240/260系列柴油机

**240/260 系列柴油機**是由中國北京二七機車車輛工廠（今中車北京二七機車）開發研製的四行程、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 年通過鑑定並投入批量生產，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（不應與大連機車車輛廠研製的 16V240ZJ 型柴油機混肴）。1959 年 8 月，長辛店機車車輛工廠、鐵道部科學研究院、天津動力機廠共同組成柴油機設計組，同年 9 月底完成了 16V240Z 型柴油機的初步設計，技術指標為 16 氣缸、氣缸內徑 240 毫米、活塞行程 270 毫米、標定功率 3000 馬力（2200 千瓦）。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性能試驗。1964 年 9 月，第一台 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，因此首先利用一台原用於米格 - 17 戰鬥機的克里莫夫 VK-1 型渦噴發動機，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，柴油機樣機經平台試驗達到了 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（2200 千瓦），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，第一台 12V240ZJ 型柴油機在二七工廠完成組裝，隨後又完成了第二台柴油機，並在北京環形鐵道進行試驗。1970 年，前兩台 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，設計試製了首台 3000 馬力的北京型 3001 號幹線客運柴油機車，機車裝用一台 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匯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 台 12V240ZJ 型柴油機。當時該型柴油機在燃燒性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」，第一台柴油機在每分鐘 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 / 厘米 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、連杆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、採用兩台 45GP805 型增壓器（脈衝增壓）取代 TZ-330 型增壓器（定壓增壓）。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性能試驗。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量生產中的要求，二七工廠提出「大干 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品質管理，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台 12V240ZJ 型柴油機。同年 4 月 30 日，柴油機順利通過了性能試驗和 100 小時連續試運轉。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，該柴油機的性能比前八台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 / 厘米 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，「送秋里、谷牧、寶華並交通部、北京市同志閱。應予支持。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，千方百計提高品質」。

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參數的選擇、結構和總體布置是合理的，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量生產。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、北京市要大力支持。並望二七廠在批量生產時注意提高品質，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 / 厘米 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，還對噴油裝置的參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 小時連續試運轉，試驗結果顯示柴油機的技術經濟性能得到進一步提升，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、進氣流量等參數亦比 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設備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、起動試驗和調速性能試驗，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 型柴油機通過了性能試驗和 100 小時連續試運轉。裝用 12V240ZJ1 型柴油機的東風 7 型柴油機車於 1982 年面世，1984 年通過部級鑑定並獲批准投入批量生產。

該型柴油機的結構和性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參數。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（1,990 千瓦）降低到 2,000 馬力（1,470 千瓦），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 形夾角下部設有進氣穩壓箱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、合金鋼鍛壓主副式連杆、單體式噴油泵。柴油機採用脈衝增壓系統，V 形夾角上部設有兩台 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（1,620 千瓦），裝車功率為 2,000 馬力（1,470 千瓦）。標定工況下的主缸平均有效壓力為 1.370 兆帕（每平方厘米 13.97 公斤），標定工況運轉時的燃油消耗量為 155 克 / 有效馬力・小時（211 克 / 有效千瓦・小時）。

### 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軔裝置的東風 7B 型柴油機車。與前者相比，東風 7B 型機車改為裝用一台 12V240ZJ-5 型柴油機，裝車功率由 2,000 馬力（1,470 千瓦）提高到 2,500 馬力（1,840 千瓦）。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、管路及設備等方面，進行局部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 月投入小批量生產。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（每平方厘米 13.97 公斤），UIC 標定功率為 2,740 馬力（2,020 千瓦），裝車功率為 2,500 馬力（1,840 千瓦），標定工況運轉時的燃油消耗量為 155 克 / 有效馬力・小時（211 克 / 有效千瓦・小時）。12V240ZJ5 型柴油機使用江津增壓器廠的 ZN248 型增壓器（江津增壓器廠以營運許可方式引進瑞士 ABB 公司專利而生產的國產化 VTC 214 型增壓器），而 12V240ZJ-7 型柴油機使用無錫動力機廠的 ZN261-13B 型增壓器。

### 6240ZJ

### 6240ZJA

## 參看

* 240/275 系列柴油機
* 北京型柴油機車

## 參考文獻