280/285系列柴油機

280/285系列柴油機是由中國戚墅堰機車車輛廠開發研製的四衝程中速柴油機產品系列，氣缸直徑為280毫米，活塞行程為285毫米，氣缸排列形式有直立式和50°夾角V型兩種，輸出功率可達2,000馬力～6,000馬力。除戚墅堰機車車輛廠之外，資陽內燃機車廠亦有生產該系列柴油機。發展歷史.16V280ZJ.1975年初，隨著資陽內燃機車廠建成投產，戚墅堰機車車輛廠根據中華人民共和國鐵道部的決定，將東方紅4型柴油機車的試製和改進任務交由資陽內燃機車廠繼續進行。“四五”、“五五”期間，由於當時中國鐵路機車車輛工業缺乏一個比較穩定的發展規劃，鐵路技術政策搖擺不定。戚墅堰機車車輛廠交出東方紅4型柴油機車的研製任務之後，工廠產品發展方向一時之間難以確定，國家計委批准工廠轉為承擔東風4型柴油機車的廠修任務。戚墅堰機車車輛廠在轉修內燃機車的同時，也在探索工廠未來主導產品的發展道路。工廠分析了當時中國鐵路運輸狀況和各種鐵路機車車型的生產及使用情況後，認定提高貨物列車重量、提高列車執行速度和密度將是鐵路發展的主要技術政策。工廠經過研究和計算後認為，針對當時鐵路科技發展規劃中提出的遠期計劃，機車要達到在平直道上以時速80公里以上牽引4,000噸的貨物列車、以時速120公里以上牽引旅客列車的目標，機車輪周牽引功率應達到3,450馬力三種缸徑的柴油機，其他型別的柴油機不能列入國家發展計劃。1976年7月，工廠發動全廠職工大討論，工廠黨委召開常委擴大會議，用三天時間研討了中國鐵路牽引動力發展的方向和工廠研製大功率柴油機車的可行性，又分析了單節單機組大功率柴油機車的各方面優越性，最終拍板決定在沒有上級計劃、沒有試製費用的情況下著手自行研製大功率柴油機。開發過程的第一步是確定柴油機的功率等級，除了考慮到柴油機的可靠性和使用壽命、需要保留一定的功率儲備的同時，也預留了未來的發展餘地，最後決定將柴油機的持續功率定為5,400馬力，在經過充分的試驗考核之後，再將柴油機功率水平逐步提升到原定目標值。為了避免產生過大的熱負荷及機械負荷、影響發動機的使用壽命，工廠決定將柴油機的定為每平方釐米16~18公斤、活塞平均速度定為10.5米/秒，並在此基礎上對氣缸直徑為260~290毫米的方案進行了模擬計算，在考慮到柴油機的用途、效能、體積、重量等綜合因素之後，確定其氣缸直徑為280毫米、活塞行程為285毫米、氣缸夾角為50°、額定轉速為每分鐘1,100轉。1977年春季，戚墅堰機車車輛廠完成了和的全部設計圖紙，同時開始製作單缸試驗機。同年9月，試製出單缸試驗機並展開試驗，以尋找最佳燃燒系統引數。同年11月，單缸機在進行了磨合調整和完善試驗檯配套後，借用12V240ZJ型柴油機的高壓噴油泵及多孔噴嘴，開始進行供油系統方案的配套試驗；由於280/285柴油機的缸徑和排量遠大於240/260柴油機，使得單缸機在250馬力以上工況下的燃燒過程嚴重惡化。工廠對供油、配氣、燃燒系統進行了40多種方案的比較試驗後，使其燃燒效能逐步改善。1978年1月，單缸試驗機功率首次達到330馬力；在經過進一步改良和強化後，於1978年5月和8月分別達到了375馬力和404馬力。與此同時，戚墅堰機車車輛廠還與鐵道部科學研究院機車車輛研究所合作，為280/285柴油機研製了新型三圓弧油泵凸輪，並在單缸機上進行了配氣機構動力學試驗和主要零部件熱負荷試驗。1978年3月，戚墅堰機車車輛廠開始準備試製16缸原型機。1979年5月6日，第一臺16V280ZJ型柴油機組裝完畢，同年6月7日開始進行磨合調整試驗，當柴油機轉速為每分鐘1,000轉時，輸出功率已達到了5,000馬力的預期目標。同時，無錫動力機廠研製出新一代的60GP型軸流式增壓器，並與戚墅堰機車車輛廠合作完成了增壓器的第一階段配套試驗工作。1979年11月至12月，16缸原型機在運轉了71小時後，對其進行了全面解體檢查，未發現零部件的異常磨損情況。同時，戚墅堰機車車輛廠試製出第二臺16V280ZJ型柴油機，並在該機上進行了全面的靜強度測試。1979年12月至1980年11月，戚墅堰機車車輛廠與鐵道部科學研究院合作，在16V280ZJ型柴油機上進行了燃燒、配氣、供油、增壓、震動、扭轉等試驗專案。試驗結果表明，柴油機大部分時間都能在按機車工況之牽引特性的高效率範圍內運轉，燃油消耗率介乎160～165克/有效馬力·小時。為了尋找適合16V280ZJ型柴油機使用的，先後使用過五款調速器作配套試驗，包括戚墅堰機車車輛廠自制加裝阻尼裝置的QJY-2型調速器，最終決定採用效能較佳的聯合調節器-B型調速器。1980年10月27日至31日，戚墅堰機車車輛廠聯同鐵道部科學研究院、大連內燃機車研究所、無錫動力機廠等，按照國際鐵路聯盟情況下的對比試驗。降低標定轉速意味著活塞平均速度降低，機械應力、運動零件磨損、燃油消耗率相應下降，從而提升了柴油機的可靠性，工廠最後決定在保持標定功率不變的情況下，將標定轉速由原來每分鐘1,100轉降為每分鐘1,000轉。當時，鐵道部專家組考察戚墅堰工廠後，評價“280柴油機是戚廠歷史的轉折點，也是中國大功率內燃機零突破的母體”。1982年10月，為了儘早發現柴油機在長期使用中可能產生的問題，在配套之新型牽引電機機組尚未面世的情況下，鐵道部科技局與機務局向戚墅堰機車車輛廠下達通知，要求將16V280ZJ型柴油機裝上進廠大修的東風4型0267號機車，進行20萬公里運用考核。柴油機改裝工作於1982年12月20日竣工，由於16V280ZJ型柴油機的外型尺寸和16V240ZJ型柴油機相差不大，除了車體頂蓋、主發電機通風道、機組安裝位置、連線管道及傳動軸等零部件稍作修改外, 其餘部分均和原車保持相同。受牽引電機組實際容量的限制和受柴油機標定轉速降低的影響，將柴油機裝車功率暫定為3,600馬力使用，已達到了當初定下的第一階段目標。1981年起，為了進一步改善柴油機的技術性能、經濟性、可靠性，戚墅堰機車車輛廠便利用單缸試驗機開展了大量關於供油系統、配氣系統的最佳化工作，設計了新的噴油泵、噴油器和增壓系統。1983年，為了改善的效能和效率，無錫動力機廠在鐵道部科學研究院的協助下，設計了採用雙列葉柵的60GP-4型增壓器，這也是中國第一款採用串列葉柵技術的渦輪增壓器。1983年9月，60GP-4型增壓器被裝上第二臺16V280ZJ型柴油機，在戚墅堰機車車輛廠內的試驗檯上進行匹配試驗。1984年5月，為了確定柴油機的最佳燃油消耗率，工廠再次進行了雙列與單列擴壓機的增壓器對比試驗；與原本採用單列雙圓弧擴壓機的60GP型增壓器相比，60GP-4型增壓器應用於16V280ZJ型柴油機後，不僅使額定工況下油耗率平均下降了1～2%，並有效解決了柴油機在高負荷時的問題。1985年，為了進一步改善柴油機的油耗表現和可靠性，工廠向瑞士布朗-博韋裡公司，取代了原本使用的320P-7M型增壓器和雙脈衝增壓系統。16V280ZJ型柴油機使用MPC增壓系統後，在標定工況下的油耗率比脈衝增壓系統低3～4克/有效馬力·小時。從1987年起，新造的東風8型柴油機車均改為使用江津增壓器廠引進布朗-博韋裡公司專利生產的VTC254-13型增壓器。1988年9月，作為東風8型機車部級鑑定試驗的專案之一，16V280ZJ型柴油機於戚墅堰機車車輛廠的試驗檯上完成了100小時效能鑑定試驗，並於1988年12月在大連內燃機車研究所的試驗檯上完成了360小時耐久試驗，各項效能指標均達到了設計任務書的要求。1989年2月，16V280ZJ型柴油機與東風8型柴油機車通過了部級鑑定，並獲批准投入批次生產。16V280ZJ型柴油機先後於1986年獲得了“六五”國家科技攻關獎，於1989年獲得了鐵道部科技進步一等獎，於1990年獲得了國家科技進步一等獎。16V280ZJA.1980年代後期，中華人民共和國鐵道部提出了開行編組輛數20節、最高速度140公里/小時、執行時間不超過15小時的“朝發夕至”或“夕發朝至”特快旅客列車，並將研製牽引這種列車的大功率客運柴油機車列入國家“七五”重點科技攻關專案。為此，鐵道部擬定了大功率客運柴油機車的主要技術條件，要求機車標稱功率達到4,200馬力，比16V280ZJ型柴油機提高約10%。考慮到儘量減輕客運機車軸重的需要，因此在改進設計時還要對柴油機進行減重。同時，在滿足提升功率、降低油耗和提高可靠性、耐久性的前提下，零部件儘量保持與16V280ZJ型柴油機的通用性和互換性。1988年1月，為解決提升功率後部分氣缸排溫比其餘氣缸高的原因，利用對柴油機進行效能測試。1989年6月至12月，對柴油機進行了增壓、燃燒、配氣、供油等方面的配套試驗，分析了在各種工況時的增壓器通流元件規格、壓縮比、噴油提前角之間的關係，在大量試驗資料的基礎上確定了柴油機主要引數。1990年6月，在16V280ZJA型柴油機上進行了連續50小時運轉考核試驗，並順利進行了標定功率負荷特性試驗、裝車功率牽引特性試驗、不同供油位置時的功率、扭矩和油耗特性試驗。1990年10月，戚墅堰機車車輛廠試製出第一臺裝用16V280ZJA型柴油機的東風9型柴油機車，成為當時中國國內功率最大的單機組電力傳動柴油機車。隨後，因應廣深鐵路開行的需要，鐵道部要求將機車最高速度提高至160公里/小時，戚墅堰機車車輛廠在東風9型柴油機車的基礎上，於1992年研製出新一代的東風11型柴油機車，同樣採用了16V280ZJA型柴油機作為動力裝置。1993年3月，16V280ZJA型柴油機按UIC試驗規程完成100小時模擬試驗。1994年4月，東風11型柴油機車在北京環行鐵道的最高試驗速度達到183公里/小時，創下了當時“中國鐵路第一速”。1994年9月，16V280ZJA型柴油機透過UIC 100小時效能試驗，並於1995年1月完成UIC 360小時耐久試驗。1996 年，16V280ZJA型柴油機隨同東風11型柴油機車透過鐵道部科技成果鑑定和國家“八五”重點科技攻關專案驗收。而後來面世的東風8B型柴油機車、東風11G型柴油機車亦採用了16V280ZJA型柴油機。16V280ZJA型柴油機的最大功率為5,772馬力，並選用江津增壓器廠的VTC254-13型增壓器與之配套。後來，為了進一步降低柴油機在部分負荷工況時的排氣溫度，部分又改為使用VTC254-13G型增壓器或由大連內燃機車研究所研製的ZN310-LSA4型增壓器。