在底特律发动机的s60系列中，s60代表什么？

刘克志王云升

编者按为迎接中国即将加入世贸组织带来的机遇和挑战，本刊从今年1期起开设不定期专栏“企业科技”，旨在为国内外在科技工作中做出成绩的企业提供一个论坛，以期加强企业之间、企业与读者之间的交流，促进中国企业的科技进步和发展。

企业科技专栏每期刊登1家企业的1 ~ 2篇论文，介绍本企业最具代表性和普遍指导意义的重大科技成果或管理经验。希望本栏目能得到企业和读者的支持和喜爱。

美国底特律柴油机公司开发生产的S60系列柴油机的结构特点是由计算机自动控制柴油机整机，通过各种传感器将相关数据输入电子控制模块，由计算机快速处理数据，再由电磁阀控制电控泵喷嘴的启停时间，使柴油机在各种工况下都能达到最佳燃烧效果。该系列柴油机外特性好，经济性好，排放气体中有害物质少。实践证明，车用S60系列柴油机在654.38+0.6万公里内不宜大修。工程用S60系列柴油机20000工作小时内不需要大修。

底特律柴油机；结构分析；性能

底特律柴油机公司(DDC)是美国三大柴油机制造公司之一，成立于1915。80多年来，DDC一直以生产二冲程高速柴油发动机而闻名。

早在1978，底特律柴油机公司就开始研究计算机控制技术在高速柴油机上的应用。经过100多万小时的实验室台架试验和现场工业试验，计算机控制柴油机于1985年9月正式投放市场，全球已有近百万台柴油机投入运行。

90年代，底特律柴油机公司将多年生产二冲程柴油机的经验和计算机控制技术移植到新的S60系列四冲程柴油机上，并于90年代初投放市场。S60系列柴油发动机是一种六缸、直列、水冷、涡轮增压和空对空冷却的电脑控制四冲程柴油发动机。该系列有三种排量，其衍生四缸发动机为S50系列。

结构特点

1.计算机控制(DDEC)

底特律的S60和S50系列柴油机都是由电脑控制的。由一台计算机、一个传感器、一个电控泵喷嘴、电子显示模块4大部分部件组成(见图1计算机控制完全不同于电子调速器。电子调速器用电子元件代替机械或液压调速器，在外界负载变化时自动调节供油量，使柴油机保持稳定转速。计算机控制是指整个柴油机由计算机自动控制，不仅考虑了外界负荷变化的影响，具有调速功能，而且综合考虑了柴油机本身和外界条件的诸多因素的影响，如冷却液温度、燃油温度、增压器压力、负荷率和操作者的意图等。通过微机数据处理，以优化的喷油提前角将适量的油喷入气缸，使燃油获得最佳的燃烧过程，使柴油机以最佳状态运行，油耗最少，气体排出。

(1)计算机，即电子控制模块(ECM)，是由美国底特律公司和摩托罗拉公司联合开发的。有两个微处理器，一个是主机，另一个是备机。一旦主机出现故障，会自动切换到备用电脑，并通过液晶屏告知操作人员，可以保证每台电脑在3万个工作小时内不会因自身故障而停机。

这种小型高级微处理器具有多种综合功能，能承受越野车的强烈振动，在-54 ~ 105℃也能正常工作。

(2)传感器将相关数据输入计算机，计算机同时根据操作者的意图对数据进行快速处理，然后通过电磁阀控制电控泵喷嘴(EUI)的开始和结束喷油时间，使柴油机在各种工况下都能达到最佳的燃烧效果。如果某个传感器出现故障，会以代码编号的形式显示在液晶屏上，通知操作人员及时处理。其中，正时传感器和同步传感器用于传递柴油机的正时信息，曲轴每旋转360°，精度可达0.25°。正时传感器提供“每缸一次”的参数，同步传感器提供“每转一次”的参数，使计算机能准确确定活塞的上止点位置，并综合其他参数控制喷油量和喷油时间，保证最佳燃烧过程。

(3)电控泵喷嘴(EUI)底特律柴油机公司生产的柴油系统没有高压燃油泵或PT燃油泵，而是将各缸产生高压、计量、正时、雾化四大功能集成在一个整体式泵喷嘴中，结构紧凑，易于检查和更换，不需要专门的测试设备，各缸互不涉及，减少了维修时间和成本。柴油机用计算机控制时，巧妙地利用了机械式喷油嘴的特点，取消了原来调整喷油嘴内油量的齿条和齿轮，以及外部控制齿条运动的大量零件和调速器。将原来带螺旋槽的柱塞改为简单的圆柱形柱塞，结构简单，易于制造，不易损坏；控制阀用于控制喷油正时和喷油量。控制阀由电磁线圈和电枢操作。图2示出了电控泵喷嘴。

控制阀是常开往复阀，全开时阀门与阀座的距离只有0.4mm，所以关闭时冲击力很小，不易磨损。在电磁线圈和衔铁的作用下，控制阀关闭，油室内的燃油在柱塞的压力下产生高压，高压燃油从喷油头的多个小孔喷出，直到控制阀打开，燃油喷射终止，燃油返回油箱。

(4)电子显示模块(EDM)电子显示模块，或称液晶显示屏(图3)，这种显示屏可以安装在柴油机上或附近，也可以与油门手柄一起安装在距柴油机几十米的地方，用专用电缆连接。

图3液晶显示屏

在整个操作时间内，电子显示模块可以显示以下数据:

①柴油机转速；

②柴油机冷却液或润滑油温度(润滑油温度只有在无法从计算机中获得冷却液温度时才显示)；

③柴油机润滑油压力；

④电脑电池电压或辅助电流；

⑤车速或辅助泵压力或柴油机负荷；

⑥主要设备的温度或压力；

⑦主要设备的温度或压力或柴油涡轮增压器的压力；

⑧燃油液位；

⑨检查和停车说明。

显示屏中的数字单位可以是公制或英制。如果柴油机出现一般异常，显示屏会闪烁显示检查信号，同时显示屏下方会显示故障代码，要求操作人员尽快检查，及时排除故障。如果出现严重异常情况，显示屏会闪烁停止信号，显示屏下方也会显示故障代码，要求操作人员尽快停止。显示屏右侧有六个键，它们的功能是:

菜单键用于在信息窗口中显示菜单项。此时，菜单中每个项目的名称从右向左依次滚动。

滚动键用于加速菜单项或子菜单项的显示。每按一次就可以直接进入下一项，编程时也可以用来修改一些菜单项。

选择键用于选择菜单所需的主项目或子项目；

清除键可用于返回上一项。菜单项显示时，按此键清屏，如果有诊断代码，也可以通过此键清屏；

灯键是用来开灯的。如果连续按下灯键，灯光会由强到弱分四级逐渐变暗，最后熄灭。设置警告值时，您也可以使用该键选择一个较低的值。

报警关闭键用于清除警告代码和警告声音。设置警告值时，您也可以使用该键选择更高的值。根据电子显示模块的操作手册，可以从菜单中提出所需的项目。

此外，底特律柴油机公司可根据用户要求提供微型阅读器和微型打印机。用一根特殊的电线将阅读器连接到计算机或电子模块上。阅读器的液晶屏可以同时显示四行文字和数据，然后依次显示柴油机运转时的所有数据，并由打印机打印出来。也可以在阅读器的显示屏上显示一个或两个或三个项目，观察这种情况下其他参数的变化。阅读器的另一个作用是操作者可以远离柴油机，只通过阅读器就可以逐个检测各缸的工作情况。

2.组合活塞

组合活塞已在底特律71、92、149系列成功使用20多年，优于传统整体活塞。现已成功应用于S60和S50柴油机。

活塞顶部和活塞裙是分开的，中间有一个隔热圈。裙部受热轻微，热变形小，不必做成椭圆形，降低了制造难度。活塞与缸套之间的间隙可以相应减小，运行更加平稳；活塞销只承受垂直压力，不再承受弯矩，可靠性大大提高，解决了现代高速柴油机强化系数增大，平均有效压力增大，活塞销弯曲强度不能满足要求，活塞销直径受气缸直径限制的矛盾。由于活塞头和活塞裙不是一个整体，当活塞上下运动时，裙的轻微摆动不会影响到头部，活塞环都安装在活塞头上，可以达到很好的密封效果；允许单独更换活塞头或活塞裙，以降低维护成本。

3.顶置凸轮轴

底特律S60和S50柴油机借鉴了149系列柴油机的成功经验，采用顶置凸轮轴。凸轮轴的凸轮与进排气摇臂和喷油嘴摇臂的滚轮直接接触，不需要推杆和挺杆，结构简单，刚性和灵敏度高，喷油压力可高达200 MPa，燃烧更完全，排出的气体中有害物质更少。为了承受这么大的注射压力，泵喷嘴的摇臂滚轮采用氮化硅陶瓷材料，能承受高压，极其耐磨。S60和S50系列柴油发动机每个气缸有四个气门。底特律柴油机公司采用了别出心裁的设计，一个“门”摇臂可以同时控制两个气门。外面的两个气门是排气门，里面的两个气门是进气门。两个阀门之间不需要复杂的“十字桥”，所以结构简单，省去了摩擦部件。

上述措施为缩短气缸盖中的进气口和排气口提供了有利条件。短端口阻力小，气流顺畅，功率损耗低，热量损耗低，工作温度低。

4.空气对空气中冷器

涡轮增压器增加进气压力后，进气温度也会升高。传统的方法是使用柴油发动机冷却液来冷却增压空气。S60和S50系列柴油机将中冷器安装在水箱前面或水箱的一侧，利用风扇吸入的空气进行冷却。这种空对空中冷方式效果很好，增压后的空气温度比水对空中冷方式低40℃左右，增加了进气密度，提高了燃油经济性，增加了输出功率。中冷器也便于检查和维修，提高了部件的可靠性。

基本参数和性能特征

1.基本参数

底特律S60和S50系列电脑控制柴油机基本参数见表1。

注:表中长、宽、高、质量因用途不同略有不同。

2.运行特性

(1)良好的外特性柴油机的扭矩特性和功率特性可以通过计算机中的电可擦可编程存储器进行修正。图4为S60柴油机在功率为373kW时的外特性曲线。

这种特性曲线是一般柴油机达不到的。转速在1800 ~ 2100r/min时，最大功率不变，而在1200 ~ 1500r/min范围内，最大扭矩不变，最大扭矩储备系数高达124%。大转速范围恒功率有利于适应不同的扭矩变化；而最大扭矩在较大范围内恒定，能适应不同转速的变化，扩大了柴油机与传动系统的匹配范围，有利于提高动力和传动系统的效率。因为电子显示屏可以显示“瞬时油耗”，所以可以长时间以最经济的速度工作。

(2)经济性好的燃油比油耗低。从图4的油耗特性可以看出，输出功率为373kW，转速为1800。

在r/min时，燃油消耗率仅为0.1.93g/w.h..与进口先进柴油机相比，一年工作3000h，全年可节油30000kg左右。图4 S60系列柴油机外特性曲线

因为S60和S50系列柴油机都是电脑控制的，所以车冷的时候不会冒白烟，加速的时候也不会冒黑烟，电子显示屏上可以观察到瞬时油耗。操作者可以选择“经济速度”，因此全年累计节省的燃油远远超过30000kg。

底特律电脑控制柴油机可以提前给出“黄牌警告”或“红牌警告”，可以避免重大故障，节约维修成本，减少停机损失。

(3)废气中有害物质较少。随着对环境保护的重视，世界各国对柴油机废气中有害物质的控制越来越严格。底特律柴油机公司在这方面投入了大量的人力物力。经过多年的研究和改进，S60和S50系列柴油机完全可以满足2001年后环境污染的要求。

综上所述，底特律的S60系列电脑控制柴油机先进、可靠、经济、有害物质排放低，应该是当今众多柴油机中的佼佼者。

实践证明，车用S60柴油机可在654.38+0.6万公里内大修，工程机械用S60柴油机可在2万工作小时内大修。