濰柴動力股份有限公司WD615系列柴油機使用與維修WD61550發動機外形圖WD615系列增壓機型外形圖WD615系列增壓中冷機型外形圖斯太爾系列柴油機橫剖

圖斯太爾系列柴油機縱剖圖WD61556柴油機全負荷速度特性曲線WD61558柴油機全負荷速度特性曲線WD61550柴油機全負荷速度特性曲線WD61531柴油機全負荷速度特性曲線第一章內燃機的基本知識

一．內燃機的基本名詞定義

(1)上止點活塞離曲軸旋轉中心最遠的位置。(2)下止點活塞離曲軸旋轉中心最近的位置。(3)活塞行程上、下止點之間的距離，用符號s表示，單位為mm。(4)曲柄半徑曲軸旋轉中心到曲柄銷中心的距離用符號r表示，單位為mm，則s=2r（1—1）(5)氣缸工作容積活塞由上止點運動到下止點，活塞頂部所掃過的容積，用符號VS表示，單位為L，則VS＝（π/4）·d2·s·10-8(1—2)式中d—氣缸直徑，單位為mm。S—活塞行程，單位為mm。6)燃燒家容積(余隙容積)活塞位于上止點時，活塞頂部上方的容積用符號VC表示。(7)氣缸最大容積活塞位于下止點時，活塞頂部上方的容積，用符號Vt表示，則：Vt＝VS十VC(1—3)(8)內燃機排量氣缸工作容積VS與內燃機氣缸數i的乘積，用符號VSt表示，則VSt＝i·VS＝i·（π/4）·d2·s·10-8(1—4)(9)壓縮比氣缸最大容積Vt與燃燒室存積VC之比，用符號εC表示，則εC=Vt/VC=1+VS/VC(1—5)一．內燃機的基本名詞定義（續）

二．內燃機的基本組成內燃機是一種復雜的能量轉換機器。隨著技術水平的不斷提高，各種類型內燃機的構造及其布置也就各有差異。但是為了保證內燃機能夠正常地連續運轉和更好地實現能量轉換，往復活塞式內燃機的基本構造，都由下列二個機構和五個系統所組成。

二．內燃機的基本組成（續）1．曲柄連桿機構與機體機體由氣缸蓋、氣缸體—曲軸箱、油底殼等零部件所組成，它的作用是作為內燃機各機構各系統的裝配骨架和分別作為曲柄連構機構、配氣機構、冷卻和潤滑等系統的組成部分。氣缸體的內部有氣缸，氣缸中有作往復運動的活塞，其頂部有氣缸蓋，三者密封成燃燒室，燃油就在燃燒室內燃燒，使氣體膨脹而推動活塞。活塞通過連桿與曲軸相連，組成曲柄連桿機構。曲柄連桿機構的功能是將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動而實現熱能轉化為機械能。2．配氣機構配氣機構由進氣門、排氣門和它們的開啟與閉合的控制件與傳動件——凸輪軸與正時齒輪、氣門挺桿等以及進氣管、排氣管和空氣淀清器、消聲器等所組成。其作用是按工作循環的需要定時地向氣缸供應充足的干凈新鮮空氣(柴油機)，并將燃燒后的廢氣排出氣缸。二．內燃機的基本組成（續）3．燃油供給系燃油供給系的作用是按照內燃機工作循環所規定的時間和多缸機的發火次序，并滿足內燃機負荷的需要向氣缸供給適量的燃油。對于可燃混合氣形成方式不同的內燃機其供給系的組成與結構也不同。柴油機燃油供給系一般由低壓油路和高壓油路兩部分所組成。低壓管路由輸油泵促成柴油從油箱流向柴油濾清器后壓入噴油泵。高壓油路由噴油泵在一定的時刻建立高壓油隨后將高壓油壓入噴油器，再以霧狀噴入燃燒室。

4．潤滑系潤滑系的主要作用是將潔凈的潤滑油，以一定壓力不間斷地送入內燃機各摩擦副的摩擦表面，以減少其摩擦阻力和磨損，并帶走摩擦時所產生的熱量和金屬磨屑，保證運動零件的工作可靠性和耐久性。潤滑系一般由機油泵將油底殼里的潤滑油抽吸上來，通過集濾器和濾清器得到濾清后再經冷卻器冷卻，最后通過管道輸送到各摩擦表面。

二．內燃機的基本組成（續）5．冷卻系冷卻系的任務是對高溫零件(例如氣缸蓋、氣缸套等)進行適當冷卻，以保持正常的工作溫度。由于冷卻方式的不同，冷卻系的組成也不同。鳳冷式內燃機的冷卻系比較簡單，小功率風冷機(如摩托車用)只用氣缸體和氣缸蓋上的散熱片來冷卻；對于一些多缸大功率風冷機還須配備風扇和導風罩以加強冷卻效果。水冷式內燃機的冷卻系通常比較復雜，常用水泵造成冷卻水的強制循環，冷卻水從散熱水箱中被水泵抽吸出來壓入內燃機的冷卻水套，然后由回水管流回散熱水箱。為了加強散熱水箱的冷卻作用，常用風扇加強氣流運動。此外，為了保持內燃機的正常冷卻強度，還配備了一套調溫裝置。

6．起動系內燃機由靜止狀態轉入工作狀態，需要借助于外力的起動。因此，起動系的作用是提供外力和保證起動的安全性、可靠性。不同的起動方法有不同的起動設備，例如采用手搖起動時備有格把；采用電起動時備有起動電動機等。三．柴油機的四個工作過程四沖程內燃機工作循環如圖2所示，由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成一個工作循環。第一沖程活塞由上止點移動到下止點，即曲軸的曲柄內0°轉到180°(活塞位于第一沖程上止點時，曲軸的曲柄位置定為0°)。在這個沖程中，進氣門打開，新鮮空氣被吸入氣缸。因此，第一沖程又稱為進氣沖程。第二沖程活塞由下止點移動到上止點，即曲柄由180°轉到360°。在這個沖程中，氣缸內的氣體被壓縮，故稱為壓縮沖程。

第三沖程活塞再由上止點移動到下止點，即曲柄由360°轉到540°。在這個沖程中燃氣膨脹做功，所以又稱為工作沖程或做功沖程。第四沖程活塞再由下止點移動到上止點，即曲柄由540°轉到720°。在這個沖程中排氣門打開，燃燒后的廢氣經排氣門排出氣缸，又稱為排氣沖程。四沖程內燃機出上述四個沖程組成了一個工作循環，為了便于講解，現對四沖程柴機（自然吸氣）的四個工作過程分別進行闡述。三．柴油機的四個工作過程（續）三．柴油機的四個工作過程（續）1．進氣過程進氣過程是由進氣門開始開啟到進氣門關閉為止。為了獲得較多的進氣量，活塞到達上止點前進氣門就開始開啟。當活塞到達上止點時，進氣門和進氣門座之間已有一定的通道面積。活塞由上止點下行不久，氣缸內的壓力很快低于大氣壓力，形成了真空，空氣在大氣壓力作用下經空氣濾清器、進氣管道、進氣門充入氣缸(圖2—a)。當活塞到達下止點時，空氣還具有較大的流動慣性繼續向氣缸內充氣，為了充分利用氣體流動的動量，使更多的空氣充入氣缸，進氣門在下止點之后才關閉。在進氣門關閉之前，由于氣體流動慣性的作用使氣缸內的氣體壓力有所回升，但由于氣體流動的節流損失，氣缸內的壓力仍低于外界大氣壓力Pa，進氣終點壓力Ps約為(0.8—0.95)Pa。充入氣缸的空氣與燃燒室壁及活塞頂等高溫機件的接觸，以及與上一循環沒有排凈而留在氣缸內殘余廢氣的混合，使進氣溫度升高。進氣終點溫度Ts可達30一65℃。三．柴油機的四個工作過程（續）2．壓縮過程(圖2-b)當進氣行程終了時，活塞繼續在曲軸的推動下越過下止點而向上止點移動。由于此時進氣門和排氣門都關閉，所以活塞上移時氣缸容積逐漸減小，缸內空氣逐漸被壓縮，其壓力和溫度也隨之逐漸升高直至活塞到達上止點時，空氣完全被壓縮至燃燒室內，此時壓力可達30—50Kg.f/cm2，溫度可達680—730℃，這就為柴油噴入氣缸后的著火燃燒和充分膨脹創造了必要條件。柴油的自燃溫度約在300℃左右，為保證柴油噴入氣缸后能及時迅速燃燒和冷啟動時可靠著火，其壓縮終點溫度應高出于柴油自燃溫度的一倍左右。壓縮終了的狀態參數主要決定于空氣的壓縮程度，也就是壓縮前活塞處于下止點時氣缸中氣體所占有的容積(即氣缸總容積Vt)與壓縮后活塞處于上止點時氣體所占有的容積(即燃燒室容積Vc)之比，此比值稱為壓縮比，以符號εC表示。εC=Vt/VC=1+VS/VC三．柴油機的四個工作過程（續）

壓縮比愈高壓縮終了時的壓力和溫度就愈高，燃燒速度也愈大，因此內燃機的功率也愈大，經濟性也愈好。但壓縮比過高時，將使內燃機工作粗暴，曲柄連桿機構也會受到極大的沖擊裁荷而易于損壞，所以壓縮比只宜提高到一定范圍。壓縮比的大小還隨內燃機的用途、轉速、缸徑大小等因素而定，它是內燃機的一個根重要的結構參數。一般通用柴油機的壓縮比約為14—22左右。壓縮比的大小在內燃機的制造和裝配過程中都會受到影響，使實際壓縮比與理論壓縮比稍有出入。三．柴油機的四個工作過程（續）3．做功行程(膨脹行程)(圖2—c)在壓縮行程接近終了，活塞到達上止點前的某一時刻，柴油開始(并經歷一小段時間)從噴油嘴以高壓噴入燃燒室而形成油霧狀，并在高溫壓縮空氣中迅速蒸發而混合成可燃混合氣(這種在氣缸內部形成可燃混合氣的方式稱為“內混合”)，隨后便自行著火燃燒放出大量熱量，使氣缸中的氣體溫度和壓力急劇升高，最高溫度可達2000℃左右，最高爆發壓力可達60一90Kg.f/cm2(隨燃燒室的結構型式不同而有所差異，增壓及增壓中冷柴油機此數值還要更高)。由于此時進氣門和排氣門是關閉著的，所以高溫高壓氣體便膨脹而推動活塞內上止點迅速向下止點移動，并通過連桿的傳遞而迫使曲軸旋轉對外輸出動力。這樣，熱能便轉化成了機械功。隨著活塞的下移，氣缸內的氣體壓力和溫度也隨之逐漸降低，待活塞接近下止點時，做功行程便告終了，此時缸內壓力降到3—4Kg.f/cm2。，而溫度降到800一900℃。三．柴油機的四個工作過程（續）4．排氣行程(圖2—d)做功行程終了，曲軸靠飛輪的轉動慣性繼續旋轉，推動活塞越過下止點向上止點移動。這時排氣門開啟，進氣門仍關閉。由于膨脹后的廢氣壓力仍高于外界大氣壓力，所以廢氣在此壓差作用下，以及受活塞的排擠作用下，迅速從排氣門排出。出于受到排氣系統的阻力作用，因此排氣終了時的缸內廢氣壓力仍略高于大氣壓力，約為1.05—1.25Kg.f/cm2．溫度約為300一700℃(在排氣門附近)。由于燃燒室占有一定的容積，以及上述排氣阻力的影響，因此廢氣不可能完全排出，留下的殘余廢氣在下一工作循環進氣時與新鮮空氣混合而成為工作混合氣。殘余廢氣愈多，對下一工作循環的不良影響愈大，因此希望廢氣排得愈干凈愈好。柴油機經過上述四個連續行程后，便完成了一個工作循環，當活塞再次從上止點向下止點移動時，又將開始新的工作循環。如此周而復始的繼續下去，柴油機便能保持連續運轉而對外做功。四．柴油機的性能指標

內燃機的性能包括動力性能(功率、轉矩、轉速)、經濟性能(燃油消耗串等)和使用性能(起動性、可靠性)等，本節主要對表征內燃機的動力性和經濟性的指示指標和有效指標加以介紹。

四．柴油機的性能指標（續）1.內燃機的指示指標內燃機的指示指標是指氣缸內的氣體對活塞作功后所獲得的性能參數。1.1指示功Wi指示功Wi表示氣缸內的氣體完成一個工作循環時對活塞所作的功。1.2平均指示壓力pmi平均指示壓力pmi．表示在每個工作循環中，單位氣缸工作容積所作的指示功Wi，單位為Pa或(N/m2)。平均指示壓力的物理意義是將pmi值視為一個不變的壓力作用在活塞上，使活塞由上止點到下止點所作的功等丁一個工作循環的指示功Wi。因此將pmi值稱為平均指示壓力。1.3指示功率Pi指示功率Pi表示單位時間內所作的指示功，單位為kW。1.4指示燃油消耗率gei指示燃油消耗率[單位為g/(kW·h)]表示單位指示功的耗油量，以指示功率每千瓦小時的耗油量表示。四．柴油機的性能指標（續）2.內燃機的有效指標內燃機的有效指標是從內燃機輸出軸上所獲得的性能指標，指示指標與有效指標之差為機械損失。機械損大包括內燃機運動件的摩擦損失，驅動附屬設備(如配氣機構、噴油泵、機油泵及空壓機等)的功率消耗，這些消耗在內燃機自身的損失功率的總和稱為機械損失功率。2.1有效功率PS從內燃機輸出軸上所獲得的功率，稱為有效功率(單位為kW)。2.2機械效率ηm有效功率和指示功率之比稱為機械效率。

四．柴油機的性能指標（續）2.3輸出扭矩Tiq內燃機的有效功率，通常是從內燃機輸出軸上測得的輸出扭矩和轉速中計算出來的。內燃機輸出軸的扭轉力矩稱為輸出扭矩Tiq，簡稱為扭矩，單位為N·m，可由專用的水力或電力測功器測出。取所測某工況下的轉距和轉速，應用下列公式計算該工況下的內燃機有效功率Ps(單位為kW)：Ps=n·Tiq/9550(1—6)式中n——內燃機輸出軸轉速，單位為r/min2.4平均有效壓力pme在評價內燃機有效指標時，常用平均有效壓力pme，它是折合到單位氣缸工作容積的比參數，其物理概念與平均指示壓力pmi值相對應。平均有效壓力的定義為單位氣缸工作容積所發出的有效功。2.5有效燃油消耗率ge單位有效功的耗油量稱為有效燃油消耗率，通常以每千瓦小時所消耗的燃料重量來表示，共單位為g／(kW.h)。

五．內燃機功率的標定在內燃機產品的銘脾上和使用說明書中，都明確規定有效使用功率和最大功率及其相應的轉速。在銘脾上標注的有效使用功率和相應的轉速，稱為標定功率和標定轉速，統稱為標定工況。內燃機功率的標定是根據內燃視的特性、使用特點、壽命和可靠性要求而綜合確定的。目前按國家標準規定，內燃機標定功率分為四級：

(1)15分鐘功率在標準環境條件下，內燃機連續運行15分鐘的最大有效功率；(2)1小時功率在標準環境條件下，內燃機連續運轉l小時的最大有效功率；(3)12小時功率在標難環境條件下，內燃機連續運行12小時的最大有效功率；(4)持續功率在標準環境[大氣壓力0.1MPa，環境溫度298K(陸用內燃機)、318K(船用內燃機)]條件下內燃機以標定轉速允許長期連續運行的最大有效功率。五．內燃機功率的標定（續）15分鐘功率是對車用內燃機而言，如汽車、摩托車和摩托艇等在超車或追擊時以最高速度行駛，在15分鐘內允許以滿負荷運行。在正常行駛過程中，按內燃機標定功率運轉。對車用內燃機，通常以1小時功率為標定功率，15分鐘功率作為最大功率，相應的轉速為標定轉速和最大轉速。汽車經常處在低于標定功率下行駛，因此車用內燃機的標定功率可以標得高一些，以充分發揮內燃機的工作能力。船用主機、工程機械和機車通常以持續功率為標定功率，1小時功率為最大功率。船舶在航行時對內燃機的耐久性和可靠性要求很高，使用功率不能標定得太高。使用功率的標定是一項復雜的工作。使用功率標定得越高，使用壽命越短。目前產品使用功率的標定是根據用戶的要求和產品的性能，由生產廠標定。第二章WD615系列柴油機基本特點和參數

WD615系列柴油機是奧地利斯太爾公司產品，最初是做為斯達-斯太爾91系列重型汽車的配套動力而引進的，由濰坊柴油機廠生產制造。WD615系列柴油機是具有當今世界先進水平的柴油機，它具有典型的歐州柴油機的特點：六缸直列、四沖程、水冷、直噴、ω燃燒室、P型噴油泵、經濟性好、可靠性高、結構緊湊、外觀簡潔大方。在充分消化吸收WD615系列車用柴油機的基礎上，濰坊柴油機廠根據國內的實際情況，又陸續開發了WD615系列工程機械用柴油機、WD615系列船用柴油機和WD615系列發電機組用柴油機。目前，WD615系列柴油機已開發了基本型系列、Q系列（汽車）、G系列（工程機械）、T系列（推土機）、C系列（船機）、D系列（發電機）及CD系列（船用輔機）七大系列共約400個變型品種，廣泛用應于重型汽車、豪化客車、工程機械、推土機、礦山機械、路面機械、油田設備、船用主機、船用輔機、發電設備及軍用車輛、軍用艦艇、軍用精密電站等領域。

隨著社會的發展和國內國際對內燃機的法規日益完善和提高，社會上用戶對柴油機的要求也越來越高。目前國際上對柴油機的要求為歐Ⅲ排放、低油耗、高可靠性；國內也普遍實行了歐I排放法規，并且用戶對柴油機的經濟性和可靠性也要求越來越高。為此，濰坊柴油機廠密切跟蹤國際內燃機先進技術的發展，陸續開發了歐I型車用柴油機、歐Ⅱ型車用柴油機、歐I型工程機械用柴油機、高原5000米車用和工程機械用柴油機，充分滿足了國內法規和用戶對車用和工程機械用柴油機的要求。1.1高可靠性WD615系列柴油機采用隧道式結構型式，曲軸箱與七道主軸承蓋鑄為一體，整體鍛造的氮化曲軸和優質合金鋼連桿以及采用柔性設計制造的強力螺栓、嚴細的公差配合等，均保證了柴油機各運動部件的高可靠性；設計合理的高次方函數凸輪軸型線，使柴油機配氣系統有更高的可靠性和更低的機械振動噪音。充分考慮工程機械的使用特點，各系統配置和零部件設計都留有足夠的安全系數和可靠性系數。根據計算、試驗室以及市場檢驗表明，柴油機平均大修期可達一萬小時以上。1．WD615系列柴油機的主要特點

1.2動力性好、扭矩儲備大該系列柴油機采用波許P型高壓油泵、全程兩極式調速器配低慣量多孔噴油器，通過供油特性校正和高效增壓器的合理匹配，動力性能好，扭矩儲備可達30%以上，能夠滿足各種工程機械對功率和扭矩的要求。1.3經濟性好、燃油消耗和機油消耗低新結構的活塞環，最佳配缸間隙，新型燃燒室和最佳渦流比配置,優化的燃油系統和進排氣系統，干式缸套，平臺珩磨網紋，避免了漏水漏氣，確保缸孔幾何形狀更加完美，使柴油機在寬廣的功率范圍和轉速范圍內都具有較低的燃油消耗率和機油消耗率。目前中冷機型最低燃油消耗率可達195g/kW.h，機油消耗率在0.5g/kW.h以下。1．WD615系列柴油機的主要特點（續）1.5低排放、低污染、低噪聲采用淺ω燃燒室和高置活塞環，低渦流氣道、高噴射壓力的燃油系統、多孔微徑噴油器，大大改善了燃燒過程。排放可達歐I標準，部分機型達到歐II排放標準。1.6低溫起動性好不借助低溫起動裝置可在-10℃順利起動，采用低溫起動裝置可在-40℃下順利起動。1.7結構合理、操作維修方便單體式氣缸蓋，體積小，工藝性好，互換性強。主要密封部位采用無襯墊技術使柴油機徹底解決了“三漏”問題。進排氣管置于兩側，高壓油泵和進油管在進氣管側，使燃油系統和進氣系統免受排氣高溫影響。全內置式的油道和水道，使柴油機更加美觀，同時也提高了柴油機的可靠性。零部件的通用化、標準化、系列化程度高，易于大批量組織生產，降低了制造、維修成本。1．WD615系列柴油機的主要特點

（續）1.8制造工藝先進鑄造采用先進的KW-339型高壓造型線，熔化采用沖天爐-工頻爐雙聯熔煉及西德產冷芯工頻保溫爐。曲軸采用得古沙公司鹽熔氮化設備，奧地利制造的內銑床，日本進口的曲軸磨床，曲軸動平衡采用仿那克公司的動平衡機。凸輪軸精磨采用日本進口磨床。連桿大、小頭孔的精加工是在進口奧地得KRAUSE公司的精鏜床上加工。氣缸體精銑工序采用瑞典山特維克刀盤，缸孔加工在進口奧地利KRAUSE公司的銑鏜床上進行，氣缸蓋的槍鉸機床是從美國進口的。關鍵設備的應用確保了WD615系列產品的質量。1．WD615系列柴油機的主要特點

（續）2.WD615系列柴油機型號含義：WD615系列柴油機的型號分為兩個部分，一部分為基本編號，如WD61550、WD615等；另一部分為訂貨號，它僅為WD615系列柴油機基本型號的變形產品所使用，如DH615Q0001、DH615Q0010等。具體含義如下：WD615××××-××水冷柴油機六缸單缸排量約1.5升基本型產品。如56、50等用途。G—工程機械；Q—汽車；C—船機；D—發電機；CD-船用輔機。序列號。如28、29、36等2.WD615系列柴油機型號含義：DH615×××××訂貨號的漢語拼音首字母WD615系列柴油機用途。G—工程機械；Q—汽車；C—船機；D—發電機；順序號。如000