柴油发动机电控系统工作原理和特征
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柴油发动机电控系统工作原理和特征
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摘要：柴油发电机的电子管理系统的应用是现代柴油发电机及其发电机组的重要特征。本节以中高科技的奔驰发电机组用（MTU）柴油发电机为对象，这里将只介绍其发电机组 MTU/DDC/MTU BR 2000和MTU/DDC BR 4000（采用高压共轨）（以下简称MTU2000和MTU4000）系列用柴油发电机的电子管理系统MDEC的基本结构及其主要控制功能等。
一、电子管理系统的特征
如图1所示为MTU2000和MTU4000系列发电机组采用的MDEC电子管理系统示意。
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图1 MDEC电子管理系统示意 |
（一）柴油机的电子管理系统的一般特征
i．控制柴油发电机的运行。
ii.监控柴油发电机的运行状态。
iii.柴油发电机速度的调节。
iv．通过PIM A511显示错误代码指出柴油机不正确的运行状态。
通过另外8个附加PIM外围设备接口模块可以连接上一级系统（可选项）。显示设备可以提供有关柴油发电机运行状态、文本、信号等多功能信息。
（二）MDEC电子控制系统的主要特征
i．这种电子控制系统主要应用于MTU/DDC BR 4000（采用高压共轨）和DDC/MTU BR2000系列用柴油发电机上。
ii.具有对柴油发电机的调节和控制功能。
ii.监控柴油发电机的运行状态。
iv.错误运行状态的显示。
V.单个元件电源的连接电缆。
vi.连接上一级控制发电机的独立电缆。
vii.CAN总线连接到上一级发电机的控制单元（可选项）。
viii.具有与上一级发电机控制单元的硬件接口（可选项）。
ix.柴油发电机运行状态和显示报警的功能（可选项）。
X.速度或反馈调节取决于柴油发电机的运行状态。
xi.模拟显示功能（可选项）。
xii.集成的错误诊断系统ITS （Integral fault diagnosis system）。
xiii.负荷曲线记录。
xiv.全自动启动顺序的控制。
XV.50Hz/60Hz双频切换功能。
xvi.自动减速功能。
二、MDEC控制系统的结构
MDEC系统包含了两种供用户选择的子结构ECS-5和MCS-5。如图2所示，ECS-5的主要功能是实现柴油发电机的控制，MCS-5的主要作用是对柴油发电机运行状况进行实时监控。
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图2 典型MDEC机构示意 |
（一）柴油发电机控制系统ECS-5的组成和结构
1．组成
i．柴油发电机的电控单元。
ii.柴油发电机的传感器（温度、压力等）。
i.柴油发电机的执行机构。
iv.喷油器。
V.柴油发电机的电缆管理。
2．结构
如图3所示ECS-5控制系统结构示意。
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图3 ECS-5控制系统结构示意 图4 控制单元结构 |
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图5 控制单元的内部结构 |
柴油发电机电控单元ECU，其控制单元的结构如4和图5所示，它是直接安装在柴油发电机上，具有以下功能。
i．可以直接控制2000系列（泵-高压油管-喷嘴）单喷油系统，也可以控制4000系列的高压共轨系统。
ii．可以控制最多20个阀门/喷嘴。
iii.通过CAN总线实现与上一级设备的通信。
iv.具有自我控制和诊断功能。
V.扩展的输入/输出（I/O）接口（柴油机侧有高达26个输入/输出接口）。
Vi．通过RS232串口的对话单元进行诊断。
（二）数据连接
MDEC系统应用于柴油发电机组，通过CAN总线在不同的子系统中进行数据传输。CAN总线主要完成下列任务。
1．从上一级系统中接收给定的信号（如速度设置）和命令。
ii．通过监控系统MCS-5输出所有的测量值/极限值。
iii．在MCS-5中，进行信号量的计算及警报的输出等。
iV.与柴油发电机相关控制信号的输出（油温、油压等）。
图6给出了MDEC系统中总体设备的数据连接框架。
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图6 MDEC系统中总体设备的数据连接框架 |
（三）接地方式
良好的接地是保证数据安全、稳定传输的重要保证。图7所示为MDEC系统设备的接地方式。柴油机和交换器两者通过一等压铅条接地（PE）。电源和所有的电子设备不接地。整个电子系统及传感器和地面保持绝缘状态。
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图7 MDEC系统设备的接地方式 |
值得注意的是：一个好的信噪比可以通过机械设备和电子元器件良好的绝缘获得。信噪比高可以保证CAN总线中进行数据传送的安全。同样，所有敏感元件的模拟/二进制信号的安全传送，其技术数据如表1所示。
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表1 技术数据
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