欧三系列柴油机.docx
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欧三系列柴油机
欧Ⅲ系列柴油机的
结构与装配
目 录
第一部分：
柴油机基础知识
第二部分：
欧Ⅲ柴油机结构
第三部分：
WP10/12系列柴油机总装技术条件
第四部分：
WD10柴油机基本结构
第一部分柴油机基础知识
内燃机已有200多年的历史，今天通常所说的热力发动机起源于1705年，T.Newcomen的蒸汽发动机,将注入气缸的蒸汽用水进行冷却,利用所产生的低压驱动矿山水泵。
1774年JamesWatt发明了蒸气机,掀起了英国的产业革命,但是蒸气机是外燃式发动机,燃料的热量只有6％被有效利用。
使燃料在气缸内部燃烧而产生动力的所谓内燃机起源于1781年Hyghens的设想,将火药爆炸,利用所产生的动力。
1833年提出了直接利用燃烧压力的发动机方案，1838年发明了今天仍然采用的在点火前予先将混合气体压缩的所谓压缩式发动机。
1867年Otto和Langen改进了自由活塞式热量只有6％,热效率达到10％,其后不久,这种发动机统治了整个市场。
狄塞尔发动机诞生比汽油机稍晚几年,是一种旋转式热力发动机,在上止点之后,向气缸中被压缩到200bar的空气吹进碳粉,使之燃烧,（1892-1926）30年间,是狄塞尔发动机的探索和徘徊阶段,燃料系统一直限制了狄塞尔发动机的发展。
柴油机在发展的100多年的历程中有3次重大的技术突破,使柴油机技术达到今天的水平,但其中两次是和燃油系统直接相关,这也说明燃油系统在柴油机技术中的地位。
柴油机技术的三次飞跃
. 机械式燃油系统
狄塞尔发动机初期采用煤粉作燃料,高压空气喷射,由于准确混合的技术难题无法解决,从狄塞尔发动机诞生到Bosch公司推出直列式合成泵的30年间狄塞尔发动机技术上一直处于探索和徘徊过程中。
1927年Bosch公司研制出了直列式合成泵,奠定了泵,管,嘴型燃油系统为柴油机的高速化,改善燃烧,提高性能创造了条件。
其后,美国通用研制成功了单体柱塞泵,康明斯公司开发了泵喷嘴,20世纪60年代研制成功了分配式喷油泵,适用于中小柴油机,为轿车和轻型车的发展开辟了广阔的前景。
增压中冷柴油机
涡轮增压和中冷技术是柴油机的第二次技术飞跃,为柴油机带来了强大的生命力,是提高燃油经济性的基本手段之一。
增压技术在二次大战时用于飞机发动机，20世纪60年代,中冷技术在欧美开发应用。
1978年在欧洲推出了空-空中间冷却器的柴油机柴油机的热效率可达到40％以上
电控喷油技术
从20世纪50年代中期开始,汽车的数量越来越多,汽车的排放物对大气的污染日趋严重,1960年美国加洲制定了汽车排放污染物控制法规，今天面临的技术难题之一就是排放污染物。
1973年由于第1次石油危机,向世人表明了石油资源是有限的,因此降低油耗,节约资源成为重要的追求目标。
1979年出现了第2次石油危机。
对于仅仅根据发动机转速控制喷油量和喷油时间已经远远不能满足要求,需要根据实时转速和实际负荷进行特殊型式的控制,对于这些新的要求,机械式燃油系统已经不能满足要求。
电子控制喷油技术在满足柴油机排放法规和进一步提高燃油经济性,提高安全驾驶性等社会要求的背景下,从20世纪80年代开始,先后被各汽车厂用来控制器喷油定时和喷油量,到目前已经历了3代变化,第一代凸轮压油,位置控制,第二代凸轮压油,时间控制,第三代共轨蓄压,电磁伐时间控制,发展非常迅速。
柴油机的两个30年和两个50年
纵观柴油机和燃油系统发展的历程,可以简单的归纳为:
两个30年和两个50年
第一个30年1893-1927年-是柴油机诞生和探索阶段
第一个50年1927-1970年-是柴油机发展成熟,机械式燃油技术发展
第二个30年1970-2000年-是能源,环境污染新挑战,
电控开发,定型,机械式燃油系统不能满足减少排放,提高经济性
第二个50年2000-2050年-石油资源枯竭,由盛而衰，电控系统发展。
第二部分 欧Ⅲ柴油机结构
WP10/WP12系列欧Ⅲ柴油机
WP10/WP12系列欧Ⅲ柴油机继承了斯太尔欧Ⅱ柴油机的主要结构参数，即缸径，冲程，缸心矩不变，外形安装尺寸基本不变。
一、柴油机功率和转速
WP10柴油机功率范围为199～276kW，额定转速为2200r/min，WP12柴油机功率范围199～353kW，额定转速为2100r/min。
二、柴油机主要结构特点
1、一缸一盖，工作可靠，拆卸方便。
2、右置共轨系统（从发动机自由端看），便于整车布置。
3、框架式主轴承结构，整个机体刚度高，有利于整机的可靠性及使用寿命。
4、中置增压器，系列各机型外型尺寸变化小。
5、全系列六缸直列，通用程度高，便于整车配套。
三、WP10/WP12柴油机技术及性能参数
表1：
WP10欧Ⅲ柴油机主要技术参数
1
气缸数
6
2
型式
液体冷却，4冲程，带排气阀制动，
直喷，增压中冷
3
缸径/行程（mm）
126/130
4
排量（L）
9.726
5
压缩比
17：
1
6
点火顺序
1-5-3-6-2-4
7
冷态气门间隙（mm）
进气门0.3 排气门0.4
4
8
配气相位
（气门间隙：
进气0.4排气0.6）
进气门开 上止点前20°
进气门闭 下止点后34°
排气门开 下止点前49°
排气门闭 上止点后21°
9
节温器开启温度（℃）
83
10
起动方式
电起动
11
润滑方式
压力润滑
12
润滑油容量（L）
32
13
冷却方式
水冷强制循环
14
机油压力（kPa）
350～550
15
怠速机油压力（kPa）
≥100
16
允许纵倾度（°）
前面/后面
长期10/10
短期30/30
17
允许横倾度（°）
排气管边/喷油泵边
长期45/5
短期45/30
18
曲轴旋转方向（从自由端看）
顺时针
表2 WP10欧Ⅲ柴油机主要性能参数
项目
WP10.270
WP10.290
WP10.330
WP10.375
型式
水冷,４冲程,排气制动,直喷,增压中冷
气缸数/每缸气门数
6/4
缸径/行程（mm）
126/130
活塞总排量（L）
9.726
功率范围/额定转速
（kW/r/min）
199/2200
213/2200
243/2200
276/2200
额定功率时燃油消耗率（g/kW.h）
≤215
≤215
≤212
≤210
全负荷最小燃油消耗率
（g/kW.h）
192
喷油装置
电控高压共轨
最大扭矩（N.m）
1125
1200
1360
1500
冷起动－使用冷起动
装置（℃）
-30
排放水平
欧Ⅲ
1米处噪音（dB）
＜97
B10寿命（km）
800,000
表3：
WP12欧Ⅲ柴油机主要技术参数
1
气缸数
6
2
型式
液体冷却，4冲程，带排气阀制动，
直喷，增压中冷
3
缸径/行程（mm）
126/155
4
排量（L）
11.596
5
压缩比
17：
1
6
点火顺序
1-5-3-6-2-4
7
冷态气门间隙（mm）
进气门0.4 排气门0.6
8
配气相位
（气门间隙：
进气0.4排气0.6）
进气门开 上止点前20°
进气门闭 下止点后34°
排气门开 下止点前49°
排气门闭 上止点后21°
9
节温器开启温度（℃）
83
10
起动方式
电起动
11
润滑方式
压力润滑
12
润滑油容量（L）
36
13
冷却方式
水冷强制循环
14
机油压力（kPa）
350～550
15
怠速机油压力（kPa）
≥100
16
允许纵倾度（°）
前面/后面
长期10/10
短期30/30
17
允许横倾度（°）
排气管边/喷油泵边
长期45/5
短期45/30
18
曲轴旋转方向（从自由端看）
顺时针
表4：
WP12欧Ⅲ柴油机主要性能参数
项目
WP12.375
WP12.400
WP12.440
WP12.480
型式
水冷,４冲程,排气制动,直喷,增压中冷
气缸数/每缸气门数
6/4
缸径/行程（mm）
126/155
活塞总排量（L）
11.596
功率范围/额定转速
（kW/r/min）
276/2100
294/2100
323/2100
353/2100
额定功率时燃油消耗率（g/kW.h）
≤210
≤215
≤210
≤212
全负荷最小燃油消
耗率（g/kW.h）
192
喷油装置
电控高压共轨
最大扭矩（N.m）
1630
1780
1920
1970
冷起动－使用冷起动
装置（℃）
-30
排放水平
欧Ⅲ
噪音（dB）
＜98
B10寿命（km）
800,000
表5：
WP12欧Ⅲ柴油机主要性能参数
项目
WP12.270
WP12.290
WP12.330
型式
水冷,４冲程,排气制动,直喷,增压中冷
气缸数/每缸气门数
6/4
缸径/行程（mm）
126/155
活塞总排量（L）
11.596
功率范围/额定转速
（kW/r/min）
199/2100
213/2100
243/2100
额定功率时燃油消耗率（g/kW.h）
≤210
≤210
≤210
全负荷最小燃油消
耗率（g/kW.h）
192
喷油装置
电控高压共轨
最大扭矩（N.m）
1190
1270
1450
冷起动－使用冷起动
装置（℃）
-30
排放水平
欧Ⅲ
1米处噪音（dB）
＜98
B10寿命（km）
800,000
四、WP10/WO12欧Ⅲ柴油机基本结构
1、气缸体、曲轴箱
采用低噪音外部结构设计，WP10和WP12凸轮轴位置统一，为适应将来整车匹配的需要，将进、排气管的位置相对于现WD615/WD618柴油机左右镜射。
机体从主轴承孔中心平面分为两部分，上部为气缸体，下部分为曲轴箱。
曲轴箱与七件主轴承构成一个刚性很好的整体式框架。
在框架与气缸体之间没有垫片，仅在装配时在气缸体底平面涂以乐泰510号密封胶。
气缸体底与曲轴箱之间除用14个主轴承螺栓（M18）紧固外，两侧还有24个（M8）螺栓将其形成一个良好的刚性结构。
采用了相当紧凑的等气缸中心距（150mm）和薄壁（2mm）干式缸套。
机体前视左侧有前后贯穿的主油道。
右侧有副油道，有6个冷却喷嘴与之联通，用于喷油冷却活塞。
?
主轴瓦为薄壁、表面有减磨镀层的合金瓦。
2、曲轴、飞轮
考虑到承受165bar的最高爆发压力，设计时采用较大的主轴径和连杆轴径使曲轴强度更高；较大的主轴承和连杆轴承面积减小了轴承单位面积上的压力，使轴承更可靠；此外曲轴前端轴径得到了强化，相比于欧Ⅱ机型，允许曲轴前端有更大的扭矩输出。
曲轴是用合金钢模锻制成，带有12个平衡块，氮化处理，需进行动平衡。
在曲轴前端装有硅油减振器，曲轴的前后油封为盒式油封。
曲轴齿轮是热装到曲轴上的。
采用SAE1飞轮壳和飞轮（飞轮结合盘直径φ475），齿圈与飞轮用螺栓紧固。
3、活塞、连杆
采用强制冷却的内冷油道活塞，提高了活塞和活塞环的使用寿命。
设计先进的活塞环既保证其使用寿命又可以满足低机油耗的要求。
第一道环槽采用铸铁镶圈，要求与活塞本体有极好的粘结，保证有较好的粘结强度和传热效果。
活塞上有2道气环和1道刮油环，第一道是铸铁镶圈内的双面梯形桶面环，上部带有切口，第二道气环是锥面环，第三道是撑簧铸铁油环，双刃表面镀铬。
活塞按重量分组，同一组活塞质量差规定在10g以内。
活塞冷却：
带内冷油道活塞，它要靠喷嘴提供机油来达到冷却目的，但是，当柴油机在低速和怠速情况下，活塞的热负荷并不是很高，过多的供油反而使活塞传热增多，有效功降低，并不利于燃烧，同时为保证柴油机运转有足够高的压力润滑。
因此，我们在喷嘴中使用了限压阀，当机油压力低于0.15MPa，此时柴油机一般处于低速情况下，此时，机油压力低，不足以克服弹簧压力打开限压阀，限压阀关闭机油通道，喷嘴不向活塞喷油。
随着转速的提升，柴油机机油压力升高，当机油压力大于0.15MPa，开始克服弹簧压力，限压阀开始开启，喷嘴开始喷油。
随着机油压力的升高，限压阀开启程度越来越大，直至全开。
这样，就保证了柴油机在不同工况下对内冷油道活塞的不同程度的冷却，即保证了活塞良好的散热，又降低了机油的消耗。
连杆：
使用两个M14×1.5的连杆螺栓连接，连杆螺栓扭紧时须按转角扭紧法规范要求。
注意：
连杆螺栓只允许使用一次后即应调换。
不允许超限使用，否则可能会产生螺栓断裂机器毁坏事故﹗
装机时同组连杆质量差规定29g以内。
4、配气机构与进、排气系统
WP10/WP12系列柴油机采用齿轮室与飞轮壳为一体式结构，后置齿轮传动，降低齿轮噪声提高整体可靠性。
采用四气门结构，通过无导向的气门桥驱动气门，在气门桥及排气门摇臂中带有排气门制动（EVB）零部件，有效提高整机制动效率。
三段式排气管，增压器中置。
采用电子加热法兰取代现欧Ⅱ机使用的火焰预热起动装置，可以有效解决冬季冷起动过程中冒“白烟”的现象，并实现-30℃环境下顺利工作。
气门及EVB间隙调整：
活塞位于上止点位置；
松开螺母1；
调整调整螺栓1，直到与气门桥的接触面积为0；
松开螺母2；
调整调整螺栓2，在调整螺栓2与气门桥之间插入0.6mm塞尺；
调整调整螺栓2，至活塞到底为止，夹住塞尺；
调整气门间隙0.6mm，转动调整螺栓直到塞尺无间隙，保持此状态，锁紧螺母；调整调整螺栓1，在气门桥与调整螺栓1之间插入0.4mm塞尺；
调整调整螺栓1，至活塞到底夹住塞尺为止，保持此状态，锁紧螺母；
再次检查气门间隙，必要时进行调整。
5、气缸盖
设计过程中采用先进的模拟分析软件系统对进、排气道进行全新开发，保证进、排气及燃烧系统的合理匹配。
气缸盖采用四气门结构，低涡流比。
是一缸一盖结构的六面加工体，进排气道分布于两侧。
每一个气缸盖有4根M14的气缸盖主螺栓及4根M12×1.5的与临缸共用的双头螺柱，副螺母通过具有V型压紧面的压紧块压紧，在两端头处采用悬挂式压紧块。
气缸盖主螺栓及副螺母均用转角扭紧法拧紧。
气缸盖上喷油器竖直安装在进排气门之间位置。
气缸垫是钢板式结构，允许重负使用，但要认真检查，如有损坏，应予以更新。
气缸盖、气缸垫与机体都分别有定位，安装时予以注意﹗
6、燃油喷射及供油系统
采用Bosch公司的高压共轨系统,使发动机能够满足最高1600bar的喷油压力，实现燃油量与正时的灵活控制，达到低排放与低油耗。
共轨用电子控制装置（EDC）包括三个主要系统模块：
（1）、用于收集发动机和车辆运行条件的传感器和设定值发生器。
它们将不同的物理参数转换成电子信号。
（2）、电控单元（ECU），它根据特定的数学计算方式把从传感器和发生器收集到的信号处理成电子输出信号。
（3）、执行机构，将ECU的电子输出信号转换成机械参数。
高压电控共轨是新一代绿色柴油机的燃油系统，WP10/WP12系列欧Ⅲ柴油机采用Bosch公司生产的高压共轨系统。
（1）、回油
安装回油管时应避免与汽车的高温部件接触，回油管内不允许存在接流区域。
回油管不可接触锋利的边缘，不可拆成尖角，更不可被扭曲。
回油管的不当安装会引起燃油泄漏到发动机上。
回油是经过气缸盖的内部回油。
在这种喷油器安装孔在气缸盖内的方式中，必须确保回油能够完全密封。
（2）、内接式高压连接
高压燃油经过气缸盖内部的进油接头通向喷油器。
在对一个标准的进油接头进行适当的高压密封时，最小需要12KN预压紧力，最大允许22KN。
过大回引起进油接头过载而发生泄漏。
7、前端辅助系统
包括风扇、水泵、发电机和空调机的前端辅助系统，由两根多楔带驱动；采用自动涨紧皮带轮，可以实现皮带松紧度的自动调节；风扇位置可根据用户要求调整。
8、后端驱动齿轮系统
齿轮室后置，整个齿轮系采用低噪音设计，驱动起动机、液压泵、喷油泵和空压机（1或2缸）部件，预留PTO输出接口，可以满足1000Nm的功率输出。
9、油底壳
由于欧Ⅲ柴油机的最高爆发压力提高，机油中的烟灰成分相对较多，因此设计时考虑增大油底壳的机油容量，从而延长机油更换期。
为降低噪声，采用三层复合板材料，使驾乘更为舒适。
五、整车匹配技术要求
1、 进气系统
2、
（1）、进气口带电加热冷启动装置，加热器参数24V,1.9W
（2）、额定转速时进气流量
WP12………….…1860kg/h（480PS,以下同）
WP10………….…1700kg/h（380PS,以下同）
（3）、中冷器型式 空－空冷却
（4）、建议的中冷器散热面积
WP12………….…≥50m2 （参考）
WP10………….…≥40m2 （参考）
（5）、额定工况，中冷器压力降5kPa
2、排气系统
（1）、允许的最大背压值 6kPa
（2）、建议的排气管最小直径 Φ80mm
（3）、最大排气温度
-增压器前 700℃
-增压器后 550℃
3、冷却系统
（1）、冷却液
不同的环境温度所需的冷却液中乙二醇与水的比例不同
-环境温度≥－10℃时 33％乙二醇＋水
-环境温度≥－26℃时 50％乙二醇＋水
-环境温度≥－35℃时 56％乙二醇＋水
（2）、柴油机内部冷却液容量
-WP12………….…25L
-WP10………….…22L
（3）、节温器开启温度83℃，全开温度95℃
（4）、柴油机冷却液出口温度：
86℃，进口温度：
80℃,短时间内允许冷却液的最高温度105℃
（5）、建议冷却液散热器散热面积：
WP12………….…60m2（参考）
WP10………….…50m2（参考）
（6）、推荐膨胀水箱容积和冷却系统总容比15%
（7）、风扇：
带硅油离合器的环形风扇，WP12和WP10直径分别 为Φ704和Φ640
4、润滑系统
（1）、柴油机润滑机油的容量
-整机内 40L
-油池内 36L（最小30L）
（2）、正常运行时机油压力范围（油温≥80℃时）100～600kPa
柴油机启动时瞬间机油压力峰值 1000kPa
正常运行的机油压力最小值
-额定工况 380kPa
-怠速工况 100kPa
（3）、油池内机油允许最高温度 120℃
（4）、油池允许的倾角
-纵倾：
-公路车用
-长期（前/后）10°/10°
-短期（前/后）30°/30°
5、燃油系统
（1）、柴油机自带油水分离和燃油加热的燃油粗滤器
（2）、燃油粗滤器
-流量 420L/h
-过滤精度3～5μm
-过滤效率>67％
-油水分离器的储水容量：
0.5L,手动放水
-燃油加热器使用电压24V,功率350±35W
-滤芯更换时间30000公里（参考）
（3）、燃油滤清器
-流量 400L/h
-过滤精度 3～5μm
-过滤效率 ≥98.6％
-滤芯更换时间30000公里（参考）
（4）、燃油进油口M16x1.5，回油口φ4壁厚1
（5）、最大燃油供油量 4524cm3 /Rev
（6）、输油泵吸油压力 35kPa
（7）、输油泵流量 260L/h
6、电控系统
（1）、采用高压共轨的系统
（2）、ECU提供89针脚同整车相连，使用24V电压，
ECU固定在发动机上
（3）、采用CAN总线和整车电控系统通信
7、电气系统
（1）、系统电压 24V
（2）、起动机功率5.4kW
（3）、发电机
-功率980～2240W（35～80A）
-调节电压值24V
-额定工作转速6000r/min
-最高工作转速（短时间）15000r/min
-工作温度－40℃～80℃
（4）、机油压力传感器
-接口尺寸 Φ14.75±0.15
-工作电压 6～24V
-工作温度 －25～+100℃
-测量范围 0～500kPa
（5）、水温传感器
-接口螺纹尺寸M12×1.5
-工作电压 6～24V
-触点功率 1.2～3W
-报警温度 96±3℃
8、制动系统
（1）、空气压缩机
-冷却方式水冷
-输气量
-发动机额定转速时 640L/min
-发动机怠速时 180L/min
（2）、转向液压助力泵
-压力 18Mpa
-流量 16L/min
-进油口尺寸M18X1.5
-出油口尺寸M26X1.5
六、WEVB辅助制动系统
由于汽车进一步向重型化方向的发展，从而对制动功率提出了更高的要求。
重卡及其他大型车辆在长坡道上沿坡道下坡行驶时，在重力的作用下，使车辆沿坡道加速下行。
此时如果无外加阻力矩与此重力相抵消，车辆会失去控制。
如果在漫长的坡道上使用刹车系统，会使刹车系统损坏，造成重大事故。
为确保车辆安全行驶，增强产品的市场竞争力，潍柴决定在所有的汽车发动机上装备排气阀制动装置，进一步提高整车的制动功率。
在欧美，重载柴油机的辅助制动已作为强制性安全法规，必须装备。
排气制动（EVB）
为确保车辆安全行驶，满足客车产品发展需要，在WD615客车用柴油机上采用了排气阀制动装置，进一步提高了整车的制动功率。
?
采用排气阀制动装置与传统蝶形阀排气制动装置相比，发动机的制动效率可以提高大约65%。
随着安全意识的提高,越来越多的载货汽车装备了排气制动装置。
这种传统的排气制动装置是采用蝶形阀关闭排气通道的方法,使活塞在排气行程时受到气体的反压力,阻止发动机运转而产生制动作用,达到控制车速的目的。
采用EVB（排气门制动）的制动效果
?
与传统蝶形阀排气制动装置相比，采用排气阀制动技术后，发动机的制动效率可以提高大约55%。
?
发动机在2600r/min时，制动功率为230kW。
?
整车道路试验表明，车辆在某一相同的挡位、载重下，通过长下坡时，
装备WEVB：
发动机转速为2100r/min；未装备WEVB：
发动机转速为2600r/min。
工作原理
排气阀制动建立在传统的蝶形阀排气制动装置之上。
当蝶形节流阀关闭时，柴油机在汽车重力的拖动下类似于压缩机工作。
当排气管内的排气压力增加到足以使处在进气
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