陳國輝,王寶祥

(榆樹市環(huán)城鄉(xiāng)綜合服務中心農(nóng)業(yè)服務科,吉林 榆樹 130400)

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)技術的快速發(fā)展和內(nèi)燃機技術的持續(xù)進步下,柴油機性能得到了快速提升與進步,尤其在電控柴油機技術普及的驅(qū)使下,柴油機的各項工作性能逐漸向著精確控制發(fā)展。現(xiàn)代化柴油機已經(jīng)逐漸由傳統(tǒng)的單純機械結(jié)構(gòu)向著多學科融合發(fā)展,逐漸融入了傳感器技術、可控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸技術、通信功能、信息處理與故障預警等新技術,實現(xiàn)了對柴油機工況的智能判斷,尤其在智能管理系統(tǒng)的加持下,對于柴油機的健康監(jiān)測、運行狀態(tài)分析、故障預測等功能精確性不斷提升,為研究柴油機基礎理論與技術優(yōu)化,保障柴油機穩(wěn)定可靠使用創(chuàng)造了有利條件。

1 柴油機管理系統(tǒng)

1.1 基礎特征及作用

柴油機管理系統(tǒng)(ECM)是在傳統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)功能基礎上發(fā)展而來的,其集成有多個電腦控制單元和傳感器,并利用通信電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及控制信號發(fā)送,絕大部分柴油機管理系統(tǒng)元件安裝于密封的金屬外殼內(nèi)部,可實現(xiàn)長久穩(wěn)定的運行。柴油機管理系統(tǒng)主要功能包括以下幾點:1)基礎控制功能,用于控制發(fā)動機的啟動、停止,實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與控制擋位的匹配;2)運行監(jiān)控功能,系統(tǒng)利用傳感器等設備獲取柴油機運轉(zhuǎn)信息,有效保護發(fā)動機處于良好工況狀態(tài),監(jiān)控過程中如發(fā)現(xiàn)異常情況并判定為故障后,可自動啟動報警或啟動停機功能,避免柴油機發(fā)生嚴重損害;3)性能優(yōu)化調(diào)整功能,通過監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析,管理系統(tǒng)可利用不同的負載特性發(fā)出指令實時調(diào)整發(fā)動機響應狀態(tài),實現(xiàn)對噴油量、轉(zhuǎn)速等眾多參數(shù)的快速調(diào)整;4)輔助故障判斷功能,柴油機配套的微處理器利用柴油機管理系統(tǒng)獲取的眾多數(shù)據(jù)信息能夠直觀分析柴油機運行狀態(tài),實現(xiàn)整機運行的異常狀況監(jiān)測,當發(fā)現(xiàn)柴油機產(chǎn)生異常狀態(tài)時,自動辨別故障原因并輸出和存儲故障代碼,同時啟動報警功能,嚴重故障時啟動停機功能,有效避免柴油機受到嚴重損害,并對日常維修工作提供故障數(shù)據(jù)輸出支持[1]。

1.2 系統(tǒng)組成

現(xiàn)階段應用的柴油機管理系統(tǒng)功能呈現(xiàn)多樣化發(fā)展,但系統(tǒng)的總體組成大體相同,主要包括電子控制器(ECU)、傳感器、電子噴油器、附屬軟件程序、數(shù)據(jù)接口等組成。

1.2.1 電子控制器(ECU)

ECU是柴油機系統(tǒng)數(shù)據(jù)的核心處理器,能夠處理柴油機進排氣壓力、轉(zhuǎn)速、工作溫度、機油壓力、機油溫度、燃油量等數(shù)據(jù)信息,生成柴油機水溫、油壓、水位、油溫、超速等多方面的數(shù)據(jù)保護指令,并保證其處于最佳數(shù)據(jù)狀態(tài)下工作。

1.2.2 傳感器

傳感器是獲取柴油機各項數(shù)據(jù)的重要元件,其種類眾多,例如轉(zhuǎn)速傳感器、正時傳感器、機油壓力傳感器、機油溫度傳感器、進氣溫度傳感器、進氣壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、柴油溫度傳感器等,各個功能傳感器分別安裝于柴油機運轉(zhuǎn)、冷卻、潤滑系統(tǒng)中,實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時獲取。

1.2.3 電子噴油器

電子噴油器是柴油機系統(tǒng)中最重要的控制執(zhí)行器,發(fā)動機輸出特性由供油量決定,其能夠被ECU直接控制,電子噴油器的重要組成結(jié)構(gòu)包括電樞、電磁閥、線圈、柱塞、針閥、噴管、噴嘴等,系統(tǒng)可通過控制電磁閥的開啟時間長短控制噴油量,發(fā)動機控制單元每秒鐘會進行約85～95次的發(fā)動機燃油需求分析,先進的電子噴油器能夠?qū)崿F(xiàn)單個噴嘴的精確控制,實現(xiàn)按照所在的工況調(diào)整最佳噴油參數(shù),改善汽缸供油參數(shù),促進柴油機維持最佳性能,并具有更好的可靠性及瞬態(tài)特性[2]。

1.2.4 附屬軟件程序

軟件程序是協(xié)調(diào)、聯(lián)系各個硬件功能的軟件載體,實質(zhì)是數(shù)字程序與算法的集合,具有人工智能的軟件特征。利用附屬軟件程序與先進的ECU性能,能夠?qū)崿F(xiàn)控制柴油機的各個功能,并應對柴油機運行過程中的各種突發(fā)情況,同時配備有電噴控制器、子系統(tǒng)控制單元等其他微機單元。軟件程序設計之初充分考慮的發(fā)動機的控制邏輯和運行合理性,其內(nèi)部包含有數(shù)據(jù)庫用以鑒別柴油機的工況狀態(tài),如圖1所示為康爾信公司生產(chǎn)的SAM柴油機系統(tǒng)配套的故障分析基礎邏輯,能夠針對復雜工況進行分類鑒別。目前,常規(guī)的電控柴油機軟件程序中通常帶有超過100種的保護功能,性能先進的新型柴油機系統(tǒng)配套的軟件程序更是將保護功能項增加至200～300種。同時,在系統(tǒng)判定柴油機故障后,將自動執(zhí)行指示燈閃爍、預報警、故障停機等功能,并將存在的故障以代碼形式儲存在存儲器中[3]。

圖1 康爾信SAM柴油機系統(tǒng)故障分析邏輯

1.2.5 數(shù)據(jù)接口

柴油機的數(shù)據(jù)接口主要用于數(shù)據(jù)互通及硬件功能擴展使用,常見接口包括通用RS232接口、USB接口、通信電纜串行端口、RP系列接口等。不同的數(shù)據(jù)接口能夠?qū)崿F(xiàn)ECU與傳感器、執(zhí)行機構(gòu)之間的連通,全面保障控制功能實施;利用數(shù)據(jù)接口還能夠?qū)崿F(xiàn)對柴油機功能的擴展,實現(xiàn)功能升級,如圖2所示為歐曼CLE8180N柴油發(fā)控制器擴展及保護模塊,能夠為柴油機提供更豐富的硬件接口,并為繼電器提供電壓、電流等安全保護[4-5]。

圖2 歐曼CLE8180N柴油發(fā)控制器擴展及保護模塊

2 故障特征與表現(xiàn)

在電控柴油機的技術支持下,盡管柴油機結(jié)構(gòu)趨于復雜,但將傳統(tǒng)的故障診斷經(jīng)驗與現(xiàn)代的故障數(shù)字代碼技術相結(jié)合,能夠更精確地確定故障原因、所處位置,并通過數(shù)據(jù)支持獲得故障維修建議。

2.1 常見故障特征

2.1.1 柴油機無法啟動

當出現(xiàn)柴油機無法啟動故障時,表現(xiàn)為啟動點火開關后柴油機無反應,此時飛輪殼和高壓油泵位置的轉(zhuǎn)速傳感器沒有信號反饋,ECU控制啟動繼電器工作后出現(xiàn)起動機不運轉(zhuǎn)或柴油機無法點火等問題[6]。

2.1.2 柴油機啟動困難

柴油機啟動困難表現(xiàn)為啟動過程費力,盡管柴油機啟動成功,但是啟動周期明顯變長,啟動成功率降低,可能在啟動過程中伴隨有明顯振動或異響,或存在啟動過程水溫過低、機油壓力異常等故障警示,啟動后產(chǎn)生怠速轉(zhuǎn)速異常等問題[7]。

2.1.3 柴油機功率不足

柴油機功率不足多為機械故障和接線故障導致,表現(xiàn)為輸出動力明顯降低。導致功率不足的很多機械故障原因會伴隨管理系統(tǒng)的故障警報和故障代碼提示,例如針閥卡滯、線束磨損虛接、怠速不穩(wěn)、水溫異常、機油溫異常等故障多會伴隨有故障報錯及相應代碼[8-9]。

2.2 故障處理方法

2.2.1 無法啟動檢修

首先,通過柴油機表現(xiàn)及故障代碼提示進行判斷,明確故障原因和故障部件的可能位置;其次,理清維修思路后進行拆檢與維修:1)檢查電瓶電量,部分新型柴油機具有低電警示,是否因電壓過低而不能帶動起動機,做好電瓶充電工作;2)檢查噴油器、傳感器等重要位置線束有無斷路,及時修復起動機繼電器等關鍵元器件周圍的接線;3)檢查空擋開關、點火開關、啟動開關是否損壞,及時更換損壞開關;4)是否存在低壓油路故障報警,檢查油路內(nèi)是否進入空氣,及時排出粗濾中的空氣;5)檢查起動機是否燒損,及時更換損壞的起動機。

2.2.2 啟動困難檢修

啟動困難的常見原因與環(huán)境和整機密封狀態(tài)關系較大,結(jié)合故障碼通常易于定位故障位置。1)可能是軟件系統(tǒng)調(diào)試不當,若曲軸轉(zhuǎn)速信號、凸輪軸信號弱,則可能引起同步判斷時間延長,導致啟動檢測過程系統(tǒng)誤報而啟動困難,此時應對傳感器和通信功能進行重新調(diào)整;2)柴油或汽油品質(zhì)不達標,部分先進機型能夠檢測油液品質(zhì)并進行警報,此時應及時更換優(yōu)質(zhì)油液;3)活塞環(huán)、缸套磨損或氣門密封不嚴,會造成工作壓力異常,產(chǎn)生報警,此時應對燃燒室進行檢修調(diào)整。

2.2.3 功率不足檢修

導致功率不足的很多原因均會伴有系統(tǒng)故障報錯,可結(jié)合錯誤代碼進行精準檢查和維修:1)水溫、機油溫度異?；蜻M氣溫度過高,柴油機管理系統(tǒng)會啟動保護程序,限制柴油機的功率提升,此時應針對故障代碼顯示位置,對冷卻系統(tǒng)的水箱、管路、水泵,潤滑系統(tǒng)的機油泵、濾芯等進行檢查維修及更換,并對中冷器進行維修調(diào)整;2)噴油器故障,應針對性調(diào)整針閥、噴油器、供油時機,確保噴油器功能正常;3)檢查汽缸等關鍵部位的密封性,及時修復和更換老懷、損壞的密封件。

3 結(jié)語

隨著機電一體化學科的不斷擴展和智能控制技術的普及應用,電控柴油機技術實現(xiàn)了快速豐富提升,電控技術的應用不僅為柴油機的性能提升提供了有利條件,也為系統(tǒng)管理和人機交互提供了更多可能,在功能不斷完善下,柴油機使用的經(jīng)濟性、環(huán)保性和動力性正持續(xù)改善,其在各行業(yè)也將發(fā)揮出更廣泛的作用。