D6135CaZ型柴油机改进设计分析

闫佳兵

摘要：D6135CaZ型柴油机是135系列增压柴油机，采用了10ZJ-2型废气涡轮增压器。本文对D6135CaZ型柴油机的改进设计分析情况进行了综合论述，提高其功率和经济性能，使之进一步适合现代工程机械动力需求。

关键词：D6135CaZ;柴油机;改进;设计

1  研究目的和意义

目前，提高柴油发动机单机功率最有效的强化措施是采用增压技术提高充量密度，从而提高平均有效压力。在柴油发动机中，采用废气涡轮增压和中冷技术可有效地提高进气压力，降低进气温度和增加发动机的平均有效压力。柴油机的性能指标取决于各工作参数，而其各工作参数又取决于其结构参数，同时柴油机结构参数之间存在着内在联系。其中一个结构参数发生变化，其他结构参数也会随之而改变。

2  柴油机的总体布置设计

从D6135CaZ型柴油机的正视方向进行观察，高压油泵设置在中间位置，各缸的喷油器分别与对应高压油管进行联接，高压油泵上面设置进气管，左面设置柴油滤清器，右边设置飞块离心全程式调速器和仪表盘，下面设置机油注入口。柴油机右面设置飞轮，飞轮的上面设置10ZJ-2型废气涡轮增压器。柴油机的左面设置齿轮传动机构，皮带轮依靠三角带带动水泵旋转。柴油机的后面设置机油冷却器，启动电机，机油滤清器以及排气管道。

D6135CaZ型柴油机为增压柴油机，对于各部分零件的刚度和强度有很高要求。气缸体内壁和各缸之间隔板上分别加装有加强筋和行架结构。在满足基本铸造要求的条件下，为减轻气缸体的重量，壁面要尽可能的薄，同时气缸体的上下平面和前后壁面等局部位置要加厚。为避免产生附加弯曲和扭矩，主要载荷应尽可能直线传递。气缸体的过渡圆角不能为直角，要使之圆滑过渡[1]。

3  D6135CaZ型柴油机相对于6135G型柴油机的改进设计

为适应现代工程机械提高其动力性和经济性的需要，采用废气涡轮增压技术是一个非常有效的途径。D6135CaZ型柴油机选用10ZJ-2型增压器。从而导致供油系统、配气系统、冷却系统、燃烧室以及柴油机的总体布局相应改变。D6135CaZ型柴油机相对于6135G型柴油机具体改进措施主要是以下几个方面：

3.1 供油系统

由于采用废气涡轮增压技术，供油系统必须改进，特别是三大精密偶件（喷油泵的出油阀和阀座、柱塞和柱塞套、针阀和针阀体）做相应改变。例如，柱塞直径由原来的9.0mm增大到9.5mm，射油器喷孔直径由原来的0.12mm增大到0.15mm，减压容积增大，凸轮做相应改变，短期内升程提高，以增加进入活塞中的燃油量[2]。

3.2 配气系统

为改善换气过程，提高气缸充量系数？准c，D6135CaZ型柴油机进气门直径由原来的48mm增加到60mm，进、排气道要求光滑，减少弯头的数量，减少气体流动过程中的阻力损失，进气道喉口处最大截面積直径由原来的52mm增加到53.5mm。本机设置的消音器可以比6135G型柴油机设置的消音器稍小些，因为增压后可以增加进气量和增压比，同时也可以减小噪音和排气阻力。与6135G型柴油机所采用的等加速等减速凸轮所不同，本机采用高次方组合式凸轮，相比较气门开启时间和进气道断面直径有所增加，最终提高了进气量。

3.3 冷却系统

由于采用增压技术，本机的最高燃烧爆发压力PZ由6135G型柴油机的75kg/cm2增大到95kg/cm2，平均有效压力Pe由6135G型柴油机的6.66kg/cm2增大到9.17kg/cm2，有效功率Ne由6135G型柴油机的120PS增大到200PS，由于以上主要技术指标的提高，从而导致燃烧温度TZ的升高，所以改善冷却系统是非常必要的。依然选用6135G型柴油机设置的水泵，与原来相比较，水泵转速、皮带轮速比、风扇叶片的直径、压力角β和水道直径都应增加。

3.4 燃烧室

增压作用下，为降低压力升高比，可以减小压缩比ε，由6135G型柴油机的18减小到16，将深坑形“ω”形燃烧室的深度h增大，dK值由6135G型柴油机的78mm增大到84mm，气门坑深h1由D6135G型柴油机的1.6mm增大到9.5mm。

4  D6135CaZ型柴油机的结构特点

D6135CaZ型柴油机是135系列柴油机产品，该柴油机外形尺寸小，性能好，重量轻。该柴油机不同于6135G型柴油机主要有以下几点：

4.1 气缸体与气缸套

D6135CaZ型柴油机气缸体采用整体龙门式结构铸造而成，与平分式结构相比较，刚度有所增加，同时拆装更为方便。气缸体结构中，隧道式结构刚度和重量最大，一般多用于小型单缸内燃机，6135G型柴油机采用隧道式结构。为了安装气缸盖时减少气缸变形和保证气缸垫片密封的可靠性，每个气缸周围较均匀地等距布置八个螺栓，采用双筋横隔板合理地传递力线。采用侧面无检视窗结构降低噪音，提高机体刚度。为了提高可靠性，大部分油道铸入在机体内，把缸套上下支承距缩短17mm，有利于提高气缸套刚度，减轻缸套振动，改善其防穴蚀能力，材料一般为灰铸铁或铝合金，本机选择灰铸铁，成本较低。

4.2 曲轴

D6135CaZ型柴油机采用整体式曲轴，其结构简单、重量轻、工作可靠。主轴承结构采用滑动式轴承，成本相对较低。曲轴材料选用高强度球墨铸铁，成本低，材料利用率高，应力分布较为均匀，可以减小扭振振幅。对表面进行氮化处理，轴承、轴颈的耐磨性和疲劳强度有所提高。曲轴上设置有平衡块，能够减少曲轴零件内力矩;同时装置有橡胶减震器，减少曲轴的扭转振动。6135G型柴油机采用组合式曲轴，分段组装，主轴承采用滚动轴承，成本高。

4.3 气缸盖与垫片

D6135CaZ型柴油机采用分体式气缸盖，将6135G型柴油机的两缸一盖改进为三缸一盖。这样气缸盖长度短，各缸中心距相对减小，与气缸体之间的密封平面小，加工不平度的要求容易保证，气缸盖螺栓的压紧力分布也比较均匀，受力或受热不均匀时气缸盖翘曲变形相应减少，从而提高气缸盖密封的可靠性。结构设计上采用薄底坚壁设计原则，提高缸头刚度和抗热疲劳能力。采用十字钻孔强制冷却，局部加强喷油器的冷却和耐热能力。气缸盖与盖罩之间有橡皮垫，提高密封性能，降低噪音[3]。

4.4 活塞和活塞环

在机体主油道上设计喷油管，针对活塞内腔进行喷油冷却，活塞零件的最高温度为296℃，第一环槽温度是193～184℃。奥氏体组织合金镶块铸入顶环槽内，便于环与槽的磨合，减少环槽磨损和降低机油的油耗量。三道气环，顶环是桶面，保证上、下面的密封，减少机油消耗和窜气量并提高拉缸能力。后两道环是扭曲环。油环采用撑簧式组合结构。

4.5 气门机构

采用高置凸轮，缩短运动链，提高气门机构刚度和自振频率。运用了多项动力式凸轮型线，消除其高谐波部分。避免高速时气门反跳现象，改善柴油机的超速能力，减少气门系的机械噪音。

5  D6135CaZ型柴油机设计结论

为了提高柴油机的动力性能，满足现代大型工程机械需要，本机在原有柴油机的基础上，采用废气涡轮增压技术，通过压气机对空气进行压缩，提高柴油机进气压力和充量系数，使油气在燃烧室中混合更加充分。为增加进气量，本柴油机设计时采用高次方凸轮结构，增加进气门直径，气道设置更加光滑。为提高燃油的供给量，在供油系统中，增加了柱塞直径、减压容积、射油器喷孔直径和凸轮短期升程。为提高供油量，改善润滑效果，在润滑系统中，增加了机油泵的转速、机油泵齿轮的厚度和油底壳的容量，并选用了滤清效果更好的精滤器。为满足增压柴油机的需要，在冷却系统中，增大了水泵转速、皮带轮的速比、风扇叶片的直径、叶片压力角和水道直径[4]。

综上所述，基本结构中由于增压及各大系统发生改变，本柴油机动力性能极大改善，输出功率与原有柴油机相比提高了一倍，因此，适用于现代大型工程机械需要。

参考文献：

[1]魏春源，张卫正，葛蕴珊.高等内燃机学[M].北京：北京理工大学出版社，2001.

[2]杨寿藏.产品设计和经济分析[J].D6135型柴油机试制总结，1983（2）：4.

[3]周龙保，刘巽俊，高宗英.内然机学[M].北京：机械工业出版社，1996.

[4]吴兆汉，汪长民，林桐藩，方球.内燃机设计[M].北京：北京理工大学出版社，1990.