Quantum系统K系列发动机介绍

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Quantum系统K系列发动机

2 康明斯新型Quantum系统K19发动机是为满足美国政府1996年颁布的关于以下市场的排放法规而设计的，它们是：

Ø采矿业

Ø工程机械

Ø伐木业

Ø农业

发动机技术规范

技术规范

3 QSK19为直列式，六缸，四冲程柴油发动机。采用了涡轮增压和中冷技术，并且配备了一种新型的燃油系统。以下是它们的技术规范

Ø排量18.9升（1150立方英寸）

Ø缸径159毫米（6.25英寸）

Ø行程159毫米（6.25英寸）

Ø重量1932千克（4256磅）

功率输出

4 QSK19功率输出范围在525 HP~750 HP。当额定功率超过600 HP时，需采用低温中冷器（LTA）。

5 QSK19具有某些重要部件，它们包括燃油控制系统和喷油器、涡轮增压器总成、耐热/耐磨的气门和气门座。

缸体

6 缸体采用整体式腹板，以达到最大强度和刚度。缸体右侧有一安装机油冷却器的大空腔。缸体前端有一安装机油泵的凹孔。左侧有六个独立的活塞冷却喷嘴通道、一组高位安装凸轮轴的轴孔和一个滤清器座安装台。

前齿轮室壳体

7 前齿轮室壳体由一块钢齿轮板及一个安装到齿轮板上的铝制壳体组成。齿轮板安装在缸体的前端，为水泵、附件驱动及液力泵驱动提供一个安装面。

铝制壳体套在齿轮传动系上，与齿轮板贴合。其上有两个轴套，一个用于附件驱动，另一个用于水泵。铝制壳体上有三个组合的轴封用于附件驱动、充电机驱动及曲轴。其上还有一盘车机构，用于在维修期间转动发动机。

齿轮与轴

8 齿轮采用接触面积大的斜齿轮。惰轮安装在导向轴上，导向轴装在缸体前端轴孔内。齿轮上装有通过压力装配上的衬套。并且前后有止推垫圈。凸轮轴惰轮通过5根螺栓压紧，以提供较高的压紧力。

曲轴

9 曲轴采用典型的康明斯设计方式：锻钢，完全平衡，具有大轴颈。

轴封

10 曲轴油封采用组合式结构设计，用以提高可靠性和对轴的保护。自动定心曲轴油封带有内侧涂有特氟隆材料的密封唇，这种密封唇不会与轴直接接融。

注意，必须选用合适的工具安装轴封，安装时应保持干燥。安装工具随油封一起提供，拆卸油封时将螺栓拧入油封拆卸工艺螺母中。

减振器

11 单体减振器是大直径阻尼式减振器，采用六根螺栓安装到曲轴前端轴头上。

连杆

12 连杆尺寸较大，为锻钢，“I”字型断面结构。连杆活塞端有一衬套，且该端被加工成斜面形，增加活塞销下部的支承面积，以承受更高的燃烧压力。

活塞

13 活塞为铰接式，因此可采用较高位置的活塞环设计。高环设计可减少压缩环上方的死区，以得到更好的性能并降低排放污染。铰接式活塞设计采用锻钢活塞顶及可分离的铝制活塞裙，活塞顶和活塞裙用活塞销连接在一起，并以活塞销为中枢轴。活塞顶内有润滑油通道和油孔，油孔与活塞冷却喷嘴喷出的油束对齐，为活塞提供冷却。

14 活塞环

15 活塞上有三道活塞环：顶环为带槽镀铬环，中间环为背切口全扭曲型环，底环为“I”字型钢油环，内侧带有螺旋型涨圈。

缸套

16 QSK19采用下部压紧配合气缸套。缸套凸缘与缸体沉孔边缘之间采用一个黄铜密封环密封。此密封环内径上有三个定位凸耳，可在缸套上自动定位。

17 缸套下部区域与缸体的缸套孔下部区域之间装有两道D型和一道矩形密封圈，形成冷却液与润滑油之间的密封。

凸轮轴及轴套

17 凸轮轴直径为3.25英寸，其上有7个轴承颈。轴颈和凸轮采用精磨加工，以降低磨损。

凸轮轴轴套通过压力装入缸体孔内，通过与主油道相通的加工孔获得润滑油。

随动件及轴

18 凸轮随动件盖是整体式铸铝件。缸体外侧装有6个凸轮随动件总成。

19 每个凸轮随动件总成由一根轴、两个气门随动件及一个喷油器随动件组成。进气门和排气门随动件相同，喷油器随动件要大一些。所有凸轮随动件滚轮经过精磨加工，轮缘采用复合型线。

推杆

20 推杆是实心的。与随动件接触的推杆端有一球面，另一端有一承窝，该端与摇臂调整螺钉配合。

缸盖密封垫

21 每个气缸盖使用单独的密封垫。密封垫主体是钢板，它上面的冷却液和润滑油通道以及螺栓孔都有镶边式密封套管。缸套凸缘压在密封垫钢板上，形成了燃烧室的密封。

气缸盖

22 QSK19发动机每个气缸有一块缸盖。每个缸盖上有四个气门，其特征是气门座及气门导管可以更换。所有四个气门均安装了气门杆密封件，以防止润滑油进入气门杆与气门导管之间的界面。

23 4个气门的位置与发动机前后中心线成15度夹角，如此布置使进排气门更靠近发动机两侧，使得气道更短。

进气道

24 这种气缸盖的特点是共用进气道。这种布置可提高进气效率，并为燃烧室提供最佳进气涡流，因此不需要在气门座圈下设置防涡流板。

排气道

25 这种气缸盖有一大的方形排气道，为两个排气门共用。两气门之间的气道中有一隔离壁，以改善排气流。

气门

26 进气门及气门座采用tribaloy加工表面，以保证最大强度及耐磨性。排气门及气门座采用与进气门不同的材料制造，以保证最大限度的耐热及耐磨性。进排气门不允许互换。

气门旋转机构

27 每个气门弹簧均是圆锥形的，且装在旋转机构总成上。气门旋转机构在气门每次动作时使气门旋转一个角度，从而减轻气门、气门座及气门导管的磨损。

丁字压板

28 丁字压板为无导杆设计，无需调节。丁字压板上有凹槽，该槽与气门杆配合，以保证正确定位。丁字压板按最大强度锻造而成。

摇臂和摇臂轴

29 摇臂轴采用偏离发动机中心线15度布置，以便与气门的位置相配合。摇臂轴安装在摇臂室壳体上，并通过摇臂室壳体上的油道获得润滑油。摇臂轴内加工有油道，通过这些油道确保向各个摇臂提供润滑油。

30 进气摇臂和排气摇臂不一样，不允许互换。两摇臂都有一新式球窝节，通过一个平面与丁字压板接触。用球窝节方式接合，降低了磨损，并且使得向丁字压板施加的压力更均匀。

摇臂室盖

31 摇臂室盖为铸铁件，其顶面有筋条。某些盖的上壁面有一个开孔，可用维修工具以机械方式压喷油器，对气缸进行诊断。其它的摇臂室盖上有通气孔。摇臂室盖密封垫不得重复使用。

飞轮壳

32 有用于不同安装支架和SAE尺寸的发动机飞轮壳。有铸铝、铸铁以及湿式、干式飞轮壳等选装件。

油底壳连接槽

33 在缸体下部法兰与油底壳之间有一块连接槽。油底壳连接槽为铸铝件，它上面有两个横梁，将连接槽分成三个区段，从而可以构成多种油底壳结构。

二片组合式油底壳

34 二片组合式油底壳由一个集油槽和一个盖板组成。油底壳集油槽盖住油底壳连接槽的二个区段，油底壳盖板盖住另一个区段。这样布置可使集油槽安装位置灵活。还有一种低位整体式油底壳。

排气歧管

35 QSK19采用脉冲式排气歧管。这种歧管由中间段和两端部件组成。此排气歧管设计提高了到涡轮增压器的流动效率。这种歧管无需安装螺栓防松板。

涡轮增压器

36 涡轮增压器采用了新型废气涡轮壳体，这种壳体提高了工作效率。中心轴承部分用水冷却，以降低涡轮增压器的温度，防止热变形停机。对中心部分进行冷却，可提高轴承的使用寿命。

润滑系统技术规范

37 润滑系统技术规范如下：

Ø正常运行机油压力范围：345~483 kPa（50~70 psi）

Ø发动机附件的最大润滑油流量（不包括后齿轮系）：19升/分（5 gpm）

Ø集油槽最高机油温度：121℃（250℉）

Ø发动机在额定转速和负载下最低机油压力：276 kPa（40 psi）

Ø发动机在最大扭矩转速和负载下最低机油压力：207 kPa（30 psi）

流程图

38 下面是润滑系统流程图。

机油泵

39 机油泵位于发动机前面缸体的右侧，为齿轮泵，由前部齿轮传动系驱动。机油泵通过吸油管从油底壳吸取机油。

机油泵后部装有一压力调节阀。此阀将保持50~70 psi的系统压力。机油泵输出的机油沿缸体油道进入机油冷却器壳体。

机油冷却器

40 机油冷却器壳体位于缸体右侧，由壳体、盖及两组冷却器芯子组成。机油流束被分成两部分，平行通过芯子。

41 从芯子流出的冷却机油通过缸体中心油道进入机油滤清器座。

滤清器座

42 机油滤清器座上有一旁通阀，还装有两个旋装滤芯。在寒冷天气起动时，机油粘度大，不易通过滤芯介质。如果滤芯被杂质堵塞，机油将同样不易通过滤芯。为防止滤芯损坏，设置了一个旁通阀，当通过滤清器介质的压差达到43±8 psi时，旁通阀打开。机油流束将绕开滤清器滤芯，直接流入主油道。

滤清器滤芯

43 QSK19采用LF-3000 Combo滤清器滤芯。Combo滤芯包含有全流及旁通两种滤清介质。

活塞冷却阀

44 机油通过滤清器滤芯后，流出滤清器座的机油流束大部分进入主油道，其中一小部分机油流至活塞冷却阀。活塞冷却阀装于滤清器座的下部。该阀为常闭阀，在19~29 psi压力下打开。当阀打开时，机油束流入活塞冷却油道，进而流入各活塞冷却喷嘴。

活塞冷却喷嘴

45 活塞冷却喷嘴位于发动机左侧，每个缸套的下面各有一个。喷嘴上有4个孔，通过一定位销定位，提供定量机油喷向活塞下部特定区域。

曲轴和连杆

46 主油道沿缸体长度方向布置。横向油道与主油道交叉，将油束引向每个主轴承。曲轴中的油道由主轴承引向连杆轴承。连杆中有一个油道，允许带压力的油从连杆油道向上流至活塞销。

凸轮轴轴套

47 凸轮轴轴套从与主油道相连的油道获得润滑油。

凸轮随动件

48 每个凸轮随动件转轴靠两根螺栓安装在缸体外侧。左侧（前方）螺栓同与凸轮轴轴套相连的油道对齐，向随动件总成提供润滑油。

随动件转轴中有一中心油道及交叉油道，这些油道为每个随动件提供润滑油。每个随动件的油道为滚轮销和推杆球窝提供润滑油。

顶置机构

49 交叉油道从凸轮轴轴套经过每个缸盖和摇臂室壳体向摇臂轴提供润滑油。同随动件轴一样，摇臂轴也有一中心油道和交叉油道，向每个摇臂提供润滑油。摇臂内的油道向调整螺钉球窝节、丁字压板和喷油器压杆提供润滑油。

前齿轮室壳体

50 前端齿轮传动系内的惰轮衬套从缸体前部的两个油道得到润滑油。两油道均与主油道交叉。

51 附件驱动和液力泵驱动从齿轮室壳体内的油道得到润滑油，此油道与缸体下部油道相连。水泵传动从齿轮室壳体内的油道得到润滑油，此油道与缸体上部油道相连。

冷却系统技术规范

52 冷却系统技术规范如下：

Ø发动机容量 34夸脱

Ø缸体内冷却液压力（最大） 35 psi

Ø压力盖压力（最小） 7 psi

Ø发动机出口水温（最高） 212℉

Ø发动机出口水温（最低） 160℉

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流程图

53 此图是配备标准（不带LTA）的冷却系统的发动机冷却循环简图。

水泵

54 齿轮驱动的水泵位于发动机的右侧，装在前部齿轮板后面。

冷却液滤清器

55 水泵壳体后部有入水口和一只整体式滤清器。滤清器座上有一切断阀，允许在不损失冷却液的情况下更换滤清器。

机油冷却器壳体

56 水泵泵出的冷却液流入机油冷却器壳体，并流过机油冷却器芯子。由机油冷却器壳体出来的冷却液流入缸体外围空腔。

缸体

57 在缸体外围空腔，冷却液通过流道进入每个缸套底部区域。冷却液沿每个缸套周围流动，然后向上通过缸垫进入缸盖。然后冷却液流入输水歧管。

节温器壳体

58 从输水歧管出来的冷却液进入节温器壳体，非低温中冷（LTA）节温器壳体上有两只节温器。

59 当冷却液温度低于185℉[80℃]时，节温器关闭，冷却液将通过旁通管直接流回水泵入口。

60 当冷却液温度升高到超过185℉[80℃]时，节温器打开，允许冷却液流入散热器。

中冷器

61 中冷器芯子位于进气歧管壳体内。中冷器直接从水泵出口获取冷却液。冷却液穿过与水泵连接的供应管进入节温器壳体。冷却液经节温器壳体内的水套进入中冷器芯子。从中冷器芯子出来后，冷却液流回节温器壳体。冷却液供应经节温器壳体是为保持同低温中冷（LTA）系统具有通用性。供应中冷器的冷却液直接从水泵出口获得，是为了保证中冷器芯子得到温度尽可能低的冷却液。

62 现在的这种涡轮增压器是水冷式的。水直接从机油冷却器流向涡轮增压器，并流进输水管。

低温中冷（LTA）系统

63 左图为发动机配置LTA（低温中冷）的冷却系统简图。LTA系统为中冷器设计了一个独立的散热器及冷却循环。LTA系统比普通中冷器提供更低的进气温度。这样，LTA发动机的功率更大，工作效率也更高。除了中冷器和节温器壳体，冷却系统的其余部分与标准系统相同。

LTA节温器壳体

64 LTA节温器壳体上有三只节温器。两只大节温器的工作过程与普通发动机冷却系统的相同。中央节温器控制LTA散热器的冷却液流量。

LTA散热器

65 LTA散热器与发动机散热器是分置的，它通常安装于发动机散热器的前面，可获得最冷的空气气流。

LTA流程 - 低于工作温度时

66 LTA节温器从水泵出口获得冷却液，冷却液从节温器壳体下部进入中央节温器。如果冷却液温度低于工作温度，LTA节温器将关闭，冷却液将流过节温器中心流入中冷器，从中冷器芯子出来的水流进入节温器壳体下部，汇入发动机主水流中。

LTA流程 - 处于工作温度时

67 当冷却液达到165℉的工作温度时，LTA节温器将打开，冷却液从节温器壳体流入LTA散热器芯子。

冷却液由散热器芯子出来，穿过节温器壳体又流回到中冷器芯子中。更低的冷却液温度有效地提高了进入气缸的空气密度。

68 从中冷器出来的冷却液流入节温器壳体的下部，汇入发动机主水流中。

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69 下面，我们将看看进气系统的流程。

涡轮增压器 - 排气

70 涡轮增压器位于发动机的右侧。来自缸盖的废气通过排气歧管进入涡轮增压器。废气的热能使涡轮轴和压气机高速旋转。废气经涡轮增压器排出，流入排气系统。

涡轮增压器 - 进气

71 随着发动机运转，涡轮增压器压气机将从进气系统吸入新鲜空气。进入的空气将被压缩，通过一根跨接管进入中冷器。压缩过程提高了进气温度。

中冷器

72 中冷器为水-空气型。中冷器芯子装在发动机左侧由两部分组成的进气管壳体内。中冷器壳体的下半部分装在缸盖进气道上。中冷器芯子装在上下两部分之间，通过一密封垫固定并密封。

燃油系统

73 燃油系统的原理和工作过程将在QSK19燃油系统介绍课程中说明。燃油系统位于发动机的左侧，由下列部件组成：

Ø燃油滤清器

Ø燃油泵

Ø燃油控制总成

Ø燃油歧管

Ø喷油器

结束

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