AE300 E4-C發動機系統原理和維護提示

摘要：奧地利AE公司的AE300 E4-C發動機在國內主要用于鉆石NG系列飛機，由于該機型較新，發動機可獲取的技術資料較少，其使用及維護特性還在研究。本文通過分析該發動機各系統構成和基本原理，提出維護提示，轉變人員活塞發動機固定維修模式，提高人員的維修能力，降低飛機維修風險。

關鍵詞：AE300;發動機;原理;維護提示

0 ?引言

AE300 E4C發動機是一個由汽車發動機改造而成，具有渦輪增壓，雙頂置凸輪軸直列4缸，液冷，采用燃油共軌技術的壓燃式煤油發動機，配備了齒輪箱和一個可變螺距螺旋槳，由EECU控制發動機進氣、燃油量和螺旋槳轉速，其發動機最大168hp的功率，汽缸壓縮比17.5：1，主要系統包括發動機控制組件、進氣系統、燃油系統、滑油系統和冷卻系統。該發動機在國內通航使用時間較短，其發動機各系統原理對比以往通航飛機常用的Lycoming活塞式發動機飛機有較大的區別，人員對該發動機的認知較淺，需要積累大量的維護經驗，保障該機的正常使用和維修。

1 ?發動機構成和控制原理

1.1 發動機本體

發動機核心為OM640汽車發動機，本體主要部件為機匣、曲軸、凸輪軸、缸蓋、氣門、汽缸、活塞、雙質量飛輪。

發動機機匣為單件擠壓鑄造件，基于這種設計，不需要單獨的汽缸套，同時使用鑄鐵制造，具有良好的故障安全運行功能，同時降低了噪音。由于發動機為液體冷卻，機匣內還包括一體式汽缸和冷卻通道。每個汽缸有4個氣門，兩個進氣門和兩個排氣門，為了提高燃燒效率，這些氣門圍繞燃燒室中心呈圓形布置。

活塞材料為鑄鋁，并有鑄鋼環載體，活塞頂部是圓頂和嵌入式，以優化燃燒，活塞壁上裝有聚四氟乙烯墊，可減少摩擦，改善阻力。

發動機曲軸由真空重鑄鍛造鋼制，安裝于機匣內部。缸蓋由高強度鋁合金制成，兩個凸輪軸安裝在汽缸蓋上，每個凸輪軸驅動汽缸的一個進氣門和一個排氣門，一個凸輪軸是由鏈條直接從曲軸驅動的，另一個凸輪軸是通過齒輪從動的，鏈傳動由雙鋼鏈組成，鏈條自動張緊。

雙質量飛輪安裝在機匣和齒輪箱之間，也叫扭矩減振器，是一種連接到發動機曲軸上以減少扭矩振動的裝置。減振器由質量元件（主輪）和耗能元件（次級飛輪）兩部分組成，質量元件抵抗振動的加速度，能量耗散元件吸收振動，同時在運行時減弱螺旋槳傳遞給發動機的振動，以保護曲軸免受損壞。

1.2 電子發動機控制組件

發動機有一個電子發動機控制組件（EECU），包含兩個單獨通道（ECU A和ECU B），位于發動機吊艙的一個控制盒內采用“熱備份模式”運行，兩個ECU都是運行的;兩個ECU模塊只有一個工作模塊連接到作動機構，而第二個模塊處于備份工作模式，控制盒中有一邏輯電路，由其確定哪一個控制單元工作，哪一個熱備份，并且在需要時自動控制切換;EECU VOTER開關，用于切換ECU A 和 ECU B，在所有正常工作狀態，VOTER開關置于自動位置，一個ECU單元控制發動機工作;飛行員可以通過該開關手動選擇工作ECU通道。

ECU信號來源于發動機傳感器，傳感器又分為單通道傳感器和共用傳感器，單通道傳感器只能給對應的ECU反饋信號，共用傳感器可以給兩個ECU通道都反饋信號。

該發動機的所有參數均由電子發動機控制組件（EECU）控制，通過傳感器接收信號參數反饋至EECU，EECU進行評估計算得出當前發動機需要的進氣、燃油和螺旋槳轉速，并由發動機各系統作動器控制對應系統的參數改變，交聯和控制如圖1。

1.3 進氣系統

進氣系統主要部件包括進氣道、渦輪增壓器、中冷器、進氣總管，原理和汽油活塞發動機類似，主要差異為渦輪增壓器和增壓作動器。

渦輪增壓器轉速由EECU控制，通過測量進氣壓力和大氣壓力，確定進氣總管需要的壓力目標值。EECU將與此目標值對應的輸出信號發送給增壓作動器，再驅動廢氣活門。

增壓作動器使用來自進氣總管的空氣壓力來控制膜盒，膜盒通過控制桿機械連接到渦輪增壓器廢氣活門，調節繞過渦輪增壓器渦輪的廢氣量以控制壓縮機的進氣量。增壓作動器的壓力設定值根據發動機溫度、大氣壓力和進氣溫度來修正。

空氣的整個循環圖2，外界空氣進入進氣道，經過空氣濾（若使用備用進氣活門不流經空氣濾），通過渦輪增壓器壓縮機增壓，流經中冷器降溫進入發動機進氣總管，部分空氣進入增壓作動器，部分進入各汽缸燃燒，通過渦輪增壓器的渦輪至排氣總管排放。

1.4 燃油系統

燃油系統與汽油活塞發動機差異較大，主要部件為低壓泵、高壓泵、燃油共軌、燃油噴嘴。

單側發動機有兩個燃油低壓泵，將油箱燃油向高壓泵輸送。正常運行時，只有一個低壓泵是工作的，在低壓泵和高壓泵之間有一個燃油濾，能夠清除運行過程中可能出現的污染。系統在高壓泵進口處測量燃油溫度和壓力，在檢測到壓力損失的情況下，EECU會自動切換ECU通道控制對應的低壓泵。

高壓泵以最大24366 psi的壓力向燃油共軌和噴嘴提供燃油，為了確保所需的燃油量被壓縮，裝有燃油計量組件，部分過量燃油用于高壓泵的冷卻和潤滑，過量的燃油被加熱并通過回流管回流到油箱中。

共軌是一個高壓油箱，為噴嘴提供燃油，其實際燃油壓力是由共軌壓力傳感器測量的。EECU解析共軌壓力，將其與目標值進行比較，并調整共軌壓力控制活門以達到正確的壓力，多余的燃油流回油箱。燃油通過噴嘴供應端口供應給噴嘴，多余的燃油也會返回，所以供給噴嘴的燃油壓力是不斷變化的。

更高的燃油壓力確保燃油能夠更好的汽化、燃燒，獲得更短的噴射時間，使其在最佳時間提供所需的燃油量。通過改變燃油壓力，噴油時間可以根據給定的期望噴油量進行調整，從而在較低的轉速下實現更好的燃燒。

燃油噴嘴是電磁驅動裝置。燃油進入噴嘴并進入正常儲油室，那里有油針阻止其進入燃燒室，同時，燃油通過一個孔進入控制儲油室，以平衡作用在柱塞上的極端高壓，柱塞由彈簧張力保持關閉。EECU通過插頭連接向噴嘴提供電氣控制信號，連接器激活線圈并打開控制室泄油孔，燃油放泄，使柱塞打開，油針開啟，燃油進入燃燒室。

燃油控制循環如圖3所示。

1.5 滑油系統

滑油系統分為發動機滑油系統和齒輪箱系統。

發動機滑油主要用于發動機部件的潤滑，滑油儲存于收油池，通過曲軸帶動齒輪泵吸出到達滑油/冷卻液熱交換器冷卻，然后經滑油濾過濾，一部分滑油外部循環至潤滑渦輪增壓器，一部分內部循環至機匣、曲軸、凸輪軸、氣門機構、定時鏈等內部機構，滑油最后通過油氣分離器回流到發動機收油池，空氣則排到發動機外部。為保證系統壓力正常，發動機滑油濾殼體上有一根回油管連到收油池，可以將多余的滑油不經過循環直接排回收油池。

齒輪箱可以將發動機的最高轉速從3880轉降低到2300轉，減速比為1.69：1。電控調速器連接到齒輪箱頂部，由發動機功率桿位置確定控制螺旋槳需要的轉速，實現變距。該系統的滑油主要用于齒輪箱內部各齒輪的潤滑，并提供螺旋槳變距的滑油，滑油流經齒輪箱、螺旋槳、調速器和回槳儲壓器。

1.6 冷卻系統

冷卻系統為發動機各部件進行冷卻，主要部件為水泵、溫控活門、滑油/冷卻液熱交換器、散熱器、膨脹箱、散熱器和管路。

水泵是一個旋葉泵，由發動機后部的多楔帶驅動，將已吸收熱量的冷卻液抽出進行循環散熱。冷卻循環分為大循環和小循環，在小循環中，冷卻液流經滑油/冷卻液熱交換器;大循環中，冷卻液流經散熱器。循環的控制由溫控活門控制，打開后冷卻液可進入散熱器散熱，冷卻液溫度在80°C時開始溫控活門打開，在95°C時完全打開。冷卻液膨脹箱安裝在系統最高位，內部有硅酸鹽包過濾，箱體上安裝有釋壓活門，防止系統壓力過大影響系統功能。

1.7 其它機構

發動機上還裝有發電機、起動機、電熱塞、電熱塞控制組件等部附件。

發電機由多楔帶驅動發電，選裝了空調的DA42NG飛機左發動機還裝有一個附加交流發電機專門給空調系統供電。

起動機安裝雙質量飛輪機匣上部，起動時帶動飛輪轉動以驅動曲軸。

電熱塞和電熱塞控制組件以冷卻液溫度為判斷標準控制電熱塞給汽缸加溫。

2 ?維護提示

發動機基本維護常識參考手冊和以往的Lycoming發動機經驗，這里給出的提示均為在實際工作中總結的經驗，減少維護人員因維修理念未轉變導致發動機故障的情況發生。

2.1 適航性資料

維護手冊部分內容過于簡單，同時由于手冊編制人員其母語不是英語，所用的某些語法、單詞和句型有生澀、不容易理解和不嚴謹的地方。維修人員在閱讀使用手冊時應增強“舉手意識”，遇到難以理解、操作性不強或與實際不相符合等存在疑點的地方，應及時提出，避免蠻干，將問題向廠家進行反饋，并視情開展技術研究確保手冊內容得到正確理解和執行。

維護手冊上的維護要求和培訓時的實際維護內容存在不一致甚至矛盾的地方，維修人員在廠家沒有正式回復前應嚴格按照維護手冊要求實施維修工作。

發動機零件目錄（IPC）可閱讀性較差，部分零部件未列出，同時還存在與飛機實物不符的情況，其件號的主要參考依據為飛機設計圖紙。維修人員應及時收集類似問題，避免航材訂錯、領錯、裝錯。

2.2 航線、定檢維護工作

①發動機滑油消耗量很小，要求不大于0.1l/h，如果航線檢查時發現消耗異常，應及時對滑油系統進行檢查。

②進行齒輪箱維護工作時，應在釋壓活門上掛“禁止拆卸”的標簽，避免誤拆;齒輪箱油檢查時油液應高于齒輪箱油檢查窗的1半，正常情況不應消耗;因通電打開發動機開關后儲壓器的油液會回流，所以檢查標準不應按照通電打開發動機開關后再檢查，應以發動機正常停車冷卻后的量為準;更換了齒輪箱滑油，地面試車后因整個系統充分進油，齒輪箱油可能不足，需要再次檢查。

③當發動機很熱時不要卸下冷卻液膨脹水箱的口蓋，水箱里有加壓高溫冷卻液，高溫冷卻液會對人體造成傷害;冷卻液膨脹箱壓力測試要先拆卸硅酸鹽包和濾網，如果充氣時壓力表指示不降，禁止立刻拆卸口蓋，應將冷卻液從打氣設備的泄壓活門放掉待降壓后再重新添加冷卻液;冷卻液更換時發動機因處于冷卻狀態，溫控活門未開起，地面試車時將溫度升高以打開溫控活門將大循環填充滿，停車冷卻后再次添加冷卻液至正常液位。

④回槳儲壓器充氣前必須通電并打開發動機開關，確保儲壓器電磁閥打開;在螺旋槳、調速器、儲壓器及其相關管路拆裝工作過程中，禁止通電并打開發動機開關。

⑤燃油系統維護時建議將低壓泵跳開關拔出，否則通電并打開發動機開關會使低壓泵會處于工作狀態。

⑥公制、英制緊固件都存在，同時該發動機的螺帽、螺栓力矩值偏大，一定要找對合適的工具，避免緊固件滑絲、損壞的情況。

⑦發動機某些部位存在一次性螺栓，每次拆卸必須報廢，安裝新件時若未按規定的力矩或角度完成擰緊工作，必須報廢后再使用新件。

⑧發動機空間狹小，發動機管路、導線、電纜排布密集，外部容易出現磨損，定檢時應加強檢查。各管路、電纜的間隔尤其重要，捆扎和固定要求較高。

2.3 地面試車提示

①發電機開關接通電熱塞，當處于開位時起動發動機，不會出現起動困難。

②ENGINE GLOW 并非每次打開發動機開關都會出現。

③更換發動機全新噴嘴后的初次地面試車可能出現起動困難，需多次嘗試起動。

④在ECU測試完成前，若釋放“ECU TEST BUTTON”按鈕或操縱功率桿，將終止測試程序，ECU測試過程中可能會出現發動機抖動。

⑤關車時建議將功率桿放置慢車，放置于10%功率停車會導致個別螺旋槳順槳。

⑥除應急情況外，禁止采用關閉燃油選擇活門的方式進行關車。

⑦選裝了空調的飛機，關車前注意先關閉空調開關，否則可能導致空調發電機調壓器故障。

⑧發動機開關要在總電門關閉前關閉，否則會觸發ECU備用電瓶，導致低壓泵和ECU一直工作。

2.4 典型的發動機故障

①發動機1#汽缸和排氣管連接的螺樁松動和脫落的故障，經廠家建議更換新螺樁并在螺樁上涂抹螺紋密封膠后故障消失，可能原因為螺紋密封膠失效。

②螺旋槳調速器故障，已發生多起，主要故障為不能回槳、最大轉速位卡阻導致螺旋槳轉速不能變化的故障，此類故障存在偶發性，與調速器內部機構和ECU的控制相關，目前仍為完全消除。

③地面試車ECU fail故障頻繁，檢查后實際為假故障，消除代碼后試車正常。

④右發動機除冰支架斷裂，已發生多起，目前仍未解決該問題。

⑤出現冷卻液液位低警告，主要為管路排氣不徹底，誤以為冷卻液已加夠。

⑥某些發動機齒輪箱磁堵會發現塊狀金屬屑，經廠家建議后監控檢查。

⑦渦輪廢氣活門控制桿漏氣，為膜盒組件本體故障。

⑧雙質量飛輪安裝機匣后部堵蓋缺失，安裝新件時可以采取措施使其固定牢靠。

⑨雙質量飛輪轂盤定位銷釘松動、卡死，出現后必須更換雙質量飛輪，此故障在拆裝轂盤時應特別注意。

⑩發動機前減震墊滲油故障，廠家已采用新型發動機減震墊。

{11}發動機噴嘴罩防火漆脫落嚴重，廠家已進行改進，使用新型的防火樹脂進行替換。

{12}渦輪增壓器位置的滑油管路接頭處存在輕微滲油的情況，主要為密封墊性能降低造成。

{13}慢車狀態下低壓泵故障或切斷供油出可能導致發動機停車，此為發動機ECU切換通道和低壓泵時，由于發動機轉速較低，燃油的重新供應時間不能滿足發動機的連續正常工作造成的，若發動機轉速較高，切換后發動機會出現掉轉燃油回復至當前油門的正常轉速。

{14}單側發電機輸出電壓和電流相對對側輸出較低，高轉速狀態出現發電機失效警告，排查該發和對側發動機上電壓輸出的各部件、機身電源系統各部件，多次進行地面試車驗證，最終檢查發現該側的發電機輸出接線片（位于機身下部）存在問題。

3 ?結語

DA42NG飛機在國內的使用和維護仍處于初始階段，同時基于汽車發動機改裝而成的航空發動機維護經驗還處于積累、摸索階段，全新的技術和新的發動機觀念讓通航領域有了新的認知，需要持續不斷的研究AE300系列發動機工作原理及維護特性，提出預防措施，確保飛行安全。

參考文獻：

[1]Austro Engine Maintenance Manual E4 Series.Doc.No.E4.08.04.（R28）.

[2]Austro Engine Installation Manual E4 Series.Doc.No.E4.02.01.（R21）.

[3]Austro Engine Operation Manual E4.Doc.No.E4.01.01.（R20）.

[4]DA42 NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL. Doc.No.70215.（R4）.

[5]DA42 NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL. Doc. No.70116e.（R4）.

基金項目：中國民航飛行學院科研基金（J2018-27）-AE300發動機工作及維護特性的研究。

作者簡介：張宇慶（1987-），重慶人，工程師，主要從事通用航空器維修理論與維修技術。