MTU4000系列柴油机共轨式喷射系统工作原理与故障分析

吴龙飞

摘 要：本文主要描述了MTU4000系列柴油机共轨式喷射系统的工作原理，就其在日常运行中柴油机出现的突然降速或自动熄火等故障做了分析，同时说明了这些故障的处理措施。

关键词：共轨式喷射系统 分析 措施

MTU4000系列柴油机于1997年初推出，是全球极少数装有电子监控管理系统MDEC的柴油发动机，是世界首家应用共轨式喷射系统技术的大型柴油机。共轨式喷射系统的运用代替了传统的波许泵系统，使发动机在极低的转速下也可得到高的喷油压力。通过精确控制喷油定时、喷油量及喷油压力，改善了燃烧与排放，降低能耗及燃油系统零件受力。

1.MTU4000系列柴油机共轨式喷射系统工作原理

MTU4000系列柴油机共轨式喷射系统主要有高压泵、共轨管、喷油器和电子控制装置（ECS-发动机控制系统），它把燃油的高压产生与喷射的定时、定量完全分开，其工作原理如图：

整个系统由高压泵、蓄压器（公共油轨）、喷油嘴和电子控制装置组成。高压泵是一个多缸径向柱塞泵，由柴油机通过齿轮机构传动，它将燃油供入各缸共同的、位于柴油机两侧的公共油轨中，油轨中压力可达120Mpa左右，这相当于在普通系统上的160Mpa-180Mpa的喷射压力。每个气缸盖上装一个由电磁阀控制的喷油器，由高压油管将共用油管与喷油器相连通。高压燃油在油轨中蓄势待发，一旦某一喷油嘴接通，燃油即进入喷油嘴喷入气缸。油轨中燃油压力及喷油嘴开、闭的时刻决定了各缸的喷油量，这些都是电子装置控制。电子装置通过装于油轨前的压力传感器感知系统中的压力。而燃油是通过一节流阀进入高压泵的，在电子装置的控制下，通过对流量的节流实现对压力的调整。喷油嘴则具有控制喷油开始、停止，从而控制喷油量以及调整着火延迟期喷油量等多项功能，这种喷油嘴如图所示，通过一个电磁阀使针阀上方泄压，然后由燃油压力把针阀打开。着火延迟内的喷油量通过调节阀的开启速度加以控制，当控制阀泄流后，一个附加的液压阀开始动作，使针阀快速关闭，这种辅助（喷油嘴能分别调整开启、关闭的特性）动作极其精确。它有极高的反应速度，能够控制怠速期间极小的供油量。这种高压共轨式喷射系把燃油的高压产生与喷射的定时、定量完全分开，并且结构简单，还能在发动机各种转速下提供相同的喷射压力，从而有效地改善排放指标。由于燃料雾化性能的改善，共轨式喷射系统的最高压力可比传统的喷油系统降低20%左右，从而降低了高压系统的零件受力、传动机械能的消耗及燃油消耗率，提高了高压系统的使用寿命，节约了维修保养的费用，提高了经济性。

共轨式喷射系统可对所有影响燃烧的燃油喷射参数（如燃油喷射正时、过程、时间、压力等）单独进行调控，改善混合气的形成，使之能很好适应运行工况的各种设定。单独控制燃油喷射参数可使发动机在整个功率曲线范围内减少燃油消耗和降低废气排放，有利于生态环境的改善，有助于降低发动机的噪声和振动水平；高压泵驱动装置不再承受巨大的扭矩峰值；在惰转或较低的功率范围内，切断单个气缸或气缸组，以防止较多的碳氢化合物（白烟）的排放，这样既可以最小的费用实现电子参数控制，还为喷射过程的形成（如脉冲式喷射）提供了势能，使 MTU4000系列柴油机的整体性能提高到了一个新的高度。

2、MTU4000系列柴油机共轨式喷射系统常见故障分析

燃油的电子喷射是一个复杂的电子管理系统运行过程。ECU通过采集的转速及油轨中的压力信息与存贮的特性曲线中的压力额定值相比较。调整供入油泵的燃油量来控制油轨压力，并通过控制电磁阀的开、闭时刻来获得相应的供油量。

经分析认为共轨式喷射系统柴油机出现的突然降速或自动熄火等故障，可能由于电子器系统 、低压回路、限压阀、喷油器故障所致，可以采取逐步诊断法，即先分析故障的可能原因，然后从容易拆装的便于检查的外围设备开始，逐步寻找故障所在的部位，最后才检查电控单元（ECU）是否正常，目前就以MTU4000 16V M71为例：

1．电气系统故障

首先通过lop屏幕读取故障代码信息。柴油机的每个缸都是按照设定的顺序来工作的，ECU根据收到凸轮轴、曲轴传感器的信号，确定每个缸的喷油。这些传感器是基于霍尔效应的磁力元件，通过分辨曲轴上的齿轮的缺齿作为判断第一缸上止点位置，感应每分钟经过传感器的齿数而产生的脉冲信号，经处理后输出方波信号给ECU，再由ECU通过对接受的信号进行处理、计算，从而决定各个缸的喷油顺序及喷油量参数。如果两个速度传感器中任一个损坏，柴油机ECU将无法判断机器状态，发动机无法启动 ；但在运行过程中有一个损坏，柴油机还是可以正常工作，但ECU会发出一个警报给监控系统；如果两个速度传感器同时损坏，柴油机将无法工作。

2.低压油路故障

低压泵发生故障时，发动机启动后不久，便会自动熄车并报警。在试车运行时可通过监控屏查看柴油压力，如果没有达到预设值，则低压油泵可能已损坏，如果低压泵出现漏油现象，会使发动机无法达到正常工况下运行；共轨式喷射系统柴油机对燃油的清洁度要求是很高的，采用两级过滤的方式采用两级过滤的方式，低压回路管发生堵塞的现象，需对前置燃油过滤装置与燃油滤清器进行检查。

3.检查喷油器故障

如果出现喷油器故障，会出现在满负荷的情况下转速上不去，也有可能出现排温高报警。喷油器电磁阀出现烧毁或者断路情况下，喷油器将停止工作，但不会出现报警，但降低了发动机的输出功率，从而影响转速，如果有对单缸安装温度探头，将会发现此缸温度相比其它正常运作的缸偏低，需要及时对喷油器进行更换。喷油器出现启阀压力过低、喷油直孔偏大、喷油嘴出现小孔裂纹时，会导致排温偏高现象，为避免可能导致的零件烧毁，需找出故障喷油器，保证发动机在正常工况下运行。

4.高压油路故障

高压燃油泵的出现故障是导致发动机降速或熄火的原因之一。目测检查高压燃油泵泄漏孔是否有燃油与润滑油排出；如发现泄漏孔很脏，即关闭发动机，使发动机无法启动后，清洁泄漏孔；如有液体排出，则需要进行评估，一是大量排出，则需要进行维修；二是每天最多10滴液体流出，则属于正常情况，不视为渗漏。泄流出来的液体不仅会污染环境，还可能引起火灾，必须引起重视，及时进行处理。

为了保障柴油机能正常运行，需要对燃油系统需要定期检查，及时做好日常保养与维护。

参考文献：

[1]Diesel Engine MTU16V4000M70 Description and Operation Manual M0157 10/00E1999.

[2]MTU_ValueServie Technical Documentation