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“底特律”柴油机制造厂是美国五大柴油机制造厂之一，在被克莱斯勒及戴姆勒-奔驰集团并购后,与德国MTU 共同研发了MTU/DDC12V4000系列柴油发动机,该发动机采用底特律柴油机第四代电控系统,全电脑控制,电子共轨,各缸独立喷油器,由高频电磁阀控制喷油器直接喷油,性能优越、结构复杂,广泛地用于军事、石油、矿山、运输等各行各业。 柴油发动机采用工业级电脑精确控制其运行,柴油发动机上安装了16个传感器，主副电脑将相关温度、压力、转速等重要运行参数采集到电脑内,经处理后对发动机的共轨压力、喷油量等进行精确控制,以满足发动机在各种负载和工况下的要求。 同时,电脑还通过CAN总线将一些重要参数和报警信息传输到EDM上显示出来,如出现电控系统故障后,还能使故障以代码报警形式显示出来,以便操作人员现场监控柴油发动机的工作状态。 目前,中石化第四石油机械厂生产的2000型压裂机组广泛将该柴油机应用在压裂机组上,车台上使用该发动机作为驱动三缸压裂泵的动力设备。 一、检查分析 MTU/DDC12V4000系列发动机所使用的第四代电控燃油喷射控制系统,具有数据收集共享和实时诊断功能,主副电脑实时采集各个传感器传回的数据,通过分析和处理,能将发动机自身不良工作状态通过代码的形式在EDM上显示出来。 根据故障代码,我们可以很容易在工作手册上找到相应的故障。 而这台发动机发生故障时,却没有任何故障代码,EDM上显示的发动机各项基本参数均正常。 对于电控柴油机故障,我们首先想到用特律柴油机专用故障诊断设备和 DDDL软件,读取发动机各个传感器和主副电脑的工作参数,进行数据解析和故障诊断。 但由于现场没有携带该软件,我们只能先从机械、油路、电路3个方面入手查找故障原因。 1、从柱塞泵方面入手 在压裂施工高压下，如果三缸柱塞泵凡尔座和凡尔配合不好或发卡,致使单缸或多缸进液不良,将会对发动机产生一个交变的负荷,这时柴油机电脑(ECM)根据负荷的不断变化而改变瞬时供油量,其结果是供油不均衡,产生脉动冒黑烟的现象,同时伴随车身剧烈抖动,但是不会出现低速提速困难和高转速游车现象,柱塞泵故障可以排除。 为了保险起见,我们更换了该车全部凡尔座、凡尔、凡尔弹簧,上井施工故障现象并没消失,由此,我们判断故障就出在发动机上。 2、从发动机方面入手 本着由易到难的工作程序,先检查空气滤芯是否堵塞,由于出行前刚更换过的空气滤芯,所以很干净;再从油路方面着手,通常柴油机出现提速困难、高速游车现象,最有可能的原因是柴油品质不合格、油路堵塞、管线漏气等。 经询问司机和操作工,没有使用过品质有问题的0#柴油,使用的是胜利压裂机组一直正常使用的-35#柴油,因此可以排除柴油品质因素; 在油路方面:柴油滤芯更换后使用时间不超过20个台时,也不会堵塞。 油箱到发动机的供油管线为黑色一寸半软管,长期使用可能会因管内壁老化而导致脱层,在低压输油泵的吸力下脱落堵塞进油管道,造成供油不畅,但由于油管线太多、太长查找不便,我们使用了排除法: 发动机工作时，在EDM上监视低压油路的压力,压力值稳定在0.5MPa,这时关掉油箱出口的阀门,压力迅速下降同时EDM出现了供油压力低的48代码,证明供油管线没有堵塞,如果堵塞会一直有48代码,而不是在关闭出油口闸门后,所以不用更换管线,油路堵塞因素也可以彻底排除; 在设计时为防止管线漏气影响发动机工作,油箱出油口的安装位置高于输油泵的入口位置,就算有管线漏气也不会影响发动机正常运转,至此可以排除低压油路方面的故障。 3、用 DDDL软件检测 我们考虑每次发动机出现问题时故障现象均相同,而且持续不断,故障可能是出在电控系统。 连接DDDL故障诊断系统测试发动机各项参数,启动发动机,记录发动机10min内全部工作参数,并用图表的形式表达出来,经过反复对比研究。 发现发动机油门VSG值怠速时很不稳定,通常在35~50或70~80,而怠速时的标准值为60~80。 分析认为VSG值实际上就是一个由油门控制电压经ECM转化来的数值,如果VSG值来回跳动,那么与之相对应的油门控制电压不稳,也就是说从油门到发动机主副电脑控制信号输入口有地方接触不良,使得电阻忽大忽小。 测量远控箱到发动机的30m遥控电缆中的第15#、30#油门控制线路,电阻值正常为0.5Ω。 测量遥控电缆输入口到发动机主副电脑控制信号输入口之间的油门控制线路,短短1m的线路电阻值竟为7Ω,故障就在这段线路内,仔细检查线路中每一段的电阻，发现怠速继电器K3两端电阻时为0.6Ω时为6.8Ω,故障点终于找到了。 二、故障排除 该继电器的零件编号为60.12.9.024.0040，发动机运转时,该怠速继电器使用的是常闭触点,仅在发动机回怠速时分离一次再复位,因长期频繁动作致使触点氧化而电阻加大,增加了其在控制电路中的分压,降低了输入控制信号电压,致使油门控制VSG值偏低。 图4 电器控制柜实物图
在更换怠速继电器后,启动发动机,观察油门VSG值,怠速为65左右并且很稳定,发动机提速顺畅、高速无游车现象。 上井施工十余井次发动机工作均正常,再未出现过类似故障现象。 三、结语 大型石油装备中经常使用具有世界先进水平的进口柴油发动机,例如具有底特律第四代电控燃油喷射系统的柴油发动机,对我们来说既是机遇也是挑战。 在实际工作中,当使用底特律柴油机遇到疑难故障时,首先,应当使用专业的监控设备,通过其专业监控软件——DDDL软件,读取解析发动机各项运行参数,为我们判断故障提供科学的依据,及时排除故障,保证设备的正常运转。 
本文原创作者系：
中石化江苏石油勘探局 井下作业处 吴年华， 郭庆水
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