C3.4B Engines for Caterpillar Built Machines Caterpillar

图 1	g02720982
进排气系统 (1) 后冷器芯 (2) 空气滤清器 (3) 柴油微粒滤清器 (4) 涡轮增压器 (5) 废气旁通阀执行器 (6) 增压室 (7) 排气阀 (NRS) (8) 废气旁通阀调节器 (9) 排气冷却器 (NRS) (10) 进气歧管 (11) 节气阀

进排气系统的部件控制空气的质量和可供燃烧的空气量。 进排气系统包括以下部件：

• 空气滤清器

• 排气冷却器 (NRS)

• 排气阀 (NRS)

• 涡轮增压器

• 后冷器

• 进气歧管

• 缸盖、喷油器和预热塞

• 气门和气门系统部件

• 活塞和气缸

• 排气歧管

• 柴油氧化催化器

• 柴油微粒滤清器

• 节气阀

涡轮增压器压缩机叶轮通过空气滤清器将空气吸入涡轮增压器进气口。 空气被压缩到大约 150 kPa (22 psi) 的压力，压缩压力将空气加热至大约 120° C (248° F)，之后，空气被迫进入后冷器。 随着空气流经后冷器，压缩空气的温度会降低至约 55 °C (131 °F)。 冷却进气有助于提高发动机的燃烧效率。 提高燃烧效率有助于获得以下益处：

• 燃油消耗量降低

• 功率输出增大

• 降低 NOx 排放

• 颗粒物排放减少

空气从后冷器出来，被迫进入进气歧管。 空气从进气歧管流入气缸，这一过程由进气门控制。 每个气缸有一个进气门和一个排气门。 活塞在进气冲程向下移动时，进气门打开。 进气门打开时，经冷却的压缩空气从进气口迫入气缸。 整个循环由四个冲程组成：

• 进气

• 压缩

• 功率

• 排气

在压缩冲程，活塞在气缸中向上移动，进气门关闭。 冷却的压缩空气会得到进一步压缩。 这次额外的压缩会生成更多的热量。

注: 如果冷起动系统正在工作，预热塞也会加热气缸中的空气。

在活塞刚好到达上止点 (TC) 之前，ECM 会操纵电子单体喷油器。 燃油会被喷入气缸中。 空气/燃油混合物将被点燃。 气体的点火就启动了做功冲程。 这时，进、排气门都将关闭，膨胀的气体会迫使活塞朝着下止点（BC）位置移动。

活塞会从下止点位置开始向上移动。 这就启动了排气冲程。 排气门打开。 排气被迫经过打开的排气门流入排气歧管。

图 2	g02720984
典型示例

NOx 还原系统 (NRS) 操作，高温排气从排气歧管输送到排气门组件。

排气门组件包括排气门和电控执行器。

随着电控执行器 (7) 开始开启，来自排气门的排气流与来自增压空气后冷器的气流混合。 排气与来自增压空气后冷器的气流混合，混合气中的氧含量降低。 这导致燃烧温度降低，NOx 生成量减少。

随着排气的需求量增加，电控执行器进一步开启。 执行器进一步开启，来自排气门的排气流量增加。 随着排气的需求量减少，电控执行器闭合。 这将减少来自排气门的排气流量。

随后，高温排气在排气冷却器 (6) 中冷却。 随后，冷却的气体从排气冷却器 (6) 流向进气歧管。

排气从排气歧管进入涡轮增压器进口，以转动涡轮增压器涡轮叶轮。 涡轮叶轮与旋转的轴相连。 来自涡轮增压器的排气流经下述部件：排气口, 柴油氧化催化器 (DOC), 柴油微粒滤清器 (DPF) 和 排气管。

涡轮增压器

图 3	g00302786
涡轮增压器横截面的典型示例 (1) 进气 (2) 压缩机壳体 (3) 压缩机叶轮 (4) 轴承 (5) 机油进口 (6) 轴承 (7) 涡轮壳体 (8) 涡轮叶轮 (9) 废气出口 (10) 出油口 (11) 排气进口

涡轮增压器安装在排气歧管的出口上。 来自排气歧管的排气流入排气进口 (11) ，然后流过涡轮增压器的涡轮壳体 (7) 。 来自排气的能量会使涡轮叶轮 (8) 旋转。 涡轮叶轮通过一根轴连接至压缩机叶轮 (3) 。

当涡轮叶轮旋转时，压缩机叶轮也会旋转。 压缩机叶轮的旋转导致进气通过涡轮增压器的压缩机壳体 (2) 进行加压。

图 4	g02720975
典型示例 (12) 管路（增压） (13) 废气旁通阀执行器 (14) 作动杆

图 5	g02720981
典型示例 (15) 废气旁通阀调节器

当发动机负载增加时，更多的燃油被喷射到气缸内。 这些额外燃油的燃烧产生更多的废气。 额外的排气导致涡轮增压器的涡轮和压缩机叶轮旋转速度加快。 当压缩机叶轮旋转速度加快时，空气被压缩至更高的压力，并且有更多的空气被迫进入气缸。 进入气缸的气流增加使得燃油更加高效地进行燃烧。 燃油更加高效的燃烧可产生更多功率。

废气旁通阀安装在涡轮增压器的涡轮壳体上。 废气旁通阀是一个允许排气旁通涡轮增压器的涡轮叶轮的阀。 废气旁通阀的操作取决于来自涡轮增压器压缩机的增压空气（增压压力）。 增压压力作用在膜片上。 膜片在废气旁通阀执行器中由弹簧加载，它可改变流向涡轮的排气量。

废气旁通阀调节器 (15) 通过发动机电子控制模块 (ECM) 控制。 ECM 会使用来自多个发动机传感器的输入来确定最佳的增压压力。 这就可以实现在任何给定的发动机工况下获得最佳的废气排放和燃油消耗量。 ECM 控制废气旁通阀调节器，调节器调节至废气旁通阀执行器的增压压力。

当发动机性能需要高增压压力时，ECM 向废气旁通阀调节器发送一个信号。 这将导致进气歧管中的高压作用在废气旁通阀执行器 (13) 内的膜片上。 执行杆 ( 14) 作用于执行操纵杆，以关闭废气旁通阀中的阀。 当废气旁通阀中的阀关闭时，更多的排气就可以流过涡轮叶轮。 这就导致涡轮增压器的转速升高。

当发动机性能需要低增压压力时，ECM 向废气旁通阀调节器发送一个信号。 这将导致进气管 ( 12 ) 内的高压空气作用于废气旁通阀执行器 ( 13) 内的膜片上。 执行杆 ( 14) 作用于执行操纵杆，以打开废气旁通阀中的阀门。 当废气旁通阀中的阀打开时，更多的排气就可以旁通涡轮叶轮，从而导致涡轮增压器的转速下降。

连接涡轮和压缩机叶轮的轴在轴承 (4) 和 (6) 中旋转。 这些轴承需要使用加压的机油进行润滑和冷却。 流至机油进口 (5) 的机油将会流过用于固定轴承的涡轮增压器的中央。 这些机油会通过机油出口 (10) 从涡轮增压器中流出，然后返回油底壳。

曲轴箱呼吸器

曲轴箱呼吸器有一个离心式分离器。 离心式分离器有一个特殊涂层。 从呼吸器气体中分离出的发动机机油回到正时齿轮箱。 曲轴箱呼吸器由喷油泵的轴驱动。

曲轴箱呼吸器的管上可能安装有一个加热式接头。 加热式接头旨在防止寒冷气候下形成结冰，结冰会对管形成阻塞。

气门系统部件

图 6	g02720989
气门系统部件 (1) 摇臂 (2) 推杆 (3) 挺杆 (4) 凸轮轴

气门系统部件用于控制发动机运行期间气缸的进气量。 气门系统部件还控制发动机运行期间气缸的排气量。

曲轴齿轮驱动凸轮轴齿轮。 凸轮轴必须与曲轴具有正时对应关系以便获得正确的活塞与气门移动的相互关系。

凸轮轴上对于每个气缸都有两个凸轮轴凸轮。 凸轮操作进气门或排气门。 凸轮轴转动时，凸轮使挺杆向上和向下移动推杆。 推杆抵住摇臂上移会产生向下的运动。

此操作将打开压缩阀弹簧的一对阀门。 当凸轮轴旋转至凸角的顶点时，气门将会完全打开。 凸轮轴进一步旋转时，压缩下的两个阀弹簧下开始扩大。 气门杆处于弹簧的张力作用下。 气门杆向上推。 凸轮轴持续转动导致摇臂、推杆和挺杆向下移动，直到挺杆到了凸轮底部。 现已关闭阀门。 对于每个气缸上的所有气门，这一循环将会重复进行。

摇臂包括液压间隙调节器，用于消除气门机构的气门间隙。 液压间隙调节器使用发动机润滑油补偿系统部件的磨损，这样一来，就不需要对气门间隙进行维修调整。

发动机润滑油通过止回阀进入液压间隙调节器。 发动机润滑油增加液压间隙调节器的长度，直到消除所有气门间隙。 如果发动机长时间处于静止状态，气门弹簧将导致液压间隙调节器缩短，这样一来，当发动机起动时，在最初几秒内将会出现发动机气门间隙。

盘车恢复机油压力后，液压间隙调节器长度增加，气门间隙消除。 维修作业期间，通过拆卸摇臂轴消除液压间隙调节器上的负载后，液压间隙调节器长度增加到最大程度。 有关正确步骤，请参阅系统操作、测试和调整, "在开始保养步骤前定位气门机构"。

重新组装摇臂轴期间，必须将发动机置于安全的位置，以避免发动机损坏。 通过重新组装摇臂组件向挺杆施加负载后，发动机必须置于安全的位置一段时间，直到挺杆减少到正确长度。 有关正确步骤，请参阅拆解和组装, "摇臂轴和推杆 - 安装"。