3516B发动机电子调速系统浅析

常密生 王建平 郭晓亮 靳从升

【摘要】随着平台发动机组运转时间的增加，出现这样或那样的问题是难免的，这个问题或在某个阶段成为影响平台正常生产的主要矛盾。本文在介绍发动机结构参数、仪表盘和ECM的基础上，对3516B电子调速系统进行了浅析，为以后的设备运行维护工作做些准备。

【关键词】仪表盘；ECM；电子调速

一、引言

发动机是海洋钻井平台的动力源泉，发动机发出电能供平台其他设备使用。3516B是卡特彼勒公司3500系列功率等级为B级的一款发动机，即满负载时间不超过80%，负载周期性变化。采用了先进的电喷调速技术，具有更佳的排放特性、燃油经济性、更优化的动力、维修简单、灵活可靠等优点。每个缸配备一台单体泵，单体泵的喷油量由电磁阀控制，电磁阀被ECM控制。

二、发电机参数

中油海5号平台选用的卡特SR4B发电机额定电压600VAC，电流2130A，频率50Hz，视在功率2214KVA，额定功率1550KW，功率因数0.7，绕组绝缘等级为H级。励磁系统为永磁發电机通过DECS-100给交流副励磁机提供可控的励磁电流，副励磁机的转子通过旋转整流器给主励磁机提供励磁，副励磁机、旋转整流器、主励磁机三者都安装在发动机主轴上，和主轴同步转动。

三、发动机本地仪表盘

仪表盘是发动机的控制站。在仪表盘的正面有以下几个控制功能：船舶动力显示，发动机控制开关，紧急停止按钮和指示灯。仪表盘的内部包含：超越控制开关，控制继电器和二极管。超控控制开关有以下几个功能：曲轴重载，预润滑重载，保护重载和低怠速。

功率分配板为发电上的各种系统分配电能，功率分配板外部有连接直流电源的接线柱和5个断路器开关，内部由控制继电器、断路器、二极管、控制开关和定时器组成。5个断路器开关分别为主ECM、副ECM、预润滑和空气关断、仪表盘和启动器和交流发电机供电。

四、ECM简介

ECM是发动机电子控制系统的心脏，它决定着正时和气缸的可设定燃油量。它的功能包括：为发动机电子元件提供电源、通过各种传感器监视发动机的工作状态、燃油控制计算机（电子调速器控制发动机转速）、记录发动机的各种故障、先进的电子诊断工具、根据需要控制参数可编程、发动机电路的控制。正常运行时，ECM接收从传感器和配电间发电机进线柜传来的所有信号，经内部计算处理后，通过控制单体泵电磁阀来控制发动机速度，并时时更新。电子控制模块ECM包含软件和控制图两种个性化模块，更换个性模板和刷新程序都可以升级个性化模块。Flash file是ECM的软件，Flash file中含有各种控制图，控制图决定着发动机的功率和扭矩特征曲线。平台选用的ADEMⅢ 与ADEMⅡ的ECM先进之处在于：运算速度更快、内存更大；无需燃油冷却；新的零件号；接线略有改变；ET需要2004B以后的版本。

五、电子调速原理

（一）数据传输线路

3516B带有两种数据传输线路，Cat Data Link 和Can Data Link。

Cat Data Link是用来和其他处理器交流，Data Link通过信息共享可以成倍减少系统中传感器的数量。其他电子控制系统可以通过Data Link获得发动机上的信息。Data Link还可以作为电子维修工具的接口。

电子维修工具插头插入Data Link的连接器，就可以和ECM通讯，连接器和电子维修工具是串口连接。连接器把从Data Link中读出了语言变换成电子维修工具需要的语言。Data Link转换器位于发动机客户接口上。电子维修工具也可以显示发动机运行的实时监控数据。

CAN Data Link用来从ECM中读取发动机信息和诊断信息。CAN Data Link用于ECM用户保护装置和各种显示模块。

（二）燃料喷射过程

ECM通过变化的信号控制单体泵的喷油量。单体泵在电磁阀供电时喷油。ECM向单体泵电磁阀提供一个105VDC电压信号，这个电压信号激活电磁阀。通过控制发动机正时和电压持续时间，ECM能够控制喷油时间和喷油量。

一旦ECM决定了被要求的喷油量，ECM就必须决定燃料喷射时间。ECM通过发动机速度/正时传感器信号获得每个气缸上止点的位置。ECM决定相对于上止点的位置何时喷油，并且ECM在可设定的时间向单体泵电磁阀提供信号。ECM结合发动机最佳运行特性，最佳燃料燃烧率，和对白烟的最佳控制来调整喷射时间。

单体泵的燃油喷射过程是ECM控制发动机正时和转速，燃油从进油管线流入单体泵。每当凸轮轴通过摇臂压缩单体泵时，如果单体泵电磁阀通电，电磁阀关断出油口，燃油就能够被压缩并从喷油嘴进入气缸；如果电磁阀没电，燃油虽然被压缩由于出油口没有关闭，燃油因压力太小只能流回燃油罐。

（三）电子调速原理

发电机启动后，根据系统的设定值，在设定的时间内升速到900转/分。怠速/额定开关打到额定位置时转速额定端子闭合，2301A得到信号并通过执行机构端子向ECM发送信号。ECM通过综合计算决定喷油量和单体泵供电时间后向单体泵电磁阀供电。2301A结合转速传感器的反馈信号不断地向ECM发送信号。最终使发电机转速升高并维持在1500转/分左右，频率50Hz左右。如果转速低于1500转/分，手动调节转速微调电位器R1，从而改变2301A和ECM之间的传输信号，进而使转速保持在1500转/分。

发动机无论是单机运行，还是并网运行，带载荷后转速都随负载变化而变化。发电机载荷突然增大时，发动机转速将有下降的趋势，这时ECM将结合2301A信号、转速/正时传感器提供的实际转速信号等因素，通过单体泵向气缸喷射较多的燃料，用于提高实际转速。发电机载荷突然减少时，与之相反。

六、总结

3516B发动机是中油海5号平台所有设备的动力来源，做好发动机的运行维护工作十分重要，这就要求我们做好日常检查保养得同时，不断加深发动机理论知识的学习研究，必要时能够及时排除故障恢复使用。