张春阳 刘洋
中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116000
摘要：本文介绍了HXN3高原机车增压器机油压力传感器的工作原理并通过试验复现增压器机油压力故障现象，确定了影响增压器机油压力传感器正常工作的海拔高度以及后续避免此类故障发生的处置措施。
关键词：增压器；机油压力；传感器
1 前言
青藏铁路格拉段运营线路平均海拔4000米以上，最高海拔5070米，全长1142公里，区间环境寒冷干旱，气候多变，氧气稀薄，机车运用环境极其恶劣。HXN3 高原机车在高海拔地区柴油机正常停机时，电喷系统偶尔会报右侧增压器传感器故障停机。机车FIRE显示屏故障记录中停机事件为“右侧增压器机油压力传感器故障”，故障前5秒右侧增压器机油压力数值显示879kPa。本文通过现场对问题进行试验和分析，得出了造成此类问题的原因并制定了相应处置措施，保证了HXN3高原机车的稳定运用。
2 传感器工作原理简介
2.1传感器技术参数
HXN3高原机车16V265H柴油机用增压器机油压力传感器的量程为0-100Psi，工作电压5V，输出电压信号0.5-4.5V。
2.2传感器工作原理
现场实际试验测试结果表明：当电喷系统检测到增压器机油压力传感器的输出电信号不在正常范围（≤0.23V或≥4.95V）时，电喷控制器则会判定传感器故障。电喷程序中具有该传感器故障后的停机保护功能，因此会触发“右侧增压器机油压力传感器故障”条件并向EM2000微机系统通信增压器机油压力879kPa的固定值。该传感器故障保护只有在输出电信号重新回到正常范围并重新拔插传感器插头后，再通过电喷控制器断电复位的方式进行消除。
3 增压器机油压力故障原因分析
3.1复现试验
具体的试验验证过程如下：
(1)静态验证试验
在柴油机停机状态，利用专用的信号模拟器代替右侧增压器机油压力传感器。模拟0.23V-4.95V之间的不同输出电压，机车显示屏能够按照正确的量程线性关系显示右侧增压器机油压力值。当模拟输出电压0.23V以下或4.95V以上时，机车FIRE显示屏的右侧增压器机油压力值固定为上一个正常的压力值，此时进行柴油机电喷系统断电复位，机车FIRE显示屏的右侧增压器机油压力值变为879kPa且一直保持不变。再重新模拟正常电压后数值仍不变，只有重新拔插模拟器和线束连接后，数值才能恢复正常。
(2)动态验证试验
模拟输出2V电压（258kPa）,启动柴油机至惰转位后，逐渐将模拟器模拟值降低到0.23V以下，机车EM2000微机系统在40秒左右报“右侧增压器机油压力传感器故障”，FIRE显示屏的右侧增压器机油压力值固定为258kPa。对机车进行大、小复位后，右侧增压器机油压力显示为879kPa，仍报柴油机停机-机油压力低故障，无法起机。将模拟输出电压重新变为2V、复位电喷系统，故障不消除。保持模拟输出电压为2V、重新拔插模拟器和线束连接、复位电喷系统，故障消除，顺利起机。
(3)正常压力保护验证试验
在柴油机运行状态，模拟输出电压0.23V-0.5V时，FIRE显示屏右侧增压器机油压力值显示为0kPa，10秒后直接停机，EM2000系统报“右侧增压器机油压力低”，故障记录中右侧增压器机油压力不是879kPa固定值，复位电喷系统可直接起机。
通过以上三种不同条件下的试验表明，只要增压器机油压力传感器输出电压在正常范围内，不触发电喷系统中传感器故障保护，由其它原因引起的故障停机，采用电喷系统复位均能有效消除。
3.2 传感器标定试验
每台16V265H柴油机监测参数包括左侧增压器机油压力、右侧增压器机油压力、高温水进口压力、高温水出口压力。该款传感器类型为密封表压传感器，采用密封表压力参考系。参考系原理是压力变送器输出信号时以一个密封在传感器腔内的标准大气压为参考，如公式3-1所示：
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当实际大气压力低于或高于标准大气压力时，产品的输出压力即会出现与大气压变化成正比的测量偏差，因此该产品在平原地区或低海拔地区可以正常使用，在高海拔地区存在不适应性，海拔越高，测量偏差越大。对此，在现场进行了该传感器的标定试验。在机务段（当天大气压力72kPa），采用标准打压计对右侧增压器机油压力传感器进行打压，对比不同打压下，打压计的仪表值与机车FIRE显示屏显示值之间的差异，测试证明在大气压力72kPa的海拔下，机车FIRE显示屏显示值较打压计低约30kPa。
由上述传感器标定试验可知，该传感器的输出压力确实存在与大气压相对应的偏差，最大偏差在5100米海拔（实际大气压力56kPa）可达到44kPa左右。相对于高温水压力，由于基础压力较低、泵特性及液体介质的不同，在高海拔停机时，增压器机油压力低相对更容易触发传感器故障。
3.3触发故障的原因分析
柴油机在正常或故障停机时，机载机油泵在短时间内停止工作，机油压力迅速下降。由于增压器机油压力监测采用了密封表压传感器，造成在高海拔下会出现传感器会出现0kPa以下的“负值”（即传感器对应的输出电压甚至低于了0.23V），因此触发了故障。由于柴油机增压器机油管路设计原因，右侧增压器机油压力要略低于左侧增压器，多表现为右侧增压器机油压力（个别机车出现过高温水压力）。且随着海拔的升高，该问题会俞发突出。
3.4触发故障的海拔推算
根据传感器输出电压与量程的对应关系，0.5V和4.5V 分别对应0kPa和689kPa。按照线性计算，当传感器输出电压为0.23V时，对应的机油压力P=-46.5kPa。当柴油机停机且机油预润滑泵未工作时，增压器机油的实际压力为 0kPa，则该密封表压在大气压为54.5kPa时就会触发传感器故障，对应的海拔高度为4100米。
因此理论上可以认为：在不考虑传感器线性末端偏移、预润滑泵工作泵量的情况下，柴油机在海拔高于4100米时停机后，均可能会触发“879故障”。
4 增压器机油压力处置措施
4.1更改电喷程序可行性分析
受电喷控制器硬、软件仍为原装进口件的制约，无法进行该传感器的量程范围界定、短路及断路识别、测量漂移误差判断计算等工作，完善的传感器故障判定很难实现，因此直接取消传感器故障停机保护功能是目前解决增压器机油压力最快、最直接的方法。以往的柴油机电喷系统监控软件很少进行传感器故障本身识别的逻辑设计，一般只进行传感器故障警示，不进行机车降功或柴油机停机保护动作。电喷系统增加该功能虽然能保护传感器本身，但处理不当会引起电喷系统过保护问题，因此在EMD软件中增加了该功能的开关设置，以便能够根据需要合理关闭该功能。鉴于该功能已严重影响HXN3高原机车的运用，应该进行关闭处理。
4.2更改电喷程序试验验证
具体验证过程如下:
(1)更改电喷软件，取消增压器机油压力传感器故障停机保护；
(2)利用信号模拟器模拟输出电压2V，FIRE显示屏上右侧增压器机油压力为259kPa；
(3)启动柴油机至惰转，模拟输出电压0.2V，FIRE显示屏仍显示右侧增压器机油压力为259kPa且不停机；
(4)保持输出电压0.2V不变，手动操作柴油机停机并进行电喷系统复位，FIRE显示屏上右侧增压器机油压力为879kPa；
(5)再次起机正常，在柴油机启动状态下将模拟输出电压由0.2V改为2V，FIRE显示屏能够正常显示右侧增压器机油压259kPa；
(6)在柴油机启动状态下将模拟输出电压改回0.5V，持续10秒后，电喷系统进行了正常的增压器机油压力低保护停机（证明了该功能的关闭不会影响正常的压力低停机保护功能）。
结语：通过以上试验结果表明：关闭传感器故障保护功能后，当传感器输出电压超出正常范围后，FIRE显示屏上仅显示上一个正常值，而不进行其他动作，之后当输出电压恢复正常范围后，FIRE显示屏上显示值将直接恢复正常。功能关闭后能够完好的解决故障，且不会造成其他影响。
参考文献：
[1] 中车大连机车车辆有限公司.6000马力过渡方案HXN3高原内燃机车检修手册[M].大连：中车大连机车车辆有限公司，2017.
[2] 胡敏 张春雨.HXN3型内燃机车原理与操作[M].北京：中国铁道出版社，2014.
[3] 大连中车柴油机有限公司.6000马力过渡方案HXN3高原内燃机车16V265H型柴油机维护保养手册[M].大连：大连中车柴油机有限公司，2020.