C4.4 Industrial Engine Caterpillar

图 1	g02467317
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) 背压阀 (5) 低压涡轮增压器 (6) 高压涡轮增压器 (7) 废气旁通阀执行器 (8) 排气冷却器 (NRS) (9) 排气阀 (NRS) (10) 废气旁通阀调节器

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

低压涡轮增压器压缩机叶轮通过空气滤清器将空气吸入低压涡轮增压器的进气口。 空气被压缩至大约 75 kPa (11 psi) 的压力，并加热至大约 120° C (248° F)。 空气从低压涡轮增压器流至高压涡轮增压器。 空气被压缩至大约 220 kPa (32 psi) 的压力，并加热至大约 240° C (464° F) 的温度，然后被送往后冷器。 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

从后冷器，空气流向排气阀 (NRS)。 随后，空气和排气的混合物被输送到进气歧管。 空气从进气歧管流入气缸，这一过程由进气门控制。 每一缸都有两个进气门和两个排气门。 在进气冲程，当活塞向下移动时，进气门打开。 在进气门打开时，冷却后的压缩空气从进气口被迫进入气缸。 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。 向上移动的活塞启动排气冲程。 排气门将会打开。 排气被迫经过打开的排气门流入排气歧管。

图 2	g02467360
典型示例

从排气歧管向排气冷却器 (8) 输送高温排气时，NOx 还原系统（NRS）操作。 高温排气在排气冷却器 (8) 中冷却。 已冷却的排气流经排气阀组件。

位于排气阀（NRS）上的簧片阀有一个主要功能。 一个主要功能是防止增压空气从发动机进气侧回流到发动机排气侧。

随着电子控制阀 (9) 开始开启，来自排气冷却器 (8) 的冷却排气流与来自增压空气后冷器的气流混合。 冷却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。

随着冷却排气的需求量增加，电子控制阀进一步开启。 阀进一步开启，来自排气冷却器的冷却排气流量增加。 随着冷却排气的需求量减少，电子控制阀闭合。 这将减少来自排气冷却器的冷却排气流量。

排气从排气歧管进入高压涡轮增压器进口，以转动高压涡轮增压器涡轮。 涡轮叶轮与旋转的轴相连。 排气从高压涡轮增压器流出。 排气然后流经涡轮侧上的管道进入低压涡轮增压器的涡轮进口，从而为低压涡轮增压器供电。 来自低压涡轮增压器的排气流经下述部件：排气口, 背压阀, 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

高压涡轮增压器安装在排气歧管的出口上。 低压涡轮增压器安装在缸体侧面。 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。 这就导致进气在被压缩后流过涡轮增压器的压缩机壳体 (2) 。

图 4	g02467380
典型示例 (12) 废气旁通阀执行器 (13) 作动杆 (14) 管路（增压）

图 5	g02151895
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。 这就产生了更多的动力。

废气旁通阀安装在涡轮增压器的压缩机侧上。 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）。 增压压力作用在废气旁通阀执行器中由弹簧加载的膜片上，该膜片会改变流入涡轮的排气量。

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。

当发动机性能需要提高增压压力时，ECM 向废气旁通阀调节器发送一个信号。 废气旁通阀调节器降低进气管 (14) 中的压力，这些压力作用在废气旁通阀执行器 (13) 中的膜片上。

废气旁通阀执行器 (13) 中的弹簧通过作动杆和操纵杆迫使涡轮壳体中的废气旁通阀闭合。 当废气旁通阀闭合时，更多的排气就可以流过涡轮叶轮。 这导致涡轮增压器速度增加，产生更多增压压力。

当发动机性能需要降低增压压力时，ECM 向废气旁通阀调节器发送一个信号。 这将导致进气管 (14) 中的高压作用在废气旁通阀执行器 (13) 内的膜片上。 执行操纵杆 (12) 将会作用在执行杆上来打开废气旁通阀中的阀。 当废气旁通阀中的阀开启时，将会有更多来自发动机的排气可以旁通涡轮叶轮。 排气旁通涡轮叶轮导致涡轮增压器速度降低。

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

发动机曲轴箱呼吸器是一个过滤系统。 曲轴箱呼吸器系统包括两个主要元件，气门机构盖中的主分离器，以及安装在缸盖上的滤罐。 排气通过气门机构盖离开发动机。 随后，排气通过主分离器。 主分离器移除排气中的大部分液压油。 随后，液压油回到发动机。

在开式呼吸器系统中，气体经滤清器滤芯排入大气，在闭式呼吸器系统中，气体通过呼吸器排气管回到进气系统。

滤清器收集的任何液体油从滤罐底部排出。 液体油通过回油管回流，回油管从滤罐底部回到曲轴箱。 回油管与曲轴箱通过一个阀相连。 此阀防止气体旁通滤清器，并防止油旁通回油管。

压力控制阀位于滤罐的顶盖中。 该阀用于调节闭式呼吸器系统上的曲轴箱压力。

压力安全阀位于滤罐后部，内部安装的支架中。 发动机正常操作时，此阀将不操作。 如果部分系统堵塞，阀将在 8.5 kPa (1.2 psi) 的压力下开启。 开启的阀允许气体旁通滤清器和排气管。

拆下滤罐的顶盖可接触滤清器滤芯。 有关正确步骤，请参阅操作和保养手册, "发动机曲轴箱呼吸器芯 - 更换"。

气门系统部件

图 6	g01924293
气门系统部件 (1) 气门桥 (2) 摇臂 (3) 推杆 (4) 挺杆 (5) 凸轮轴 (6) 弹簧 (7) 阀

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。

曲轴齿轮通过一个惰轮驱动凸轮轴。 凸轮轴 (5) 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 (5) 上对于每个气缸都有两个凸轮轴凸轮。 每个凸角操纵一对进气门或一对排气门。 随着凸轮轴的转动，凸轮轴上的凸角会使挺杆 (4) 上下移动推杆 (3) 。

挺杆 (4) 包括液压间隙调节器，用于消除气门机构的气门间隙。 挺杆 (4) 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挺杆 (4) 。 发动机润滑油增加挺杆 (4) 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，气门弹簧将导致挺杆 (4) 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。

发动机盘动，油压恢复后，挺杆 (4) 长度增加，气门间隙消除。 维修作业期间，摇臂轴拆下，挺杆 (4) 上的负载消除时，挺杆 (4) 的长度将增加到最大程度。 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"。

推杆抵着摇臂 (2) 向上移动会导致一个向下移动的力作用在气门桥 (1) 上。 这一动作会使一对气门 (7) 在压缩气门弹簧 (6) 的同时打开。 凸轮轴 (5) 旋转到凸轮峰值时，气门完全开启。 当凸轮轴 (5) 进一步旋转时，受到压缩的两个气门弹簧 (6) 开始张开。 气门杆处于弹簧的张力作用下。 这些杆将会被推到上方以保持与气门桥 (1) 的接触。 凸轮轴持续转动导致摇臂 (2) 、推杆 (3) 和挺杆 (4) 向下移动，直到挺杆到达凸轮底部。 此时，气门 ( 7) 闭合。 对于每个气缸上的所有气门，这一循环将会重复进行。