做好自主品牌的发动机

2024年1月8日发(作者：比亚迪图片)

第３３卷（２０１１）第４期　柴油机　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎ￣．ｅ　Ｖｏ１．３３（２０１１）Ｎｏ．４　ｆ　ｉ　………。…………………　做好自主品牌的发动机　孙良艳，蔡为道。宁　宁，李宁，罗爱强，霍荣康　（广州柴油机厂股份有限公司，广东广州５１０３７１）　摘　要：简要介绍了广州柴油机厂股份有限公司一直以来所走的致力于开发自主知识产权的中速　柴油机之路；着重介绍了自主品牌Ｇ３２柴油机的结构特点和先进的技术性能，以及降低ＮＯ　排　放的技术措施和试验情况；并对天然气发动机和某新系列柴油机的开发情况作了简单介绍，由　此，对开发实现节能、环保、可靠的新一代中速柴油机的技术途径进行了探讨。　关键词：柴油机；设计；性能；节能减排　中图分类号：ＴＫ４２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４３５７（２Ｏｌ１）０４—０００６—０５　Ｍａｋｅ　ｔｈｅ　Ｂｅｓｔ　Ｓｅｌｆ－ｏｗｅｎｄ　Ｂｒａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｓｕｎ　Ｌｉａｎｇｙａｎ，Ｃａｉ　Ｗｅｉｄａｏ，Ｎｉｎｇ　Ｎｉｎｇ，Ｌｉ　Ｎｉｎｇ，Ｌｕｏ　Ａｉｑｉａｎｇ，Ｈｕｏ　Ｒｏｎｇｋａｎｇ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｆａｃｔｏｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，　Ｇｕａｎｇｄ０ｎｇＧｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０３７　１）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｆａｃｔｏｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｏｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ—　ｓｐｅｅｄ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｓｅｌｆ－ｏｗｎｅｄ　ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｉｇｈｔｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｇ３２　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＮＯ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｅｎｇｉｎｅ　ａｎｄ　ａ　ｎｅｗ　ｓｅｒｉｅｓ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅｒｅａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｆｈｅ　ｎｅｗ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｄｉｕｍ－?ｓｐｅｅｄ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃ??　ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ，ｅｃｏ—ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ—ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ｄｅｓｉｇｎ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　１　广州柴油机厂股份有限公司简介　建于１９１１年，前身为协同和机器厂，１９１５年　制造出中国第一台船用柴油机（图１），２０１０年改　制，更名为广州柴油机厂股份有限公司（ＧＤＦ）。　二十世纪七十年代与华南工学院、广东工学院　功目前国内强化度最高、整体性能优越的６Ｇ３２柴　油机（图２），在此基础上公司又陆续开发了　６Ｇ３２Ａ、８Ｇ３２、８Ｇ３２Ａ、９Ｇ３２等型柴油机。目前　已有１００多台投入使用。　合作，成功开发６３２０ＺＣｄ柴油机，并在１９７７年荣　获国家科学奖；之后陆续开发６３２０ＺＣｄ－２／－４／－６、　８３２０ＺＣｄ－４／－６／一８、１２Ｖ３２０ＺＣｄ型柴油机。　二十世纪九十年代和七一一研究所合作开发　６２３０ＺＣ柴油机，并陆续开发６２３０ＺＣ－４、８２３０ＺＣ、　８２３０ＺＣ４等型柴油机。　２　自主品牌Ｇ３２柴油机介绍　２００７年，与七一一研究所共同研制、开发成　图１　中国第一台船用柴油机　

２０１１年７月　孙良艳等：做好自主品牌的发动机　２．１　Ｇ３２柴油机主要技术特点　（１）性能可靠；　（２）燃油耗率低；　（３）在整个运行转速范围内实现无可见烟色；　（４）采用机内净化控制，柴油机ＮＯ　排放达　到ＩＭＯ　Ｔｉｅｒ－ＩＩ，实现低碳环保；　（５）可燃用３８０ｃＳｔ／５０℃重油。　２．２　Ｇ３２型船用柴油机主要技术参数　图２　６Ｇ３２型船用柴油机　Ｇ３２型船用柴油机主要技术参数见表１。　表１　Ｇ３２型船用柴油机主要技术参数　型号　６Ｇ３２　６Ｇ３２Ａ　８Ｇ３２　８Ｇ３２Ａ　９Ｇ３２　型式　直列、四冲程、直接喷射、增压、中冷、不可逆转　气缸数　６　８　９　气缸直径Ｄ／ｍｍ　３２０　活塞行程Ｓ／ｍｍ　４８０　持续功率ＭＣＲ／ｋＷ　２　６６５　２　９３０　３　５５２　３　９０６　４　４００　转速　（ｒ／ｍｉｎ）　６００　平均有效压力Ｐｉｎｅ／ＭＰａ　２．３０　２．５３　２．３０　２．５３　２．５３　最高燃烧压力Ｐｍａｘ／ＭＰａ　≤１９　活塞平均速度Ｃ　／（ｍ／ｓ）　９．６　活塞排量　（Ｌ／ｃｙ１．）　３８．６　燃油消耗率６／，ｇ／（ｋＷ?ｈ）　１８５　滑油消耗率ｃ／ｇ／（ｋＷ－ｈ）　０．８　主要尺寸（Ｌ×Ｂ×Ｈ）／ｍｍ　５　５８０×１　９７０×３　８（１５　６　７　×２０５８×３　７７０　７　２５７　ｘ２　ＯＯＯ　×４　０６０　重量Ｗｏ／ｋｇ　３９　０００　４９　５００　５６　０００　２．３　实现性能指标的主要技术途径　度，更好地和增压空气充分混合与蒸发，缩短滞燃　（１）局的Ｐ…／ｐ　。　期，改善燃烧性能十分有利，从而获得较低的燃油　Ｇ３２柴油机的最高燃烧压力Ｐ　为１９　ＭＰａ，平　消耗率，较低的气阀和活塞工作温度。　均有效压力Ｐ　为２．３～２．５３　ＭＰａ，Ｐｍａｘ／Ｐ　。＝７．５～　８．２６，该值一般为７．０～８．５。选择合适的Ｐｍａｘ／Ｐ　。　比值，保证了在适当制造成本前提下获得良好的发　动机经济性、可靠性和寿命。　（２）等压燃烧　为了控制排放指标，采取了提高压缩压力、减　小高负荷工况喷油提前角、缩短喷油持续期、控制　图３　ＡＢＢ公司增压器　最高燃烧压力等技术措施。　选用ＡＢＢ公司ＴＰＳ或ＴＰＬ系列高效率增压器　（图３），采用较大的压缩比，使额定工况下的压缩　压力ｐ　达到１７　ＭＰａ，压力升高比入为１．１，从而有　效地控制了最高燃烧温度，以实现近似于等压燃烧　的缸内过程，达到高效、清洁燃烧的效果。　（３）高压喷射　Ｇ３２系列选用工作压力为１５０　ＭＰａ的高压油泵　（图４）。燃油凸轮型线经过优化设计，以提高燃油　喷射速率和实现高压喷油，对于保证油粒的微细　图４　Ｇ３２高压油泵和喷油器　

柴油机　第３３卷第４期　（４）燃烧室　（７）大行程缸径比（Ｓ／Ｄ）　为了有效地控制Ｇ３２柴油机的排放特性，采　Ｇ３２柴油机选择Ｓ／Ｄ＝４８０／３２０＝１．５，长冲程　与高压缩比、高增压比相配合，实现了足够高的宽　敞燃烧室造型，有利于燃烧过程的组织，使燃烧充　分。宽敞燃烧室使喷入的燃油尽可能好地与压缩空　气混合，且尽可能少地与低温燃烧室壁面接触。　Ｇ３２柴油机采用双排结构的多孔式喷油嘴，双排孔　用均质预混合燃烧。考虑到燃烧室形状对组织混合　气形成和燃烧质量有重要影响，所以对行程缸径　比、压缩比、增压比等与燃烧室造型相关的因素作　了具体分析，进而确定其设计值。　图５　Ｇ３２柴油机活塞　目　使油束在燃烧室内分布均匀，较小的孔径保证了燃　油雾化效果。　（５）高增压比　高增压比对降低ＮＯ　的排放有利。随着压缩比的　提高，燃烧室里参加燃烧的空气密度也提高。高增压　比提供了适宜的过量空气系数，使燃烧室的峰值温度　较低和持续时间较短，有利于减少ＮＯ　排放。　（６）高压缩比　与燃烧室造型有关的另一要素是压缩比。从热　力参数设计考虑，随燃烧压力的上升，压缩比也应　图６　Ｇ３２柴油机气缸盖　２．４特殊性能测试，掌握Ｇ３２柴油机基础数据　（１）气缸压力波、供油压力波、进／排气压力　波测试，为零部件的强度校核计算提供基础数据；　（２）动态应力测试（图７），掌握机体结构强度　数据；　适当提高。采用高的压缩比使燃烧压力增长梯度缓　和，以适当控制机械负荷并获得较为满意的燃油消　耗率。压缩比高的重要优点是燃料着火性能良好，　高的压缩终点温度和压力使滞燃期缩短。在高压缩　比条件下，实现软压力分布和软燃烧分布，实现较　低ＮＯ　生成。　（３）热平衡测试，掌握热量分布及柴油机热效　率数据；　（４）燃烧室温度场测试，掌握气缸盖、气缸　套、活塞温度场及热应力数据。　２０　墨　１　１５　２５　５０　７５　９０　１ＯＯ　负荷　图７　Ｇ３２柴油机动态应力测试现场　２．５轴瓦使用情况　（１）２０００年以来，薄壁轴瓦材料的国际标准　ＩＳ０４３８３先后删除全部含镉（Ｃｄ）的铝合金牌号和对　合金轴瓦（图８ａ）替代含铅高达８８％～９２％的铜铅　合金三元表面镀层轴瓦（图８ｂ）。这种轴瓦已在高　强化度的Ｇ３２柴油机上安全运行１２　０００　ｈ。　（３）通过全面测量、计算比较，证明两者的磨　损状态和使用效果相当。　环境危害大的铅基巴氏合金牌号。　（２）通过与国内专业厂的合作，用钢背中锡铝　

２０１１年７月　孙良艳等：做好自主品牌的发动机　ｂ　图８　２．６　Ｇ３２柴油机获奖情况　（１）２００８年１１月１０日，Ｇ３２系列柴油机通过　由中国船舶重工集团公司主持的“Ｇ３２系列柴油机　的研制”项目成果鉴定；　（２）“Ｇ３２系列柴油机的研制”还获得中国船　舶重工集团公司２００９年科学技术一等奖（图９）。　２．７　Ｇ３２柴油机典型客户　（１）粤海铁路３、４号渡轮主机　台８Ｇ３２　柴油机；　（２）４５００Ｔ全回转起重船　台ＣＣＦＪ３３８０Ｊ．　Ｗ发电机组（原动机：８Ｇ３２柴油机）；　（３）华联盛１号挖泥船——配置９Ｇ３２柴油机。　３　自主知识产权　目前公司已获得授权的国家专利２３项（表２）。　表２获得的有关国家专利２３项　序号　项目　类型　０１　气缸盖（Ｇ３２）　外观　０２　一种可调整相位角的大功率柴油机凸　实用新型　轮轴结构　０３　一种柴油机连杆油道结构　实用新型　０４　一种用于大功率中速柴油机连杆齿形　实用新型　加工的专用刀具　０５　缸套（Ｇ３２）　外观　０６　一种柴油机船用式连杆大端上瓦拆装　实用新型　工具　０７　一种中速柴油机的进、排气装置　实用新型　０８　一种柴油机喷油器冷却单元　实用新型　续表　序号　项目　类型　０９　一种柴油机用滑油滤器的低压安全供　实用新型　油装置　１０　一种机械孔成形抛光工具　实用新型　１１　一种柴油机球墨铸铁曲轴及其无冒口　发明　铸造工艺　１２　一种组合阀芯的大功率柴油机起动阀　实用新型　１３　一种分体式柴油机汽缸盖垫片　实用新型　１４　一种滑油流量可调的大功率柴油机气　实用新型　门顶头的过油螺栓　１５　无液压冲击调压阀　实用新型　１６　一种无Ｙ轴大型曲轴数控深孔钻床　实用新型　１７　一种大马力中速柴油机曲轴骨牌位的　实用新型　加工用锯切锯床　１８　一种数控机床用沉孔反刮刀具　实用新型　１９　一种柴油机曲轴连杆轴颈车削用支承　实用新型　夹具　２０　重型曲轴车床刀架滑动结构　实用新型　２１　柴油机机体凸轮轴孔加工设备　实用新型　２２　一种用于检测曲轴曲颈的偏心距工具　实用新型　２３　一种大功率曲轴各档曲柄销夹角的检　实用新型　测工具　４　ＩＭＯ　ＩＩ排放技术介绍　国际海事组织最新的《船用柴油机氮氧化物　排放控制技术规则２００８．ＩＭＯ　Ｔｉｅｒ　ＩＩ排放要求》于　２０１１年１月１日全球强制实施，适用于该日期后　建造或装船的发动机。对中速机，ＩＭＯ　Ｔｉｅｒ　ＩＩ　ＮＯ　排放量规定值相对Ｔｉｅｒ　Ｉ的约需降低２０％。如此，　中速柴油机仅采用减小喷油提前角等传统方法是不　够的，必须考虑采用新的降排技术或多种降排放技　术的组合方案。公司采用多种降低排放技术组合，　ＮＯ　排放降低效果明显。　（１）增压中冷技术　采用双室中冷器调节其冷却水量、水温，达到　降低和控制增压中冷后的进气温度，可在一定程度　上抑制ＮＯ　排放的生成。　排放测试结果显示：平均进气每降低ｌ０℃，　ＮＯ　排放下降约１．５％左右，说明降低柴油机中冷　后进气温度，是降低柴油机排放的有效措施之一。　（２）雾化喷水技术　该技术主要采用雾化喷嘴将一定压力的水雾直　接喷人进气总管或进气歧管，降低最高燃烧温度，　从而降低ＮＯ　的生成，达到降低排放的目的。　试验结果显示：在进气道适量雾化喷水，可明　显地降低柴油机ＮＯ　排放，雾化喷水后排放降幅　约为２０％左右，同时排气温度也有所降低，但燃　

柴油机　第３３卷第４期　油耗率略有上升。至于雾化喷水对燃烧室相关零件　国　是否存在负面影响，需进一步评估。　（３）米勒定时（Ｍｉｌｌｅｒ　Ｔｉｍｉｎｇ）技术　米勒定时是应用于内燃机上的能同时减少ＮＯ　排放和燃油耗率的措施之一，在降低排放同时提高　发动机效率。米勒定时通过适当改变进气阀的开启　或关闭的时间及配置高增压系统等，在进气冲程活　塞到达下止点前或下止点关闭进气阀，在下止点时　气缸内增压空气会再膨胀吸热，因而可降低气缸内　部的压力和温度，故有利于减小整个燃烧循环的温　度，降低了ＮＯ　排放。　在国内，ＧＤＦ首先将该技术应用于中速柴油　机。　采用米勒定时等技术试验案例如图ｌ０所示。　＋Ｎｏ／ｇ／（ｋＷ　Ｉ讳◆一ｇｊｇ／（ｋＷ＿ｈ１　（４）多种技术组合方案　采用强米勒效应、增压中冷技术及结合优化燃　油系统技术等多种技术组合，按照ＩＭＯ　Ｔｉｅｒｌｌ有关　测量规定，由上海沪江排放检测公司进行排放测试。　测试结果显示：９Ｇ３２柴油机（作为Ｇ３２母型　机），ＮＯ　排放值：９．６５　ｇ／（ｋＷ?ｈ）（Ｅ３循环）、　８．６８　ｇ／（ｋＷ?ｈ）（Ｄ２循环），完全符合ＩＭＯ．Ｔｉｅｒ１１　排放要求。　２３０系列、３２０系列柴油机也相继获得排放证　书。图１１为中国船级社颁发的Ｇ３２系列柴油机　ＩＭＯ　１１排放证书。　５　６２３０ＳＧ天然气发动机介绍　６２３０ＳＧ天然气发动机（图１２、１３）是ＧＤＦ与　国外专业研究所合作研发的低碳环保型新产品。　其主要技术特点：功率与柴油机相当；ＮＯ　低　（为２　ｇ／（ｋＷ?ｈ））；碳化物：为柴油机的７０％；颗　粒：为柴油机的３％；采用电子计算机控制系统等　多项专有技术，可实时监控空燃比、排气温度和点　火正时等　…　ｊ　：－；　…—　！　一　图１１　ＩＭＯ¨排放证书　图１２　６２３０ＳＧ天然气发动机　图１　３　６２３０ＳＧ天然气发动机试验台架　６２３０ＳＧ天然气发动机主要技术参数，见表３。　表３　６２３０ＳＧ天然气发动机主要技术参数　气缸数　６　气缸直径／ｒａｍ　２３０　活塞行程／ｒａｍ　３ｏｏ　功率／ｋＷ　８１０　转速／（ｒ／ｒａｉｎ）　７５０　平均有效压力／ＭＰａ　１．７３　最高燃烧压力／ＭＰａ　＜１３．５　活塞平均速度／（ｍ／ｓ）　７．５　燃气消耗率／ｋＪ／（ｋＷ?ｈ）　８　２００　滑油消耗，率／ｇ／（ｋＷ?ｈ）　０．８　ＮＯ　排放／ｇ／（ｋＷ?ｈ）　２．０　排气温度／￣Ｃ　３８０　（下转第２４页）　

柴油机　第３３卷第４期　滚压，提高表面光洁度和硬度，能使积碳大大减　少，控制柴油机由于积炭造成的排气温度不断升　高，排气质量不断下降的程度，提高产品使用寿　命。　４．５　其他　果非常明显。在不改变原材料的情况下，利用滚压　硬化技术来提高产品性能是最经济、最有效的方法　之一。此项技术提高了产品机械性能和使用寿命。　在柴油机领域的应用，可加快推进进口柴油机部件　国产化的进程；为提高柴油机性能提供安全可靠的　关键零部件；为我国引进专利制造及自主品牌高性　目前，高性能工业阀门，我国完全依赖进口，　主要是因为密封面质量不高。利用滚压技术可以很　好地解决这一难题，可加快此类产品国产化的进　程。　能柴油机基础零部件提供有力保障。　滚压硬化技术如果能得到有效推广，它的应用　范围是非常广阔的，常规机械加工，主要是车、　５滚压硬化技术经济高效，前程广阔　滚压技术针对以上产品的试验与应用表明，效　铣、刨、磨，可以加一项“滚”，无论产品什么形　状，能加工即能滚压。希望能为我国基础工业的发　展，贡献一点绵薄之力。　（上接第１０页）　６开发新系列柴油机　目前ＧＤＦ正在自主研发新系列的柴油机（图　１４），研制的指导原则：　主要采用三维软件进行设计，并对关键零部件　进行有限元分析优化设计（图ｌ５）。　（１）更高的可靠性；　（２）低碳、环保；　（３）进一步提高经济性；　（４）消化吸收国外先进技术；　（５）选用国内外先进的配套件；　（６）合理选用材料；　（７）提高产品的“三化”程度。　图１４　自主研发新系列的柴油机　机体　连杆　气缸盖有限元分析结果　图１　５　关键零部件进行有限元分析优化设计　参考文献　［１］霍荣康，孙良艳．Ｇ３２系列中速柴油机的设计特点［ｃ］　中国造船工程学会２００７年优秀学术论文集，２００８．　［２］霍荣康，高德明．８Ｇ３２型船用中速柴油机的设计开发［Ｊ］　柴油机，２００８，３０（３）：１—６．　【３］霍荣康，李宁．９Ｇ３２型船用中速柴油机的设计开发［Ｊ］　广东造船，２０１１（２）．