德國奔馳MTU柴油發(fā)動(dòng)機的電控系統

一：前言

  從1996年起，德國MTU發(fā)動(dòng)機公司和美國DDC（底特律柴油機）公司先后聯(lián)合設計開(kāi)發(fā)了2000、4000、8000三種系列的新型柴油機，其設計思想是最大限度地提高可靠性、維修方便性和經(jīng)濟性”’。這種柴油機以單位功率重量小、尺寸小、燃油消耗率低、維修簡(jiǎn)單方便、可靠性高以及所采用的先進(jìn)技術(shù)而取信于廣大用戶(hù)。其中先進(jìn)技術(shù)包括

MTU公司傳統機型的高度集成機體、分流式冷卻系統、三層壁排氣管等先進(jìn)技術(shù)，并在2000系列上應用了新開(kāi)發(fā)的由電磁閥控制的單泵燃油電子噴射系統，在4000系列上開(kāi)發(fā)應用了共軌式電子噴射系統，而8000系列所用的共軌式電子噴射系統又是在4000系列基礎上改進(jìn)的。因此，MTU電子燃油噴射系統和電子管理控制系統的開(kāi)發(fā)應用，使這三種系列柴油機達到新的世界先進(jìn)水平。

二：德國奔馳MTU柴油機的特點(diǎn)

  這三種系列柴油機均采用四沖程，以提供高性能、高可靠性和良好的經(jīng)濟性。其中2000和4000系列均有8、12和16缸機型，這兩種系列功率覆蓋范圍為270 -2 720kW；而8000系列則有12、16和20缸機型，其功率覆蓋范圍為4 920 -9 000kW。三種系列機型的共同特點(diǎn)為zl：

(l)能適應各種不同的用途，改變其附屬裝置的配置或某些零部件的結構，就可適應船舶、鐵路、發(fā)電以及重型公路車(chē)輛等其它工業(yè)領(lǐng)域的不同用途；

  (2)使用壽命、可靠性得到了極大地提高。從結構上保證了使用維護的方便性，降低了維修保養的工作量；

  (3)具有相當高的性能指標，燃油消耗率低，動(dòng)力性、經(jīng)濟性、可靠性好，振動(dòng)噪聲等排放指標先進(jìn)；

  (4)繼續采用了MTU公司先進(jìn)、成熟的技術(shù)，如，順序增壓、分流式冷卻系統、三層壁結構的排氣歧管等；

  (5)開(kāi)發(fā)了先進(jìn)的柴油機燃油電子噴射系統和電子管理系統。

三：德國奔馳MTU燃油電子噴射系統

  德國奔馳MTU2000系列柴油機采用電磁閥控制的電子噴射系統，其工作原理如圖i(a)所示¨’。它是一個(gè)電磁

闊控制的單體泵一高壓油管-噴油嘴系統。每個(gè)氣缸都有一個(gè)獨立的單體泵，這些單體泵安裝在柴油機的V形槽中，由一個(gè)大的凸輪軸驅動(dòng)，凸輪的輪廓線(xiàn)隨柴油機的用途而異。安裝在單體泵燃油進(jìn)口處的電磁閥受柴油機電子控制系統控制，某一缸的噴油量和供油始點(diǎn)就通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)關(guān)時(shí)刻來(lái)實(shí)現，由柴油機電子控制系統對某一缸的噴油量和供油始點(diǎn)進(jìn)行任意調節，從而易于實(shí)現噴油優(yōu)化。德國奔馳MTU4000系列和8000系列柴油機則采用共軌式噴射系統，結合燃燒方法開(kāi)發(fā)的最新經(jīng)驗，即可獲得有關(guān)廢氣排放和燃油消耗等重要的運行參數。共軌燃油噴射的原理是基于一個(gè)或多個(gè)專(zhuān)用高壓油泵供油的高壓蓄壓器系統，它設有電控噴油器，在整個(gè)噴射時(shí)間里以等量供油而與發(fā)動(dòng)機轉速無(wú)關(guān)，其工作原理如圖i(b)所示¨’。在使用傳統的噴射系統時(shí)，燃料量分配和壓力的產(chǎn)生是由凸輪軸操縱的噴射泵控制的，而采用共軌式噴射系統時(shí)，則把燃油的高壓產(chǎn)生與噴射的定時(shí)、定量完全分開(kāi)，這種新的噴射系統對柴油機的設計有很大的影響。共軌式噴射系統由高壓泵、蓄壓器（公共油軌）、噴油嘴和電子控制裝置組成。高壓泵是一個(gè)多缸徑向柱塞泵，由發(fā)動(dòng)機前端的一套齒輪驅動(dòng)，將燃油以全負荷壓力提供給沿發(fā)動(dòng)機縱向鋪設的共用給油管，每個(gè)氣缸蓋上裝一個(gè)由電磁閥控制的噴油器，由高壓油管將共用油管與噴油器相連通。電子裝置還通過(guò)電磁閥來(lái)控制燃油噴射定時(shí)和供給噴油器的燃油量。而高壓燃油在油軌中蓄勢待發(fā)，一旦某一噴油嘴接通，燃油即進(jìn)入噴油嘴進(jìn)入氣缸。該系統不僅結構簡(jiǎn)單，而且還能在發(fā)動(dòng)機各種轉速下（從標定轉速直到怠速運轉）提供相同的噴射壓力。在4000系列發(fā)動(dòng)機的噴射系統上，其噴射壓力約為120MPa．這相當于在普通系統上的160 - 180MPa。雖然在很寬的轉速范圍內都能提供最高壓力，但共用給油管的實(shí)際壓力是由電子控制系統進(jìn)行調節的，從而使之按發(fā)動(dòng)機功率要求而取最佳值。

   油軌中的燃油壓力及噴油嘴開(kāi)、閉的時(shí)刻決定了各缸的噴油量，這些都由電子裝置控制。電子裝置通過(guò)裝在油軌前的壓力傳感器感知系統中的壓力。而燃油是通過(guò)一節流閥進(jìn)入高壓泵的，在電子裝置的控制下，通過(guò)對流量的節流實(shí)現對壓力的調整。噴油嘴則具有控制噴油開(kāi)始、停止的功能，從而控制噴油量以及調整著(zhù)火延遲期噴油量等多項功

能。該噴油嘴通過(guò)一個(gè)電磁閥使針閥上方泄壓，然后由燃油壓力把針閥的開(kāi)啟速度加以控制，當控制閥泄流后，一個(gè)附加的液壓閥開(kāi)始動(dòng)作，使針閥快速關(guān)閉。這種輔助伺服式噴油嘴能分別調整開(kāi)啟、關(guān)閉的特性，動(dòng)作極其精確。它有極高的反應速度，能夠控制怠速期問(wèn)及小的供油量。

  而德國奔馳MTU8000系列柴油機共軌燃油噴射是在4000系列基礎上加以改進(jìn)的，其改進(jìn)系統包括一個(gè)向兩個(gè)高壓油泵供油的低壓燃油供給泵，兩個(gè)高壓泵依次向各氣缸蓋I二壓力高達180MPa，經(jīng)過(guò)雙層管系的各蓄壓器供油，這-tj蓄壓器的容積可充分避免供給管系壓力嗣任f．U波動(dòng)。另外，噴嘴位于各燃油噴射器的中心。

  共軌式噴射系統能夠精確地改變噴油定時(shí)、噴油量及噴油壓力。它可在極低的柴油機轉速下也獲得高的噴射壓力，從而有效地改善排放指標。由于燃料霧化性能的改善，共軌系統的最高壓力可比傳統的噴油系統降低20%左右，從而降低了高壓系統的零件受力，降低了傳動(dòng)機械能的消耗，隨之也降低了燃油消耗率，同時(shí)提高了高壓系統的使用壽命，節約了維修保養的費用，提高了經(jīng)濟性。

共軌式噴射系統可對所有影響燃燒的燃油噴射參數（如燃油噴射正時(shí)、噴射過(guò)程、噴射時(shí)問(wèn)、噴射壓力等）單獨進(jìn)行調控，改善混合氣的形成，使之能很好適應運行工況的各種設定。單獨控制燃油噴射參數可使發(fā)動(dòng)機在整個(gè)功率曲線(xiàn)范圍內減少燃油消耗和降低廢氣排放，有利于生態(tài)環(huán)境的改善，同時(shí)，有助于降低發(fā)動(dòng)機的噪聲和振動(dòng)水平。另外，噴油泵的驅動(dòng)功率比以前使用的系統小，但效率卻得到了提高；并且高壓泵驅動(dòng)裝置不再承受巨大的扭矩峰值，這樣，驅動(dòng)凸輪軸和附加機組的整個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置中的交變角加速度得以避免；而在惰轉或較低的功率范圍內，切斷單個(gè)氣缸或氣缸組，以防止較多的碳氫化合物（白煙）的排放，這樣即可以以最小的費用實(shí)現電子參數控制；還為噴射過(guò)程的形成（例如脈沖式噴射）提供了勢能。因此，共軌式噴射系統使4000和8000系列柴油機的整體性能提高到一個(gè)新的高度。

四：德國奔馳MTU電子管理系統

  這三種系列柴油機都有一套電子管理系統。柴油機的許多功能，如，順序增壓、取決于負荷的柴油機停缸、電子調速及電子噴射等，都由電子管理系統予以實(shí)現。

  德國奔馳MTU電子管理系統由柴油機控制單元( FCU)、柴油機監測單元( EMU)、機旁控制箱(LOP)和一套裝在柴油機上的傳感器組成。

  德國奔馳MTUECU是電子管理系統的核心部分，它預置柴油機的性能參數、采集并貯存柴油機的運行數據，并通過(guò)對這些數據的計算、比較，對柴油機進(jìn)行控制。它還可通過(guò)對外接口與外界之間輸入或輸出有關(guān)信息，如，柴油機的功率特性曲線(xiàn)是由預置在數據模塊中的轉速及有關(guān)供油量的參數來(lái)保證的。通過(guò)接口可咀改變這些參數，從而改變特性曲線(xiàn)。

  柴油機自第一次開(kāi)始運轉，其工作時(shí)間．載荷狀況就由ECU中的專(zhuān)門(mén)記錄器記錄。維護人員通過(guò)一插入接口的手提終端便可打印出記錄的整個(gè)運行歷程中的時(shí)間·載荷狀況，從而為編制柴油機的維護計劃提供依據。

  燃油的電子噴射更是一個(gè)復雜的電子管理系統運行過(guò)程。在德國奔馳MTU4000系列機中，ECU通過(guò)采集轉速及油軌中的壓力信息與存貯的特性曲線(xiàn)中的壓力額定值相比較，調整供人油泵的燃油量來(lái)控制油軌壓力，并通過(guò)控制電磁閥的開(kāi)、閉來(lái)獲得相應的供油量。

EMC包含有一個(gè)單獨的安全系統，此外，還提供了根據船級社要求而額外配置的傳感器接口。對于沒(méi)有船級社要求的用途，EMC單元則被省略。LOP用來(lái)實(shí)現柴油機的機旁操作和監測。通過(guò)儀表及聲光訊號顯示出柴油機的運行數據、狀態(tài)及故障信息，實(shí)現柴油機的正常及緊急起、停。此外，它還提供MDFC及機外遙控、監測裝置的接口，擴展管理系統的功能。這種擴展，可以包括故障診斷、艦船管理乃至幾乎所有的功能。圖2為柴油機用作艦船主機時(shí)的一種電子管理系統配置型式。

 

S/A_傳感器／動(dòng)作振總線(xiàn)，PIM-外圍接口模塊，Pcs-主機控制系統，LOP-帶顯示器的機旁控制箱，ECU-發(fā)動(dòng)機控制單元，Ccu-齒輪箱控制單元。

德國奔馳MTU2000系列和4000系列柴油機主要用于船舶、鐵路、重型卡車(chē)和發(fā)電機組上，而8000系列柴油機則多用于高速船艇和海軍艦艇動(dòng)力。MTU這三種系列柴油機所采用的新型電子控制噴射系統，具有其它噴射系統無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，使柴油機具有更好的燃油消耗率和排放指標；而電子管理系統的應用，使柴油機的許多功能得以完善。因此，MTU這三種系列柴油機功能更完備、整體性能更優(yōu)越，深受用戶(hù)的青睞。