简介
发动机是针对电子控制而设计的。 发动机带有电子控制模块（ECM）、燃油喷油泵和电子单体喷油器。 所有这些部件都采用电子控制。 此外还有若干发动机传感器。 发动机配备涡轮增压器的电子控制废气旁通阀系统。 ECM 通过 ECM 中的软件和来自各种传感器的输入控制发动机工作参数。 软件含有控制发动机运转的参数。 这些参数包括所有工况图和用户选择的参数。
电子控制系统由以下部件组成：
- ECM
- 压力传感器
- 温度传感器
- 曲轴转速/正时传感器
- 凸轮轴转速/正时传感器
- 喷油泵吸油控制阀
- 废气旁通阀电磁阀
- 电子单体喷油器
- 烟尘传感器
带系列涡轮增压器的发动机
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| 图 1 | g02476176 |
(1) 空气滤清器 (2) 进气温度传感器 (3) 排气背压阀 (4) 柴油氧化催化剂 (DOC) 和柴油微粒滤清器 (DPF) (5) DPF 进口温度传感器 (6) 烟尘传感器 (7) NOx 还原系统 (NRS) 排气冷却器 (8) 涡轮增压器 (9) NOx 还原系统 (NRS) 阀 (10) NOx 还原系统 (NRS) 温度传感器 (11) NOx 还原系统 (NRS) 进口压力传感器 (12) NOx 还原系统 (NRS) 排气阀 (13) 空对空后冷器 (14) 废气旁通阀调节器 (15) NOx 还原系统 (NRS) 出口压力传感器 (16) 发动机 (17) 冷却液温度传感器 (18) 曲轴转速/正时传感器 (19) 电子单体喷油器 (20) 燃油冷却器 (21) 燃油安全阀 (22) 凸轮轴转速/正时传感器 (23) 喷油泵和燃油温度传感器 (24) 燃油压力传感器 (25) 机油压力传感器 (26) 大气压力传感器 (27) ECM (28) 输油泵 (29) 燃油粗滤器 (30) 燃油滤网 (31) 增压压力传感器 (32) 进气歧管温度传感器 (33) 输油泵进口调节器 (34) 燃油细滤器 (35) 燃油箱 | |
带单涡轮增压器的发动机
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| 图 2 | g02420296 |
典型示例 (1) 空气滤清器 (2) 进气温度传感器 (3) NOx 还原系统 (NRS) 排气冷却器 (4) 排气背压阀 (5) 柴油氧化催化剂 (DOC) 和柴油微粒滤清器 (DPF) (6) DPF 进口温度传感器 (7) 烟尘传感器 (8) 涡轮增压器 (9) NOx 还原系统 (NRS) 阀 (10) NOx 还原系统 (NRS) 温度传感器 (11) NOx 还原系统 (NRS) 进口压力传感器 (12) NOx 还原系统 (NRS) 排气阀 (13) 空对空后冷器 (14) 废气旁通阀调节器 (15) NOx 还原系统 (NRS) 出口压力传感器 (16) 发动机 (17) 冷却液温度传感器 (18) 曲轴转速/正时传感器 (19) 电子单体喷油器 (20) 燃油冷却器 (21) 燃油安全阀 (22) 凸轮轴转速/正时传感器 (23) 喷油泵和燃油温度传感器 (24) 燃油压力传感器 (25) 机油压力传感器 (26) 大气压力传感器 (27) ECM (28) 输油泵 (29) 燃油粗滤器 (30) 燃油滤网 (31) 进气歧管压力传感器 (32) 进气歧管空气温度传感器 (33) 输油泵进口调节器 (34) 燃油细滤器 (35) 燃油箱 | |
发动机传感器位置
本节中的图示显示工业用发动机传感器的典型位置。 具体的发动机可能会因应用差异而与插图中的位置不同。
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| 图 3 | g02476638 |
(1) 冷却液温度传感器 (2) 燃油压力传感器 (3) 进气歧管温度传感器 (4) 增压压力传感器 (5) 电子控制模块 (ECM) (6) 大气压力传感器 (7) 曲轴转速/正时传感器 (8) 发动机机油压力传感器 (9) 燃油温度传感器 (10) 喷油泵吸油控制阀 (11) 废气旁通阀调节器 (12) NOx 还原系统 (NRS) 进口压力传感器 (13) NOx 还原系统 (NRS) 出口压力传感器 (14) NOx 还原系统 (NRS) 排气阀 (15) NOx 还原系统 (NRS) 温度传感器 | |
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| 图 4 | g02476647 |
(16) 排气背压阀 (17) 凸轮轴转速/正时传感器 (18) 燃油含水开关 (19) 机油油位开关（如有配备） (20) 电子燃油输油泵 | |
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| 图 5 | g02476653 |
(1) 冷却液温度传感器 (2) 燃油压力传感器 (3) 进气歧管温度传感器 (4) 增压压力传感器 (5) 电子控制模块 (ECM) | |
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| 图 6 | g02476657 |
(6) 大气压力传感器 (7) 曲轴转速/正时传感器 (8) 发动机机油压力传感器 | |
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| 图 7 | g02476662 |
(9) 燃油温度传感器 (10) 喷油泵吸油控制阀 (11) 废气旁通阀调节器 (12) NOx 还原系统 (NRS) 进口压力传感器 (13) NOx 还原系统 (NRS) 出口压力传感器 | |
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| 图 8 | g02476672 |
(14) NOx 还原系统 (NRS) 排气阀 (15) NOx 还原系统 (NRS) 温度传感器 (16) 排气背压阀 | |
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| 图 9 | g02476674 |
(17) 凸轮轴转速/正时传感器 | |
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| 图 10 | g02476676 |
(18) 燃油含水开关 (19) 机油油位开关（如有配备） (20) 电子燃油输油泵 | |
清洁排放模块的传感器位置
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| 图 11 | g02395776 |
典型示例 (1) 温度传感器 (2) 温度传感器接头 (3) 烟尘传感器连接 (4) 后处理识别模块 (5) 烟尘传感器连接 (6) 烟尘传感器模块 | |
注: 烟尘传感器模块的位置随应用而定。
ECM
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| 图 12 | g01926054 |
典型示例 | |
电子控制模块 (ECM) (1) 起到燃油系统调速器和计算机的作用。 ECM 接收来自传感器的信号来控制正时和发动机转速。
电子控制系统由 ECM、发动机传感器和来自上层机器的输入组成。 ECM 是计算机。 个性模块是该计算机的软件。 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：
- 发动机功率额定值
- 扭矩曲线
- 高怠速和低怠速转速 (rpm)
- 排放
- 喷油正时
出厂密码将进行更改限制为由经过授权的人员执行。 清除任何事件代码时都需要使用出厂密码。 有关密码的更多信息，请参阅故障诊断与排除, "出厂密码"。
ECM 具有极佳的可靠性记录。 系统中的任何故障的最可能的原因就是接头或导线线束故障。 ECM 是在对发动机进行故障诊断与排除过程中应该最后考虑的项目。
可编程软件中含有所有燃油设定值信息。 这些信息将会确定发动机性能。
闪存编程是编程或更新可编程软件的方法。 有关可编程软件闪存编程的说明，请参阅故障诊断与排除, "闪存编程"。
ECM 是密封的，ECM 不需要进行任何定期调整或保养。
发动机转速
如果安装了电子控制废气旁通阀，电子控制装置将确定喷射正时、输送到油缸的燃油量和进气歧管压力。 它们都是基于任一给定时间的实际状况和/或期望状况来确定的。
ECM 中的软件将发动机的期望转速与发动机的实际转速相比较。 实际发动机转速通过曲轴转速/正时传感器和凸轮轴转速/正时传感器来确定。 如果期望发动机转速大于实际发动机转速，ECM 将指示电子单体喷油器喷射更多燃油，以便提高发动机转速。
正时考虑
在 ECM 确定了所需的燃油量后，软件必须确定喷油正时。 ECM 分析下述部件提供的输入后确定喷油正时：
- 发动机冷却液温度传感器
- 进气歧管空气温度传感器
- 进气歧管压力传感器
在起动时，ECM 根据凸轮轴上辅助转速/正时传感器的信号确定 1 号气缸的上止点位置。 ECM 决定相对于上止点位置何时应该喷油。 ECM 通过控制每个电子单体喷油器来优化发动机性能，使得所需的油量在发动机周期的精确时间点喷出。 电子单体喷油器由燃油歧管供给高压燃油。 ECM 也会向燃油喷油泵中的电磁阀提供信号。 燃油喷油泵中的电磁阀控制燃油喷油器中的一个阀。 此阀控制进入柱塞的燃油量。 通过控制进入柱塞的燃油量，可以控制燃油歧管中的压力。 发动机不需要的燃油被转移到燃油喷油泵之外而回到燃油箱。
ECM 将会调整喷油正时和燃油压力，以便实现最佳的发动机性能、燃油经济性和废气排放控制。
喷油
ECM 中的可编程软件设定了某些针对可能喷射的燃油量施加的限制。
FRC 限制是一个基于进气歧管压力和发动机转速的极限值。 FRC 限制用于控制空气/燃油比率，从而控制发动机的废弃排放。 当 ECM 感知到进气歧管空气压力较高时，ECM 就会提高 FRC 限制。 进气歧管空气压力较高说明气缸内的空气较多。 当 ECM 提高了 FRC 限制时，ECM 就会允许更多的燃油喷入气缸内。
Rated Fuel Limit（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制。 额定油量限制使得发动机功率和扭矩输出能与特定型号发动机的功率和扭矩曲线相符。
这些限制位于可编程软件中，并且是无法更改的。
ECM 控制下列特性：
- 增压压力
- NOx 还原系统的操作
诊断代码
当 ECM 检测到电子系统故障时，ECM 将会生成一个诊断代码。 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。 提供诊断代码是为了指示 ECM 已检测到发动机控制系统存在电气故障或电子故障。 在某些情况下，在出现导致代码生成的状况时，发动机性能会受到影响。
如果操作员指出发生性能故障，则诊断代码可能会显示故障的原因。 使用笔记本电脑来访问诊断代码。 然后应该修复该故障。
事件代码
事件代码用于指示 ECM 已检测到异常的发动机工况。 ECM 将会记录事件代码发生的次数。 这并没有指出电气故障或电子故障。 如果发动机中的冷却液温度高于允许的极限值，则 ECM 将会检测到这种状况。 ECM 将会记录关于该状况的事件代码。
密码
系统配置参数受出厂密码保护。 这将防止在未经授权的情况下对系统重新编程和清除记录的事件。 出厂密码在 Caterpillar 代理商专有的计算机系统上计算得到。 由于出厂密码包含字母字符，只有电子维修工具才可能更改"系统配置参数"。 系统配置参数可以影响额定功率和排放。 密码也允许客户控制特定的可编程发动机参数。
请参考故障诊断和排除, "配置参数"和故障诊断和排除, "出厂密码"。
转速/正时传感器
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| 图 13 | g02155463 |
典型示例 | |
主转速/正时传感器位于缸体左侧靠近飞轮壳体的位置。 主转速/正时传感器通过检测曲轴正时齿圈 (1) 上齿的运动来产生信号。 转速/正时传感器产生的信号被传送至 ECM。 ECM 利用来自转速/正时传感器的信号来计算曲轴的位置。 该信号也用来确定发动机转速。
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| 图 14 | g02476196 |
典型示例 | |
辅助转速/正时传感器位于缸体右侧，朝向发动机后部。 第二转速/正时传感器产生与凸轮轴位置相关的信号。 辅助转速/正时传感器检测凸轮轴正时齿圈 (2) 上齿的运动。 转速/正时传感器产生的信号被传送至 ECM。 ECM 使用该信号计算发动机的转速和旋转位置。 第二转速/正时传感器用于起动目的。
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| 图 15 | g01878676 |
转速/正时传感器示意图 | |
在发动机拖动时，ECM 使用来自凸轮轴转速/正时传感器的信号。 在发动机运转时，ECM 使用来自曲轴上的转速/正时传感器的信号。 转速/正时传感器是发动机位置的主要来源。
压力传感器
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| 图 16 | g02139716 |
压力传感器示意图 | |
增压压力传感器和发动机机油压力传感器是有源传感器。
增压压力传感器向 ECM 提供进气歧管压力的测量值来控制空燃比。 这将会减少瞬态状况中的发动机冒烟。
增压压力传感器的工作范围为 39 至 400 kPa (6 至 58 psi)。
发动机机油压力传感器向 ECM 提供发动机机油压力的测量值。 如果出现可能会损坏发动机的状况，ECM 将会警告操作员。 这包括检测到机油滤清器阻塞的状况。
发动机机油压力传感器的工作范围 ... 13 至 1200 kPa (2 至 174 psi)
温度传感器
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| 图 17 | g02139713 |
发动机温度传感器原理图 | |
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| 图 18 | g02139706 |
发动机后处理系统温度传感器示意图 | |
进气温度传感器和冷却液温度传感器是无源传感器。 每个传感器都向 ECM 提供一个温度输入。 ECM 将会控制以下操作：
- 燃油输送
- 喷油正时
传感器的工作范围 ... −40° 至 125°C (−40° 至 257°F)
燃油温度传感器的操作范围 ... −40° 至 120°C (−40° 至 248°F)
这些传感器也用于发动机监控。
NOx 还原系统 (NRS) 传感器
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| 图 19 | g02139786 |
NOx 还原系统（NRS）位置传感器示意图的典型示例 | |