德国B/FL413F和B/FL513系列柴油机
德国 B/FL413F和B/FL513系列柴油机 B/FL413F,B/FL513 Series Diesel Engines 克罗克纳―霍姆伯特―道铱茨股份有限公司 Kloeckner-Humboldt-Deutz (KHD)AG,DE 克罗克纳―霍姆伯特―道铱茨股份有限公司 Kloeckner-Humboldt-Deutz (KHD)AG,DE 生产 福恩?克洛斯(6×6)牵引卡车、美国44型轮式装甲人员输送车等
概述 道依茨公司于1962年开始进行FL413系列柴油机的整机研制工作，1968年定型，小批量投产，1970年正式生产。FL413系列主要用于农用拖拉机、载重汽车、建筑机械和军用车辆。该系列中8、10、12缸增压中冷(可用多种燃料)垂直风扇风冷柴油机是专为军用越野汽车、装甲车辆和水陆侦察坦克设计研制的发动机。1971年德国陆军和北大西洋公约组织对该机进行了400h考核试验和车辆试验，决定采用试系列柴油机作为轻型军用车辆动力。 1969年道依茨公司在FL413系列的基础上开始研制FL413F系列风冷柴油机，该系列于1974年正式投产。在研制成V6、8、10、12缸非增压、涡轮增压和增压中冷、低污染机型后，随后又发展了该系列的直列机型(FL413FR)。 70年代中期，KHD公司在B/FL413F系列的技术基础上又开始发展一个新的风冷柴油机系列――B/FL513系列。 风冷发动机具有以下优点：整个动力装置的体积和重量(包括冷却设备)比水冷发动机较小；适用的地区和气候条件较广；与水冷发动机相比，冷却系统的故障少，使用方便，维护保养量少，容易实现系列化，备件准备方便；气缸平均温度高，热损失小，热效率较高，惰转和冷超动性能较好；由于起动后升温快，气缸磨损小。但是风冷发动机存在以下缺点：由于没有水套，工作噪声大：零件热负荷高，充气系数较低，平均指示压力低，升功率较低；技术复杂，制造工艺要求高，成本高；缸心距较大，发动机长度尺寸较大，曲轴的刚性比较差。 KHD公司风冷柴油机系列所用机型代号的含义为： 结构特点 B/FL413系列是4冲程风冷直接喷射式柴油机，缸径为120mm、行程为125mm(V型机)和130mm(直列机型)，进气方式有非增压(直列4缸、5缸、6缸，V型6缸、8缸、10缸、12缸)、涡轮增压(V型6缸、8缸、10缸、12缸)和增压中冷(V型8缸、10缸、12缸)3种。 B/FL413系列的结构特点如下： 1.总体布置 该系列V型6、8、10、12缸各种机型、气缸夹角均选择90°，这种布置不但有利平平衡，也有助于结构紧凑，可以将风扇置于两排气缸之间而不增加发动机的总高度。 两个增压器布置在飞轮上方，中冷器布置在两排气缸上方。喷油泵倾斜放置在夹角之间。进排气管在V型夹角外侧，处于冷却风道的背风面。喷油器布置在夹角内侧，处于迎风面。冷却风扇布置在发动机的前端V型夹角之间，采用压风冷却。作为特殊用途的BF8L413和BF10L413发动机可改为顶置风扇，采用吸风冷却。齿轮传动在飞轮端，皮带轮传动在发动机前端。机油散热器在发动机前端左右各1个。 2.曲轴箱 通过设计，使油底壳附近的横截面的面积最小，让发动机可以放置在卡车底盘两个平行的梁架之间，以简化梁架并使前轮转向角增大，可减小车辆转向半径。 为使油底壳宽度较窄，主轴承盖的设计极为重要，它装有两个横向螺栓，除了定位轴承盖外，主要为了提高曲轴箱的弯曲和扭转刚度，特别是后者。 3.齿轮传动系 采用圆柱斜齿轮传动。传动系装在飞轮端，驱动凸轮轴、喷油泵、冷却风扇等。根据需可以附加驱动液压泵、气压泵的齿轮。 改变喷油泵驱动齿轮与风扇传动轴上齿轮的齿数，用来变换风扇的速度以改变所需要的冷却空气量。喷油提前装置安装在可更换的风扇传动齿轮上。 机油泵由曲轴尾端驱动，备有驱动抽油泵和供油泵的设施，配上合适的油底壳，发动机可在前倾、后倾及侧倾45°的条件下正常运转。 齿轮的热处理系采用软氮化或高频淬火工艺。 4.曲轴 为了减小应力集中，在飞轮端的曲柄颊比其他曲柄颊加厚约15%。每个曲柄颊均有配重。 轴颈采用感应淬火处理，硬度为HRC 58。圆根部分采用滚压强化以增加抗疲劳能力。 5.连杆 采用并列连杆。连杆大头对角切开，除了便于连杆从气缸中抽出来之外，而且使连杆大头外廓沿绕曲轴中心回转扫过的面积最小，从而有利于曲轴箱设计。 大头盖与连杆结合处采用舌-槽式结合定位，可减小连杆螺栓直径。 为了改善瓦片的磨损，将连杆轴瓦结合面移至与连杆中心线成直角的方向(此处是油膜较厚的部位)。经验表明，这样布置可减少连杆瓦片的磨损。 连杆表面均经喷丸强化处理。 6.活塞 活塞销孔以上布置4个活塞环，第一环为梯形环；第二、三环为矩形环(外圆柱面上有3′锥度)；第四环为组合油环。 活塞采用喷油冷却来降低热负荷。采用这种方法使第一环环槽温度降低了20℃。增压发动机活塞的第一环槽附近铸有环形冷却油道，使第一环环槽温度下降了50℃，从而使增压后环槽温度与非增压相同。 在活塞裙部内镶有两条半圆形钢带，以减少活塞的热膨胀，从而可减小活塞与缸体的配合间隙(为0.5mm)。 活塞的第一环环槽镶有钢圈，以减小环槽变形，改善第一环的工作条件。 7.气缸盖与气缸体 缸体上部有5排整圆形散热片，显著改善了缸体的刚性。5排以下的为交错间断的散热片，其目的是增加冷却空气的紊流，提高散热效率。 缸壁在上部和下部加厚，可以减小由于缸内气体压力和缸体螺栓作用力而引起的变形。加厚缸体上部厚度不仅是为了增加刚性，也有利于散热。 在气缸底部与曲轴箱之间装有钢垫片，用来精确调整气缸余隙容积，这对直接喷射式发动机特别重要。活塞顶隙为1.2±0.1mm。 由于控制缸盖鼻梁区的温度与提高发动机功率有直接关系，KHD公司在发展风冷柴油机过程中，采取了包括加大鼻梁区上部的通道，并在通道内布置垂直的散热片以加强冷却；在风扇保证供应57.1～61.2m3/千瓦?h(42～45m3/马力?h)的冷却空气量的前提下，使缸盖得到较多风量；在缸盖鼻梁区内铸入一个伞形钢圈用以消除及平衡热应力等措施，使温度控制在280°～290℃范围内。 缸盖由特种耐高温的铝合金的制成，对缸盖的螺旋气道形状和光洁度有严格要求。 缸盖由特种耐高温的铝合金的制成，对缸盖的螺旋气道形状和光洁度有严格要求。 8.配气机构 配气机构的设计允许发动机在超速10%条件下仍可确保安全运转。 为了保证阀门座处于良好的密封及防止排气阀座出现麻点，装有阀门旋转机构。 进气门用合金钢制造，经过热处理，顶部与座圈部位经过淬火。排气门用奥氏体钢制造，经过热处理，顶端表面有硬合金镀层，导杆部分有镀铬层。 9.风扇的驱动 风扇由液力偶合器驱动，传动介质利用发动机润滑系的机油。风扇转速为5000～5500r/min。为了获得均匀的温度级，并减少部分负荷时风扇消耗的功率，风扇是变速驱动的。调节液力偶合器油量的节流阀是藉双金属片感受器通过废气温度进行控制。油的流量变化改变液力偶合的滑差程度，滑差也在较小程度上受进油速度的影响。发动机热负荷加大、废气温度升高，节流阀就开大，则风扇转速提高、风量加大，从而加强冷却。反之亦然。 风扇驱动轴上装有1个橡胶圆柱联轴器，联轴器的工作特性可保证即使在低扭短时也有1个适当的扭转角，使发动机在低速运转时风扇也可在冷却临界转速以上运转。 风扇液力偶合器还具有使机油离心净化的作用。 10.滤清器 B/FL413柴油机的空气滤、机油滤和柴油滤均采用纸质滤芯，以提高滤清质量和方便保养工作。机油滤芯更换时间为200～20工作小时；柴油滤芯更换时间为1200工作小时；空气滤芯在清洗4～5次后更换新芯。 B/FL413系列发动机零部件设计是根据标准化原则进行的。同一系列的各类型发动机尽可能采用标准零部件。该系列发动机的气缸盖、缸体、连杆、活塞、轴瓦、活塞环等都是相同的。这样一方面便于组织自动化大量生产，另一方面便于各类发动机的维修，使备件储备工作大为简化，储备费用降低，备件供应方便。 系列演变 道依茨公司在长期研制生产风冷柴油机的经验基础上，先后发展了上述3个系列风冷柴油机。这些系列在技术上、结构上有较大的继承性，在结构尺寸上有所改变，同时采用了一些先进技术。 413、413F和513这3个系列的演变情况见下表。 413、413F、513系列风冷柴油机的演变 413系列?413F系列?513系列 V型?直列?V型?直列?V型?直列 缸径?120?125?125(增压)?128(非增压) 行程?125?130?130?130 机型 非增压?V6、V8、?直列4缸、?V6、V8、?直列5缸?V6、V8、 V10、V12?5缸、6缸?V10、V12?6缸?V10、12V 涡轮增压?V6、V8、?V6、V8、?V8、V10、?直列6缸 V10、V12?V10、V12?V12 增压中冷?V8、V10、V12?V12?V8、V12?直列6缸 低污染型??V6、V8、V10、V12 功率范围千瓦(马力)?58.8(80)～331(450)?64(87)～386(525)?141(192)～441(600) 最高转速r/min?2650?2500?2300 单缸功率千瓦(马力) 非增压?21(28.5)?23.5(32)?23.5(32) 涡轮增压?27.6(37.5)?29.4(40)?29.4(40) 增压中冷?30.6(41.6)?32.2(43.8)?36.8(50) KHD公司利用了B/FL413系列的技术成果发展了B/FL413F系列柴油机。该系列保持了413系列原有的优点，如采用积木式设计结构，任意选用附件和两种燃烧系统，但把缸径由120mm增大为125mm，行程由125mm增大为130mm，使单缸排量从1.41L增大到1.59L。由于压缩比保持不变，外形尺寸几乎与原413系列相同，所以更有利于提高单位功率和减小比重量。 B/FL413FW柴油机是在B/FL413柴油机的基础上作为有利于环境保护的变型机种而发展的。前者采用两级燃烧方式，后者采用直接喷射式燃烧方式。两者的区别在于缸盖、活塞、燃烧室及喷油装置。该柴油机可用于地下作业等对排气质量要求严格的场所。 B/F513系列风冷柴油机是KHD公司于80年代中期在B/F413F系列的基础上改时实现的。它吸取了其他风冷柴油机实际使用经验，应用了当今世界上柴油机设计中先进的电子和陶瓷低散热技术，使这种柴油机具有比重量小、废气排放少、噪声小、经济性能好、使用可靠等优点，适合在高温、严寒、干旱等气候恶劣的地区使用，尤其是B/FL513/C增压中冷发动机提高了最大扭矩，改善了低速扭矩性能，扭矩储备系数为1.21～1.23。 B/FL513系列非增压机型的缸径为128mm，增压、增压中冷机型的缸径为125mm。但行程均保持130mm。 非增压式有V6、V8、V10及V12几种机型，燃烧室为缩口扁平形，即“Z”(信可喷油)燃烧方式，以MW或P型喷油泵代替A型泵，压缩比由18降至17。增压、增压中冷有直列6缸、V8、V10、V12几种机型，采用ω型开式燃烧室，压缩比由16.5降至15.8。 该系列柴油机带散热片的铸铁气缸套可单个拆卸。每缸1盖，由特种铝合金制成，每个缸盖上有1个顶置式进、排气门。位于V型夹角中间(直列机型在发动机侧面)的凸轮轴传动挺柱、推杆和摇臂驱动气门。非增压和增压发动机的曲轴和连杆的几何参数相同。曲轴的材料不同，连杆材料虽相同，但增压机型的连杆表面经过硬化处理。发动机曲轴的前端(非增压机型仅V6除外)均安装了扭振减振器。 该系列采用油冷活塞、2道气环、1道油环、波许MW喷油泵或波许P型喷油泵和4孔喷油器。 冷却风扇由齿轮驱动、主动齿轮轴通过橡胶扭力圆柱联轴器与风扇液力偶合器连接。风扇的转速是由缸盖鼻梁区温度、机油温度及液压油温度通过液-电控制器自动控制的，当低温取暖机启动时，使用风扇自动制动装置。 增压中冷发动机(B/FL513C)的中冷器与发动机冷却系统可以并联布置，也可以串联布置；并联布置时成为一个结构紧凑、安装简便的动力机组。 该系列的外形尺寸见下图如下表。 B/FL513系列柴油机外形尺寸数据 发动机型号?处形尺寸(mm) A*?BC**?D?E**?F* BF6L513R?1533?790?1035?425?376?143 BF6L513RC?1533?830?1084?425?376?143 BF8L513?1260?1064?995?53?340?122 BF10L513?1520?1118?1055?559?365?122 BF12L513?1580?1192?1055?596?365?122 BF12L513C?1580?1192?1055?596?365?122 *带标准飞轮；?**带标准油底壳。 性能数据 〔B/FL413F系列柴油机(一)〕 型号?F5L413FR?F6L413FR?F6L413F?BF6L413F?F8L413F 类型 ?冲程?4????4?????4????4?????4 ?缸数及排列?5缸直列?6缸直列?6V90°?6V90°8V90° ?冷却方式?风冷?风冷??风冷???风冷???风冷 ?燃烧室型式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式 ?燃料种类?柴油?柴油??柴油???柴油???柴油 ?增压方式?非增压?非增压?非增压?非增压?非增压 ?有无中冷?无?无????无????无????无 缸径/行程?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm 总排量?7.976L?9.572L??9.572L?9.572L??12.763L 压缩比?18???18????18????16.5???18 标定功率?118千瓦?141千瓦??141千瓦??177千瓦???188千瓦 标定转速?2500r/min?2500r/min?2500r/min?2500r/min?2500r/min 最大扭矩?510N?m?613N?m?613N?m?735N?m?817N?m 最大扭矩转速?1600r/min?1600r/min?1500r/min?1750～1850r/min?1500r/min 平均有效压力?0.709MPa?0.707MPa?0.707MPa?0.888MPa?0.707MPa 活塞平均速度?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s 燃油消耗率(标定)?223g/千瓦?h?223g/千瓦?h?216g/千瓦?h?220g/千瓦?h?216g/千瓦?h 〔B/FL413F系列柴油机(二)〕 BF8L413F?F10L413F?BF10L413F?F12L413F?BF12L413F?BF12L413FC 4?????4?????4?????4?????4????4 8V90°??10V90°??10V90°??12V90°??12V90°?12V90° 风冷???风冷????风冷???风冷????风冷??风冷 直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式?直接喷射式 柴油???柴油???柴油????柴油???柴油??可用多种燃料 涡轮增压?非增压??涡轮增压?非增压??涡轮增压??涡轮增压 无????无?????无????无????无????有 125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm125mm/130mm 12.763L?15.953L??15.953L?19.144L??19.144L??19.144L 16.5???18????16.5????18????16.5???16.5 235千瓦??235千瓦???294千瓦???282千瓦???353千瓦??386千瓦 2500r/min?2500r/min?2500r/min?2500r/min?2500r/min?2500r/min 980N?m?1020N?m?1226N?m??1226N?m?1470N?m?1695N?m 1750～1850r/min?1500r/min?1750～1850r/min?1500r/min?1750～1850r/min?1750r/min 0.884MPa?0.707MPa?0.885MPa?0.707MPa?0.885MPa?0.968MPa 10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s?10.83m/s 220g/千瓦?h?216g/千瓦?h?220g/千瓦?h?216g/千瓦?h?220g/千瓦?h?210g/千瓦?h 〔FL513非增压风冷柴油机(三)〕 型号??F6L513?F8L513?F10L513?F12L513 缸数及排列?6V90°?8V90°?10V90°?12V90° 气缸直径?128mm?128mm?128mm??128mm 活塞行程?130mm?130mm?130mm??130mm 总排量??10.037L?13.382L?16.728L?20.074L 压缩比??17???17???17???17 标定功率?141千瓦?188千瓦?235千瓦??282千瓦 标定转速?2300r/min?2300r/min?2300r/min?2300r/min 最大扭矩?667N?m?890N?m?1112N?m?1335N?m 最大扭矩转速?1400r/min?1400r/min?1400r/min?1400r/min 〔BFL513/C柴油机(四)〕 型号??BF6L513R?BF6L513RC??BF8L513?BF8L513C 类型 ?冲程??4????4??????4?????4 ?缸数及排列?6缸直列?6缸直列?8V90°??8V90° ?冷却方式?风冷?风冷????风冷????风冷 ?燃烧室型式?ω型直接喷射式?ω型直接喷射式?ω型直接喷射式?ω型直接喷射式 ?燃料种类?柴油?柴油????柴油????柴油 ?增压方式?涡轮增压?涡轮增压?涡轮增压?涡轮增压 ?有无中冷?无??有?????无?????有 缸径/行程?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm 总排量?9.572L??9.572L???12.763L??12.763L 压缩比?15.8???15.8????15.8????15.8 标定功率?177千瓦?210千瓦????235千瓦???265千瓦 标定转速?2300r/min?2300r/min?2300r/min?2300r/min 最大扭矩?905N?m?1045N?m??1170N?m?1310N?m 最大扭矩转速?1500r/min?1600r/min?1500r/min?1500r/min 〔BFL513/C柴油机(五)〕 型号??BF10L513??BF12L513??BF12L513C 类型 ?冲程??4?????4??????4 ?缸数及排列?10V90°?12V90°?12V90° ?冷却方式?风冷??风冷????风冷 ?燃烧室型式?ω型直接喷射式?ω型直接喷射式?ω型直接喷射式 ?燃料种类?柴油??柴油????柴油 ?增压方式?涡轮增压?涡轮增压?涡轮增压 ?有无中冷?无???无?????有 缸径/行程?125mm/130mm?125mm/130mm?125mm/130mm 总排量?15.953L??19.144L???19.144L 压缩比?15.8????15.8????15.8 标定功率?294千瓦??353千瓦????386千瓦 标定转速?2300r/min?2300r/min?2300r/min 最大扭矩?1460N?m?1755N?m??1900N?m 最大扭矩转速?1500r/min?1500r/min?1500r/min
