D6135CaZ型柴油機改進設計分析

閆佳兵

摘要：D6135CaZ型柴油機是135系列增壓柴油機，采用了10ZJ-2型廢氣渦輪增壓器。本文對D6135CaZ型柴油機的改進設計分析情況進行了綜合論述，提高其功率和經(jīng)濟性能，使之進一步適合現(xiàn)代工程機械動力需求。

關鍵詞：D6135CaZ;柴油機;改進;設計

1? 研究目的和意義

目前，提高柴油發(fā)動機單機功率最有效的強化措施是采用增壓技術提高充量密度，從而提高平均有效壓力。在柴油發(fā)動機中，采用廢氣渦輪增壓和中冷技術可有效地提高進氣壓力，降低進氣溫度和增加發(fā)動機的平均有效壓力。柴油機的性能指標取決于各工作參數(shù)，而其各工作參數(shù)又取決于其結構參數(shù)，同時柴油機結構參數(shù)之間存在著內在聯(lián)系。其中一個結構參數(shù)發(fā)生變化，其他結構參數(shù)也會隨之而改變。

2? 柴油機的總體布置設計

從D6135CaZ型柴油機的正視方向進行觀察，高壓油泵設置在中間位置，各缸的噴油器分別與對應高壓油管進行聯(lián)接，高壓油泵上面設置進氣管，左面設置柴油濾清器，右邊設置飛塊離心全程式調速器和儀表盤，下面設置機油注入口。柴油機右面設置飛輪，飛輪的上面設置10ZJ-2型廢氣渦輪增壓器。柴油機的左面設置齒輪傳動機構，皮帶輪依靠三角帶帶動水泵旋轉。柴油機的后面設置機油冷卻器，啟動電機，機油濾清器以及排氣管道。

D6135CaZ型柴油機為增壓柴油機，對于各部分零件的剛度和強度有很高要求。氣缸體內壁和各缸之間隔板上分別加裝有加強筋和行架結構。在滿足基本鑄造要求的條件下，為減輕氣缸體的重量，壁面要盡可能的薄，同時氣缸體的上下平面和前后壁面等局部位置要加厚。為避免產生附加彎曲和扭矩，主要載荷應盡可能直線傳遞。氣缸體的過渡圓角不能為直角，要使之圓滑過渡[1]。

3? D6135CaZ型柴油機相對于6135G型柴油機的改進設計

為適應現(xiàn)代工程機械提高其動力性和經(jīng)濟性的需要，采用廢氣渦輪增壓技術是一個非常有效的途徑。D6135CaZ型柴油機選用10ZJ-2型增壓器。從而導致供油系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃燒室以及柴油機的總體布局相應改變。D6135CaZ型柴油機相對于6135G型柴油機具體改進措施主要是以下幾個方面：

3.1 供油系統(tǒng)

由于采用廢氣渦輪增壓技術，供油系統(tǒng)必須改進，特別是三大精密偶件（噴油泵的出油閥和閥座、柱塞和柱塞套、針閥和針閥體）做相應改變。例如，柱塞直徑由原來的9.0mm增大到9.5mm，射油器噴孔直徑由原來的0.12mm增大到0.15mm，減壓容積增大，凸輪做相應改變，短期內升程提高，以增加進入活塞中的燃油量[2]。

3.2 配氣系統(tǒng)

為改善換氣過程，提高氣缸充量系數(shù)？準c，D6135CaZ型柴油機進氣門直徑由原來的48mm增加到60mm，進、排氣道要求光滑，減少彎頭的數(shù)量，減少氣體流動過程中的阻力損失，進氣道喉口處最大截面積直徑由原來的52mm增加到53.5mm。本機設置的消音器可以比6135G型柴油機設置的消音器稍小些，因為增壓后可以增加進氣量和增壓比，同時也可以減小噪音和排氣阻力。與6135G型柴油機所采用的等加速等減速凸輪所不同，本機采用高次方組合式凸輪，相比較氣門開啟時間和進氣道斷面直徑有所增加，最終提高了進氣量。

3.3 冷卻系統(tǒng)

由于采用增壓技術，本機的最高燃燒爆發(fā)壓力PZ由6135G型柴油機的75kg/cm2增大到95kg/cm2，平均有效壓力Pe由6135G型柴油機的6.66kg/cm2增大到9.17kg/cm2，有效功率Ne由6135G型柴油機的120PS增大到200PS，由于以上主要技術指標的提高，從而導致燃燒溫度TZ的升高，所以改善冷卻系統(tǒng)是非常必要的。依然選用6135G型柴油機設置的水泵，與原來相比較，水泵轉速、皮帶輪速比、風扇葉片的直徑、壓力角β和水道直徑都應增加。

3.4 燃燒室

增壓作用下，為降低壓力升高比，可以減小壓縮比ε，由6135G型柴油機的18減小到16，將深坑形“ω”形燃燒室的深度h增大，dK值由6135G型柴油機的78mm增大到84mm，氣門坑深h1由D6135G型柴油機的1.6mm增大到9.5mm。

4? D6135CaZ型柴油機的結構特點

D6135CaZ型柴油機是135系列柴油機產品，該柴油機外形尺寸小，性能好，重量輕。該柴油機不同于6135G型柴油機主要有以下幾點：

4.1 氣缸體與氣缸套

D6135CaZ型柴油機氣缸體采用整體龍門式結構鑄造而成，與平分式結構相比較，剛度有所增加，同時拆裝更為方便。氣缸體結構中，隧道式結構剛度和重量最大，一般多用于小型單缸內燃機，6135G型柴油機采用隧道式結構。為了安裝氣缸蓋時減少氣缸變形和保證氣缸墊片密封的可靠性，每個氣缸周圍較均勻地等距布置八個螺栓，采用雙筋橫隔板合理地傳遞力線。采用側面無檢視窗結構降低噪音，提高機體剛度。為了提高可靠性，大部分油道鑄入在機體內，把缸套上下支承距縮短17mm，有利于提高氣缸套剛度，減輕缸套振動，改善其防穴蝕能力，材料一般為灰鑄鐵或鋁合金，本機選擇灰鑄鐵，成本較低。

4.2 曲軸

D6135CaZ型柴油機采用整體式曲軸，其結構簡單、重量輕、工作可靠。主軸承結構采用滑動式軸承，成本相對較低。曲軸材料選用高強度球墨鑄鐵，成本低，材料利用率高，應力分布較為均勻，可以減小扭振振幅。對表面進行氮化處理，軸承、軸頸的耐磨性和疲勞強度有所提高。曲軸上設置有平衡塊，能夠減少曲軸零件內力矩;同時裝置有橡膠減震器，減少曲軸的扭轉振動。6135G型柴油機采用組合式曲軸，分段組裝，主軸承采用滾動軸承，成本高。

4.3 氣缸蓋與墊片

D6135CaZ型柴油機采用分體式氣缸蓋，將6135G型柴油機的兩缸一蓋改進為三缸一蓋。這樣氣缸蓋長度短，各缸中心距相對減小，與氣缸體之間的密封平面小，加工不平度的要求容易保證，氣缸蓋螺栓的壓緊力分布也比較均勻，受力或受熱不均勻時氣缸蓋翹曲變形相應減少，從而提高氣缸蓋密封的可靠性。結構設計上采用薄底堅壁設計原則，提高缸頭剛度和抗熱疲勞能力。采用十字鉆孔強制冷卻，局部加強噴油器的冷卻和耐熱能力。氣缸蓋與蓋罩之間有橡皮墊，提高密封性能，降低噪音[3]。

4.4 活塞和活塞環(huán)

在機體主油道上設計噴油管，針對活塞內腔進行噴油冷卻，活塞零件的最高溫度為296℃，第一環(huán)槽溫度是193～184℃。奧氏體組織合金鑲塊鑄入頂環(huán)槽內，便于環(huán)與槽的磨合，減少環(huán)槽磨損和降低機油的油耗量。三道氣環(huán)，頂環(huán)是桶面，保證上、下面的密封，減少機油消耗和竄氣量并提高拉缸能力。后兩道環(huán)是扭曲環(huán)。油環(huán)采用撐簧式組合結構。

4.5 氣門機構

采用高置凸輪，縮短運動鏈，提高氣門機構剛度和自振頻率。運用了多項動力式凸輪型線，消除其高諧波部分。避免高速時氣門反跳現(xiàn)象，改善柴油機的超速能力，減少氣門系的機械噪音。

5? D6135CaZ型柴油機設計結論

為了提高柴油機的動力性能，滿足現(xiàn)代大型工程機械需要，本機在原有柴油機的基礎上，采用廢氣渦輪增壓技術，通過壓氣機對空氣進行壓縮，提高柴油機進氣壓力和充量系數(shù)，使油氣在燃燒室中混合更加充分。為增加進氣量，本柴油機設計時采用高次方凸輪結構，增加進氣門直徑，氣道設置更加光滑。為提高燃油的供給量，在供油系統(tǒng)中，增加了柱塞直徑、減壓容積、射油器噴孔直徑和凸輪短期升程。為提高供油量，改善潤滑效果，在潤滑系統(tǒng)中，增加了機油泵的轉速、機油泵齒輪的厚度和油底殼的容量，并選用了濾清效果更好的精濾器。為滿足增壓柴油機的需要，在冷卻系統(tǒng)中，增大了水泵轉速、皮帶輪的速比、風扇葉片的直徑、葉片壓力角和水道直徑[4]。

綜上所述，基本結構中由于增壓及各大系統(tǒng)發(fā)生改變，本柴油機動力性能極大改善，輸出功率與原有柴油機相比提高了一倍，因此，適用于現(xiàn)代大型工程機械需要。

參考文獻：

[1]魏春源，張衛(wèi)正，葛蘊珊.高等內燃機學[M].北京：北京理工大學出版社，2001.

[2]楊壽藏.產品設計和經(jīng)濟分析[J].D6135型柴油機試制總結，1983（2）：4.

[3]周龍保，劉巽俊，高宗英.內然機學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

[4]吳兆漢，汪長民，林桐藩，方球.內燃機設計[M].北京：北京理工大學出版社，1990.