135系列柴油机在工程机械领域的应用和发展

简介：G6135柴油机经过4年的研究开发、设计和样试，完成了各种专业试验和使用考核，已有与装载机和推土机等产品配的10种机型。G6135柴油机试制结果表明，该机的经济性、噪声和排放、动力性和可靠性均已达到了国内先进水平。从已经小批投放市场的推土机配套来看，G613柴油机相继在用户中运行数千小时，获得用户一致好评。

上海柴油机股份有限公司的主产品“东风”牌135系列高速柴油机，历经三十多年的系列化发展，其间吸收了奥地利AVL公司有关技术并进行不断改进，在功率、性能和可靠性方面有了较大提高。目前已有直立4缸、6缸和V型12缸的机型300余种，其中专门为工程机械配套设计的近200种，主要为4缸和6缸机型。进气方式有增压和自然吸气两种，功率范围为58.8~176.5kW（1500~2200r/min）。

1 135系列柴油机在工程机械领域的应用与改进

1.1 应用

135柴油机是伴随着我国工程机械行业的发展而发展的。1964年，6135柴油机开始为国产T120推土机配试并通过整机鉴定；1969年又在国产第一台ZL40装载机配试成功。随着国民经济的发展，特别是1985年以后，“东风”135系列柴油机在工程机械领域的配套应用越来越广。目前主要配套应用有：装载机ZL40、50、60；压路机10~18t;推土机120~200HP（约90~150kW）；汽车起重机QY12、16、20、25，其他还有平地机、轨道车和通井机等。

据统计，90年代以来，国内各类工程机械采用缸径在φ110~160mm的柴油机中，“东风”135系列柴油机市场占有率始终保持在60%以上水平，最高曾达73%。该系列柴油机质量稳定，能保持8000h以上的使用寿命（第一次大修期）。

1.2 改进和提高

“东风”135系列柴油机虽多次获得国家银质奖和节能产品称号，但从总体来说，其噪声，排放及防三漏等指标与国内外先进水平相比有一定的差距。由于受到原设计总体结构的限制（如采用隧道式机体、滚动轴承组合式曲轴、前端齿轮室布置方式等），对发动机控制噪声十分不利。此外，燃油系统也有待改进，以改善排放、燃油耗量、排气烟度和起动性能等。

近几年来，开展降噪攻关试验研究，并联合高等院校和研究所在降低结构辐射噪声和改善缸内工作过程以减少燃烧激励噪声两个方面下功夫，1998年取得突破性进展。135系列柴油机降噪综合技术措施从试验室转到生产线上进行验证以及投入小批量生产，经过国家内燃机质量监督检验中心对6135K—9a（配ZL50装载机等）的测试，柴油机噪声为116dB,小于117dB（A）国际限值。此外，由于在燃烧系统中采用了先进的缩口挤流燃烧室活塞，多喷孔喷油器和高质量高压油管，使烟度排放也有明显的改善，取得了降噪和改善排放的双重效果。

2 新一带G6135柴油机研制开发和投产

新一代G6135型柴油机是上柴公司于1998年正式推出的、专为工程机械开发的升级换代发动机。该机集40多年柴油机设计的制造经验，借鉴了Ricardo、AVL公司对135系列柴油机改进意见，吸取Caterpillar3306发动机的先进技术，在充分研究当代工程机械动力发展趋势的基础上，运用CAD、PDM现代方法开发设计了可以与原6125系列互换安装的新一代柴油机。现有自然吸气、增压两种机型、在技术上既注重继承性、又有很大的创新和发展。 G6135柴油机性能优越、噪声、排放、燃油消耗率低，可靠性高，配套适应性强；安装联接尺寸基本保持不变；外围配附件和相当数量的零件有较大的通用性，给生产组织和用户使用带来了方便。G6135柴油机在结构设计上体现了坚固、可靠、耐用。

2.1 总体布置简图（见图1）

     

2.2 G6135主要零部件及工作特点

2.2.1 机体

G6135柴油机由于采用整体式曲轴取代原135的组合式曲轴，机体作了较大的改进设计，其基本结构型式为龙门式，结构设计侧重于提高刚度，减轻重量和减少振动和噪声。结构设计上符合现代发动机机体的“刚性设计思想”，由此来降低整机噪声和提高发动机的工作可靠性。同时对机体的润滑系统和冷却系统作了较彻底的改进，减少了外接管路和零部件数量，使整机的外型更紧凑、合理。

2.2.2 曲轴

整体式曲轴采用材料牌号为QT850-3合金球墨铸铁。使零部件数量大大减少，重量减轻。G6135曲轴设计、研制符合现代发动机零部件“刚性设计思想”增加刚度，提高疲劳强度。

2.2.3 凸轮轴

G6135柴油机采用冷激合金铸铁凸轮轴取代原135的球铁等温淬火凸轮轴，除了在材料和热处理方面改进外，设计结构上也作了较大的改进，凸轮轴的相关零部件数量减少，凸轮轴总长缩短，重量减轻。该凸轮轴的设计思想是：在满足设计指标的前提下最大限度降低成本，并提高工作的可靠性。

2.2.4 润滑系统

G6135柴油机润滑系统在原135基础上作了改进，以满足主轴承采用滑动轴承后对润滑系统的要求，主要措施包括增加循环油路等。该系统的另一个特点是将板翅式机油冷却器置于机油泵和机油滤清器之间，这样可使输出胡油全部经过冷却，提高冷却器的工作效率，从而可适当减少冷却器的尺寸，获得紧凑的外型。同时将主油道调压阀设置在滤清器之前,当通到轴瓦、活塞喷油冷却等部位的润滑及冷却油过剩时，该阀可起到泄油作用。

2.2.5 增压系统

增压柴油机采用最高效率可达77%的增压器，提高了空燃比，改善了燃烧，降低了排气温度。增压器的匹配侧重于柴油机中、低速动力性能，并根据平原至高原作业不同的性能要求，与工程机械复杂使用环境的配套需求相适应。增压器可以实现中置、后置、侧置等多种安装方式。

2.2.6 进排气系统

安装互换的汽缸盖重新设计的进排气道在大流量、小涡流的特点，降低了高转速时过强的进气涡流，并且流量的增大使柴油机扫气更彻底，增加了进气量，从而改善了燃烧。进排气关、消声器、空滤器与原6135机型安装通用。

2.2.7 冷却系统

水泵有前端皮带或传动两种，流量增加30%。

风扇传动有三种方式：与水泵同轴、独立风扇支座和曲轴直接传动。

工作液压油设有水冷和风冷两种，水冷热器设在水散热器下水室内，水油散热器一体化结构使配套使用、安装维修更加可靠和方便。

2.2.8 其他通用工程部件

空气压缩机、充电发电机等均可与原135通用。

半速传动单缸空气压缩机派量增至190L/min,制气能力、传动密封性和可靠性提高。

整体自激充电发电机输出功率1000kW，重负载结构使之能作为皮带张紧轮使用。

特别设置空调要机安装接口，便于配套时选择安装空调压路机

综上所述，G6135总体布置及其结构设计充分体现了以提高原135柴油机动力性、经济性、可靠性等指标及降低噪声和排放为宗旨；此外，还对活塞、连杆、传动齿轮、水泵等其它零部件作了优化设计改进；同时在设计中设有PTO输出、独立分开式前齿壳、外部配件和工程部件大多数能通用、互换、便于维修和保养。

3 产品技术参数和综合性能

立足于满足国内柴油机市场和各类专业性、强制性法规的长远发展要求。G6135柴油机不仅扩大了功率覆盖范围，而且保持了良好的燃油经济性、尤其具有排放低、噪声低和可靠性高等诸多特点，能满足未来对柴油机噪声、排放和作业环境等性能有特殊要求的多种工程机械的配套需求，并已经开发设计出如装载机、推土机、汽车起重机等典型工程机械用配套机型。表1为G6135主要进行的技术参数和性能以及与6135-9a 的比较，图2为G6135G4型柴油机全负荷速度特性曲线。

值得指出的是，G6135柴油机除了明显降低噪声以外，还具有较低的废气排放水平，已达到欧共体重型车ECER49-90标准，满足国家重型车排放法规，远远低于工程机械专业排放标准。通过燃油系统和燃烧系统的优化配置，废气排放还可以进一步降低。

序号 基本参数 G6135G1 G6135ZG G6135ZQ 6135k-9a
1 缸径 mm 135
2 径驶 mm 150 140
3 总排量 L 12.88 12
4 进气方式 　 自然吸气 增压 自然吸气
5 15min 标定功率 kW 　 　 205 　
标定转速 r/min 　 　 2200 　
1h 标定功率 kW 162.0 184.0 　 154.5
标定转速 r/min 2200 2200 　 2200
6 最大扭矩 N.m 800 900 ≥1000 750
最大扭矩转速 r/min 1400 1400 1300 1540
7 燃油消耗率 标定工况 g/kW.h 236 230 ≤228 246
全负荷最低 g/kW.h 225 215 ≤210 241
8 废气排放 CO g/kW.h 2.8 1.7 1.6 13.6
CH 0.3 0.2 0.2 0.36
NOX 14.4 13.5 13.7 21
　 烟度（全负荷速度特性） FSU 3.2 3.0 2.5 4.5
9
10 整机噪声（LW） dB(A) 115 115-116 118
11 起动温度 oC -10 -5 +5
12 外形尺寸（长×宽×高） mm 1425×640×1260 1326.5×640×1292 1518×796×1529
13 整机净重 kg 1050 1100 1160

4 G6153柴油机小批配套与生产

G6135柴油机经过4年的研究开发、设计和样试，完成了各种专业试验和使用考核，已有与装载机和推土机等产品配的10种机型。G6135柴油机试制结果表明，该机的经济性、噪声和排放、动力性和可靠性均已达到了国内先进水平。从已经小批投放市场的推土机配套来看，G613柴油机相继在用户中运行数千小时，获得用户一致好评。1998年通过了新产品鉴定，并获得上海市优秀新产品奖。与原6153柴油机功率提高了20%、重量减轻了10%、废气排放平均减少50%、噪声降低3dB(A)、可靠性寿命提高40%。

1999年将生产1000台各种类型的G6135柴油机供各工程机械厂配套选用，通过批量配套逐步完善制造工艺和配套的合理性。

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