在引進(jìn)美國(guó)康明斯公司20世紀(jì)80年代中期開發(fā)的B系列柴油機(jī)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)20多年的不斷改進(jìn),現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)的康明斯全系列柴油機(jī)有4缸和6缸機(jī)型,按吸氣方式又分為自然吸氣、增壓中冷三種機(jī)型。近年來(lái)生產(chǎn)的康明斯柴油機(jī)已改進(jìn)為電控高壓共軌,新技術(shù)含量很高,廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)組和船舶動(dòng)力領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)主要的挖掘機(jī)生產(chǎn)廠家使用的動(dòng)力是康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
此系列柴油機(jī)采用直接噴射式燃燒系列,具有動(dòng)力性好、燃油消耗低、噪聲小、質(zhì)量輕,可靠性好、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)??得魉共裼蜋C(jī)主要機(jī)型有:4BTAA、6B、6BJ、6BJA等。
康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司生產(chǎn)的柴油機(jī)有A、B、C、L、N、V、K等10個(gè)系列,我國(guó)目前引進(jìn)生產(chǎn)的有B、C、N、V、K 5個(gè)系列,主要用于載重汽車和工程機(jī)械上。
康明斯6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)有:6B5-9、6BT5-9、6BTA5-9三種,其型號(hào)含義為:
6 B T A 5-9
發(fā)動(dòng)機(jī)排量(L)
進(jìn)氣中冷卻
廢氣渦輪增壓器
發(fā)動(dòng)機(jī)系列代號(hào)
氣缸數(shù)
1.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1)進(jìn)氣增壓,加大了進(jìn)氣量,燃料燃燒完全,減少污染。
2)將水泵殼、機(jī)油泵殼、機(jī)油冷卻器殼、進(jìn)氣岐管、節(jié)溫器座、冷卻水小循環(huán)等設(shè)計(jì)在缸體或缸蓋內(nèi),減少了許多零件。
3)不鑲氣缸套、氣門座、氣門導(dǎo)管及凸輪軸后6道襯套,但均有鑲套余地,以供維修時(shí)選鑲。
4)廣泛采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的附件總成,如分配式高壓油泵、轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵、組合軸承式水泵等。
5)較多地采用了鋁鑄件和沖壓件,如齒輪室蓋、飛輪殼等為鋁鑄件,挺桿室蓋等為沖壓件。
6)關(guān)鍵零件的材料工藝講究,強(qiáng)度儲(chǔ)備充足。
6BT柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為直列、4沖程、水冷、增壓直噴式,由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)2個(gè)機(jī)構(gòu)和供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)4個(gè)系統(tǒng)組成。
1)曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要包括氣缸體、曲軸箱、氣缸套、氣缸蓋、氣門室罩、活塞、連桿、曲軸、飛輪和扭轉(zhuǎn)減振器等機(jī)件。它是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力的結(jié)構(gòu)。
2)配氣機(jī)構(gòu)主要包括進(jìn)氣門、排氣門、氣門彈簧、搖臂、推桿、凸輪軸和凹輪軸驅(qū)動(dòng)器等機(jī)件。它是發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣機(jī)構(gòu)。
3)供給系統(tǒng)主要包括燃油箱、輸油泵、燃油濾清器、噴油泵、調(diào)速器、噴油器、空氣濾清器、進(jìn)氣歧管、排氣歧管、排氣消聲器等機(jī)件。它適時(shí)供給清潔的、高質(zhì)量的空氣和燃油,并負(fù)責(zé)廢氣的排出。
4)潤(rùn)滑系統(tǒng)主要包括機(jī)油泵、集濾器、機(jī)油濾清器、限壓閥、潤(rùn)滑油道和機(jī)油散熱器、油溫表、油壓表等機(jī)件。它負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦表面的潤(rùn)滑、冷卻和清洗。
5)冷卻系統(tǒng)主要包括風(fēng)扇、水泵、散熱器、節(jié)溫器、水套等。它能吸收發(fā)動(dòng)機(jī)受熱零件的多余熱量,并散發(fā)到大氣中,以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的溫度。
6)起動(dòng)系統(tǒng)主要包括起動(dòng)機(jī)、附屬電器設(shè)備和冷起動(dòng)裝置、它擔(dān)負(fù)發(fā)電機(jī)的起動(dòng)任務(wù)。
2. B系列柴油機(jī)的特點(diǎn)
4沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣4個(gè)行程;但由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)用的燃料是柴油,其粘度比汽油的粘度大,不易蒸發(fā),而其自燃溫度卻比汽油低。因而可燃混合氣的形成及點(diǎn)火方式都與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的不同。
(1)進(jìn)氣行程 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程吸入氣缸的是空氣,而且吸入空氣量的多少與發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和產(chǎn)生的動(dòng)力直接相關(guān)。因此,康明斯6BT柴油機(jī)上增設(shè)了廢氣渦輪增壓器,以保證進(jìn)氣行程中能吸入足夠的空氣量。
(2)壓縮行程 活塞上行時(shí)將吸入氣缸的空氣進(jìn)行壓縮,由于柴油機(jī)氣缸壓縮比較汽油機(jī)的高(一般為16~22,康明斯6BT柴油機(jī)為17.5),因而壓縮終了氣缸內(nèi)的空氣壓力可達(dá)3.5~4.5MPa,溫度則高達(dá)423~673℃,大大超過(guò)了柴油的自然溫度(約327℃)。
(3)做功行程 由于壓縮行程終了時(shí)缸內(nèi)空氣的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)柴油的自燃溫度,故當(dāng)柴油噴人氣缸后,在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒,并使氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到6~9MPa,溫度則上升到2000~2500K活塞即被高壓氣體推動(dòng)而向下運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)做功。
(4)排氣行程 當(dāng)做功行程接近終了時(shí),排氣門開啟,此時(shí),一部分廢氣靠壓力自動(dòng)排出氣缸,其余廢氣則在活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)被強(qiáng)制排到廢氣渦輪增壓器中。因?yàn)榕懦龅膹U氣具有一定的壓力,能推動(dòng)廢氣渦輪增壓器的渦輪高速旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)增壓葉輪將新鮮空氣壓入氣缸,與更多的柴油混合燃燒,保證發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出大的功率。通過(guò)渦輪的廢氣最后經(jīng)排氣管排入大氣。
增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比,其功率可提高25%左右。
B系列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是高渦流直接噴射式,其增壓度高而零部件負(fù)荷余量大,柴油機(jī)輸出功率覆蓋為42-132kW。由于采用了直噴式燃燒室,氣缸蓋鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并能減少冷卻液帶走的熱量,因此可采用效率好的、噪音小的風(fēng)扇和體積小、質(zhì)量輕的散熱器、康明斯公司在設(shè)計(jì)B系列柴油機(jī)時(shí),廣泛采用了有限元模擬和模態(tài)分析等現(xiàn)代化的分析和驗(yàn)證手段,從而使各零件的應(yīng)力較低,零件數(shù)量較少;同時(shí),還采用較多的O形密封圈和具有雙作用的整體構(gòu)件,因而降低了故障率,達(dá)到了較高的可靠性,并減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的總質(zhì)量。685.9型柴油機(jī)的零件只有180種和760個(gè),與同類型柴油機(jī)相比,零件種類減少了15%,數(shù)量也明顯減少。