发动机关闭引气异常停车故障分析

张金元 王涛

摘要 飞机地面试车时发现，当发动机在引气结束之后进行关闭引气时，过程中出现发动机未操作异常停车故障。因此本文针对发动机关闭引气异常停车事件，结合发动机及相关控制部件系统结构及工作原理，通过采用故障树的方式进行逐项排查，最终定位发动机关闭引气异常停车故障的直接原因是引气关闭逻辑命令采用风门关闭信号间接代替，未使用进气门真实状态信号。

关键词 关闭引气  异常停车  故障树  风门关闭信号

1 引言

发动机用来燃油转化为轴功率输出及引气功率输出，向飞机提供电源和气源供其他装置或系统使用。如果发动机发生故障，将会严重影响飞机各系统的整体协调工作。现有发动机在引气工作结束后，进行引气关闭操作时发动机发生异常停车，会极大影响发动机各附件的工作性能，严重影响发动机工作安全性。本文针对发动机关闭引气异常停车事件，需对发动机及相关控制部件系统结构及工作原理研究，分析排查故障产生的原因，对发动机外场排故给出一定的指导和建议。

2 问题描述

发动机在进行机上地面联试试验时发现：起动成功后空载连续运行30分钟过程中工作正常，开引气后稳定运行，但进行关闭引气操作时，未对发动机进行停车操作却发生异常停车。

3 故障定位

3.1 数据分析

根据记录的数据分析，转速下降前后并没有停车开关信号出现，停车信号是发动机转速下降到19.59%时才由试车员按下。

数据显示，引气关闭后，转速下降同时ECB发出的燃油控制量有瞬态下降到0的时刻，然后燃油控制量再上升。燃油控制量存在变化说明异常停车不是转速超限、温度超限等原因造成，因为超限保护会直接停车而不会恢复燃油控制量。

转速的下降是由燃油供应突然没有而造成，即便后续燃油继续供应但不能在燃烧室产生连焰，后续供应的燃油无法燃烧导致发动机熄火。输出燃油控制量的逻辑如下段伪代码所示：

如果（燃油电磁阀有效）

    输出燃油控制量 = 程序计算后的燃油控制量；

否则

输出燃油控制量 = 0；

从数据中调出燃油电磁阀信号，发动机转速下降之前燃油电磁阀发出了短暂的低电平信号，持续时间约为200ms，该低电平信号为“0”使得燃油电磁阀关断。

继续从数据中调出燃油泵电机实际转速信号，发现燃油泵电机实际转速最低掉至13.84%。说明在燃油截止阀关断期间，燃油泵电机没有完全停转。仍可以维持泵油能力。

综上分析，燃油泵电机在异常停车前后仍维持正常的转速控制。但是因为燃油截止阀存在短暂的燃油关断期，致使燃油管道内燃油在关断期内无法将燃油送至燃烧室。

3.2 机理分析

根据程序软件执行逻辑，燃油电磁阀的控制如下：

如果（发动机转速NG > 0.23%时）

燃油电磁阀输出 = 燃油电磁阀未过流 &&

发动机不是在冷转状态 &&

发动机不是在停车状态 &&

系统状态 >= 观测态（3）&&

（引气关闭灯输出为“0” || 进气门输入为“1”）；

为防止发动机在进气门关闭状态进行起动，采用了检测进气门打开状态的逻辑进行起动保护，若进气门打开状态为“1”则允许发动机起动，否则不允许发动机起动。

因飞机原有的设计没有直接使用进气门状态输入到ECB，对于该发动机系统采用了引气关闭指示信号的输出间接的代替进气门状态输入。存在引气关闭指示灯输出为“0”时无法检测到真正的进气门状态信号，故采用了引气关闭灯输出为“0”时不检测进气门输入状态的逻辑。

进气门逻辑状态 = 引气关闭灯输出为“0” || 进气门输入为“1”

因为引气关闭指示信号输出后通过了硬件的处理以及软件3个运行周期共计75ms的延时防抖确认，造成进气门状态信号延后才能被控制程序逻辑使用。

3.3 建立故障树

针对发动机关闭引气异常停车问题，根据燃油电磁阀的关断命令逻辑，以发动机关闭引气异常停车为顶事件列出故障树，共有5项底事件，如图1所示。

图1 发动机关闭引气异常停车故障树

3.4 故障树排查结果

X1：燃油电磁阀过流分析

电磁阀过流逻辑为：当有燃油电磁阀命令为1时，通过外部电路检测的逻辑为0且持续300ms时则判定为燃油电磁阀过流。通过试验数据可以看出，在停车前燃油电磁阀为高电平期间没有出现燃油电磁阀过流检测低信号，因此，底事件X1可以排除。

X2.1：冷转（1）

通过试验数据可以看出，在燃油电磁阀输出0关断时，发动机的状态为“4”，不等于冷转（1），因此，底事件X2.1可以排除。

X2.2：停车（0）

通过试验数据可以看出，在燃油电磁阀输出0关断时，发动机的状态为“4”，不等于停车（0），因此，底事件X2.2可以排除。

X3.1：系统状态<观测态分析（3）

通过试验数据可以看出，在燃油电磁阀输出0关断时，系统的状态为“5”，大于观测态（3），因此，底事件X3.1可以排除。

X3.2：引气关闭灯输出为‘1’且风门输入为‘

0’

通过试验数据可以看出，引气关闭指示灯为“1”，而此时进气门状态输入为0。造成进气门逻辑状态为出现‘0’的时间段。该时间段的存在造成燃油电磁阀在这个短暂的区间输出了燃油关闭信号。因此，底事件X3.2不可以排除。

3.3 故障定位结论

综上所述，造成发动机关闭引气停车问题的原因是X3.2：引气关闭灯输出为“1”且风门输入为“0”。

4 解决措施及验证情况

4.1 解决措施

针对该进气门状态信号的延后，设计一个引气关闭开关的延时处理程序。当引气关闭开关有效输入后，内部程序使用临时变量对其信号进行延时变换。程序内部中采用引气关闭开关信号进行延时。当引气关闭开关有效时，内部引气关闭延时状态量立即有效，当引气关闭开关转换为无效“0”时，对其进行从“1”到“0”转换时延迟10s再确认。在此期间完成了引气阀的关闭，输出了引气关闭指示灯，并能获取进气门打开状态输入。并对进气门打开状态输入与内部引气关闭延时状态量进行或逻辑运算，作为程序中使用的进气门状态量。

4.2 验证情况

经过新增引气关闭开关的延时处理程序，对机上故障发动机开展环控引气和发动机起动工作，关闭引气过程中未发生异常停车，可满足使用要求，解决措施有效。

5 结论

综上所述，发动机关闭引气异常停车问题的原因是进气门状态不是使用进气门状态信号线直接输入到ECB，而是采用引气关闭指示信号间接的替代。引气关闭指示信号输出后需通过硬件的处理以及软件的延时防抖确认方可被应用程序逻辑接收并使用，造成关闭引气停车故障。通过原理分析和更改并进行实际地面试车验证，采用延时引气开关确认措施后，经地面试车验证，问题排除。

第1页  共6页