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摘要： MTU（含DDC mtu）2000、4000系列电控燃油系统结构是电控单体式喷油泵（EUP）系统。低压燃油系统与普通的燃油油路相同，而高压油路中单体泵为电控单体式喷油泵（EUP），高压油管也很短及管径较小。本文说明EUP的安装特点，介绍ECU（ECM）4/G发动机控制装置在发动机控制、发动机保护与报警信号三个方面的功能，说明故障显示器的显示方式与故障代码的时段划分，并列出常用故障代码及其对应的故障内容。

 

一、MTU电控系统概述

 

MTU系列电控燃油系统的核心是电控单体式喷油泵（EUP），其设计逻辑是“一缸一泵、短高压油路、电磁阀精准控制”，原理如图1所示。这套系统由DDC与MTU合作开发，取代了传统机械式高压油泵的概念，每个气缸对应一个独立的电控喷油泵。

1. 低压油路：与传统系统相同

低压燃油系统的结构与普通柴油机基本一致：燃油从油箱抽出，经过滤清器、输油泵，以较低压力（通常几bar）输送至各缸EUP的低压进油口。低压油路的作用是“供油”而非“建压”，压力建立的任务完全交给EUP本体。

2. 高压油路：EUP与短高压油管

高压油路是这套系统的核心特征。每个气缸配备一个电控单体式喷油泵（EUP），安装在柴油机机体上，由凸轮轴通过滚轮挺柱驱动。EUP内部的核心控制元件是高速电磁阀，其响应时间要求达到1-2ms甚至更短。EUP的工作过程分四个阶段：

（1）充油过程：柱塞下行，低压燃油充入柱塞腔。

（2）旁通过程：柱塞上行初期，电磁阀仍开启，燃油经回油通道旁通回低压油路，不建立高压。

（3）喷射过程：ECU发出高电平信号，电磁阀关闭回油道，柱塞腔压力急剧升高。高压燃油经短高压油管送至喷油器，当压力超过喷油器开启压力时，喷油开始。电磁阀关闭的时刻决定喷油正时，关闭的持续时间决定喷油量。

（4）卸荷过程：ECU信号变为低电平，电磁阀断电开启，高压油泄回低压油路，针阀落座，喷油结束。

（5）高压油管“短且管径小”是这套系统的重要设计特征。短油管减少了高压燃油的容积，使喷射压力建立更快、响应更直接；小管径则降低了高压油在管路中的膨胀损失。

3. 安装位置与驱动

 

EUP安装在柴油机机体上，由凸轮轴直接驱动，如图2所示。对于2000系列的V型发动机，采用单根凸轮轴同时驱动气门和EUP，这是成本效益很高的方案。EUP的安装位置通常在缸体侧面，每个气缸对应一个泵体，高压油管从泵体直接连到对应气缸的喷油器。

 

图1  MTU柴油发电机电控燃油系统原理图

图2  MTU柴油发电机EUP安装位置图

 

二、ECU（ECM）4/G发动机控制装置功能

 

ECU是MDEC的核心。MDEC控制系统中输入及输出信号如图3所示，其控制功能有：

1. 发动机的控制

（1）控制启动次序

控制启动次序，使各缸按发火顺序依次投入工作。启动次序的正确控制可避免各缸同时喷油造成的启动阻力过大与启动失败。

（2）控制转速

控制转速（数字电子调速器），通过电控方式维持机组转速稳定。数字电子调速器相比机械调速器响应更快、调速率更小。

（3）控制喷油

通过电磁阀控制喷油系统的喷油开始时间、喷油连续时间、最大喷油量的限定。喷油开始时间决定喷油提前角，喷油连续时间与最大喷油量限定共同决定循环供油量。

（4）调节速降

调节速降，使机组在负载变化时的转速下降幅度符合要求。速降的设定需在稳态精度与并联运行负载分配之间取得平衡。

（5）设定额定速度

设定额定速度，确定机组的目标转速。额定速度与发电机极对数共同决定输出频率。

（6）高压燃油油压调节

高压燃油油压调节（4000系列），用于控制共轨或储压器中的燃油压力。油压的稳定直接影响喷油量的准确性。

（7）双频转换

两种设定额定速度（50Hz/60Hz）的转换，使同一机组可适配不同频率的供电需求。

（8）控制功能之间的配合

上述各项功能并非孤立，喷油时刻与喷油量的控制以转速信号为基础，转速控制又以喷油量调节为手段，高压油压调节则为喷油量提供稳定的压力条件，各项功能相互配合才能实现机组的稳定运行。

2. 发动机的保护

（1）超限停机

运行参数超出限值时自动停机。自动停机是保护功能的最后手段，用于在参数严重偏离正常范围时避免机组损坏。

（2）冷却液温度过高的分级处理

冷却液温度过高时发出预警信号，经设定的时间后，如温度仍过高则发动机停机；若在此期间温度继续增高，发动机立即停机；在发动机启动前，状态不符合要求（如冷却液温度过低、电池电压过高）时将抑制发动机的启动。

（3）紧急情况下的屏蔽

在紧急情况下可屏蔽限值或消除抑制因素，继续启动或运行发动机（超速现象除外）。超速被排除在屏蔽范围之外，是因为超速可能在极短时间内造成机组损坏。

（4）传感器损坏的处理

传感器损坏时自动停机。传感器损坏会使ECU失去判断依据，继续运行存在失控风险，因此采取停机保护。

（5）保护功能的分级特征

从预警到停机、从正常停机到立即停机，保护功能按故障的严重程度分级动作，既避免轻微故障造成不必要的停机，也防止严重故障被延误处理。

3. 报警信号

根据发动机产生的故障性质，产生两种通用警报输出。

（1）黄色警报

黄色警报（灯）即预报警：当出现危险状态时，ECU激活此信号发出警告，发动机运行受到一定的限制。

（2）红色警报

红色警报（灯）：当发动机由于故障即将严重损坏时，ECU激活此信号发出红色（灯）警告，发动机自动停止运行以防发动机受到损坏。

（3）两级警报的意义

黄色警报用于在故障尚可控制时提醒运行人员处理，红色警报用于在故障可能造成严重损坏时强制停机，两级警报的分工使保护既不过于敏感也不至于延误。

（4）警报与故障代码的对应

报警信号与故障代码在ECU内部存在对应关系，读取故障代码可确定触发警报的具体参数与限值级别，为处理提供依据。

 

图3  MTU柴油发电机MDEC控制系统图

 

三、故障显示

 

故障全部储存在ECU中并在对话装置中自动翻滚显示，故障信息可按其发生/删除的时间顺序储存，最大可储存80条信息，亦可记录在统计储存中，最多可记录10000次。同时通过数据线接至外部的故障显示器，故障显示器代码显示位置如图4所示。

1. 数据显示方式

（1）四位显示的构成

显示器显示四位数位，分别表示故障发生的时间段和故障代码。故障代码第1位数为a、b、c、d，反映故障发生的时段，如图5所示。

（2）四个时段的划分

1）当前发生的故障；

2）上1h内发生的故障；

3）过去1～5h内发生的故障；

4）过去5～13h内发生的故障。

（3）故障代码的构成

第2、3、4位数字组成的百位数为故障代码。每个故障代码显示时间3s。

（4）时段划分的作用

按时段划分故障，可使运行人员在故障发生后仍能追溯此前一段时间内的故障记录，便于分析故障的演变过程。

（5）显示时间的意义

每个故障代码显示时间3s，便于运行人员记录与核对，若显示过快可能来不及记录，显示过慢则影响滚动显示的效率。

2. 故障储存与统计

（1）故障储存容量

故障信息可按其发生/删除的时间顺序储存，最大可储存80条信息。

（2）统计储存容量

亦可记录在统计储存中，最多可记录10000次。

（3）两种储存的区别

故障储存记录的是具体故障信息及其时间顺序，统计储存记录的则是故障发生的累计次数，两者用途不同。

（4）储存容量的意义

80条的故障储存容量可满足一般故障追溯的需要；10000次的统计储存容量则可用于长期跟踪某类故障的发生频次，为维修决策提供依据。

3. 故障代码的读取与使用

（1）读取方式

故障代码在对话装置中自动翻滚显示，也可通过数据线接至外部故障显示器读取。

（2）时段判断

根据故障代码第1位数字判断故障发生在当前、上1h内、过去1～5h内还是过去5～13h内。

（3）维修应用

维修时可按故障代码查阅对应的故障内容，结合限值1或限值2判断故障的严重程度，从而确定处理方式。

（4）读取时的注意点

读取故障代码时应同时记录故障发生的时段与代码，避免仅记录代码而忽略时段信息，影响对故障演变过程的判断。

 

图4  MTU柴油机故障显示器位置图

图5  MTU柴油发电机故障显示器内容解读

 

四、常用故障代码

 

常用故障代码见表1。

1. 故障代码的分类

（1）温度类

燃油温度、增压空气温度、中冷器温度、排气温度、进气温度、润滑油温度、冷却液温度等，分别对应各自的高温限值1与限值2。

（2）压力类

增压空气压力、润滑油压力、储压器压力、冷却液压力、燃油压力等，分别对应各自的低压限值1与限值2。

（3）液位类

冷却液位、中冷器冷却液位、燃油漏油油位等。

（4）超速类

发动机超速与各涡轮增压器超速。

（5）传感器类

各类温度、压力、液位、转速传感器故障。

（6）电源与输出类

MDEC电源电压、ECU壳体内温度、内部±15V电源、传感器电源、电磁阀接线与电源级等。

2. 限值1与限值2的区别

（1）限值1

限值1对应故障的初期阶段，通常触发黄色警报，提示运行人员注意。

（2）限值2

限值2对应故障的进一步发展阶段，通常触发红色警报并可能导致停机。

（3）分级设置的意义

同一故障设置两个限值，使保护动作具有层次，便于在故障初期先行处理，避免直接停机造成供电中断。

3. 故障代码的读取与使用

（1）读取方式

故障代码在对话装置中自动翻滚显示，也可通过数据线接至外部故障显示器读取。

（2）时段判断

根据故障代码第1位数字判断故障发生在当前、上1h内、过去1～5h内还是过去5～13h内。

（3）维修应用

维修时可按故障代码查阅对应的故障内容，结合限值1或限值2判断故障的严重程度，从而确定处理方式。

（4）读取时的注意点

读取故障代码时应同时记录故障发生的时段与代码，避免仅记录代码而忽略时段信息，影响对故障演变过程的判断。

表2-6 常用故障代码表

 

总结

本文介绍了MTU 2000、4000系列电控燃油系统的结构特点、ECU控制功能、故障显示方式与常用故障代码。该系统采用电控单体式喷油泵（EUP），低压油路与普通燃油系统相同，高压油管短且管径小。ECU作为MDEC的核心，具备发动机控制、发动机保护与报警信号三方面功能，其中控制功能涵盖启动次序、转速、喷油时刻与喷油量、速降、额定速度与高压燃油压力调节；保护功能涵盖超限停机、冷却液温度分级处理、紧急屏蔽与传感器损坏停机；报警信号分为黄色预报警与红色警报两级。故障信息储存在ECU中并按发生时间顺序显示，显示器四位数分别表示故障时段与故障代码，最大可储存80条信息，统计储存最多可记录10000次。常用故障代码按温度、压力、液位、超速、传感器与电源输出等类别划分，同一故障设置限值1与限值2两级。理解上述内容，有助于在机组出现报警或停机时准确读取故障代码、判断故障性质与严重程度，从而采取恰当的处理措施。

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