TAE125发动机培训资料综述

1、目录1 柴油发动机21.1功能21.2共轨喷嘴32 TAE 125系列航发32.1关于引擎32.2燃油系统52.3润滑72.4冷却系统72.5(感应)系统和涡轮增压82.6螺旋桨控制系统92.7电子系统102.8性能103.FADEC系统113.1功能113.2FADEC的冗余设计和故障诊断134.结论18总览TMG 是大陆发动机集团的分支机构，中航国际旗下的公司。自2001年TMG为通用航空生产柴油活塞航空发动机以来，现在被推广为大陆柴油发动机。由TMG公司生产的大陆柴油发动机包含，液冷、涡轮增压、直列式4缸和带有双凸轮轴4缸V6共轨柴油发动机以及FADEC 系统。这些发动机由但油门控制，并

2、装备有减速齿轮、离合器/双质量飞轮和可变桨距螺旋桨。所有以上发动机都可以使用标准JET航煤驱动。发动机包含135马力-310马力。功率型号市场名称现状99kWTAE 125-01TAE 125-02-99Centurion 1.7CD-135（以前叫Centurion 2.0）2005年停产在售114kWTAE 125-02-114CD-155（以前叫Centurion 2.0s）在售221kWN/ACD-300 （V6 engine）在开发228kWCenturion 4.0-BE 228 seriesCenturion 4.0（V8 engine）放弃开发TAE125 发动机适用于任意比例

3、的JET航煤和automotive 柴油混合而无需采取其他操作。本文档旨在提供发动机及相关系统的简介，各主题的更详细内容参照后续文档，本文档默认读者了解常规活塞汽油航空发动机的控制和特点。1 柴油发动机1.1功能本节旨在给读者一个关于柴油发动机操作的简要印象，由于使用中不同于汽油发动机，汽油发动机和柴油发动机有两点主要不同：柴油发动机是质量控制，而汽油发动机是数量控制。柴油发动机没有点火系统。在汽油发动机中，空气进入发动机进气系统，燃料通过喷嘴或经过汽化后，燃料和空气混合进入气缸压缩。混合物由点火系统引燃。汽油机由节流阀控制油气混合比从而实现功率控制。所有时间内，该比例仍然接近不变。柴油发动机

4、进气不包含燃料，空气在气缸内单独压缩，压缩导致燃料燃烧。由于所需燃料直接进入燃烧室，同高温空气混合自发燃烧。所以柴油发动机点火而不需要火花。由于不需要火花塞，所以点火时机由喷油时间决定。进入燃烧室的空气量接近恒定，所以，功率控制由进油量决定，没有节流阀。不同的燃烧进程决定了柴油机的一些特性 由于压缩空气需要特定的时间，所以柴油发动机一般比汽油发动机转速低。一定程度上限制了柴油发动机的应用。 压燃需要更高的压缩率，通常是2倍汽油发动机的压缩率。由于给油在周期的后半部分，所以引爆(detonation)不是问题。 这意味着，增压系统是柴油发动机必备的结构。 柴油发动机不在特定油气混合比下引燃，这意

5、味着柴油发动机常常处在贫油状态，低功率下总管压力的控制不及汽油机那样危急。 在给定量下，柴油比汽油包含更多能量，制造柴油更经济。柴油具有较高的燃点，沸点，较差的挥发性。柴油的劣势是，凝点高。常规柴油在-5-10摄氏度会凝结。因此要确保航油温度处于安全值。1.2共轨喷嘴喷油系统是柴油发动机最复杂的部分。因为喷油量，喷雾形状，喷射时间极大影响着燃烧进程的质量。（制造商）花费了极大的努力去设计喷油系统。共轨喷射是喷油系统最先进的技术，简单地说是高压油池给喷嘴供油。油池最大压力大约1350bar或者19500psi，可由阀门控制。极高压确保燃油的充分汽化，保证燃烧。由于燃油在任何所需压力下都能提供，喷

6、射周期也可以由喷油量控制。甚至，单个循环内多个喷射脉冲也是可以的。喷油系统提高了调解发动机的能力，从而更高效、清洁燃烧、更经济。2 TAE 125系列航发2.1关于引擎图1展示了无配件的发动机，TAE 125-02-99是一个2.0升涡轮增压、双凸轮4缸直列式带有FADEC的发动机。它由单油门杆控制并配有减速齿轮箱，离合器和可变桨距螺旋桨。TAE 125-02-114发动机提供114kW (155马力)功率输出。该发动机基于automobile引擎设计，允许通航市场受益于automobile工业庞大的开发和工装预算。可靠性问题、寿命问题和其他开发中新设计的潜在问题都已被解决。时间和精力可以用来

7、解决引擎适航性的问题，例如提供冗余系统，或调节引擎在更高海拔更低温度下的使用。 TMG重新设计了进气、排气和涡轮增压系统以提高适航性。指示系统和涡轮增压系统详细在第二节详述 TAE 125-02-*系列发动机的曲轴箱被沙洗低压铝制壳体代替 每个气缸包含4个液压驱动的阀门 (两个进气两个排气)。发动机终身不需要调节。升降机由两个凸轮轴和终身免维护的正时链条驱动。四个阀门提高进出燃烧室的流量，同时提高发动机效率。 曲轴箱连接油气分离器，在这里滑油回流曲轴箱。 发动机在3900rpm时提供135-310马力的输出，所以TMG设计了1.69：1的减速齿轮箱以调节峰值螺旋桨速度到2300rpm。由于柴油

8、发动机的高压缩率，其运行不像汽油机一样平滑，因此在关车时引擎会突然停止。过载离合器会在关车时吸收螺旋桨负载以保护发动机。另外TMG还安装全权发动机电控系统，这些在后续章节讨论。Jet A1或者柴油驱动的发动机不同于常规的活塞式航空发动机： TAE 125系列是直列式发动机，不是水平对置发动机。 本发动机是液冷，冷却液流量可控，飞行中高空速和低功率下的骤冷不构成威胁。 发动机有中置冷却，进气在涡轮增压以后将被冷却以提高效率。增压系统的压力被控制在2275-2350mbar之间，进气压力的升高是必要的。主要机械系统将在后续章节详细讨论。2.2燃油系统TAE125发动机进气系统的安装及常规汽油发动机

9、的安装类似，仅有一些小改动。基于燃油系统的安装，燃油经由燃油选择活门从两个油箱中的一个或两个和辅助电动油泵(钻石飞机未安装)流向燃油滤模块。由于柴油的独特性质，该油滤不同于引擎回流的热油用于加热冷油（钻石飞机未安装）。当燃油温度达到60度时，该模块停止工作。然后燃油经过低压泵压力升至3.5bar流向高压泵。在高压泵中燃油压力升至1350 bar 。高压导致燃油温度升至70度。从油泵到高压共轨给喷嘴供油。余油回流到油滤经由然有选择活门回流油箱。回流的高温燃油可以给油箱加温。图2.展示了燃油系统的流程图。2.3润滑TAE125系列发动机装备有湿油底壳润滑系统。滑油从发动机油底壳经过内置油泵、滑油滤

10、到恒温器。油压被油泵室内的机械阀门调节到大约4.5bar(取决于油温和发动机转速)。恒温器根据油温将滑油分配到滑油冷却器或者直接进入发动机润滑涡轮增压系统。在温度78度时，恒温器的滑油冷却开启，在94度时，滑油冷却阀门全开。滑油温度的上限是140度。滑油在润滑的同时，可以冷却活塞的下部。发动机中的滑油直接回流到油底壳，流到涡轮增压系统内的滑油收集到储油池中泵回油底壳。图3.显示滑油系统的流程图。引擎由全合成多级滑油润滑，外界温度不影响轮滑系统。参照维修维护手册查找维修间隔和润滑系统限制滑油规格以及滑油管路更换间隔。2.4冷却系统由于TAE 125系列发动机是液冷，所以必须有冷却系统。冷却水从水

11、泵经过发动机冷却发动机后流向恒温器。根据冷却液的温度，冷却液直接流向水泵或者流向散热器。恒温器在84度完全关闭，94度完全打开。这确保了发动机快速升温而不会过热或者骤冷。有一个附加的第三循环允许热的冷却液经过热交换器提供座舱加温，这个循环始终开启并且座舱温度可控(座舱内可调)。在冷却系统内部的最高点有一个膨胀管以保证冷却液的水位。图4.展示了冷却系统的流程图。2.5(感应)系统和涡轮增压发动机进气系统及常规汽油发动机没有大的不同。进入的空气经过空气滤进入涡轮增压器内被压缩。当空气滤被堵塞或者冰冻，备用空气活门可以提供进气。备用空气活门需要飞行员在座舱内手动打开。因为在进气入口和涡轮之间没有易于

12、结冰的地方，所以没有其他预防措施防冰。因为加压会导致温度大幅升高，所以中置冷却器用来冷却热空气。之后通过进气总管进入发动机。最终发动机排出的气体在排除之前经过涡轮增压器。废气驱动增压涡轮以提高总管压力，FADEC根据RPM、测定的总管压力和Pbaro得出增压系统的目标值。该目标值动态调节，涡轮增压器旁边有一个压力控制阀，通过控制该阀门的开闭可以调节压力。控制阀利用涡轮增压器增压端的压力控制隔盒，隔阂开口及废弃活门间有连杆连接，该活门的开度决定了废气进入增压系统的量。图5.显示了进气系统的流程图，这里的涡轮增压器没办法手动控制，后续章节有详细描述涡轮增压器电控系统。2.6螺旋桨控制系统螺旋桨的控

13、制功能通过齿轮箱油来实现。齿轮箱油泵给CSU泵油。齿轮箱油通过油泵之后，流经油滤和释压阀门。在到达实际控制阀门之前，齿轮箱油压被调节到恒定的20bar。TAE 02系列发动机的油滤被安装在齿轮箱泵壳体；释压阀门被安装在齿轮箱泵和CSu的底盘上。螺旋桨控制发调节到螺旋桨的油压以控制桨距。控制阀门的回油被用来润滑齿轮箱。螺旋桨控制阀门由FADEC发出的电信号控制，飞行员无法直接控制桨距。螺旋桨本身是可变桨距螺旋桨；在单发飞机上，升高油压会导致桨距变大；减少桨距由伺服弹簧控制。图6.显示了桨距控制的流程图。2.7电子系统由于FADEC控制发动机不能断电，所以，电力系统在安装时被重新配置和布线。FAD

14、EC系统本身是冗余系统，它依赖两个分离、冗余的供电。一个包含90A/14V（70A/28V）的发电机，另外一个包含35Ah（25Ah24V）的机身电池。所有其他用电部分被单独接到一个开关节点以应急。由于FADEC需要用电，所以其他用电项目总计不能超过70A。电池失效后可以保证FADEC正常工作。在发电机失效后，全系统正常工作大约可以持续两小时。该系统有一定的防雷和抗电磁干扰(100V/m)效果。发动机装配有1.7/2.5kW的由内置继电器驱动的启动机。启动机接地及曲轴箱相连。供电直接连接电池而没有保险丝，因为启动时有极大的电流。继电器由座舱内的启动按钮触发。待续2.8性能TAE 125-01和

15、TAE 125-02系列发动机在6000ft高度一下，可以输出135匹/约合99kW的连续功率。在巡航高度在18000ft时，输出功率约为97匹。TAE 125-114发动机最高可输出155匹/约合114kW功率，8000ft巡航时功率可达132匹。正常巡航燃油消耗量约为17.5l/h（4.5gal/h）发动机干重134kg(301lb).表1.显示了125-01发动机和来康明 O-320发动机的功率曲线对比。3.FADEC系统3.1功能TAE 125系列发动机在操作上及常规发动机最大的不同就是FADEC系统的使用。全电控系统允许飞行员单油门杆操作控制所有发动机参数。飞行员仅需选择油门杆负载，

16、FADEC系统会自动调节包括螺旋桨桨距在内的所有参数。图7.显示了FADEC的功能。这个模块从传感器采集数据，包括负载选择、实时变量包括空气温度、，发动机温度和外界大气压力以此控制喷油（时间和量）、桨距和增压系统。发动机控制通过发动机控制图表(engine control map)来完成。图8.显示了控制总管压力的控制图表。在开发阶段，特定条件下的增压目标值被测试出来，改图表显示了特定转速和气压下所需达到的总管压力。然后总管压力目标值被用来调整进气温度和冷却液温度。例如喷油量和时间以及螺旋桨的控制都是用类似的方法。后续有更详细的描述。3.2FADEC的冗余设计和故障诊断图9显示了FADEC控制

17、盒子。为确保系统的冗余，它包含了两个分开的冗余的ECU。两个ECU都有总管压力和大气压力传感器。通过继电开关和管线连接在一个安装座上。两个ECU同时工作，单个激活。两个ECU同时监控并计算相互的健康值。如果其中一个ECU不是完全健康则自动切换到另外一个，之后发动机告警灯会亮起并将该事件计入发动机日志。发动机日志是一个简单的文件，存储故障的时间，日期，持续时间和错误性质。如果必要，飞行员可以将ECU强制切换到另外一个。ECU默认的健康值是9，表2显示了不同故障下发动机的健康值和替代参数。表外的故障出现后ECU的健康水平降至7.超出图表限制的故障不会直接影响发动机操作。但ECU健康水平会降低发动机

18、警告灯会亮起提示飞行员发动机不正常。FADEC持续调节所有参数到测量后的值0。在其他任何发动机上，超出此限制的操作都是要关注的，因为这关系到发动机的健康水平。系统中预定义的传感器失效后，系统假设替代值作为真实值。表2显示了在传感器失效后的输入值。在这种情况下，系统用默认的替代值代替空缺的传感器信号。以保证发动机的运行。发动机健康水平的变化根据何种信号丢失而变化。例如，丢失曲轴传感器信号，系统将不能确认喷油时间，这个故障比丢失滑油温度信号更严重。FADEC有多种储存数据的方式，他们是事件日志EL（Event Log）、内部数据存储日志（Internal data logger）以及连接电脑从FADEC service tool软件下载数据。图10.显示了fadec service tool的故障诊断页面，在该页面可以浏览传感器信息，找出不正常值。图11显示了滑油压力传感器失效