3516B發(fā)動機電子調(diào)速系統(tǒng)淺析

常密生 王建平 郭曉亮 靳從升

【摘要】隨著平臺發(fā)動機組運轉(zhuǎn)時間的增加，出現(xiàn)這樣或那樣的問題是難免的，這個問題或在某個階段成為影響平臺正常生產(chǎn)的主要矛盾。本文在介紹發(fā)動機結(jié)構(gòu)參數(shù)、儀表盤和ECM的基礎(chǔ)上，對3516B電子調(diào)速系統(tǒng)進行了淺析，為以后的設(shè)備運行維護工作做些準備。

【關(guān)鍵詞】儀表盤；ECM；電子調(diào)速

一、引言

發(fā)動機是海洋鉆井平臺的動力源泉，發(fā)動機發(fā)出電能供平臺其他設(shè)備使用。3516B是卡特彼勒公司3500系列功率等級為B級的一款發(fā)動機，即滿負載時間不超過80%，負載周期性變化。采用了先進的電噴調(diào)速技術(shù)，具有更佳的排放特性、燃油經(jīng)濟性、更優(yōu)化的動力、維修簡單、靈活可靠等優(yōu)點。每個缸配備一臺單體泵，單體泵的噴油量由電磁閥控制，電磁閥被ECM控制。

二、發(fā)電機參數(shù)

中油海5號平臺選用的卡特SR4B發(fā)電機額定電壓600VAC，電流2130A，頻率50Hz，視在功率2214KVA，額定功率1550KW，功率因數(shù)0.7，繞組絕緣等級為H級。勵磁系統(tǒng)為永磁發(fā)電機通過DECS-100給交流副勵磁機提供可控的勵磁電流，副勵磁機的轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)整流器給主勵磁機提供勵磁，副勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器、主勵磁機三者都安裝在發(fā)動機主軸上，和主軸同步轉(zhuǎn)動。

三、發(fā)動機本地儀表盤

儀表盤是發(fā)動機的控制站。在儀表盤的正面有以下幾個控制功能：船舶動力顯示，發(fā)動機控制開關(guān)，緊急停止按鈕和指示燈。儀表盤的內(nèi)部包含：超越控制開關(guān)，控制繼電器和二極管。超控控制開關(guān)有以下幾個功能：曲軸重載，預(yù)潤滑重載，保護重載和低怠速。

功率分配板為發(fā)電上的各種系統(tǒng)分配電能，功率分配板外部有連接直流電源的接線柱和5個斷路器開關(guān)，內(nèi)部由控制繼電器、斷路器、二極管、控制開關(guān)和定時器組成。5個斷路器開關(guān)分別為主ECM、副ECM、預(yù)潤滑和空氣關(guān)斷、儀表盤和啟動器和交流發(fā)電機供電。

四、ECM簡介

ECM是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的心臟，它決定著正時和氣缸的可設(shè)定燃油量。它的功能包括：為發(fā)動機電子元件提供電源、通過各種傳感器監(jiān)視發(fā)動機的工作狀態(tài)、燃油控制計算機（電子調(diào)速器控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速）、記錄發(fā)動機的各種故障、先進的電子診斷工具、根據(jù)需要控制參數(shù)可編程、發(fā)動機電路的控制。正常運行時，ECM接收從傳感器和配電間發(fā)電機進線柜傳來的所有信號，經(jīng)內(nèi)部計算處理后，通過控制單體泵電磁閥來控制發(fā)動機速度，并時時更新。電子控制模塊ECM包含軟件和控制圖兩種個性化模塊，更換個性模板和刷新程序都可以升級個性化模塊。Flash file是ECM的軟件，F(xiàn)lash file中含有各種控制圖，控制圖決定著發(fā)動機的功率和扭矩特征曲線。平臺選用的ADEMⅢ 與ADEMⅡ的ECM先進之處在于：運算速度更快、內(nèi)存更大；無需燃油冷卻；新的零件號；接線略有改變；ET需要2004B以后的版本。

五、電子調(diào)速原理

（一）數(shù)據(jù)傳輸線路

3516B帶有兩種數(shù)據(jù)傳輸線路，Cat Data Link 和Can Data Link。

Cat Data Link是用來和其他處理器交流，Data Link通過信息共享可以成倍減少系統(tǒng)中傳感器的數(shù)量。其他電子控制系統(tǒng)可以通過Data Link獲得發(fā)動機上的信息。Data Link還可以作為電子維修工具的接口。

電子維修工具插頭插入Data Link的連接器，就可以和ECM通訊，連接器和電子維修工具是串口連接。連接器把從Data Link中讀出了語言變換成電子維修工具需要的語言。Data Link轉(zhuǎn)換器位于發(fā)動機客戶接口上。電子維修工具也可以顯示發(fā)動機運行的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)。

CAN Data Link用來從ECM中讀取發(fā)動機信息和診斷信息。CAN Data Link用于ECM用戶保護裝置和各種顯示模塊。

（二）燃料噴射過程

ECM通過變化的信號控制單體泵的噴油量。單體泵在電磁閥供電時噴油。ECM向單體泵電磁閥提供一個105VDC電壓信號，這個電壓信號激活電磁閥。通過控制發(fā)動機正時和電壓持續(xù)時間，ECM能夠控制噴油時間和噴油量。

一旦ECM決定了被要求的噴油量，ECM就必須決定燃料噴射時間。ECM通過發(fā)動機速度/正時傳感器信號獲得每個氣缸上止點的位置。ECM決定相對于上止點的位置何時噴油，并且ECM在可設(shè)定的時間向單體泵電磁閥提供信號。ECM結(jié)合發(fā)動機最佳運行特性，最佳燃料燃燒率，和對白煙的最佳控制來調(diào)整噴射時間。

單體泵的燃油噴射過程是ECM控制發(fā)動機正時和轉(zhuǎn)速，燃油從進油管線流入單體泵。每當凸輪軸通過搖臂壓縮單體泵時，如果單體泵電磁閥通電，電磁閥關(guān)斷出油口，燃油就能夠被壓縮并從噴油嘴進入氣缸；如果電磁閥沒電，燃油雖然被壓縮由于出油口沒有關(guān)閉，燃油因壓力太小只能流回燃油罐。

（三）電子調(diào)速原理

發(fā)電機啟動后，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定值，在設(shè)定的時間內(nèi)升速到900轉(zhuǎn)/分。怠速/額定開關(guān)打到額定位置時轉(zhuǎn)速額定端子閉合，2301A得到信號并通過執(zhí)行機構(gòu)端子向ECM發(fā)送信號。ECM通過綜合計算決定噴油量和單體泵供電時間后向單體泵電磁閥供電。2301A結(jié)合轉(zhuǎn)速傳感器的反饋信號不斷地向ECM發(fā)送信號。最終使發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高并維持在1500轉(zhuǎn)/分左右，頻率50Hz左右。如果轉(zhuǎn)速低于1500轉(zhuǎn)/分，手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器R1，從而改變2301A和ECM之間的傳輸信號，進而使轉(zhuǎn)速保持在1500轉(zhuǎn)/分。

發(fā)動機無論是單機運行，還是并網(wǎng)運行，帶載荷后轉(zhuǎn)速都隨負載變化而變化。發(fā)電機載荷突然增大時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速將有下降的趨勢，這時ECM將結(jié)合2301A信號、轉(zhuǎn)速/正時傳感器提供的實際轉(zhuǎn)速信號等因素，通過單體泵向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實際轉(zhuǎn)速。發(fā)電機載荷突然減少時，與之相反。

六、總結(jié)

3516B發(fā)動機是中油海5號平臺所有設(shè)備的動力來源，做好發(fā)動機的運行維護工作十分重要，這就要求我們做好日常檢查保養(yǎng)得同時，不斷加深發(fā)動機理論知識的學(xué)習(xí)研究，必要時能夠及時排除故障恢復(fù)使用。