G3600 Engines Caterpillar

BTU and Precombustion Chamber Adjustments

Usage:

空燃比的控制策略由以下因素确定：燃料质量设置, 燃料流量和燃烧时间。燃料质量设置是空燃比的初始设置。而通过燃烧时间，控制策略可以对空燃比进行微调。该比率基于燃料质量。这两项调整都很关键，如果调整设置不当，就会出现问题。

燃料质量设置

注: 使用 Caterpillar 电子技师（Cat ET）调整燃料质量设置。

燃料质量设置通常在发动机调试过程中定义。除非燃料的平均低热值（LHV）改变，否则无需进一步调整燃料质量设置。要建立燃料质量设置，需要进行气体分析并测量废气排放。

调整燃料质量值之前需要进行气体分析。进行分析并将数据输入 Caterpillar 软件, LEKQ6378, "甲烷值编程"。该步骤将权衡气体各种成分的影响进行计算，然后建立 LHV。该计算是基于整个气体的百分比。将燃料质量设为该 LHV。

注: 使用 Caterpillar 软件, LEKQ6378, "甲烷值程序"。 只使用气体分析的数据可能导致不正确的设定。

废气排放测量验证发动机设置正确。燃料质量的排放级别可以与发动机调试期间记录的以下排放物水平作比较：NO, NO_x, CO, CO₂ 和 O₂。

如果废气中的 NO_x 和 CO 量超出发动机调试时的 ±10 ppm，则确定是否应调整燃料质量设置。较稀的空燃比将减少 NO_x 并增多 CO。较浓的空燃比将增多 NO_x 并减少 CO。调整燃料质量之前，必须了解控制策略的两个基本概念。

基本的发动机转速和调速控制

发动机控制策略可以调整燃料流量。燃料流量是基于实际发动机转速与理想发动机转速之间的差异。

如果实际发动机转速低于理想发动机转速，该项控制将增加燃料流量。如果实际发动机转速高于理想发动机转速，该项控制将减少燃料流量。向发动机施加负荷将导致燃料流量增加，以便保持理想转速不变。

基本的空燃比控制

燃料量和燃料热值确定了维持适当空燃比所需的空气量。

发动机被调到一个特定的 NO_x 值。该值取决于发动机的排放率。该调整值留有一定的余量，小于不得超过的实际 NO_x 排放率。始终将发动机调到目标值。

燃烧消耗的燃料量通过测量以下数据进行计算：

燃料歧管与进气歧管的压差
通向气缸的燃料温度
发动机转速

要确定燃料的热值，需要评估燃料质量和燃烧时间的设置。进气量将随着燃料量和热值的增大而增大。进气量将随着燃料量和热值的减小而减小。控制策略通过调整废气旁通阀和阻风门的位置来调整空气量。

调整发动机时，对燃料质量设置的调整将会影响空燃比。要获得较稀的空燃比，在调整发动机时增大燃料质量设置。增大设置会增加用于燃烧的空气量。该项控制将更高的燃料质量理解为更热的燃料。燃料的实际热值不会改变。要获得较浓的空燃比，在调整发动机时减小燃料质量设置。减小设置会减少用于燃烧的空气量。该项控制将更低的燃料质量理解为更冷的燃料。燃料的实际热值不会改变。

该项控制还使用燃料质量来计算发动机负载的百分比。控制策略使用算得的负载来确定正时、空燃比和运转限制。调整燃料质量将直接影响发动机的运转。

Show/hide table

注意

BTU设定值运转时将直接影响空气/燃料比，同样地将改变发动机的排放级。 BTU设定值不正确，运转时将导致发动机性能故障，对工作场所的排放容许值产生负面影响。

当调整燃料质量或针阀时，始终使用废气分析器。调整时，始终将控制系统置于"预燃室标定"模式。

不要试图通过调整燃料质量来改善起动和/或增大负载。如果在特定的燃料质量设置下，发生发动机起动和/或负载问题，需要另外再进行气体分析和/或发动机调整。

注: 通常情况下，发动机将使用具有广泛热值的各种燃料进行操作。如果燃料的热值发生重大改变，可能需要调整燃料质量设置才能运转发动机。

燃料质量设置不得超过实际燃料 LHV 的 ± 25。否则可能无法达到适当的空燃比。需要另外再进行气体分析和/或发动机调整。

燃料质量的设置会直接影响发动机的性能。如果此设置太低，空气/燃料混合物会太浓。将导致排气温度偏高、爆震，并可能损害预燃室。如果此设置太高，空气/燃料混合物会太稀。将导致发动机性能下降、假爆震、缺火以及停机。

当控制策略在反馈模式下运行时，不要调整燃料质量设置。该发动机的控制策略将会自动补偿燃料热值的任何变动。在反馈模式中调整燃料质量设置不会改变发动机的操作条件。如果调整了设置，该调整可能会导致操作问题。

调整发动机

燃料质量设置建立了一个参考点。如果气体的 LHV 没有改变，发动机的性能将可能保持一致。然而，LHV 可能会随时间而改变。

注: 调整发动机之前，确定是否存在缺火。此外，确定适用于当前应用的负载和转速。当调整燃料质量或针阀时，始终使用废气分析器。调整时，始终将控制系统置于"预燃室标定"模式。

空燃比控制模式

起动

在起动时，使用阻风门控制空燃比。起动位置取决于气缸数。通常，阻风门起动位置在 60% 至 80% 关闭点之间。

阻风门一直保持在固定位置，直到发动机达到预期转速 10 秒为止。如果阻风门起动位置设定太高，发动机将不能获得足够的燃烧空气。在这种情况下，软件程序会逐步打开阻风门，直到发动机转速增加为止。打开阻风门可使发动机转速稳定增加，直至达到预期转速。

如果阻风门起动位置低于 30%，而发动机仍然难以提高到预期转速，则可以改变废气旁通阀的起动位置。废气旁通阀的默认起动设置为 90%（完全打开）。该设置可以在 50%-90% 的范围内减小，以便增加空气用于起动。当在寄生负载下起动、高海拔或使用非标准类型燃料时，该设置尤其有用。

阻风门起动、废气旁通阀起动和起动燃料爆发都在 Cat ET 配置屏幕中编程。

排气口温度反馈

在该运作模式中，控制空燃比以达到预期的排气口温度。起动完成后，这种运作模式通常处于激活状态。

综合燃烧感应模块（ICSM）计算平均排放口温度与预期排放口温度之间的差异。 ICSM 向 ECM 发送一个燃料修正因子。 ECM 使用燃料修正因子来控制阻风门执行器，以便保持预期排气口温度。

如果平均排气口温度太低，ECM 会命令阻风门执行器移向关闭位置，以使空气/燃料混合气变浓。更浓的空气/燃料混合气在燃烧时会增加排气口温度。

"预期发动机排气口温度"参数在 Cat ET 配置屏幕中设置。此参数是针对 25% 负载时的预期排气口温度。

有关详细信息，请参阅系统操作, "电子控制系统操作"。

燃烧反馈

当在大于约 40％的负载下正常操作时，发动机在燃烧反馈模式下工作。在此模式下，电子控制模块（ECM）将根据以下因素调整进气歧管气压：燃料流量, 燃料质量设置和燃烧时间。在此模式中，控制装置会自动根据燃料 LHV 的变动进行调整。通过监测进气歧管气压和燃料修正因子来观察空燃比的调整。

进气歧管压力和燃料修正因子可以通过 Cat ET 或 Advisor 显示屏来观察。如果燃料热值增加，燃烧时间将会缩短。发动机将会以较浓的空燃比运转。 ECM 通过增大进气量来延长燃烧时间。如果燃料热值降低，燃烧时间将会延长，因为发动机将会以较稀的空燃比运转。 ECM 通过减小进气量来缩短燃烧时间。在这两种情况下，ECM 的工作旨在恢复预期燃烧时间。

预燃室标定模式

要启用预燃室标定模式，使用 Cat ET 选择"维修/发动机标定"选项卡中的"预燃室标定"（PC 标定）。在 PC 标定模式下将可以通过调整发动机来增强燃料的性能特性。

当发动机在预燃室标定模式下运转时，ECM 不会自动调整进气。空燃比计算中将排除燃烧时间，同时燃料纠正因子固定为 100%。主要是由燃料流量和燃料质量设置来确定燃烧所需的进气量。因此可以通过燃料质量设置来调整空燃比。如果在此模式中增大燃料质量设置，进气量也会增大。更多的空气会导致较稀的空燃比。如果在此模式中减小燃料质量设置，进气量也会减小。更少的空气会导致较浓的空燃比。通过调整配送到预燃室的燃料量即可将燃烧时间设为这些状况。每个气缸都有一个针阀，该针阀控制通向预燃室的燃气量。

缺火的检测

调整发动机之前，确定是否存在缺火。如果存在缺火，燃烧时间将会不准确。缺火会错误地延长平均燃烧时间。

注: 不解决缺火问题将会导致发动机设置不当，并由此引发故障。

在正常操作条件下，燃烧时间是平均值，显示在远程控制面板的 Advisor 显示器上。该值以毫秒（0.001 秒）为增量显示。火花塞点燃时，燃烧时间开始。火焰前锋到达燃烧传感器时，燃烧时间结束。当气缸缺火时，燃烧传感器不检测火焰前锋。燃烧时间直到下一个气缸将要点火时才停止。这会导致燃烧时间延长。显示的燃烧时间将会增大，因为该时间是气缸中几次点火的平均值。

调整缺火气缸的预燃室燃料供给量将会导致错误的发动机设置。将发生操作问题。

有两种缺火形式：真缺火和假缺火。

注: 有时真缺火不会显著影响排气口温度。

排气口温度有助于区分真缺火和假缺火。排气口温度低可能表示真缺火。可集中对那些可能导致真缺火的部件进行故障诊断和排除。包括以下部件：

预燃室的单向阀
火花塞
火花塞延长器
点火线圈
综合燃烧感应模块（ICSM）
预燃室的针阀
预燃室的供气管
气体进入阀
预燃室冷却液泄漏

当没有正确测量燃烧时间时，发生假缺火，但排气口温度正常。假缺火表示以下其中一个部件有问题：燃烧传感器, 燃烧传感器的延长器, 燃烧传感器的接线和 ICSM。这些部件也容易遭受电噪声。

反馈系统中的电噪声可能会导致错误地测量燃烧时间。这可导致燃烧时间过快。在火焰前锋经过燃烧传感器之前，电噪声会停止计时器。有时可以通过查看未过滤燃烧时间来检测电噪声。电噪声通常会导致燃烧时间指示为 2.0 至 2.2 毫秒。

气缸内机油过多也会导致更快的燃烧时间和更高的排气口温度。

如果从燃烧传感器到 ICSM 的接线连接不正确，可能指示假缺火。由于 ICSM 没有接收正确点火顺序，排气温度将正常，但燃烧时间过长。

要隔离影响燃烧时间的部件，可以用其他气缸中的部件替换可疑气缸中的部件。运转发动机以找到部件。缺火将随有毛病的部件转移到其他气缸。

G3600 调整步骤

调整发动机之前，定义针对当前应用的工作负载和转速。负载和转速可以因应用而不同。

如果将在特定的负载和转速下持续操作发动机，则在该负载和转速下调整发动机。
如果发动机预计将在 850 rpm 转速以上和 75% 的额定负载下持续运行，则在该预期状况下调整发动机。
如果发动机负载和转速会有所变化，则在预定范围的中点调整发动机。

G3600 发动机被调到特定的 NO_x 目标值，该值取决于发动机排放额定值。目标值用于调整目的。目标值提供了低于实际 NO_x 额定值的某些偏移度。始终调到以下建议的 NO_x 目标值之一：将废气分析器设置为未修正的量程。

70 ppm（对于 0.7g/hp-hr）
50 ppm（对于 0.5 g/hp-hr）

必须使用精确标定的废气分析器对 G3600 发动机进行调整。

该调整步骤假定发动机进气门和排气门间隙及 GAV（气体进入阀）间隙调整是正确的。如果不知道间隙调整是否正确，则在继续该调整步骤之前，首先调整间隙。

继续该调整之前，还必须纠正发动机缺火。如果在存在缺火的情况下调整发动机，将导致发动机的空燃比过浓。通过观察"未过滤燃烧时间"屏幕中的燃烧时间即可确定缺火。对于调整目的来说，燃烧时间高于 10.0 毫秒（m/s）即被定位为缺火。

如果任意一个气缸在 60 秒内缺火超过四次，则会因缺火过多而无法正确地调整发动机。

起动发动机之前，准备将废气分析器连接到排气口。确保废气分析器已正确标定。探头必须伸入废气流至少 10 cm (4 in)。在发动机预热且您准备好调整发动机后，连接分析器。这样做可以延长分析器传感器的寿命。
初次起动和重大作业后起动
对于初次起动和重大作业后起动，使用 PC CAL（预燃室标定）模式。当负载大于约 40％时，该模式将阻止发动机控制策略切换到燃烧反馈模式。此外，该模式还允许使用燃料质量设置直接控制空燃比。发动机可以在调整之前起动并承受负载。
对于该类型的起动，将针阀保持在之前位置。如果不知道之前的针阀位置，将所有针阀顺时针旋转到完全关闭位置。然后逆时针转动每个针阀四圈。四圈打开位置可以始终用作默认位置。此外，如果不知道之前的设置或没有达到预期效果，也可以将该设置用作调整的起点。
不要更改新发动机的出厂设置，直到发动机已经带负载运转并确认了 NO_x。通常出厂设置不需要调整。
将低热值（LHV）和比重设为气体分析所指示的数量，然后输入 Caterpillar 软件, LEKQ6378, "甲烷值编程"以获取正确的值。忽略步骤 3。

起动发动机并在预期负载下运转发动机，直至冷却液温度和油温稳定。需要预热约一小时。发动机预热并稳定后，连接废气分析器并启动分析器。

在燃烧反馈模式下操作并查看燃料修正因子（FCF）值。
如果 FCF 是 100%，无需特别考虑。
如果 FCF 低于 98% 或高于 102%，则燃料的低热值（LHV）可能已经因上一次调整或气体采样而改变。如果进入 PC 标定模式时，FCF 值与 100% 的偏差大于 2%，可能导致发动机不稳定。
在 Cat ET 的配置屏幕中调整 LHV，直到 FCF 介于 98% 至 102% 之间。当不处于 PC 标定模式时，只有这种情况下才能调整 LHV。记下 NO_x 排放量以备参考。
注: 如果 FCF 高于 100%，燃料质量设置已经增大（BTU 更高）。如果 FCF 低于 100%，燃料质量设置已经减小（BTU 更低）。

Show/hide table

注意

当发动机控制策略在"反馈"模式工作时，不应该进行预燃室针阀的调整。发动机控制策略调整空气燃料比，以保持实际燃烧时间与要求的燃烧时间相等。所以，调整针阀将不能导致燃烧时间的不同。相反，调整针阀将会使空气/燃料比调到一个未知值，因为发动机控制策略将试图改正这一变化。

使用 Cat ET 将发动机控制系统切换到 PC 标定模式。在"维修"下，选择"发动机标定"。然后选择"预燃室标定"。
注: 调整发动机时，不要退出 PC 标定模式。退出模式可能会导致调整为不正确的空燃比。错误调整将导致发动机性能下降和不正确的排放水平。当发动机控制系统处于 PC 标定模式时，FCF 自动设为 100%。

当发动机在 PC 标定模式中运转 15 分钟后，检查废气分析器上的 NO_x 读数。
目标是让 NO_x 尽量接近目标 ppm。限值为 +/- 15 ppm，但读数越接近目标值越好。目标值为保持适当的排放量和性能提供了余量。该余量有助于适应燃料和环境随时间的变化。
如果 NO_x 与目标 NO_x 的差异超过 5 ppm，调整 LHV。调整时应让 NO_x 尽量接近目标值。
如果 NO_x 超过目标值，表示空燃比偏浓，需要升高 LHV。如果 NO_x 低于目标值，表示空燃比偏稀，需要降低 LHV。
要获得精确的目标值，以 5 或 10 BTU 或更小的增量更改 LHV。
注: 更改任何设置后，等待至少 15 分钟，然后进行读数或进一步调整。控制系统和废气分析器将需要该时间来反应任何更改并稳定下来。

达到可接受的 NO_x 值之后，调整针阀以便让每个气缸都得到预期的燃烧时间。执行该调整步骤时，发动机仍然必须处于 PC 标定模式。
1. 监控 Cat ET 或 Advisor 显示器上显示的所有已过滤燃烧时间
1. 比较每个气缸的已过滤燃烧时间与预期燃烧时间。将时间记录在记事本上。
1. 调整针阀之前，将发动机转速设为 800 rpm。
  当针阀调整完毕，您返回到控制面板时，转速即可恢复到正常运转速度。比较每个气缸的已过滤燃烧时间与预期燃烧时间。在后续每次调整针阀时，将转速调整至 800 RPM。恢复到正常运转速度，观察燃烧时间。
  打开针阀可增加流入预燃室的燃料。增大燃料流量会缩短对应气缸的燃烧时间。关闭针阀可减少流入预燃室的燃料。降低燃料流量会延长燃烧时间。
  按顺序调整预燃室的所有针阀。至少 15 分钟后，已过滤的燃烧时间即可稳定下来。重复此步骤，直到所有实际的已过滤燃烧时间全都介于预期燃烧时间的 ± 0.20 毫秒内。像 NO_x 调整，调到更紧的公差会增大调整的精度。在多数情况下，您可以让所有燃烧时间都介于预期燃烧时间的 + 0.10 毫秒内。
  针阀调整得太过将导致过浓缺火或过稀缺火。缺火的表现是燃烧时间过长、过短或不稳定。最佳范围是 2.0 至 5.0。针阀设置低于 2.0 会导致对应的气缸出现过稀缺火。过稀缺火将造成其他气缸过载，继而产生爆震。如果针阀设置高于 5.0，尤其在燃料较热时，气缸的燃烧混合气将会过浓，导致排放水平下降。该设置还可能会导致预燃室中的喷嘴孔遭受侵蚀。
  发动机平均燃烧时间和单个缸的燃烧时间一起显示在 Cat ET 和 Advisor 显示器上。发动机控制系统使用平均燃烧时间来调整空燃比。

当所有气缸的燃烧时间都处于范围内时，等待 15 分钟，然后读取废气分析器上的 NO_x 数值。
如果 NO_x 超出目标值的 10 ppm 范围，返回步骤 5 并根据需要调整 LHV。然后，按照步骤 6 中的说明重新检查燃烧时间。有时需要在步骤 5 与步骤 6 之间来回执行许多次，才能将所有设定值调整到位。慢慢操作并在调整之间等待
注: 调整中最常见的错误就是在调整之间移动地太过。

如果 NO_x 处于目标值的 10 ppm 范围内，记录进气歧管压力和 NO_x 值。然后退出 PC 标定模式并返回到燃烧反馈模式。记下燃烧反馈模式中的进气歧管压力、燃料修正因子和 NO_x 值。
燃烧反馈模式中，建议以下结果：
- 进气歧管压力介于 PC 标定模式中记录的进气歧管压力的 1% 范围内。
- FCF 介于 99% 至 101% 之间。
- NO_x 介于目标值的 +/- 10 ppm 范围内。
- 发动机平均燃烧时间介于预期燃烧时间的 0.10 毫秒范围内。

将所有值和设置记录在性能数据表上。包括所有 Advisor 屏幕数据、Cat ET 配置屏幕数据、NO_x、O₂、CO 和针阀设置。
此数据可用于将来调整或发动机故障排除。

如果燃料的 LHV 在调整期间改变，调整将会更困难。这些设置将不正确。

为了验证是否正确调整了发动机，在发动机调整完毕之后，检查废气排放。发动机以过浓的空燃比运转时将会升高排气口和排气管的温度。空燃比过浓可能会导致发动机因排气管温度过高而停机。空气/燃料混合气过浓也会导致爆震。如果发动机以过浓的空燃比运转，预燃室可能会发生损坏。如果没有在调整针阀前解决缺火问题，也可能会造成损坏。

如上文所述，调整之后，建议的燃料修正因子应介于 100% 的 1% 范围内。然而在运转期间，FCF 通常会有少许的偏离，这是因为系统要适应各种因素的变化，例如燃料质量、空气温度、转速和负载瞬变等。这种偏离有时不需要调整发动机。如果 NO_x 处于目标范围内，则不必调整。

如果个别气缸的燃烧时间或排气温度偏出预期范围，可能存在以下某个问题。调整发动机之前，检查以下项目：