以前设计过的发动机

邢凯杰

                                                      设计，大开眼界

我叫邢凯杰DANIEL.XING，我在SAIT (南阿尔伯塔理工学院（Southern  Alberta Institute of Technology）)作为一名重型维修设备的学生，如今，我加入了设计一款全新的柴油发动机，John Deere和利勃海尔作为合作方，他们的目标很简单，要一台16.8升（最大不能超过16.8）升排量，要达到V12柴油机的动力，因为随着农业和施工机械要求动力越来越高，但如果使用一台12缸柴油机，发动机舱就需要重新设计，甚至要做双排气管，双消声器，双后处理系统，对于农业设备来说，那是不可忍受的重量。这款发动机命名为Genesis，利勃海尔和JOHN DEERE希望未来这一款发动机可以搭载很多工程机械，而且更低噪声，更低排放，更高功率输出，更长寿。而且他们愿意投入一切供应商信息以满足我们要求。

柴油机提升功率不难，但我们不是玩赛车，而是工程机械：

也许很多人说加几个涡轮增压，换供油系统，加加减减，一台爆发式发动机就出现了，但大佬，你系咪玩野呀，你赛车发动机出了故障可以换，但你工程机械要运行成千上万小时，而不是今日出勤明天维护，而且要在达到变态程度的恶略环境运行，就像张国荣那首（春夏秋冬），我们的目标是发动机至少达到35000小时无需大修维护，换作一辆车，跑了350万千米。

邢凯杰

V还是直列？

在设计初期，我们就要考虑到是否采用V或者是直列，小容量气缸还是大容量气缸，哎，因为AGCO出了款12缸16.8升发动机，但如果采用V缸，气门设计就要用推杆（PUSH ROD）油门响应比顶置凸轮轴慢，而且难维护,而内置凸轮轴V缸设计涉及到很多传动部件（例如滑轮。推杆，蘑菇头），维修起来很麻烦，而且V型设计考虑到发动机后排其处理系统也要双，消声器也要双，所以直列六缸是比较合适的，因为要达到极为严格的TIER4 甚至将来的TIER 5排放标准（也许不会发生）,现在新型柴油发动机不允许冒黑烟，甚至连小故障都需要报告，也许一款16.8升发动机即将推出，16.8直列6缸意味着每个气缸为2.8升，没错一款全新的16.8升发动机要诞生了。

一切从缸体开始：

既然马力和扭矩都需要那么大，普通灰口铸铁，恐怕不是一个明智的选择，Compacted Graphite I Iron（蠕墨铸铁）可以说是一个明智的选择，蠕墨铸铁可以在和同质量的灰口铸铁相比，可以提升25%的强度，这个强度可以使发动机马力进一步提升，Genesis 16.8升发动机采用了蠕墨铸铁的汽缸体和汽缸盖，而曲轴，凸轮轴，甚至连杠也是球墨铸铁，如此大规模使用使Genesis 16.8升发动机成为全球第二款采用这种材料的发动机，第一款是来自瑞典的SCANIA (斯堪尼亚)。

邢凯杰

喷油嘴:更高效的燃烧

柴油发动机使用压缩启动方式，就是当活塞压缩空气，到非常高的温度时候，喷油器喷出雾化后的柴油，之后把活塞往下推产生推力，发动机雾化越好，燃烧就越充分，越少污染排放物，新的Genesis柴油机采用了全新共轨系统 （Stanadyne）,，新的Stanadyne共轨系统可以使根据发动机工作负荷，从而可改变燃油喷射压力（1065BAR到3000BAR）Genesis的喷油嘴采用了8孔设计，以更好地全方位喷射，而且高压喷油系统可以提升在冷启动环境性能，包括甚至在零下50度。

邢凯杰

液压气门间隙调节:

Genesis柴油发动机采用了双顶置凸轮轴（Double Over Head Camshaft）设计，以及4气门设计，包括2个进气气门，2个排气气门，而且比竞争对手的V型发动机油门响应时间提升了50%。

普通柴油发动机每2000小时，就需要调整一次气门间隙，但Genesis采用了液压调整系统（使用机油），这使得Genesis柴油机无需在35000小时期间无需拆开发动机罩进行气门调节，这可以使得客户把发动机舱设计的更加紧凑，以及当发动机安装到机械上后，气缸盖上方的空间可以更有效地利用，尾气后处理系统的安装位置可以尽可能的靠近发动机(甚至在发动机之上)这对于用户来说极为重要，因为他们的设备要尽可能出勤以创造营收，而对于机械制造商（OME）,可以减少他们设计新款设备的麻烦。

例如，每年在收割季节，拖拉机和收割机尽可能要保持24小时运行和不间断作业，发动机关闭时间几乎只有加油，或者更换配置，调整一次气门间隙，拆，调整，装需要花掉1到2小时，加上现代发动机有后处理系统，加上一大堆电子系统，停机时间会更长，而不调整气门间隙可能会导致发动机动力损失（燃烧不完全），启动困难，甚至导致气门，摇臂损害，得不偿失。

邢凯杰

液压气门间隙调节:

Genesis柴油发动机采用了双顶置凸轮轴（Double Over Head Camshaft）设计，以及4气门设计，包括2个进气气门，2个排气气门，而且比竞争对手的V型发动机油门响应时间提升了50%。

普通柴油发动机每2000小时，就需要调整一次气门间隙，但Genesis采用了液压调整系统（使用机油），这使得Genesis柴油机无需在35000小时期间无需拆开发动机罩进行气门调节，这可以使得客户把发动机舱设计的更加紧凑，以及当发动机安装到机械上后，气缸盖上方的空间可以更有效地利用，尾气后处理系统的安装位置可以尽可能的靠近发动机(甚至在发动机之上)这对于用户来说极为重要，因为他们的设备要尽可能出勤以创造营收，而对于机械制造商（OME）,可以减少他们设计新款设备的麻烦。

例如，每年在收割季节，拖拉机和收割机尽可能要保持24小时运行和不间断作业，发动机关闭时间几乎只有加油，或者更换配置，调整一次气门间隙，拆，调整，装需要花掉1到2小时，加上现代发动机有后处理系统，加上一大堆电子系统，停机时间会更长，而不调整气门间隙可能会导致发动机动力损失（燃烧不完全），启动困难，甚至导致气门，摇臂损害，得不偿失。

邢凯杰

涡轮增压器：

Genesis采用了双级涡轮增压设计，包括可变截面涡轮增压器（VGT）, 以及一款全新设计的齿轮涡轮增压通过齿轮连接曲轴，这款涡轮增压系统可以使其可以提供额外160马力和1000牛米给曲轴，这使得Genesis发动机（工程版本）可以达到1000马力，和5000牛米输出，而峰值扭矩从900转开始，而一直持续到1600转，而最大转速达到2100转, 如此巨大的扭矩得益于一款来自废物利用（排气压力），而且全新双级涡轮设计允许其更低排期压力，对后处理系统来说使一件好事：

工程版本型号如下：

单涡轮增压（只配有VGT）:

600马力/3050牛米

650马力/3300牛米

700马力/3650牛米

双级涡轮设计（配备有VGT和齿轮涡轮增压）

750马力/3880牛米

850马力/4000牛米

900马力/4250牛米

950马力/4500牛米

1000马力/5000牛米

1130马力/5250牛米

邢凯杰

海事发动机就采用了更重更坚固的气缸盖，以及2组全新设计的涡轮增压，每组涡轮增压包括（一组固定涡轮增压，以及一组48伏电动涡轮增压），结果就产生了一系列高性能海事柴油机，可以搭载游艇，高速快艇等只有紧凑空间和对高性能有需求的船舶，而且我们也是首次投入了电动涡轮增压系统，Genesis 16.8升海事发动机包括单涡轮（固定涡轮）增压的850，900，950马力海事发动机，以及单组涡轮（固定+电动涡轮增压）的1050，1150马力海事发动机，以及1200，1350，1450，1500马力的双组涡轮增压的高性能型号，最高扭矩达到5600牛米。

后处理系统：

柴油黑烟时代已经是历史了，Genesis发动机需要达到全新，极为严格TIER 4 Final甚至Tier 5排放标准，因此后处理使不可缺少，Genesis采用了无EGR设计，但保留了DOC(Diesel Oxidation Catalyst (柴油氧化催化剂)), DPF(Diesel Particulate Filter (柴油碳微粒滤清器))以及SCR(Selective Catalytic Reduction(选择性催化还原法))系统，SCR系统也是常说的柴油尿素系统，环保汽车尿素由32.5%尿素和67.5%的去离子纯水所合成.

DPF每180小时要进行一次清碳，在发动机清碳期间，发动机排气需要500度，在发动机负荷达到时，清碳就会开始，但当发动机在低负荷运行时，柴油就会被喷入DOC以进行清碳，而如果用户在特别多易燃物的作业环境，发动机可以在用户按下清碳提前清碳，以较少过热的排气带来的危险，而且全新后处理加上消声器设计可以使Genesis进一步降低噪音，以可以在一些噪声敏感区作业，而其他竞争对手由于发动机排量大，因此需要多个消声器，这会影响发动机性能。

发动机电子系统：

Genesis 16.8升发动机采用了两个主ECM系统，其ECM传感器多达42个，包括曲轴，凸轮轴，发动机温度等，Genesis还可以选择联网系统，可以向客户中心发送可能存在的问题，以进一步降低故障率，而且Genesis电子系统还可以配合现代流行的电子冷却系统，意味着可以进一步降低油耗。

未来:

利勃海尔和JOHNDEERE都考虑多款机型搭载全新GENESIS16.8升发动机，包括挖掘机，拖拉机，起重机等，而SAIT农业部门和JOHN DEERE在研发下一代收割机也有望搭载这款机型，利勃海尔和JOHNDEERE都希望在未来让这款发动机大规模使用，而且其计划在GENESIS基础上研发一款新的V型发动机，以替代老旧的D95和D96发动机，目前利勃海尔和JOHN DEERE计划制造测试机，在2021-2022年中开始测试。GENESIS有望成为成为业界首款革命新发动机，因为1130马力版本达到50千瓦/升功率。

客户：

设计论坛显示有不少客户对这款发动机设计有兴趣，GENESIS发动机也可以成为全套动力总成，包括冷却系统，电子系统，以搭载不同的机械上。

2016年8月6日

邢凯杰

目前，几年后我和那个工作团队重新一起，研发下一代6升缸发动机。
卡特彼勒和我们在研发下一代6升缸发动机，新的发动机将达到50千瓦升功率，以及将是C175的换代发动机。
全新卡特彼勒Game Charger高速发动机将会带动下一代改革。

冉阿让

这是...真的？

邢凯杰

冉阿让 发表于 2020-5-27 13:25
这是...真的？

结果后来JOHN DEERE 和 LIEBHERR都独立将其图纸变成了18升发动机，因为遇到了不少可靠性问题的问题,主要是机体压力太大了。