柴油发动机电控方案及故障诊断

潘栋伦

(浙江新柴股份有限公司，浙江 新昌 312500)

1 柴油发动机电控方案

1.1 柴油发动机电控原理

通过设计、建造、安装和测试自动电子控制系统，并与柴油发动机一起使用，以取代旧的推进装置系统燃气轮机控制。柴油发动机控制室执行操作时，采用4个引擎的位置，以确保发动机的正常运行。柴油发动机电控指令是通过与可编程逻辑控制器接口的触摸屏本地控制面板来实现的，可编程逻辑控制器接收操作员的指令，分析柴油发动机情况、其它推进系统的状态，并将电子指令传送给可编程逻辑控制器，触发驱动发动机的驱动元件。可编程逻辑控制器还监视和获取在最佳条件下运行的参数，并设置安全阈值操作。

1.2 柴油发动机电控性能分析

为了评价柴油发动机电控系统的性能，对系统进行了设计、物理实现和测试。可更换硬件模块有助于在发生故障时进行系统维护，并及时更换模块，通过改变在PLC中实现的程序，可以很容易地实现对系统或操作参数软件的革新。用于柴油发动机电控系统，在其他应用中使用的特定FADEC(全权限数字发动机控制)系统被一个实现相同功能的本地控制面板取代。

1.3 柴油发动机电控方案设计

柴油发动机电控系统选用的通用电气VersaMax可编程逻辑控制器包括：CPU(中央处理单元)、电源24V直流单元、15路和8路模拟输入模块、4路模拟输出模块、32路数字输入模块和32路数字输出模块。CPU通过以太网与本地控制柜中的操作员面板和发动机指挥室中的计算机控制进行通信，使用其它应用中的硬件来验证项目的测试次数，在其它应用中证明了项目的可靠性，为不同控制系统所需的测试提供合理的参数，柴油发动机电控系统的试验与发动机制造商进行的试验差别不大。柴油发动机电控安装在柴油发动机工作台上，柴油发动机电控在合理的配置下，完成性能测试。考虑到与测量参数的距离、调试的方便性，确定了放置传感器的配置以及选择最佳位置，以尽量减少对设备的环境影响(如发动机内渗透、湿度、环境温度和压力等)，对扭矩传动的机油压力和废气压差进行调节。通过安装在发动机控制室中的触摸屏对发动机进行远程控制，两个面板上显示的参数相同，但显示布局不同，在两个不同的软件中进行配置(本地面板为通用电气的Proficy机器版本，远程面板为菲尼克斯电气的Visu+)。与旧系统相比，新的自动化电子系统允许在现代解决方案中，集成发动机控制和监控，使用可编程逻辑控制器实时保存发动机数据，实现数据保护。PLC实现的软件程序实现了以下功能：规定柴油发动机电控的起动顺序；完善柴油发动机燃油分配器，保证起动并达到怠速；根据发动机的具体性能曲线控制发动机在负载条件下的运行；确保柴油发动机的工作极限条件和相应的警告和警报。柴油发动机电控制涉及对发动机和螺旋桨的自动控制的最小干预，控制旧发动机功率的节气门，用于新发动机，从而获得该信号，并根据该信号，提升发动机为柴油机提供必要的动力，最大功率约为3.5兆瓦。将节流信号转换为AECS系统直流信号，将节气门位置的高压压缩机信号进行计算，由压力传感器转换成统一的4～20mA信号。通过PLC的软件编程，将其值转换为柴油发动机电控所需高压压缩机的相应转速。燃油阀的位置或开度被自动调节，以设定柴油发动机运行的所需速度。

在柴油发动机电控设计时，要设计各类参数，分别对热态启动、轴油压、节流压力信号、杠杆、螺旋桨转速、高压压缩机转速、低压压缩机转速、动力涡轮机转速、进油温度、出口油温、低压压缩机转速、计算出的机间温度、机后测得的气体温度、燃油计量阀位置、放气阀位置、压缩机压力、放气阀施加位置、指令信号开/关放气阀、发动机进口空气温度、发动机振动、轴振动、用接近传感器测量的轴振动、发动机机油压差、发动机燃油压力、发动机机油进口压力和发动机燃油温度进行设计。在参数设计过程中，发动机的转速达到约22000r/min至最大约28800r/min，单独使用，在测量间隔内，转速保持在28500r/min左右。

1.4 柴油发动机电控参数测试

目前，柴油发动机电控设计的基本思想是使发动机系统等价于一个数学模型。在不同条件下，发动机的控制变量是数学模型的输入变量，发动机的扭矩是数学模型的响应变量。采用经典设计方法、空间填充方法和优化设计方法。空间填充法是一种基于概率分布的参数设计方法，其原理是在多个输入参数的测试空间中，根据最大化最小距离和最小化最大距离的原则，根据不同的规则分配一组预先确定的实验点，使实验点能够填充到整个实验空间中。当面对新的发动机时，发动机的工作原理不熟悉，对标定对象的经验较少，操作人员更适合采用这种方法。空间填充法是一种基于参数设计(DoE)和统计工具的离线优化技术，用于构建决策变量(例如点火提前点火、空燃比)与优化目标，实现最大扭矩和功率，最大限度地减少排放和燃油经济性。

2 电控柴油发动机常见故障和诊断方法

柴油发动机故障诊断时应该确定发动机常见的故障，感受发动机的运行状态，对发动机故障做出初步诊断，使用检测仪确定故障代码，并对故障进行细节化分析。在故障代码判断不出故障时，应该采用读取数据流页面，选择相应的发动机工作状态数据，判断数据故障状态。依据检测仪给出的数据故障模式，对系统的状况和回油装置的压力进行故障分析。结合故障代码和故障现象，检查传感器和执行器的运行情况，对传感器与调节部分之间的通讯线路是否存在故障进行有效地检验，发现故障后，要即刻排除故障，交给检查员进行检测。

3 结语

柴油发动机电控技术近年来得到了广泛地应用，可以提升柴油发动机的运行效率，降低能耗和污染物的排放。因此，要进一步完善柴油发动机电控技术的设计，并且制定完备的检修方案。