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卡特比勒3500 fuel


CAT3500、3500B系列 发动机简介 及 燃油喷射系统简介

卡特彼勒发电机组3500系列

3500系列发动机
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CAT3500系列--最成功机型的范例 CAT3500系列发动机在同功率等级发动机的销售量 中远远超过其他厂家

高强度的先进设计使之在开始生产时就能满足最严 格用户的要求 持续不断的技术更新使新生产的发动机具有更大的 功率,更高的可靠性和同类产品中最低的运行成本 在多年的使用中,已经证明了该机型的价值

3500B系列发动机
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CAT3500B系列保留了3500系列的优点 最主要的变更:新一代的燃油控制喷射系统 新的进排气、燃烧系统 全面、重大的机械方面的改进

缸体

特殊成分的灰铸铁,高强度、重量轻 ? 不影响强度情况下方便维修 ? 加大的凸轮轴孔
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缸套
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可更换的湿 式缸套 可靠性强, 易于维修

缸盖

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单体缸盖 四气门

缸垫
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耐高温、高压 耐油 防水 气缸体与气缸盖之间 的隔板层:两者之间 有一块铝合金隔板层, 保护缸体、缸盖、曲 轴损坏。

曲轴
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精良的设计制造 出色的工艺 轴颈热处理层厚 度达到0.127mm 硬度Rc40以上

曲轴油封
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液压曲轴油封 特殊的唇部设计 耐油性能

主轴承瓦和连杆瓦
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镀锡+铅锡合金+铜结 合层+铝合金+钢背

连杆

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高强度 四条成角度的螺栓固定 可承受更大负荷

活塞
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钢制头部+铝合金裙 部 深坑/低余隙的设计 提高了燃烧效率 增加了23%的扭矩, 降低了5%的燃油消 耗,更低的排放

凸轮轴
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钢制,热处理后 渗碳 加大直径,增加 凸轮桃宽度 凸轮曲线的优化 正时校正轮

气门

废气涡轮增压

中冷器(水套水)

独立循环的中冷器

水泵

3500发动机散热器
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分体结构水箱 3516发动机水箱由21片立柱 式分体水箱构成。

润滑系统

结构特点

充电发电机

柴油机的喷油系统
历史回顾
1892年,德国鲁道夫· 狄塞尔发明柴油机工作原理 1922年,德国罗伯特· 波许着手研究新的喷油系统 1927年,新的喷油泵投放市场

柴油机的喷油系统的要求
喷油定时、喷油量、供油速率

喷油系统的发展趋势
高的喷油压力,喷油雾化好,颗粒小,燃烧充分 准确的喷油定时控制

传统的高压油泵、高压油管燃油系统
机械控制燃油喷射正时 和持续时间 ? 依靠高的喷油压力控制 排放 ? 构造限制了最高喷油压 力。约为1170 Bar (17,000 psi)
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外部的高压管路是个薄 弱环节

传统的机械式调速器

传统喷油系统的改进 机械控制单体喷油器(MUI)

机械控制单体喷油器(MUI)燃油系统
没有外部的高压燃油 管路 ? 最高喷油压力可达 1400 Bar (20,000 psi)
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Cat 3500 MUI

第一代电子控制喷射柴油机—位置控制式 (计算机技术和电磁铁的应用)
PEEC: 可编程序发动机电子控制。 齿条行程由电子调速器来控制(控制器、执行器) 速度传感器取代飞锤 电子控制系统取代弹簧、杠杆 喷油器还是机械操作的。

第一代电子控制喷射柴油机 发电机组的应用:电子调速器

第二代电子控制喷射柴油机—时间控制式
电子控制单体喷油器(EUI)燃油系统
? 没有外部的高压燃油 管路 ? 可以精确的控制合适 的喷油正时和供油持 续时间 ? 最高喷油压力可达 2070 Bar (30,000 psi)

发动机电子控制模块 E.C.M.
电子控制模块

液压 – 机械式调速器

机械压油

机械压油

电子控制喷油

机械控制喷油

Cat 3500 MEUI

Cat 3500 MUI

共轨燃油喷射系统
HEUI

Fuel Pressure

EUI Engine Speed

HEUI 喷油系统
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压缩燃油的压力由液压系统 提供 没有外部的高压油管 准确的喷油正时及喷油持续 时间的控制 喷射压力可高达23,500 psi 喷油压力几乎不受发动机转 速的影响

EUI与HEUI喷油压力与发动机转速的关系
HEUI

Fuel Pressure

EUI Engine Speed

与高压共轨技术的比较

In the Chino Copper Mine in New Mexico, this 16V4000 engine and 9 others power 930E Haulpak mine trucks. They were sold based on equal cost per ton mile with the 35 Caterpillar trucks. The Haulpak trucks have approx. 64% availability compared to approx. 85% availability of Cat trucks. One DDC / MTU engine was lost due to piston failure because of fuel washdown of the cyl. walls and one fuel pump (shown here) failure. Fuel leaks have been common. Above is from LEC visit to mine during week of 27 April 1998.

与高压共轨技术的比较
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可靠性 外部的高压油管 喷射压力 喷油压力的波动 喷油正时的控制 供油速率的调整

真正第三代电子控制喷射柴油机 —时间压力控制式

HEUI-B燃油系统 C-9(8.8L)柴油机

卡特彼勒电子控制喷射发动机介绍
3400E和3500B系列发动机采用了电子技术对燃 油射过程进行控制。主要特点:
--动力性能: 增加马力、增加扭矩 --在保持性能的前提下更 好的燃油经济性 --减少颗粒,低排放 --低噪音 --延长发动机使用寿命增 强可靠性、改善性能 --改善冷起动性能 --维护更方便。

US EPA Emissions Regulations
Non Road Mobile - Tier 1
Emissions values in g/hp-hr Engine Gross Power Level > 750 Bhp 600-750 Bhp 6.9 NOx, 0.4 PM, 1.0 HC, 8.5 CO 300-600 Bhp 6.9 NOx, 0.4 PM, 1.0 HC, 8.5 CO 175-300 Bhp 6.9 NOx, 0.4 PM, 1.0 HC, 8.5 CO 100-175 Bhp 50-100 Bhp 25-50 Bhp 11-25 Bhp < 11 Bhp 1996 1997 1998 1999 6.9 NOx 6.9 NOx 7.1 NMHC + NOx, 0.6 PM, 4.1 CO 7.1 NMHC + NOx, 0.6 PM, 4.9 CO 7.8 NMHC + NOx, 0.75 PM, 6.0 CO 2000 2001 2002 2003 2004 2005 6.9 NOx, 0.4 PM, 1.0 HC, 8.5 CO Tier I Tier II Tier III

US EPA Emissions Regulations
Non Road Mobile - Tier 2
Emissions values in g/hp-hr Engine Gross Power Level > 750 Bhp 600-750 Bhp 175-300 Bhp 100-175 Bhp 50-100 Bhp 25-50 Bhp 11-25 Bhp < 11 Bhp 2001 2002 2003 2004 4.8 NMHC + NOx, 0.15 PM, 2.6 CO 4.9 NMHC + NOx, 0.15 PM, 2.6 CO 4.9 NMHC + NOx, 0.22 PM, 3.7 CO 5.6 NMHC + NOx, 0.3 PM, 3.7 CO 5.6 NMHC + NOx, 0.45 PM, 4.1 CO 5.6 NMHC + NOx, 0.6 PM, 4.9 CO 5.6 NMHC + NOx, 0.6 PM, 6.0 CO 2005 2006 2007 2008 300-600 Bhp 4.8 NMHC + NOx, 0.15 PM, 2.6 CO 4.8 NMHC + NOx, 0.15 PM, 2.6 CO Tier I Tier II Tier III

第一与第二阶段的比较
Tier 1
6.9 g/hp-hr NOx

Tier 2
4.8 g/hp-hr NOx+HC 0.15 g/hp-hr PM 2.6 g/hp-hr CO

降低的比率
- 40 % - 63 % - 70 %

1.0 g/hp-hr HC
0.4 g/hp-hr PM 8.5 g/hp-hr CO

NOx 的降低

0.7 颗粒 - g/kW-hr 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 NOx - g/kW-hr 8 9
US EPA 2006 Tier II 国际海事组织IMO (1500 rpm) - 2000

3500A

US EPA 2000 Tier 1

3500 EUI

3500B

颗粒的 降低

10 11

更大的功率输出
最大输出功率 bhp 发动机型号 机械式 3406 515 3408 525 3412 750 3508 1000 3512 1500

电子式 575 675 1000 1100 1650

%增加 12 28 33 10 10

燃油消耗的降低
发动机控制模块 (ECM) ? 各种传感器 (SENSOR) ? 喷油器
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电子控制喷射发动机 的主要构成部件
发动机控制模块 (ECM) ? 各种传感器 (SENSOR) ? 喷油器
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发动机电子调速器
关机 燃油喷射控制
到 各 喷 油 器 的 信 号 水温 中冷器温度

速度逻辑控制

电子 调速器 空燃比 图

理想转速 Rpm

发动机 逻辑控制

油门 1

油门 2

扭矩图 实际发动机转速 Rpm

TC # 1

信号转换 速度 正时齿轮
传感器 增压器出口 增压器进口 大气压力 机油、燃油 排气温度

正时校正 传感器 飞轮

空燃比校正

校正

电喷发动机的大脑 发动机控制模块(ECM)
--发动机的所有主要功能均由ECM控制
?全权的发动机电子控制 ?记录发动机故障 ?改进的发动机故障诊断方式 ?发动机的监视和保护 ?更多的程序定制功能

E.C.M. J2 40针 接口

燃油出口

E.C.M. J1 40针 接口

燃油进口

燃油冷却管道
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Electronic 电子 ? Control 控制 ? Module 模块
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Advanced 高级 Diesel 柴油 Engine 发动机 Management 管理系统

40 针接口

加强的铝合金密封盒体

橡胶隔离

双处理器

快速 存储器

提供喷油器 电磁阀110V 电压

主电路板

处理器电路板

提供喷油器 电磁阀110V 电压

后备的E.C.M.

传感器
压力 传感器 温度 传感器 位置 传感器 速度 传感器

监视发动机的性能参数并通过信号 电压为ECM提供信息

压力传感器

速度 / 正时传感器

凸轮轴正时 齿轮上的正 时齿

温度传感器的电路
正极 负极 信号

传感器电路

排气温度传感器

冷却液位传感器

冷却液位传感器电路
液位正常 +5V直流

传感器公共端 液位低

梃柱 电磁阀总成 柱塞

MEUI 喷油器
提供高达152 Mpa
(22000psi)的喷射压力

油腔

喷油嘴 总成

喷油器构件

电磁阀总成 电磁阀

衔铁
提升阀 弹簧 提升阀

喷油器构件

喷嘴总成

弹簧 针阀

针阀偶件

喷油器构件

预行程

E.C.M.经过正时计 算,以110V电压使 电磁阀关闭

阀门开启压力:±300 Bar 喷油压力: 1700 Bar
喷油持续时间也是由E.C.M. 计算后得出

供油过程

高压油泻出

供油结束

填充燃油

重新充油

HEUI 喷油器

卡特彼勒电控喷射发动机的优点
?整个工作范围内达到最佳的性能 ?ADEM (先进的柴油机管理系统) ?4维正时控制 ?根据检测到的所有参数调整供油量,使 有效燃油消耗和排放达到最佳效果 ?“无烟”发动机:7%浑浊度(肉眼不可 见)

在全部的工作范围都可获得 最佳性能
4 维的正时控制: ? 中冷器出口水温 ? 发动机当前转速 ? 发动机负荷 ? 发动机当前转速的动态调整值 正时图: 冷车状态,加速状态及正常工作

3维 燃油 / 正时图
30252015105-120 -100 -80 -60 -40 -20

中冷器温度

在全部的工作范围都可获得 最佳性能
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自动高度补偿

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自动滤清器补偿
断缸燃油控制

在全部的工作范围都可获得 最佳性能
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发动机在任何负荷、转速和中冷器温度下 都可以获得最佳性能 实际无烟的发动机 定制 / 最优的排气烟度控制图

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15年的电子控制喷射发动机经验

15年的用户反馈信息
15年电子控制喷射发动机的领先地位

新的管理系统提高了可靠性
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直方图 / 历史数据记录 ? 排气温度 ? 发动机转速 ? 负荷因数 燃油消耗计算 发动机工作时间记录

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新的管理系统提高了可靠性
发动机监视系统(显示或报警) 系统低电压 机油压力低 高水温 低水温 超速 空气滤清器阻力大 大气压力 排气温度 机油压力差 燃油压力差 曲轴箱压力 增压器的压力负载%数
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新的管理系统提高了可靠性
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诊断信息:

在显示模块上显示诊 断信息

显示闪烁代码的诊断 灯 活动和记录故障
记录事件

新的管理系统提高了可靠性
两个数据链接口:

A: 维修工具(ET)接口
通过SAE标准RS232适 配器连接到用户的计算 机上。 B: 卡特数据链连接到计 算机化监视系统(CMS)

电子诊断工具 E.T.(Electronic Technician)
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维修接口模块(连接电子工 具) 维修工具功能 可编程序功能 动态发动机状态显示(扭矩、 功率、油耗、爆发压力) 诊断(系统故障) 标定 诊断系统试验

进行电子诊断测试 当前的错误 记录的故障 记录的事件 读取、更改可编程参数 观察状态屏幕

喷油器电磁阀测试
断缸测试

特殊的测试

观察状态屏 (当前发动机性能)

发动机历史数据直方图

手工更换只读内存芯片

刷新快速内存 中的个性化文件
E.T.刷新可擦写内存

过去

现在

谢谢大家!


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