[科普中国]-12150L系列柴油机

12150L柴油机是根据苏联的B2 -54A坦克柴油机试制成的，功率为382kW(520马力)，于1958年生产定型，用于59式中型坦克及其他军用车辆。在12150L柴油机的基础上发展了多种型号的柴油机，统称为12150L系列柴油机。12150L是该系列的基准机型。

简介12150L-1柴油机，220kW(300马力)，60式中型履带火炮牵引车动力，于1960年生产定型；12150L-2柴油机，294kW(400马力)，63式水陆坦克动力，于1965年生产定型；12150L-3柴油机，316kW(430马力，62式轻型坦克动力，于1965年生产定型；12150L-7柴油机，426kW(580马力)，69式中型坦克动力，于1980年生产定型。根据不同用途和外贸需要，还生产了12150L-2A、12150L-7BW、12150L-8等其他型号的12150L系列柴油机。

北方工业(集团)总公司所属工厂和研究所从1973年开始在12150L柴油机上应用涡轮增压技术，1974年研制出第一台初样机，定名为12150L柴油机。在 该样机上进行了探索性增压匹配试验、参数调整试验等联合试验。经过10多年研制、试验和结构改进，涡轮增压的12150ZL柴油机于1987年生产定型，功率为537kW(730马力)，用作80 式主战坦克的动力。

根据苏联样机УТД-20柴油机进行设计研制的6V150型柴油机，215kW(293马力)，于1985年定型，用作86式(WZ501)履带式步兵战车动力。该机也是由B2柴油机(12150L柴油机)发展演变的，它改变了12150L柴油机的V型夹角和活塞行程，而气缸直径和气缸中心距保持不变。因此该机虽在结构上有较大改变，但继承了12150L柴油机4个基本结构参数中的2个(缸径和缸心距)，故仍可认为是12150L系列中的一个变型产品。

12150L系列军品柴油机形成了V型12缸机和直列6缸机系列，相应地还发展了V型12缸机和直列6缸机民品柴油机系列1。

结构特点12150L柴油机12150L柴油机是4冲程12缸、水冷、功率为382kW(520马力)的高速柴油机，在设计上有以下一些特点：

(1)采用V型60°夹角的总体布置 V型布置的发动机便于在坦克内安装与布置；结构比较坚固，各部分刚性比较好，曲轴的长度较短，因而其抗扭振性能较好，发动机重量也较轻。

采用60°气缸夹角布置，对柴油机扭矩的均匀性、柴油机的平衡、附件的布置以及外廓尺寸的高度、宽度与体积等几方面均比较理想。60°气缸夹角布置的缺点是发展V型8缸、10缸等系列化产品比较困难。

(2)采用较小的气缸中心距该柴油机的缸心距较小，缸心距与缸径之比为1.17,这个比值在同类发动机中是少见的。采用这样小的缸心距是为了满足发动机长度小、体积小、单位体积功率高、重量轻的总体设计要求。

但是，小缸心距设计也带来了以下一系列缺点：

曲轴的主轴颈与连杆轴颈的长度较短，曲柄臂的厚度较小，前者使轴承载荷增大，后者使曲轴的刚度与强度较差；

曲轴箱横隔板的厚度较小，使曲轴箱的风度较差；

气缸体内冷却水道流通面积较小，使冷却水流速较高，影响到气缸的冷却，并且由于气缸体横隔板的厚度较小，使气缸体的刚度较差；

气体壁厚较薄，刚度不足，容易产生变形，这就必须加大活塞与气缸套的间隙，造成活塞组工作困难；气缸套刚度不足还容易使它在工作时产生高频振动，造成气缸套与气缸体的穴蚀。

这些缺点对柴油机的寿命和工作可靠性是不利的。

(3)采用直接喷射式燃烧室该柴油机采用了典型的浅ω型直接喷射式燃烧室，选用了喷孔直径为0.25mm、喷射角为140°的8孔喷油器偶件。针阀开启压力为20.6MPa(210kgf/cm2)。柴油机的压缩比为15～16。

采用这种燃烧室的优点如下：

燃油经济性好 由于这种燃烧室的形状使气体流动损失较小，燃烧急剧冷却的表面较小，因而可达到较低的燃油消耗率。该柴油机在标定功率时的燃油消耗率不超过245g/kW·h(180g/马力·h)。

冬季起动比较容易 这对坦克的战术性能是很重要的。

紧凑性较好 采用这种形式的直接喷射式燃烧室时，可选用高度较小的活塞，使柴油机的总高度与总宽度减小。因此，虽然这种燃烧室动力性能指标不算高，在标定功率时平均有效压力Pe只有0.59MPa(6.02kgf/cm2)，但发动机仍能达到比较高的单位体积功率。

这种燃烧室的缺点是：

混合气质量不高 这是由于气体在燃烧室内没有强列的涡流运动。为了保证燃油充分燃烧，要求较大的过量空气系数。所以这咱燃烧室的动力性能指标(升功率、平均有效压力)不能达到较高的水平。

工作粗暴 该机的最高爆发压力一般为7.35MPa(75kgf/cm2)左右，在塞冷的地区冬季起动时可达到8.33～9.31MPa(85～95kgf/cm2)。尤其是压力升高率很大，使曲柄连杆机构的零件承受很大的机械负荷，对其强度、润滑、振动和寿命等各方面均带来很不利的影响。同时，柴油机的噪声较大，不利于坦克部队的隐蔽活动。

对燃油的质量要求较高 故多种燃料性能较差。

对燃油雾化情况的敏感性较高 燃料雾化不好影响燃烧过程，最终影响柴油机的动力与经济指标。

(4)选择较高的活塞平均速度、柴油机转速和较大的行程缸径比该柴油机的活塞行程S为180mm，S/D值为1.2.标定功率时转速n选为2000r/min，活塞平均速度Cm为12m/s。由于Cm已达到较高的数值，所以就限制了转速n的继 续提高，因而进一步提高柴油机的单位体积功率比较困难。

(5)采用主副连杆型式该柴油机采用主副连杆型式，这种连杆结构的优点是左、右排气缸中心线处在同一平面内；轴承承载面积大，轴承负荷较低，适合于小缸心距的柴油机。其缺点是由于副连杆销中心线 不在连杆轴颈的轴线上，所以主连杆与副连杆的活塞运动规律不同，两排气缸的工作状态因此有所不同。

(6)采用气缸体与曲轴箱分开的铝机体结构

该柴油机由于采用了主、副连杆结构，连杆盖用销钉连接，为了保证柴油机总装配的需要，气缸体与曲轴箱只能分开制造。这种结构使机体的刚度较差。

气缸体与气缸盖都是以6个气缸为一整体组成气缸排，用缸体双头螺栓固定在上曲轴箱上。

上曲轴箱为主要承力部件，下曲轴箱只起安装附件与油底壳的作用。

采用了薄壁的湿式气缸套，这是小缸心距所决定的。

采用"帽式"气缸盖，也就是将燃烧室容积的一部分直接制在气缸盖内。这样布置的目的是在保持柴油机外廓尺寸为最小时提高气缸盖的高度，以增加其刚度。

(7)采用多支承滑动轴承的整体曲轴

该柴油机由于最高爆发压力很高，所以采用了多支承式的整体曲轴，并采用铜铅合金滑动轴承。这种结构比较紧凑，重量也比较轻。

曲轴共有6个连杆轴颈和8个主轴颈，其中在功率输出端设有两个主轴颈。曲轴功率输出端两个主轴颈之间还装有一个止推滚珠轴承起轴向止推作用。这是沿用航空发动机的设计特点。

由于缸心距较小，曲柄颊的厚度与轴颈的长度都受限制。曲柄颊制成圆形是为了提高强度与刚度，便于加工与平衡。由于曲柄半径较大，主轴颈与连杆轴颈的重叠度等于零，因此曲轴的刚度和强度较差。

该柴油机的曲轴上没有安装任何形式的扭振减振器，这与动力装置总布置的特点有关，即曲轴不直接装上飞轮，而是通过齿轮箱增速后，驱支起飞轮作用的主离合器。这样，柴油机在坦克上使用时有可能避开危险的扭振共振。

为了提高曲轴的疲劳强度，曲轴选用优质合金钢制造，并在各个容易引起应力集中的部位采取了一些工艺措施。如对曲柄颊、油道、轴颈内腔等非配合表面，也进行磨削或抛光，以避免各种划道、擦伤引起的疲劳裂纹。

(8)采用顶置气门与上置凸轮轴的配气机构该柴油机的每个气缸配置4个气门，2个进气门和2个排气门，进气门的直径稍大。这样布置的目的是为了增大气门的通过断面，并能减小气门的尺寸。

每个气缸盖的上部有2根凸轮轴，分别驱动12个进气门和12个排气门。凸轮轴前端装有齿轮，由驱动机构的斜轴进行驱动。齿轮内装有调整衬套，可使配气相位调整精度达到1.75°曲轴转角。

进、排气凸轮形状相同，型线比较简单，都是圆弧形。

上置凸轮轴通过气门调整盘(平面推杆)直接驱动气门。这种结构使气门杆承受很大的侧压力，因此进、排所门杆部的直径较大，为18mm。气门杆内部制成空心，并加工有可拧入气门调整盘的螺纹。

这种配气机构的往复运动质量小，适用于高速柴油机，工作比较可靠。这种布置还可使柴油机的总体布置尺寸较为紧凑。但是凸轮轴有4根，结构比较复杂。

(9)采用圆锥齿轮为主的驱支机构

该柴油机采用以直齿圆锥齿轮为主的驱动机构，并配置少量直齿圆柱齿轮。在设计中还采取了以下措施：

对配气凸轮、喷油泵驱动轴等本应降低转速(为曲轴转速的1/2)的轴类，并不直接降低转速，而是采用先增速后再降速的办法。这样使传递扭矩减小，便有可能缩小中间驱动齿轮轴的尺寸与重量；

按照传动比的需要，有几种齿轮采用了最小齿数12齿，这种齿数的选择甚至已达到稍有根切的程度，这是为了能减小柴油机驱支系统所占的尺寸重量；

普遍采用花键联接的弹性轴结构，这种结构吸收冲击载荷的能力较强，结构比较可靠，可减少断轴、打齿故障；

对惯量较大的扭矩冲击性较大的附件如喷油泵、发电机等，采用弹性比较好的联轴器。

这种驱动机构的布置存在如下缺点：

整个驱动机构是由曲轴前端的曲轴齿轮进行驱动的，当曲轴产生扭振时，其一阶振型的节点位于输入端附近，而曲轴的前端以最大的振幅振动，这样又将扭振传给了驱动机构，使驱动机构增加了附加载荷；

驱动机构圆锥齿轮的线速度高，接触应力大，因此要求齿轮有更高的运动精度和接触精度，如果制造工艺满足不了这一要求，在柴油机总装时就需要对齿轮进行选配，要求啮合印痕、侧隙和侧隙差等比较严格，齿轮合格率比较低；

驱动机构齿轮轴类出现花键磨蚀、齿面磨损等故障较多，寿命较短，是柴油机的薄弱环节之一。

(10)采用紧凑的附件布置该柴油机的各种附件尽量围绕气缸体和曲轴箱进行布置，尽可能地占有V型机体自由空间，使柴油机外廓尺寸保持为最小。

进气管布置在V型气缸体夹角之间，而排气管位于气缸体的外侧。这样可以避免位于夹角内的部件如喷油泵等受热。

喷油泵安排在V型气缸体夹角之内。目的是尽量接近喷油器，以缩短高压油管的长度。

水泵、机油泵和输油泵布置在下曲轴箱上，使其入口位置降低，便于液体输入。而且外廓尺寸不超过柴油机本体的外廓尺寸。

需要定期保养的例如燃油滤清器、机油滤清器、喷油泵和调速器等附件，力争布置在车内容易接近的位置。

发电机与机油滤清器分别布置在上曲轴箱的左、右侧，且不超过柴油机外廓宽度尺寸。

这种总布置的最大优点是柴油机的尺寸紧凑。附件布置存在的缺点是发电机离排气管较近，受辐射热影响较大；机油滤清器不易接近，保养比较困难。

(11)选用优质材料该柴油机的主要承载运动件，如曲轴、连杆、驱动机构的弹性轴等均采用优质合金钢制造，主要是铬镍合金钢。气缸套、齿轮、喷油泵凸轮轴等主要摩擦件也都采用优质合金钢制造，并进行表面热处理。缸体双头螺栓、轴承盖双头螺栓、紧固双头螺栓等主要紧固件也都采用优质合金钢制造。

该柴油机机体各主要部件、各种附件的壳体和各种轴承装置壳体等结构件大都采用铝硅合金铸造。活塞、上曲轴箱轴承盖和进排气凸轮轴止推轴承等较重要的结构件采用锻铝合金制造。

6150L柴油机该柴油机是12150L柴油机的6缸、单排直列式变型机。其结构特点是：

(1)曲轴连杆机构由带飞轮装有平衡重的短尾曲轴、单连杆和有浅ω型燃烧室的5环活塞组成。

(2)驱动机构采用以直齿圆锥齿轮为主，并配置少量直齿圆柱齿轮的前驱动机构。

(3)配气机构采用顶置气门和上置凸轮轴。气缸盖上部装有2根凸轮轴，分别驱动12个进气门和12个排气门。

(4)燃油供给系统采用旋板式输油泵，1个纸质滤芯的燃油滤清器，带全程离心式调速器的直列多柱塞式喷油泵和闭式8孔喷油器。

(5)润滑系统采用干式曲轴箱。各机件轴颈及齿轮均采用压力润滑，装有并联式基马夫式机油滤清器。

(6)冷却系统采用闭式、强制水冷却。

(7)起动系统采用电起动和空气起动两种互相独立的起动系统。

(8)在柴油机上还安装有ZFC1500直流发电机和ST-710起动电动机2。

型号演变和系列化12150L的军品变型系列12150L柴油机于1958年投产，以后又生产定型了一些变型产品，形成了一个柴油机系列，作为不同军用车辆的动力。该系列产品的主要区别是所调的功率不同，在结构上有些小的改变，以适应不同军用车辆的要求。

6150L的军品变型产品该柴油机于1963年生产定型，功率为191kW(260马力)，用作63式履带装甲输送车等车辆的动力。以6150L为基础，生产了若干军用和民用机型3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学