C13 Engine for Combat and Tactical Vehicles Caterpillar

图 1	g01099257
(1) 副转速/正时传感器 (2) 喷油器 (3) 主转速/正时传感器 (4) 缓速器电磁阀 (5) 可变气门执行器电磁阀 (6) 燃油供油油轨 (7) 增压压力传感器 (8) 2 微米燃油细滤器 (9) 燃油温度调节器（如有配备) (10) 大气压力传感器 (11) 燃油泵 (12) 燃油粗滤器 (13) 燃油箱 (14) 发动机机油压力传感器 (15) 燃油压力调节器 (16) 油门踏板 (17) 油门踏板位置传感器 (18) 蓄电池 (19) 发动机控制模块 (ECM) (20) 发动机冷却液温度传感器 (21) SAEJ1587/J1708 数据链路 (22) 进气温度传感器 (23) SAE J1939数据链路 (24) SAE J1922/J1708 数据链路 (25) 燃油温度传感器 (26) 环境温度传感器 (27) 正时标定接头 (28) 警告和检查发动机灯 (29) 2 灯输出 (30) 6 可编程输出 (31) 发动机冷却液液位传感器 (32) 冷却风扇继电器或电磁阀 (33) 车速传感器 (34) 车速表和转速表 (35) PTO 接通/断开开关和 PTO 设定/恢复开关 (36) 巡航接通/断开开关和巡航设定/恢复开关 (37) 7 可编程输入 (38) 行车制动器踏板位置开关。 (39) 发动机缓速器开关 (40) 钥匙开关 (41) 空档和离合器踏板位置开关

电子单体喷油器系统由下列系统构成： 机械系统 和 电子系统. 机械系统包括低压供油系统和电子单体喷油器。 电子系统可提供完整的所有发动机电子控制功能。 电子控制系统由下列三种部件构成： 输入, 控制 和 输出.

电子单体喷油器燃油系统由下列5个零部件构成：

• 电子单体喷油器

• 燃油输油泵

• ECM

• 传感器

• 电磁阀

电子单体喷油器产生的喷油压力可达 207000 kPa (30000 psi)。 电子单体喷油器在额定转速下每秒还可以点火 19 次。 燃油输油泵抽出燃油箱的燃油，然后加压燃油系统到 60 and 125 PSI，以向喷油器供油。 ECM 是一台控制所有发动机主要功能的强大电脑。 传感器都是可以监测发动机性能参数的电子设备。 发动机性能参数可测量压力、温度和转速。 这个信息会通过一个信号送到 ECM。 电磁阀都是可以利用 ECM 送来的电流改变发动机性能的电子设备。 喷油器电磁阀就是一个电磁阀的实例。

低压燃油系统

图 2	g01125983
(2) 喷油器 (6) 燃油供油油轨 (8) 2 微米燃油细滤器 (9) 燃油温度调节器（如有配备) (11) 燃油泵 (12) 燃油粗滤器 (13) 燃油箱 (15) 燃油压力调节器

低压燃油系统会从燃油箱向喷油器供油。 低压燃油系统有四个基本功能：

• 提供燃烧所需的燃油

• 提供燃油以冷却喷油器

• 除去燃油中的空气

• 预热燃油箱中的燃油

低压燃油系统包括以下主要零部件：

• 燃油箱

• 燃油输油管路

• 燃油粗滤器或油水分离器

• 燃油输油泵

• 燃油细滤器

• 燃油充油泵

• 燃油压力调节阀

• 燃油调节阀

电子单体喷油器、燃油输油泵、ECM、传感器和电磁阀都是低压燃油系统的一部分。

低压燃油系统中，燃油会从燃油箱抽出，送到燃油粗滤器或油水分离器。 燃油流入输油泵之前燃油粗滤器会除去燃油中大的碎屑或油水分离器。 燃油输油泵是一个齿轮泵，内部包括一个压力安全阀。 接着，燃油从输油泵出口端流到燃油细滤器。 燃油细滤器的规格为 2 微米。 细滤器会除去燃油系统中可能会导致单体喷油器损坏的小磨料污染。

燃油滤清器座包括一个手动充油泵。 充油泵可以在更换燃油滤清器或更换单体喷油器后除去系统中的空气。 充油泵从油箱抽出燃油，经输油泵，送到滤清器中。 输油泵推动燃油流经缸盖中的供油道，然后流回油箱。

燃油压力调节器包括一个弹簧加压的单向阀。 压力安全阀会在约 60 到 125 PSI 下开启。 发动机处于断开位置，燃油压力降至 60 PSI 以下后，单向阀将闭合。 单向阀关闭，以防缸盖中的燃油流回燃油箱。 缸盖中保留的燃油在起动期间可以维持喷油器的供油。

ECM 可以控制发动机主要功能。 传感器都是可以监测发动机性能参数的电子设备。 压力传感器、温度传感器和转速传感器都通过一个电压信号向 ECM 提供信息。 执行器都是可以利用 ECM 送来的电流改变发动机性能的电子设备。 喷油器电磁阀就是一个执行器的实例。

燃油温度调节器（如有配备)

新型机器都没有燃油温度调节器。

燃油调节阀位于一个回油管路中。 燃油管连接燃油滤清器座直到输油泵。 发送器输出一个对应于液压油温度的电压信号。 温度低于 21 °C (70 °F) 后此阀处于开启位置。 温度高于 27 °C (80°F )后此阀处于闭合位置。

燃油温度调节器用于低温工况下向喷油器提供热燃油。 燃油经缸盖中的燃油道送到喷油器。 喷油器会供给过量燃油。 过量的燃油会带走喷油器上的热量。 这些热燃油会与油箱中的冷燃油混合。 回油管中的燃油调节阀会把燃油箱送来的燃油与回流到燃油箱的过量燃油相互混合。 热燃油会增加喷油器的使用寿命。

电子控制装置

电子系统可提供完整的所有发动机电子控制功能。 电子控制系统由下列三种部件构成： 输入, 控制 和 输出. 传感器监测发动机运转状态。 这些信息会送到 ECM。 ECM 具有三个主要功能。 ECM 会向发动机电气设备提供电源并测量发动机传感器的输入信号。 ECM 还作为一个控制发动机转速的调速器使用。 ECM 存储现行故障、记录的故障和记录的事件。 个性模块是 ECM 中的软件，它包括限定功率、扭矩和发动机转速的特定工况图。 ECM 向输出部件提供电流，以控制发动机运转。 ECM 具有以下接头： 两个70针的线束连接器, 一个发动机线束连接器 和 一个车辆线束接线器. 车辆线束用于在车辆线束的发动机控制部分连接 ECM。 发动机控制部分包括以下部件。

• 油门踏板位置传感器

• 车速传感器

• 变速箱

• 制动器

• 离合器开关

• 巡航控制

• PTO 开关

• 数据链路

• 检查发动机指示灯

• 报警指示灯

• 发动机缓速器开关

• 车速表

• 转速表

• 冷却风扇电磁阀

以下特性列表都是电子控制系统的一部分：

• 冷起动策略

• 机油压力

• 冷却液温度报警指示灯

• 自动海拔高度补偿

• 可变喷油正时

• 发动机电子调速

这些特性可能会引起以下各项： 发动机转速精确控制, 冒非常少的烟, 冷起动更快 和 嵌入式发动机保护.

ECM 由以下两个主要部件组成： ECM 和 个性模块 .

ECM 是一台电脑，而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

• 转速

• 其它特性

ECM、个性模块、传感器和单体喷油器相互协作，进行发动机的控制。 ECM、个性模块、传感器和单体喷油器不能单独进行发动机的控制。

ECM 根据以下标准确定理想的转速：

• 油门信号

• 某些故障诊断代码

• 车速信号

ECM 会感知发动机实际转速以保持理想的发动机转速。 ECM 会计算为实现理想的发动机转速需要喷入的燃油量。

喷油正时和喷油量

ECM 通过改变送至单体喷油器的信号来控制喷油量。 单体喷油器只有在喷油器电磁阀通电后才会喷油。 ECM 会向该电磁阀传送一个 90 伏的信号以通电电磁阀。 ECM 通过控制这个 90 伏信号的正时来控制喷油正时。 ECM 通过控制这个 90 伏信号的持续时间来控制喷油量。

喷油正时由发动机转速及其它发动机数据决定。 ECM 可以通过有发动机转速传感器提供的信号来确定 1 号气缸上止点的位置。 ECM 决定相对于上止点位置的喷油时间。 ECM 会在需要的时刻向单体喷油器发出信号。

单体喷油器机构

图 3	g01099258
电子单体喷油器燃油系统的典型示例。 (1) 调整螺母 (2) 摇臂组件 (3) 单体喷油器 (4) 推杆

单体喷油器会加压燃油。 然后，在精确的时刻把正确的燃油量喷入缸体中。 ECM 可确定喷油正时和喷入气缸内的油量。 单体喷油器由凸轮轴凸轮和摇臂操纵。 凸轮轴上对于每个气缸都有三个凸轮轴凸轮。 其中，两个凸轮操纵进气与排气门，另一个凸轮操纵单体喷油器机构。 推力从凸轮轴上的单体喷油器凸轮经过挺杆送到推杆 (4) 。 推杆的推力经过摇臂组件 (2) 送到单体喷油器顶部。 调整螺母 (1) 用于进行喷油器的调定。 请参阅系统操作/测试和调整手册, "电子单体喷油器 - 调整"，了解单体喷油器调整的正确设定值。

单体喷油器

图 4	g01099261
(1) 电磁阀 (2) 挺杆 (3) 柱塞 (4) 柱塞套 (5) 喷嘴组件

电子单体喷油器操作

电子单体喷油器操作过程包括以下四个阶段： 喷油前, 喷油, 喷油结束 和 注油. 单体喷油器利用一个柱塞和一个柱塞缸向燃烧室中泵送高压燃油。 喷油器零部件包括挺杆、柱塞、柱塞套和喷嘴组件。 喷嘴组件的零部件包括弹簧、喷嘴单向阀和喷嘴尖端。 卡盘阀由下列零部件构成： 电磁阀, 电枢, 提升阀 和 提升弹簧.

喷油器安装在缸盖喷油器座孔中，缸盖具有一个整体式燃油供油道。 喷油器接合套把喷油器与水套中的冷却液隔开。 有些发动机还使用不锈钢接合套。 不锈钢接合套使用轻压配合安装在缸盖中。

图 5	g00942799
喷油前 (A) 燃油供油压力 (B) 喷油压力 (C) 移动零件 (D) 机械运动 (E) 燃油流动

喷油前从喷油器柱塞和喷油器挺杆处于喷油冲程顶部开始算起。 柱塞油室内充满燃油后，提升阀就处于开启位置，喷嘴单向阀也处于开启位置。 摇臂向下推动挺杆和柱塞时，燃油流出柱塞油室。 喷嘴单向阀闭合后会阻止燃油流动，这部分受阻燃油会流过开启的提升阀，流到缸盖中的供油道。 如果电磁阀通电，则提升阀仍保持在开启位置，柱塞油室流出的燃油会继续流入供油道。

图 6	g00942798
喷油 (A) 燃油供油压力 (B) 喷油压力 (C) 移动零件 (D) 机械运动 (E) 燃油流动

ECM 会向卡盘阀上的电磁阀发送一个电流，以开始喷油。 这个电磁阀会产生一个磁场，从而吸引电枢。 电磁阀通电后，电枢组件会使提升阀升高，因而提升阀与提升阀座接触。 这就是闭合位置。 提升阀闭合后会堵塞流出柱塞油室的燃油流动路径。 柱塞继续推动柱塞油室中流出的燃油，燃油压力不断升高。 燃油压力达到约 34500 kPa (5000 psi) 后，高压燃油压力会克服弹簧弹力。 这会把喷嘴单向阀保持在闭合位置。 喷嘴单向阀移出喷嘴座，燃油流出喷油器尖端。 这就是喷油的开始。

图 7	g00942801
喷油结束 (A) 燃油供油压力 (C) 移动零件

喷油器柱塞向下移动，通电的电磁阀保持提升阀在闭合位置，同时会持续喷油。 不再需要喷油压力时，ECM 停止向电磁阀提供电流。 流向电磁阀的电流停止后，提升阀会开启。 提升阀会在喷油器弹簧及燃油压力的控制下开启。 高压燃油现在流经开启的提升阀，流到供油道。 这会导致喷油压力快速下降。 喷油压力降到大约 24000 kPa (3500 psi) 后，喷嘴单向阀会闭合，喷油过程结束。 这就是喷油的结束。

图 8	g00942802
注油 (A) 移动零件 (B) 机械运动 (C) 燃油流动

柱塞到达柱塞套的底部后，将不会把燃油压出柱塞油室。 挺杆和挺杆弹簧会将柱塞向上拉。 柱塞向上运动会导致柱塞油室中的压力降至低于供油压力。 随着柱塞向上运动，燃油从供油道流经开启的提升阀，流入柱塞油室。 柱塞到达行程顶部后，柱塞油室中充满燃油，燃油停止流入柱塞油室。 这就是喷油之前的开始。