【船机帮】CAT3516C 电控单体喷油系统特点与维护

导读

通过参加对海洋石油681船的CAT 3516C HD电控喷射柴油机的安装、调试，以及日常的使用和设备资料的消化，为了更好的使用、维护好该柴油机，为船舶作业服务，现将CAT 3516C HD柴油机电子控制系统的技术特点及维护保养相关的注意事项介绍给大家，与各位同仁共勉!

海洋石油681轮

海洋石油681船是由欧洲著名的罗尔斯.罗伊斯公司设计、武船重工承建的UT788CD型深水多用工作船。

该船配备了4台柴油发电机组，单台机组额定功率为2200KW原动机选用的是美国卡特彼勒公司设计制造的CAT3516C HD型柴油机，该机型是卡特彼勒公司CAT 3500系列的新产品，额定功率为2350kW。

该柴油机在继承了早期优点的同时，还有如下特点: 

1、其在机体、部件的形体、结构与材料方面有独到的工业设计和制造工艺;

2、在燃油、空气、冷却、排气等系统有其自身独特的设计理念。

如燃油系统设计的浮子油箱，通过减少燃油的扰动而改善系统的燃烧状况;相互独立的缸套水冷却系统与后冷却系统，能够控制更加合适的冷却温度以减小热应力带来的损害:排气管设计有歧管,可用减小排气的机械损耗等等。

在这里，我们选择柴油机的核心——燃油喷射系统来进行研究学习。

一、柴油机电子控制系统工作原理

CAT 3516C配有可编程序的卡特彼勒电子控制系统(如上图)，包含ECM(Electronic Control Modul)、通信线、开关、传感器、电子喷油器等。

在现代柴油机中，ECM柴油机管理的核心控制元件,本机使用ADEM II ECM (Advanced Diesel Engine Management Electronic Control Modul)电子控制模块。

ECM包含微处理器和控制程序，一方面监测发动机的工况、参数，收集传感器和开关上的信息;另一方面输出指令，通过改变燃油喷射来控制柴油机的转速、功率等工作状态。

ECM根据各路传感器输入数据测试和计算所需空气与燃油的混合比以及发电机的发火提前角，ECM直接控制着发动机在各种工况下的燃油供给量、燃油喷油正时、高压点火正时、点火闭合角、发动机怠速运转转速等。

ECM根据预设定调控参数和目标数据驱动执行机构来执行柴油机运转工况的优化和控制任务。

这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合，是通过统计或者实测得到。

有时为了适应特定的应用和现场情况，也可以用ET维修工具对参数进行重新编程。

当传感器检测到发电机某一实际参数输入后，首先与存储器中的相应参数和最优运行结果比较，如果相同，则电控系统保持原状态，发电机继续当前状态运行。

实际参数偏离目标参数时，微处理器将根据偏离值大小和方向按一定的控制对策进行有关信息的处理，对数字信号进行直接运算和处理,然后输出控制指令或是对输入的数字信号进行取样，根据抽取的值来决定控制输出控制指令信号，经输出回路放大后驱动各执行器动作，使发动机相应参数或状态接近目标值。

同时，运行状态的检查结果反馈给电子控制单元，实现闭环控制，使柴油机按最佳状态运行。

网络配图

二、CAT3516C 单体喷油系统的特点

CAT 3500C发动机燃油喷射系统采用EUI电子单体泵，结合电子控制，泵和油嘴于一体。

如上图，整个系统由外置浮子油箱、燃油初级滤器，机带输送泵、进油管、燃油精细滤器、凸轮轴、机械传动机构、电控喷油器、回油减压阀、回油冷却器和回油管组成。

与传统机械喷油系统相比无高压油泵及外部高压油管。

燃油由燃油输送泵供油给电子喷油器，始终连续流过电子单体泵。

燃油供给量为喷射量的三倍，用于冷却喷油器。

多余的燃油回到回油总管，经过压力调节阀、燃油冷却器冷却后回到浮子油箱。

凸轮摇臂机构提供单体喷油器所需的下压力,力从凸轮直接通过顶杆传递给摇臂总成，然后在传递给单体喷油器的推杆顶端，推杆推动柱塞下行形成油压建立条件。

当ECM输出信号，EUI电磁线圈通电(105 V)，电磁阀动作，喷油器的回油孔关闭;

喷油器内建立油压，燃油项开针阀向燃烧室喷射燃油。

喷油结束指令输出后，线圈失电回油孔打开,油压卸除针阀落回，喷油结束。

此时燃油继续流过喷油器经回油孔回流到回油管。

正常情况下针阀阀开启压力为: 300Bar, 喷射压力: 1700Bar。

最高喷射压力可达2000bar。

可通过调节摇臂上的螺栓来调节喷油器柱塞下行范围，进而可供调整喷油压力。

ECM根据操作条件、负荷、速度和其他变化的条件决定喷油的开始和终止。

喷油正时决定柴油机正时，喷油长短决定柴油机转速。

传统机械喷油系统喷油压力与转速成线性关系，而EUI供油系统的喷油压力由ECM根据柴油机转速、油门位置、负荷、冷却水温等

参数运算后与己知的优化控制规律比较，选择此时工况下的最佳值,由ECM输出信号,喷油器执行。

如上图，阴影部分为EUI喷油压力范围，常规的为线性选取。

电子单体喷射的优点:

1)没有外部高压油管，安全;

2)由ECM通过电磁阀的开启和关闭决定燃油的起喷时间和喷油量，能够精确控制喷油正时和时间、喷油量;

3)喷射压力高，1700Bar, 喷油持续时间短，喷油雾化好，颗粒小，燃烧更充分;

4)提高发动机的起动性和热机性能;燃油消耗的经济性好;

5)减少 NOX的排放;

6)故障更易检测，ET工程师可通过电脑检测柴油机的运行历史参数，并可以方便做喷油器电磁阀试验，断缸试验，自动喷油器试验等。

缺点是更换喷油器繁琐。

喷油器推杆表面标有条行码和数字代码。

如果喷油器更换，或换装到其他缸上，或两个喷油器调换，喷油器代码必须重新编制。在ET的标定传感器屏幕将喷油器代码编制入ECM中。否则可能导致不同汽缸间的正时和喷油量差别。

三、电子控制系统的维护保养

柴油机电子控制系统模块对高温、高湿度十分敏感。

电路是发动机的信息高速公路，在控制模块和传感器，ECM和EUI之间提供数据通讯。

因此对日常的维护保养要求很高。

1)严禁在发动机高速运转时将蓄电池或24V控制电源从电路中断开;

2)当发动机出现故障时，不能将蓄电池或24V电源从电路中断开，防止ECM中故障代码及有关资料信息被删除。

3)不可用指针式万用表测试ECM模块和传感器，应用高阻抗数字式万用表测试;

4) ECM 防止受潮，不要敲击到ECM;

5)注意不要再运行状态下断开ECM电源;

6)保持燃油清净， 按要求更换燃油滤器，注意油柜的放残;

7)注意电路的连接，以防止电路连接处松动或者破损。

网络配图

四、故障的检查

卡特彼勒公司在其产品出厂时根据机型设定好了每台ECM参数，连接已经安装故障诊断软件ET(ELECTRONIC TECHNICIAN)的电脑，即可以检测。

ET的主要作用是:

显示各参数的状态;查询当前和历史的故障代码;显示ECM参数配置;系统故障的诊断测试;效验各传感器。

当柴油机出现故障时，ECM会自动记录故障代码、发生时间等，对系统进行故障诊断或参数测试可通过ET软件显示并针对性地排除故障。

当柴油机出现故障时候，应首先判断并检查可能引起故障的机械因素。

如没有机械故障，则可以按照基本诊断程序进行检查。

具体需要ET工程师使用安装ET程序的电脑连接柴油机来检查。

中海油618轮发动机启动运行后5号缸断开报警,不能并网运行，根据现场判断已经此缸已经发火，怀疑探头故障。

而后出现1号缸、3号缸、9号缸断开报警，由于全在奇数列，疑是系统或线路问题。

连接ET软件检查测试，各缸喷油器电磁线圈电压正常，1、2、5、9号喷油器均可正常喷油，控制线路正常;

判断为监测线路故障，后经排查发现通信线路接头松动，紧固后正常。

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五、小结

海洋石油681轮引进的CAT 3516C HD是卡特彼勒公司3500系列的新产品，在机体、部件的形体结构与材料使用方面有先进的工业设计和工艺,在燃油、空气、冷却、排气等系统有其自身的设计理念。

如浮子油箱的设计，相互独立的缸套水冷却系统与后冷却系统，排气管歧管的设计等等，都有其特点。

这里选择作为柴油机的核心——燃油喷射系统来研究。

CAT3516C 作为该船主发电柴油机，船舶运营中使用很多，通过对CAT3516C柴油发动机电控单体燃油喷射系统原理、结构特点以及故障与维护的探索，增强对引进设备技术的的消化吸收、丰富技术储备、提高维护技能，保障设备的使用状态，更好的为船舶作业服务。

本文原创作者系：

中海油田服务股份有限公司

沈金锐  陈贯斗

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