RU2680724C1 - Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system - Google Patents
Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680724C1 RU2680724C1 RU2018109301A RU2018109301A RU2680724C1 RU 2680724 C1 RU2680724 C1 RU 2680724C1 RU 2018109301 A RU2018109301 A RU 2018109301A RU 2018109301 A RU2018109301 A RU 2018109301A RU 2680724 C1 RU2680724 C1 RU 2680724C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spark
- storage capacitor
- ignition
- ignition system
- waves
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 26
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 19
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/02—Checking or adjusting ignition timing
- F02P17/04—Checking or adjusting ignition timing dynamically
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q23/00—Testing of ignition installations
- F23Q23/08—Testing of components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике розжига горючих смесей с помощью электрической искры, в частности к емкостным агрегатам зажигания, и может быть использовано для контроля систем зажигания, установленных на двигатели летательных аппаратов.The invention relates to techniques for igniting combustible mixtures using an electric spark, in particular to capacitive ignition units, and can be used to control ignition systems installed on aircraft engines.
Известен способ контроля емкостной системы зажигания реактивных двигателей, заключающийся в определении наличия плазменного факела, генерируемого свечой, на нормируемом расстоянии от рабочего торца свечи, установленной в запальное устройство при работе в составе системы зажигания, при этом смачивают искровой зазор свечи нормируемым количеством жидкого топлива, измеряют ионизационный ток плазменного факела, генерируемого свечой, сравнивают параметры ионизационного тока с эталонными и по результатам сравнения делают вывод о пригодности системы зажигания [Патент РФ №2338080, опубликовано 21.02.2006 г.].There is a method of monitoring a capacitive ignition system of jet engines, which consists in determining the presence of a plasma torch generated by a candle at a normalized distance from the working end of the candle installed in the ignition device when operating as part of the ignition system, while the spark gap of the candle is wetted by the normalized amount of liquid fuel, measured The ionization current of a plasma torch generated by a candle compares the parameters of the ionization current with the reference ones and, based on the results of the comparison, concludes that STI ignition system [RF patent №2338080, published 21.02.2006].
К недостаткам этого способа контроля следует отнести невозможность его применения для контроля емкостных систем зажигания, установленных на двигательThe disadvantages of this control method include the impossibility of its use for monitoring capacitive ignition systems installed on the engine
Частично указанных недостатков лишен способ контроля емкостной системы зажигания, описанный в [Агрегат зажигания СК-44-3Б. Руководство по технической эксплуатации 8ГЗ.246.180РЭ], заключающийся в том, что при работе емкостной системы зажигания измеряют время между последовательно следующими импульсами разрядного тока, обусловленными периодической коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии на свечу зажигания, по превышению этим временем заданного значения времени судят о работоспособности системы зажигания. Измерение этого промежутка времени между последовательно следующими разрядными токами накопительного конденсатора агрегата зажигания, определяющими частоту следования искровых разрядов в искровом промежутке свечи зажигания, сравнение его с заданным максимально допустимым интервалом времени позволяет оценить факт превышения фактической частоты следования искровых разрядов на свечах (частоты искрообразования) значения минимально допустимой частоты искрообразования fmin.Partially indicated disadvantages are deprived of the method for monitoring a capacitive ignition system described in [Ignition unit SK-44-3B. Technical operation manual 8GZ.246.180RE], which consists in the fact that during operation of a capacitive ignition system, the time between successively subsequent pulses of a discharge current is measured, due to periodic switching of the energy stored in the storage capacitor to the spark plug; operability of the ignition system. Measurement of this period of time between successively following discharge currents of the storage capacitor of the ignition unit, determining the repetition rate of spark discharges in the spark gap of the spark plug, comparing it with a given maximum allowable time interval allows one to evaluate the fact that the actual repetition rate of spark discharges on candles (sparking frequency) exceeds the minimum permissible sparking frequency f min .
Недостатком указанного способа контроля системы зажигания является то, что решение о работоспособности системы зажигания принимают только по факту превышения фактической частоты следования искровых разрядов на свечах над минимально допустимой, т.е. f более fmin. Однако при уменьшении пробивного напряжения коммутирующих разрядников, с помощью которых осуществляется коммутация запасенной на накопительном конденсаторе энергии на свечу зажигания (формула 1), постоянной мощности преобразователя, осуществляющего преобразование напряжения питания агрегата зажигания в напряжение, используемое для заряда накопительного конденсатора, частота искрообразования на свечах зажигания увеличивается, т.к. частота искрообразования на свечах, мощность преобразователя, пробивные напряжения коммутирующего разрядника связаны следующим соотношением:The disadvantage of this method of monitoring the ignition system is that the decision on the operability of the ignition system is made only after the actual frequency of spark discharges on the candles exceeds the minimum acceptable, i.e. f more than f min . However, when the breakdown voltage of the switching arresters is reduced, with the help of which the energy stored in the storage capacitor is switched to the spark plug (formula 1), the constant power of the converter converts the supply voltage of the ignition unit to the voltage used to charge the storage capacitor, the sparking frequency on the spark plugs increases because the frequency of sparking on candles, the power of the converter, the breakdown voltage of a switching arrester are connected by the following ratio:
где P2 - мощность преобразователя;where P 2 is the power of the Converter;
Сн - емкость накопительного конденсатора системы зажигания;With n - the capacity of the storage capacitor of the ignition system;
Uпр - пробивное напряжение коммутирующего разрядника; f - частота следования искровых разрядов на свече.U CR - breakdown voltage of a switching arrester; f is the frequency of spark discharges on the candle.
где Q - запасенная на накопительном конденсаторе энергия, коммутируемая на свечу зажигания.where Q is the energy stored at the storage capacitor, switched to the spark plug.
При этом уменьшение напряжения Uпр может привести к уменьшению запасенной энергии Q менее Qmin, что в свою очередь приводит к невоспламенению топливной смеси (срыву розжига камеры сгорания) и, как следствие, к незапуску двигателя. Уменьшение пробивного напряжения коммутирующего разрядника может быть вызвано различными причинами: скрытыми дефектами при изготовлении, выявленными только в процессе эксплуатации, воздействием внешних условий (например, воздействие излучения), сбоями в работе схемы управления при использовании управляемых разрядников или твердотельных высоковольтных коммутаторов [А.В. Краснов, А.Н. Мурысев. Емкостные системы зажигания нового поколения для современных и перспективных ГТД. Авиационно-космическая техника и технология: сб. научных трудов. Выпуск 19. Тепловые двигатели и энергоустановки. - Харьков; гос. аэрокосмический университет «Харьковский авиационный институт», 2000 г.; А.В. Краснов, И.Г. Низамов, В.Н. Гладченко, А.Н. Мурысев, О.А. Попов, Ф.А. Гизатуллин. Емкостные системы зажигания для современных и перспективных ГТД. Тезисы докладов международной научной конференции «Двигатели XXI века», часть II, ЦИАМ, Москва, 2000 г.]. При уменьшении пробивного напряжения коммутирующего разрядника частота следования искровых разрядов на свече увеличивается, что будет идентифицироваться как работоспособное состояние системы зажигания.In this case, a decrease in voltage U pr can lead to a decrease in the stored energy Q less than Q min , which in turn leads to non-ignition of the fuel mixture (failure to ignite the combustion chamber) and, as a consequence, to engine failure. A decrease in the breakdown voltage of a switching arrester can be caused by various reasons: latent manufacturing defects detected only during operation, exposure to external conditions (for example, radiation), malfunctioning of the control circuit when using controlled arrester or solid-state high-voltage switches [A.V. Krasnov, A.N. Murysev. Capacitive ignition systems of a new generation for modern and promising gas turbine engines. Aerospace engineering and technology: Sat. scientific works.
Таким образом, использование способа контроля работоспособности емкостной системы зажигания, описанного в [Агрегат зажигания СК-44-3Б. Руководство по технической эксплуатации 8ГЗ.246.180 РЭ], для двигателей летательных аппаратов, к которым предъявляются повышенные требования к надежности осуществляемых запусков, не позволяет обеспечить достаточную контролепригодность системы зажигания, т.к. при его реализации может быть получена ложная информация о статусе (работоспособности) системы зажигания. Повышение фактической частоты f следования искровых разрядов на свечах зажигания значения более минимально допустимой частоты fmin (при уменьшении запасенной на накопительном конденсаторе энергии Q менее Qmin, вызванного, например, уменьшением пробивного напряжения коммутирующего разрядника), по которой судят о работоспособности системы зажигания, дает недостаточно достоверную информацию о состоянии системы зажигания. Следовательно, при проверках систем зажигания между запусками двигателя и в процессе его запуска может быть получена ложная информация о соответствии выходных параметров системы зажигания заданным, при этом впоследствии при оценке причин невоспламенения топливной смеси не будет получена достоверная информация и о причинах срыва запуска двигателя.Thus, the use of the method of monitoring the performance of a capacitive ignition system described in [Ignition unit SK-44-3B. Technical Maintenance Manual 8GZ.246.180 OM], for aircraft engines, which are subject to increased requirements for the reliability of the launches, does not provide sufficient control of the ignition system, because during its implementation, false information about the status (operability) of the ignition system can be obtained. An increase in the actual frequency f following the spark discharges on the spark plugs to a value of more than the minimum permissible frequency f min (when the energy Q stored on the storage capacitor is less than Q min , caused, for example, by a decrease in the breakdown voltage of the switching spark gap), by which the performance of the ignition system is judged, insufficiently reliable information about the state of the ignition system. Therefore, when checking ignition systems between engine starts and during its start-up, false information can be obtained about the correspondence of the output parameters of the ignition system to the specified ones, and subsequently, when assessing the causes of non-ignition of the fuel mixture, reliable information about the reasons for the failure to start the engine will not be obtained.
Кроме того, уменьшение запасенной на накопительном конденсаторе энергии Qmin может привести не только к незапуску двигателя, но и к его запуску с большой задержкой воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Это приводит при больших расходах топлива к так называемым «пушечным» запускам [Х.В. Кесаев, Р.С. Трофимов Надежность летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982 г.] с броском давления в камере сгорания, которое за счет ударного воздействия может повредить элементы двигателя и элементы систем автоматического управления.In addition, a decrease in the energy Q m in stored in the storage capacitor can lead not only to the engine not starting, but also to its starting with a large delay in ignition of the fuel mixture in the combustion chamber. This leads at high fuel consumption to the so-called "cannon" launches [Kh.V. Kesaev, R.S. Trofimov Reliability of aircraft. - M .: Engineering, 1982] with a pressure surge in the combustion chamber, which due to shock can damage engine elements and elements of automatic control systems.
Указанных недостатков лишен способ контроля емкостной системы зажигания, описанный в [Патент РФ №2463523, опубликовано 04.02.2011 г.], заключающийся в том, что измеряют интервал времени между последовательно следующими импульсами разрядного тока накопительного конденсатора на свечу, вызванными коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение энергии, коммутируемой на свечу зажигания, измеренный интервал времени между указанными импульсами разрядного тока накопительного конденсатора сравнивают с заданным интервалом времени, характеризующим допустимую минимальную частоту следования искровых разрядов в искровом промежутке свечи, по их разнице судят о работоспособности системы зажигания.The indicated drawbacks are deprived of the method for monitoring a capacitive ignition system described in [RF Patent No. 2463523, published on 02/04/2011], which consists in measuring the time interval between successively subsequent pulses of the discharge current of the storage capacitor per candle caused by switching stored on the storage capacitor energy exceeding the set control value of the energy switched on the spark plug, the measured time interval between the indicated pulses of the discharge current of the storage condensate ora compared with a predetermined time interval, describing the permissible minimum repetition frequency of the spark discharges in the spark gap of the spark, in their difference is judged on the ignition system health.
Однако и этот способ контроля емкостной системы зажигания имеет недостаточную достоверность в части идентификации наличия искрового разряда непосредственно на рабочем торце свечи зажигания (в искровом зазоре). При нарушении электропрочности высоковольтных соединений, например, высоковольтного провода кабеля зажигания, высоковольтных соединений кабеля зажигания с агрегатом и свечей зажигания, электрическом пробое изоляции свечи зажигания, разряд накопительного конденсатора в виде искрового разряда локализуется в месте пробоя изоляции, т.е. без протекания искрового разряда на рабочем торце свечи. В этом случае реализация для контроля работоспособности системы зажигания этого способа контроля, дает недостоверный результат, т.к. электрические разряды по месту потери электропрочности изоляции (пробою изоляции) будут обусловлены разрядами накопительного конденсатора с запасенной энергией, превышающей контрольное значение с частотой следования разрядных импульсов большей, чем минимально допустимое. Таким образом, реализация способа контроля, описанного в [Патент РФ №2463523, опубликовано 04.02.2011 г.], не выявит отсутствия искрообразования на рабочем торце свечи в ее искровом зазоре. Аппаратная реализация прототипа выдаст в САУ двигателя ложный сигнал о работоспособности системы зажигания.However, this method of monitoring a capacitive ignition system has insufficient reliability in terms of identifying the presence of a spark discharge directly at the working end of the spark plug (in the spark gap). In case of violation of the electrical strength of high-voltage connections, for example, a high-voltage wire of the ignition cable, high-voltage connections of the ignition cable with the unit and spark plugs, electrical breakdown of the insulation of the spark plug, the discharge of the storage capacitor in the form of a spark discharge is localized at the place of breakdown of insulation, i.e. without leakage of spark at the working end of the candle. In this case, the implementation for monitoring the operability of the ignition system of this control method gives an unreliable result, because electrical discharges at the site of loss of electrical strength of insulation (breakdown of insulation) will be caused by discharges of the storage capacitor with stored energy exceeding the control value with a discharge pulse repetition rate greater than the minimum allowable. Thus, the implementation of the control method described in [RF Patent No. 2463523, published 04.02.2011], will not reveal the absence of sparking on the working end of the candle in its spark gap. The hardware implementation of the prototype will give a false signal to the engine about the operability of the ignition system.
Таким образом, известные аналоги - способы контроля работоспособности систем зажигания не обеспечивают возможность контроля наличия электрического разряда непосредственно в искровом зазоре свечи зажигания.Thus, well-known analogues - methods of monitoring the performance of ignition systems do not provide the ability to control the presence of an electric discharge directly in the spark gap of the spark plug.
Вышеописанных недостатков лишен принятый за прототип способ контроля емкостной системы зажигания двигателей летательных аппаратов, описанный в [Патент РФ №2608888, опубликовано 14.09.2015 г.], заключающийся в том, что измеряют интервал времени между последовательно следующими импульсами разрядного тока накопительного конденсатора на свечу, вызванными только коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение энергии, измеренный интервал времени между указанными импульсами разрядного тока накопительного конденсатора сравнивают с заданным интервалом времени, характеризующим допустимую минимальную частоту следования искровых разрядов в искровом промежутке свечи, в процессе работы системы зажигания измеряют изменение давления окружающей среды в объеме, в котором размещен рабочий торец свечи, обусловленное воздействием на эту среду искрового разряда на рабочем торце свечи, вызванного коммутацией на свечу запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное значение, о работоспособности системы зажигания судят по превышению измеряемого давления установленного контрольного значения.The above drawbacks are deprived of the prototype adopted method for monitoring a capacitive ignition system for aircraft engines, described in [RF Patent No. 2608888, published September 14, 2015], which consists in measuring the time interval between successively subsequent pulses of the discharge current of the storage capacitor per candle, caused only by switching the energy stored on the storage capacitor in excess of the set reference energy value, the measured time interval between the indicated pulses is bit of the current of the storage capacitor is compared with a predetermined time interval characterizing the permissible minimum repetition rate of spark discharges in the spark gap of the candle; during the operation of the ignition system, the change in the ambient pressure in the volume in which the working end of the candle is located due to the effect of the spark discharge on this medium is measured the working end of the candle, caused by switching to the candle of energy stored on the storage capacitor in excess of the set value, about operability with Ignition systems are judged by exceeding the measured pressure of the set control value.
В этом способе контроля измеряют дополнительно к частоте следования искровых разрядов на свече зажигания с накопительной энергией, превышающей заданное контрольное значение, амплитудное значение давления окружающей среды, обусловленное воздействием на эту среду конденсированного искрового разряда накопительного конденсатора, генерируемого в искровом зазоре свечи разрядом накопительного конденсатора агрегата зажигания накопленной энергии, превышающей установленные контрольные значения. Известно, что уровень (амплитуда) такого давления является функцией мощности и энергии в конденсированном искровом разряде, величины искрового зазора, характеристики среды, в которой происходит искровой (конденсированный) разряд, длительности протекания фронта нарастания первой полуволны тока в разряде, формы разрядной камеры междуэлектродного промежутка [Физика быстропротекающих процессов. Под редакцией Н.А. Злобина, 2 т., М.: Мир, 1971 г. (с. 257); В.А. Балагуров. Агрегаты зажигания, М., Машиностроение, 1968 (см. с. 259)]. Для неизменной конструкции разрядного промежутка свечи (рабочего торца), одинаковой величины искрового зазора и параметрах разрядного контура агрегата зажигания: накопленной энергии, сопротивлении и индуктивности (в том числе высоковольтного кабеля зажигания), т.е. одном и том же агрегате зажигания или типе агрегатов зажигания, изменение давления окружающей среды (максимальная амплитуда кратковременного повышения давления) будет практически одинаковой. Соответственно контроль и сравнение фактически имеющего место амплитудного значения этого давления с заданным контрольным значением позволяет однозначно идентифицировать наличие искрового разряда на рабочем торце свечи в искровом зазоре с заданной энергетической эффективностью использования, запасенной в накопительном конденсаторе энергии.In this control method, in addition to the repetition rate of spark discharges on the spark plug with storage energy exceeding a predetermined control value, the amplitude value of the ambient pressure due to exposure to the condensed spark discharge of the storage capacitor generated in the spark gap of the spark plug by the discharge of the storage capacitor of the ignition unit is measured accumulated energy exceeding the established control values. It is known that the level (amplitude) of such pressure is a function of power and energy in a condensed spark discharge, the size of the spark gap, the characteristics of the medium in which the spark (condensed) discharge occurs, the duration of the rise of the front of the first half-wave current in the discharge, the shape of the discharge chamber of the interelectrode gap [Physics of fast processes. Edited by N.A. Zlobin, 2 vols., M .: Mir, 1971 (p. 257); V.A. Balagurov. Ignition aggregates, M., Mechanical Engineering, 1968 (see p. 259)]. For a constant design of the discharge gap of the spark plug (working end), the same size of the spark gap and the parameters of the discharge circuit of the ignition unit: stored energy, resistance and inductance (including the high-voltage ignition cable), i.e. the same ignition unit or type of ignition units, the change in ambient pressure (maximum amplitude of a short-term pressure increase) will be almost the same. Accordingly, monitoring and comparing the actual amplitude value of this pressure with a given control value allows you to uniquely identify the presence of a spark discharge on the working end of the candle in the spark gap with a given energy efficiency of use stored in the energy storage capacitor.
По мере электроэрозионной выработки контактов электродов свечи зажигания в связи с увеличением величины искрового зазора свечи и увеличением энергии и мощности конденсированного разряда [В.А. Балагуров. Агрегаты зажигания, М., Машиностроение, 1968 (см. с. 259)], уровень измеряемого пикового значения измеряемого давления окружающей среды будет увеличиваться [Физика быстропротекающих процессов. Под редакцией Н.А. Злобина, 2 т., М.: Мир, 1971 г. (с.257)]. С другой стороны, при пробое изоляции высоковольтных элементов системы зажигания: высоковольтных соединителей кабеля зажигания с агрегатом зажигания или свечой, пробое изоляции свечи зажигания, в искровом зазоре свечи зажигания, будет отсутствовать расширяющийся с большой скоростью искровой конденсированный разряд, а, следовательно, и значимые изменения давления окружающей среды, превышающие заданные контрольные значения.As electroerosive generation of the electrode contacts of the spark plug occurs due to an increase in the spark gap of the spark plug and an increase in the energy and power of the condensed discharge [V.A. Balagurov. Ignition Units, M., Mechanical Engineering, 1968 (see p. 259)], the level of the measured peak value of the measured ambient pressure will increase [Physics of fast processes. Edited by N.A. Zlobin, 2 vol., M.: Mir, 1971 (p. 257)]. On the other hand, during the breakdown of the insulation of high-voltage elements of the ignition system: high-voltage connectors of the ignition cable with the ignition unit or the spark plug, the breakdown of the insulation of the spark plug, in the spark gap of the spark plug, there will be no spark condensed discharge expanding at high speed, and, consequently, significant changes ambient pressure exceeding the set control values.
Кроме этого, в случае нарушения целостности потенциальных цепей систем зажигания, таких как соединение контактных устройств кабеля зажигания с проводом зажигания, вызванных значительными механическими воздействиями на него, например, виброударными нагрузками, резонансными явлениями из-за неоптимальной трассировки и закрепления кабеля зажигания на двигателе и т.д., потери запасенной в конденсаторе энергии в этих дополнительных искровых промежутках в процессе разряда также приведут к уменьшению мощности и энергии электрического разряда в искровом промежутке свечи, а следовательно, и уменьшению скорости расширения канала искрового разряда в последнем, соответственно к уменьшению амплитуды изменения давления окружающей среды менее заданного контрольного значения.In addition, in case of violation of the integrity of potential circuits of the ignition system, such as the connection of the contact devices of the ignition cable with the ignition wire, caused by significant mechanical stresses on it, for example, vibration shock loads, resonance phenomena due to non-optimal tracing and fixing of the ignition cable to the engine, etc. .d., the losses of energy stored in the capacitor in these additional spark gaps during the discharge process will also lead to a decrease in the power and energy of the electric discharge yes spark in the spark gap, and consequently, a decrease in the rate of expansion of the spark discharge channel in the latter, respectively, to decrease environmental changes in pressure amplitude less than a predetermined reference value.
При коротком замыкании контактов электродов свечи, вызванном их подплавлением вследствие перегрева рабочего торца свечи выше допустимой температуры, полном закоксовании искрового зазора свечи твердыми продуктами неполного сгорания компонентов топлива (например, рабочей камеры стреляющих свечей), уровень изменения давления окружающей среды будет практически неизменным, т.е. менее заданного контрольного значения давления.With a short circuit of the contacts of the candle electrodes caused by their melting due to overheating of the working end of the candle above the permissible temperature, complete coking of the spark gap of the candle with solid products of incomplete combustion of fuel components (for example, the working chamber of shooting candles), the level of change in environmental pressure will be practically unchanged, i.e. e. less than the specified pressure reference value.
Измерение изменения давления окружающей среды в объеме, в котором размещен рабочий торец свечи, обусловленного воздействием на окружающую среду искрового разряда на рабочем торце свечи, вызванного коммутацией на свечу запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, сравнение амплитуды измеряемого давления с заданным контрольным значением позволяет значительно повысить достоверность известного способа контроля. Одновременный контроль превышения запасенной на накопительном конденсаторе энергии и изменения давления окружающей среды позволяет исключить ложную оценку нормальной работоспособности системы зажигания и в том случае, если амплитуда изменения давления окружающей среды превышает заданное контрольное значение, а запасенная энергия на накопительном конденсаторе не превышает установленное контрольное значение. Это может быть в том случае, если превышение заданного контрольного значения давления окружающей среды обеспечено за счет использования свечей со значительно увеличенным искровым зазором. Очевидно, что при этом запасенная энергия на накопительном конденсаторе менее заданного контрольного значения свидетельствует о том, что при смене свечи зажигания на новую (с начальным значением величины искрового зазора, т.е. без электроэрозионной выработки) энергия, выделяемая в искровом зазоре свечи будет менее необходимой для обеспечения требуемого диапазона воспламенения компонентов топлива. Более того, такое соотношение уже свидетельствует об изменении параметров искрового разряда, что также еще до замены свечи на новую может значительно уменьшить диапазон условий, при которых происходит надежное воспламенение компонентов топлива.Measurement of changes in environmental pressure in the volume in which the working end of the candle is placed, due to the impact on the environment of a spark discharge on the working end of the candle, caused by switching to the candle stored in the energy storage capacitor in excess of the set control value, comparing the amplitude of the measured pressure with a given control value can significantly increase the reliability of the known control method. Simultaneous monitoring of excess energy stored in the storage capacitor and changes in the ambient pressure eliminates the false assessment of the normal operability of the ignition system even if the amplitude of the change in ambient pressure exceeds the specified control value, and the stored energy on the storage capacitor does not exceed the set control value. This can be the case if the excess of the specified control value of the ambient pressure is ensured through the use of candles with a significantly increased spark gap. It is obvious that in this case, the stored energy at the storage capacitor less than the specified reference value indicates that when the spark plug is replaced with a new one (with the initial value of the spark gap, i.e., without electrical discharge emission), the energy released in the spark gap of the spark plug will be less necessary to ensure the required ignition range of the fuel components. Moreover, this ratio already indicates a change in the parameters of the spark discharge, which even before replacing the spark plug with a new one can significantly reduce the range of conditions under which reliable ignition of the fuel components occurs.
Следовательно, способ контроля работоспособности, принятый за прототип, обеспечивает не только повышение достоверности контроля работоспособности емкостной системы зажигания, но и повышает глубину контроля работоспособности системы зажигания.Therefore, the method of monitoring the health, adopted as a prototype, provides not only an increase in the reliability of monitoring the health of a capacitive ignition system, but also increases the depth of monitoring the health of the ignition system.
В тоже время способ контроля работы емкостной системы зажигания, принятый за прототип, имеет значительный недостаток, заключающийся в том, что на двигателе необходимо предусматривать место для установки датчика давления и кабельной проводки, соединяющей его со встроенной в систему зажигания системой контроля. Во многих случаях это выполнить невозможно, что делает этот способ контроля неприменимым для повышения достоверности контроля работы емкостной системы зажигания на таких двигателях.At the same time, the method of monitoring the operation of a capacitive ignition system, adopted as a prototype, has a significant drawback, namely, that the engine must have a place for installing a pressure sensor and cable wiring connecting it to the control system integrated in the ignition system. In many cases this cannot be done, which makes this method of control inapplicable to increase the reliability of monitoring the operation of a capacitive ignition system on such engines.
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение достоверности контроля работоспособности емкостных систем зажигания летательных аппаратов без выполнения измерения давления окружающей среды в объеме, в котором размещен рабочий торец свечи (без установки дополнительных датчиков давления в объеме оболочки, в которой расположена свеча зажигания, и прокладки дополнительной кабельной сети, необходимой для подключения датчика давления).The problem solved by the claimed invention is to increase the reliability of monitoring the operability of capacitive ignition systems of aircraft without measuring the ambient pressure in the volume in which the working end of the candle is placed (without installing additional pressure sensors in the volume of the shell in which the spark plug is located, and laying additional cable network required to connect the pressure sensor).
Поставленная задача решается способом контроля емкостной системы зажигания, заключающийся в том, что измеряют интервал времени между последовательно следующими импульсами разрядного тока накопительного конденсатора на свечу, вызванными только коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение энергии, измеренный интервал времени между указанными импульсами разрядного тока накопительного конденсатора сравнивают с заданным интервалом времени, характеризующим допустимую минимальную частоту следования искровых разрядов в искровом промежутке свечи, в процессе работы системы зажигания измеряют амплитуды первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, по отсутствию превышения разницы амплитуд первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, контрольного значения разности амплитуд первой и второй полуволн судят о работоспособности системы зажигания.The problem is solved by the method of monitoring a capacitive ignition system, which consists in measuring the time interval between successively subsequent pulses of the discharge current of the storage capacitor per candle, caused only by switching the energy stored in the storage capacitor in excess of the set reference energy value, the measured time interval between the indicated pulses of the discharge the current of the storage capacitor is compared with a given time interval characterizing the permissible the minimum repetition rate of spark discharges in the spark gap of the candle, during the operation of the ignition system, the amplitudes of the first and second half-waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor are measured, caused by switching the energy stored on the storage capacitor in excess of the set control value, by the absence of exceeding the difference in the amplitudes of the first and second half-waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor caused by switching stored on the storage condensate e energy exceeding the set reference value, the reference value of the difference of the amplitudes of the first and second half-waves judged ignition system health.
Новым в заявляемом способе контроля является то, что дополнительно к частоте следования разрядов на свече зажигания с накопленной энергией, превышающей заданное контрольное значение, измеряют амплитуды первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, по отсутствию превышения разницы амплитуд первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, контрольного значения разности амплитуд первой и второй полуволн судят о работоспособности системы зажигания.New in the claimed control method is that in addition to the repetition rate of the discharges on the spark plug with the accumulated energy exceeding the specified control value, the amplitudes of the first and second half waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor are measured, caused by the switching of the energy stored on the storage capacitor in excess of the established control value, in the absence of exceeding the difference in the amplitudes of the first and second half-waves of each pulse of the discharge current of the storage condensate a torus caused by switching the energy stored in the storage capacitor in excess of the set control value, the control value of the amplitude difference of the first and second half-waves judge the efficiency of the ignition system.
В заявляемом способе контроля измеряют дополнительно к частоте следования искровых разрядов на свече зажигания с накопленной энергией, превышающей заданное контрольное значение, измеряют амплитуды первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, по отсутствию превышения разницы амплитуд первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, контрольного значения разности амплитуд первой и второй полуволн судят о работоспособности системы зажигания.In the inventive control method, in addition to the repetition rate of spark discharges on the spark plug with accumulated energy exceeding a predetermined control value, the amplitudes of the first and second half waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor are measured by the absence of exceeding the difference in amplitudes of the first and second half waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor caused by switching the energy stored in the storage capacitor in excess of the set control value , The reference value of the difference of the amplitudes of the first and second half-waves judged ignition system health.
Известно [В.А. Балагуров. Агрегаты зажигания, М., Машиностроение, 1968 (см. с. 260)], что разность амплитуд первой и второй полуволн импульсов разрядного тока зависит от падения напряжения на дуге искрового разряда. В свою очередь падение напряжения на дуге искрового конденсированного разряда зависит от его протяженности [Балагуров В.А. Аппараты зажигания. М.: Машиностроение, 1968, стр. 253]. Таким образом, измерение разницы амплитуд первой и второй полуволн импульса разрядного тока позволит выявить увеличение протяженности дуги искрового конденсированного разряда. Учитывая особенности конструкции элементов систем зажигания, а именно то, что протяженности перекрытий изоляции в местах соединения провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания и по изоляции высоковольтного провода зажигания значительно больше величины искрового промежутка, измерение разницы амплитуд первой и второй полуволн разрядного тока позволяет однозначно идентифицировать наличие искрового конденсированного разряда на рабочем торце свечи зажигания.It is known [V.A. Balagurov. Ignition Units, Moscow, Mashinostroenie, 1968 (see p. 260)], that the difference in the amplitudes of the first and second half-waves of the discharge current pulses depends on the voltage drop across the arc of the spark discharge. In turn, the voltage drop across the arc of a spark condensed discharge depends on its length [V. Balagurov Devices of ignition. M.: Mechanical Engineering, 1968, p. 253]. Thus, measuring the difference in the amplitudes of the first and second half-waves of the discharge current pulse will reveal an increase in the arc length of the spark condensed discharge. Given the design features of the elements of the ignition system, namely, the length of the insulation overlap at the junction of the ignition wire with the spark plug or the ignition unit and the insulation of the high-voltage ignition wire is much larger than the spark gap, measuring the difference in the amplitudes of the first and second half-waves of the discharge current allows us to unambiguously identify the presence spark condensed discharge at the working end of the spark plug.
При нормальной работе системы зажигания искровой конденсированный разряд осуществляется на рабочем торце свечи зажигания. В таком случае увеличения разности амплитуд первой и второй полуволн не будет зафиксировано, что будет свидетельствовать о нормальном искрообразовании.During normal operation of the ignition system, a spark condensed discharge is carried out at the working end of the spark plug. In this case, an increase in the difference in amplitudes of the first and second half-waves will not be recorded, which will indicate normal spark formation.
При пробое перекрытий изоляции в местах соединения провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания разница амплитуд первой и второй полуволн разрядного тока значительно возрастет, что будет зафиксировано встроенной в систему зажигания системой контроля. Фиксация встроенной системой контроля такого факта позволяет сделать вывод о пробое перекрытия изоляции в местах соединения провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания, а также по изоляции высоковольтных проводов зажигания.In the event of breakdown of insulation overlap at the junction of the ignition wire with a spark plug or ignition unit, the amplitude difference between the first and second half-waves of the discharge current will increase significantly, which will be recorded by the control system integrated in the ignition system. Fixing this fact by the built-in control system allows us to conclude that breakdown of the insulation overlap at the junction of the ignition wire with a spark plug or ignition unit, as well as the insulation of high-voltage ignition wires.
Так как контроль разрядного тока возможно осуществить при помощи системы контроля, встроенной в систему зажигания, осуществление такого способа контроля не потребует установки дополнительных датчиков (например, датчиков давления) и дополнительных кабельных цепей.Since it is possible to control the discharge current using a control system built into the ignition system, the implementation of this control method does not require the installation of additional sensors (for example, pressure sensors) and additional cable circuits.
Способ контроля осуществляется следующим образом.The control method is as follows.
Известно, что при разряде накопительного конденсатора разрядный ток представляет собой затухающую синусоиду [Балагуров В.А. Аппараты зажигания. М.: Машиностроение, 1968, стр. 259]:It is known that when a storage capacitor is discharged, the discharge current is a damped sinusoid [V. Balagurov Devices of ignition. M.: Engineering, 1968, p. 259]:
где:Where:
ω - круговая частота;ω is the circular frequency;
L - индуктивность разрядного контура;L is the inductance of the discharge circuit;
α - коэффициент затухания колебаний.α is the damping coefficient of oscillations.
Согласно [Балагуров В.А. Аппараты зажигания. М.: Машиностроение, 1968, стр. 260], затухание разрядного тока от первого до второго максимумов амплитуды можно определить по формуле:According to [Balagurov V.A. Devices of ignition. M .: Engineering, 1968, p. 260], the decay of the discharge current from the first to second amplitude maxima can be determined by the formula:
где:Where:
Im1 - амплитуда первой полуволны разрядного тока;I m1 is the amplitude of the first half-wave of the discharge current;
Im2 - амплитуда второй полуволны разрядного тока;I m2 is the amplitude of the second half-wave of the discharge current;
UД - падение напряжения на дуге искрового разряда;U D - voltage drop across the arc of a spark discharge;
СР - емкость накопительного конденсатора;With P is the capacity of the storage capacitor;
LP - индуктивность разрядного контура накопительного конденсатора.L P is the inductance of the discharge circuit of the storage capacitor.
Из выражения 4 видно, что снижение амплитуды второй полуволны разрядного тока относительно первой полуволны зависит от падения напряжения на дуге UД, емкости накопительного конденсатора СР, индуктивности разрядного контура накопительного конденсатора LP. При этом емкость накопительного конденсатора СР и индуктивность разрядного контура LP являются постоянными величинами. Таким образом, видно, что разница амплитуд первой и второй полуволн в основном зависит от падения напряжения на дуге искрового разряда UД.From expression 4 it is seen that the decrease in the amplitude of the second half-wave of the discharge current relative to the first half-wave depends on the voltage drop across the arc U D , the capacitance of the storage capacitor C P , the inductance of the discharge circuit of the storage capacitor L P. In this case, the capacitance of the storage capacitor C P and the inductance of the discharge circuit L P are constant. Thus, it is seen that the difference in the amplitudes of the first and second half-waves mainly depends on the voltage drop across the arc of the spark discharge U D.
Известно [Балагуров В.А. Аппараты зажигания. М.: Машиностроение, 1968, стр. 253], что падение напряжения на дуге искрового разряда UД зависит от протяженности искрового промежутка: с увеличением протяженности искрового промежутка возрастает падение напряжение на дуге искрового разряда. Следовательно, с учетом выражения 4, от протяженности искрового промежутка будет зависеть и разность амплитуд полуволн разрядного тока.It is known [Balagurov V.A. Devices of ignition. M .: Mashinostroenie, 1968, p. 253], that the voltage drop across the arc of the spark discharge U D depends on the length of the spark gap: as the length of the spark gap increases, the voltage drop on the arc of the spark discharge increases. Therefore, taking into account expression 4, the difference in the amplitudes of the half-waves of the discharge current will depend on the length of the spark gap.
Места соединения провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания выполняется с обеспечением максимальной длины перекрытий для обеспечения их повышенной электрической прочности. Типовая конструкция места соединения провода зажигания и свечи или агрегата зажигания приведена на фиг. 1.The junction of the ignition wire with a candle or ignition unit is performed with the maximum length of the floors to ensure their increased electrical strength. A typical design of the junction of the ignition wire and the spark plug or ignition unit is shown in FIG. one.
Также на фиг. 1 показаны (стрелками) места наиболее вероятных пробоев перекрытия изоляции: перекрытие по пути 1 (между керамическими изоляторами провода зажигания 2 и свечи зажигания 3) или по пути 4 (по внутренней поверхности керамического изолятора провода зажигания 2). Протяженность перекрытия изоляции в такой конструкции высоковольтного соединения составляет от 15 до 30 мм.Also in FIG. Figure 1 shows (arrows) the places of the most probable breakdowns of the insulation overlap: overlap along path 1 (between the ceramic insulators of the
В тоже время величина искрового промежутка современных свечей зажигания, применяемых в двигателях летательных аппаратов, составляет не более (1,4-2,0) мм. Соответственно, при нормальной работе системы зажигания пробоя осуществляется в искровом промежутке, так как его величина значительно меньше величины перекрытия соединителей провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания.At the same time, the spark gap of modern spark plugs used in aircraft engines is not more than (1.4-2.0) mm. Accordingly, during normal operation of the ignition system, breakdown is carried out in the spark gap, since its value is much less than the overlap of the connectors of the ignition wire with a spark plug or ignition unit.
По мере электроэрозионной выработки электродов свечи зажигания ее искровой промежуток может увеличиться в два и более раз. В тоже время при работе двигателя в зону искрового промежутка свечи может попасть жидкая фракция горючего (заливание керосином), в результате чего значительно увеличится пробивное напряжение искрового промежутка. Также пробивное напряжение искрового промежутка может увеличиться и по другим причинам, например, при увеличении давления в зоне ее рабочего торца [Импульсная энергетика и электроника, Г.А. Месяц, М: Наука, 2004, стр. 109] при работе системы зажигания в дежурном режиме [Процессы в камерах сгорания ГТД, А. Лефевр, М: Мир, 1986] и другим причинам. Таким образом, пробивное напряжение свечи может оказаться выше пробивного напряжения перекрытия изоляции соединителей провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания. В таком случае искровой пробой произойдет по перекрытию изоляции соединителей провода зажигания.In process of electroerosive production of electrodes of a spark plug, its spark gap can increase by two or more times. At the same time, when the engine is running, the liquid fraction of the fuel (kerosene pouring) can enter the zone of the spark gap of the candle, as a result of which the breakdown voltage of the spark gap will increase significantly. Also, the breakdown voltage of the spark gap can increase for other reasons, for example, with an increase in pressure in the area of its working end [Pulse energy and electronics, G.A. Month, M: Nauka, 2004, p. 109] when the ignition system is in standby mode [Processes in the combustion chamber of a gas turbine engine, A. Lefebvre, M: Mir, 1986] and other reasons. Thus, the breakdown voltage of the spark plug may be higher than the breakdown voltage of the overlapping insulation of the connectors of the ignition wire with the spark plug or ignition unit. In this case, a spark breakdown will occur by overlapping the insulation of the ignition wire connectors.
При этом, как показано выше, увеличится падение напряжения на дуге искрового разряда, что приведет к повышению разницы амплитуд первой и второй полуволн разрядного тока. Таким образом, способ контроля позволит оперативно определить наличие нарушения электропрочности высоковольтных соединений без установки на двигатель дополнительных датчиков и прокладки дополнительной кабельной сети.In this case, as shown above, the voltage drop across the arc of the spark discharge will increase, which will lead to an increase in the difference in amplitudes of the first and second half-waves of the discharge current. Thus, the control method will allow you to quickly determine if there is a violation of the electrical strength of high-voltage connections without installing additional sensors on the engine and laying an additional cable network.
Предлагаемый способ контроля заключается в том, что измеряют интервал времени между последовательно следующими импульсами разрядного тока накопительного конденсатора на свечу, вызванными только коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение энергии, измеренный интервал времени между указанными импульсами разрядного тока накопительного конденсатора сравнивают с заданным интервалом времени, характеризующим допустимую минимальную частоту следования искровых разрядов в искровом промежутке свечи, что в процессе работы системы зажигания измеряют амплитуды первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, по отсутствию превышения разницы амплитуд первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, контрольного значения разности амплитуд первой и второй полуволн судят о работоспособности системы зажигания.The proposed control method consists in measuring the time interval between successively the following pulses of the discharge current of the storage capacitor per candle, caused only by switching the energy stored on the storage capacitor in excess of the set reference energy value, the measured time interval between the indicated pulses of the discharge current of the storage capacitor is compared with a predetermined time interval characterizing the permissible minimum repetition rate of spark discharges in the spark gap of the candle, that during the operation of the ignition system, the amplitudes of the first and second half waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor are measured, caused by switching the energy stored on the storage capacitor in excess of the set control value, by the absence of exceeding the difference in amplitudes of the first and second half waves of each pulse of the discharge current storage capacitor caused by switching energy stored on the storage capacitor in excess of the set control significance, the reference value of the difference of the amplitudes of the first and second half-waves judged ignition system health.
На фиг. 2 представлен один из вариантов устройства, реализующего заявляемый способ контроля емкостной системы зажигания двигателей летательных аппаратов, в котором по отсутствию превышения разницы амплитуд первой и второй полуволн каждого импульса разрядного тока накопительного конденсатора, вызванного коммутацией запасенной на накопительном конденсаторе энергии, превышающей установленное контрольное значение, контрольного значения разности амплитуд первой и второй полуволн судят о работоспособности системы зажигания.In FIG. 2 presents one embodiment of a device that implements the inventive method for controlling a capacitive ignition system of aircraft engines, in which, in the absence of exceeding the difference in amplitudes of the first and second half-waves of each pulse of the discharge current of the storage capacitor, caused by switching the energy stored in the storage capacitor in excess of the set control value the values of the difference in amplitudes of the first and second half-waves judge the operability of the ignition system.
При нормальной работе системы зажигания контроль ее работоспособности осуществляется следующим образом. Подают напряжение питания на преобразователь напряжения 5, который преобразует постоянное напряжение питания в импульсы высокого напряжения, которые в свою очередь выпрямляются выпрямителем 6 и заряжают накопительный конденсатор 7. По достижению на накопительном конденсаторе 7 напряжения пробоя разрядника 8, ко второму концу которого также подсоединен резистор гальванической связи 9, разрядник пробивается, в результате чего ток разряда накопительного конденсатора проходит через датчик разрядного тока 10, высоковольтный кабель 11 и генерирует в межэлектродном промежутке свечи зажигания 12 искровой разряд, используемый для воспламенения компонентов топлива. Напряжение, при котором пробивается разрядник 8, соответствует напряжению, обеспечивающему требуемый уровень накопленной энергии на накопительном конденсаторе 7:During normal operation of the ignition system, its operability is monitored as follows. A supply voltage is supplied to a voltage converter 5, which converts the constant supply voltage to high voltage pulses, which in turn are rectified by a rectifier 6 and charge the storage capacitor 7. Upon reaching the storage capacitor 7, the breakdown voltage of the spark gap 8, to the second end of which is also connected a galvanic resistor connection 9, the spark gap breaks through, as a result of which the discharge current of the storage capacitor passes through the discharge current sensor 10, the high-voltage cable 11 and the generator generates a spark discharge in the interelectrode gap of the
где:Where:
Q - запасенная на накопительном конденсаторе энергия;Q is the energy stored at the storage capacitor;
СН - емкость накопительного конденсатор;With N - the capacity of the storage capacitor;
Процесс заряда и разряда накопительного конденсатора повторяется с частотой:The process of charging and discharging the storage capacitor is repeated with a frequency of:
где: 
f - частота следования искровых разрядов;f — spark discharge repetition rate;
Р2 - выходная мощность преобразователя 5.P 2 - the output power of the Converter 5.
Контроль превышения уровня запасенной на накопительном конденсаторе энергии Q>Qmin осуществляется по уровню амплитуды сигнала с датчика разрядного тока 10, форма сигнала с которого пропорциональна разрядному току. Устройство сравнения 13 сравнивает уровень амплитуды первой полуволны сигнала с напряжением от задатчика контрольного значения напряжения 14, и по превышению его выдает на одновибратор 15 сигнал о допустимости начала работы. Одновибратор 15 выдает на измеритель интервала времени 16 сигнал определенной длительности, характеризующий нормальную работу системы зажигания. Сравнение амплитуды импульса от датчика разрядного тока с контрольным значением позволяет не только осуществить контроль энергии, до которой осуществлялся заряд накопительного конденсатора, но и исключить возможность обработки помеховых сигналов, например, от работы второго канала системы зажигания. Измеритель временного интервала 16 предназначен для измерения интервалов времени между последовательно поступающими сигналами от одновибратора 15 и сравнения его с контрольным значением, тем самым контролируя частоту следования искровых разрядов. Соответственно, при частоте следования искровых разрядов более контрольного заданного значения при уровне запасенной на накопительном конденсаторе энергии превышающим контрольное заданное значение на один из входов исполнительного элемента 23 поступает соответствующий сигнал, свидетельствующий о нормальной работе системы зажигания.The excess of the level of energy stored at the storage capacitor Q> Q min is controlled by the amplitude level of the signal from the discharge current sensor 10, the waveform of which is proportional to the discharge current. The comparison device 13 compares the amplitude level of the first half-wave of the signal with the voltage from the setpoint of the control voltage value 14, and when it is exceeded, it gives a signal on the permissibility of the start of operation to the single-
Для измерения амплитуд первой и второй полуволн разрядного тока предназначены пиковые детекторы положительной 17 и отрицательной 18 полуволн и устройство вычитания 19. Определенное значение разницы амплитуд полуволн сравнивается устройством сравнения 21 с контрольным значением, которое задается задатчиком контрольного уровня разницы полуволн 20. Далее при нормальной работе системы зажигания по сигналу от устройства сравнения 21 формирователь 22 формирует сигнал определенной длительности, поступающий на второй вход исполнительного элемента 23.For measuring the amplitudes of the first and second half-waves of the discharge current, peak detectors of positive 17 and negative 18 half-waves and a
При нормальной работе системы зажигания на исполнительный элемент 23 поступит два сигнала о нормальной работе: сигнал превышении частоты следования искровых разрядов и запасенной на накопительном конденсаторе энергии контрольных значений и сигнал о непревышении разницы амплитуд первой и второй полуволн разрядного тока контрольного значения. Исполнительный элемент 23 по поступлении этих сигналов формирует в систему управления двигателя сигнал, содержащий код о нормальной работе системы зажигания.During normal operation of the ignition system, the
При пробое изоляции мест соединения провода зажигания со свечой или агрегатом зажигания сигнал с устройства вычитания 19 превысит значение контрольного уровня разницы полуволн и устройство сравнения 21 не подаст на формирователь 22 сигнал о начале работы, который в свою очередь не выдаст на второй вход исполнительного элемента 23 соответствующий сигнал.In the breakdown of insulation of the junction of the ignition wire with the spark plug or the ignition unit, the signal from the
Соответственно, исполнительный элемент 23 выдаст в систему управления двигателя сигнал, содержащий код о пробое изоляции высоковольтных цепей системы зажигания.Accordingly, the
Аналогичным образом предлагаемое устройство работает при других видах отказа системы зажигания:Similarly, the proposed device works with other types of failure of the ignition system:
1) при снижении уровня запасенной энергии менее контрольного значения уровень напряжения с датчика разрядного тока 10 окажется меньше контрольного уровня напряжения с задатчика 14 и устройство сравнения 13 не выдаст на одновибратор 15 сигнал о начале работы. Соответственно, не сработает измеритель интервала времени 16. Следовательно, первый вход исполнительного элемента 23 не поступит сигнал о нормальной работе системы зажигания;1) when the stored energy level decreases below the control value, the voltage level from the discharge current sensor 10 will be less than the control voltage level from the master 14 and the comparison device 13 will not give a signal on the start of operation to the one-
2) при снижении частоты следования искровых разрядов менее контрольного значения измеритель интервала времени 16 не сработает. Следовательно, на первый вход исполнительного элемента 23 не поступит сигнал о нормальной работе системы зажигания.2) when the repetition rate of spark discharges is less than the control value, the time interval meter 16 will not work. Therefore, the first input of the
При отсутствии на первой входе исполнительного элемента 23 сигнала о нормальной работе последний выдаст в систему управления двигателя сигнал, содержащий код о несоответствии частоты следования искровых разрядов или запасаемой на накопительной конденсаторе энергии требованиям.If there is no normal operation signal at the first input of the
Описанные составные части схемы могут быть реализованы на основе известных схем, например, описанных в [В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев Электроника и микропроцессорная техника - М: Высшая школа, 2005 - 790 с]. Описанный способ контроля также может быть использован для контроля работоспособности систем зажигания с управляемым разрядником. В таком случае за счет повышенной стабильности напряжения пробоя UПР (см. выражение 3) точность контроля только повысится.The described components of the circuit can be implemented on the basis of known circuits, for example, described in [V.G. Gusev, Yu.M. Gusev Electronics and microprocessor technology - M: Higher school, 2005 - 790 s]. The described control method can also be used to monitor the performance of ignition systems with a controlled arrester. In this case, due to the increased stability of the breakdown voltage U PR (see expression 3), the control accuracy will only increase.
Таким образом, предлагаемый способ контроля емкостных систем зажигания летательных аппаратов обладает повышенной глубиной контроля работоспособности (статуса) системы зажигания и обеспечивает достоверную оценку технического состояния системы зажигания без установки дополнительных датчиков давления в объеме оболочки, в которой расположена свеча зажигания, и прокладки дополнительной кабельной сети, необходимой для подключения датчика давления.Thus, the proposed method for monitoring capacitive ignition systems of aircraft has an increased depth of monitoring the operability (status) of the ignition system and provides a reliable assessment of the technical condition of the ignition system without installing additional pressure sensors in the volume of the shell in which the spark plug is located and laying an additional cable network, necessary to connect the pressure sensor.
Реализация предлагаемого способа контроля позволит идентифицировать отказавший элемент системы зажигания: при поступлении в систему управления двигателя сигнала о несоответствии частоты следования искровых разрядов или энергии, запасенной на накопительном конденсаторе, контрольным значениям замене подлежит агрегат зажигания или свеча зажигания (после контроля величины искрового зазора), при поступлении в систему управления двигателя сигнала о пробое изоляции провода зажигания или перекрытий изоляции соединителей провода зажигания замене подлежит провод зажигания.The implementation of the proposed control method will allow to identify a failed element of the ignition system: when a signal arrives at the engine control system that the frequency of the spark discharges or the energy stored in the storage capacitor does not match, the control unit must be replaced by the ignition unit or spark plug (after controlling the size of the spark gap), receipt of a signal on the breakdown of the insulation of the ignition wire or overlapping insulation of the connectors of the wire The ignition wire must be replaced.
Кроме повышения достоверности контроля это позволит оперативно заменить отказавший элемент системы зажигания при техническом обслуживании летательного аппарата, что значительно снизит затраты времени на обслуживание летательного аппарата, поиск и устранение неисправности системы зажигания в эксплуатации, сократит время вынужденного простоя летательного аппарата. Также способ контроля может использоваться при отработки циклограммы работы двигателя, выбора величины перекрытий соединителей провода зажигания со свечой и агрегата зажигания и т.д. при проведении автономных испытаний двигателя, а также в условиях эксплуатации.In addition to increasing the reliability of control, this will allow you to quickly replace a failed element of the ignition system during maintenance of the aircraft, which will significantly reduce the time spent on servicing the aircraft, troubleshooting and troubleshooting the ignition system in operation, and reduce the time of forced downtime of the aircraft. Also, the control method can be used when working out the engine operation sequence diagram, selecting the overlap value of the connectors of the ignition wire with the spark plug and the ignition unit, etc. during autonomous engine tests, as well as in operating conditions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109301A RU2680724C1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018109301A RU2680724C1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680724C1 true RU2680724C1 (en) | 2019-02-26 |
Family
ID=65479381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018109301A RU2680724C1 (en) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680724C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752014C1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Method for controlling capacitive ignition system of aircraft engines |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095181B2 (en) * | 1995-07-14 | 2006-08-22 | Unsion Industries | Method and apparatus for controllably generating sparks in an ignition system or the like |
| US20080092865A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Ignition apparatus for an internal combusition engine |
| RU2463523C1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Method of controlling aircraft engine capacitive ignition system |
| RU152660U1 (en) * | 2014-11-20 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | COMBINED IGNITION SYSTEM |
| RU2558751C1 (en) * | 2014-07-07 | 2015-08-10 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" (АО УНПП "Молния") | Control over aircraft engine capacitive ignition system |
-
2018
- 2018-03-14 RU RU2018109301A patent/RU2680724C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095181B2 (en) * | 1995-07-14 | 2006-08-22 | Unsion Industries | Method and apparatus for controllably generating sparks in an ignition system or the like |
| US20080092865A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Ignition apparatus for an internal combusition engine |
| RU2463523C1 (en) * | 2011-02-04 | 2012-10-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Method of controlling aircraft engine capacitive ignition system |
| RU2558751C1 (en) * | 2014-07-07 | 2015-08-10 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" (АО УНПП "Молния") | Control over aircraft engine capacitive ignition system |
| RU152660U1 (en) * | 2014-11-20 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | COMBINED IGNITION SYSTEM |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752014C1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-07-21 | Акционерное общество "Уфимское научно-производственное предприятие "Молния" | Method for controlling capacitive ignition system of aircraft engines |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5309134B2 (en) | Measuring device for high-frequency ignition system for internal combustion engine | |
| CN101002016B (en) | Ion current detecting apparatus for internal combustion engine | |
| RU2463523C1 (en) | Method of controlling aircraft engine capacitive ignition system | |
| US5271268A (en) | Ionic current sensing apparatus | |
| CA2584628C (en) | Triggered pulsed ignition system and method | |
| Teets et al. | Calorimetry of ignition sparks | |
| RU2614388C2 (en) | Aircraft engines capacitive ignition system control device | |
| US4760341A (en) | Method and apparatus for monitoring operation of a spark ignition device in a gas turbine engine | |
| RU2558751C1 (en) | Control over aircraft engine capacitive ignition system | |
| US9353723B2 (en) | Ignition system including a measurement device for providing measurement signals to a combustion engine's control system | |
| JP5975787B2 (en) | Operation method of high-frequency ignition device | |
| KR960018227A (en) | Devices for detecting misfires in internal combustion engines | |
| RU2608888C1 (en) | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system | |
| RU2680724C1 (en) | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system | |
| JP2008545920A (en) | Circuit for detecting combustion-related variables | |
| CN112154265B (en) | Current profile optimization of ignition system | |
| US3529910A (en) | Reignite system | |
| RU2678231C1 (en) | Method of controlling aircraft engines capacitive ignition system | |
| RU2338080C2 (en) | Method for controlling jet engine capacitive ignition system | |
| US3343366A (en) | Spark discharge monitoring device | |
| RU2628224C2 (en) | Method of controlling capacitor ignition unit with induction coil as part of ignition system | |
| RU2474723C2 (en) | Plasma radio frequency generator | |
| RU2752014C1 (en) | Method for controlling capacitive ignition system of aircraft engines | |
| US5294888A (en) | Device for detecting misfire of an internal combustion engine by comparing voltage waveforms associated with ignition system | |
| RU2767662C1 (en) | Method for monitoring serviceability of high-voltage capacitive ignition systems of gas turbine engines |