道依茨FL413系列
风冷柴油机的改进与
FL513系列风冷柴油机
本文介绍德国道依茨公司80年代末开始生产的513系列风冷柴油机的概况。513系列是413F系列的发展，其功率、扭矩提高，转速降低，排放和噪声得到进一步改善，燃油消耗率和润滑油消耗率下降，为目前大型养路机械取代413F系列用作动力的新一代产品。
KHD）公司的乌尔姆(ULM)柴油机工厂，在1987年已将413F系列风冷柴油机转产为513系列风冷柴油机，使产品的性能又前进了10年，保持在当今世界先进的柴油机行列之中。513系列风冷柴油机是往413F系列风冷柴油机的基础上改进而来的，既有其继承性，又有发展。表1为513系列柴油机的主要技术性能参数。
413F系列风冷柴油机衍变为513系列风冷柴油机的出发点是：使柴油机转速与车辆的传动系统处于最佳匹配范围；提高柴油机的动力性能，扩大功率范围；在降低废气排放的同时，减小油耗和噪声；进一步提高柴油机的使用寿命。
本文旨在通过413F系列风冷柴油机性能与结构两个方面的改进和发展来介绍513系列柴油机。因此，本文可视为前文“道依茨公词及其FL413F系列风冷柴油机”的姊妹篇。
一、性能上的主要改进
1、降低转速、延长使用寿命
柴油机转速从2500r/min降至2300r/min。相应柴油机五种不同用途的转速为：2300r/min、2150r/min、2000r/min、1800r/min及1500r/min。柴油机在2300r/min工作时，活塞平均速度从2500r/min时的10.83m/s降至9.96m/s。柴油机构的整机寿命提高了25%（B/FL413F系列风冷柴油机在公路车辆上无故障使用期为1500~2000h，第一次大修期为8000～10000h）。
2、功率及扭矩提高
非增压柴油机在相同转速下，功率和扭矩提高了7.9～10.6%，低速功率和低速扭矩更佳。在最大扭矩转速范围，513系列柴油机具有良好的经济性。图l所示为F8L4l3F和F8L513型风冷柴油机的外特性曲线。两机的最大功率相同，均为188kw，但两机的最大功率转速则分别为2500r/min和2300r/min。在工程车辆上使用时，在等功率60kw负荷下，F8L513柴油机要比F8L413F柴油机省油10%；在140kw负荷时，前者比后者省油5%。F8L513风冷柴油机的省油效率是由于燃烧系统的改进和采用新的冷却风扇调节系统等措施实现的。
图2BF8L413F和BF8L513风冷柴油机功率曲线
图1F8L413F和F8L513风冷柴油机外特性曲线图3BF8L413F和BF8L513风冷柴油机扭矩曲线
BFL513增压风冷柴油机的功率及扭矩比BFL413F增压风冷柴油机的功率及扭矩提高了6～2～3%
表2单位：（g/kw·h）
ge（g/kw·h）在平均有效压力为1MPa、转速为1600r/min时，BFL413F的烟度值为RB2.3，而BFL513则为RB1.3。
二、结构上的主要改进措施
1、燃烧系统
FL413F系列柴油机采用斜筒型燃烧室——“D”燃烧过程（图4a）。这种燃烧系统燃烧噪声小、起动容易、可提高空气利用率。但“D”燃烧过程不能满足环境保护对内燃机排放日益严格的要求，因此需寻求兼顾低油耗、低排放的新型燃烧系统。70年代初，道依茨公司在FL413F系列柴油机的基础上，研制、发展了扁缩口型燃烧室——“Z”燃烧过程（图4b），用于对排放要求高的使用场合。其柴油机的系列标志为FL4l3FZ。这种新的“Z”燃烧过程也同时用于新一代的FL513系列柴油机上。
扁缩口型燃烧室的特点是，收口度大，口部有一段圆柱形支口（9mm），以防止烧蚀和热裂；底的尖凸台较大，活塞火力岸高度比原“D”燃烧过程的火力岸高度减少一半，从而大大减少了火力岸周围的侧隙容积，提高了空气利用率。
燃油由布置在燃烧室中央的4孔喷嘴、用比“D”燃烧过程要高的喷油压力（由“D”燃烧过程的17.5MPa提高到24MPa）喷入燃烧室空间。这种燃烧室具有一定的紊流效应，混合气的形成和燃烧较为完善，油耗率和排放较低。在相同的NOx排放量下，其燃油消耗率ɡe要比“D”燃烧过程明显降低；而在相同的ɡe下，NOx要比“D”燃烧过程明显下降。
在70年代初的BFL413F系列增压柴油机和80年代的BFL513/C系列增压柴油机上则不采用收口、小直径、浅ω型的燃烧室，而采用直口、较大直径的ω型燃烧室（图4c），或梯形燃烧室（图4d）。喷油压力可达27MPa。
（a）（b）
（d）
图4道依茨（Deutz）的各种半分开式燃烧室（a）斜筒型（b）收口浅ω型（c）直口、大口径深ω型（d）梯形
FL413F与FL513系列柴油机的燃烧系统结构参数比较如表4（见下页）。
2、活塞、连杆、曲轴
（1）活塞、活塞环
与413F系列柴油机活塞相比，513系列柴油机活塞第一道环槽距活塞顶面距离：非增压机型从23mm缩短为2lmm；增压机型从23mm缩短为16mm，以减小燃烧室有害容积和润滑油消耗。通过加强缸套在上止点范围内的冷却气流来减轻第一道活塞环上移后引起的热负荷增大，以保持它们在许可的温度范围内。这一措施也使气缸套的热负荷有所减轻。
增压的BFL513/C机型的活塞第二道锥面环镀铬。
（2）连杆、连杆螺栓
连杆大小头质量及总质量不变，杆身工字形截面变化较大。面对连杆大头斜切口，在其外侧增加了R87的加强筋，这样连杆杆身与大头的刚度可提高约20%。连杆螺栓外径从Ml3改为Ml4，两连杆螺栓孔径从97mm增大到100mm。
（3）曲轴
曲轴的改进主要有三点，一为空心结构改为实心结构。二为主轴颈和曲柄销圆角处的淬火随机型的不同而不同。413F非增压机型主轴颈和曲柄销圆角均不淬火，513非增压机型曲柄销圆角淬火；413F增压机型曲柄销圆角淬火，513增压机型主轴颈及曲柄销圆角均淬火。三为曲轴止推轴瓦由整体翻边轴瓦改为两个止推片加主轴瓦的组合瓦。
3、气缸套和气缸盖
413F机型的气缸套经精珩蘑后，为防止拉缸，缩短磨合时间，采用特殊功能性磷化处理。在缸套基体的磨合面上形成许多微油池，与其相配的第一道活塞环采用喷钼梯形环。为改善513增压机型的气缸套与环表面的滑动副，在精珩磨后，不采用磷化工艺而采用3HL-320特殊珩研工艺，即以细粒碳化硅为研磨粉，在珩研缸套过程中，把碳化硅硬质点嵌到缸套内工作表面上，形成凸出点。这样便把原来的413F缸套与活塞环的面接触滑动副改为513缸套与活塞环的点接触滑动副。采取这一措施后，润滑油消耗量可减少一半，使缸套在上止点工作区的磨损量减少三倍，摩擦功减小，缸套寿命可提高1000h。
由于加强了气缸套在上止点附近的冷却，气缸壁的温度降低。
513系列柴油机由于缸径的扩大（从125㎜增大为128㎜），故气缸盖与气缸套的结合面直径从Φ150㎜变为Φ154㎜。气缸盖的燃烧室部分进行硬质阳极化处理，以提高其抗热裂能力。相应的进排气门座锥角由45°改为30°。强化型的（每缸40～50PS）气缸盖排气道采用了陶瓷镶套。气缸盖的进气道涡流比有所降低。
4、冷却系统
513增压机型冷却风扇的控制和局部结构有较大的变化。
413系列冷却风扇转速是根据柴油机排气温度调节的。513系列冷却风扇转速的调节是通过电子液压系统实现的。流入驱动冷却风扇的液力偶合器中的润滑油数量受温度调节器控制。此温度调节器接受下述的温度信号：液力变矩器或变速箱中的油温；缸盖温度；柴油机润滑油温度等。其控制系统如图5所示。
图5电子——液力冷却风扇调节系统
柴油机在小负荷或冬季工作时，为减少柴油机向外的热损失，保持柴油机良好的热状态，有必要使风扇低速运转或停止工作。在冬季还可用柴油机的润滑油作热载体不经冷却，部分或全部导入设置在车厢内的换热器给车厢供暖。为此，在513机型上装有一个风扇制动器。该制动器装在液力耦合器的轮毂上（如图6）。在完全切断流入液力偶合器的润滑油后（由电、液冷却风扇调节控制），可避免由于滚珠轴承的摩擦引起风扇的慢速转动。
图6旋转式冷却风扇制动器
1、旋转状态2.制动状态
另外，513系列柴油机还采用了结构紧凑、轻巧和高效率的板翅式冷却器（换热器），其冷却效率可达35%。为了进一步加强冷却效果，在有的513机型上，将增压空气中冷器和润滑油散热器的布置作了调整。
三、FL5l3L系列风冷柴油机
FL513L是FL513柴油机的改进机型，是道依茨公司为了适应80年代末期超重型汽车的要求而特别改进设计的。
该机基本结构与FL513相同，这样可保证大多数零件在三个系列内互换（包括413F系列）。该机由于行程加长、排量增大，加上燃烧系统的进一步优化匹配，其扭矩特性、噪声和废气排放与FL513相比有了进一步的改善。
FL513L与FL513主要技术参数的比较见表5。
FL5l3L的燃烧系统采用图4d所示的梯形燃烧室，燃油系统参数的比较见表6。
FL513L柴油机的燃油系统改用了具有更大喷射压力的P型喷油泵，并增加了喷油嘴的喷孔数目，提高了压缩比以改善柴油机的燃烧过程，并弥补因转速降低而引起的功率下降。
从发动机的特性来看，BF8L5l3LC柴油机与BF8L5l3C的输出功率相同，但扭矩系数增加了6.5%，且最大扭矩点的转速从15OOr/min降至1300r/min，这有利于重型车辆使用，其油耗经济区位于大扭矩范围内，比FL513有所改善。
表5FL513L与FL513主要技术参数的比较
BF8L513C BF8L13LC F8L513 F8L513L 缸径/行程（㎜） 125/130 125/140 128/130 128/140 总排量（L） 12.76 13.74 13.38 14.41 标定功率/转速
（kw/r/min） 256/2300 265/2100 188/2300 179/2150 最大扭矩/转速
（N.m/rmin） 1310/1500 1506/1300 890/1400 923/1000 表6FL513L与FL513燃油系统参数的比较
机型 BF8L513 BF8L513L 行程（㎜） 130 140 喷油泵型号 MW P 喷油嘴孔数 4 5 压缩比 15.8 17 [作者：李飞鹏长沙铁道学院教授]
技术讲座
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·174·大型养路机械通讯1999年合订本
大型养路机械通讯1999年合订本·173·
表1B/FL513系列风冷柴油机主要技术参数
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