一步完成。由于数据标定仅需进行一次，在后续的多次重复使用中均实现了一步完成，效率提高明显；而且在使用一段时间后，如怀疑定时销因磨损可能影响定位精度时可在对象发动机上再次进行数据标定以验证定位准确性。

该技术方案的原理为：

1、定长型定时销由于长度较长，在对象发动机上使用时每次均需分“初始角度-差值-目标角度”三步进行；变长型定时销仅初次使用在对象发动机上进行数据标定时才需要按“初始角度-差值-目标角度”三步进行，在后续的使用者无需三步而是直接实现“初始角度=目标角度”一步完成；

2、定长型定时销由于长度不可改变，在对象发动机上使用如欲实现“初始角度=目标角度”一步完成只能是在用户使用阶段针对具体型号的对象发动机靠精细打磨改变定时销的长度，且在打磨过程中需不断按“初始角度-差值-目标角度”三步走的方式在对象发动机上多次验证打磨后的定位效果，费时费力，标定效率低；变长型定时销无需在用户使用阶段进行打磨，所有加工均在工厂批量机器化生产，生产效率高，初次在对象发动机上使用时进行数据标定也只需要按“初始角度-差值-目标角度”三步走的方式进行一次，标定效率高；

3、定长型定时销靠打磨改变长度后即使在对象发动机上也实现了“初始角度=目标角度”而达到一步完成定位的效果，但由于长度被固化该定时销将只能适用于对象发动机一种型号发动机上，适用面窄，而且如果打磨过量在验证中发现δ-α为负值，则该定时销只能报废；变长型定时销只需重新进行数据标定即可改变所适用的对象发动机型号，适用面广，而且不存在打磨过量造成定时销报废的隐忧；

4、定长型定时销要么每次进行提前点火角定位均按“初始角度-差值-目标角度”三步走，定位程序繁琐，要么通过打磨费时费力且以牺牲适用面为代价实现“初始角度=目标角度”一步完成；而变长型定时销仅在数据标定时按“初始角度-差值-目标角度”进行一次，后续使用无需打磨即可实现“初始角度=目标角度”一步完成，且适用面不受影响；

5、长时间使用后定长型定时销因磨损造成定位精度不断降低，而变长型定时销则可通过重新进行数据标定而恢复如初。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

1、经过数据标定后，在对象发动机上进行提前点火角定位时可做到一次成功。

之前，行业领域内在完成点燃式活塞发动机提前点火角定位要么采用发动机厂家给出的“动静标线法”，定时精度较低；要么采用定时销法，虽然定位精度较高但由于在用定时销均为定长型，一般均需按“初始角度-差值-目标角度”分三步走，定位程序繁琐，定位效率较低；

通过使用本发明的方法，用户使用阶段可在不降低定长型定时销定位精度的基础上达到一次性定位成功的良好效果，定位效率高。

2、在确保可达到一次性定位成功的前提下，针对不同型号的对象发动机只需重新进行数据标定即可，适用面广。

现有技术中无采用定时销法实现一次性点位成果相关方法的报道。通过对定长型定时销的长度进行精细打磨而实现“初始角度=目标角度”一步完成，但此方法费时费力，且打磨过程中需要针对具体对象发动机不断按“初始角度-差值-目标角度”三大步骤进行多次验证，程序繁琐，打磨过量将造成定时销报废，成功率低，打磨成功也将使该定时销只能适用于对象发动机一种型号的发动机上，适用面极窄。

本发明的方法，变长型定时销不存在用户使用阶段的二次加工所带来的系列弊端，不会对定时销可适用于任何点燃式活塞发动机的广阔适用面造成任何影响。

附图说明

图1是活塞发动机的组成示意图。

图2是活塞发动机的运动“上止点”示意图。

图3是活塞发动机的运动“下止点”示意图。

图4是活塞发动机的运动“提前点火角α”示意图。

图5是曲柄位置与曲柄零位之间的夹角δ的示意图。

图6是确定δ-α差值的示意图。

图7是角度仪上读出曲轴转过的角度β示意图。

图8是传统的定时销结构图。

图9是变长型定时销的壳体示意图。

图10是变长型定时销的芯轴示意图。

图11是变长型定时销的锁紧螺帽示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。

现有技术介绍。

现有技术的活塞2发动机由气缸1、活塞2、连杆3、曲柄4以及相关附件组成。

活塞2在气缸1中做往复运动，当连杆3与曲柄4共线、活塞2运动至气缸1最顶端时活塞2处于相对瞬时的相对静止状态，此时活塞2所处的位置称为“上死点”，也称“上止点”。

活塞2在气缸1中做往复运动，当连杆3与曲柄4共线、活塞2运动至气缸1最顶端时活塞2处于相对瞬时的相对静止状态，此时活塞2所处的位置称为“上死点”，也称“上止点”。具体如图2所示。

活塞2在气缸1中做往复运动，当连杆3与曲柄4共线、活塞2运动至气缸1最底端时活塞2处于相对瞬时的相对静止状态，此时活塞2所处的位置称为“下死点”，也称“下止点”。具体如图3所示。

以活塞2处于压缩行程上死点（上止点）时曲柄4位置为基准（此时连杆3与曲柄4共线），记为曲柄4零位；点燃式活塞2发动机需要在活塞2处于压缩行程上死点（上止点）前某一位置时使火花塞发出点火电火花，此时曲柄4位置与曲柄4零位之间的夹角，称为提前点火角，记为α。具体如图4所示。

不同型号活塞2发动机的提前点火角不尽相同，但确定型号的活塞2发动机的提前点火角是确定的，该角度由发动机制造厂设计确定并写在发动机铭牌上，是点燃式活塞2发动机运行中的一个重要参数。

对比例1：现有技术定长型定时销法提前点火角定位方法。

将曲柄4置于规定的提前点火角位置称为提前点火角定位。对提前点火角的定位各型活塞2发动机提供有各自不同的方法，但能够在各型点燃式活塞2发动机上通用且定位精度较高的是定时销法。定时销安装在火花塞安装孔中，以向气缸1内伸入一根机械止动杆的方式阻碍活塞2继续向上死点（上止点）运动，从而将活塞2止动在上死点（上止点）前一定位置，此时的曲柄4位置与曲柄4零位之间有一定夹角，记该角度为δ。如图5所示。

由于提前点火角α的数值标注在发动机铭牌上，是已知量，所以维修实践中定位提前点火角时需要首先确定的是角度δ，然后查发动机数据铭牌得到提前点火角α的数值，在计算出差值δ-α后方可进一步确定出α。如图6所示。

具体过程为：

（1）找到指定气缸1压缩行程；

（2）在指定气缸1的火花塞安装孔中安装定时销；如果定时销不能安装到位，则反方向转动曲柄4使活塞2远离上死点（上止点）一定距离以保证为定时销留出足够的安装空间；

（3）在发动机曲柄4上安装角度仪；

（4）反转曲柄4使活塞2靠上定时销，将角度仪置零；

（5）正向旋转曲柄4是活塞2靠上定时销，在角度仪上读出曲柄4转过的角度β，则δ=（360°-β）/2；如图7所示；

（6）根据发动机铭牌上标注出的提前点火角α的数值计算出δ-α的值；

（7）取下定时销，以此时为基准将角度仪置零，按正常旋转方向再转动曲柄4δ-α角度，此时曲柄4即处于需要的提前点火角位置。位置也如图4所示。

由于机件之间存在有配合间隙，为消除配合间隙对提前点火角的影响，在上述步骤（7）必须保证曲柄4是向正常旋转方向旋转。由于不同型号的活塞2发动机的提前点火角不同，为保证确定出的角度δ大于规定的提前点火角α，即为了保证δ-α为正值，定时销的长度一般较长；如果δ-α为负值，则需要在步骤（7）中向相反方向转动曲柄4使活塞2的下死点（下止点）方向移动，此时即使表面上看也找到了提前点火角，但实际上由于配合间隙的存在当曲柄4按正常转动方向转动时该点火角将与正确的提前点火角相比偏小，导致确定出的提前点火角不准确，所以这样的定时销是不能用于该型发动机的。

由以上步骤可知，在使用传统的定长型定时销进行点燃式活塞2发动机提前点火角定位时需要分“初始角度-差值-目标角度”三步进行，即首先确定出定时销限制的曲柄4角度δ得到初始角度，再根据发动机铭牌上标示的提前点火角α数据计算出δ-α得到差值，并且差值δ-α需为正值，然后取下定时销再使曲柄4按正常运动方向前进δ-α角度，方可得到提前点火角目标值α。对传统的定长型定时销而言，为保证定时销可用，工厂一般将定时销做得较长，目的是为了可靠保证δ-α为正值，这决定了在使用传统的定长型定时销进行提前点火角定位时必定是需要“初始角度-差值-目标角度”三步走。

实施例1

一种精确确定点燃式航空活塞发动机提前点火角的方法，包括使用可变长定时销，具体包括：

（1）、制备出可变长定时销：其结构包括壳体、芯轴和锁紧螺帽三部分，壳体为内部为螺纹的标准四方柱体或者六方柱体结构；芯轴包括后端的螺纹部、中部的圆柱部、前端的半球部，锁紧螺帽为外六方、外八方或者外十二方螺帽，壳体的长度小于芯轴的螺纹部的长度，壳体和锁紧螺帽均通过螺纹配合套设在芯轴的螺纹部上；

（2）在对象发动机上进行数据标定：

a、在对象发动机上找到指定气缸1的压缩行程；

b、将变长型定时销芯轴安装进火花塞安装孔，旋入长度为芯轴总长度的1/3~2/3；

c、按定长型定时销法定位提前点火角的方法确定出该型发动机的提前点火角位置；如果在确定过程中遇到δ-α为负值，则可增加芯轴旋入气缸1的长度后再次按定长型定时销定位方法确定出该型发动机的提前点火角位置；具体为：

在发动机曲柄4上安装角度仪；

反转曲柄4使活塞2靠上定时销，将角度仪置零；

正向旋转曲柄4使活塞2靠上定时销，在角度仪上读出曲柄4转过的角度β，则δ=（360°-β）/2；

根据发动机铭牌上标注出的提前点火角α的数值计算出δ-α的值；

取下定时销，以此时为基准将角度仪置零，按正常旋转方向再转动曲柄4δ-α角度，此时曲柄4即处于需要的提前点火角位置；

e、保持曲柄4位置不变，再次将变长型定时销芯轴安装进火花塞安装孔，旋入长度以芯轴接触到活塞2为止，以手指力量拧紧；

f、在芯轴上安装（从芯轴后端旋入）本变长型定时销壳体，注意安装方向，应使壳体上有凸台的一端朝向发动机气缸1，旋入定时销壳体直至壳体上的凸台接触到气缸1，用手指力量拧紧壳体；

g、在壳体后端外露的芯轴上安装锁紧螺帽，并用一字螺丝批在芯轴后端一字槽中固定芯轴，用合适的扳手紧固锁紧螺帽，数据标定完成；

（3）点火角确定：

h、根据资料手册找到指定型号发动机指定气缸1压缩行程；

i、将该气缸1火花塞取下并将定时销安装在火花塞孔内并用手指力拧紧；

j、按发动机正常转动方向缓慢转动曲柄4使活塞2上死点即上止点运动至被定时销止动位置，此位置即为所定位的提前点火角α；

k、取下定时销。