C7 and C9 On-Highway Engines Caterpillar

系统操作

此发动机配备液压电子式单体喷油器（HEUI）。 机械发动机上使用的喷油泵、燃油管和喷嘴已由每个气缸上的液压电子式单体喷油器所取代。 每一个喷油器上的一个电磁阀控制喷油器喷出的喷油量。 轴向活塞泵可增加发动机机油压力，以启动喷油器。 发动机控制模块（ECM）向喷油驱动压力控制阀发送信号以便控制喷油压力。 另有电气信号被发送到每一个喷油器电磁阀以便控制喷油。

电子控制装置

发动机电子系统包括 ECM、发动机传感器、喷油驱动压力控制阀和车辆接口。 ECM 是一台控制发动机工作的电脑。 个性模块是该电脑的软件。 个性模块包含发动机的工况图。 工况图确定发动机的以下特性：

• 功率

• 扭矩曲线

• 发动机转速（rpm）

发动机调速器控制

发动机上的电子控制装置可作为发动机调速器。

电子控制装置可确定正时、喷油压力和喷入气缸的燃油量。 这些因素基于起动和运转期间任何指定时间下的实际状况和理想状况。

调速器使用油门踏板位置传感器决定发动机的理想转速。 调速器将发动机的理想转速与发动机的实际转速相比较。 发动机实际转速由 ECM 通过认定发动机转速/正时传感器发送的信号而决定。 如果发动机期望转速高于发动机实际转速，则调速器就会增加喷油量以提高发动机转速。

图 1	g01120999
典型实例

发动机的理想转速通常由下列状况之一所决定：

• 油门踏板位置

• 巡航控制中的理想车速

• 动力输出（PTO）中发动机的理想转速

正时考虑

调速器确定了所需的燃油量后，必须确定喷油正时。 ECM 分析下述部件提供的输入后确定喷油正时：

• 冷却液温度传感器

• 进气歧管空气温度传感器

• 大气压力传感器

• 增压压力传感器

ECM 调整正时，从而优化发动机性能、改善燃油经济性以及控制白烟。 利用 Caterpillar 电子技师（ET）不能查看实际正时和理想正时。 ECM 可以通过由发动机转速/正时传感器提供的信号来确定 1 号气缸上死点的位置。 ECM 决定相对于上死点发生喷油的时间。 ECM 接着就在理想的时间向喷油器发出信号。

燃油喷射

ECM 通过改变送至喷油器的信号并控制驱动压力来控制喷油量。 喷油器只在喷油器电磁阀被通电激励时才会泵油。 ECM 会发送一个高电压信号以使电磁阀通电。 喷油器电磁阀将移动使驱动压力保持喷嘴单向阀闭合的座销。 移动座销还会使滑阀开启。 这会使驱动压力作用在活塞和柱塞上。 从而产生喷油压力。 保持喷嘴单向阀闭合的液压力迅速消散，喷油压力使喷嘴单向阀开启。 通过控制高电压信号的正时及持续时间，ECM 即可控制以下喷油因素：

• 喷油正时

• 燃油输送

• 喷油率形状

ECM 通过控制喷油驱动压力控制阀（APCV）来调节喷油压力。 IAPCV 通过控制单体喷油器液压泵的流量调节系统来调节泵出口压力。

ECM 中的个性模块对可以喷射的燃油量设置某些限制。 "FRC 燃油限制"是基于增压压力的限制。 "FRC 燃油限制"用于以排放控制为目的对空燃比进行控制。 当 ECM 感知到增压压力增大时，会提高 "FRC 燃油限制"。 增压压力升高说明气缸内的空气量增多。 ECM 提高 "FRC 燃油限制"后，就会改变送至喷油器的控制信号，使更多燃油喷入气缸。

"额定燃油限制"是一个基于发动机额定功率和发动机转速的限定值。 "额定燃油限制"与机械调速发动机上的齿条挡块和扭矩弹簧很相似。 "额定燃油限制"为特定发动机族系和特定发动机额定值提供功率曲线和扭矩曲线。 所有这些限制都是在工厂确定的。 这些限制属于个性模块的一部分，不能进行修改。

喷油驱动压力控制系统

ECM 通过调节送至喷油器的机油压力来控制喷油输送量和喷油压力。 ECM 通过控制 IAPCV 来调节高压机油歧管中的机油压力。 IAPCV 调节单体喷油器液压泵的出口压力。

ECM 通过喷油驱动压力传感器监控高压歧管中的压力。 喷油驱动压力传感器位于发动机左侧歧管顶部。 ECM 将比较喷油驱动压力传感器的信号与理想的喷油驱动压力。 喷油驱动压力传感器的信号基于传感器输入。 传感器输入用于调节输送至 IAPCV 的控制电流，以便调节高压歧管中的机油压力。

高压机油通过一个钢管从单体喷油器液压泵送到高压歧管。 之后，机油通过高压机油歧管送到各个喷油器。 所有喷油器在发动机运转期间都有稳定的供油。 取消送至喷油器电磁阀的电气信号不会中断喷油器可用的机油流量。

冷起动模式

冷却液低温时，发动机在冷起动模式运行。 发动机处于冷起动模式时，发动机性能降低。 冷却液温度低于 18 °C (64 °F) 时， C7 发动机在冷起动模式下运行。 冷却液温度低于 40 °C (104 °F) 时， C9 发动机在冷起动模式下运行。 Cat ET 上的状态标志指示发动机在冷起动模式下运行。

客户参数和发动机转速调节

电控发动机的一个独特之处在于用户指定参数。 这些参数允许车主对 ECM 执行有关发动机运行的微调。 微调 ECM 使车主能够适应车辆和车辆动力传动系典型的使用情况。

许多用户指定参数都能对 ECM 为响应操作员输入而执行的操作提供额外限制。 "PTO 最高发动机转速限制"是 ECM 用于断油的一个发动机转速限定值。 在高于此转速后，ECM 停止对喷油器供油。

有些参数可用于通知操作员发动机的潜在损坏（发动机监控参数）。 有些参数可提高燃油经济性（车速、巡航控制、发动机/档位车速限制参数和怠速停机）。 其他参数则用于改善发动机在车上的安装情况。 其他参数还用于向卡车发动机所有者提供发动机工作信息。

混合动力电控车辆应用（HEV）

Allison 变速箱控制的混合动力电控车辆（HEV）的发动机应用由变速箱进行控制。 变速箱可通过 J1939 数据链路控制发动机。 变速箱可控制发动机的起动、停机及转速。 这种发动机应用不支持驾驶室油门进行发动机转速的控制。 此外，这种发动机应用还不支持巡航控制开关和快怠速特性。

HEV 应用可支持 PTO 配置和远程油门。 如果变速箱处于空档，远程油门能够控制发动机转速，便于维护。 还可支持正常发动机诊断。

发动机监控

Caterpillar 提供出厂安装的发动机监控系统。 系统监控发动机机油压力、冷却液温度、进气歧管空气温度和冷却液液位（选装设备）。 选装设备由车辆原始设备制造商（OEM）安装。

机油压力传感器、进气歧管空气温度传感器和冷却液温度传感器为所有发动机的标准配置。 车辆 OEM 安装冷却液液位传感器和有关的线束。 冷却液液位传感器是唯一的选装部件。 冷却液液位通过用户可编程设定的参数进行选择。

监控系统可编程设定为三种不同的模式。 这三种编程设定模式如下："警告", "减额" 和 "停机"。 冷却液温度传感器、机油压力传感器和冷却液液位传感器（选装设备）将在选择的发动机监控模式下工作。

例如，如果选择"减额"，发动机将会降低发动机功率和车速。 传感器用来检测超过可接受限制的状况。

进气歧管空气温度过高将不能使发动机减额。 此外，进气歧管空气温度过高将不能使发动机停机。

Caterpillar 发动机监控

"警告"操作

如果监控模式编程设定为"警告"，由于诊断代码激活，ECM 将点亮警告灯，并闪烁检查发动机灯。 指示灯闪烁说明发动机监控系统检测到故障。 将记录该诊断代码。 如果 ECM 编程设定为"警告"，将不会出现 ECM 或发动机继续执行的操作。

"减额"操作

如果系统编程设定为"减额"，ECM 会首先闪烁检查发动机灯和警告灯。 指示灯闪烁说明发动机监控系统检测到故障。 将记录该诊断代码。 冷却液温度偏高将向 ECM 发送信号，以限制最大车速，ECM 则会降低发动机功率。

冷却液液位偏低将向 ECM 发送信号，以限制最大车速，ECM 则会降低发动机额定功率。 请参阅插图 2。

图 2	g01121033
冷却液液位图 减额模式受限。 （10%/秒）

机油压力极低将向 ECM 发送信号，以限制最大车速，ECM 则会降低发动机额定功率。 请参阅插图 3。

图 3	g01121043
机油压力极低图

此发动机性能下降是为了引起操作员注意，以便操作员采取措施避免发动机损坏。

"停机"操作

如果系统编程设定为"停机"，ECM 将会采取"减额"模式中指示的所有操作，并最终将在某些状况下使发动机停机。

存在下述任一状况时"停机"模式开始：

• "机油压力极低"

• "冷却液液位极低"

• "冷却液温度极高"

"停机"模式从闪烁警告灯开始。 这个响应与系统处于"减额"状态下的响应类似。 如果这些状况持续足够长的时间，并且情况足够严重的话， "停机"模式最终将使发动机停机。 发动机停机后还能根据需要多次重新起动。 这可使车辆驶离路面。

用于性能控制的其他 ECM 功能

ECM 还可提高发动机控制以改善车辆功能，例如发动机减速和冷却风扇控制。 请参阅故障诊断与排除, "客户指定参数"，了解可由 ECM 监控的系统的补充资料，以便提高车辆性能、燃油经济性和操作员便捷性。

自诊断功能

电子系统具有故障诊断能力。 检测到一个故障后，即产生一个诊断代码，同时检查发动机/诊断灯点亮。 在大多数情况下，代码还会存储在永久存储器内或记录在 ECM 中。

出现诊断代码后，诊断代码被称为激活的诊断代码。 激活的诊断代码表示目前存在某种故障。 执行其他任何工作以前，务必要排除激活的诊断代码。 如果送修的卡车存在激活的代码，应在本手册中找到该代码，然后继续进行诊断，找出该代码的原因。

存储在存储器中的诊断代码称为记录的诊断代码。 记录的诊断代码不一定表示需要进行某种修理。 故障可能是暂时的，或者故障可能在记录后已修复。 记录的诊断代码可能由间歇性故障引起。

能够确定正常工作范围以外的工作状况的诊断代码被称为事件。 通常，事件代码不表示电子系统出现故障。

某些诊断代码需要密码才能从存储器中清除。 不需要密码就可以从存储器中清除的诊断代码在发动机运行 100 小时后自动删除。

发动机快照数据

在大部分诊断代码出现后，ECM 都会记录发生时的发动机工作小时数。 此外，ECM 还会记录诊断代码出现之前九秒及之后三秒的发动机工作参数。 记录的发动机工作参数与 Cat ET 状态屏幕显示的发动机工作参数相似。 并没有记录所有的 Cat ET 状态屏幕或参数。 通过巡航控制"设定/恢复"开关还可以触发发动机快照。 为了通过巡航控制"设定/恢复"开关触发发动机快照，快速拨动开关到设定位置。 之后，快速将开关拨动到恢复位置。 还可以将巡航控制"设定/恢复"开关从恢复位置拨动到设定位置。 也可以通过 Cat ET 触发发动机快照。

诊断代码对于发动机性能的影响

ECM 检测到发动机故障后，会产生一个激活的诊断代码。 此外，ECM 还会记录该诊断代码以指示故障发生的时间。 ECM 还记录故障发生的次数。 诊断代码有两种类型。 分别是故障代码和事件代码。

诊断故障代码

诊断故障代码用于指示 ECM 已检测到的电气故障或电子故障。 有些情况下，引发该代码的状况可能会影响发动机性能。 更为常见的是，操作员不能察觉发动机性能的差别。

如果检查发动机灯闪烁并且操作员感觉到发生性能故障，则该诊断代码可能会指明故障的原因。

如果操作员没有发现发动机性能故障，而 ECM 记录了一个诊断代码，此情况说明 ECM 检测到异常状况，但异常状况未影响发动机性能。

此情况下，除非出现下列状况之一，否则系统没有故障：

• 诊断代码在极短的时间内多次出现。

• 此时 ECM 指示代码激活。

诊断事件代码

诊断事件代码用于指示 ECM 已检测到发动机或车辆中存在一些运行故障。 通常，这不表示存在电子故障。

ECM 还提供了一个 ECM 日期/时间时钟，用于标记下列诊断事件代码的时间：

• 84-00 车辆超速警告（41）

• 84-14 快速停机事件

• 100-11 机油压力极低（46）

• 105-11 进气歧管空气温度极高（64）

• 110-11 冷却液温度极高（61）

• 111-11 冷却液液位极低（62）

• 173-11 极高排气温度减额

• 190-00 发动机超速警告（35）

关于所有诊断代码的列表，请参阅故障诊断与排除, "诊断代码"。

ECM 寿命期总计

ECM 中保存了下列参数的发动机总计数据：

• "总时间"（发动机工作小时）

• "总距离"

• "PTO 时间"

• "PTO 燃油量"

• "怠速时间"

• "怠速燃油量"

• "总燃油量"

• "平均负载系数"

"总时间"是发动机的工作小时数。 工作小时数不包括 ECM 通电而发动机不运转的工作时间。

"总距离"数据需要在 ECM 上连接车速传感器或电子车速信号源。 车速传感器使用相同的传感器。 距离显示单位可以是英里或公里。

使用巡航开关设定发动机转速，并且发动机在一定负载下运转时，就会记录 "PTO 时间"和 "PTO 燃油量"。 PTO 接通/断开开关处于接通位置，并且车速在 "PTO 车速限制"参数规定的范围以内时，也会记录 "PTO 时间"和 "PTO 燃油量"。

满足以下所有状况时，"怠速时间"和"怠速燃油量"可以包括工作时间：

• 使用巡航开关设定发动机转速并且车速处于"怠速车速限制"参数范围内时。

• 发动机未承载运转。

燃油量信息显示单位可以是美制加仑或升。

"总燃油量"是发动机在运转期间消耗的燃油总量。

"最大燃油量总计"是发动机在运转期间可能消耗的最大燃油量。

"平均负载系数"能提供相关的发动机运转信息。 "平均负载系数"将发动机的实际工作信息与可用的最大发动机工作信息进行比较。 "平均负载系数"由"最大燃油量总计"、"怠速燃油量"和"总燃油量"决定。 Cat ET 可提供所有这些参数。 这些参数出现在 "Current Totals（当前总计）"菜单内。

ECM 中存储的行程数据

行程数据允许车主在其定义的周期内追踪记录发动机运转情况。 所有行程数据都存储在存储器中，点火开关处于断开位置后，行程数据通过无开关蓄电池线路保存。 无开关蓄电池线路断开后，内部电池继续保存此信息。

车队行程数据

车队行程数据包括柱状图和自定义数据。 车队行程数据还包括以下参数的数据：

• "总时间（发动机工作小时）"

• "行驶时间"

• "距离"

• "燃油"

• "整体燃油经济性"

• "行驶燃油经济性"

• "怠速时间"

• "怠速燃油量"

• "怠速时间百分比"

• "PTO 时间"

• "PTO 燃油量"

• "PTO 时间百分比"

• "平均负载系数"

• "平均车速"

• "平均行驶速度"

• "最高车速"

• "发动机最高转速"

• "起动时间"

• "结束时间"

• "开始时的里程表"

• "结束时的里程表"

车队行程数据包括车队行程段、柱状图和自定义数据。 车队行程段记录与操作员行程段相同的参数，只是车队行程段可以独立于操作员行程段进行复位。

有三个柱状图可供选用。 一个柱状图记录的是发动机工作小时与发动机转速。 第二个柱状图记录的是发动机工作小时与车速。 第三个柱状图记录的是发动机工作小时与发动机转速及车速。

Cat ET 计算花费在各发动机转速或车速范围内的时间百分比。 提供了自定义数据。 自定义数据允许记录由车主指定的发动机参数。 ECM 记录自定义数据。

复位包括车队行程段、柱状图和自定义数据在内的车队行程数据可以通过几种方式来进行。 可使用下述工具复位车队行程数据：

• 可能需要客户密码的 Cat ET

• Caterpillar 车队信息软件（FIS）

• Caterpillar Messenger 操作员信息显示屏

数据复位时，ECM 记录复位时的当前总计。 这些总计用作车队行程的起点。 使用下述工具访问记录的起点：

• Cat ET

• Caterpillar FIS

• Messenger

然后工具将记录的起点从 ECM 中的当前总计中减去，以计算车队行程数据。 如果设置过密码，复位车队行程数据需要用户密码。

车队行程自定义数据

车队行程自定义数据是车队行程段的一部分。 车队行程自定义数据允许车主设定五种定制的记录车辆数据的方法。 基本程序参见图 4。

图 4	g00628194
基本程序

下表定义了基本程序变量 1 的选项：

• "发动机工作小时"

• "行驶距离"

• "燃油消耗量"

• "发生次数"

关于变量 2 和变量 5 的可用选项，参见下表中的信息。

变量 3、4、6 和 7 定义了变量 2 和 5 的最小及最大范围。

• 发动机转速

• 车速

• 燃油率

• 负载系数

• 冷却液温度

• 机油压力

• 燃油温度

• 空气进气歧管温度

• 巡航

• PTO

• 发动机减速器

• 油门位置

• 制动器

参见如下所示的自定义数据程序示例。

"燃油温度在 7 °C 至 67 °C (45 °F 至 120 °F) 之间并且车速在 87 km/h 至 137 km/h (55 mph 至 85 mph) 之间的燃油消耗量"

自定义数据程序受用户密码保护。 程序存储在永久存储器中。 车队行程段复位时程序不会复位，但是记录的行程数据复位。

快速停机速率

提供了一个用户参数以便记录快速停机事件。 参数决定了 ECM 记录快速停机事件代码和快速停机快照所需的车速变化率。 请参阅故障诊断与排除, "ECM 快照"。

保养指示器数据

因为下列三个级别的维护保养而发生复位时，ECM 记录当前总计：

• PM1

• PM2

• 冷却系统清洗/冲洗

ECM 利用上一次的保养时间点来计算下一次预定保养工作的时间。

"保养指示模式"编程设定为"工作小时"或"里程"。 "PM1 维护保养"可编程设定为以下任一位置："断开", "自动里程", "自动工作小时", "手动里程" 和 "工作小时"。

如果 PM1 编程设定为自动模式，ECM 将通过考虑自上一个保养周期的车辆工作历史记录，计算下一个保养点。 如果车辆燃油经济性历史记录不良，其保养指示参数的出现将早于燃油经济性好的车辆。

ECM 还会使用发动机机油容量。 较大的发动机机油容量可提供较长的保养周期。 发动机机油容量可按照升或夸脱编程设定在 ECM 中。 如果 PM1 编程设定为手动模式，车主就可以按照自定的保养周期编程设定 ECM。 保养周期可按照里程或时间编程设定为车主指定的周期。 PM2 周期和冷却系统清洗/冲洗周期在出厂时设定。

Messenger

Caterpillar Messenger 可用于向操作员提供发动机工作信息。 可以查看"车队行程数据"和"保养指示"数据。 但是，无法从显示器查看车队行程柱状图和自定义数据。

操作员可通过 Messenger 输入一个 ID 代码，从而将"车队行程数据"按两名操作员划分。 如果操作员输入有关行驶状态的信息，"车队行程数据"就可以用行驶状态标记。

可以使用 Messenger 按照两个 ID 代码标记"车队行程数据"的各部分。 还可以使用 Messenger 按照行驶状态标记"车队行程数据"的各部分。 ID 代码和有关行驶状态的信息不能通过显示屏查看。 只有使用 Caterpillar FIS 才能查看该信息。 能否复位以上任何参数均取决于 ECM 中的客户参数。

Messenger 还可显示工作信息，比如发动机转速、冷却液温度、增压压力等。

此外，Messenger 还将同时显示发动机诊断代码与 PID-FMI 诊断代码。 Messenger 还可以显示诊断代码的简要文本说明。

Messenger 可提供防盗特性。 防盗特性允许操作员在停机前输入密码。 防盗特性将阻止发动机重新起动，直到成功输入密码。 Messenger 必须拥有能够支持此特性的软件版本。

防盗特性提供"自动启用"选项。 如果选择了此选项，发动机停机后防盗特性将自动启动。 操作员必须输入正确的密码才能起动发动机。

"安全怠速"是另一项防盗功能。 本功能允许操作员使发动机进入怠速状态。 然后操作员输入密码。 发动机将保持在低怠速状态，直到重新输入密码。 如果发动机停机，在起动后必须输入密码才能升至低怠速以上。

车队信息软件（FIS）

Caterpillar FIS 是可用于审查行程信息的另一种方法。 使用 Caterpillar FIS 即可访问包括以下数据元素的整个"车队行程段"：

• 柱状图

• 自定义数据

• 用 ID 代码标记的信息

• 用行驶状态标记的信息

可以使用 Caterpillar FIS 检索保养指示信息。

Caterpillar FIS 下载此信息后，Caterpillar FIS 还会复位 ECM，以便准备 ECM 进入下一行程。 这些信息可以下载到一台安装 Caterpillar FIS 程序的电脑上或下载到 Argo 移动数据工具上。 然后，在一台电脑上连接 Argo 移动数据工具，以下载此信息。

可编程参数

可以利用 Cat ET 修改影响发动机运行的特定参数。 这些参数存储在 ECM 中，这些参数由密码保护，以防未经准许擅自改动。 这些参数不是系统配置参数，就是客户参数。

系统配置参数出厂时就已设定。 系统配置参数会影响排放或一个发动机系列的额定功率。 必须获取出厂密码，并使用这些密码修改系统配置参数。

客户参数都是变量。 客户参数可用于在出厂设定极限、监控系统设定极限以及 PTO 运行设定极限以内影响下列发动机特性：

• 巡航控制

• 车速限制

• 渐进换档

• 额定转速

• 额定功率

修改客户指定参数时可能需要输入客户密码。

有些参数可能会以不常见的方式影响发动机工作。 操作员可能不期望出现这类影响。 即使在发动机性能符合技术规格的情况下，没有经过足够的培训，这些参数也可能导致功率或性能问题。

请参阅故障诊断和排除, "用户指定参数"。

密码

系统配置参数受出厂密码保护。 出厂密码在 Caterpillar 代理商专有的计算机系统上计算得到。 因出厂密码包含字母字符，因此只有使用 Cat ET 才能修改系统配置参数。 系统配置参数影响发动机额定功率系列和排放。

客户参数可能受客户密码保护。 客户密码由客户编程设定。 如果客户密码丢失的话，出厂密码可用于修改客户密码。

请参阅故障诊断与排除, "客户密码"和故障诊断与排除, "出厂密码"。