12150L柴油機是根據蘇聯的B2 -54A坦克柴油機試製成的，功率為382kW(520馬力)，於1958年生產定型，用於59式中型坦克及其他軍用車輛。在12150L柴油機的基礎上發展了多種型號的柴油機，統稱為12150L系列柴油機。12150L是該系列的基準機型。
基本介紹
- 中文名：12150L系列柴油機
- 外文名：12150L series diesel engines
- 研製單位：中國北方工業(集團)總公司
- 生產單位：中國北方工業(集團)總公司
- 國別：中國
- 學科：機械工程
簡介,結構特點,12150L柴油機,6150L柴油機,型號演變和系列化,12150L的軍品變型系列,6150L的軍品變型產品,
簡介
12150L-1柴油機，220kW(300馬力)，60式中型履帶火炮牽引車動力，於1960年生產定型；12150L-2柴油機，294kW(400馬力)，63式水陸坦克動力，於1965年生產定型；12150L-3柴油機，316kW(430馬力，62式輕型坦克動力，於1965年生產定型；12150L-7柴油機，426kW(580馬力)，69式中型坦克動力，於1980年生產定型。根據不同用途和外貿需要，還生產了12150L-2A、12150L-7BW、12150L-8等其他型號的12150L系列柴油機。
北方工業(集團)總公司所屬工廠和研究所從1973年開始在12150L柴油機上套用渦輪增壓技術，1974年研製出第一台初樣機，定名為12150L柴油機。在 該樣機上進行了探索性增壓匹配試驗、參數調整試驗等聯合試驗。經過10多年研製、試驗和結構改進，渦輪增壓的12150ZL柴油機於1987年生產定型，功率為537kW(730馬力)，用作80 式主戰坦克的動力。
根據蘇聯樣機УТД-20柴油機進行設計研製的6V150型柴油機，215kW(293馬力)，於1985年定型，用作86式(WZ501)履帶式步兵戰車動力。該機也是由B2柴油機(12150L柴油機)發展演變的，它改變了12150L柴油機的V型夾角和活塞行程，而氣缸直徑和氣缸中心距保持不變。因此該機雖在結構上有較大改變，但繼承了12150L柴油機4個基本結構參數中的2個(缸徑和缸心距)，故仍可認為是12150L系列中的一個變型產品。
12150L系列軍品柴油機形成了V型12缸機和直列6缸機系列，相應地還發展了V型12缸機和直列6缸機民品柴油機系列。
結構特點
12150L柴油機
12150L柴油機是4衝程12缸、水冷、功率為382kW(520馬力)的高速柴油機，在設計上有以下一些特點：
(1)採用V型60°夾角的總體布置 V型布置的發動機便於在坦克內安裝與布置；結構比較堅固，各部分剛性比較好，曲軸的長度較短，因而其抗扭振性能較好，發動機重量也較輕。
採用60°氣缸夾角布置，對柴油機扭矩的均勻性、柴油機的平衡、附屬檔案的布置以及外廓尺寸的高度、寬度與體積等幾方面均比較理想。60°氣缸夾角布置的缺點是發展V型8缸、10缸等系列化產品比較困難。
(2)採用較小的氣缸中心距該柴油機的缸心距較小，缸心距與缸徑之比為1.17,這個比值在同類發動機中是少見的。採用這樣小的缸心距是為了滿足發動機長度小、體積小、單位體積功率高、重量輕的總體設計要求。
但是，小缸心距設計也帶來了以下一系列缺點：
曲軸的主軸頸與連桿軸頸的長度較短，曲柄臂的厚度較小，前者使軸承載荷增大，後者使曲軸的剛度與強度較差；
曲軸箱橫隔板的厚度較小，使曲軸箱的風度較差；
氣缸體內冷卻水道流通面積較小，使冷卻水流速較高，影響到氣缸的冷卻，並且由於氣缸體橫隔板的厚度較小，使氣缸體的剛度較差；
氣體壁厚較薄，剛度不足，容易產生變形，這就必須加大活塞與氣缸套的間隙，造成活塞組工作困難；氣缸套剛度不足還容易使它在工作時產生高頻振動，造成氣缸套與氣缸體的穴蝕。
這些缺點對柴油機的壽命和工作可靠性是不利的。
(3)採用直接噴射式燃燒室該柴油機採用了典型的淺ω型直接噴射式燃燒室，選用了噴孔直徑為0.25mm、噴射角為140°的8孔噴油器偶件。針閥開啟壓力為20.6MPa(210kgf/cm2)。柴油機的壓縮比為15～16。
採用這種燃燒室的優點如下：
燃油經濟性好 由於這種燃燒室的形狀使氣體流動損失較小，燃燒急劇冷卻的表面較小，因而可達到較低的燃油消耗率。該柴油機在標定功率時的燃油消耗率不超過245g/kW·h(180g/馬力·h)。
冬季起動比較容易 這對坦克的戰術性能是很重要的。
緊湊性較好 採用這種形式的直接噴射式燃燒室時，可選用高度較小的活塞，使柴油機的總高度與總寬度減小。因此，雖然這種燃燒室動力性能指標不算高，在標定功率時平均有效壓力Pe只有0.59MPa(6.02kgf/cm2)，但發動機仍能達到比較高的單位體積功率。
這種燃燒室的缺點是：
混合氣質量不高 這是由於氣體在燃燒室內沒有強列的渦流運動。為了保證燃油充分燃燒，要求較大的過量空氣係數。所以這咱燃燒室的動力性能指標(升功率、平均有效壓力)不能達到較高的水平。
工作粗暴 該機的最高爆發壓力一般為7.35MPa(75kgf/cm2)左右，在塞冷的地區冬季起動時可達到8.33～9.31MPa(85～95kgf/cm2)。尤其是壓力升高率很大，使曲柄連桿機構的零件承受很大的機械負荷，對其強度、潤滑、振動和壽命等各方面均帶來很不利的影響。同時，柴油機的噪聲較大，不利於坦克部隊的隱蔽活動。
對燃油的質量要求較高 故多種燃料性能較差。
對燃油霧化情況的敏感性較高 燃料霧化不好影響燃燒過程，最終影響柴油機的動力與經濟指標。
(4)選擇較高的活塞平均速度、柴油機轉速和較大的行程缸徑比該柴油機的活塞行程S為180mm，S/D值為1.2.標定功率時轉速n選為2000r/min，活塞平均速度Cm為12m/s。由於Cm已達到較高的數值，所以就限制了轉速n的繼 續提高，因而進一步提高柴油機的單位體積功率比較困難。
(5)採用主副連桿型式該柴油機採用主副連桿型式，這種連桿結構的優點是左、右排氣缸中心線處在同一平面內；軸承承載面積大，軸承負荷較低，適合於小缸心距的柴油機。其缺點是由於副連桿銷中心線 不在連桿軸頸的軸線上，所以主連桿與副連桿的活塞運動規律不同，兩排氣缸的工作狀態因此有所不同。
(6)採用氣缸體與曲軸箱分開的鋁機體結構
該柴油機由於採用了主、副連桿結構，連桿蓋用銷釘連線，為了保證柴油機總裝配的需要，氣缸體與曲軸箱只能分開製造。這種結構使機體的剛度較差。
氣缸體與氣缸蓋都是以6個氣缸為一整體組成氣缸排，用缸體雙頭螺栓固定在上曲軸箱上。
上曲軸箱為主要承力部件，下曲軸箱只起安裝附屬檔案與油底殼的作用。
採用了薄壁的濕式氣缸套，這是小缸心距所決定的。
採用"帽式"氣缸蓋，也就是將燃燒室容積的一部分直接制在氣缸蓋內。這樣布置的目的是在保持柴油機外廓尺寸為最小時提高氣缸蓋的高度，以增加其剛度。
(7)採用多支承滑動軸承的整體曲軸
該柴油機由於最高爆發壓力很高，所以採用了多支承式的整體曲軸，並採用銅鉛合金滑動軸承。這種結構比較緊湊，重量也比較輕。
曲軸共有6個連桿軸頸和8個主軸頸，其中在功率輸出端設有兩個主軸頸。曲軸功率輸出端兩個主軸頸之間還裝有一個止推滾珠軸承起軸向止推作用。這是沿用航空發動機的設計特點。
由於缸心距較小，曲柄頰的厚度與軸頸的長度都受限制。曲柄頰製成圓形是為了提高強度與剛度，便於加工與平衡。由於曲柄半徑較大，主軸頸與連桿軸頸的重疊度等於零，因此曲軸的剛度和強度較差。
該柴油機的曲軸上沒有安裝任何形式的扭振減振器，這與動力裝置總布置的特點有關，即曲軸不直接裝上飛輪，而是通過齒輪箱增速後，驅支起飛輪作用的主離合器。這樣，柴油機在坦克上使用時有可能避開危險的扭振共振。
為了提高曲軸的疲勞強度，曲軸選用優質合金鋼製造，並在各個容易引起應力集中的部位採取了一些工藝措施。如對曲柄頰、油道、軸頸內腔等非配合表面，也進行磨削或拋光，以避免各種劃道、擦傷引起的疲勞裂紋。
(8)採用頂置氣門與上置凸輪軸的配氣機構該柴油機的每個氣缸配置4個氣門，2個進氣門和2個排氣門，進氣門的直徑稍大。這樣布置的目的是為了增大氣門的通過斷面，並能減小氣門的尺寸。
每個氣缸蓋的上部有2根凸輪軸，分別驅動12個進氣門和12個排氣門。凸輪軸前端裝有齒輪，由驅動機構的斜軸進行驅動。齒輪內裝有調整襯套，可使配氣相位調整精度達到1.75°曲軸轉角。
進、排氣凸輪形狀相同，型線比較簡單，都是圓弧形。
上置凸輪軸通過氣門調整盤(平面推桿)直接驅動氣門。這種結構使氣門桿承受很大的側壓力，因此進、排所門桿部的直徑較大，為18mm。氣門桿內部製成空心，並加工有可擰入氣門調整盤的螺紋。
這種配氣機構的往復運動質量小，適用於高速柴油機，工作比較可靠。這種布置還可使柴油機的總體布置尺寸較為緊湊。但是凸輪軸有4根，結構比較複雜。
(9)採用圓錐齒輪為主的驅支機構
該柴油機採用以直齒圓錐齒輪為主的驅動機構，並配置少量直齒圓柱齒輪。在設計中還採取了以下措施：
對配氣凸輪、噴油泵驅動軸等本應降低轉速(為曲軸轉速的1/2)的軸類，並不直接降低轉速，而是採用先增速後再降速的辦法。這樣使傳遞扭矩減小，便有可能縮小中間驅動齒輪軸的尺寸與重量；
按照傳動比的需要，有幾種齒輪採用了最小齒數12齒，這種齒數的選擇甚至已達到稍有根切的程度，這是為了能減小柴油機驅支系統所占的尺寸重量；
普遍採用花鍵聯接的彈性軸結構，這種結構吸收衝擊載荷的能力較強，結構比較可靠，可減少斷軸、打齒故障；
對慣量較大的扭矩衝擊性較大的附屬檔案如噴油泵、發電機等，採用彈性比較好的聯軸器。
這種驅動機構的布置存在如下缺點：
整個驅動機構是由曲軸前端的曲軸齒輪進行驅動的，當曲軸產生扭振時，其一階振型的節點位於輸入端附近，而曲軸的前端以最大的振幅振動，這樣又將扭振傳給了驅動機構，使驅動機構增加了附載入荷；
驅動機構圓錐齒輪的線速度高，接觸應力大，因此要求齒輪有更高的運動精度和接觸精度，如果製造工藝滿足不了這一要求，在柴油機總裝時就需要對齒輪進行選配，要求嚙合印痕、側隙和側隙差等比較嚴格，齒輪合格率比較低；
驅動機構齒輪軸類出現花鍵磨蝕、齒面磨損等故障較多，壽命較短，是柴油機的薄弱環節之一。
(10)採用緊湊的附屬檔案布置該柴油機的各種附屬檔案儘量圍繞氣缸體和曲軸箱進行布置，儘可能地占有V型機體自由空間，使柴油機外廓尺寸保持為最小。
進氣管布置在V型氣缸體夾角之間，而排氣管位於氣缸體的外側。這樣可以避免位於夾角內的部件如噴油泵等受熱。
噴油泵安排在V型氣缸體夾角之內。目的是儘量接近噴油器，以縮短高壓油管的長度。
水泵、機油泵和輸油泵布置在下曲軸箱上，使其入口位置降低，便於液體輸入。而且外廓尺寸不超過柴油機本體的外廓尺寸。
需要定期保養的例如燃油濾清器、機油濾清器、噴油泵和調速器等附屬檔案，力爭布置在車內容易接近的位置。
發電機與機油濾清器分別布置在上曲軸箱的左、右側，且不超過柴油機外廓寬度尺寸。
這種總布置的最大優點是柴油機的尺寸緊湊。附屬檔案布置存在的缺點是發電機離排氣管較近，受輻射熱影響較大；機油濾清器不易接近，保養比較困難。
(11)選用優質材料該柴油機的主要承載運動件，如曲軸、連桿、驅動機構的彈性軸等均採用優質合金鋼製造，主要是鉻鎳合金鋼。氣缸套、齒輪、噴油泵凸輪軸等主要摩擦件也都採用優質合金鋼製造，並進行表面熱處理。缸體雙頭螺栓、軸承蓋雙頭螺栓、緊固雙頭螺栓等主要緊固件也都採用優質合金鋼製造。
該柴油機機體各主要部件、各種附屬檔案的殼體和各種軸承裝置殼體等結構件大都採用鋁矽合金鑄造。活塞、上曲軸箱軸承蓋和進排氣凸輪軸止推軸承等較重要的結構件採用鍛鋁合金製造。
6150L柴油機
該柴油機是12150L柴油機的6缸、單排直列式變型機。其結構特點是：
(1)曲軸連桿機構由帶飛輪裝有平衡重的短尾曲軸、單連桿和有淺ω型燃燒室的5環活塞組成。
(2)驅動機構採用以直齒圓錐齒輪為主，並配置少量直齒圓柱齒輪的前驅動機構。
(3)配氣機構採用頂置氣門和上置凸輪軸。氣缸蓋上部裝有2根凸輪軸，分別驅動12個進氣門和12個排氣門。
(4)燃油供給系統採用旋板式輸油泵，1個紙質濾芯的燃油濾清器，帶全程離心式調速器的直列多柱塞式噴油泵和閉式8孔噴油器。
(5)潤滑系統採用乾式曲軸箱。各機件軸頸及齒輪均採用壓力潤滑，裝有並聯式基馬夫式機油濾清器。
(6)冷卻系統採用閉式、強制水冷卻。
(7)起動系統採用電起動和空氣起動兩種互相獨立的起動系統。
(8)在柴油機上還安裝有ZFC1500直流發電機和ST-710起動電動機。
型號演變和系列化
12150L的軍品變型系列
12150L柴油機於1958年投產，以後又生產定型了一些變型產品，形成了一個柴油機系列，作為不同軍用車輛的動力。該系列產品的主要區別是所調的功率不同，在結構上有些小的改變，以適應不同軍用車輛的要求。
6150L的軍品變型產品
該柴油機於1963年生產定型，功率為191kW(260馬力)，用作63式履帶裝甲輸送車等車輛的動力。以6150L為基礎，生產了若干軍用和民用機型。
