AE300 E4-C发动机系统原理和维护提示

2020-09-10张宇庆

内燃机与配件 2020年12期

摘要：奥地利AE公司的AE300 E4-C发动机在国内主要用于钻石NG系列飞机，由于该机型较新，发动机可获取的技术资料较少，其使用及维护特性还在研究。本文通过分析该发动机各系统构成和基本原理，提出维护提示，转变人员活塞发动机固定维修模式，提高人员的维修能力，降低飞机维修风险。

关键词：AE300;发动机;原理;维护提示

0 引言

AE300 E4C发动机是一个由汽车发动机改造而成，具有涡轮增压，双顶置凸轮轴直列4缸，液冷，采用燃油共轨技术的压燃式煤油发动机，配备了齿轮箱和一个可变螺距螺旋桨，由EECU控制发动机进气、燃油量和螺旋桨转速，其发动机最大168hp的功率，汽缸压缩比17.5：1，主要系统包括发动机控制组件、进气系统、燃油系统、滑油系统和冷却系统。该发动机在国内通航使用时间较短，其发动机各系统原理对比以往通航飞机常用的Lycoming活塞式发动机飞机有较大的区别，人员对该发动机的认知较浅，需要积累大量的维护经验，保障该机的正常使用和维修。

1 发动机构成和控制原理

1.1 发动机本体

发动机核心为OM640汽车发动机，本体主要部件为机匣、曲轴、凸轮轴、缸盖、气门、汽缸、活塞、双质量飞轮。

发动机机匣为单件挤压铸造件，基于这种设计，不需要单独的汽缸套，同时使用铸铁制造，具有良好的故障安全运行功能，同时降低了噪音。由于发动机为液体冷却，机匣内还包括一体式汽缸和冷却通道。每个汽缸有4个气门，两个进气门和两个排气门，为了提高燃烧效率，这些气门围绕燃烧室中心呈圆形布置。

活塞材料为铸铝，并有铸钢环载体，活塞顶部是圆顶和嵌入式，以优化燃烧，活塞壁上装有聚四氟乙烯垫，可减少摩擦，改善阻力。

发动机曲轴由真空重铸锻造钢制，安装于机匣内部。缸盖由高强度铝合金制成，两个凸轮轴安装在汽缸盖上，每个凸轮轴驱动汽缸的一个进气门和一个排气门，一个凸轮轴是由链条直接从曲轴驱动的，另一个凸轮轴是通过齿轮从动的，链传动由双钢链组成，链条自动张紧。

双质量飞轮安装在机匣和齿轮箱之间，也叫扭矩减振器，是一种连接到发动机曲轴上以减少扭矩振动的装置。减振器由质量元件（主轮）和耗能元件（次级飞轮）两部分组成，质量元件抵抗振动的加速度，能量耗散元件吸收振动，同时在运行时减弱螺旋桨传递给发动机的振动，以保护曲轴免受损坏。

1.2 电子发动机控制组件

发动机有一个电子发动机控制组件（EECU），包含两个单独通道（ECU A和ECU B），位于发动机吊舱的一个控制盒内采用“热备份模式”运行，两个ECU都是运行的;两个ECU模块只有一个工作模块连接到作动机构，而第二个模块处于备份工作模式，控制盒中有一逻辑电路，由其确定哪一个控制单元工作，哪一个热备份，并且在需要时自动控制切换;EECU VOTER开关，用于切换ECU A 和 ECU B，在所有正常工作状态，VOTER开关置于自动位置，一个ECU单元控制发动机工作;飞行员可以通过该开关手动选择工作ECU通道。

ECU信号来源于发动机传感器，传感器又分为单通道传感器和共用传感器，单通道传感器只能给对应的ECU反馈信号，共用传感器可以给两个ECU通道都反馈信号。

该发动机的所有参数均由电子发动机控制组件（EECU）控制，通过传感器接收信号参数反馈至EECU，EECU进行评估计算得出当前发动机需要的进气、燃油和螺旋桨转速，并由发动机各系统作动器控制对应系统的参数改变，交联和控制如图1。

1.3 进气系统

进气系统主要部件包括进气道、涡轮增压器、中冷器、进气总管，原理和汽油活塞发动机类似，主要差异为涡轮增压器和增压作动器。

涡轮增压器转速由EECU控制，通过测量进气压力和大气压力，确定进气总管需要的压力目标值。EECU将与此目标值对应的输出信号发送给增压作动器，再驱动废气活门。

增压作动器使用来自进气总管的空气压力来控制膜盒，膜盒通过控制杆机械连接到涡轮增压器废气活门，调节绕过涡轮增压器涡轮的废气量以控制压缩机的进气量。增压作动器的压力设定值根据发动机温度、大气压力和进气温度来修正。

空气的整个循环图2，外界空气进入进气道，经过空气滤（若使用备用进气活门不流经空气滤），通过涡轮增压器压缩机增压，流经中冷器降温进入发动机进气总管，部分空气进入增压作动器，部分进入各汽缸燃烧，通过涡轮增压器的涡轮至排气总管排放。

1.4 燃油系统

燃油系统与汽油活塞发动机差异较大，主要部件为低压泵、高压泵、燃油共轨、燃油喷嘴。

单侧发动机有两个燃油低压泵，将油箱燃油向高压泵输送。正常运行时，只有一个低压泵是工作的，在低壓泵和高压泵之间有一个燃油滤，能够清除运行过程中可能出现的污染。系统在高压泵进口处测量燃油温度和压力，在检测到压力损失的情况下，EECU会自动切换ECU通道控制对应的低压泵。

高压泵以最大24366 psi的压力向燃油共轨和喷嘴提供燃油，为了确保所需的燃油量被压缩，装有燃油计量组件，部分过量燃油用于高压泵的冷却和润滑，过量的燃油被加热并通过回流管回流到油箱中。

共轨是一个高压油箱，为喷嘴提供燃油，其实际燃油压力是由共轨压力传感器测量的。EECU解析共轨压力，将其与目标值进行比较，并调整共轨压力控制活门以达到正确的压力，多余的燃油流回油箱。燃油通过喷嘴供应端口供应给喷嘴，多余的燃油也会返回，所以供给喷嘴的燃油压力是不断变化的。

更高的燃油压力确保燃油能够更好的汽化、燃烧，获得更短的喷射时间，使其在最佳时间提供所需的燃油量。通过改变燃油压力，喷油时间可以根据给定的期望喷油量进行调整，从而在较低的转速下实现更好的燃烧。

燃油喷嘴是电磁驱动装置。燃油进入喷嘴并进入正常储油室，那里有油针阻止其进入燃烧室，同时，燃油通过一个孔进入控制储油室，以平衡作用在柱塞上的极端高压，柱塞由弹簧张力保持关闭。EECU通过插头连接向喷嘴提供电气控制信号，连接器激活线圈并打开控制室泄油孔，燃油放泄，使柱塞打开，油针开启，燃油进入燃烧室。

燃油控制循环如图3所示。

1.5 滑油系统

滑油系统分为发动机滑油系统和齿轮箱系统。

发动机滑油主要用于发动机部件的润滑，滑油储存于收油池，通过曲轴带动齿轮泵吸出到达滑油/冷却液热交换器冷却，然后经滑油滤过滤，一部分滑油外部循环至润滑涡轮增压器，一部分内部循环至机匣、曲轴、凸轮轴、气门机构、定时链等内部机构，滑油最后通过油气分离器回流到发动机收油池，空气则排到发动机外部。为保证系统压力正常，发动机滑油滤壳体上有一根回油管连到收油池，可以将多余的滑油不经过循环直接排回收油池。

齿轮箱可以将发动机的最高转速从3880转降低到2300转，减速比为1.69：1。电控调速器连接到齿轮箱顶部，由发动机功率杆位置确定控制螺旋桨需要的转速，实现变距。该系统的滑油主要用于齿轮箱内部各齿轮的润滑，并提供螺旋桨变距的滑油，滑油流经齿轮箱、螺旋桨、调速器和回桨储压器。

1.6 冷却系统

冷却系统为发动机各部件进行冷却，主要部件为水泵、温控活门、滑油/冷却液热交换器、散热器、膨胀箱、散热器和管路。

水泵是一个旋叶泵，由发动机后部的多楔带驱动，将已吸收热量的冷却液抽出进行循环散热。冷却循环分为大循环和小循环，在小循环中，冷却液流经滑油/冷却液热交换器;大循环中，冷却液流经散热器。循环的控制由温控活门控制，打开后冷却液可进入散热器散热，冷却液温度在80°C时开始温控活门打开，在95°C时完全打开。冷却液膨胀箱安装在系统最高位，内部有硅酸盐包过滤，箱体上安装有释压活门，防止系统压力过大影响系统功能。

1.7 其它机构

发动机上还装有发电机、起动机、电热塞、电热塞控制组件等部附件。

发电机由多楔带驱动发电，选装了空调的DA42NG飞机左发动机还装有一个附加交流发电机专门给空调系统供电。

起动机安装双质量飞轮机匣上部，起动时带动飞轮转动以驱动曲轴。

电热塞和电热塞控制组件以冷却液温度为判断标准控制电热塞给汽缸加温。

2 维护提示

发动机基本维护常识参考手册和以往的Lycoming发动机经验，这里给出的提示均为在实际工作中总结的经验，减少维护人员因维修理念未转变导致发动机故障的情况发生。

2.1 适航性资料

維护手册部分内容过于简单，同时由于手册编制人员其母语不是英语，所用的某些语法、单词和句型有生涩、不容易理解和不严谨的地方。维修人员在阅读使用手册时应增强“举手意识”，遇到难以理解、操作性不强或与实际不相符合等存在疑点的地方，应及时提出，避免蛮干，将问题向厂家进行反馈，并视情开展技术研究确保手册内容得到正确理解和执行。

维护手册上的维护要求和培训时的实际维护内容存在不一致甚至矛盾的地方，维修人员在厂家没有正式回复前应严格按照维护手册要求实施维修工作。

发动机零件目录（IPC）可阅读性较差，部分零部件未列出，同时还存在与飞机实物不符的情况，其件号的主要参考依据为飞机设计图纸。维修人员应及时收集类似问题，避免航材订错、领错、装错。

2.2 航线、定检维护工作

①发动机滑油消耗量很小，要求不大于0.1l/h，如果航线检查时发现消耗异常，应及时对滑油系统进行检查。

②进行齿轮箱维护工作时，应在释压活门上挂“禁止拆卸”的标签，避免误拆;齿轮箱油检查时油液应高于齿轮箱油检查窗的1半，正常情况不应消耗;因通电打开发动机开关后储压器的油液会回流，所以检查标准不应按照通电打开发动机开关后再检查，应以发动机正常停车冷却后的量为准;更换了齿轮箱滑油，地面试车后因整个系统充分进油，齿轮箱油可能不足，需要再次检查。

③当发动机很热时不要卸下冷却液膨胀水箱的口盖，水箱里有加压高温冷却液，高温冷却液会对人体造成伤害;冷却液膨胀箱压力测试要先拆卸硅酸盐包和滤网，如果充气时压力表指示不降，禁止立刻拆卸口盖，应将冷却液从打气设备的泄压活门放掉待降压后再重新添加冷却液;冷却液更换时发动机因处于冷却状态，温控活门未开起，地面试车时将温度升高以打开温控活门将大循环填充满，停车冷却后再次添加冷却液至正常液位。

④回桨储压器充气前必须通电并打开发动机开关，确保储压器电磁阀打开;在螺旋桨、调速器、储压器及其相关管路拆装工作过程中，禁止通电并打开发动机开关。

⑤燃油系统维护时建议将低压泵跳开关拔出，否则通电并打开发动机开关会使低压泵会处于工作状态。

⑥公制、英制紧固件都存在，同时该发动机的螺帽、螺栓力矩值偏大，一定要找对合适的工具，避免紧固件滑丝、损坏的情况。

⑦发动机某些部位存在一次性螺栓，每次拆卸必须报废，安装新件时若未按规定的力矩或角度完成拧紧工作，必须报废后再使用新件。

⑧发动机空间狭小，发动机管路、导线、电缆排布密集，外部容易出现磨损，定检时应加强检查。各管路、电缆的间隔尤其重要，捆扎和固定要求较高。

2.3 地面试车提示

①发电机开关接通电热塞，当处于开位时起动发动机，不会出现起动困难。

②ENGINE GLOW 并非每次打开发动机开关都会出现。

③更换发动机全新喷嘴后的初次地面试车可能出现起动困难，需多次尝试起动。

④在ECU测试完成前，若释放“ECU TEST BUTTON”按钮或操纵功率杆，将终止测试程序，ECU测试过程中可能会出现发动机抖动。

⑤关车时建议将功率杆放置慢车，放置于10%功率停车会导致个别螺旋桨顺桨。

⑥除应急情况外，禁止采用关闭燃油选择活门的方式进行关车。