DA42NG飞机发动机燃油系统典型故障研究

杨淳 王银坤

摘要：本文以DA42NG飞机发动机燃油系统为研究对象，分析该系列发动机燃油系统的结构及控制理论，结合相似机型经验，对发动机在运行期间燃油系统可能发生的典型故障进行分析并提供相应的解决方案，为该机型的维护提供参考借鉴。

关键词：DA42NG飞机发动机;燃油系统;典型故障

0  引言

DA42NG飞机凭借其各方面优良的特性，逐渐成为国内飞行中教机训练的主力机型。该型飞机的发动机（AE300发动机）为作为现代高速柴油飞机发动机的代表之一，采用的是 ECU（Electronic Control Unit）控制的压燃式柴油发动机。该发动机的工作模式、控制模式与常用的Lycoming 发动机截然不同，尤其是发动机燃油系统，高压共轨燃油技术是新一代的发动机技术，故对该机型发动机燃油系统的研究日趋紧迫。

1  DA42NG飞机发动机简介

该发动机本体为直列四缸，双顶置凸轮轴（DOHC），四行程液冷，涡轮增压，高速柴油发动机。发动机总排气量1.991L，压缩比17.5：1，发动机最大输出功率（123.5KW@2300 PropRPM，最大扭矩513 Nm@2300 PropRPM。发动机本体为Mercedes-Benz公司 OM640系列。燃油喷射系统采用Bosch公司 CRS2高压燃油共轨系统（包括EDC16C双通道升级后的ECU、CP3S3系列高压燃油泵、高压油轨、二位二通电磁式5孔喷油嘴、油管、各传感器和执行机构）。涡轮增压系统选配BorgWarner公司 K16系列涡轮增压器。

2  发动机燃油系统结构及原理

发动机燃油系统以高压燃油泵进口处为界，上游为飞机燃油系统部分，下游为发动机燃油系统部分。发动机燃油系统匹配的是博世公司CRS2基于“時间-压力调节方式”控制算法的高压燃油共轨系统。高压燃油共轨系统的最大优势是可实现喷油量、喷油定时的精确控制和调节、高压油轨压力和喷油规律的精确调节和灵活控制、优异的性价比、轻量化、低功耗、高可靠性和低维护要求。ECU核心部件满足DO-254规范。ECU软件符合DO-178B/ED12B DAL C and DO-254/ED80 DAL C适航规范要求。增加了双裕度设计、备用供电系统以及电磁兼容性测试（RTCA/DO-160G）。该发动机燃油系统主要组成如下：

2.1 高压燃油泵  Bosch公司CP3S3系列放射布局三缸柱塞式高压燃油泵，冷却方式为内部燃油回流。最高输出压力160MPa，ECU向高压燃油泵内FMU电磁阀发送PWM控制指令实现高压泵变排量输出，输出压力20～160MPa可调。

2.2 高压油轨  高压燃油储压器，将高压燃油分配到各缸喷 嘴、降低高压泵供油和喷嘴工作引起的压力波动。高压油轨上安装有轨压传感器、轨压调压器、高压释压阀和流量缓冲器。内部容积和流量缓冲器以及喷嘴喷油脉冲之间有固定的匹配关系，不可轻易更改。由于油轨承受极高的内部压力，对材质、加工工艺和密封性有非常高的要求。

2.3 燃油喷嘴  Bosch公司二位二通电磁式5孔喷油嘴，是执行ECU喷油规律PWM指令终端部件。

2.4 ECU  发动机控制单元是整个发动机电控系统的“计算机与控制中心”。[2]它利用内部存储的软件（各种函数、算法程序、数据、表格等）与硬件（各种信号采集和处理电路、微控制器系统、功率输出电路、通信电路、电源电路等）处理从传感器输入的诸多信号，并以这些信号为基础，结合内部软件的其他信息，制定出各种控制命令发送到各执行器，从而实现对发动机的自动控制。[3]E4发动机的ECU是Bosch公司专门针对Austro Engine公司E4系列发动机开发的双裕度、备用电源支持的电控单元。从当前面向控制应用的单片机技术水平推测该ECU应是基于MPC56x系列微控制器芯片级别的发动机电子控制单元产品。该ECU采用金属盒封装，外部插座执行MIL-W-22759设计规范。

3  发动机燃油系统典型故障预防策略

3.1 相较于柴油，航空煤油的润滑性较差，而燃油系统的高压燃油泵、燃油喷嘴为精密耦件结构，需要燃油本身作为润滑剂来防止耦件磨损。鉴于这个原因，以航空煤油作为燃料的E4系列发动机高压燃油泵和燃油喷嘴故障率会高于同级别车用柴油机。近几年Austro Engine已收到多份用户反馈报告，该公司采取了缩短以上两个部件更换周期的方法来应对可靠性下降问题。由于精密耦件对燃油污染物非常敏感，在实施勤务工作和飞行前检查时务必排尽燃油系统中的水分和杂质。长期停放的飞机，燃油中会产生微生物，酸性微生物分解物将腐蚀燃油系统金属耦件表面，并导致部件失效。同时微生物絮状产物也将堵塞油滤。如果预计飞机将长期停放，建议在燃油系统中添加燃油杀菌剂。飞机厂家添加允许的杀菌剂为：KATHON FP 1.5和BIOBOR JF两种（注意：两种杀菌剂不能同时混用），其配比参考产品使用说明。

3.2 作为一般要求，在实施燃油系统供油管路开放作业时必须封堵管路开口，防止外物进入系统。在完成供油管路开放作业和油箱排空，并重新加油后。必须严格执行燃油系统排气程序，以避免因气塞造成高压燃油泵柱塞润滑和散热不良导致的故障。如果空气进入高压油轨还会导致轨压波动、喷油计量不准、发动机运转不稳，进而触发ECU故障报警。

3.3 在完成燃油喷嘴更换后使用AE300-Wizard软件输入正确的对应气缸的IQA码。为保证IQA码正确输入，建议使用扫描仪来完成本项工作。理想的状态是发动机的4个喷嘴在给定的激磁时间和轨压下获得相同的喷油量，但是在喷嘴生产过程中不可避免地会由于电磁特性、加工误差等导致各喷嘴喷油量差别。这种喷油量偏差在低轨压和更短的激磁时间状态下表现得更为明显，导致发动机慢车工况下振动和运行粗暴。工厂在完成喷嘴组装后，要对每个喷嘴进行喷油量检测，将喷嘴喷油量偏差值调整量信息以IQA码形式打印在喷嘴壳体上。维修人员更换喷嘴后在AE300-Wizard软件中填入对应缸号的IQA码，并将该喷油量偏差值调整量编入ECU数据程序中，ECU将自动执行各喷嘴喷油量纠偏。

3.4 进入高于燃油泵的燃油大部分被增压后送入高压油轨，另一少部分作为柱塞、偏心轴和摆环的润滑剂和冷却液将高压泵工作时产生的热能带走。高压泵润滑回油、高压油轨调压溢流以及喷嘴伺服回油汇聚后，经回油散热器冷却回到本侧燃油箱。对于DA42飞机，当出现一侧燃油箱的回油温度明显高于另一侧油箱时，预示着本侧发动机高压燃油泵正在经历过高的载荷，泵体发热量增加，回油温度也相应升高。此时，有理由怀疑高压泵已发生了机械故障或FMU电磁阀工作不正常，维修人员应使用AE300-Wizard软件检查故障记录和数据记录，确定故障来源。

4  总结

文章通过对DA42NG飞机发动机燃油系统结构组成及功能的分析，参照相似机型维护经验及飞机发动机维护手册要求，提出了该型发动机使用期间可能出现的典型故障及预防策略，为该型飞机的正常维护提供了参考借鉴。

参考文献：

[1]林学东.发动机原理[M].二版.北京：机械工业出版社，2014.

[2]吕彩琴.汽车发动机电控技术[M].北京：国防工业出版社，2016.

[3]王尚勇，杨青.柴油机电子控制技术[M].北京：机械工业出版社.