WD145TAD33柴油机的开发

吴正华（上海齐耀发动机有限公司，上海201108）

1 引言

根据对国内发电用柴油机市场的调研分析，目前国产的6缸柴油机的功率在250 kW以下的较多，特别是缸径小于140mm的柴油机，功率在300 kW以上、体积较小的柴油机几乎是空白。按照公司的发展战略要求和市场需求，开发了大功率WD145TAD33柴油机。

WD145TAD33柴油机的额定功率提升到339 kW，超负荷功率达到373 kW，这样就可以配功率300 kW的发电机组。该项目如开发成功，可以作为W 12V135AZD的替代产品，由于其成本较W 12V135AZD柴油机低，适用于高楼、商场、娱乐场所、酒店和厂矿企业的常用或者备用电源，所以必将具有一定的市场竞争力。WD145TAD33柴油机不仅可作为常用功率300 kW发电机组的理想动力，也可作为水泵机组、石油机械、压缩机等通用机械的配套动力，经变型设计后可作为船舶主机及船舶辅机。

2 WD145TAD33柴油机技术经济指标

WD145TAD33柴油机各种附件和外购件的选用尽量与公司135系列柴油机通用互换。通用化使用系数大于75%。WD145TAD33柴油机主要技术参数指标见表1。

3 结构改进

WD145TAD33柴油机是在WD145TAD30柴油机的基础上进行功率提升，柴油机的机械负荷和热负荷随之增大。为了提高柴油机的可靠性及满足柴油机的性能要求，对柴油机进行了以下几个方面的改动。

（1）机体顶面加厚，适当加大横隔板和主轴承筋的宽度，以增加机体的强度。改善气缸套材质，使气缸套的强度和刚度得到增强，减少气缸套的变形。气缸套采用滑动珩磨网纹，以提高气缸套内表面的粗糙度，降低柴油机的机油耗。

（2）为保证柴油机扩缸扩行程后的燃烧效果，并在高强化条件下控制柴油机的最高爆发压力，对活塞结构及燃烧室形状进行改进设计；为提高活塞的强度，对活塞的材料进行改进，并适当增加活塞裙部的壁厚。活塞顶部阳极化处理，以降低活塞及活塞环的热负荷。第一道环槽镶嵌铸铁环槽，以适应柴油机的强化需要。活塞裙部喷镀石墨，以减少活塞的运动磨擦力，提高柴油机的机械效率。另外，将第一道环的位置向上移，以减少有害容积。

（3）对活塞环进行改进，第一道采用球墨铸铁镀铬渗陶梯形桶面环，第二道采用球墨铸铁镀铬扭曲锥面环，第三道采用合金铸铁扭曲锥面环，以提高刮油能力，降低柴油机的机油耗，满足柴油机的强化要求。

（4）为满足柴油机提高功率后的冷却要求，加大水箱散热面积；并采用散热能力强的铝水箱，在增加散热效果的同时，也降低了柴油机的成本。采用铝水箱后的试验数据表明，柴油机在额定工况和超负荷工况条件下运转一段时间，水温基本上能控制在80℃左右，水箱的冷却效果较好。

（5）为改善柴油机的燃烧性能，降低排放，喷油泵采用PW2000泵，以提高喷油泵的喷射压力，使喷射压力达到100MPa；喷油器采用低惯量多孔喷油器，喷油嘴采用挤压研磨工艺，以改善柴油机的性能。

（6）根据柴油机的性能要求，选用高性能、大流量的改进型HX50增压器，并且在满足柴油机性能的前提下，尽量降低柴油机的最高爆发压力。

（7）为了使进入气缸的增压空气降低到合适的温度，中冷器采用管带式结构，散热效率高，同时相应增大空-空中冷器的换热面积。

（8）采用大流量的CLQ-45型柴油滤清器，以增大滤清能力。

另外，WD145TAD33柴油机全部采用了新型的配附件，同时空气滤清器及管路布置参考国外先进机型，使柴油机的外形结构紧凑，同时也减少了柴油机的“三漏”，外形简洁美观，可靠性好，维护保养也较为方便。

除增压器、喷油泵和中冷器等专用件外，其余主要零部件均借用以前开发成熟的强化机型零部件，中冷器进、出气管和空气滤清器等外围零件，安装尺寸与135柴油机统一，因此该机具有良好的继承性和通用性。

4 试制过程中的问题及解决方案

在耐久试验和强化试验考核中，以及用户使用过程中，柴油机暴露过一些问题，针对所出现的问题，及时采取解决方案。

（1）气缸盖开裂

同类型机在试验考核过程中出现气缸盖沿喷油器压紧螺栓开裂漏水的故障。经分析，主要原因是缸盖顶面比较单薄（厚度只有8mm），柴油机强化程度提高之后，爆发压力增加，原来的缸盖结构强度不够，引起开裂漏水。

将气缸盖顶面的厚度增加到11mm，并在气缸盖材料中增加Cu、Cr合金元素，从而提高和加强机体部件的强度和刚度。

（2）喷油泵联轴器钢片开裂

在试验过程中出现喷油泵联轴器钢片开裂。其主要原因是随着柴油机功率的提高，喷油泵的泵端压力大幅提高，使钢片联轴器所传递的扭矩增大，从而引起钢片开裂。

对钢片联轴器的结构进行了改进加强（在轴向尺寸保持不变的前提下，将钢片联轴器整体放大，连接螺栓的中心距由85mm增加到98mm），以提高其扭矩传递能力，彻底杜绝了钢片开裂的现象。

（3）高压油管损坏

在耐久试验过程中，高压油管多次出现损坏现象。经分析，原因是由于喷油泵喷油压力的增大，引起供油压力的加大；另一方面，柴油机运行时因强烈振动而造成高压油管断裂。

对高压油管增加夹紧机构，降低高压油管的振动；另外改进了油管的加工工艺，减小油管过渡圆角处的应力集中。

（4）排气管垫片失效

在耐久试验过程中，发现排气管垫片损坏。经分析，是由于柴油机功率提高后，柴油机的排气温度升高、排气压力增大，从而使排气管垫片损坏。

将排气管垫片的材料和结构进行改进，采用不锈钢材料提高排气管垫片的可靠性。

5 试验情况

5.1 增压器改进试验

对分别匹配新HX50（结构改进，加大空气了流量）和HT3B增压器的柴油机进行了对比试验，提前角度为16℃A～17℃A。试验结果参见图1。

从试验数据及对比曲线中可以看出，采用HX50增压器时的柴油机在标定工况下的燃油耗218.1 g/(kW·h)、排温500℃均低于采用HT3B增压器时的燃油耗219.4 g/(kW·h)、排温517℃。而烟度1.2FSU略高于用HT3B时的1.1FSU，空气流量0.372 kg/s低于用HT3B时的0.442 kg/s。再综合分析其他各项试验数据可得出这一阶段的基本结论：采用铝水箱柴油机的冷却效果良好，能够满足柴油机在功率提升后的冷却要求，柴油机配置新HX50增压器时性能相对较好。

5.2 喷油器改进试验

为了进一步优化柴油机的配置方案，进行喷油器对比试验。将343E和343F两种喷油器进行对比试验，以确定喷油器的最佳选择。试验结果见图2。343E和343F是低惯量喷油器的喷孔数、喷油孔直径相同，343F喷油器采用挤压研磨工艺，提高了流量系数。

在标定工况下采用343F喷油器时的燃油耗219.5 g/(kW·h)低于采用343E喷油器时的燃油耗222.1 g/(kW·h)，而排温和烟度则相同。对于超负荷点，343F喷油器的性能优于343E喷油器。综合对比可知，在其他配置相同的情况下采用343F喷油器时的柴油机性能相对更好。

5.3 整机性能试验

WD145TAD33柴油机是用于发电机组配套，因此仅进行了1 500 r/min的负荷特性试验，试验结果参见图3。

柴油机在额定工况（1 500 r/min，339 kW）下连续运转8 h，进行机油耗试验，柴油机机油消耗率0.77 g/(kW·h)；并按照GB 20891-2007《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国Ⅰ、Ⅱ阶段）》进行试验，试验结果见表2。

6 结束语

由于WD145TAD33柴油机的额定功率提高到339 kW，在开发过程中主要对供油系统、燃烧系统、冷却系统及增压中冷系统等采用多种方案进行配试定型，并完成柴油机的性能调试到强化试验考核和用户试用考核的过程。另外，针对WD145TAD33柴油机试制过程中暴露出的一些问题，及时地进行了总结，并采取了相应的解决措施，取得了良好的效果，柴油机的性能和可靠性均达到了设计要求。WD145TAD33柴油机已顺利通过强化试验，并通过了机械工业油泵油嘴及内燃机产品质量监督检测中心的型式认可。2008年12月约试生产了100台柴油机，用户使用情况良好。该产品作为一个全新的产品推向市场，受到用户的欢迎，成为了公司一个新的经济增长点。