EMD567系列柴油機
| EMD567系列 | |
|---|---|
 展示在北卡羅來納交通博物館內的16-567B型柴油機 | |
| 概覽 | |
| 製造商 | EMD |
| 生產時期 | 1938年—1966年 |
| 後繼產品 | EMD645系列 |
| 技術資料 | |
| 衝程數 | 二衝程 |
| 缸數及排列 | 6、8、12、16氣缸， V形排列，45°夾角 |
| 氣缸內徑 | 8.5英寸（216毫米） |
| 活塞衝程 | 10英寸（254毫米） |
| 燃料系統 | 直接噴射 |
| 燃料類型 | 柴油 |
| 冷卻系統 | 水冷式 |
| 性能參數 | |
| 輸出功率 | 600馬力～2,500馬力 |
EMD567系列柴油機（EMD 567）是美國EMD公司（前身為通用汽車電氣動力分部）設計製造的一個二衝程中速柴油機產品系列，該系列柴油機均採用8.5英寸（216毫米）缸徑和10英寸（254毫米）衝程，氣缸排列形式為45°夾角的V形排列，提供6氣缸、8氣缸、12氣缸、16氣缸等不同等級的型號，輸出功率範圍涵蓋600馬力至2,500馬力。567系列柴油機從1938年開始投入生產，被廣泛應用於EMD公司製造的各種柴油機車，至1966年因新一代的645系列柴油機研製成功而停產。該系列柴油機除了用於鐵路牽引動力外，也可以用於船舶動力和固定發電裝置。
發展歷史
開發背景
567系列柴油機與EMD公司的早期歷史有着密切關係。1922年，EMD公司的前身電氣動力公司（EMC）在俄亥俄州克利夫蘭創立，開始設計製造汽油軌道車輛的業務。1923年，電氣動力公司生產了第一輛汽油客車並交付芝加哥大西方鐵路，這輛汽油客車裝用一台溫頓發動機公司（Winton Engine Company）生產的106型四衝程汽油發動機，當轉速為每分鐘1050轉時的額定功率為175馬力。此後，電氣動力公司又陸續生產了更多的汽油客車，同時汽油發動機的功率亦不斷提高[1]。
然而在1930年，電氣動力公司決定放棄繼續發展汽油客車，其中一個原因是當時汽油價格不斷上漲，大大減少了鐵路公司購置汽油客車的意欲。除此之外，通用汽車公司於1930年6月收購了溫頓發動機公司，完成收購後通用汽車公司發現電氣動力公司是溫頓發動機公司最大客戶，因此於同年6月又再收購了電氣動力公司。通用汽車公司完成對這兩家公司的收購後，隨即成立了溫頓實驗工程部（Winton Experimental Engineering Department）和通用汽車研究實驗室（General Motors Research Laboratories），並且在通用汽車高級工程師查爾斯·凱特靈的領導下，擬定計劃研製新一代的柴油機作為鐵路牽引動力，計劃包括四衝程及二衝程柴油機[1]。
201系列
首先研製成功的是一台400馬力的四衝程八缸直立式柴油機，氣缸直徑為8英寸（203.2毫米），活塞行程為10英寸（254毫米）；接着又試製成一台600馬力的二衝程八缸直立式柴油機，氣缸直徑和活塞行程與四衝程型號相同，它採用鍛鋼曲軸箱和圓頭氣缸蓋，通過氣缸套氣閥進氣和氣缸蓋氣閥排氣[2]。因考慮到在相同轉速的情況下，二衝程柴油機的做功行程比四衝程多一倍，同排量的二衝程柴油機只需一半的汽缸壓力，就可以產生與四衝程柴油機一樣的輸出功率，這有利於降低柴油機熱負荷和機體尺寸重量，因此通用汽車公司決定將研製重點放在二衝程柴油機上。與此同時，美國海軍也對通用汽車正在研製的二衝程柴油機感到興趣，並要求通用汽車公司在八缸直立式柴油機的基礎上，研製功率更大的12缸V型柴油機[1]。
1933年，這種600馬力的二衝程八缸直立式柴油機被定型為8-201型柴油機，並在同年舉辦的芝加哥世界博覽會中進行示範運轉[1]，在展館內為雪佛蘭汽車的示範生產線供應電力[3]。同時，通用汽車公司還試製了12缸V型排列的12-201A型柴油機，交付美國海軍及用於潛艇推進動力的試驗。1934年，在通用汽車公司和電氣動力公司的努力下，成功研製了經過改良的8-201A型柴油機，並且被率先裝用於伯靈頓鐵路的先鋒者微風號列車；而16缸V型排列的16-201A型柴油機首先被美國海軍的鼠海豚級潛艇，後來亦開始應用到岩島鐵路的TA型柴油機車[4]。隨後，201系列柴油機開始被廣泛應用到電氣動力公司在1930年代生產的各種柴油機車和柴油列車。隨着越來越多的201A型柴油機投入使用，其設計上的缺點也不斷暴露出來，除了可靠性和使用壽命未能令人滿意，直立式柴油機在機車內部也不便於佈置[2]。
567系列
根據201A型柴油機的經驗教訓，通用汽車公司和電氣動力公司重新設計了新的V型二衝程柴油機，為了更好地利用空間和滿足功率提升的需要，將氣缸直徑加大到8.5英寸（216毫米），而活塞行程則維持為10英寸（254毫米），氣缸採用45°夾角的V形排列形式，額定轉速從每分鐘750轉略為提高至每分鐘800轉， 氣缸排量為567立方英寸（9291立方厘米），567系列柴油機因而得名。此外，567系列柴油機的活塞、曲軸、連杆、主軸承座等部件也被強化以延長使用壽命。567系列柴油機還採用了「動力總成」（Power assembly）的設計概念，不論是6缸、8缸、12缸、16缸機型，主要組件包括氣缸蓋、氣缸套、活塞與活塞環、活塞支架、連桿都能獨立更換而不需要將整組引擎完全分解，大大簡化了拆裝過程和檢修時間[1]。
在567系列柴油機正式投入生產之前，通用汽車研究部先後試製了兩台雙缸試驗機，用來模擬多缸機型的工作情況和驗證各項零部件的設計。1938年，第一代的567系列柴油機在電氣動力公司拉格蘭奇工廠投入生產，根據柴油機氣缸蓋罩的生產工藝，還可以細分為567U型（鑄鋼頂蓋）和567V型（鍛鋼頂蓋）[5]；柴油機額定轉速為每分鐘800轉，平均有效壓力為每平方英寸80磅（每平方厘米5.6公斤），單位燃料消耗量為0.42磅/有效馬力·小時（190克/有效馬力·小時），並採用羅茨式鼓風機作為機械增壓裝置[2]。其中，1350馬力的16缸機型被首先用於FT型貨運柴油機車，而1000馬力的12缸機型則被首先用於E3型客運柴油機車。
雖然567系列柴油機最初是為柴油機車而設計的，但第二次世界大戰爆發後為了滿足船用柴油機的需求，EMD公司生產的柴油機亦被大量裝用於美國海軍的軍用運輸船隻，有超過2400台567系列柴油機被應用於著名的坦克登陸艦（LST）[6]。
持續改進
1946年，EMD公司根據567、567A型柴油機的使用經驗，發展了經過進一步強化的567B型柴油機。該型柴油機改進了輔助傳動齒輪及氣缸蓋支座，額定轉速仍為每分鐘800轉，但平均有效壓力提高到每平方英寸92磅（每平方厘米6.47公斤），燃料消耗量下降至0.382磅/有效馬力·小時（173克/有效馬力·小時）[2]，1500馬力的16缸機型被首先用於F2型貨運柴油機車，而1125馬力的12缸機型則被首先用於E8型客運柴油機車。
1954年，EMD公司又發展出567C型柴油機，該型柴油機採用帶有圓形手孔蓋的新型高強度曲軸箱，並改良了柴油機冷卻水管路的設計，額定轉速從每分鐘800轉提升至835轉。16缸機型的功率進一步提升至1750馬力[2]，被大量裝用於取得極大成功的SD9、GP9型柴油機車；12缸機型的功率亦提升至1200馬力，主要使用於作為EMDE系列最後一款的E9型柴油機車。部分以前生產的567A、567B型柴油機後來亦改用567C型柴油機的零部件，經過改造後的柴油機分別改稱為567AC、567BC型柴油機。
渦輪增壓
渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣能量，經過渦輪變為轉子的迴轉機械能，從而帶動壓氣機高速旋轉，將新鮮空氣壓縮進氣缸，從而提高發動機的功率和效率。1950年代，廢氣渦輪增壓技術在四衝程柴油機上的成功應用和普及，使四衝程柴油機的功率和燃油經濟性都得到了大幅度的提高。但是二衝程柴油機採用廢氣渦輪增壓卻遇到了困難，這是因為二衝程柴油機在起動及低負荷時的廢氣能量很低，不足以推動增壓器當中的壓氣機。對於EMD公司來說，如果無法在567系列柴油機應用廢氣渦輪增壓，這種二衝程柴油機勢必難以與其他公司的四衝程柴油機競爭；此時EMD公司已經形成龐大的二衝程柴油機生產能力，如果要重新發展四衝程柴油機則意味着放棄現有的生產線，所造成的損失是EMD公司難以承受的[2]。
結果，EMD公司設計了一種機械驅動裝置來解決這個難題。當排氣能量和發動機負荷處於較低水平時，曲軸通過一套由超速離合器驅動的剛性齒輪來驅動壓氣機；當柴油機負荷加大時廢氣能量也相應增加，一旦廢氣能量超過齒輪傳遞的能量，超速離合器自動脫離，渦輪增壓器直接由廢氣驅動。第一款採用廢氣渦輪增壓的567D3型柴油機於1958年投入生產，16缸機型的功率大幅提升至2250馬力，首先被裝用於SD24、GP30型柴油機車。至1963年，又發展出2500馬力的16-567D3A型柴油機，使EMD公司終於擁有可以與通用電氣公司FDL16型柴油機相比的柴油機產品，這也是567系列柴油機之中功率最大的型號，GP35、SD35型柴油機車均採用該型柴油機。
後續發展
當567系列柴油機發展到應用渦輪增壓器這個階段，在不改變基本結構的條件下再要大幅度提高功率就很困難了。因此EMD公司在567系列柴油機的基礎上，將氣缸直徑加大到9-1/16英寸（230.2毫米），活塞行程仍為10英寸（254毫米），單缸排量增加到645立方英寸（10570立方厘米），這種新型柴油機因而被稱為645系列。645系列柴柴油機於1966年正式投產後，567系列柴油機亦同時停產。
機型列表
| 機型[7] | 額定轉速 （RPM） |
增壓裝置 | 生產時期 | 壓縮比 | 功率 | 備註 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6缸 | 8缸 | 12缸 | 16缸 | ||||||
| 567 | 800 | 羅茨鼓風機 | 1938年9月—1943年3月 | 16：1 | 600馬力 （447千瓦） |
1,000馬力 （746千瓦） |
1,350馬力 （1,007千瓦） |
包括567U型（鑄鋼頂蓋）和567V型（鍛鋼頂蓋），均具有方形手孔蓋。 | |
| 567A | 800 | 羅茨鼓風機 | 1943年5月—1953年9月 | 16：1 | 600馬力 （447千瓦） |
1,000馬力 （746千瓦） 1,200馬力 （895千瓦） |
1,350馬力 （1,007千瓦） |
方形手孔蓋 | |
| 567B | 800 | 羅茨鼓風機 | 1945年7月—1954年3月 | 16：1 | 600馬力 （447千瓦） |
800馬力 （597千瓦） |
1,000馬力 （746千瓦） 1,125馬力 （839千瓦） 1,200馬力 （895千瓦） |
1,350馬力 （1,007千瓦） 1,500馬力 （1,119千瓦） 1,600馬力 （1,193千瓦） |
方形手孔蓋 |
| 567C | 800 835 |
羅茨鼓風機 | 1953年3月—1966年2月 | 16：1 | 600馬力 （447千瓦） |
900馬力 （671千瓦） |
1,125馬力 （839千瓦） 1,200馬力 （895千瓦） |
1,500馬力 （1,119千瓦） 1,750馬力 （1,305千瓦） |
帶有圓形手孔蓋的曲軸箱，並改良了柴油機冷卻水管路。 |
| 567AC | 800 | 羅茨鼓風機 | 1953年8月—1961年6月 | 16：1 | 600馬力 （447千瓦） |
1,000馬力 （746千瓦） |
在567A型機體上改裝567C型柴油機的氣缸零部件。 | ||
| 567BC | 800 | 羅茨鼓風機 | 1953年9月—1963年10月 | 16：1 | 1,125馬力 （839千瓦） 1,200馬力 （895千瓦） |
1,500馬力 （1,119千瓦） |
在567B型機體上改裝567C型柴油機的氣缸零部件。 | ||
| 567CR | 835 | 羅茨鼓風機 | 1956年10月—1965年11月 | 16：1 | 900馬力 （671千瓦） |
逆向旋轉 | |||
| 567D1 | 835 | 羅茨鼓風機 | 1959年12月—1965年11月 | 20：1 | 1,325馬力 （988千瓦） |
1,800馬力 （1,342千瓦） |
|||
| 567D2 | 835 | 渦輪增壓器 | 1959年11月—1962年4月 | 14.5：1 | 2,000馬力 （1,491千瓦） |
部分柴油機取消渦輪增壓器並改用645型柴油機的氣缸零部件，額定功率仍為2000馬力。[8] | |||
| 567D3 | 835 | 渦輪增壓器 | 1958年7月—1963年11月 | 14.5：1 | 2,250馬力 （1,678千瓦） 2,400馬力 （1,790千瓦） |
部分柴油機取消渦輪增壓器並改用645型柴油機的氣缸零部件，額定功率仍為2000馬力。 | |||
| 567D3A | 900 | 渦輪增壓器 | 1963年7月—1966年1月 | 14.5：1 | 2,500馬力 （1,864千瓦） |
部分柴油機取消渦輪增壓器並改用645型柴油機的氣缸零部件，額定功率仍為2000馬力。 | |||
| 567E | 835 | 羅茨鼓風機 | 1966年2月—1966年4月 | 16：1 | 1,200馬力 （895千瓦） |
2,000馬力 （1,491千瓦） |
在645E型機體上改裝567C型柴油機的氣缸零部件。 | ||
參見
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 E. W. Ketterlng. History and Development of the 567 Series General Motors Locomotive Engine. Atlantic City, NJ: American Society of Mechanical Engineers. 1951年11月.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 GM645系列柴油机及其主要零部件的发展概况. 《國外機車車輛工藝》 (常州: 鐵道部戚墅堰機車車輛工藝研究所). 1978年5月: 3–12. ISSN 1007-6077.
- ^ Alfred Sloan. My Years with General Motors. New York, NY: Crown Business. ISBN 978-0385042352.
- ^ The Winton 201A Diesel Engine. Railway Preservation News. [2014-05-10]. （原始內容存檔於2020-11-30）.
- ^ The EMD 567 Engine in the 21st Century. RyPN Articles. [2014-05-05]. （原始內容存檔於2013-10-19）.
- ^ Modern Tugboat Engines: Electro-Motive Diesel (EMD) Models 645 and 710. Tugboat Enthusiasts Society of the Americas. [2014-05-10]. （原始內容存檔於2016-03-29）.
- ^ Pinkpank, Jerry A. The Second Diesel Spotter's Guide. Kalmbach Books. 1973: 26. LCCN 66-22894.
- ^ Pinkepank, Jerry A.; Marre, Louis A. Diesel Spotters Guide Update. Kalmbach Books. 1979: 128–129. ISBN 0-89024-029-9.