白洪光

中交一公局集團有限公司海外分公司

1 引言

電控柴油發(fā)電機組是通過發(fā)動機燃燒柴油，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動發(fā)電機切割磁場，從而產(chǎn)生所需的電能。電控柴油發(fā)電機組主要應用于：

（1）國家電網(wǎng)無法覆蓋、電網(wǎng)電價格過高或電力供應不足的地區(qū)。

（2）為防止供電線路故障，必須在停電后馬上啟動備用應急電源進行供電，否則就會造成損失的醫(yī)院、礦山、電信運營商數(shù)據(jù)中心等單位。

（3）為消防設備提供緊急供電的住宅、寫字樓等。

（4）沒有固定的使用地點，如地質(zhì)勘探、流動指揮所、軍隊移動裝備等。

為獲得非道路移動柴油機良好的經(jīng)濟性，達到更高標準的排放等級，2016年國家環(huán)保部發(fā)布《關于實施國家第三階段非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放標準的公告》，發(fā)電機組逐步向電控柴油發(fā)動機作為機組動力的方向發(fā)展。作為應急、備用、消防的電控柴油發(fā)電機組，對其啟動和運行性能有著很高的要求。但由于電控柴油發(fā)動機結構的改變，給機組維保人員的使用和維護帶來一定困難。為有效保證機組順利啟動和可靠運行，機組維保人員需對電控柴油發(fā)動機深入學習。

2 影響電控柴油發(fā)電機組正常啟動因素分析

電控柴油發(fā)電機組由電控柴油發(fā)動機、發(fā)電機、控制模塊、輔助設備（接線柜、蓄電池、油箱、機座等）構成，下面主要分析機組控制模塊及電控柴油發(fā)動機對發(fā)電機組正常啟動的影響。

2.1 控制模塊

電控柴油發(fā)動機啟動過程中，機組控制模塊會對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、機油壓力、發(fā)電機電壓、頻率進行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)某個參數(shù)達不到設定要求，出于保護發(fā)動機及發(fā)電機的目的，控制模塊會采取報警及停機措施。

圖1 機組啟動運行控制系統(tǒng)圖

（1）機組控制模塊對市電狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當檢測到市電電壓低于模塊設定值時，市電斷電標識樹立，控制模塊I/O 輸出口發(fā)出電壓信號給發(fā)動機ECU 執(zhí)行啟動命令，如果機組控制模塊失效、市電輸入信號不合理，都無法輸出啟動信號，導致機組無法啟動。

（2）發(fā)動機接到啟動信號，ECU 上電自檢后，在無電氣及機械故障情況下，起動機拖轉(zhuǎn)發(fā)動機，當發(fā)動機拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達到設定的轉(zhuǎn)速時，在壓縮力作用下，氣缸內(nèi)的溫度持續(xù)升高至柴油燃燒溫度，霧化的柴油被點燃，推動活塞進行往復運動，發(fā)動機成功啟動。若啟動過程中蓄電池電壓不足、匹配電瓶線徑過小都可能引起起動機轉(zhuǎn)速過低，直接影響發(fā)動機正常啟動。

（3）當發(fā)動機進入怠速狀態(tài)，控制模塊對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油壓力參數(shù)進行監(jiān)控，判斷發(fā)動機是否進入運行狀態(tài)。如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于模塊設定的最小運行轉(zhuǎn)速或機油壓力值低于模塊設定的最小壓力時，機組控制模塊判定發(fā)動機未能成功啟動，從而直接斷開ECU電源停機保護。發(fā)動機的運行轉(zhuǎn)速、機油壓力、水溫等運行參數(shù)是通過CANJ1939 協(xié)議傳輸至機組控制模塊，如CAN 通訊線松動開路、短路、外部強頻電信號干擾、控制模塊參數(shù)協(xié)議不對，CAN通訊模塊都可能出現(xiàn)無法傳輸信號，導致機組無法啟動。

（4）當發(fā)動機升至額定轉(zhuǎn)速時，機組控制模塊將對發(fā)電機電壓、頻率狀態(tài)進行判斷。以額定電壓400V、頻率50Hz 的機組為例，如運行電壓不在400V±10%或頻率不在50hz±6%范圍內(nèi)，則判定機組發(fā)電異常，控制模塊執(zhí)行停機命令。

2.2 電控柴油發(fā)動機

某發(fā)電機組電控柴油發(fā)動機配備博士高壓共軌系統(tǒng)，其啟動信號、相位、線束、共軌管壓力、蓄電池電壓都是直接影響到發(fā)動機能否正常啟動的主要因素。

2.2.1 啟動信號

接到機組控制模塊發(fā)送啟動指令，控制模塊會持續(xù)給ECU點火開關電壓信號，發(fā)動機點火開關樹立1標識，ECU開始控制起動機拖轉(zhuǎn)發(fā)動機，如發(fā)動機啟動過程中點火開關電信號異常，ECU系統(tǒng)將無法正常工作，啟動失敗。

圖2 ECU運行數(shù)據(jù)流

2.2.2 相位

電控柴油發(fā)動機ECU 需精確采集曲軸、凸輪軸轉(zhuǎn)動位置，ECU根據(jù)曲軸信號盤與凸輪軸信號盤的相位關系判斷角度相位（也稱判缸），決定噴油的正確時刻。因此，啟動噴油條件必須是同步相位信號正常，且曲軸/凸輪軸傳感器電壓信號大于或等于觸發(fā)閾值。

（1）正常模式。在啟動過程中，曲軸與凸輪軸傳感器輸入信號均正常時（無不合理信號輸入），ECU 會根據(jù)曲軸信號盤缺齒與凸輪軸信號盤多齒進行判缸，判缸成功后，ECU即驅(qū)動噴油器開始噴油。

（2）故障模式。在啟動過程中，曲軸與凸輪軸傳感器輸入信號出現(xiàn)故障或者同步關系錯誤時，為避免不正確的噴射造成燃燒惡化而損壞發(fā)動機，此時噴油器不會噴油，發(fā)動機不能正常啟動，如發(fā)動機在運行過程中出現(xiàn)上述問題，將立即執(zhí)行停機。

圖3 發(fā)動機曲軸與凸輪相位關系

注：凸輪軸發(fā)動機處在一缸壓縮上止點時：凸輪軸傳感器應該指示到凸輪軸信號盤多齒后81°(凸輪轉(zhuǎn)角)的位置，曲軸傳感器應該指示到曲軸信號盤缺齒后的第36個齒（參見圖中齒的編號），或缺齒后210°(曲軸轉(zhuǎn)角)的位置（圖中所示標注150°＝360°-210°)

（3）線束。噴油器的線束短路、開路或噴油器的線圈損壞，都會導致ECU無法控制噴油器進行燃油噴射。

（4）共軌管壓力。發(fā)動機啟動時，共軌管內(nèi)壓力需超過系統(tǒng)的最小設定值，如壓力過小會導致柴油無法正常霧化，影響發(fā)動機啟動。

圖4 電控發(fā)動機無法啟動時的ECU運行數(shù)據(jù)流

上圖中ECU 設定的共軌管目標壓力為350bar,當發(fā)動機轉(zhuǎn)速拖轉(zhuǎn)到200多轉(zhuǎn)時，共軌管壓力傳感器監(jiān)測到共軌管壓力一直維持在3-7bar,此時因無法達到系統(tǒng)的設定要求，導致燃油無法噴射，發(fā)動機不能正常啟動。引起共軌管壓力無法建立的原因主要包括：a.燃油量不足，進油管路破損漏油漏氣、油管接頭松動漏氣，低壓油路無燃油進入；b.共軌管壓力傳感器失效，監(jiān)測不到軌內(nèi)真實壓力，造成系統(tǒng)誤判；c.燃油濾清器堵塞、柴油輸油泵和高壓柱塞泵磨損，無法對燃油進行加壓；d.燃油計量閥失效，低壓燃油無法通過計量閥進入高壓油泵加壓；e.噴油器針閥和控制閥磨損，造成燃油泄漏，無法建壓。

（5）蓄電池電壓。電控柴油發(fā)動機上的ECU、傳感器、噴油器等電子元件均對工作電壓有著嚴格的要求，如24V 電控系統(tǒng)的蓄電池電壓不能低于18V且不能高于32V，若蓄電池電壓超出規(guī)定范圍值，ECU等電子元件將開啟保護模式，影響發(fā)動機正常啟動。

3 電控柴油發(fā)電機組正常啟動應采取的措施

從影響電控柴油發(fā)電機組正常啟動的因素可知，定期對發(fā)電機組的電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、傳感器等進行維護十分關鍵。

3.1 蓄電池

檢查蓄電池電壓、容量狀態(tài)是否良好，避免虧電。檢查蓄電池至發(fā)電機組控制柜以及發(fā)動機供電線路是否有松動或腐蝕情況，避免線路不通。

3.2 控制柜

定期檢查機組控制柜線路觸點是否有松動、腐蝕氧化情況，注意保持清潔。

3.3 燃油管路

定期檢查燃油管路是否堵塞、老化、漏氣，檢查燃油濾清器是否失效、堵塞并定期更換，避免因燃油管路堵塞或進入空氣造成共軌管壓力不足。

3.4 傳感器

定期檢查曲軸及凸輪軸信號盤、凸輪及曲軸位置傳感器頭部是否有油污、灰塵，檢查信號盤和傳感器是否有碰傷、油污，及時進行清理。

4 結論

除控制模塊及電控柴油發(fā)動機等因素影響發(fā)電機組正常啟動外，機組設計、安裝、進排氣、控制柜、燃油品質(zhì)、環(huán)境溫度、海拔高度等也會引起發(fā)電機組啟動困難。為此，應從發(fā)電機組工作原理、電控柴油發(fā)動機工作原理、電子控制原理方面整體進行考慮，采取經(jīng)濟、有效、可靠的措施，避免難啟動問題。