YC6M重型柴油机开发研究_钟玉伟
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1 柴油机主要技术规格
YC6M 柴油机是高性能的重型商用柴油机，为
收稿日期：2008-10-10；修回日期：2008-12-02。 作者简介：钟玉伟，高级工程师，产品总规划师，E-mail：ywzhong@ yuchai.cn。
2008 年 12 月
钟玉伟等：YC6M 重型柴油机开发研究
·27·
立式直列 6 缸、后置齿轮室、水冷、四冲程、1 缸 1 盖、4 气门、增压中冷型式，其主要技术规格如表 1 所示， 柴油机外观如图 1 所示。
指标 高压共轨
120 145 9.839
6 150 17.5∶1 266 2 100 ≤195 1 550 1 300 国Ⅳ 115
阶段和燃烧开发中应用了 AVL Boost 工作过程计算 分析软件，计算柴油机主要结构参数及燃烧系统参数 对性能的影响；在设计阶段和机械开发过程中应用有 限元分析软件 ANSYS 对结构进行分析，包括机体、缸 盖和曲轴的强度和刚度分析、疲劳寿命分析、热负荷 分析等；用 CFD 分析软件进行了流场分析，包括冷却 液和进、排气过程。
·28·
内燃机学报
精度、大容量的柴油滤清器和机油滤清器有效保护喷 油系统和运动件；大轴径宽轴瓦的设计减少了轴承的 比压；采用球墨铸铁飞轮壳以提高可靠性。
第 26 源自文库增刊
a) 整体式主轴承盖 b) 内冷油道活塞
c) 湿式缸套
图 5 PTO 接口 Fig.5 P TO interface
YC6M 4 气门缸内制动器采用具有自主知识产权 的 VVEB 泄气制动器。缸内控制系统工作原理如图 6 所示，当制动器工作时，电磁阀接通电源开启，机油经 控制器在执行器间形成高压油，驱动执行器活塞下 移，作用在排气门气门桥上，排气门被打开。直到制动 器停止工作时，电磁阀断电关闭，控制器泄油，执行器 活塞回位，排气门恢复在燃烧循环中的正常功能。缸 内制动器性能特点：车辆下坡控制更加优异，同单纯 采用排气蝶阀制动对比，采用该结构可增加制动功 率，升功率可以做到 25,kW/L。YC6M 制动器在发动 机 1 000,r/min 时即开始产生制动力，而采用排气门 浮动原理工作的制动器需要发动机在 1 400,r/min 时 才有很小的制动力，而且还需要非常高的排气背压 (270,kPa) ，这 对 排 气 蝶 阀 的 密 封 要 求 也 非 常 高 ，而 YC6M 制动器在 1 400,r/min 时，只需排气背压不到 120,kPa。我国司机一般习惯于发动机在 1,400~2,000 r/min 工作，YC6M 制动器更适合中国司机的习惯。
Fig.4
d) 单体式缸盖
图 4 YC6M 柴油机结构特征 YC6M diesel engine structure features
为了降低发动机噪声，YC6M 柴油机采用后置齿 轮室、整体式主轴承盖、双点线啮合齿轮玉柴拥有的 专利技术、长行程设计，优化活塞配缸间隙、硅油减振 器和低噪声燃烧控制技术。为了加强 YC6M 发动机 的配套适应性，采用了齿轮室后置设计，前端可方便 布置大功率发电机和空调压缩机，减少了整机的宽 度，后端留有附加取力输出装置(PTO，图 5 所示)，可 实现双动力输出。
和工程机械配套。本文介绍了该机的开发过程、主要技术特征和国Ⅳ排放试验结果。
关键词：柴油机；开发设计；国Ⅳ标准；排放
中图分类号：TK427
文献标志码：A
Development of YC6M Heavy-Duty Car Diesel Engine
ZHONG Yu-wei，LIN Zhi-qiang，LIN Tie-jian
图 7 是 YC6M 柴油机匹配 3 种不同增压器外特 性烟度、NOx 排放和燃油经济性对比，对于重型商用 柴油机，控制排放的重点是中高速和中高负荷工况，
a) 外特性烟度
增压器的匹配直接影响柴油机在不同转速的性能，增 压器过小，低速性能好，但高速变差，反之亦然，理想 的匹配结果是能够兼顾柴油机中高速性能。由图 7 可 见，B 增压器高速性能最好，油耗低，低速尽管 NOx 排 放低，但低速烟度排放过大，经济性差；C 增压器低速 油耗好、烟度低，但高速经济性差；3 个增压器在中高 速工况 NOx 排放相差不大，因此兼顾中高速性能，确 定选用 A 增压器。 4.2 燃油喷射系统匹配
2 整机设计思路和设计方法
YC6M 柴油机是玉柴自主开发的第一款重型柴 油机，它吸收应用玉柴与国外多年合作的成果，总结 应用自主开发成功的经验和技术，并充分考虑国内特 殊的使用环境和使用状况，提出了柴油机适用性的 9 要素：动力性、经济性、可靠性、环保性、舒适性、可选 性、性价比、风范比和时空比。考虑排放、噪音、动力不 断升级的需要，在满足强制性标准限制的前提下，以 适用性优势满足国内主流用户的需求。因此，在产品 立项过程中，提出 YC6M 柴油机设计准则，见图 2。
在产品设计开发过程中，玉柴首次全流程中综合 应用了数字模拟技术[1-3] , 如图 3 所示。在概念机设计
图 3 YC6M 柴油机设计数字模拟的应用 Fig.3 YC6M diesel engine design of digital simulation
application
3 YC6M 柴油机结构特征
(Yuchai Group company Limited，Guangxi，Yulin 537005，China)
Abstract：YC6M is the first model of heavy duty diesel engine which is independently developed by Guangxi Yuchai Diesel Motor. The engine absorbs the cooperation results at home and abroad，summarizes our own experiences and technologies， and establishes the advanced design and development processes covering the CAD/CAE/CFD digital simulation design technologies，development of prototype, optimization of combustion and reliability. By adopting modern diesel structures and independent patent，YC6M engine realizes the targets of high power density，low fuel consumption，low emission and high reliability. Currently, the engine meeting National emission standards of phase Ⅱ, paase Ⅲ and phase Ⅳ have been developed, and have been installed on heavy duty trucks and engineering machineries. This paper introducesengine develop-
YC6M 柴油机在机械开发过程中，严格按德国 FEV 公司机械开发程序，累计完成 3 轮，共计超过 25 000 h 台架试验及 1 000 000 km 整车道路试验。
图 2 YC6M 柴油机设计准则 Fig.2 YC6M diesel engine design guidelines
图 1 YC6M 柴油机外观 Fig.1 YC6M diesel engine appearance
ment processes and its main technical features as well as the testing results for engine that meets National emission standard phase Ⅳ. Keywords：Diesel engine；Design and develop；National Ⅳ standard；Emission
国内重型商用车市场快速发展的需求，本公司于 2002 年立项，自主研发 YC6M 柴油机。2005 年开始投放市 场，2007 年开始对产品进行了升级，并着手开发满 足国Ⅲ、国Ⅳ排放法规的 YC6M 柴油机。YC6M 柴油 机是本公司借鉴国内外重型柴油机开发经验，吸收 应用了本公司与国内外合作的多年成果，自主研发的 第一款重型柴油机。本文介绍了 YC6M 柴油机主要 技术特点、开发流程及满足国Ⅳ排放研究试验结果。
为了提高柴油机的可靠性，YC6M 柴油机采用整 体式主轴承盖结构，提高气缸体刚度，减少变形；采用 湿式厚壁合金铸铁缸套，使发动机易于维护；强制退 火保证了缸体和缸盖的变形最小，降低了机油消耗， 为柴油机满足日益严格的排放法规奠定了基础；采用 内冷油道活塞结构(图 4 所示)降低活塞热负荷，采用 长行程设计，使活塞侧推力小，轴承比压低，采用喷钼 渗陶柔性活塞环技术减少磨擦损失和机油消耗。在冷 却系统设计中，冷却水路采用各缸独立的横流结构， 保证冷却均匀可靠，同时机油泵/水泵大流量保证了 冷却的可靠性。在提高发动机可靠性方面还包括：在 曲轴前后油封位置增加隔套，延长曲轴寿命，采用高
图 6 液压控制示意图 Fig.6 Schematic of hydraulic control system
4 YC6M 柴油机满足国Ⅳ排放开发
经过几年的开发及根据用户反馈意见的改进， 以 YC6M 为平台，玉柴完成包括工程机械和商用机 多个产品的开发，商用机分别完成了满足国Ⅱ法规、 匹配电控单体泵的满足国Ⅲ法规的 4 气门机，以及匹
表 1 YC6M 柴油机主要技术参数与性能参数
Tab.1 YC6M diesel’s main technical and performance parameters
项目 燃油喷射系统 缸径/mm 行程/mm 气缸排量/L 缸数/个 气缸中心距/mm 压缩比 标定功率/ kW 标定转速/（r/min） 标定工况燃油消耗率/(g/(kW·h) ) 最大转矩/(N·m) 最大转矩转速/(r/min) 排放 噪声 Lw≤dB(A)
第 26 卷（2008）增刊 文章编号：1000-0909（2008）增-0026-05
内燃机学报 Transactions of CSICE
Vol.26（2008）Suppl 26-096
YC6M 重型柴油机开发研究
钟玉伟，林志强，林铁坚
(广西玉柴机器股份有限公司，537005)
摘要：YC6M 是广西玉林柴油机机器股份有限公司自主开发的第一款重型柴油机，该发动机在吸收应用多年与国内外
合作成果的基础上，总结了自主开发的经验和技术，建立了完善的从 CAD/CAE/CFD 等数字模拟数字设计技术、样机的
机械开发、燃烧开发和可靠性设计开发流程，采用现代柴油机新型结构技术和自主的专利技术，实现了柴油机高功率密
度、低油耗、低排放和高可靠性。目前，该机型已经完成了国Ⅱ、国Ⅲ和国Ⅳ排放机型开发，应用于国内主要重型汽车厂
引言
柴油机以其优越的燃油经济性、动力性和可靠性 得到了越来越广泛的应用，随着我国国民经济的快速 发展，载货车重型化趋势明显，重型卡车由 1993 年 占卡车市场的 4%到 2003 年占卡车市场的 21%，达 25.8 万辆，因此国内汽车和内燃机制造商十分重视重 型车用柴油机开发。
广西玉柴机器股份有限公司是国内规模最大的 柴油机制造商，但从产品结构来看，在 2003 年以前 没有功率大于 257 kW 的重型柴油机产品，为了适应
2008 年 12 月
钟玉伟等：YC6M 重型柴油机开发研究
·29·
配高压共轨燃油喷射系统满足国Ⅳ排放的 YC6M 柴 油机[4-5]。
YC6M 国Ⅳ柴油机采用的技术路线是在国Ⅲ排 放基础上，使用 SCR 后处理器，因此国Ⅳ机开发中主 要采取的技术措施包括：增压器和燃油喷射系统重新 匹配；改进活塞环设计、降低机油消耗和后处理器匹 配[6]。在燃烧开发中，柴油机原始排放满足：颗粒、THC 和 CO 排放达到国Ⅳ排放法规的要求，不带 SCR 后 处理器情况下 NOx 排放小于 9.0,g/(kW·h)。 4.1 增压器匹配
YC6M 柴油机是高性能的重型商用柴油机，为
收稿日期：2008-10-10；修回日期：2008-12-02。 作者简介：钟玉伟，高级工程师，产品总规划师，E-mail：ywzhong@ yuchai.cn。
2008 年 12 月
钟玉伟等：YC6M 重型柴油机开发研究
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立式直列 6 缸、后置齿轮室、水冷、四冲程、1 缸 1 盖、4 气门、增压中冷型式，其主要技术规格如表 1 所示， 柴油机外观如图 1 所示。
指标 高压共轨
120 145 9.839
6 150 17.5∶1 266 2 100 ≤195 1 550 1 300 国Ⅳ 115
阶段和燃烧开发中应用了 AVL Boost 工作过程计算 分析软件，计算柴油机主要结构参数及燃烧系统参数 对性能的影响；在设计阶段和机械开发过程中应用有 限元分析软件 ANSYS 对结构进行分析，包括机体、缸 盖和曲轴的强度和刚度分析、疲劳寿命分析、热负荷 分析等；用 CFD 分析软件进行了流场分析，包括冷却 液和进、排气过程。
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内燃机学报
精度、大容量的柴油滤清器和机油滤清器有效保护喷 油系统和运动件；大轴径宽轴瓦的设计减少了轴承的 比压；采用球墨铸铁飞轮壳以提高可靠性。
第 26 源自文库增刊
a) 整体式主轴承盖 b) 内冷油道活塞
c) 湿式缸套
图 5 PTO 接口 Fig.5 P TO interface
YC6M 4 气门缸内制动器采用具有自主知识产权 的 VVEB 泄气制动器。缸内控制系统工作原理如图 6 所示，当制动器工作时，电磁阀接通电源开启，机油经 控制器在执行器间形成高压油，驱动执行器活塞下 移，作用在排气门气门桥上，排气门被打开。直到制动 器停止工作时，电磁阀断电关闭，控制器泄油，执行器 活塞回位，排气门恢复在燃烧循环中的正常功能。缸 内制动器性能特点：车辆下坡控制更加优异，同单纯 采用排气蝶阀制动对比，采用该结构可增加制动功 率，升功率可以做到 25,kW/L。YC6M 制动器在发动 机 1 000,r/min 时即开始产生制动力，而采用排气门 浮动原理工作的制动器需要发动机在 1 400,r/min 时 才有很小的制动力，而且还需要非常高的排气背压 (270,kPa) ，这 对 排 气 蝶 阀 的 密 封 要 求 也 非 常 高 ，而 YC6M 制动器在 1 400,r/min 时，只需排气背压不到 120,kPa。我国司机一般习惯于发动机在 1,400~2,000 r/min 工作，YC6M 制动器更适合中国司机的习惯。
Fig.4
d) 单体式缸盖
图 4 YC6M 柴油机结构特征 YC6M diesel engine structure features
为了降低发动机噪声，YC6M 柴油机采用后置齿 轮室、整体式主轴承盖、双点线啮合齿轮玉柴拥有的 专利技术、长行程设计，优化活塞配缸间隙、硅油减振 器和低噪声燃烧控制技术。为了加强 YC6M 发动机 的配套适应性，采用了齿轮室后置设计，前端可方便 布置大功率发电机和空调压缩机，减少了整机的宽 度，后端留有附加取力输出装置(PTO，图 5 所示)，可 实现双动力输出。
和工程机械配套。本文介绍了该机的开发过程、主要技术特征和国Ⅳ排放试验结果。
关键词：柴油机；开发设计；国Ⅳ标准；排放
中图分类号：TK427
文献标志码：A
Development of YC6M Heavy-Duty Car Diesel Engine
ZHONG Yu-wei，LIN Zhi-qiang，LIN Tie-jian
图 7 是 YC6M 柴油机匹配 3 种不同增压器外特 性烟度、NOx 排放和燃油经济性对比，对于重型商用 柴油机，控制排放的重点是中高速和中高负荷工况，
a) 外特性烟度
增压器的匹配直接影响柴油机在不同转速的性能，增 压器过小，低速性能好，但高速变差，反之亦然，理想 的匹配结果是能够兼顾柴油机中高速性能。由图 7 可 见，B 增压器高速性能最好，油耗低，低速尽管 NOx 排 放低，但低速烟度排放过大，经济性差；C 增压器低速 油耗好、烟度低，但高速经济性差；3 个增压器在中高 速工况 NOx 排放相差不大，因此兼顾中高速性能，确 定选用 A 增压器。 4.2 燃油喷射系统匹配
2 整机设计思路和设计方法
YC6M 柴油机是玉柴自主开发的第一款重型柴 油机，它吸收应用玉柴与国外多年合作的成果，总结 应用自主开发成功的经验和技术，并充分考虑国内特 殊的使用环境和使用状况，提出了柴油机适用性的 9 要素：动力性、经济性、可靠性、环保性、舒适性、可选 性、性价比、风范比和时空比。考虑排放、噪音、动力不 断升级的需要，在满足强制性标准限制的前提下，以 适用性优势满足国内主流用户的需求。因此，在产品 立项过程中，提出 YC6M 柴油机设计准则，见图 2。
在产品设计开发过程中，玉柴首次全流程中综合 应用了数字模拟技术[1-3] , 如图 3 所示。在概念机设计
图 3 YC6M 柴油机设计数字模拟的应用 Fig.3 YC6M diesel engine design of digital simulation
application
3 YC6M 柴油机结构特征
(Yuchai Group company Limited，Guangxi，Yulin 537005，China)
Abstract：YC6M is the first model of heavy duty diesel engine which is independently developed by Guangxi Yuchai Diesel Motor. The engine absorbs the cooperation results at home and abroad，summarizes our own experiences and technologies， and establishes the advanced design and development processes covering the CAD/CAE/CFD digital simulation design technologies，development of prototype, optimization of combustion and reliability. By adopting modern diesel structures and independent patent，YC6M engine realizes the targets of high power density，low fuel consumption，low emission and high reliability. Currently, the engine meeting National emission standards of phase Ⅱ, paase Ⅲ and phase Ⅳ have been developed, and have been installed on heavy duty trucks and engineering machineries. This paper introducesengine develop-
YC6M 柴油机在机械开发过程中，严格按德国 FEV 公司机械开发程序，累计完成 3 轮，共计超过 25 000 h 台架试验及 1 000 000 km 整车道路试验。
图 2 YC6M 柴油机设计准则 Fig.2 YC6M diesel engine design guidelines
图 1 YC6M 柴油机外观 Fig.1 YC6M diesel engine appearance
ment processes and its main technical features as well as the testing results for engine that meets National emission standard phase Ⅳ. Keywords：Diesel engine；Design and develop；National Ⅳ standard；Emission
国内重型商用车市场快速发展的需求，本公司于 2002 年立项，自主研发 YC6M 柴油机。2005 年开始投放市 场，2007 年开始对产品进行了升级，并着手开发满 足国Ⅲ、国Ⅳ排放法规的 YC6M 柴油机。YC6M 柴油 机是本公司借鉴国内外重型柴油机开发经验，吸收 应用了本公司与国内外合作的多年成果，自主研发的 第一款重型柴油机。本文介绍了 YC6M 柴油机主要 技术特点、开发流程及满足国Ⅳ排放研究试验结果。
为了提高柴油机的可靠性，YC6M 柴油机采用整 体式主轴承盖结构，提高气缸体刚度，减少变形；采用 湿式厚壁合金铸铁缸套，使发动机易于维护；强制退 火保证了缸体和缸盖的变形最小，降低了机油消耗， 为柴油机满足日益严格的排放法规奠定了基础；采用 内冷油道活塞结构(图 4 所示)降低活塞热负荷，采用 长行程设计，使活塞侧推力小，轴承比压低，采用喷钼 渗陶柔性活塞环技术减少磨擦损失和机油消耗。在冷 却系统设计中，冷却水路采用各缸独立的横流结构， 保证冷却均匀可靠，同时机油泵/水泵大流量保证了 冷却的可靠性。在提高发动机可靠性方面还包括：在 曲轴前后油封位置增加隔套，延长曲轴寿命，采用高
图 6 液压控制示意图 Fig.6 Schematic of hydraulic control system
4 YC6M 柴油机满足国Ⅳ排放开发
经过几年的开发及根据用户反馈意见的改进， 以 YC6M 为平台，玉柴完成包括工程机械和商用机 多个产品的开发，商用机分别完成了满足国Ⅱ法规、 匹配电控单体泵的满足国Ⅲ法规的 4 气门机，以及匹
表 1 YC6M 柴油机主要技术参数与性能参数
Tab.1 YC6M diesel’s main technical and performance parameters
项目 燃油喷射系统 缸径/mm 行程/mm 气缸排量/L 缸数/个 气缸中心距/mm 压缩比 标定功率/ kW 标定转速/（r/min） 标定工况燃油消耗率/(g/(kW·h) ) 最大转矩/(N·m) 最大转矩转速/(r/min) 排放 噪声 Lw≤dB(A)
第 26 卷（2008）增刊 文章编号：1000-0909（2008）增-0026-05
内燃机学报 Transactions of CSICE
Vol.26（2008）Suppl 26-096
YC6M 重型柴油机开发研究
钟玉伟，林志强，林铁坚
(广西玉柴机器股份有限公司，537005)
摘要：YC6M 是广西玉林柴油机机器股份有限公司自主开发的第一款重型柴油机，该发动机在吸收应用多年与国内外
合作成果的基础上，总结了自主开发的经验和技术，建立了完善的从 CAD/CAE/CFD 等数字模拟数字设计技术、样机的
机械开发、燃烧开发和可靠性设计开发流程，采用现代柴油机新型结构技术和自主的专利技术，实现了柴油机高功率密
度、低油耗、低排放和高可靠性。目前，该机型已经完成了国Ⅱ、国Ⅲ和国Ⅳ排放机型开发，应用于国内主要重型汽车厂
引言
柴油机以其优越的燃油经济性、动力性和可靠性 得到了越来越广泛的应用，随着我国国民经济的快速 发展，载货车重型化趋势明显，重型卡车由 1993 年 占卡车市场的 4%到 2003 年占卡车市场的 21%，达 25.8 万辆，因此国内汽车和内燃机制造商十分重视重 型车用柴油机开发。
广西玉柴机器股份有限公司是国内规模最大的 柴油机制造商，但从产品结构来看，在 2003 年以前 没有功率大于 257 kW 的重型柴油机产品，为了适应
2008 年 12 月
钟玉伟等：YC6M 重型柴油机开发研究
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配高压共轨燃油喷射系统满足国Ⅳ排放的 YC6M 柴 油机[4-5]。
YC6M 国Ⅳ柴油机采用的技术路线是在国Ⅲ排 放基础上，使用 SCR 后处理器，因此国Ⅳ机开发中主 要采取的技术措施包括：增压器和燃油喷射系统重新 匹配；改进活塞环设计、降低机油消耗和后处理器匹 配[6]。在燃烧开发中，柴油机原始排放满足：颗粒、THC 和 CO 排放达到国Ⅳ排放法规的要求，不带 SCR 后 处理器情况下 NOx 排放小于 9.0,g/(kW·h)。 4.1 增压器匹配