240/260系列柴油機

240/260系列柴油機是由中國北京二七機車車輛工廠開發研製的四衝程、水冷式、直接噴射、開式燃燒室、廢氣渦輪增壓、大功率中速柴油機產品系列，氣缸直徑為240毫米，活塞行程為260毫米。12V240ZJ型柴油機該系列的第一個型號，由二七工廠於1968年開始設計，在完成 100小時可靠性和500小時耐久性試驗之後 , 於1974年透過鑑定並投入批次生產，裝用在北京型液力傳動柴油機車上。此後，12V240ZJ型柴油機的各種改進型還被用於東風7型、東風7B型、GK1E型柴油機車。發展歷史.16V240Z.240/260系列柴油機的歷史可追溯至1959年開始研製的16V240Z型柴油機。1960年初，長辛店機車車輛工廠成立大功率內燃機車領導小組，並提出了3000馬力電力傳動幹線貨運柴油機車的設計建議書，並開始16V240Z型柴油機的試製工作。1961年10月，首先製成雙缸試驗機，並送往鐵科院環形鐵道試驗站進行各項效能試驗。1964年9月，第一臺16V240Z型柴油機樣機完成組裝。由於渦輪增壓器落後於整體研製進度，因此首先利用一臺原用於米格-17戰鬥機的，借用發動機的渦輪進行高增壓模擬試驗。隨後，為16V240Z型柴油機配套的TZ-400型渦輪增壓器研製成功，柴油機樣機經平臺試驗達到了3000馬力標定功率的設計目標。12V240ZJ.1960年代後期，隨著機車柴油機的技術進步和功率提升，16V240Z型柴油機與國外同類型柴油機相比已相對落後。1968年10月，北京二七機車車輛工廠與鐵科院機輛所組成臨時設計小組，對16V240Z型柴油機全面修改設計，將16氣缸機型改為12氣缸，缸徑仍保持240毫米，活塞行程改為260毫米，功率等級仍然為3000馬力，額定轉速由每分鐘1000轉提高至1100轉，修改設計後的機型稱之為12V240ZJ型柴油機。1969年7月15日，第一臺12V240ZJ型柴油機在二七工廠完成組裝，隨後又完成了第二臺柴油機，並在北京環形鐵道進行試驗。1970年，前兩臺12V240ZJ型柴油機經改進後裝用於6000馬力的北京型6001號幹線貨運柴油機車，成為當時世界上單節功率最大的液力傳動柴油機車。1970年10月至1971年8月，二七工廠根據國務院總理周恩來關於“進京旅客列車不冒黑煙”的指示，設計試製了首臺3000馬力的北京型3001號幹線客運柴油機車，機車裝用一臺12V240ZJ型柴油機並配一套液力傳動裝置。1972年元旦，周恩來聽取二七工廠黨委書記彙報柴油機試驗情況後，作出“燃燒狀況要好好試，要集中力量打殲滅戰，要搞好協作，爭取早日過關”的指示。到1972年9月為止，二七工廠已先後試製了8臺12V240ZJ型柴油機。當時該型柴油機在燃燒效能方面最初暴露的主要問題，包括燃燒壓力高、排氣溫度高、排氣冒黑煙的“兩高一黑”，第一臺柴油機在每分鐘1100轉、3000馬力的工況下，排氣溫度高達680℃，爆發壓力高達140公斤/釐米2，同時排出大量黑煙甚至拖有長達1米的火苗。此外，柴油機零部件結構方面亦存在氣缸套拉傷、連桿瓦和主軸瓦剝離燒損、氣缸蓋和活塞裂紋、機油稀釋等問題。1972年起，北京二七機車車輛工廠與鐵科院機輛所、大連內燃機車研究所、戚墅堰機車車輛工藝研究所、北京大學等單位合作，針對柴油機的各項問題進行了大量理論研究和改進試驗工作，特別是直接造成“兩高一黑”的燃料噴射系統、配氣系統和增壓系統，例如縮小燃油噴頭噴孔直徑、調整噴油泵凸輪和噴油規律、改善氣門重疊角和配氣相位、採用兩臺45GP805型增壓器。同時，亦對噴油泵、噴油器、水泵、機油泵、極限調速器、氣缸蓋流道分別進行效能試驗。為了提高柴油機的運用可靠性，二七工廠提出以小時功率3300馬力為設計目標，並首先按2700馬力裝車運用，經進一步強化後按3000馬力裝車運用。1973年，根據國家關於六大幹線迅速實現牽引動力內燃化的方針，以及鐵道部關於柴油機儘早定型生產而又不要把問題帶到批次生產中的要求，二七工廠提出“大幹1974，1975定轉產”的目標，要求設計人員立即下車間，與車間工藝、檢查人員組成試製小組，必須嚴格按圖紙加工並實施質量管理，不及格零件不得流入下道工序。1974年3月30日，二七工廠製成了作為定型樣機的第九臺12V240ZJ型柴油機。同年4月30日，柴油機順利通過了效能試驗和100小時連續運轉試驗。1974年5月至6月，柴油機完成了500小時耐久性試驗。試驗結果證明，該柴油機的效能比前八臺樣機有了長足的進步，使柴油機在每分鐘1100轉、3000馬力的工況下，排氣溫度下降到570℃，爆發壓力降至129公斤/釐米2，基本消除了“兩高一黑”現象。同年7月，二七工廠完成編寫《12V240ZJ柴油機試驗報告》，為部級鑑定作好準備。時任副總理李先念閱畢試驗簡報後批示，“送秋裡、谷牧、寶華並交通部、北京市同志閱。應予支援。產品定型後，可否形成生產線？協作要定點，靠交通部本身來解決協作問題，或者主要靠北京市來解決。這樣可把北京市整個工業促進一下。一旦形成生產線，就可以成批生產。交通部是否同意這樣辦？……但必須在已取得成績的基礎上，千方百計提高質量”。1974年9月，交通部在二七工廠召開了12V240Z型柴油機技術鑑定會，並對柴油機啟動、曲軸扭振、機車運用特性、交變負荷、超負荷、速度特性等進行抽查試驗，至9月22日所有試驗順利結束，與會代表一致認為柴油機技術引數的選擇、結構和總體佈置是合理的，主要經濟技術指標達到了設計任務書的要求，其中燃油消耗等指標達到了國外同類機型的先進水平，同意柴油機定型並進行批次生產。隨後，李先念於柴油機鑑定簡報上再次批示：“送交通部、楊壽山同志閱：二七廠搞的柴油機已成功，這是一件好事。交通部、北京市要大力支援。並望二七廠在批次生產時注意提高質量，即使有點缺點也不要緊，再改進”。1974年12月，二七工廠完成試製經過改良的北京型3003號機車，裝用正式定型的12V240Z型柴油機和新的液力傳動箱。從1974年10月起，二七工廠開始對12V240Z型柴油機進行第二階段的改進試驗，目的是進一步提高柴油機強化係數和功率，最終達到小時功率3300馬力、持續功率3000馬力的設計目標，並要求爆發壓力不超過135公斤/釐米2，總管排氣溫度不超過650℃，增壓器轉速不超過每分鐘26500轉。除了採用大連內燃機車研究所研製的高壓比1102型增壓器，還對噴油裝置的引數作出調整以降低爆發壓力。1978年1月，12V240Z型柴油機完成了強化功率100小時連續運轉試驗，試驗結果顯示柴油機的技術經濟效能得到進一步提升，在小時功率3300馬力、持續功率3000馬力的工況下，燃油消耗率分別為152克/馬力小時和153克/馬力小時；在小時功率3000馬力、持續功率2700馬力的工況下，燃油消耗率比1974年定型試驗下降約5克/馬力小時。其他扭振、煙度、爆發壓力、進氣流量等引數亦比1974年定型試驗有所改善。1978年10月，奧地利李斯特內燃機及測試裝置公司應中國鐵道部邀請訪問北京二七機車車輛工廠，並對12V240Z型柴油機的結構設計和強化試驗作全面評價，李斯特公司的專家認為該型柴油機的主要技術性能指標已達到世界先進水平，並且還有進一步提高功率的餘地。12V240ZJ1.1980年6月7日，鐵道部向北京二七機車廠下達了《關於東風7型調車內燃機車設計任務書的通知》，開始研製裝車功率為2,000馬力的重型調車機車。二七工廠在12V240Z型柴油機的基礎上設計了12V240ZJ1型柴油機。1981年1月，二七機車廠對12V240ZJ1型柴油機先後進行了增壓配套試驗、起動試驗和調速效能試驗，並根據對比試驗結果決定選用無錫動力機廠的261P-13型增壓器。1981年12月，12V240ZJ1型柴油機通過了效能試驗和100小時連續運轉試驗。裝用12V240ZJ1型柴油機的東風7型柴油機車於1982年面世，1984年透過部級鑑定並獲批准投入批次生產。該型柴油機的結構和效能與北京型柴油機車所使用的12V240ZJ型柴油機基本相同，只是在機座、聯軸節、增壓器和部分管路等作出一些改動，並調整了工作轉速和壓縮比引數。與12V240ZJ型柴油機相比，12V240ZJ1型柴油機的標定轉速由每分鐘1,100轉降低到1,000轉，裝車功率由2,700馬力，以提高柴油機的耐久性和可靠性；為提高機車在低負荷工況時的經濟性，在柴油機熱負荷允許條件下提高了最大燃燒壓力，降低空轉轉速，並增設空轉節油擋使最低負荷轉速與空轉轉速分開，定為每分鐘400轉。柴油機機體採用鋼板焊接結構，V形夾角下部設有和冷卻活塞的機油管道。柴油機並採用鋼頂鋁裙振盪冷卻組合式活塞、合金鋼全纖維鍛壓懸掛式曲軸、蠕墨鑄鐵整體鑄造汽缸蓋、合金鋼鍛壓主副式、單體式噴油泵。柴油機採用脈衝增壓系統，V形夾角上部設有兩臺ZN261-13型渦輪增壓器。柴油機採用由步進電機驅動的無級調速聯合調節器。UIC標定功率為2,200馬力。12V240ZJ5／12V240ZJ7.因考慮到山區和丘陵地帶的鐵路線路坡度較大，並且使機車適應幹線小運轉和支線運輸的需要，北京二七機車廠於1989年決定在東風7型柴油機車的基礎上，開發研製具備電阻制動裝置的東風7B型柴油機車。與前者相比，東風7B型機車改為裝用一臺12V240ZJ-5型柴油機，裝車功率由2,000馬力。1992年，北京二七機車廠根據鐵道部提出的要求，對東風7B型調車機車在車體、電氣、輔助系統、管路及裝置等方面，進行區域性改進設計以適應幹線貨運的需要，並於同年年底試製成東風7B型6001號及6002號幹線貨運機車，並於1993年3月投入小批次生產。幹線貨運型機車的主要改動為換裝了12V240ZJ7型柴油機和ZN261-13B型增壓器。12V240ZJ5／12V240ZJ7型柴油機的額定轉速為每分鐘1,000轉，最低空載轉速為每分鐘400轉，標定工況下的主缸平均有效壓力為1.370兆帕，而12V240ZJ-7型柴油機使用無錫動力機廠的ZN261-13B型增壓器。