影響電控柴油發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)因素分析

白洪光

中交一公局集團(tuán)有限公司海外分公司

1 引言

電控柴油發(fā)電機(jī)組是通過發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒柴油，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁場，從而產(chǎn)生所需的電能。電控柴油發(fā)電機(jī)組主要應(yīng)用于：

（1）國家電網(wǎng)無法覆蓋、電網(wǎng)電價(jià)格過高或電力供應(yīng)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(dòng)備用應(yīng)急電源進(jìn)行供電，否則就會(huì)造成損失的醫(yī)院、礦山、電信運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心等單位。

（3）為消防設(shè)備提供緊急供電的住宅、寫字樓等。

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

為獲得非道路移動(dòng)柴油機(jī)良好的經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)的排放等級(jí)，2016年國家環(huán)保部發(fā)布《關(guān)于實(shí)施國家第三階段非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的公告》，發(fā)電機(jī)組逐步向電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為機(jī)組動(dòng)力的方向發(fā)展。作為應(yīng)急、備用、消防的電控柴油發(fā)電機(jī)組，對(duì)其啟動(dòng)和運(yùn)行性能有著很高的要求。但由于電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的改變，給機(jī)組維保人員的使用和維護(hù)帶來一定困難。為有效保證機(jī)組順利啟動(dòng)和可靠運(yùn)行，機(jī)組維保人員需對(duì)電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)深入學(xué)習(xí)。

2 影響電控柴油發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)因素分析

電控柴油發(fā)電機(jī)組由電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制模塊、輔助設(shè)備（接線柜、蓄電池、油箱、機(jī)座等）構(gòu)成，下面主要分析機(jī)組控制模塊及電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)的影響。

2.1 控制模塊

電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，機(jī)組控制模塊會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、發(fā)電機(jī)電壓、頻率進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)某個(gè)參數(shù)達(dá)不到設(shè)定要求，出于保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)的目的，控制模塊會(huì)采取報(bào)警及停機(jī)措施。

圖1 機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)圖

（1）機(jī)組控制模塊對(duì)市電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)檢測到市電電壓低于模塊設(shè)定值時(shí)，市電斷電標(biāo)識(shí)樹立，控制模塊I/O 輸出口發(fā)出電壓信號(hào)給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 執(zhí)行啟動(dòng)命令，如果機(jī)組控制模塊失效、市電輸入信號(hào)不合理，都無法輸出啟動(dòng)信號(hào)，導(dǎo)致機(jī)組無法啟動(dòng)。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)接到啟動(dòng)信號(hào)，ECU 上電自檢后，在無電氣及機(jī)械故障情況下，起動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，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(diǎn)燃，推動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)成功啟動(dòng)。若啟動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過低，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。

（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速狀態(tài)，控制模塊對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于模塊設(shè)定的最小運(yùn)行轉(zhuǎn)速或機(jī)油壓力值低于模塊設(shè)定的最小壓力時(shí)，機(jī)組控制模塊判定發(fā)動(dòng)機(jī)未能成功啟動(dòng)，從而直接斷開ECU電源停機(jī)保護(hù)。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、水溫等運(yùn)行參數(shù)是通過CANJ1939 協(xié)議傳輸至機(jī)組控制模塊，如CAN 通訊線松動(dòng)開路、短路、外部強(qiáng)頻電信號(hào)干擾、控制模塊參數(shù)協(xié)議不對(duì)，CAN通訊模塊都可能出現(xiàn)無法傳輸信號(hào)，導(dǎo)致機(jī)組無法啟動(dòng)。

（4）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)升至額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組控制模塊將對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率狀態(tài)進(jìn)行判斷。以額定電壓400V、頻率50Hz 的機(jī)組為例，如運(yùn)行電壓不在400V±10%或頻率不在50hz±6%范圍內(nèi)，則判定機(jī)組發(fā)電異常，控制模塊執(zhí)行停機(jī)命令。

2.2 電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

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

2.2.1 啟動(dòng)信號(hào)

接到機(jī)組控制模塊發(fā)送啟動(dòng)指令，控制模塊會(huì)持續(xù)給ECU點(diǎn)火開關(guān)電壓信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開關(guān)樹立1標(biāo)識(shí)，ECU開始控制起動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中點(diǎn)火開關(guān)電信號(hào)異常，ECU系統(tǒng)將無法正常工作，啟動(dòng)失敗。

圖2 ECU運(yùn)行數(shù)據(jù)流

2.2.2 相位

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

（1）正常模式。在啟動(dòng)過程中，曲軸與凸輪軸傳感器輸入信號(hào)均正常時(shí)（無不合理信號(hào)輸入），ECU 會(huì)根據(jù)曲軸信號(hào)盤缺齒與凸輪軸信號(hào)盤多齒進(jìn)行判缸，判缸成功后，ECU即驅(qū)動(dòng)噴油器開始噴油。

（2）故障模式。在啟動(dòng)過程中，曲軸與凸輪軸傳感器輸入信號(hào)出現(xiàn)故障或者同步關(guān)系錯(cuò)誤時(shí)，為避免不正確的噴射造成燃燒惡化而損壞發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)噴油器不會(huì)噴油，發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常啟動(dòng)，如發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)上述問題，將立即執(zhí)行停機(jī)。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪相位關(guān)系

注：凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)處在一缸壓縮上止點(diǎn)時(shí)：凸輪軸傳感器應(yīng)該指示到凸輪軸信號(hào)盤多齒后81°(凸輪轉(zhuǎn)角)的位置，曲軸傳感器應(yīng)該指示到曲軸信號(hào)盤缺齒后的第36個(gè)齒（參見圖中齒的編號(hào)），或缺齒后210°(曲軸轉(zhuǎn)角)的位置（圖中所示標(biāo)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(huì)導(dǎo)致ECU無法控制噴油器進(jìn)行燃油噴射。

（4）共軌管壓力。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，共軌管內(nèi)壓力需超過系統(tǒng)的最小設(shè)定值，如壓力過小會(huì)導(dǎo)致柴油無法正常霧化，影響發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

圖4 電控發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)時(shí)的ECU運(yùn)行數(shù)據(jù)流

上圖中ECU 設(shè)定的共軌管目標(biāo)壓力為350bar,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速拖轉(zhuǎn)到200多轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)因無法達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定要求，導(dǎo)致燃油無法噴射，發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常啟動(dòng)。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(jìn)油管路破損漏油漏氣、油管接頭松動(dòng)漏氣，低壓油路無燃油進(jìn)入；b.共軌管壓力傳感器失效，監(jiān)測不到軌內(nèi)真實(shí)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(duì)燃油進(jìn)行加壓；d.燃油計(jì)量閥失效，低壓燃油無法通過計(jì)量閥進(jìn)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(dòng)機(jī)上的ECU、傳感器、噴油器等電子元件均對(duì)工作電壓有著嚴(yán)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(hù)模式，影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。

3 電控柴油發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)應(yīng)采取的措施

從影響電控柴油發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)的因素可知，定期對(duì)發(fā)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、傳感器等進(jìn)行維護(hù)十分關(guān)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(jī)組控制柜以及發(fā)動(dòng)機(jī)供電線路是否有松動(dòng)或腐蝕情況，避免線路不通。

3.2 控制柜

定期檢查機(jī)組控制柜線路觸點(diǎn)是否有松動(dòng)、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(jìn)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(hào)盤、凸輪及曲軸位置傳感器頭部是否有油污、灰塵，檢查信號(hào)盤和傳感器是否有碰傷、油污，及時(shí)進(jìn)行清理。

4 結(jié)論

除控制模塊及電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等因素影響發(fā)電機(jī)組正常啟動(dòng)外，機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝、進(jìn)排氣、控制柜、燃油品質(zhì)、環(huán)境溫度、海拔高度等也會(huì)引起發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)困難。為此，應(yīng)從發(fā)電機(jī)組工作原理、電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、電子控制原理方面整體進(jìn)行考慮，采取經(jīng)濟(jì)、有效、可靠的措施，避免難啟動(dòng)問題。