美国DDA53系列2冲程柴油机
美国 DDA53系列2冲程柴油机 DDA Series 53 Two Stroke diesel Engine 通用汽车公司底特律柴油机阿里分部 Detorit diesel Allision Division of General Motors Corporation,US 通用汽车公司底特律柴油机阿里分部 Detorit diesel Allision Divis ion of General Motors Corporation, 生产 3-53 M561伽玛?哥特(Gama-Goat)1.25t 陆军卡车(77千瓦)、萨尔瓦多VAL轻型突击车 4-53N M8、M20轮式装甲车、2.5t战术卡车 4-53T 蒂莫尼(Timoney)装甲人员输送车、BDX MK2装甲人员输送车、维克斯瓦尔凯装甲人员输送车(Vickers Valkyr APC) 6V-53N M113A1和M113A2车族(157千瓦)、M3半履带装甲车(128千瓦)、肖特(Shoet)MK2装甲车(128千瓦)、乌鲁图(Urutu)EE-11装甲人员输送车(157千瓦)、美海军巡逻艇 6V-53T AVGP和LAV(8×8)轻型装甲车(205千瓦)、RDF(AAI)轻型坦克(194k W)、改装AMX-13(出口)轻型坦克(205千瓦)、EE-9凯期凯维尔装甲车(157千瓦)、龙
概述 美国通用汽车公司底特律柴油机阿里逊分部(DDA)自1937年开始生产2冲程柴油机。现在生产的2冲程直流扫气水冷直接喷射式柴油机共有53、71、92和149等4大系列。这些系列按生产时间的排列次序是71系列(1937年)、53系列(1957年)、149系列(1967年)和92系列(1974年)。 53系列柴油机于1957年投入使用。现有直列3缸、直列4缸和V型6缸、8缸4种机型，在军用车辆上较大量应用的是4-53T、6-53N和6V-53T柴油机。至1985年，53系列柴油机已生产了75万台。DDA研究了53系列柴油机的市场情况，评估了实际可利用的技术，在原有基础上作了改进，形成银(Silver)53系列发动机。具体改进目标是：在外形变化最小，保持零部件原有通用性的基础上提高可靠性和耐久性(大修期延长50%)；改善燃油经济性(非增压发动机油耗降低16%，增压机降低8%)；降低噪声，比基型机降低3.0～5.5dB(A)。为此，对许多零部件进行结构、工艺改进，然后对采用改进零部件后的发动机进行耐久性、可靠性和破坏性试验。 53等系列柴油机在同一系列各型发动机之间通用零件数量达70%，这对简化后勤供应，提高发动机维修性是有利的。 53系列柴油机名称标识的特点是： 1.名称标识意义 以英制体积单位立方英寸表示的每1气缸排量作为该系列发动机的名称。53系列柴油机的单缸排量就为53立方英寸。 2.发动机型号标识意义 第一位数字?表示发动机气缸数，如4，即发动机有4缸。 第一位数字后的字母V，表示气缸排以V型排列；L，表示气缸是直列排列，但直列机往往不用任何字母表示。 第二、三位数字表示名称。 第二、三位数字后的字母表示进气方式，N，自然吸气，Natural aspirated的字首字母，即非增压；T，涡轮增压，Turbocharged的字首字母。 最后一个字母?表示有后冷(中冷)，A,Aftercooled的字首字母；表示无中冷。 由此，下列型号标识的意义为： 4-53N?53系列直列4缸非增压柴油机 4-53T?53系列直列4缸涡轮增压柴油机 6V-53TA?53系列V型6缸涡轮增压中冷柴油机 DDA其他系列发动机71、92、149的名称标识意义类同。 结构特点 1.总体布置 6V-53柴油机气缸排V型夹角为66.7°与8V-71柴油机的缸间夹角相同。 采用传统的鲁茨泵进行直流扫气。缸套圆周上有进气口，从而缸盖上不需进气门而可布置排气门。缸盖中心位置安装泵喷嘴。鲁茨泵布置在气缸排V型夹角内。 为满足发动机不同的配套要求，直列式发动机的曲轴箱两侧的机加面对称，以安装水泵、机油散热器、机油滤清器等各种附件。 2.燃烧室 采用深ω型燃烧室。这种结构可降低活塞温度，顶环处降低约26.7℃，预边缘处温度降低约51.7℃。 3. 箱体 直列发动机的缸体和曲轴箱是整体结构，军用型采用铝合金材料，民用型则采用合金铸铁材料。 V型发动机的缸体和曲轴箱为两部分结构，采用湿式缸套。缸套由经热处理的合金铸铁制造，表面硬度高，有抗拉缸能力并易于更换，圆周上的进气口保证有效充气。 缸盖系整体式，采用GM13M灰铸铁制造。材料的最小拉伸强度为206.8MPa 。缸盖上每1气缸位置压入4个排气门座，起延长缸盖和排气门寿命的作用。缸盖冷却水来自缸体，由进水口引入。缸盖与每1气缸之间的层状金属缸垫能保证良好的密封性。 4. 曲柄连杆机构 曲轴由高碳合金钢锻造，经热处理有较高强度。连杆轴颈和主轴预经感应淬火，淬火深度能保证曲轴大修时经研磨可再使用。曲轴耐疲劳强度为552MPa，经严格的静平衡、动平衡，不平衡力矩小于0.0106N?m。曲轴主轴颈尺寸，直列发动机为76.2mm；V型发动机为88.9mm。曲轴连杆轴径尺寸，直列机63.5mm；V型机69.85mm。 连杆由经 热处理的锻钢制造，材料拉伸强度为552MPa。与活塞相连的连杆表面经精确加工成鞍形，连杆与活塞销用螺钉连接，杆身横截面较大，以提高刚度和抗弯强度。 活塞原为常规简形结构，为了提高发动机耐久性和燃油经济性1969年改用与71、92、149系列相同的活塞结构。这种组合活塞(见图)由带燃烧室的活塞顶部和带活塞销孔的活塞裙部组成。活塞顶部材料为GM81-M可锻铸铁，拉伸强度为552MPa，屈服强度为448.1MPa；活塞裙部材料为可锻铸铁。裙部外表面镀有0.017～0.038mm厚度的锡层。顶部和裙部之间采用横截面为矩形的氟橡胶密封。活塞销轴瓦是精密加工的，采用钢背铜铅轴瓦材料制造，表面有镀锡层。 活塞上共有5个活塞环，上面3个气不，下面2个油环。与以前整体活塞环相比，第一环高度由2.1mm增加到2.66mm，第二、三环的表面由镀铬改为等离子喷涂钼，第四环表面镀铬并减小张力。这些改进不仅达到了机油消耗率为0.6g/千瓦?h的设计目标，而且还使活塞环摩擦力降低26.4%(见下表) 6V-53T柴油机活塞环改进前后的摩擦力 ????????????????改进前?改进后 活塞环总摩擦力?????????1074 N?792N 全部气环摩擦力占总摩擦力面分比??44.31%?67.05% 上油环摩擦力占总摩擦力面分比???25%??16.4% 下油环摩擦力占总摩擦力百分比???29.7%?16.5% 活塞环摩擦损失占发动机功率百分比?0.63%?0.466% 改进后活塞环摩擦力降低?????????26.4% 活塞销是实心的，用热轧钢经淬火加工而成，销上有2个连接连杆的螺钉孔，还有1个机油孔。 5.供油系统 采用泵喷嘴结构。这咱结构比较简单，能对供油量精确计量 并定时进行高压喷射。泵喷嘴系统是自放气的，不需复杂的起动程序，易于使用。在每1个泵喷嘴上有1个小燃油滤，而在主供油路上还有1个燃油精滤器和燃油粗滤器。 6.配气机构 凸轮轴高置。通过推子，短推杆使摇臂动作。每1气缸有3个摇臂，外侧的2个摇臂分别操作2个排气门，中间的1个摇臂操作泵喷嘴。凸轮轴由模锻钢制造，凸轮和轴颈表面都经淬火处理。 7.进排气系统 非增压发动机采用鲁茨泵压气机增压空气，经增压的进气缸套底部时气口进入气缸，进行直流扫气，将燃气从顶部排气门扫出。缸盖上有足够的空间布置排气门，有利废气排出。增压发动机的进气系统除设有鲁茨泵外，还串联了涡轮增压器，有的发动机则采用了中冷器。 排气门由镍合金钢制造，经热处理。杆部经淬硬增加耐磨性。排气门由冷却水和扫气空气流双重冷却。 8.冷却系统 采用常规的强制水冷系统。但2冲程发动机除了冷却水以外，还有扫气空气流进行内部冷却。在每1循环中，吸入气缸的新鲜空气扫除燃烧气体，从而对活塞、气缸、缸盖和排气门等一系列受热零件起冷却作用。 结构演变和系列化 53系列演变为银53系列柴油机，在结构、工艺和材料方面的改进为： 1.提高可靠性和耐久性 机油泵传 动联轴节采用氰化处理，并将淬硬层深度从0.005～0.025mm增加到0.076～0.2mm。 机油散热器材料由铜镍合金改为不锈钢，并在每1片散热片之间采用1片整体连接的黄铜薄片，从而提高了刚性。 鲁茨泵压气机驱动轴进行氰化处理，氰化层深度达0.0025mm。 曲轴后密封采用特氟隆(Teflon)单向密封装置，减少曲轴摩损和延长密封寿命。 为了减少渗漏，改进了如水泵等许多部件的密封材料以及垫片材料。 2.改善燃油经济性 为了降低油耗，53系列和71、92、149系列发动机一样，对进气系统作了改进。具体措施是在2冲程涡轮增压柴油机上，在鲁茨泵压气机端板上设置1个旁通阀和相应的旁通管道，使鲁茨泵仅在发动机起动和低负荷工况下工作，而在发动机中等或高负荷工况下涡轮增压器本身有足够的增压压力，并不需要鲁茨泵进入工作，从而节省鲁茨泵的驱动功率，降低了油耗。 旁通阀是1个表面镀铬的钢活塞，由弹簧加载，弹簧力对抗活塞表面上的鲁茨泵出气压力或空气箱空气压力；背部与大气相通。空气箱压力低时，旁通阀关闭，鲁茨泵正常参与工作，提供增压压力。在高负荷工况下涡轮增压器增压压力增加，空气压力也增加，当空气箱压力大于34kPa(10英寸汞柱)时，旁通阀开启，来自空气箱的空气再循环到压气机进口，因此鲁茨泵卸荷，停止工作。 53系列柴油机，都用同样结构的旁通阀，在3缸和4缸机上旁通端板也是通用的。 4-53T柴油机采用旁能阀后，在2500r/min高负荷时鲁茨泵的轼率损失降低了3.5千瓦，相当于功率提高和油耗改进了2.8%。 鲁茨泵不工作时降低了增压压力，但由于应用了涡轮增压器，使总效率提高了5%而得到更多的补偿，因此，采用旁通阀后进气压力和空气燃油比都增加，波许(Bosch)烟度值也降低，尤其在低转速下降低更多。 4-53T柴油机采用的爱瑞萨切(AirResearch)公司生产的TO4E 涡轮增压器具有良好的压气机匹配性能，发动机的工作范围都在压气机高效率区内。 由于压气机和涡轮增压器的改进，缸套进气口的高高可以从21.3mm降低到18.8mm，而且还保持充分的进气和扫气，这使排气延迟了3°曲轴转角，改善油耗1～6%。 因进气系统和燃烧室形状的变化，需要重新优化燃烧系统。为此对进气口涡流角度、泵喷嘴柱塞直径 、喷油器喷孔直径、数目以及喷雾角度都进行了鉴定。 3.降低噪声 DDA降低 噪声的主要措施一是通过改进零部件结构如增加阻尼和隔声来减少噪声，例如采用具有隔声特点的摇臂盖；二是采用曲轴调谐器。该调谐器由1个轮毂、1个弹性环和1个外惯性环组成。这种曲轴调谐器与原有的双槽皮带轮尺寸是相同的，可互换，只不过是调谐器增加了弹性环。 53系列发动机型谱 53系列?3缸机?3-53?3-53T 4缸机?4-53?4-53 6缸机?6V-53?6V-53T 8缸机?8V53T 性能数据 型号???????4-53T??6V-53T 类型 ?冲程???????2????2 ?缸数及排列???4缸直列??6V66.7° ?冷却方式????水冷???水冷 ?燃烧室型式??直接喷射式?直接喷射式 ?燃料种类????柴油???柴油 ?增压方式???涡轮增压??涡轮增压 ?有无中冷????无????无 缸径/行程??98.5mm/144mm?98.5mm/144mm 总排量?????3.44L???5.21L 压缩比?????17.5????17 标定功率????132千瓦???221千瓦 标定转速????2800r/min?2800r/min 最大扭矩????538N?m??865N?m 最大扭矩转速??1800r/min?2100r/min 平均有效压力??0.82MPa??0.917MPa 活塞平均速度??13.44m/s??13.44m/s 升功率?????38.4千瓦/L??42.4千瓦/L 外形尺寸 ?长×宽×高?1016×737×914(mm) 单位体积功率??193千瓦/m3 重量??????566kg 比重量????4.29kg/千瓦
