新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)電子調(diào)速器原理與故障分析

摘要：本文主要描述發(fā)動(dòng)機(jī)的電子調(diào)速器是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，正因?yàn)樗膬?yōu)越性，得到行業(yè)的認(rèn)可。電子調(diào)速器的重要性關(guān)系到的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和經(jīng)濟(jì)效益。描述電子調(diào)速器的流程為輸入轉(zhuǎn)速與原設(shè)定值進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差值，以此為信號(hào)傳遞給控制器，控制器再進(jìn)行處理，指令執(zhí)行器，執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，如仍不滿足，反饋給發(fā)電機(jī)組控制器，直到滿足要求，使得發(fā)動(dòng)機(jī)合理的轉(zhuǎn)速。電子調(diào)速器主要故障有不能啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、運(yùn)行中自動(dòng)停機(jī)、超速、電子調(diào)速器本身，外界環(huán)境因素的影響和操作人員的維護(hù)保養(yǎng)。因此，減少調(diào)速系統(tǒng)的故障，對(duì)保證柴油發(fā)電機(jī)正常工作極為重要。此外，操作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電子調(diào)速器的保養(yǎng)維護(hù)的能力，保證電子調(diào)速器能正常穩(wěn)定工作，最終獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有良好的性能。

 

一、工作原理

 

       電子調(diào)速器與機(jī)械調(diào)速器主要差別是用電流和電壓取代了離心飛塊和調(diào)速?gòu)椈傻淖饔昧Α，F(xiàn)有的電子調(diào)速系統(tǒng)都采用永磁單柱電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器（MPS）該傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸齒輪旁，傳感器觸頭與齒輪齒頂之間只有非常小的氣隙。

1、機(jī)械調(diào)速器

2、電子調(diào)速器

      電子調(diào)速器是柴油發(fā)電機(jī)組上廣泛使用的自動(dòng)調(diào)速部件。簡(jiǎn)單來(lái)講就是一個(gè)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制裝置它的任務(wù)就是使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在恒定的速度，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的速度保持在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速而不受負(fù)載變化的影響，其核心部件是一個(gè)可控硅調(diào)壓電路，通過(guò)改變可控硅導(dǎo)通角大小，控制輸出電壓高低。

      具體來(lái)說(shuō)就是用轉(zhuǎn)速調(diào)整電位器設(shè)定需要的轉(zhuǎn)速，測(cè)速傳感器通過(guò)飛輪上的齒圈測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，并送至控制器，在控制器中實(shí)際值與設(shè)定值相比較，其比較的差值經(jīng)控制線路的整理、放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器輸出軸，通過(guò)調(diào)節(jié)連桿拉動(dòng)噴油泵齒桿，進(jìn)行供油量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到保持此設(shè)定轉(zhuǎn)速的目的。

      這種電子調(diào)速器還可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)使用場(chǎng)合的需要選擇不均勻度的大小。當(dāng)進(jìn)行無(wú)差調(diào)速時(shí)，電子控制系統(tǒng)會(huì)將負(fù)荷變化而引起的設(shè)定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的差值消除，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持原設(shè)定的轉(zhuǎn)速。根據(jù)機(jī)組需要，也可調(diào)節(jié)不均勻度電位器，以使調(diào)速系統(tǒng)獲得滿意的靜態(tài)調(diào)速率。

      該電子調(diào)速器還配有多種附件裝置，根據(jù)機(jī)組需要，裝上相應(yīng)附件，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步、負(fù)荷分配及負(fù)荷預(yù)置等功能要求。電子調(diào)速器的特點(diǎn)是可分別獨(dú)立的決定調(diào)速特性，在裝有全部附件的情況下能夠確定好的扭矩特性、怠速特性和過(guò)渡特性等。用電子調(diào)運(yùn)器能適應(yīng)各種不同機(jī)型的要求。

 

二、機(jī)械式調(diào)速器的主要故障

1、運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或“游車”

      診斷流程見(jiàn)圖1所示，柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的主要原因如下：

（1）供油齒桿移動(dòng)阻滯；

（2）調(diào)速器內(nèi)部杠桿系統(tǒng)的連接銷及銷孔、飛錘組件等因磨損松曠而使自由行程增大、調(diào)節(jié)靈敏度下降；

（3）調(diào)速器內(nèi)部各種調(diào)速?gòu)椈煽⒄蹟唷⒄{(diào)整不當(dāng)或因長(zhǎng)期使用疲勞而變軟；

（4）潤(rùn)滑油不足、變質(zhì)或過(guò)臟，使調(diào)速器部件運(yùn)動(dòng)阻力增大而降低動(dòng)作靈敏度。

2、 柴油機(jī)飛車

      凡是引起調(diào)速不靈敏的原因嚴(yán)重時(shí)都會(huì)造成飛車。包括調(diào)速器起作用轉(zhuǎn)速過(guò)高、調(diào)速部件生銹卡滯、調(diào)速器內(nèi)各杠桿銷子裝配過(guò)緊，各杠桿雖可以移動(dòng)，但不靈活；調(diào)速器殼體內(nèi)的機(jī)油面過(guò)高或粘度過(guò)大使飛錘旋轉(zhuǎn)甩開(kāi)困難等。

3、起動(dòng)困難

      有關(guān)調(diào)速器部分造成起動(dòng)困難的主要原因包括起動(dòng)彈簧脫鉤或損壞、供油齒桿前移阻滯、供油齒桿裝配位置不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)時(shí)供油量不足而難以起動(dòng)；供油齒桿導(dǎo)動(dòng)銷脫落，供油齒桿將不受控制等。

4、發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)

      正常情況下，環(huán)境溫度高于5°C，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常按三次啟動(dòng)按鈕均能順利啟動(dòng)。若經(jīng)多次按啟動(dòng)按鈕，發(fā)動(dòng)機(jī)仍不能啟動(dòng)，則應(yīng)視為啟動(dòng)困難或不能啟動(dòng)。

      發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)的原因是多方面的，但概括起來(lái)主要有三個(gè)方面：一是蓄電池電量不足，引線接觸不良，啟動(dòng)電機(jī)的電磁開(kāi)關(guān)短路片接觸不良；二是電子調(diào)速器的執(zhí)行器不工作，轉(zhuǎn)速傳感器無(wú)信號(hào)輸出等；三是啟動(dòng)油量過(guò)小，油路有空氣，供油時(shí)間過(guò)早過(guò)晚，氣門間隙過(guò)小等。

      判斷排除發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)的故障，診斷流程見(jiàn)圖2所示。

（1）在按啟動(dòng)按鈕時(shí)，即可判斷蓄電池和啟動(dòng)電機(jī)是否正常。風(fēng)扇轉(zhuǎn)得很快，即為正常，反之亦然。

（2）檢查電子調(diào)速器執(zhí)行器是否工作依按啟動(dòng)按鈕的同時(shí)，注意觀察執(zhí)行器是否動(dòng)作，有動(dòng)作說(shuō)明正常，反之有故障)；轉(zhuǎn)速傳感器是否正常，可通過(guò)測(cè)量電阻來(lái)判斷。

（3）啟動(dòng)供油量是否正常可通過(guò)油泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行校驗(yàn)，油路中有空氣，可以通過(guò)排空空氣來(lái)排除氣門間隙可通過(guò)調(diào)整達(dá)到正常值，氣門間隙可通過(guò)調(diào)整達(dá)到正常值。

 

圖1  柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)故障判斷與處理流程圖

圖2  柴油機(jī)不能啟動(dòng)故障判斷與處理流程圖

 

三、電子調(diào)速器主要故障

 

1、速度控制板檢測(cè)

      ESD5500E系列在康明斯B、C系列柴油發(fā)電機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)中被采用，其功能按鈕指示如圖3所示，配套零件實(shí)物如圖4所示。該型調(diào)速板建立在ESD5111的基礎(chǔ)上，新增加了啟動(dòng)燃油量控制和平滑緩慢啟動(dòng)過(guò)程控制，這些新的特點(diǎn)可以解決發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中由急速加油而造成的冒黑煙現(xiàn)象，極大的提高了發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。是目前功能非常豐富、完善的型號(hào)，在新款發(fā)電機(jī)中被廣泛的使用。如果控制系統(tǒng)不工作，可按下述步驟進(jìn)行電壓檢測(cè)：

① E（-）、F（+）電源輸入端子，正常時(shí)電壓DC12V或DC24V(視所接蓄電池而定)。若不正常，可能的故障原因是電池沒(méi)連接、保險(xiǎn)絲端，電池電壓低或接線錯(cuò)誤。

② C、D速度傳感器輸入端子、起動(dòng)時(shí)至少AC1.0V。若不正常，可能的故障原因是速度傳感器和齒輪齒間的間隙過(guò)大、速度傳感器接線錯(cuò)誤(在C、D接線端子間的電阻應(yīng)為250Ω至1500Ω)或速度傳感器損壞。

③ P、G電壓輸出端子。正常DC10V內(nèi)部電壓、若不正常，可能的故障原因是接線端子P短接(短接該接線端子可能導(dǎo)致速度控制板損壞)、速度傳感器損壞。

④ B（-）、A（+）端子起動(dòng)時(shí)測(cè)量電壓應(yīng)在DC 6.0V～DC 8.0v之間。若不正常，可能的故障原因是速度調(diào)節(jié)設(shè)定太低、電磁執(zhí)行器接線短路或開(kāi)路、速度控制板損壞或電磁執(zhí)行器損壞。

 

圖3  esd5500e電子調(diào)速器功能圖

圖4  調(diào)速系統(tǒng)零件組合圖

 

2、調(diào)速板引起的故障

      采用ESD5500E系列速度控制板的電子調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)際使用過(guò)程中常見(jiàn)的故障原因包括柴油發(fā)電機(jī)不能起動(dòng)，除起動(dòng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)故障外，電子調(diào)速器的執(zhí)行器不工作，轉(zhuǎn)速傳感器無(wú)信號(hào)輸出也會(huì)造成這種現(xiàn)象。

（1）無(wú)信號(hào)輸出或信號(hào)弱

      轉(zhuǎn)速傳感器失效和安裝不當(dāng)均會(huì)導(dǎo)致無(wú)信號(hào)輸出或信號(hào)弱，信號(hào)路徑如圖5所示。轉(zhuǎn)速傳感器是否失效，可通過(guò)測(cè)量電阻來(lái)判斷。雖然速度控制板可以處理0.5V的速度傳感器信號(hào)，但較強(qiáng)的電磁速度傳感信號(hào)可以避免干擾，轉(zhuǎn)速信號(hào)最好能大于3V。

解決方法：

      可以通過(guò)調(diào)小速度傳感器頂端和柴油發(fā)電機(jī)飛輪輪齒間的間隙，提高速度傳感信號(hào)的幅值。當(dāng)起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)時(shí)速度傳感器信號(hào)電壓若小于交流1.5 V,應(yīng)檢查傳感器頂端是否清潔或可通過(guò)擰進(jìn)傳感器1/8～1/4圈進(jìn)行調(diào)整，直到符合規(guī)定為止。其次，檢查電子調(diào)速器執(zhí)行器是否工作(在按起動(dòng)按鈕的同時(shí)，注意觀察執(zhí)行器是否動(dòng)作，有動(dòng)作說(shuō)明正常，反之有故障)。

（2）轉(zhuǎn)速不穩(wěn)

       發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速表、頻率表指針左右擺動(dòng)，而擺動(dòng)幅度超過(guò)允許值范圍。引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)的原因很多。但主要的有三個(gè)方面：一是電子調(diào)速器調(diào)整微分，增益調(diào)諧失靈；二是電子調(diào)速器執(zhí)行器與噴油泵齒條接合處有松動(dòng)現(xiàn)象或不靈敏；三是噴油泵各缸供油量不均勻和供油時(shí)間過(guò)早等。

解決方法：

①  檢查電子調(diào)速器執(zhí)行器與噴油泵齒條接合處的間隙是否正常以及運(yùn)動(dòng)是否靈敏；

② 拆下噴油泵上油泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行校驗(yàn)；檢查調(diào)整供油時(shí)間等。

③ 電子調(diào)速器微分（超前電路）調(diào)整，增益調(diào)整不當(dāng)或失靈。

      開(kāi)關(guān)C1在ESD5500E中控制著“超前電路”正常位置是“ON”。如果是系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)過(guò)快且不穩(wěn)定，則應(yīng)轉(zhuǎn)換至“OFF”位置。重新調(diào)節(jié)增益(GAIN)和穩(wěn)定度(STABILITY)，也可以改善穩(wěn)定狀況。如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定通過(guò)以上辦法無(wú)效，則應(yīng)檢查燃油系統(tǒng)和柴油發(fā)電機(jī)狀態(tài)。另外稍微加大降速(DROOP)，也可以穩(wěn)定系統(tǒng)。

（3）轉(zhuǎn)速低

      轉(zhuǎn)速低主要原因是供油量不足。應(yīng)檢查執(zhí)行器是否能達(dá)到滿負(fù)荷。首先測(cè)量起動(dòng)時(shí)的電池電壓。對(duì)于電壓12V系統(tǒng)低于9V或24V系統(tǒng)低于18V，應(yīng)更換蓄電池。蓄電池電壓正常，則可短接接線端子A和F，此時(shí)，執(zhí)行器將達(dá)到滿油位置。如不能達(dá)成該狀態(tài)，則可能是執(zhí)行器或電池接線問(wèn)題、執(zhí)行器損壞或保險(xiǎn)斷。測(cè)量執(zhí)行器輸出(接線端子A和B)，如果電壓測(cè)量值約6～8V,則執(zhí)行器基本正常。達(dá)不到滿油狀態(tài)的原因可能是機(jī)械原因（執(zhí)行器控制桿存在卡滯現(xiàn)象、控制桿安裝問(wèn)題）或速度設(shè)定過(guò)低。

（4）轉(zhuǎn)速高

      轉(zhuǎn)速高(超速)可能的故障原因是速度控制板損壞、轉(zhuǎn)速信號(hào)問(wèn)題或速度(SPEED)設(shè)定問(wèn)題。

① 不起動(dòng)，給系統(tǒng)加直流電。若執(zhí)行器達(dá)到滿供油位置，但斷開(kāi)速度傳感器接線端子C和D后執(zhí)行器仍在滿供油狀態(tài)，則可能是速度控制板損壞；斷開(kāi)速度傳感器接線端子C和D后執(zhí)行器在最小供油位置，則速度信號(hào)有問(wèn)題，應(yīng)檢查速度傳感器。

② 起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，測(cè)量速度控制板上的接線端子A(+)和B(-)間的直流電壓。如果電壓在DC6.0～DC8.0V,則執(zhí)行器基本正常，可能的故障原因是速度(SPEED)設(shè)定值偏高、速度控制板損壞。如果電壓過(guò)高，可能的故障原因是執(zhí)行器或其連接機(jī)構(gòu)有問(wèn)題。如果電壓過(guò)低，可能的故障原因是速度控制板損壞或增益過(guò)低。

（5）柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行中自動(dòng)停機(jī)

      通常有突然停機(jī)和緩慢停機(jī)兩種情況，其現(xiàn)象都是從額定轉(zhuǎn)速迅速或緩慢降至為0。診斷流程如圖6所示。

① 突然停機(jī)的主要原因

● 保護(hù)繼電器是否有誤報(bào)警動(dòng)作；

● 電子調(diào)速器電源斷電，供電回路是否有接觸不良等；

● 轉(zhuǎn)速傳感器無(wú)信號(hào)輸出或信號(hào)弱；

● 柴油機(jī)受到的阻力矩超過(guò)了其輸出轉(zhuǎn)矩(如抱軸、拉缸等)。

解決方法：檢查執(zhí)行器電纜、轉(zhuǎn)速傳感器電纜，微調(diào)電位器電纜是否有接觸不良部位；

② 緩慢停機(jī)的原因

      通常是燃油供不上或油路中有空氣所致。

解決方法：檢查柴油箱是否有柴油及油路是否暢通和油路中是否有空氣，應(yīng)逐項(xiàng)排查。

 

圖5  柴油發(fā)電機(jī)電子調(diào)速器信號(hào)路徑

圖6  柴油機(jī)運(yùn)行中自動(dòng)停車故障判斷與處理框圖

 

總結(jié)：

      除了以上故障，其他故障還包括電子調(diào)速器的執(zhí)行器故障，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速不靈[；電子調(diào)速器的控制器故障導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的崩潰；電子調(diào)速器的傳感器的故障導(dǎo)致了信號(hào)無(wú)法傳遞，使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)不了；電子調(diào)速器的PID器件損壞，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速反復(fù)上下擺動(dòng)；電子調(diào)速器的調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，靈敏度不靈敏，放應(yīng)速度緩慢等等故障。柴油機(jī)調(diào)速器作為控制柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的重要裝置，其基本原理是通過(guò)負(fù)荷感應(yīng)器、調(diào)速器控制裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。柴油機(jī)調(diào)速器在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛應(yīng)用，能夠保持機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。了解和掌握柴油機(jī)調(diào)速器的工作原理及故障排除方法，有助于更好地使用和維護(hù)柴油機(jī)設(shè)備。

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