柴油發(fā)動機(jī)電控方案及故障診斷

潘棟倫

(浙江新柴股份有限公司，浙江 新昌 312500)

1 柴油發(fā)動機(jī)電控方案

1.1 柴油發(fā)動機(jī)電控原理

通過設(shè)計、建造、安裝和測試自動電子控制系統(tǒng)，并與柴油發(fā)動機(jī)一起使用，以取代舊的推進(jìn)裝置系統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)控制。柴油發(fā)動機(jī)控制室執(zhí)行操作時，采用4個引擎的位置，以確保發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。柴油發(fā)動機(jī)電控指令是通過與可編程邏輯控制器接口的觸摸屏本地控制面板來實(shí)現(xiàn)的，可編程邏輯控制器接收操作員的指令，分析柴油發(fā)動機(jī)情況、其它推進(jìn)系統(tǒng)的狀態(tài)，并將電子指令傳送給可編程邏輯控制器，觸發(fā)驅(qū)動發(fā)動機(jī)的驅(qū)動元件?？删幊踢壿嬁刂破鬟€監(jiān)視和獲取在最佳條件下運(yùn)行的參數(shù)，并設(shè)置安全閾值操作。

1.2 柴油發(fā)動機(jī)電控性能分析

為了評價柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計、物理實(shí)現(xiàn)和測試?？筛鼡Q硬件模塊有助于在發(fā)生故障時進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，并及時更換模塊，通過改變在PLC中實(shí)現(xiàn)的程序，可以很容易地實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)或操作參數(shù)軟件的革新。用于柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)，在其他應(yīng)用中使用的特定FADEC(全權(quán)限數(shù)字發(fā)動機(jī)控制)系統(tǒng)被一個實(shí)現(xiàn)相同功能的本地控制面板取代。

1.3 柴油發(fā)動機(jī)電控方案設(shè)計

柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)選用的通用電氣VersaMax可編程邏輯控制器包括：CPU(中央處理單元)、電源24V直流單元、15路和8路模擬輸入模塊、4路模擬輸出模塊、32路數(shù)字輸入模塊和32路數(shù)字輸出模塊。CPU通過以太網(wǎng)與本地控制柜中的操作員面板和發(fā)動機(jī)指揮室中的計算機(jī)控制進(jìn)行通信，使用其它應(yīng)用中的硬件來驗(yàn)證項(xiàng)目的測試次數(shù)，在其它應(yīng)用中證明了項(xiàng)目的可靠性，為不同控制系統(tǒng)所需的測試提供合理的參數(shù)，柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的試驗(yàn)與發(fā)動機(jī)制造商進(jìn)行的試驗(yàn)差別不大。柴油發(fā)動機(jī)電控安裝在柴油發(fā)動機(jī)工作臺上，柴油發(fā)動機(jī)電控在合理的配置下，完成性能測試。考慮到與測量參數(shù)的距離、調(diào)試的方便性，確定了放置傳感器的配置以及選擇最佳位置，以盡量減少對設(shè)備的環(huán)境影響(如發(fā)動機(jī)內(nèi)滲透、濕度、環(huán)境溫度和壓力等)，對扭矩傳動的機(jī)油壓力和廢氣壓差進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過安裝在發(fā)動機(jī)控制室中的觸摸屏對發(fā)動機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，兩個面板上顯示的參數(shù)相同，但顯示布局不同，在兩個不同的軟件中進(jìn)行配置(本地面板為通用電氣的Proficy機(jī)器版本，遠(yuǎn)程面板為菲尼克斯電氣的Visu+)。與舊系統(tǒng)相比，新的自動化電子系統(tǒng)允許在現(xiàn)代解決方案中，集成發(fā)動機(jī)控制和監(jiān)控，使用可編程邏輯控制器實(shí)時保存發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)。PLC實(shí)現(xiàn)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了以下功能：規(guī)定柴油發(fā)動機(jī)電控的起動順序；完善柴油發(fā)動機(jī)燃油分配器，保證起動并達(dá)到怠速；根據(jù)發(fā)動機(jī)的具體性能曲線控制發(fā)動機(jī)在負(fù)載條件下的運(yùn)行；確保柴油發(fā)動機(jī)的工作極限條件和相應(yīng)的警告和警報。柴油發(fā)動機(jī)電控制涉及對發(fā)動機(jī)和螺旋槳的自動控制的最小干預(yù)，控制舊發(fā)動機(jī)功率的節(jié)氣門，用于新發(fā)動機(jī)，從而獲得該信號，并根據(jù)該信號，提升發(fā)動機(jī)為柴油機(jī)提供必要的動力，最大功率約為3.5兆瓦。將節(jié)流信號轉(zhuǎn)換為AECS系統(tǒng)直流信號，將節(jié)氣門位置的高壓壓縮機(jī)信號進(jìn)行計算，由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的4～20mA信號。通過PLC的軟件編程，將其值轉(zhuǎn)換為柴油發(fā)動機(jī)電控所需高壓壓縮機(jī)的相應(yīng)轉(zhuǎn)速。燃油閥的位置或開度被自動調(diào)節(jié)，以設(shè)定柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)行的所需速度。

在柴油發(fā)動機(jī)電控設(shè)計時，要設(shè)計各類參數(shù)，分別對熱態(tài)啟動、軸油壓、節(jié)流壓力信號、杠桿、螺旋槳轉(zhuǎn)速、高壓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、低壓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、動力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)油溫度、出口油溫、低壓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、計算出的機(jī)間溫度、機(jī)后測得的氣體溫度、燃油計量閥位置、放氣閥位置、壓縮機(jī)壓力、放氣閥施加位置、指令信號開/關(guān)放氣閥、發(fā)動機(jī)進(jìn)口空氣溫度、發(fā)動機(jī)振動、軸振動、用接近傳感器測量的軸振動、發(fā)動機(jī)機(jī)油壓差、發(fā)動機(jī)燃油壓力、發(fā)動機(jī)機(jī)油進(jìn)口壓力和發(fā)動機(jī)燃油溫度進(jìn)行設(shè)計。在參數(shù)設(shè)計過程中，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到約22000r/min至最大約28800r/min，單獨(dú)使用，在測量間隔內(nèi)，轉(zhuǎn)速保持在28500r/min左右。

1.4 柴油發(fā)動機(jī)電控參數(shù)測試

目前，柴油發(fā)動機(jī)電控設(shè)計的基本思想是使發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等價于一個數(shù)學(xué)模型。在不同條件下，發(fā)動機(jī)的控制變量是數(shù)學(xué)模型的輸入變量，發(fā)動機(jī)的扭矩是數(shù)學(xué)模型的響應(yīng)變量。采用經(jīng)典設(shè)計方法、空間填充方法和優(yōu)化設(shè)計方法?？臻g填充法是一種基于概率分布的參數(shù)設(shè)計方法，其原理是在多個輸入?yún)?shù)的測試空間中，根據(jù)最大化最小距離和最小化最大距離的原則，根據(jù)不同的規(guī)則分配一組預(yù)先確定的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，使實(shí)驗(yàn)點(diǎn)能夠填充到整個實(shí)驗(yàn)空間中。當(dāng)面對新的發(fā)動機(jī)時，發(fā)動機(jī)的工作原理不熟悉，對標(biāo)定對象的經(jīng)驗(yàn)較少，操作人員更適合采用這種方法。空間填充法是一種基于參數(shù)設(shè)計(DoE)和統(tǒng)計工具的離線優(yōu)化技術(shù)，用于構(gòu)建決策變量(例如點(diǎn)火提前點(diǎn)火、空燃比)與優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最大扭矩和功率，最大限度地減少排放和燃油經(jīng)濟(jì)性。

2 電控柴油發(fā)動機(jī)常見故障和診斷方法

柴油發(fā)動機(jī)故障診斷時應(yīng)該確定發(fā)動機(jī)常見的故障，感受發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對發(fā)動機(jī)故障做出初步診斷，使用檢測儀確定故障代碼，并對故障進(jìn)行細(xì)節(jié)化分析。在故障代碼判斷不出故障時，應(yīng)該采用讀取數(shù)據(jù)流頁面，選擇相應(yīng)的發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)故障狀態(tài)。依據(jù)檢測儀給出的數(shù)據(jù)故障模式，對系統(tǒng)的狀況和回油裝置的壓力進(jìn)行故障分析。結(jié)合故障代碼和故障現(xiàn)象，檢查傳感器和執(zhí)行器的運(yùn)行情況，對傳感器與調(diào)節(jié)部分之間的通訊線路是否存在故障進(jìn)行有效地檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)故障后，要即刻排除故障，交給檢查員進(jìn)行檢測。

3 結(jié)語

柴油發(fā)動機(jī)電控技術(shù)近年來得到了廣泛地應(yīng)用，可以提升柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)行效率，降低能耗和污染物的排放。因此，要進(jìn)一步完善柴油發(fā)動機(jī)電控技術(shù)的設(shè)計，并且制定完備的檢修方案。