Monografie di Aeronautica Generale ‹‹‹ Impianti di Accensione Istituto Tecnico “G. P. Chironi” - Nuoro Settore Tecnologico – Indirizzo Trasporti e Logistica Articolazione Conduzione del Mezzo Aereo Dipartimento di Meccanica ed Aeronautica Prof. Giuliano Deledda A.S. 2013/2014 A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Introduzione La funzione del sistema di accensione è quella di generare l'innesco grazie al quale avviene la combustione della miscela. Nel caso di motori ad accensione comandata, questo avviene mediante una scintilla elettrica che scocca tra gli elettrodi di una candela montata sul cilindro. I sistemi di accensione si distinguono in: • Sistemi a batteria; • Sistemi a magnete ad alta tensione; • Sistemi a magnete a bassa tensione; • Sistemi ad accensione elettronica FADEC (Full Authority Digital Engine Control) Inoltre i sistemi a magnete possono essere a single e dual magneto ignition system; questi ultimi impiegano un singolo magnete rotante alimenta due differenti generatori in un unico apparato. I sistemi più diffusi sono quelli a magnete; ogni cilindro è dotato di due candele alimentate da due generatori distinti, questo consente di avere ridondanza nel sistema di accensione e di favorire la combustione della miscela. Un sistema di accensione efficiente permette di far avvenire la combustione nelle condizioni ideali con il massimo sfruttamento dell'energia termica. Per contro, malfunzionamenti causano perdite di potenza, surriscaldamento del motore, pericolo di detonazione. La sincronizzazione dei magneti è fissa e la scintilla avviene sempre ad uno stesso angolo di manovella (20°÷ 30° dal PMS) in tutte le condizioni operative non permettendo di variare la sincronizzazione con il numero dei giri del motore. Sistemi di accensione elettronici di ultima generazione gestiscono automaticamente la sincronizzazione adattandola alle varie condizioni di funzionamento. Per far avvenire la scintilla è necessario che tra gli elettrodi della candela si stabilisca una tensione dell'ordine di 20 kV; si noti che la tensione resa disponibile nell'aereo è notevolmente più bassa. Per aumentare la tensione è necessario un trasformatore che innalzi opportunamente la tensione; questo, per poter funzionare deve essere alimentato da una tensione variabile. Di norma, le tensione generata nell'aereo non possiede le caratteristiche richieste dal trasformatore, per cui occorre intervenire modificandola opportunamente, in modo da renderla variabile e questo viene fatto mediante una brusca interruzione della corrente al prima rio del trasformatore che induce la tensione opportuna al secondario. La scintilla nei vari cilindri avviene secondo una sequenza prestabilita garantita dalla pre1 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda senza di un distributore che alimenta in successione le candele In conclusione i componenti principali del sistema di accensione sono: • La sorgente di energia elettrica: ◦ Batteria caricata da una dinamo o da un alternatore; ◦ Magnete (generatore di corrente). • L'interruttore (detto ruttore) per interrompere il circuito al momento opportuno rendendo possibile l'insorgere della tensione adeguata tra gli elettrodi della candela; • Il trasformatore per elevare la tensione; • Il distributore della corrente; • Le candele; • L'interruttore principale. Sistema di accensione a batteria Generalità Come detto, il compito del sistema di accensione è quello di produrre la scintilla all'interno del cilindro nel momento prestabilito. Nei sistemi a batteria la sorgente di energia elettrica è una batteria mantenuta in carica da un generatore (dinamo o alternatore). Lo schema di massima è riportato in Figura 1. Le batterie non sono un sistema affidabile in campo aeronautico, per cui vi si preferisce il magnete; in taluni casi il doppio sistema di accensione viene realizzato con una batteria e un magnete. All'avviamento si provvede mediante una batteria indipendente. Di norma ruttore (vedi Figura 2), condensatore e distributore Figura 1: Schema impianto di accensione a batteria. sono riuniti in un unico dispositivo detto spinterogeno. 2 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Quando l'interruttore principale chiude il circuito la corrente fluisce attraverso gli avvolgimenti del primario sino al ruttore il cui funzionamento è sincronizzato opportunamente con il distributore che ne causa l'apertura generando elevata tensione al secondario del trasformatore (detto bobina). L'operazione di sincronizzazione della rotazione dell'albero motore con quella del gruppo ruttore-distributore è chiamata messa in fase. La tensione tra gli elettrodi della candela è tale da ionizzare l'aria interposta consentendo la nascita di un arco elettrico. Per evitare il danneggiamento dei contatti del ruttore dovuto al passaggio dell'extracorrente di apertura, in parallelo con esso, è inserito un condensatore che consente la derivazione a terra di tale corrente proteggendo in componente. Figura 2: Schema ruttore. Sistema di accensione a magnete Generalità Se il sistema di accensione dell'aereo facesse parte dell'impianto elettrico principale, il motore potrebbe fermarsi in caso di malfunzionamento di questo; vista l'importanza della sua funzione, il sistema di accensione deve essere indipendente e ridondate. Nei moderni aerei viene impiegato il sistema di accensione a magnete ad alta tensione, consistente in almeno due magneti per motore, un trasformatore e un sistema di distribuzione. I magneti sono generatori di corrente autonomi, che forniscono bassa tensione al trasformatore, il quale successivamente la trasforma in alta tensione. Questa alimenta il sistema di distribuzione, che invia la corrente al momento opportuno alla candela del cilindro interessato. Ogni cilindro è dotato di due candele alimentate da magneti differenti. Un interruttore in cabina consente di spegnere l'impianto. 3 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Figura 3: Schema generale di un impianto di accensione a magnete. Nello schema di Figura 3 sono mostrati il circuito primario e secondario. Nella condizione di funzionamento (ON) l'interruttore principale è aperto mentre ad impianto spento (OFF) il circuito primario è collegato a massa. Circuito primario Il circuito primario è costituito dagli avvolgimenti a basso numero di spire dove viene indotta la corrente pulsante in bassa tensione (200÷300 V) che può essere collegato a massa tramite l'interruttore principale o il ruttore i cui contatti sono mantenuti chiusi da una molla; l'intervento di una camma apre il circuito al momento giusto in modo da indurre tensione richiesta dalla candela nel circuito secondario (vedi Figura 4). Nella condizione di normale funzionamento (ON) il circuito è aperto sul lato dell'interruttore principale e risulta connesso a massa dal ruttore. La corrente fluisce a massa secondo il percorso riportato in Figura 5. La corrente elettrica viene indotta nel primario dalla rotazione del magnete permanente, nonostante sia variabile, non è in grado di indurre alta tensione al secondario. A tale scopo provvede l'apertura del ruttore che fa variare rapidamente il flusso magnetico concatenato con le spire inducendo Figura 4: Magnete ad alta tensione. elevata tensione negli avvolgimenti del secondario. La tensione indotta dipende sia dalla velo- 4 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda cità di rotazione del magnete sia dal numero di spire attraversate; all'aumentare di questi pa rametri aumenta la tensione indotta. Figura 5: Circuito primario. In parallelo col ruttore viene installato un condensatore la cui funzione è quella di assorbire lo scintillio generato dall'apertura e dalla chiusura del ruttore. I contatti cominciano ad aprirsi quando la corrente raggiunge il suo picco e di norma si formerebbe un arco tra i contatti del ruttore che mantiene la continuità a massa. La presenza del condensatore in parallelo col rut tore rappresenta una via a massa alternativa come mostrato in Figura 7. Figura 6: Flusso di corrente all'apertura del ruttore. Il circuito magnetico Il circuito magnetico è costituito da un magnete permanente rotante, un nucleo di ferro dolce ed espansioni polari. Il magnete è mosso dal motore e ruota nello spazio compreso tra le espansioni polari generando un flusso magnetico la cui variazione induce in un opportuno circuito una corrente. 5 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Figura 7: Circuito magnetico. Nella Figura 7 sono mostrate le posizioni principali del magnete permanente: • A: Il flusso attraverso il nucleo è massimo, la posizione è detta full register; • B: Il flusso attraverso il nucleo è nullo, la posizione è detta neutral; • C: Il flusso attraverso il nucleo è massimo ma con verso contrario rispetto al caso A, la posizione è detta full register. La mostra la densità di flusso magnetico nel nucleo per i vari angoli di rotazione del magnete permanente. Figura 8: Densità di flusso magnetico. La massima variazione del flusso magnetico si ha quanto il magnete si trova nella posizione chiamata E-Gap (efficiency gap) come mostrato in Figura 9. 6 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Figura 9: Relazione tra la posizione del magnete e i parametri elettrici. 7 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Circuito secondario Il circuito secondario è costituito dal secondario del trasformatore, dal distributore e dalle candele. Come detto, il secondario del trasformatore è costituito da un avvolgimento realizzato con circa 13000 spire di cavo di rame sottile, collegate a massa da un lato e connesso al distributore dall'altro. Questo, a sua volta, da energia alle candele. Alle quote elevate, a causa della bassa densità dell'aria, si possono verificare problemi di isolamento nel magnete; per evitare problemi, negli aerei dotati di turbocompressore il magnete viene pressurizzato utilizzando l'aria del compressore. L a Figura 10 mostra lo schema del sistema di distribuzione della corrente alle candele. Il distributore ruota a metà velocità rispetto all'albero motore in un motore a quattro tempi. Il distributore è provvisto di una numerazione dei contatti congrua con la sequenza di scoppio assegnata ai cilindri. Sempre nella Figura 10 si osservi che la sequenza assegnata risulta la Figura 10: Schema circuito secondario. seguente: 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Il complesso magnete-distributore è soggetto a rapide variazioni di temperatura, problemi di condensazione ed umidità. In particolare l'umidità è un buon conduttore che può dare luogo a percorsi di conduzione non voluti con conseguente problemi nel sistema di accensione. A causa delle variazioni di pressione e temperatura non è possibile sigillare l'apparato a cui, per contro, occorre assicurare idonea ventilazione. Accessori Per compensare la bassa velocità del magnete in corrispondenza de bassi regimi del motore, il magnete è dotato di un sistema chiamato snapper coupling che aumenta temporaneamente la velocità di rotazione del magnete con un sistema a molla (Figura 11). Il dispositivo è provvisto di un sistema di blocco centrifugo a pesi. Di norma solo il magnete sinistro ne è do 8 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda tato ed è attivato solamente all'avvio, mentre si blocca automaticamente alle elevate velocità.. Figura 11: Snapper coupling. 9 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Nella è mostrato uno spaccato del magnete. Figura 12: Spaccato del magnete. Check magneti Il magnete una volta messo in rotazione genera una certa corrente nel circuito primario. Se l'interruttore di accensione è chiuso (OFF) la corrente si scarica a massa e la candela non viene alimentata. Come detto, ogni cilindro è dotato di due candele alimentate da due magneti differenti. La verifica del corretto funzionamento di entrambi i magneti è eseguita dal pilota con motore a basso regime in modo da evitare lo spegnimento del motore durante il controllo La verifica consiste nell'accertarsi che nel passaggio dal funzionamento BOTH a quello LEFT e RIGHT si abbia una certa riduzione del numero dei giri (tipicamente 125 RPM) del motore dovuta al funzionamento con singolo magnete. 10 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda Bibliografia e sitografia consultata Flaccavento, M., (2007), Motori aeronautici, Milano, Hoepli. FAA, (2012), Aviation Maintenance Tecnician Handbook - Powerplant, Oklaoma City, FAA. Crane, D., (2013), Powerplant, Washington, Aviation Supplies & Accademics, Inc.. 11 Monografie di Aeronautica Generale Ad uso didattico -Copia in lavorazione Indice generale Introduzione................................................................................................................................. 2 Sistema di accensione a batteria.......................................................................................... 3 Generalità................................................................................................................................. 3 Sistema di accensione a magnete......................................................................................... 4 Generalità................................................................................................................................. 4 Circuito primario................................................................................................................... 5 Il circuito magnetico............................................................................................................ 6 Circuito secondario.............................................................................................................. 9 Accessori.................................................................................................................................. 9 Check magneti........................................................................................................................... 11 Bibliografia e sitografia consultata................................................................................... 12
© Copyright 2024 ExpyDoc
