Monografie di Aeronautica Generale · magneti per motore, un trasformatore e un sistema di...

Istituto Tecnico “G. P. Chironi” - NuoroSettore Tecnologico – Indirizzo Trasporti e Logistica

Articolazione Conduzione del Mezzo Aereo

Dipartimento di Meccanica ed Aeronautica

Prof. Giuliano Deledda

A.S. 2013/2014

Monografiedi

Aeronautica Generale‹‹‹

Impianti di Accensione

A.S. 2013/2014 Impianto di Accensione Prof. Giuliano Deledda

IntroduzioneLa 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 avvienemediante 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; questiultimi impiegano un singolo magnete rotante alimenta due differenti generatori in un unicoapparato.

I sistemi più diffusi sono quelli a magnete; ogni cilindro è dotato di due candele alimentateda due generatori distinti, questo consente di avere ridondanza nel sistema di accensione e difavorire la combustione della miscela.

Un sistema di accensione efficiente permette di far avvenire la combustione nelle condizio-ni ideali con il massimo sfruttamento dell'energia termica. Per contro, malfunzionamenti cau-sano perdite di potenza, surriscaldamento del motore, pericolo di detonazione.

La sincronizzazione dei magneti è fissa e la scintilla avviene sempre ad uno stesso angolo dimanovella (20°÷ 30° dal PMS) in tutte le condizioni operative non permettendo di variare lasincronizzazione con il numero dei giri del motore. Sistemi di accensione elettronici di ultimagenerazione gestiscono automaticamente la sincronizzazione adattandola alle varie condizionidi funzionamento.

Per far avvenire la scintilla è necessario che tra gli elettrodi della candela si stabilisca unatensione dell'ordine di 20 kV; si noti che la tensione resa disponibile nell'aereo è notevolmentepiù bassa. Per aumentare la tensione è necessario un trasformatore che innalzi opportuna-mente la tensione; questo, per poter funzionare deve essere alimentato da una tensione varia-bile. Di norma, le tensione generata nell'aereo non possiede le caratteristiche richieste daltrasformatore, per cui occorre intervenire modificandola opportunamente, in modo da ren-derla 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 pre-

1 Monografie di Aeronautica GeneraleAd uso didattico -Copia in lavorazione


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 ren-

dendo 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

GeneralitàCome 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 èuna batteria mantenuta in carica da un generatore (dinamo o alternatore).

Lo schema di massima è ripor-tato in Figura 1. Le batterie nonsono un sistema affidabile in cam-po aeronautico, per cui vi si prefe-risce il magnete; in taluni casi ildoppio sistema di accensione vie-ne realizzato con una batteria eun magnete. All'avviamento siprovvede mediante una batteriaindipendente.

Di norma ruttore (vedi Figura2), condensatore e distributoresono riuniti in un unico dispositi-vo detto spinterogeno.


Figura 1: Schema impianto di accensione a batteria.


Quando l'interruttore principale chiude il circuito la corrente fluisce attraverso gli avvolgi-menti del primario sino al ruttore il cui funzionamento è sincronizzato opportunamente con ildistributore che ne causa l'apertura generando elevata tensione al secondario del trasformato-re (detto bobina). L'operazione di sincronizzazione della rotazione dell'albero motore conquella del gruppo ruttore-distributore è chiamata messa in fase. La tensione tra gli elettrodidella 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'extracorren-te di apertura, in parallelo con esso, è inserito un condensatore che consente la derivazione aterra di tale corrente proteggendo in componente.

Sistema di accensione a magnete

GeneralitàSe il sistema di accensione dell'aereo facesse parte dell'impianto elettrico principale, il mo-

tore potrebbe fermarsi in caso di malfunzionamento di questo; vista l'importanza della suafunzione, il sistema di accensione deve essere indipendente e ridondate. Nei moderni aereiviene impiegato il sistema di accensione a magnete ad alta tensione, consistente in almeno duemagneti per motore, un trasformatore e un sistema di distribuzione.

I magneti sono generatori di corrente autonomi, che forniscono bassa tensione al trasfor-matore, il quale successivamente la trasforma in alta tensione. Questa alimenta il sistema didistribuzione, che invia la corrente al momento opportuno alla candela del cilindro interessa-to. Ogni cilindro è dotato di due candele alimentate da magneti differenti. Un interruttore incabina consente di spegnere l'impianto.


Figura 2: Schema ruttore.


Nello schema di Figura 3 sono mostrati il circuito primario e secondario. Nella condizionedi funzionamento (ON) l'interruttore principale è aperto mentre ad impianto spento (OFF) ilcircuito primario è collegato a massa.

Circuito primarioIl circuito primario è costituito dagli avvolgimenti a basso numero di spire dove viene in-

dotta la corrente pulsante in bassa tensione (200÷300 V) che può essere collegato a massa tra-mite l'interruttore principale o il ruttore i cuicontatti sono mantenuti chiusi da una molla;l'intervento di una camma apre il circuito almomento giusto in modo da indurre tensionerichiesta dalla candela nel circuito secondario(vedi Figura 4).

Nella condizione di normale funzionamento(ON) il circuito è aperto sul lato dell'interrutto-re principale e risulta connesso a massa dalruttore. La corrente fluisce a massa secondo ilpercorso riportato in Figura 5. La corrente elet-trica viene indotta nel primario dalla rotazionedel magnete permanente, nonostante sia va-riabile, non è in grado di indurre alta tensioneal secondario. A tale scopo provvede l'aperturadel ruttore che fa variare rapidamente il flussomagnetico concatenato con le spire inducendoelevata tensione negli avvolgimenti del secondario. La tensione indotta dipende sia dalla velo-


Figura 3: Schema generale di un impianto di accensione a magnete.

Figura 4: Magnete ad alta tensione.


cità di rotazione del magnete sia dal numero di spire attraversate; all'aumentare di questi pa-rametri aumenta la tensione indotta.

In parallelo col ruttore viene installato un condensatore la cui funzione è quella di assorbire loscintillio generato dall'apertura e dalla chiusura del ruttore. I contatti cominciano ad aprirsiquando la corrente raggiunge il suo picco e di norma si formerebbe un arco tra i contatti delruttore 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.

Il circuito magneticoIl circuito magnetico è costituito da un magnete permanente rotante, un nucleo di ferro dol-

ce ed espansioni polari. Il magnete è mosso dal motore e ruota nello spazio compreso tra leespansioni polari generando un flusso magnetico la cui variazione induce in un opportuno cir-cuito una corrente.


Figura 6: Flusso di corrente all'apertura del ruttore.

Figura 5: Circuito primario.


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 magne-te permanente.

La massima variazione del flusso magnetico si ha quanto il magnete si trova nella posizionechiamata E-Gap (efficiency gap) come mostrato in Figura 9.


Figura 7: Circuito magnetico.

Figura 8: Densità di flusso magnetico.



Figura 9: Relazione tra la posizione del magnete e i parametri elettrici.


Circuito secondarioIl circuito secondario è costituito dal secon-

dario del trasformatore, dal distributore e dallecandele. Come detto, il secondario del trasfor-matore è costituito da un avvolgimento realiz-zato con circa 13000 spire di cavo di rame sot-tile, collegate a massa da un lato e connesso aldistributore dall'altro. Questo, a sua volta, daenergia alle candele.

Alle quote elevate, a causa della bassa densi-tà dell'aria, si possono verificare problemi diisolamento nel magnete; per evitare problemi,negli aerei dotati di turbocompressore il ma-gnete viene pressurizzato utilizzando l'aria delcompressore.

L a Figura 10 mostra lo schema del sistemadi distribuzione della corrente alle candele. Ildistributore ruota a metà velocità rispettoall'albero motore in un motore a quattro tempi.Il distributore è provvisto di una numerazionedei contatti congrua con la sequenza di scoppioassegnata ai cilindri. Sempre nella Figura 10 siosservi che la sequenza assegnata risulta laseguente: 1-3-5-7-9-2-4-6-8.

Il complesso magnete-distributore è soggetto a rapide variazioni di temperatura, problemidi condensazione ed umidità. In particolare l'umidità è un buon conduttore che può dare luo-go a percorsi di conduzione non voluti con conseguente problemi nel sistema di accensione. Acausa delle variazioni di pressione e temperatura non è possibile sigillare l'apparato a cui, percontro, occorre assicurare idonea ventilazione.

AccessoriPer compensare la bassa velocità del magnete in corrispondenza de bassi regimi del moto-

re, il magnete è dotato di un sistema chiamato snapper coupling che aumenta temporaneamen-te la velocità di rotazione del magnete con un sistema a molla (Figura 11). Il dispositivo èprovvisto di un sistema di blocco centrifugo a pesi. Di norma solo il magnete sinistro ne è do -


Figura 10: Schema circuito secondario.


tato ed è attivato solamente all'avvio, mentre si blocca automaticamente alle elevate velocità..


Figura 11: Snapper coupling.


Nella è mostrato uno spaccato del magnete.

Check magnetiIl 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 vie-ne alimentata. Come detto, ogni cilindro è dotato di due candele alimentate da due magnetidifferenti.

La verifica del corretto funzionamento di entrambi i magneti è eseguita dal pilota con moto-re 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 quelloLEFT e RIGHT si abbia una certa riduzione del numero dei giri (tipicamente 125 RPM) del mo-tore dovuta al funzionamento con singolo magnete.


Figura 12: Spaccato del magnete.


Bibliografia e sitografia consultataFlaccavento, 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..


Indice generale

Introduzione................................................................................................................................. 2

Sistema di accensione a batteria.......................................................................................... 3Generalità................................................................................................................................. 3

Sistema di accensione a magnete......................................................................................... 4Generalità................................................................................................................................. 4Circuito primario................................................................................................................... 5Il circuito magnetico............................................................................................................ 6Circuito secondario.............................................................................................................. 9Accessori.................................................................................................................................. 9

Check magneti........................................................................................................................... 11

Bibliografia e sitografia consultata................................................................................... 12

Monografie di Aeronautica Generale · magneti per motore, un trasformatore e un sistema di...

Documents

Transcript of Monografie di Aeronautica Generale · magneti per motore, un trasformatore e un sistema di...