卡特彼勒CAT柴油發(fā)電機(jī)3516B電子調(diào)速系統(tǒng)

摘要：隨著平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，出現(xiàn)這樣或那樣的問題是難免的，這個(gè)問題或在某個(gè)階段成為影響平臺(tái)正常生產(chǎn)的主要矛盾，本文在介紹發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，對(duì)3516B電子調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：ECM；單體泵電磁閥；2301A

0 引言

3516B是一種采用電噴調(diào)速的發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)氣缸有一個(gè)單體泵，單體泵的噴油量有其上邊的電磁閥控制，且電磁閥通過接受ECM信號(hào)，完全被ECM控制，圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)圖。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)圖

1  電子控制組成

1.1 系統(tǒng)組成

1）控制元件:電子控制模塊（ECM）

2）輸入元件：線束、開關(guān)，傳感器

3）輸出元件：單體泵電磁閥、機(jī)械執(zhí)行部件

1.2 硬件

 1）電子控制模塊ECM

2）傳感器

4）電子控制噴油

5）其他控制元件

1.3 系統(tǒng)供電

1）外部供電：ECM，24VDC。

2）內(nèi)部供電（由ECM分配）

速度/正時(shí)傳感器   12.5 VDC

單體泵電磁閥      105 VDC

模擬傳感器        5 VDC

3）模擬傳感器

序號(hào)	傳感器	序號(hào)	傳感器
1	冷卻液溫度	5	柴油壓力
2	排氣溫度	6	大氣壓力
3	進(jìn)氣壓力	7	增壓器輸出壓力
4	機(jī)油壓力	8	曲軸箱壓力

 1.4 ADEMⅢ ECM（電子管理系統(tǒng)）

ADEM Ⅲ—Advanced Diesel Engine Management 三（第三代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)管理）

ECM—electronic control module（電子控制模板）

ECM是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的心臟。它的功能相當(dāng)于電子調(diào)速器和燃油系統(tǒng)計(jì)算機(jī)。ECM接收從傳感器和發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜傳來的所有信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部計(jì)算處理后，通電單體泵電磁閥來控制發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)和速度。另外，除了為更換個(gè)性模塊而設(shè)的口蓋外，ECM時(shí)封閉的。

電子控制模塊ECM是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)。它包括：微處理器、存儲(chǔ)器、輸出電路、輸入電路、電源電路。

個(gè)性模塊包括：軟件和控制圖。有兩種辦法升級(jí)個(gè)性模塊的軟件：更換個(gè)性模板和刷新程序。

ADEMⅢ 與ADEMⅡ的不同之處：無需燃油冷卻；新的零件號(hào)；運(yùn)算速度更快、內(nèi)存更大；接線略有改變；ET需要2004B以后的版本。

1.5 電子控制部件

ECM相當(dāng)于計(jì)算機(jī)。Flash file是計(jì)算機(jī)的軟件，F(xiàn)lash file中含有各種控制圖，控制圖決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩特征曲線。

ECM決定著正時(shí)和氣缸的可設(shè)定燃油量。這些決定基于實(shí)際情況或者任何時(shí)刻的調(diào)整。

ECM比較設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速。實(shí)際轉(zhuǎn)速有速度/正時(shí)傳感器提供?？稍O(shè)定的轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)于以下兩個(gè)方面：一些診斷代碼組和一些傳感器信號(hào)輸入。

如果可設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于實(shí)際轉(zhuǎn)速，ECM通過控制單體泵電磁閥向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實(shí)際轉(zhuǎn)速。

2  燃料噴射過程

    

圖2 燃油噴射結(jié)構(gòu)圖

ECM通過變化的信號(hào)控制單體泵的噴油量。單體泵在電磁閥供電時(shí)噴油。ECM向單體泵電磁閥提供一個(gè)105VDC電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)激活電磁閥。通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)和電壓持續(xù)時(shí)間，ECM能夠控制噴油時(shí)間和噴油量。

一旦ECM決定了被要求的噴油量，ECM就必須決定燃料噴射時(shí)間。ECM通過發(fā)動(dòng)機(jī)速度/正時(shí)傳感器信號(hào)獲得每個(gè)氣缸上止點(diǎn)的位置。ECM決定相對(duì)于上止點(diǎn)的位置何時(shí)噴油，并且ECM在可設(shè)定的時(shí)間向單體泵電磁閥提供信號(hào)。ECM結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)最佳運(yùn)行特性，最佳燃料燃燒率，和對(duì)白煙的最佳控制來調(diào)整噴射時(shí)間。

由圖2可得單體泵的燃油噴射過程，ECM控制發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)和轉(zhuǎn)速，燃油從進(jìn)油管線流入單體泵。每當(dāng)凸輪軸通過搖臂壓縮單體泵時(shí)，如果單體泵電磁閥通電，電磁閥關(guān)斷出油口，燃油就能夠被壓縮并從噴油嘴進(jìn)入氣缸；如果電磁閥沒電，燃油雖然被壓縮由于出油口沒有關(guān)閉，燃油因壓力太小只能流回燃油罐。

3  數(shù)據(jù)傳輸線路

3516B帶有兩種數(shù)據(jù)傳輸線路，Cat Data Link 和Can Data Link。

Cat Data Link是用來和其他未處理器交流。Data Link通過信息共享可以成倍減少系統(tǒng)中傳感器的數(shù)量。其他電子控制系統(tǒng)可以通過Data Link獲得發(fā)動(dòng)機(jī)上的信息。Data Link還可以作為電子維修工具的接口。

Data Link上可以獲得的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控信息，包括如下內(nèi)容（典型例子）：

Data Link典型監(jiān)控信息

序號(hào)	內(nèi)容	序號(hào)	內(nèi)容
1	大氣壓力	9	發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速
2	激增壓力	10	發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)警系統(tǒng)
3	冷工況狀態(tài)	11	排氣溫度
4	冷卻液溫度	12	柴油壓力
5	曲軸箱壓力	13	機(jī)油壓力
6	診斷信息	14	渦輪增壓器進(jìn)氣壓力
7	ECM供電電壓	15	渦輪增壓器排氣壓力
8	發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速	16	正時(shí)標(biāo)定狀態(tài)

電子維修工具插頭插入Data Link的連接器，就可以和ECM通訊，連接器和電子維修工具是串口連接。連接器把從Data Link中讀出了語言變換成電子維修工具需要的語言。Data Link轉(zhuǎn)換器位于發(fā)動(dòng)機(jī)客戶接口上。電子維修工具也可以用來顯示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

CAN Data Link用來從ECM中讀取發(fā)動(dòng)機(jī)信息和診斷信息。CAN Data Link用于ECM用戶保護(hù)裝置和各種顯示模塊。

4  程序控制的參數(shù)

一些影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的參數(shù)可以通過卡特彼勒ET改變。參數(shù)存儲(chǔ)在ECM中，并且一些參數(shù)是被保護(hù)的，只有通過授權(quán)密碼才能改變。

5  發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜相關(guān)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)單元

圖3

 

進(jìn)線柜相關(guān)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖

5.1 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程

發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定值，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)升速到900轉(zhuǎn)/分。怠速/額定開關(guān)打到額定位置時(shí)轉(zhuǎn)速額定端子閉合，2301A得到信號(hào)并通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)端子向ECM發(fā)送信號(hào)。ECM通過綜合計(jì)算決定噴油量和單體泵供電時(shí)間后向單體泵電磁閥供電。2301A結(jié)合轉(zhuǎn)速傳感器的反饋信號(hào)不斷的向ECM發(fā)送信號(hào)。最終使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高并維持在1500轉(zhuǎn)/分左右，頻率50Hz左右。如果轉(zhuǎn)速低于1500轉(zhuǎn)/分，手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器R1，從而改變2301A和ECM之間的傳輸信號(hào)，進(jìn)而使轉(zhuǎn)速保持在1500轉(zhuǎn)/分。

5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)

發(fā)動(dòng)機(jī)無論是單機(jī)運(yùn)行，還是并網(wǎng)運(yùn)行，帶載荷后轉(zhuǎn)速都隨負(fù)載變化而變化。發(fā)電機(jī)載荷突然增大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將有下降的趨勢(shì)。這時(shí)ECM將結(jié)合2301A信號(hào)、轉(zhuǎn)速/正時(shí)傳感器提供的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)等因素，通過單體泵向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實(shí)際轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)載荷突然減少時(shí)，與之相反。

6  結(jié)束語

    與平臺(tái)傳動(dòng)對(duì)于平臺(tái)生產(chǎn)的重要性相比，發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性也是不言而喻的。因此，我們?cè)诓粩嗉訌?qiáng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)掌握的同時(shí)，也不能忽對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的認(rèn)知。