潘棟倫

(浙江新柴股份有限公司，浙江 新昌 312500)

1 柴油發(fā)動機電控方案

1.1 柴油發(fā)動機電控原理

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)動機一起使用，以取代舊的推進裝置系統(tǒng)燃氣輪機控制。柴油發(fā)動機控制室執(zhí)行操作時，采用4個引擎的位置，以確保發(fā)動機的正常運行。柴油發(fā)動機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)動機情況、其它推進系統(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)動機的驅(qū)動元件。可編程邏輯控制器還監(jiān)視和獲取在最佳條件下運行的參數(shù)，并設(shè)置安全閾值操作。

1.2 柴油發(fā)動機電控性能分析

為了評價柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)進行了設(shè)計、物理實現(xiàn)和測試?？筛鼡Q硬件模塊有助于在發(fā)生故障時進行系統(tǒng)維護，并及時更換模塊，通過改變在PLC中實現(xiàn)的程序，可以很容易地實現(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)動機控制)系統(tǒng)被一個實現(xiàn)相同功能的本地控制面板取代。

1.3 柴油發(fā)動機電控方案設(shè)計

柴油發(fā)動機電控系統(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)動機指揮室中的計算機控制進行通信，使用其它應(yīng)用中的硬件來驗證項目的測試次數(shù)，在其它應(yīng)用中證明了項目的可靠性，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)動機電控系統(tǒng)的試驗與發(fā)動機制造商進行的試驗差別不大。柴油發(fā)動機電控安裝在柴油發(fā)動機工作臺上，柴油發(fā)動機電控在合理的配置下，完成性能測試?？紤]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)動機內(nèi)滲透、濕度、環(huán)境溫度和壓力等)，對扭矩傳動的機油壓力和廢氣壓差進行調(diào)節(jié)。通過安裝在發(fā)動機控制室中的觸摸屏對發(fā)動機進行遠程控制，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行配置(本地面板為通用電氣的Proficy機器版本，遠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)動機控制和監(jiān)控，使用可編程邏輯控制器實時保存發(fā)動機數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)保護。PLC實現(xiàn)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了以下功能：規(guī)定柴油發(fā)動機電控的起動順序；完善柴油發(fā)動機燃油分配器，保證起動并達到怠速；根據(jù)發(fā)動機的具體性能曲線控制發(fā)動機在負載條件下的運行；確保柴油發(fā)動機的工作極限條件和相應(yīng)的警告和警報。柴油發(fā)動機電控制涉及對發(fā)動機和螺旋槳的自動控制的最小干預(yù)，控制舊發(fā)動機功率的節(jié)氣門，用于新發(fā)動機，從而獲得該信號，并根據(jù)該信號，提升發(fā)動機為柴油機提供必要的動力，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信號進行計算，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)動機電控所需高壓壓縮機的相應(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)動機運行的所需速度。

在柴油發(fā)動機電控設(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、高壓壓縮機轉(zhuǎn)速、低壓壓縮機轉(zhuǎn)速、動力渦輪機轉(zhuǎn)速、進油溫度、出口油溫、低壓壓縮機轉(zhuǎn)速、計算出的機間溫度、機后測得的氣體溫度、燃油計量閥位置、放氣閥位置、壓縮機壓力、放氣閥施加位置、指令信號開/關(guān)放氣閥、發(fā)動機進口空氣溫度、發(fā)動機振動、軸振動、用接近傳感器測量的軸振動、發(fā)動機機油壓差、發(fā)動機燃油壓力、發(fā)動機機油進口壓力和發(fā)動機燃油溫度進行設(shè)計。在參數(shù)設(shè)計過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速達到約22000r/min至最大約28800r/min，單獨使用，在測量間隔內(nèi)，轉(zhuǎn)速保持在28500r/min左右。

1.4 柴油發(fā)動機電控參數(shù)測試

目前，柴油發(fā)動機電控設(shè)計的基本思想是使發(fā)動機系統(tǒng)等價于一個數(shù)學模型。在不同條件下，發(fā)動機的控制變量是數(shù)學模型的輸入變量，發(fā)動機的扭矩是數(shù)學模型的響應(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。空間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)先確定的實驗點，使實驗點能夠填充到整個實驗空間中。當面對新的發(fā)動機時，發(fā)動機的工作原理不熟悉，對標定對象的經(jīng)驗較少，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(例如點火提前點火、空燃比)與優(yōu)化目標，實現(xiàn)最大扭矩和功率，最大限度地減少排放和燃油經(jīng)濟性。

2 電控柴油發(fā)動機常見故障和診斷方法

柴油發(fā)動機故障診斷時應(yīng)該確定發(fā)動機常見的故障，感受發(fā)動機的運行狀態(tài)，對發(fā)動機故障做出初步診斷，使用檢測儀確定故障代碼，并對故障進行細節(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行有效地檢驗，發(fā)現(xiàn)故障后，要即刻排除故障，交給檢查員進行檢測。

3 結(jié)語

柴油發(fā)動機電控技術(shù)近年來得到了廣泛地應(yīng)用，可以提升柴油發(fā)動機的運行效率，降低能耗和污染物的排放。因此，要進一步完善柴油發(fā)動機電控技術(shù)的設(shè)計，并且制定完備的檢修方案。