CN102278257B - 带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，包括具有阻抗的高压点火线圈、火花塞、火花塞帽及高压传输导线，高压传输导线连接在高压点火线圈和火花塞之间，在火花塞外部加装一个铜制的火花塞屏蔽壳，与火花塞接地电极端压接，在火花塞帽外部加装一个铜制的屏蔽壳盖，和火花塞外部的屏蔽壳连接；在高压传输导线外依次加装绝缘套管、金属屏蔽网和标准件套管套构成一个复合屏蔽套管，金属屏蔽网连接火花塞的一端压接在屏蔽壳盖下，连接高压点火线圈的一端焊接一个铜制的标准件焊片作为接地端子，与发动机机壳连接。本发明确保了发动机静态与工作时，机载电磁环境质量的一致性，为机载电子设备提供了良好的工作环境。
Description
技术领域
本发明属于活塞发动机技术，涉及一种发动机点火系统。
背景技术
目前航空领域的轻型飞机、直升机及超轻型飞行器大多采用活塞发动机，其点火系统由高压点火线圈、高压传输导线、火花塞及火花塞帽组成。发动机在静态(不开车)时对机载环境不产生任何影响；工作时(即开车)发动机点火系统的高压线圈、传输导线及其他部分的寄生电感和电容形成振荡回路，当点火以火花形式放电时，产生高频振荡，通过高压电线或导线向空中辐射电磁波，切割机载无线电接收机的天线，引起干扰，其频段在200MHz～1000MHz，产生的干扰使机载环境电磁背景噪声升高20～30dB。发动机静态与工作时的机载电磁环境背景噪声如图1、图2所示。
发动机点火系统状态的改变会影响到发动机工况。如果对点火系统进行屏蔽，将所有容易发射电磁波的电器及导体用金属屏蔽网或屏蔽罩包裹起来，当电磁波或高频电磁振荡遇到金属屏壁后，电磁感应在金属屏壁内产生涡流，一方面通过产生焦耳热耗散，另一方面通过合理的地线搭接释放，从而起到拟制干扰的作用。但同时能量会通过屏蔽地泄放，使发动机功率、耗油率和和安全性会受到影响。由于难以协调电磁干扰抑制和发动机性能稳定之间的关系，目前使用的轻型飞行器中，为保证发动机性能，对发动机电磁干扰基本没有采取任何减扰措施，因此发动机工作时，严重污染飞行器机载电器设备的工作环境，从而导致电气设备的正常工作，严重限制了飞行器的应用领域。因此，急需寻求一种工程方法及装置，抑制活塞发动机电磁干扰，提高飞行器机载电气设备正常工作时电磁环境质量，以满足更多任务载荷需求。
查新现有专利发现，专利申请200910191137.9公开了一种汽车点火系统电磁兼容的测试装置和方法，该专利是一种测量装置，像本发明图1的测量结果一样，它仅对点火系统的电磁屏蔽效果进行测试，给出测量结果，判定点火装置合格与否。不能够起到抑制和屏蔽干扰的作用。在公开的专利中，对带有电磁干扰屏蔽装置点火系统，尤其是轻型或小型飞行器机载复杂电磁环境下使用的活塞式发动机点火系统电磁干扰屏蔽装置均未涉及，特别是查新现有公开的所有专利仅局限于汽车发动机简单电磁环境下的地面交通运输领域，而未涉及航空领域。
发明内容
为了克服现有技术无法兼顾抑制电磁干扰和发动机性能稳定的不足，本发明提供一种带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，在不影响发动机点火功率、耗油率和和安全性的情况下，有效抑制点火系统的高频电磁干扰，确保飞行器机载电器设备正常工作时的电磁环境质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括具有阻抗的高压点火线圈、火花塞、火花塞帽及高压传输导线，其中火花塞、火花塞帽配对使用，高压传输导线连接在高压点火线圈和火花塞之间，确保振荡回路具有一定阻抗，减缓其振荡放电现象。
在火花塞外部加装一个铜制的火花塞屏蔽壳，火花塞屏蔽壳为两端开口的中空圆柱体，壳体上有均匀排列的若干个直径为1.0～1.5mm的通孔，用于散热。火花塞屏蔽壳无法兰的一端与火花塞接地电极端压接，实现屏蔽接地。
在火花塞帽外部加装一个铜制的屏蔽壳盖，屏蔽壳盖为一端开口的中空圆柱体，屏蔽壳盖开口端和火花塞屏蔽壳法兰对齐，通过螺钉连接。
在高压传输导线外加装一层绝缘套管，再给这层套管上增加金属屏蔽网，连接火花塞的一端的金属屏蔽网压接在屏蔽壳盖下，连接高压点火线圈的一端金属屏蔽网焊接一个铜制的标准件焊片作为接地端子，再将具有防油、防水、耐低温功能的标准件套管套在金属屏蔽网标准件外面构成一个复合屏蔽套管，复合屏蔽套管的接地端子与发动机的机壳连接，减小对发动机点火能量及稳定性的影响。应注意的是，三层套管的口径需相互匹配，即每一个内层套管的外径等于外层套管的内径。
所述的高压点火线圈阻抗为2～3KΩ。
所述的火花塞阻抗为8～10KΩ。
所述的火花塞帽阻抗为3～5KΩ。
所述的高压阻尼线的规格为15KΩ/m～17KΩ/m。
所述的复合屏蔽套管中，绝缘套管套壁厚1.0～1.5mm的套管，金属屏蔽网为铜质的，接地端子为φ2.0～4.0mm的焊片，防油、防水、耐低温的套管是TPU套管。
本发明的有益效果是：通过给点火系统选取了带有阻抗的高压点火线圈、高压传输导线、火花塞以及火花塞帽，特别是由于对后三个零件加装了屏蔽装置，本发明在保证点火系统正常功率、耗油率和和安全性的情况下，克服了活塞式发动机工作时点火系统引起的高频电磁干扰，即在200MHz～1000MHz频率范围内，取得了电磁干扰抑制效果可达20～30dB，确保了发动机静态与工作时，机载电磁环境质量的一致性，为机载电子设备提供了良好的工作环境。
附图说明
图1是发动机静态(未开车)时机载电磁环境背景噪声示意图；
图2是发动机工作(即开车)时机载电磁环境背景噪声示意图；
图3是阻尼火花塞屏蔽壳机械加工图，其中图3(a)是主视图；图3(b)是左视图；图3(c)俯视图；图3(d)是E剖面图；图3(e)是G剖面图；图3(f)是F剖面图；
图4是火花塞帽屏蔽壳盖机械加工图，其中图4(a)是俯视图，图4(b)是左视图；图4(c)为成型后底部加硅胶衬垫方法示意图，其中，1-屏蔽壳盖，2-硅胶衬垫，3-环氧树脂胶。
图5是带有屏蔽装置点火系统装配示意图，其中，图5(a)为剖面视图，图5(b)为顶视图；其中，4-螺钉，5-阻尼火花塞，6-火花塞屏蔽壳，7-屏蔽壳盖，8-套在高压阻尼线上的复合屏蔽套管，9-高压阻尼点火线圈，10-接地端子。
图6是采用本发明点火装置后发动机工作(开车)时机载电磁环境背景噪声示意图。
具体实施方式
装置实施例：为某小型飞行器的某型四缸活塞式发动机的制作一个带有电磁干扰屏蔽装置的点火系统。本发明的装置包括具高压阻尼点火线圈、阻尼火花塞、阻尼火花塞帽、高压阻尼线、复合屏蔽套管、阻尼火花塞屏蔽壳、阻尼火花塞帽屏蔽壳盖。
第一步测量发动机静态与工作时的小型飞行器机载电磁环境背景噪声。在中心频率370MHz，频率跨度300MHz范围内测得静态时的背景噪声最大峰值为-45dB，频谱分散，噪声频谱平均分布在-105dB左右，如图1所示。工作时的背景噪声最大峰值为-58dB，噪声频谱集中而稠密，噪声频谱平均分布在-70dB左右，如图2所示。
第二步为点火系统选择零件。选取阻抗为3KΩ高压阻尼点火线圈、阻抗为10KΩ的阻尼火花塞、阻抗为5KΩ的阻尼火花塞帽以及规格为15KΩ/m～17KΩ/m的30cm的高压阻尼点火线，相当于串联接入4KΩ～6KΩ电阻。
第三步为阻尼火花塞制作火花塞屏蔽壳。参照图3的机械加工图，制作阻尼火花塞屏蔽壳，材料为H62GB/T 13808-1992，表面处理为Cu/Ct.P，表面粗糙度除特殊标记为3.2外，其余均为6.3。图3(a)与图3(b)小孔完成后要打磨掉毛刺，
第四步为阻尼火花塞帽制作屏蔽壳盖。参照图4(a)和4(b)的机械加工图，制作屏蔽壳盖。材料为H62GB/T 13808-1992，表面处理为Cu/Ct.P，表面粗糙度除特殊标记为1.6外，其余均为6.3。成型后，参照图4(c)在标注1的2处加硅胶衬垫，在2与1的底部用3环氧树脂胶粘连接。
第五步为高压阻尼线制作复合屏蔽套管，在其外加装一层30cm长的与其口径匹配的壁厚1.0mm的绝缘套管，再给这层套管上加30cm长且口径匹配的金属屏蔽网，金属屏蔽网的一端与屏蔽壳盖压接，在另一端焊接一个φ3.0焊片，引出一个接地端子，再将口径匹配的TPU套管套在金属屏蔽网外，构成一个复合屏蔽套管。
第六步装配带有屏蔽干扰的点火装置。参照图5，把作好的火花塞屏蔽壳套在阻尼火花塞上，法兰冲向高压阻尼线一端，把屏蔽壳盖压在屏蔽壳上，二者法兰对准后用螺钉固定。用带有复合屏蔽套管的高压阻尼线连接屏蔽的阻尼火花塞和高压阻尼线圈，留出接地端子。把完成装配的点火装置安装在小型飞行器机舱内，接地端子与发动机壳体连接，充分接地。
第七步测试应用本发明后的机载电磁环境背景噪声。启动发动机，让发动机工作，测量环境背景，在中心频率370MHz，频率跨度300MHz范围内，测得工作时的背景噪声最大峰值为-63dB，频谱分散，如图6所示，噪声频谱平均分布在-100dB左右。与图2比，背景噪声抑制效果达30dB。
Claims (6)
1.一种带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，包括具有阻抗的高压点火线圈、火花塞、火花塞帽及高压传输导线，其特征在于：火花塞、火花塞帽配对使用，高压传输导线连接在高压点火线圈和火花塞之间，在火花塞外部加装一个铜制的火花塞屏蔽壳，火花塞屏蔽壳为两端开口的中空圆柱体，壳体上有均匀排列的若干个直径为1.0～1.5mm的通孔，火花塞屏蔽壳无法兰的一端与火花塞接地电极端压接，在火花塞帽外部加装一个铜制的屏蔽壳盖，屏蔽壳盖为一端开口的中空圆柱体，屏蔽壳盖和火花塞外部的屏蔽壳法兰对齐，通过螺钉连接；在高压传输导线外依次加装绝缘套管、金属屏蔽网和标准件套管构成一个复合屏蔽套管，金属屏蔽网连接火花塞的一端压接在屏蔽壳盖下，连接高压点火线圈的一端焊接一个铜制的标准件焊片作为接地端子，接地端子与发动机的机壳连接。
2.根据权利要求1所述的带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，其特征在于：
所述的高压点火线圈阻抗为2～3KΩ。
3.根据权利要求1所述的带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，其特征在于：
所述的火花塞阻抗为8～10KΩ。
4.根据权利要求1所述的带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，其特征在于：
所述的火花塞帽阻抗为3～5KΩ。
5.根据权利要求1所述的带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，其特征在于：
所述的高压传输导线的规格为15KΩ/m～17KΩ/m。
6.根据权利要求1所述的带有电磁干扰屏蔽装置的发动机点火系统，其特征在于：
所述的复合屏蔽套管中，绝缘套管套壁厚1.0～1.5mm，金属屏蔽网为铜质的，接地端子为φ2.0～4.0mm的焊片，防油、防水、耐低温的标准件套管是TPU套管。
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