卡特彼勒CAT柴油發電機3516B電子調速系統

摘要：隨著平臺發動機組運轉時間的增加，出現這樣或那樣的問題是難免的，這個問題或在某個階段成為影響平臺正常生產的主要矛盾，本文在介紹發動機電子控制系統組成的基礎上，對3516B電子調速系統進行了說明。

關鍵詞：ECM；單體泵電磁閥；2301A

0 引言

3516B是一種采用電噴調速的發動機，每個氣缸有一個單體泵，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，完全被ECM控制，圖1為發動機電子控制系統圖。

圖1 發動機電子控制系統圖

1  電子控制組成

1.1 系統組成

1）控制元件:電子控制模塊（ECM）

2）輸入元件：線束、開關，傳感器

3）輸出元件：單體泵電磁閥、機械執行部件

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 系統供電

1）外部供電：ECM，24VDC。

2）內部供電（由ECM分配）

速度/正時傳感器   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	傳感器	序號	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	進氣壓力	7	增壓器輸出壓力
4	機油壓力	8	曲軸箱壓力

 1.4 ADEMⅢ ECM（電子管理系統）

ADEM Ⅲ—Advanced Diesel Engine Management 三（第三代柴油發動機管理）

ECM—electronic control module（電子控制模板）

ECM是發動機電子控制系統的心臟。它的功能相當于電子調速器和燃油系統計算機。ECM接收從傳感器和發電機進線柜傳來的所有信號，經內部計算處理后，通電單體泵電磁閥來控制發動機正時和速度。另外，除了為更換個性模塊而設的口蓋外，ECM時封閉的。

電子控制模塊ECM是控制發動機的計算機。它包括：微處理器、存儲器、輸出電路、輸入電路、電源電路。

個性模塊包括：軟件和控制圖。有兩種辦法升級個性模塊的軟件：更換個性模板和刷新程序。

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

1.5 電子控制部件

ECM相當于計算機。Flash file是計算機的軟件，Flash file中含有各種控制圖，控制圖決定著發動機的功率和扭矩特征曲線。

ECM決定著正時和氣缸的可設定燃油量。這些決定基于實際情況或者任何時刻的調整。

ECM比較設定轉速和實際轉速。實際轉速有速度/正時傳感器提供。可設定的轉速基礎于以下兩個方面：一些診斷代碼組和一些傳感器信號輸入。

如果可設定的發動機轉速高于實際轉速，ECM通過控制單體泵電磁閥向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實際轉速。

2  燃料噴射過程

    

圖2 燃油噴射結構圖

ECM通過變化的信號控制單體泵的噴油量。單體泵在電磁閥供電時噴油。ECM向單體泵電磁閥提供一個105VDC電壓信號，這個電壓信號激活電磁閥。通過控制發動機正時和電壓持續時間，ECM能夠控制噴油時間和噴油量。

一旦ECM決定了被要求的噴油量，ECM就必須決定燃料噴射時間。ECM通過發動機速度/正時傳感器信號獲得每個氣缸上止點的位置。ECM決定相對于上止點的位置何時噴油，并且ECM在可設定的時間向單體泵電磁閥提供信號。ECM結合發動機最佳運行特性，最佳燃料燃燒率，和對白煙的最佳控制來調整噴射時間。

由圖2可得單體泵的燃油噴射過程，ECM控制發動機正時和轉速，燃油從進油管線流入單體泵。每當凸輪軸通過搖臂壓縮單體泵時，如果單體泵電磁閥通電，電磁閥關斷出油口，燃油就能夠被壓縮并從噴油嘴進入氣缸；如果電磁閥沒電，燃油雖然被壓縮由于出油口沒有關閉，燃油因壓力太小只能流回燃油罐。

3  數據傳輸線路

3516B帶有兩種數據傳輸線路，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中傳感器的數量。其他電子控制系統可以通過Data Link獲得發動機上的信息。Data Link還可以作為電子維修工具的接口。

Data Link上可以獲得的關于發動機的監控信息，包括如下內容（典型例子）：

Data Link典型監控信息

序號	內容	序號	內容
1	大氣壓力	9	發動機設定轉速
2	激增壓力	10	發動機報警系統
3	冷工況狀態	11	排氣溫度
4	冷卻液溫度	12	柴油壓力
5	曲軸箱壓力	13	機油壓力
6	診斷信息	14	渦輪增壓器進氣壓力
7	ECM供電電壓	15	渦輪增壓器排氣壓力
8	發動機實際轉速	16	正時標定狀態

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轉換器位于發動機客戶接口上。電子維修工具也可以用來顯示發動機運行的實時監控數據。

CAN Data Link用來從ECM中讀取發動機信息和診斷信息。CAN Data Link用于ECM用戶保護裝置和各種顯示模塊。

4  程序控制的參數

一些影響發動機運行的參數可以通過卡特彼勒ET改變。參數存儲在ECM中，并且一些參數是被保護的，只有通過授權密碼才能改變。

5  發電機進線柜相關的轉速調節單元

圖3

 

進線柜相關的轉速調節結構圖

5.1 發電機啟動過程

發電機啟動后，根據系統的設定值，在設定的時間內升速到900轉/分。怠速/額定開關打到額定位置時轉速額定端子閉合，2301A得到信號并通過執行機構端子向ECM發送信號。ECM通過綜合計算決定噴油量和單體泵供電時間后向單體泵電磁閥供電。2301A結合轉速傳感器的反饋信號不斷的向ECM發送信號。最終使發電機轉速升高并維持在1500轉/分左右，頻率50Hz左右。如果轉速低于1500轉/分，手動調節轉速微調電位器R1，從而改變2301A和ECM之間的傳輸信號，進而使轉速保持在1500轉/分。

5.2 發動機正常運轉時

發動機無論是單機運行，還是并網運行，帶載荷后轉速都隨負載變化而變化。發電機載荷突然增大時，發動機轉速將有下降的趨勢。這時ECM將結合2301A信號、轉速/正時傳感器提供的實際轉速信號等因素，通過單體泵向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實際轉速。發電機載荷突然減少時，與之相反。

6  結束語

    與平臺傳動對于平臺生產的重要性相比，發動機的重要性也是不言而喻的。因此，我們在不斷加強對傳動系統掌握的同時，也不能忽對發動機電子控制系統的認知。