AE300 E4-C發(fā)動機(jī)系統(tǒng)原理和維護(hù)提示

摘要：奧地利AE公司的AE300 E4-C發(fā)動機(jī)在國內(nèi)主要用于鉆石NG系列飛機(jī)，由于該機(jī)型較新，發(fā)動機(jī)可獲取的技術(shù)資料較少，其使用及維護(hù)特性還在研究。本文通過分析該發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)構(gòu)成和基本原理，提出維護(hù)提示，轉(zhuǎn)變?nèi)藛T活塞發(fā)動機(jī)固定維修模式，提高人員的維修能力，降低飛機(jī)維修風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：AE300;發(fā)動機(jī);原理;維護(hù)提示

0 ?引言

AE300 E4C發(fā)動機(jī)是一個由汽車發(fā)動機(jī)改造而成，具有渦輪增壓，雙頂置凸輪軸直列4缸，液冷，采用燃油共軌技術(shù)的壓燃式煤油發(fā)動機(jī)，配備了齒輪箱和一個可變螺距螺旋槳，由EECU控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣、燃油量和螺旋槳轉(zhuǎn)速，其發(fā)動機(jī)最大168hp的功率，汽缸壓縮比17.5：1，主要系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)控制組件、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。該發(fā)動機(jī)在國內(nèi)通航使用時(shí)間較短，其發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)原理對比以往通航飛機(jī)常用的Lycoming活塞式發(fā)動機(jī)飛機(jī)有較大的區(qū)別，人員對該發(fā)動機(jī)的認(rèn)知較淺，需要積累大量的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，保障該機(jī)的正常使用和維修。

1 ?發(fā)動機(jī)構(gòu)成和控制原理

1.1 發(fā)動機(jī)本體

發(fā)動機(jī)核心為OM640汽車發(fā)動機(jī)，本體主要部件為機(jī)匣、曲軸、凸輪軸、缸蓋、氣門、汽缸、活塞、雙質(zhì)量飛輪。

發(fā)動機(jī)機(jī)匣為單件擠壓鑄造件，基于這種設(shè)計(jì)，不需要單獨(dú)的汽缸套，同時(shí)使用鑄鐵制造，具有良好的故障安全運(yùn)行功能，同時(shí)降低了噪音。由于發(fā)動機(jī)為液體冷卻，機(jī)匣內(nèi)還包括一體式汽缸和冷卻通道。每個汽缸有4個氣門，兩個進(jìn)氣門和兩個排氣門，為了提高燃燒效率，這些氣門圍繞燃燒室中心呈圓形布置。

活塞材料為鑄鋁，并有鑄鋼環(huán)載體，活塞頂部是圓頂和嵌入式，以優(yōu)化燃燒，活塞壁上裝有聚四氟乙烯墊，可減少摩擦，改善阻力。

發(fā)動機(jī)曲軸由真空重鑄鍛造鋼制，安裝于機(jī)匣內(nèi)部。缸蓋由高強(qiáng)度鋁合金制成，兩個凸輪軸安裝在汽缸蓋上，每個凸輪軸驅(qū)動汽缸的一個進(jìn)氣門和一個排氣門，一個凸輪軸是由鏈條直接從曲軸驅(qū)動的，另一個凸輪軸是通過齒輪從動的，鏈傳動由雙鋼鏈組成，鏈條自動張緊。

雙質(zhì)量飛輪安裝在機(jī)匣和齒輪箱之間，也叫扭矩減振器，是一種連接到發(fā)動機(jī)曲軸上以減少扭矩振動的裝置。減振器由質(zhì)量元件（主輪）和耗能元件（次級飛輪）兩部分組成，質(zhì)量元件抵抗振動的加速度，能量耗散元件吸收振動，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)減弱螺旋槳傳遞給發(fā)動機(jī)的振動，以保護(hù)曲軸免受損壞。

1.2 電子發(fā)動機(jī)控制組件

發(fā)動機(jī)有一個電子發(fā)動機(jī)控制組件（EECU），包含兩個單獨(dú)通道（ECU A和ECU B），位于發(fā)動機(jī)吊艙的一個控制盒內(nèi)采用“熱備份模式”運(yùn)行，兩個ECU都是運(yùn)行的;兩個ECU模塊只有一個工作模塊連接到作動機(jī)構(gòu)，而第二個模塊處于備份工作模式，控制盒中有一邏輯電路，由其確定哪一個控制單元工作，哪一個熱備份，并且在需要時(shí)自動控制切換;EECU VOTER開關(guān)，用于切換ECU A 和 ECU B，在所有正常工作狀態(tài)，VOTER開關(guān)置于自動位置，一個ECU單元控制發(fā)動機(jī)工作;飛行員可以通過該開關(guān)手動選擇工作ECU通道。

ECU信號來源于發(fā)動機(jī)傳感器，傳感器又分為單通道傳感器和共用傳感器，單通道傳感器只能給對應(yīng)的ECU反饋信號，共用傳感器可以給兩個ECU通道都反饋信號。

該發(fā)動機(jī)的所有參數(shù)均由電子發(fā)動機(jī)控制組件（EECU）控制，通過傳感器接收信號參數(shù)反饋至EECU，EECU進(jìn)行評估計(jì)算得出當(dāng)前發(fā)動機(jī)需要的進(jìn)氣、燃油和螺旋槳轉(zhuǎn)速，并由發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)作動器控制對應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)改變，交聯(lián)和控制如圖1。

1.3 進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)主要部件包括進(jìn)氣道、渦輪增壓器、中冷器、進(jìn)氣總管，原理和汽油活塞發(fā)動機(jī)類似，主要差異為渦輪增壓器和增壓作動器。

渦輪增壓器轉(zhuǎn)速由EECU控制，通過測量進(jìn)氣壓力和大氣壓力，確定進(jìn)氣總管需要的壓力目標(biāo)值。EECU將與此目標(biāo)值對應(yīng)的輸出信號發(fā)送給增壓作動器，再驅(qū)動廢氣活門。

增壓作動器使用來自進(jìn)氣總管的空氣壓力來控制膜盒，膜盒通過控制桿機(jī)械連接到渦輪增壓器廢氣活門，調(diào)節(jié)繞過渦輪增壓器渦輪的廢氣量以控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣量。增壓作動器的壓力設(shè)定值根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度、大氣壓力和進(jìn)氣溫度來修正。

空氣的整個循環(huán)圖2，外界空氣進(jìn)入進(jìn)氣道，經(jīng)過空氣濾（若使用備用進(jìn)氣活門不流經(jīng)空氣濾），通過渦輪增壓器壓縮機(jī)增壓，流經(jīng)中冷器降溫進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管，部分空氣進(jìn)入增壓作動器，部分進(jìn)入各汽缸燃燒，通過渦輪增壓器的渦輪至排氣總管排放。

1.4 燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)與汽油活塞發(fā)動機(jī)差異較大，主要部件為低壓泵、高壓泵、燃油共軌、燃油噴嘴。

單側(cè)發(fā)動機(jī)有兩個燃油低壓泵，將油箱燃油向高壓泵輸送。正常運(yùn)行時(shí)，只有一個低壓泵是工作的，在低壓泵和高壓泵之間有一個燃油濾，能夠清除運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的污染。系統(tǒng)在高壓泵進(jìn)口處測量燃油溫度和壓力，在檢測到壓力損失的情況下，EECU會自動切換ECU通道控制對應(yīng)的低壓泵。

高壓泵以最大24366 psi的壓力向燃油共軌和噴嘴提供燃油，為了確保所需的燃油量被壓縮，裝有燃油計(jì)量組件，部分過量燃油用于高壓泵的冷卻和潤滑，過量的燃油被加熱并通過回流管回流到油箱中。

共軌是一個高壓油箱，為噴嘴提供燃油，其實(shí)際燃油壓力是由共軌壓力傳感器測量的。EECU解析共軌壓力，將其與目標(biāo)值進(jìn)行比較，并調(diào)整共軌壓力控制活門以達(dá)到正確的壓力，多余的燃油流回油箱。燃油通過噴嘴供應(yīng)端口供應(yīng)給噴嘴，多余的燃油也會返回，所以供給噴嘴的燃油壓力是不斷變化的。

更高的燃油壓力確保燃油能夠更好的汽化、燃燒，獲得更短的噴射時(shí)間，使其在最佳時(shí)間提供所需的燃油量。通過改變?nèi)加蛪毫?，噴油時(shí)間可以根據(jù)給定的期望噴油量進(jìn)行調(diào)整，從而在較低的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)更好的燃燒。

燃油噴嘴是電磁驅(qū)動裝置。燃油進(jìn)入噴嘴并進(jìn)入正常儲油室，那里有油針阻止其進(jìn)入燃燒室，同時(shí)，燃油通過一個孔進(jìn)入控制儲油室，以平衡作用在柱塞上的極端高壓，柱塞由彈簧張力保持關(guān)閉。EECU通過插頭連接向噴嘴提供電氣控制信號，連接器激活線圈并打開控制室泄油孔，燃油放泄，使柱塞打開，油針開啟，燃油進(jìn)入燃燒室。

燃油控制循環(huán)如圖3所示。

1.5 滑油系統(tǒng)

滑油系統(tǒng)分為發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)和齒輪箱系統(tǒng)。

發(fā)動機(jī)滑油主要用于發(fā)動機(jī)部件的潤滑，滑油儲存于收油池，通過曲軸帶動齒輪泵吸出到達(dá)滑油/冷卻液熱交換器冷卻，然后經(jīng)滑油濾過濾，一部分滑油外部循環(huán)至潤滑渦輪增壓器，一部分內(nèi)部循環(huán)至機(jī)匣、曲軸、凸輪軸、氣門機(jī)構(gòu)、定時(shí)鏈等內(nèi)部機(jī)構(gòu)，滑油最后通過油氣分離器回流到發(fā)動機(jī)收油池，空氣則排到發(fā)動機(jī)外部。為保證系統(tǒng)壓力正常，發(fā)動機(jī)滑油濾殼體上有一根回油管連到收油池，可以將多余的滑油不經(jīng)過循環(huán)直接排回收油池。

齒輪箱可以將發(fā)動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速從3880轉(zhuǎn)降低到2300轉(zhuǎn)，減速比為1.69：1。電控調(diào)速器連接到齒輪箱頂部，由發(fā)動機(jī)功率桿位置確定控制螺旋槳需要的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變距。該系統(tǒng)的滑油主要用于齒輪箱內(nèi)部各齒輪的潤滑，并提供螺旋槳變距的滑油，滑油流經(jīng)齒輪箱、螺旋槳、調(diào)速器和回槳儲壓器。

1.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)為發(fā)動機(jī)各部件進(jìn)行冷卻，主要部件為水泵、溫控活門、滑油/冷卻液熱交換器、散熱器、膨脹箱、散熱器和管路。

水泵是一個旋葉泵，由發(fā)動機(jī)后部的多楔帶驅(qū)動，將已吸收熱量的冷卻液抽出進(jìn)行循環(huán)散熱。冷卻循環(huán)分為大循環(huán)和小循環(huán)，在小循環(huán)中，冷卻液流經(jīng)滑油/冷卻液熱交換器;大循環(huán)中，冷卻液流經(jīng)散熱器。循環(huán)的控制由溫控活門控制，打開后冷卻液可進(jìn)入散熱器散熱，冷卻液溫度在80°C時(shí)開始溫控活門打開，在95°C時(shí)完全打開。冷卻液膨脹箱安裝在系統(tǒng)最高位，內(nèi)部有硅酸鹽包過濾，箱體上安裝有釋壓活門，防止系統(tǒng)壓力過大影響系統(tǒng)功能。

1.7 其它機(jī)構(gòu)

發(fā)動機(jī)上還裝有發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、電熱塞、電熱塞控制組件等部附件。

發(fā)電機(jī)由多楔帶驅(qū)動發(fā)電，選裝了空調(diào)的DA42NG飛機(jī)左發(fā)動機(jī)還裝有一個附加交流發(fā)電機(jī)專門給空調(diào)系統(tǒng)供電。

起動機(jī)安裝雙質(zhì)量飛輪機(jī)匣上部，起動時(shí)帶動飛輪轉(zhuǎn)動以驅(qū)動曲軸。

電熱塞和電熱塞控制組件以冷卻液溫度為判斷標(biāo)準(zhǔn)控制電熱塞給汽缸加溫。

2 ?維護(hù)提示

發(fā)動機(jī)基本維護(hù)常識參考手冊和以往的Lycoming發(fā)動機(jī)經(jīng)驗(yàn)，這里給出的提示均為在實(shí)際工作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，減少維護(hù)人員因維修理念未轉(zhuǎn)變導(dǎo)致發(fā)動機(jī)故障的情況發(fā)生。

2.1 適航性資料

維護(hù)手冊部分內(nèi)容過于簡單，同時(shí)由于手冊編制人員其母語不是英語，所用的某些語法、單詞和句型有生澀、不容易理解和不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤?。維修人員在閱讀使用手冊時(shí)應(yīng)增強(qiáng)“舉手意識”，遇到難以理解、操作性不強(qiáng)或與實(shí)際不相符合等存在疑點(diǎn)的地方，應(yīng)及時(shí)提出，避免蠻干，將問題向廠家進(jìn)行反饋，并視情開展技術(shù)研究確保手冊內(nèi)容得到正確理解和執(zhí)行。

維護(hù)手冊上的維護(hù)要求和培訓(xùn)時(shí)的實(shí)際維護(hù)內(nèi)容存在不一致甚至矛盾的地方，維修人員在廠家沒有正式回復(fù)前應(yīng)嚴(yán)格按照維護(hù)手冊要求實(shí)施維修工作。

發(fā)動機(jī)零件目錄（IPC）可閱讀性較差，部分零部件未列出，同時(shí)還存在與飛機(jī)實(shí)物不符的情況，其件號的主要參考依據(jù)為飛機(jī)設(shè)計(jì)圖紙。維修人員應(yīng)及時(shí)收集類似問題，避免航材訂錯、領(lǐng)錯、裝錯。

2.2 航線、定檢維護(hù)工作

①發(fā)動機(jī)滑油消耗量很小，要求不大于0.1l/h，如果航線檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)消耗異常，應(yīng)及時(shí)對滑油系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

②進(jìn)行齒輪箱維護(hù)工作時(shí)，應(yīng)在釋壓活門上掛“禁止拆卸”的標(biāo)簽，避免誤拆;齒輪箱油檢查時(shí)油液應(yīng)高于齒輪箱油檢查窗的1半，正常情況不應(yīng)消耗;因通電打開發(fā)動機(jī)開關(guān)后儲壓器的油液會回流，所以檢查標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)按照通電打開發(fā)動機(jī)開關(guān)后再檢查，應(yīng)以發(fā)動機(jī)正常停車?yán)鋮s后的量為準(zhǔn);更換了齒輪箱滑油，地面試車后因整個系統(tǒng)充分進(jìn)油，齒輪箱油可能不足，需要再次檢查。

③當(dāng)發(fā)動機(jī)很熱時(shí)不要卸下冷卻液膨脹水箱的口蓋，水箱里有加壓高溫冷卻液，高溫冷卻液會對人體造成傷害;冷卻液膨脹箱壓力測試要先拆卸硅酸鹽包和濾網(wǎng)，如果充氣時(shí)壓力表指示不降，禁止立刻拆卸口蓋，應(yīng)將冷卻液從打氣設(shè)備的泄壓活門放掉待降壓后再重新添加冷卻液;冷卻液更換時(shí)發(fā)動機(jī)因處于冷卻狀態(tài)，溫控活門未開起，地面試車時(shí)將溫度升高以打開溫控活門將大循環(huán)填充滿，停車?yán)鋮s后再次添加冷卻液至正常液位。

④回槳儲壓器充氣前必須通電并打開發(fā)動機(jī)開關(guān)，確保儲壓器電磁閥打開;在螺旋槳、調(diào)速器、儲壓器及其相關(guān)管路拆裝工作過程中，禁止通電并打開發(fā)動機(jī)開關(guān)。

⑤燃油系統(tǒng)維護(hù)時(shí)建議將低壓泵跳開關(guān)拔出，否則通電并打開發(fā)動機(jī)開關(guān)會使低壓泵會處于工作狀態(tài)。

⑥公制、英制緊固件都存在，同時(shí)該發(fā)動機(jī)的螺帽、螺栓力矩值偏大，一定要找對合適的工具，避免緊固件滑絲、損壞的情況。

⑦發(fā)動機(jī)某些部位存在一次性螺栓，每次拆卸必須報(bào)廢，安裝新件時(shí)若未按規(guī)定的力矩或角度完成擰緊工作，必須報(bào)廢后再使用新件。

⑧發(fā)動機(jī)空間狹小，發(fā)動機(jī)管路、導(dǎo)線、電纜排布密集，外部容易出現(xiàn)磨損，定檢時(shí)應(yīng)加強(qiáng)檢查。各管路、電纜的間隔尤其重要，捆扎和固定要求較高。

2.3 地面試車提示

①發(fā)電機(jī)開關(guān)接通電熱塞，當(dāng)處于開位時(shí)起動發(fā)動機(jī)，不會出現(xiàn)起動困難。

②ENGINE GLOW 并非每次打開發(fā)動機(jī)開關(guān)都會出現(xiàn)。

③更換發(fā)動機(jī)全新噴嘴后的初次地面試車可能出現(xiàn)起動困難，需多次嘗試起動。

④在ECU測試完成前，若釋放“ECU TEST BUTTON”按鈕或操縱功率桿，將終止測試程序，ECU測試過程中可能會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)抖動。

⑤關(guān)車時(shí)建議將功率桿放置慢車，放置于10%功率停車會導(dǎo)致個別螺旋槳順槳。

⑥除應(yīng)急情況外，禁止采用關(guān)閉燃油選擇活門的方式進(jìn)行關(guān)車。

⑦選裝了空調(diào)的飛機(jī)，關(guān)車前注意先關(guān)閉空調(diào)開關(guān)，否則可能導(dǎo)致空調(diào)發(fā)電機(jī)調(diào)壓器故障。

⑧發(fā)動機(jī)開關(guān)要在總電門關(guān)閉前關(guān)閉，否則會觸發(fā)ECU備用電瓶，導(dǎo)致低壓泵和ECU一直工作。

2.4 典型的發(fā)動機(jī)故障

①發(fā)動機(jī)1#汽缸和排氣管連接的螺樁松動和脫落的故障，經(jīng)廠家建議更換新螺樁并在螺樁上涂抹螺紋密封膠后故障消失，可能原因?yàn)槁菁y密封膠失效。

②螺旋槳調(diào)速器故障，已發(fā)生多起，主要故障為不能回槳、最大轉(zhuǎn)速位卡阻導(dǎo)致螺旋槳轉(zhuǎn)速不能變化的故障，此類故障存在偶發(fā)性，與調(diào)速器內(nèi)部機(jī)構(gòu)和ECU的控制相關(guān)，目前仍為完全消除。

③地面試車ECU fail故障頻繁，檢查后實(shí)際為假故障，消除代碼后試車正常。

④右發(fā)動機(jī)除冰支架斷裂，已發(fā)生多起，目前仍未解決該問題。

⑤出現(xiàn)冷卻液液位低警告，主要為管路排氣不徹底，誤以為冷卻液已加夠。

⑥某些發(fā)動機(jī)齒輪箱磁堵會發(fā)現(xiàn)塊狀金屬屑，經(jīng)廠家建議后監(jiān)控檢查。

⑦渦輪廢氣活門控制桿漏氣，為膜盒組件本體故障。

⑧雙質(zhì)量飛輪安裝機(jī)匣后部堵蓋缺失，安裝新件時(shí)可以采取措施使其固定牢靠。

⑨雙質(zhì)量飛輪轂盤定位銷釘松動、卡死，出現(xiàn)后必須更換雙質(zhì)量飛輪，此故障在拆裝轂盤時(shí)應(yīng)特別注意。

⑩發(fā)動機(jī)前減震墊滲油故障，廠家已采用新型發(fā)動機(jī)減震墊。

{11}發(fā)動機(jī)噴嘴罩防火漆脫落嚴(yán)重，廠家已進(jìn)行改進(jìn)，使用新型的防火樹脂進(jìn)行替換。

{12}渦輪增壓器位置的滑油管路接頭處存在輕微滲油的情況，主要為密封墊性能降低造成。

{13}慢車狀態(tài)下低壓泵故障或切斷供油出可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車，此為發(fā)動機(jī)ECU切換通道和低壓泵時(shí)，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低，燃油的重新供應(yīng)時(shí)間不能滿足發(fā)動機(jī)的連續(xù)正常工作造成的，若發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高，切換后發(fā)動機(jī)會出現(xiàn)掉轉(zhuǎn)燃油回復(fù)至當(dāng)前油門的正常轉(zhuǎn)速。

{14}單側(cè)發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流相對對側(cè)輸出較低，高轉(zhuǎn)速狀態(tài)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)失效警告，排查該發(fā)和對側(cè)發(fā)動機(jī)上電壓輸出的各部件、機(jī)身電源系統(tǒng)各部件，多次進(jìn)行地面試車驗(yàn)證，最終檢查發(fā)現(xiàn)該側(cè)的發(fā)電機(jī)輸出接線片（位于機(jī)身下部）存在問題。

3 ?結(jié)語

DA42NG飛機(jī)在國內(nèi)的使用和維護(hù)仍處于初始階段，同時(shí)基于汽車發(fā)動機(jī)改裝而成的航空發(fā)動機(jī)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)還處于積累、摸索階段，全新的技術(shù)和新的發(fā)動機(jī)觀念讓通航領(lǐng)域有了新的認(rèn)知，需要持續(xù)不斷的研究AE300系列發(fā)動機(jī)工作原理及維護(hù)特性，提出預(yù)防措施，確保飛行安全。

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[4]DA42 NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL. Doc.No.70215.（R4）.

[5]DA42 NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL. Doc. No.70116e.（R4）.

基金項(xiàng)目：中國民航飛行學(xué)院科研基金（J2018-27）-AE300發(fā)動機(jī)工作及維護(hù)特性的研究。

作者簡介：張宇慶（1987-），重慶人，工程師，主要從事通用航空器維修理論與維修技術(shù)。