CAT发动机工作原理

30%由排气带出
7%通过 发动机表 面散出
30%燃油燃烧 产生的热能要 通过发动机冷 却系统散发。
30%通 过冷却 系统散 出
33%传递到 曲轴去做有 用功
冷却系统的作用
冷却系统的主要作用是通过散出由燃烧和 摩擦产生的不能利用的热能，以维持正确的发 动机温度。
– 冷却液从发动机中较热的表面吸收热量，然后在流 经散热器时把热量散发到大气中。 – 冷却系统通过使用机油冷却器也维持了正确的发动 机润滑油温度。
冷却系统的运行
气缸头
气缸套 气缸体
后冷器
在带有涡轮增压器和后冷器的发动机上，从水泵出来的一 部分冷却液流向后冷器。在这里，冷却液用来冷却进气，使得更 多的空气能被压入发动机的气缸。这样就使得发动机能燃烧更多 的燃油，产生更大的功率输出。
冷却系统中的压力
卡特彼勒发动机的冷却系统是加压式的冷却系统，加压式的冷却系 统可以提高冷却液的沸点，减少发动机零件的气蚀。
• 燃油压力表
– 燃油压力表用来测量在细滤清器之后的燃油压力。
• 高压油管
– 在高压油泵和喷油嘴之间的管路。在预燃式和直喷式发动机上，高 压油管用来输送高压燃油。而泵喷嘴则把高压油泵包含在喷油器之 中，所以它们不需要高压油管。
燃油系统的运行
1. 2. 3.
燃油箱 油水分离器 燃油粗滤清器
4. 5. 6.
• 高压油泵
– 一个气缸对应有一个高压油泵。它不象产生低压燃油的输送泵， 高压油泵在高压下工作。喷射压力可达 2800 ~ 20000 PSI（19290 ~137800 Kpa）。各个高压油泵计量正确的燃油数量、并在高压下 泵送到高压油管和喷油嘴。
• 泵喷嘴
– 泵喷嘴其实是把一个高压油泵和一个喷油嘴结合成一个部件。使 用了泵喷嘴后，省去了高压油泵和喷油嘴之间的高压油管，这样 就可以采用更高的喷射压力。
• 水温表
– 水温表指示出冷却液的温度，正常的冷却液温度一般在88~99℃ （190~210℉）
• 风扇
– 风扇使流经散热器的空气量增加，使冷却液中的热量散发出来，降低冷 却液的温度。风扇一般是由曲轴上的皮带轮通过皮带驱动的。
• 机油冷却器
– 机油冷却器的作用是维持正确的发动机润滑油的温度。
发动机发出的热能
发动机的各个系统
• 冷却系统 • 润滑系统 • 燃油系统 • 进排气系统 • 电气系统
燃油系统
高压油管 喷油嘴 燃油箱 高压油泵 燃油压力表
燃油输送泵
手动注油泵 油水分离器 燃油粗滤清器
燃油细滤清器
高压油泵壳体
燃油系统的组成：
– 燃油箱 – 燃油输送泵 – 高压油泵壳体 – 高压油泵 – 泵喷嘴 – 燃油滤清器 – 油水分离器 – 燃油压力表 – 高压油管
电气系统
电池 断路开关 预热塞 交流发电机
接地 起动马达
部件的功能
• 电池
– 存储电能
• 交流发电机
– 产生电能、给电池充电。在交流发电机中有一个电 压调节器。
• 起动马达
– 由电池中的电能驱动，用起动发动机
• 预热塞
– 预热燃烧室中的空气，以使发动机容易起动。只用 在预燃式发动机中。
发动机系统的组成
润滑系统的问题
润滑油污染 • 症状：
– S.O.S 高的金属和硅元素 – 用过的滤芯中有污染物 – 抓伤的轴瓦、活塞和活塞环 – 乳化、变色的润滑油
• 导致原因：
– 润滑油使用时间过长
润滑系统的问题
解决润滑油中的污染问题：
– 按保养时间表定期地更换机油和机 油滤清器。 – 剖开用过的机油滤清器，检查在滤 纸中有无金属颗粒。 – 定期油样化验（S.O.S) – 使用卡特彼勒的润滑油和滤芯
卡特彼勒发动机工作原理
发动机系统的组成
• 冷却系统 • 润滑系统 • 燃油系统 • 进排气系统 • 电气系统
发动机的各个系统
• 冷却系统 • 润滑系统 • 燃油系统 • 进排气系统 • 电气系统
冷却系统
50%的发动机故障是由冷却系统引起的。
水温表传感器 节温器 风扇 冷却系统的组成： 水泵 散热器（水箱） 水泵 冷却液 节温器 散热器 水温表 风扇 机油冷却器
机油冷却器
部件的功能
• 水泵
– 当发动机运转时，水泵使冷却液持续不断地在冷却系统中流动。
• 散热器
– 散热器把冷却液中的热量散发出来，降低冷却液的温度。
• 冷却液
– 冷却液是水、防冻液（乙二醇）和防锈剂的混合物。为了发动机正确的 冷却，冷却液的各成分必须维持在正确的比例。
• 节温器
– 节温器在发动机运转时帮助发动机暖机，维持正确的冷却液和发动机的 温度。
进排气系统
预滤器 空气滤清器 空气滤清器保 养指示器 涡轮增压器
进排气系统的组成：
– 预滤器
消声器 排气总管
– 空气滤清器 – 空气滤清器保养 指示器 – 涡轮增压器
气缸
– 后冷器 – 进气和排气总管 – 消声器
部件的功能
• • • 预滤器
– 过滤掉进气中较大的脏物和碎片
空气滤清器
– 防止进气中的污染物和灰尘进入发动机
•
进气和排气总管
– 进气和排气总管直接与气缸头连接。进气总管把从空气滤清器或涡轮增压器来 的干净空气分配进各个气缸；而排气总管从各个气缸收集排气，并把排气引向 涡轮增压器或消声器。
•
消声器
– 消声器降低排气引起的噪音水平。
进排气系统的运行
四冲程发动机的进排气过程
进气
压缩
动力
排气
涡轮增压器的工作原理
• 机油压力表
– 指出发动机在运转时，润滑系统中的压力。
• 油底壳
– 用螺栓固定在发动机的底部，作为发动机润滑油的油箱。
• 机油加注管
– 用来加注润滑油
润滑系统的运行
1. 2. 3. 4. 机油泵 机油冷却器 机油滤清器 气缸体中的 润滑油道
润滑油的作用
• 清洁
– 通过带走在发动机正常运转时产生的金属颗粒来清洁零 部件。
冷却系统的问题
过热
– 活塞卡死 – 润滑油变稀
特点：只需很短的时间就能使 发动机产生严重的损坏。 过热的症状:
– S.O.S 高的磨损金属和氧化 – 水温表上的读数变高 – 气缸头开裂 – 涡轮增压器故障
冷却系统的问题
过冷
– 超常的磨损 – 发动机寿命缩短
过冷的症状: – S.O.S 高的磨损金属和没有氧化
• 导致原因：
– – – – 空气滤清器堵塞 涡轮增压器故障 后冷器堵塞 排气阻力太大
• 导致原因：
– 进气管路有开裂或小孔 – 进气管路中的接头松动 – 开裂的空气滤清器
机油消耗和窜气
机油消耗和窜气
进气
压缩
动力
排气
发动机的各个系统
• 冷却系统 • 润滑系统 • 燃油系统 • 进排气系统 • 电气系统
燃油输送泵 燃油细滤清器 高压油泵或泵喷嘴
喷射的方式
直喷式 预燃式
燃油系统的问题
燃油不正确
• 症状：
– 起动困难 – 发动机熄火
供油不足
• 症状：
– 发动机功率不足 – 燃油压力太低
• 燃油的选择：
– 干净、不含水和污染物 – 使用与气温相适应的燃油牌 号 – 注意燃油中的含硫量与润滑 油中的总碱值（TBN）相适 应。
部件的功能
• 机油泵
– 只要发动机一运转，就使润滑油在发动机的润滑系统中连续不断地流动。
• 机油冷却器
– 冷却液流经机油冷却器，使润滑油中的热量传递到冷却液中。这样可以 降低润滑油的温度，保持润滑油的特性。
• 机油滤清器
– 通过过滤出能损坏发动机零部件的金属颗粒和碎片来清洁润滑油。
• 油尺
– 用来检查曲轴箱中的机油量（机油油位）
空气滤清器保养指示器
– 指示进气经过空气滤清器的阻力。用它可以精确地确定更换空气滤清器的时间， 每台发动机都应该有一个。
•
涡轮增压器
– 利用排气的能量带动涡轮，涡轮又带动压气轮压缩进气，将更多的进气压入气 缸中以燃烧更多的燃油，增加发动机的功率输出。
•
后冷器
– 后冷器用来冷却经涡轮增压器压缩后，还没进入气缸的进气。这样可以增加进 气的密度，因此更多的进气能被压入气缸。
• 导致原因：
– 堵塞了的燃油滤清器
燃油系统的问题
供油过多 • 症状：
– 冒黑烟 – 燃油消耗量增加 – S.O.S 表明润滑油中含有燃油
• 导致原因：
– 燃油设定过高 – 空燃比控制器调整错误 – 坏的喷油嘴
发动机的各个系统
• 冷却系统 • 润滑系统 • 燃油系统 • 进排气系统 • 电气系统
海拔高度 英尺 米
冷却系统中的压力
海平面
水的沸点
气蚀的过程
过程
结果
冷却液的组成
• 水
– 用蒸馏水或去离子水，不要用自来水。
• 防冻液
– 30 ~ 60%
防冻液
• 防锈剂
– 3~6%
防锈剂
防锈剂补充罐
冷却系统的问题
50%的发动机故障是由冷却系统引起的。
• 一般情况下，发动机设计在88 ~ 99℃（190 ~ 210℉） 的温度下运转。如果它们连续地在过冷或过热的情况 下运转，那么它们就不能正常地工作、不能达到预期 的使用寿命。 • 如果发动机在温度较高的情况下运转（过热）或连续 地在温度较低的情况下运转（过冷），都会导致同样 的结果：超常的发动机磨损和损坏。
• 冷却
– 通过吸收和带走热量来冷却发动机的零部件。
• 润滑
– 润滑油在两个有相对运动的零件之间形成一层薄的油膜， 来支承和分开它们。这样就防止了能导致超常磨损的金 属对金属的接触。