美國dda53系列2衝程柴油機

美國DDA53系列2衝程柴油機。美國通用汽車公司底特律柴油機阿里遜分部(DDA)自1937年開始生產2衝程柴油機。現在生產的2衝程直流掃氣水冷直接噴射式柴油機共有53、71、92和149等4大系列。這些系列按生產時間的排列次序是71系列(1937年)、53系列(1957年)、149系列(1967年)和92系列(1974年)。

概述

美國通用汽車公司底特律柴油機阿里遜分部(DDA)自1937年開始生產2衝程柴油機。現在生產的2衝程直流掃氣水冷直接噴射式柴油機共有53、71、92和149等4大系列。這些系列按生產時間的排列次序是71系列(1937年)、53系列(1957年)、149系列(1967年)和92系列(1974年)。

53系列柴油機於1957年投入使用。現有直列3缸、直列4缸和V型6缸、8缸4種機型，在軍用車輛上較大量套用的是4-53T、6-53N和6V-53T柴油機。至1985年，53系列柴油機已生產了75萬台。DDA研究了53系列柴油機的市場情況，評估了實際可利用的技術，在原有基礎上作了改進，形成銀(Silver)53系列發動機。具體改進目標是：在外形變化最小，保持零部件原有通用性的基礎上提高可靠性和耐久性(大修期延長50%)；改善燃油經濟性(非增壓發動機油耗降低16%，增壓機降低8%)；降低噪聲，比基型機降低3.0～5.5dB(A)。為此，對許多零部件進行結構、工藝改進，然後對採用改進零部件後的發動機進行耐久性、可靠性和破壞性試驗。

53等系列柴油機在同一系列各型發動機之間通用零件數量達70%，這對簡化後勤供應，提高發動機維修性是有利的。

53系列柴油機名稱標識的特點是：

1.名稱標識意義

以英制體積單位立方英寸表示的每1氣缸排量作為該系列發動機的名稱。53系列柴油機的單缸排量就為53立方英寸。

2.發動機型號標識意義

第一位數字表示發動機氣缸數，如4，即發動機有4缸。

第一位數字後的字母V，表示氣缸排以V型排列；L，表示氣缸是直列排列，但直列機往往不用任何字母表示。

第二、三位數字表示名稱。

第二、三位數字後的字母表示進氣方式，N，自然吸氣，Natural aspirated的字首字母，即非增壓；T，渦輪增壓，Turbocharged的字首字母。

最後一個字母表示有後冷(中冷)，A,Aftercooled的字首字母；表示無中冷。

由此，下列型號標識的意義為：

4-53N53系列直列4缸非增壓柴油機

4-53T53系列直列4缸渦輪增壓柴油機

6V-53TA53系列V型6缸渦輪增壓中冷柴油機

DDA其他系列發動機71、92、149的名稱標識意義類同。

結構特點

1.總體布置

6V-53柴油機氣缸排V型夾角為66.7°與8V-71柴油機的缸間夾角相同。

採用傳統的魯茨泵進行直流掃氣。缸套圓周上有進氣口，從而缸蓋上不需進氣門而可布置排氣門。缸蓋中心位置安裝泵噴嘴。魯茨泵布置在氣缸排V型夾角內。

為滿足發動機不同的配套要求，直列式發動機的曲軸箱兩側的機加面對稱，以安裝水泵、機油散熱器、機油濾清器等各種附屬檔案。

2.燃燒室

採用深ω型燃燒室。這種結構可降低活塞溫度，頂環處降低約26.7℃，預邊緣處溫度降低約51.7℃。

3. 箱體

直列發動機的缸體和曲軸箱是整體結構，軍用型採用鋁合金材料，民用型則採用合金鑄鐵材料。

V型發動機的缸體和曲軸箱為兩部分結構，採用濕式缸套。缸套由經熱處理的合金鑄鐵製造，表面硬度高，有抗拉缸能力並易於更換，圓周上的進氣口保證有效充氣。

缸蓋系整體式，採用GM13M灰鑄鐵製造。材料的最小拉伸強度為206.8MPa 。缸蓋上每1氣缸位置壓入4個排氣門座，起延長缸蓋和排氣門壽命的作用。缸蓋冷卻水來自缸體，由進水口引入。缸蓋與每1氣缸之間的層狀金屬缸墊能保證良好的密封性。

4. 曲柄連桿機構

曲軸由高碳合金鋼鍛造，經熱處理有較高強度。連桿軸頸和主軸預經感應淬火，淬火深度能保證曲軸大修時經研磨可再使用。曲軸耐疲勞強度為552MPa，經嚴格的靜平衡、動平衡，不平衡力矩小於0.0106N·m。曲軸主軸頸尺寸，直列發動機為76.2mm；V型發動機為88.9mm。曲軸連桿軸徑尺寸，直列機63.5mm；V型機69.85mm。

連桿由經 熱處理的鍛鋼製造，材料拉伸強度為552MPa。與活塞相連的連桿表面經精確加工成鞍形，連桿與活塞銷用螺釘連線，桿身橫截面較大，以提高剛度和抗彎強度。

活塞原為常規簡形結構，為了提高發動機耐久性和燃油經濟性1969年改用與71、92、149系列相同的活塞結構。這種組合活塞(見圖)由帶燃燒室的活塞頂部和帶活塞銷孔的活塞裙部組成。活塞頂部材料為GM81-M可鍛鑄鐵，拉伸強度為552MPa，屈服強度為448.1MPa；活塞裙部材料為可鍛鑄鐵。裙部外表面鍍有0.017～0.038mm厚度的錫層。頂部和裙部之間採用橫截面為矩形的氟橡膠密封。活塞銷軸瓦是精密加工的，採用鋼背銅鉛軸瓦材料製造，表面有鍍錫層。

活塞上共有5個活塞環，上面3個氣不，下面2個油環。與以前整體活塞環相比，第一環高度由2.1mm增加到2.66mm，第二、三環的表面由鍍鉻改為等離子噴塗鉬，第四環表面鍍鉻並減小張力。這些改進不僅達到了機油消耗率為0.6g/kW·h的設計目標，而且還使活塞環摩擦力降低26.4%(見下表)

6V-53T柴油機活塞環改進前後的摩擦力

改進前改進後

活塞環總摩擦力1074 N792N

全部氣環摩擦力占總摩擦力面分比44.31%67.05%

上油環摩擦力占總摩擦力面分比25%16.4%

下油環摩擦力占總摩擦力百分比29.7%16.5%

活塞環摩擦損失占發動機功率百分比0.63%0.466%

改進後活塞環摩擦力降低26.4%

活塞銷是實心的，用熱軋鋼經淬火加工而成，銷上有2個連線連桿的螺釘孔，還有1個機油孔。

5.供油系統

採用泵噴嘴結構。這咱結構比較簡單，能對供油量精確計量 並定時進行高壓噴射。泵噴嘴系統是自放氣的，不需複雜的起動程式，易於使用。在每1個泵噴嘴上有1個小燃油濾，而在主供油路上還有1個燃油精濾器和燃油粗濾器。

6.配氣機構

凸輪軸高置。通過推子，短推桿使搖臂動作。每1氣缸有3個搖臂，外側的2個搖臂分別操作2個排氣門，中間的1個搖臂操作泵噴嘴。凸輪軸由模鍛鋼製造，凸輪和軸頸表面都經淬火處理。

7.進排氣系統

非增壓發動機採用魯茨泵壓氣機增壓空氣，經增壓的進氣缸套底部時氣口進入氣缸，進行直流掃氣，將燃氣從頂部排氣門掃出。缸蓋上有足夠的空間布置排氣門，有利廢氣排出。增壓發動機的進氣系統除設有魯茨泵外，還串聯了渦輪增壓器，有的發動機則採用了中冷器。

排氣門由鎳合金鋼製造，經熱處理。桿部經淬硬增加耐磨性。排氣門由冷卻水和掃氣空氣流雙重冷卻。

8.冷卻系統

採用常規的強制水冷系統。但2衝程發動機除了冷卻水以外，還有掃氣空氣流進行內部冷卻。在每1循環中，吸入氣缸的新鮮空氣掃除燃燒氣體，從而對活塞、氣缸、缸蓋和排氣門等一系列受熱零件起冷卻作用。

結構演變和系列化

53系列演變為銀53系列柴油機，在結構、工藝和材料方面的改進為：

1.提高可靠性和耐久性

機油泵傳 動聯軸節採用氰化處理，並將淬硬層深度從0.005～0.025mm增加到0.076～0.2mm。

機油散熱器材料由銅鎳合金改為不鏽鋼，並在每1片散熱片之間採用1片整體連線的黃銅薄片，從而提高了剛性。

魯茨泵壓氣機驅動軸進行氰化處理，氰化層深度達0.0025mm。

曲軸後密封採用特氟隆(Teflon)單向密封裝置，減少曲軸摩損和延長密封壽命。

為了減少滲漏，改進了如水泵等許多部件的密封材料以及墊片材料。

2.改善燃油經濟性

為了降低油耗，53系列和71、92、149系列發動機一樣，對進氣系統作了改進。具體措施是在2衝程渦輪增壓柴油機上，在魯茨泵壓氣機端板上設定1個旁通閥和相應的旁通管道，使魯茨泵僅在發動機起動和低負荷工況下工作，而在發動機中等或高負荷工況下渦輪增壓器本身有足夠的增壓壓力，並不需要魯茨泵進入工作，從而節省魯茨泵的驅動功率，降低了油耗。

旁通閥是1個表面鍍鉻的鋼活塞，由彈簧載入，彈簧力對抗活塞表面上的魯茨泵出氣壓力或空氣箱空氣壓力；背部與大氣相通。空氣箱壓力低時，旁通閥關閉，魯茨泵正常參與工作，提供增壓壓力。在高負荷工況下渦輪增壓器增壓壓力增加，空氣壓力也增加，當空氣箱壓力大於34kPa(10英寸汞柱)時，旁通閥開啟，來自空氣箱的空氣再循環到壓氣機進口，因此魯茨泵卸荷，停止工作。

53系列柴油機，都用同樣結構的旁通閥，在3缸和4缸機上旁通端板也是通用的。

4-53T柴油機採用旁能閥後，在2500r/min高負荷時魯茨泵的軾率損失降低了3.5kW，相當於功率提高和油耗改進了2.8%。

魯茨泵不工作時降低了增壓壓力，但由於套用了渦輪增壓器，使總效率提高了5%而得到更多的補償，因此，採用旁通閥後進氣壓力和空氣燃油比都增加，波許(Bosch)煙度值也降低，尤其在低轉速下降低更多。

4-53T柴油機採用的愛瑞薩切(AirResearch)公司生產的TO4E 渦輪增壓器具有良好的壓氣機匹配性能，發動機的工作範圍都在壓氣機高效率區內。

由於壓氣機和渦輪增壓器的改進，缸套進氣口的高高可以從21.3mm降低到18.8mm，而且還保持充分的進氣和掃氣，這使排氣延遲了3°曲軸轉角，改善油耗1～6%。

因進氣系統和燃燒室形狀的變化，需要重新最佳化燃燒系統。為此對進氣口渦流角度、泵噴嘴柱塞直徑 、噴油器噴孔直徑、數目以及噴霧角度都進行了鑑定。

3.降低噪聲

DDA降低 噪聲的主要措施一是通過改進零部件結構如增加阻尼和隔聲來減少噪聲，例如採用具有隔聲特點的搖臂蓋；二是採用曲軸調諧器。該調諧器由1個輪轂、1個彈性環和1個外慣性環組成。這種曲軸調諧器與原有的雙槽皮帶輪尺寸是相同的，可互換，只不過是調諧器增加了彈性環。

53系列發動機型譜

53系列3缸機3-533-53T

4缸機4-534-53

6缸機6V-536V-53T

8缸機8V53T

性能數據

型號4-53T6V-53T

類型

衝程22

缸數及排列4缸直列6V66.7°

冷卻方式水冷水冷

燃燒室型式直接噴射式直接噴射式

燃料種類柴油柴油

增壓方式渦輪增壓渦輪增壓

有無中冷無無

缸徑/行程98.5mm/144mm98.5mm/144mm

總排量3.44L5.21L

壓縮比17.517

標定功率132kW221kW

標定轉速2800r/min2800r/min

最大扭矩538N·m865N·m

最大扭矩轉速1800r/min2100r/min

平均有效壓力0.82MPa0.917MPa

活塞平均速度13.44m/s13.44m/s

升功率38.4kW/L42.4kW/L

外形尺寸

長×寬×高1016×737×914(mm)

單位體積功率193kW/m3

重量566kg

比重量4.29kg/kW