楊淳 王銀坤

摘要：本文以DA42NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析該系列發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制理論，結(jié)合相似機(jī)型經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間燃油系統(tǒng)可能發(fā)生的典型故障進(jìn)行分析并提供相應(yīng)的解決方案，為該機(jī)型的維護(hù)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：DA42NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī);燃油系統(tǒng);典型故障

0? 引言

DA42NG飛機(jī)憑借其各方面優(yōu)良的特性，逐漸成為國(guó)內(nèi)飛行中教機(jī)訓(xùn)練的主力機(jī)型。該型飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)（AE300發(fā)動(dòng)機(jī)）為作為現(xiàn)代高速柴油飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的代表之一，采用的是 ECU（Electronic Control Unit）控制的壓燃式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作模式、控制模式與常用的Lycoming 發(fā)動(dòng)機(jī)截然不同，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)，高壓共軌燃油技術(shù)是新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，故對(duì)該機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的研究日趨緊迫。

1? DA42NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

該發(fā)動(dòng)機(jī)本體為直列四缸，雙頂置凸輪軸（DOHC），四行程液冷，渦輪增壓，高速柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)總排氣量1.991L，壓縮比17.5：1，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率（123.5KW@2300 PropRPM，最大扭矩513 Nm@2300 PropRPM。發(fā)動(dòng)機(jī)本體為Mercedes-Benz公司 OM640系列。燃油噴射系統(tǒng)采用Bosch公司 CRS2高壓燃油共軌系統(tǒng)（包括EDC16C雙通道升級(jí)后的ECU、CP3S3系列高壓燃油泵、高壓油軌、二位二通電磁式5孔噴油嘴、油管、各傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。渦輪增壓系統(tǒng)選配BorgWarner公司 K16系列渦輪增壓器。

2? 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)以高壓燃油泵進(jìn)口處為界，上游為飛機(jī)燃油系統(tǒng)部分，下游為發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)部分。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)匹配的是博世公司CRS2基于“時(shí)間-壓力調(diào)節(jié)方式”控制算法的高壓燃油共軌系統(tǒng)。高壓燃油共軌系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油定時(shí)的精確控制和調(diào)節(jié)、高壓油軌壓力和噴油規(guī)律的精確調(diào)節(jié)和靈活控制、優(yōu)異的性價(jià)比、輕量化、低功耗、高可靠性和低維護(hù)要求。ECU核心部件滿足DO-254規(guī)范。ECU軟件符合DO-178B/ED12B DAL C and DO-254/ED80 DAL C適航規(guī)范要求。增加了雙裕度設(shè)計(jì)、備用供電系統(tǒng)以及電磁兼容性測(cè)試（RTCA/DO-160G）。該發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)主要組成如下：

2.1 高壓燃油泵? Bosch公司CP3S3系列放射布局三缸柱塞式高壓燃油泵，冷卻方式為內(nèi)部燃油回流。最高輸出壓力160MPa，ECU向高壓燃油泵內(nèi)FMU電磁閥發(fā)送PWM控制指令實(shí)現(xiàn)高壓泵變排量輸出，輸出壓力20～160MPa可調(diào)。

2.2 高壓油軌? 高壓燃油儲(chǔ)壓器，將高壓燃油分配到各缸噴 嘴、降低高壓泵供油和噴嘴工作引起的壓力波動(dòng)。高壓油軌上安裝有軌壓傳感器、軌壓調(diào)壓器、高壓釋壓閥和流量緩沖器。內(nèi)部容積和流量緩沖器以及噴嘴噴油脈沖之間有固定的匹配關(guān)系，不可輕易更改。由于油軌承受極高的內(nèi)部壓力，對(duì)材質(zhì)、加工工藝和密封性有非常高的要求。

2.3 燃油噴嘴? Bosch公司二位二通電磁式5孔噴油嘴，是執(zhí)行ECU噴油規(guī)律PWM指令終端部件。

2.4 ECU? 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的“計(jì)算機(jī)與控制中心”。[2]它利用內(nèi)部存儲(chǔ)的軟件（各種函數(shù)、算法程序、數(shù)據(jù)、表格等）與硬件（各種信號(hào)采集和處理電路、微控制器系統(tǒng)、功率輸出電路、通信電路、電源電路等）處理從傳感器輸入的諸多信號(hào)，并以這些信號(hào)為基礎(chǔ)，結(jié)合內(nèi)部軟件的其他信息，制定出各種控制命令發(fā)送到各執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。[3]E4發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU是Bosch公司專門針對(duì)Austro Engine公司E4系列發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的雙裕度、備用電源支持的電控單元。從當(dāng)前面向控制應(yīng)用的單片機(jī)技術(shù)水平推測(cè)該ECU應(yīng)是基于MPC56x系列微控制器芯片級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元產(chǎn)品。該ECU采用金屬盒封裝，外部插座執(zhí)行MIL-W-22759設(shè)計(jì)規(guī)范。

3? 發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)典型故障預(yù)防策略

3.1 相較于柴油，航空煤油的潤(rùn)滑性較差，而燃油系統(tǒng)的高壓燃油泵、燃油噴嘴為精密耦件結(jié)構(gòu)，需要燃油本身作為潤(rùn)滑劑來(lái)防止耦件磨損。鑒于這個(gè)原因，以航空煤油作為燃料的E4系列發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油泵和燃油噴嘴故障率會(huì)高于同級(jí)別車用柴油機(jī)。近幾年Austro Engine已收到多份用戶反饋報(bào)告，該公司采取了縮短以上兩個(gè)部件更換周期的方法來(lái)應(yīng)對(duì)可靠性下降問(wèn)題。由于精密耦件對(duì)燃油污染物非常敏感，在實(shí)施勤務(wù)工作和飛行前檢查時(shí)務(wù)必排盡燃油系統(tǒng)中的水分和雜質(zhì)。長(zhǎng)期停放的飛機(jī)，燃油中會(huì)產(chǎn)生微生物，酸性微生物分解物將腐蝕燃油系統(tǒng)金屬耦件表面，并導(dǎo)致部件失效。同時(shí)微生物絮狀產(chǎn)物也將堵塞油濾。如果預(yù)計(jì)飛機(jī)將長(zhǎng)期停放，建議在燃油系統(tǒng)中添加燃油殺菌劑。飛機(jī)廠家添加允許的殺菌劑為：KATHON FP 1.5和BIOBOR JF兩種（注意：兩種殺菌劑不能同時(shí)混用），其配比參考產(chǎn)品使用說(shuō)明。

3.2 作為一般要求，在實(shí)施燃油系統(tǒng)供油管路開放作業(yè)時(shí)必須封堵管路開口，防止外物進(jìn)入系統(tǒng)。在完成供油管路開放作業(yè)和油箱排空，并重新加油后。必須嚴(yán)格執(zhí)行燃油系統(tǒng)排氣程序，以避免因氣塞造成高壓燃油泵柱塞潤(rùn)滑和散熱不良導(dǎo)致的故障。如果空氣進(jìn)入高壓油軌還會(huì)導(dǎo)致軌壓波動(dòng)、噴油計(jì)量不準(zhǔn)、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)，進(jìn)而觸發(fā)ECU故障報(bào)警。

3.3 在完成燃油噴嘴更換后使用AE300-Wizard軟件輸入正確的對(duì)應(yīng)氣缸的IQA碼。為保證IQA碼正確輸入，建議使用掃描儀來(lái)完成本項(xiàng)工作。理想的狀態(tài)是發(fā)動(dòng)機(jī)的4個(gè)噴嘴在給定的激磁時(shí)間和軌壓下獲得相同的噴油量，但是在噴嘴生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地會(huì)由于電磁特性、加工誤差等導(dǎo)致各噴嘴噴油量差別。這種噴油量偏差在低軌壓和更短的激磁時(shí)間狀態(tài)下表現(xiàn)得更為明顯，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)慢車工況下振動(dòng)和運(yùn)行粗暴。工廠在完成噴嘴組裝后，要對(duì)每個(gè)噴嘴進(jìn)行噴油量檢測(cè)，將噴嘴噴油量偏差值調(diào)整量信息以IQA碼形式打印在噴嘴殼體上。維修人員更換噴嘴后在AE300-Wizard軟件中填入對(duì)應(yīng)缸號(hào)的IQA碼，并將該噴油量偏差值調(diào)整量編入ECU數(shù)據(jù)程序中，ECU將自動(dòng)執(zhí)行各噴嘴噴油量糾偏。

3.4 進(jìn)入高于燃油泵的燃油大部分被增壓后送入高壓油軌，另一少部分作為柱塞、偏心軸和擺環(huán)的潤(rùn)滑劑和冷卻液將高壓泵工作時(shí)產(chǎn)生的熱能帶走。高壓泵潤(rùn)滑回油、高壓油軌調(diào)壓溢流以及噴嘴伺服回油匯聚后，經(jīng)回油散熱器冷卻回到本側(cè)燃油箱。對(duì)于DA42飛機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)一側(cè)燃油箱的回油溫度明顯高于另一側(cè)油箱時(shí)，預(yù)示著本側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓燃油泵正在經(jīng)歷過(guò)高的載荷，泵體發(fā)熱量增加，回油溫度也相應(yīng)升高。此時(shí)，有理由懷疑高壓泵已發(fā)生了機(jī)械故障或FMU電磁閥工作不正常，維修人員應(yīng)使用AE300-Wizard軟件檢查故障記錄和數(shù)據(jù)記錄，確定故障來(lái)源。

4? 總結(jié)

文章通過(guò)對(duì)DA42NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及功能的分析，參照相似機(jī)型維護(hù)經(jīng)驗(yàn)及飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)手冊(cè)要求，提出了該型發(fā)動(dòng)機(jī)使用期間可能出現(xiàn)的典型故障及預(yù)防策略，為該型飛機(jī)的正常維護(hù)提供了參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]林學(xué)東.發(fā)動(dòng)機(jī)原理[M].二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]呂彩琴.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2016.

[3]王尚勇，楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.