聯(lián)邦德國MT880系列發(fā)動機(jī)

國別 聯(lián)邦德國

名稱 MT880系列發(fā)動機(jī)

MT880 Series Engine

研制單位 MTU腓德烈斯哈芬公司

Motoren-und Turbinen-Union Friedrichshafen GmbH,DE

生產(chǎn)單位 MTU腓德烈斯哈芬公司

Motoren-un d Turbinen-Union Friedrichshafen GmbH,DE

現(xiàn)狀 完成研制

裝備情況 MT883為聯(lián)邦德國第三代主戰(zhàn)坦克候選發(fā)動機(jī)

1.總體布置

MT883的總體布置相似于它的前驅(qū)，在氣缸排呈V型9 0°夾角排列的發(fā)動機(jī)輪廓尺寸內(nèi)，合理布置附件，不過在附件的具體安排上，位置有所變 化。隔熱的排氣管位于V型夾角之內(nèi)側(cè)，進(jìn)氣管位于外側(cè)，因而發(fā)動機(jī)外側(cè)溫度較低，便于發(fā)動在車內(nèi)任何位置上安裝。單體噴油泵裝在進(jìn)氣側(cè)兩氣缸之間，由整體凸輪軸驅(qū)動，充分利用了空間也縮短了高壓油管長度。在V型夾角內(nèi)還安裝了起動電機(jī)、濾清器。鋁制的油、水散熱器與裝在曲軸箱一側(cè)的機(jī)油箱都安裝在發(fā)動機(jī)輪廓尺寸內(nèi)。

2.燃燒室

開始采用預(yù)燃室式，繼而進(jìn)行了改用直噴式燃燒室的研究，標(biāo)定功率下的燃油消耗率從用預(yù)燃室式的240g/kW·h減少到220g/kW·h，最低燃油消耗率從222g/kW·h降到206g/kW·h，在冷卻液中的散熱量減少了15~20%，從而可減小冷卻系統(tǒng)尺寸和減少風(fēng)扇消耗的功率。

3.氣缸蓋

采用一缸一蓋。缸蓋材料由鋁合金改為灰鑄鐵。每缸有4個(gè)氣門(2個(gè)排氣門、2個(gè)進(jìn)氣門)，有3根短推桿推動氣門，其中兩根驅(qū)動排氣門的單搖臂，另一根驅(qū)動進(jìn)氣門的雙搖臂，這種結(jié)構(gòu)使配氣機(jī)構(gòu)的高度降低。

4.箱體

系鑄鋁件，由于設(shè)計(jì)了新型曲軸和連桿，曲軸箱尺寸較小。為了降低發(fā)動機(jī)高度，采用扁平的干式油底殼。主軸承蓋由鍛鋼制造，用斜螺釘緊固。傳動箱是單獨(dú)的，裝在發(fā)動機(jī)飛輪端。

5.曲柄連桿機(jī)構(gòu)

采用整體曲軸，曲軸較短，平衡重半徑很小，全部表面進(jìn)行機(jī)械加工并經(jīng)感應(yīng)淬火。曲軸兩端都可輸出功率。

活塞頂部采用鍛鋁材料制造，通過電子束焊接與活塞下部形成整體?；钊麅?nèi)有環(huán)形冷卻油道，外有2個(gè)氣環(huán)，1個(gè)油環(huán)，沒有鑄鐵鑲?cè)?，由噴嘴進(jìn)行噴油冷卻。

連桿桿身斷面呈一字形而不是傳統(tǒng)的"I"字形，以減小發(fā)動機(jī)長度和重量，也是相應(yīng)于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)措施。

6.渦輪增壓系統(tǒng)

為克服高增壓發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷工況下因加速而反應(yīng)滯后的缺點(diǎn)，MTU公司采用了下述技術(shù)措施:

(1)采用可變截面渦輪增壓器渦輪的導(dǎo)向葉片是可調(diào)的。壓氣機(jī)葉輪采和后彎式葉片。ZR14型渦輪增壓器在MT883上試驗(yàn)時(shí)得到良好的結(jié)果，在部分負(fù)荷下，可降低燃油消耗率8g/kW·h左右;在一種模擬汽車慣量的特種試驗(yàn)臺上試驗(yàn)，發(fā)動機(jī)從惰轉(zhuǎn)加速到標(biāo)定轉(zhuǎn)速的時(shí)間縮短了11%。

(2)采用陶瓷材料?燃燒系統(tǒng)的有關(guān)零部件如氣門噴涂陶瓷層，氣缸蓋內(nèi)排氣道已進(jìn)行隔熱試驗(yàn)，正在研制陶瓷葉輪，以減小渦輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的慣量。

(3)可加裝輔助燃燒室系統(tǒng)(Brenn Kammer System,BKS)如要求發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷工況下加速，輔助燃燒室可向渦輪提供附加燃?xì)饽芰浚瑥亩ＷC要求的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速以獲得足夠的增壓壓力。該燃燒室的空氣由壓氣機(jī)供給，燃油從單獨(dú)設(shè)置的燃油泵輸入。BKS系統(tǒng)僅在發(fā)動機(jī)需要加速時(shí)使用，在起動和標(biāo)定工況下不工作。該系統(tǒng)于1976年第一次在裝MB873Ka-500發(fā)動機(jī)的豹2樣車上試驗(yàn)，結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)扭矩可增加80%，但燃油消耗率亦相應(yīng)增加。

該系列發(fā)動機(jī)還采用了電子監(jiān)控系統(tǒng)，能進(jìn)行油泵定時(shí)噴油控制和隨空氣壓力與冷卻水溫度而變化的燃油量最佳控制。該系統(tǒng)是MTU公司發(fā)展的數(shù)字式動力管理系統(tǒng)的一部分，能改善發(fā)動機(jī)排放等工作性能，并為發(fā)動機(jī)有效起動、迅速承受負(fù)荷和提高加速性創(chuàng)造了條件 。

在該系列發(fā)動機(jī)中完全取消了MTU公司其他發(fā)動機(jī)上采用的橡膠管、軟管和傳動皮帶等撓性管而改用金屬管和齒輪傳動機(jī)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了油管、水管的內(nèi)藏化。

結(jié)構(gòu)演變和系列化

該系列從單缸機(jī)開始研制，先制成12缸多缸機(jī)MT883。8缸MT881發(fā)動機(jī)采用渦輪增壓，功率為735kW(1000馬力)，準(zhǔn)備作為聯(lián)邦德國新型155mm自行榴彈炮動力。

MT883自研制以來重大的結(jié)構(gòu)變化可歸納為:缸徑從140mm增加到144mm，行程從136mm增加到140mm，從而增加了發(fā)動機(jī)單缸排量;轉(zhuǎn)速從3000r/min增加到3200r/min，后又降為3000r/min;燃燒室從傳統(tǒng)的預(yù)燃室改為直接噴射式。

柴外還采用有斜度的連桿小頭;發(fā)電機(jī)功率從20kW提高到22.5kW;發(fā)電機(jī)的傳動裝置中安裝了液力聯(lián)軸器，使發(fā)動機(jī)起動時(shí)可不帶動發(fā)電機(jī)以減小慣性負(fù)荷。

該系列發(fā)動機(jī)的零部件通用性程度比MB870系列有了提高，同系列的發(fā)動機(jī)間90%的零部件可以通用。

該系列是MTU公司繼MB837系列、MB870系列后，從1970年開始研制的最新一代戰(zhàn)車發(fā)動機(jī)系列。由于前兩種系列發(fā)動機(jī)均不能很好地滿足20t以下的裝甲人員輸送車和其他低重量等級戰(zhàn)車的功率要求，因此公司發(fā)展MT880系列的主要意圖是一種系 列發(fā)動機(jī)滿足聯(lián)邦德國從坦克和重型戰(zhàn)斗車輛到輕型戰(zhàn)車的全部動力需要。整個(gè)系列包括4、5、6缸直列型和6、8、10、12缸V型共7種機(jī)型，功率范圍為360~1103kW，單缸功率已達(dá)92kW(125馬力)。與MB837和MB870系列相比，該系列具有更高的單位體積功率，更好地扭矩特性和燃油經(jīng)濟(jì)性;雖然提高了轉(zhuǎn)速，但由于減小了行程，所以活塞平均速度還有所降低;盡管平均有效壓力有所提高，但還較保守，仍有提高的潛力。尤其是基本型12缸MT883受到了國際上關(guān)注。

MT883發(fā)動機(jī)于1976年開始研制，原型機(jī)于1979年首次問世。該機(jī)已列入聯(lián)邦國防部(BMVG)和聯(lián)邦國防技術(shù)與采購局(BWB)部件發(fā)展計(jì)劃。1985年秋MTU公司和美國通用汽車(GM)公司簽訂了許可證生產(chǎn)協(xié)議，計(jì)劃將該機(jī)用于M1坦克改進(jìn)型(作替換動力)、RV90搶救車、一種動力裝置前置的主戰(zhàn)坦克、一種水陸兩用戰(zhàn)車。巴西、以色列等國也考慮采購。該柴油機(jī)的單機(jī)價(jià)格約20萬美元。

該機(jī)第一臺樣機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000r/min，功率為900kW(1224馬力)。單制裁機(jī)試驗(yàn)表明，轉(zhuǎn)速可提高到3300r/min，單缸功率達(dá)100kW，平均有效壓力1.8MPa，預(yù)計(jì)12缸機(jī)在3300r/min時(shí)最大輸出功率可達(dá)1380kW(1877馬力)，比重量約為1kg/kW(0.7kg/馬力)，單位體積功率約為1366kW/m3。單缸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間現(xiàn)已達(dá)2000h，12缸機(jī)已運(yùn)轉(zhuǎn)1000h。到1988年為止，總共生產(chǎn)了6臺預(yù)燃室MT883發(fā)動機(jī)。以后又制造了一些直接噴射式燃燒室MT883發(fā)動機(jī)，首批3臺已用于各種改進(jìn)試驗(yàn)。1989年在美國第三階段改進(jìn)型M1坦克的HFM通用底盤(HFMCC)上完成了美國陸軍坦克機(jī)動車輛局(TACOM)進(jìn)行的280h試驗(yàn)。

為了進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的性能，MTU公司正在深入研究如隔熱以減少散熱量、提高冷卻系統(tǒng)性能、改善燃燒過程、電子控制等有關(guān)技術(shù)。

該系列發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)原則可以歸納為:晝采用普通材料和常規(guī)秤工藝，將傳綿設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，最大限度地減小發(fā)動機(jī)外形尺寸，保持高的結(jié)構(gòu)緊湊性以滿足軍用發(fā)動機(jī)高單位體積功率要求;不盲目追求設(shè)計(jì)參數(shù)高指標(biāo)，如活塞平均速度還保持14m/s，小于MB873Ka-501發(fā)動機(jī)的15.2 m/s;通過提高平均有效壓力以提高發(fā)動機(jī)功率，但MT883的平均有效壓力較歐洲和美國的同功率級發(fā)動機(jī)的低很多，這對保證發(fā)動機(jī)工作可靠和具有提高功率潛力而言是有很重要意義的。

在上述設(shè)計(jì)原則指導(dǎo)下研制的MT883發(fā)動機(jī)以高單位體積功率在世界坦克發(fā)動機(jī)中稱著。發(fā)動機(jī)本體的安裝體積為1.04m3，由發(fā)動機(jī)、傳動裝置和冷卻系統(tǒng)組成的整個(gè)動力裝置的體積為4.53m3，如果再加上1000L燃油，動力裝置的總體積約為5.53m3，而M1坦克AGT-1500燃?xì)廨啓C(jī)動力裝置的總體積為8.4m3。該系列橫截面積比MB870系列的減小約30%。

60年代中期戴姆勒-奔馳(Daimler-Benz)公司設(shè)想完成一個(gè)單缸排量為3.31L、單缸功率為110.3kW(150馬力)的MB870系列發(fā)動機(jī)，功率覆蓋面為662~1324kW(900~1800馬力)。系列包括的發(fā)動機(jī)有MB873ka(12缸)、MB872Ka(10缸)、MB871Ka(8缸)和MB870Ka(6缸)等機(jī)型。首先設(shè)計(jì)的是作為主戰(zhàn)坦克動力的MB873Ka-500發(fā)動機(jī)。

現(xiàn)在MTU公司批量生產(chǎn)的豹2坦克動力MB873Ka-501發(fā)動機(jī)是為提高發(fā)動機(jī)加速性，改進(jìn)燃燒過程而于1977年在MB873Ka-500發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)上的改進(jìn)型。在結(jié)構(gòu)上，除了缸徑從165mm增加到170mm、行程從155mm增加到175mm外，這兩種發(fā)動機(jī)全然相同。

1963年，美國和聯(lián)邦德國準(zhǔn)備合作研制主戰(zhàn)坦克MBT-70。協(xié)議確定美國泰萊達(dá)因·大陸汽車(Teledyne continental Motors)公司和聯(lián)邦德國戴姆勒-奔馳公司分別研制候選發(fā)動機(jī)。戴姆勒-奔馳公司研制的MB873Ka-500發(fā)動機(jī)于1967年通過北約400h耐久試驗(yàn)，當(dāng)選為MBT-70坦克動力。但至1970年因終止了MBT-70坦克的合作研制協(xié)議，兩國分道揚(yáng)鑣，各自發(fā)展自己的主戰(zhàn)坦克及坦克發(fā)動機(jī)。

自1966年開始，MB873Ka-500發(fā)動機(jī)在試驗(yàn)臺上進(jìn)行了各種類型試驗(yàn)和一系列如傾斜運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)、高溫過熱試驗(yàn)、低溫起勸試驗(yàn) 和在水中帶背壓試驗(yàn)等鑒定試驗(yàn)，還進(jìn)行了多次裝車試驗(yàn)，如在惡劣氣候條件下的公路和越 野行駛試驗(yàn)、耐塵土、耐熱、耐寒試驗(yàn)、1000km越野行駛試驗(yàn)，車輛連續(xù)行駛我里程達(dá)165000km。該機(jī)還裝在豹2AV坦克上與分別裝有AGT-1500燃?xì)廨喓虯VCR-1360-2柴油機(jī)的XM1坦克進(jìn)行耐久性對比試驗(yàn)。

聯(lián)邦德國政府批準(zhǔn)聯(lián)邦國防軍從1979~1986年間采購1800輛豹2坦克，MB873Ka-501發(fā)動機(jī)于1979年列入制式動力。發(fā)動機(jī)單價(jià)為171000馬克，占豹2坦克價(jià)格的20%左右。

與MB838CaM-500相比，MB973Ka-500發(fā)動機(jī)在體積和重量略有增 加的情況下，功率提高了約45%，是在MB837系列基礎(chǔ)上向高單位體積功率整體式動力裝置發(fā)展邁出的第一步。而MB873Ka-501比MB873Ka-500發(fā)動機(jī)增大了缸徑和行程，明顯地增大了扭矩儲備系數(shù)，提高了加速性。

曲軸箱和氣缸體采用整體聯(lián)身箱體，由鋁合金鑄造。采用干式油底殼，內(nèi)裝有壓油泵和回油泵以適應(yīng)發(fā)動機(jī)傾斜工作。氣缸套和缸體采用4個(gè)橡膠密封圈密封，下部3個(gè)，上部1個(gè)。

兩氣缸排呈V型90°夾角排列，根據(jù)戴姆勒-奔馳公司的統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為這種90°夾角的氣缸排列方式與V型60°、V型120°的相比，可以使發(fā)動機(jī)正面面積最小，也有利于在V型夾角內(nèi)和發(fā)動機(jī)兩側(cè)安置附件，使發(fā)動機(jī)外形呈矩形，結(jié)構(gòu)緊湊。在V型夾角內(nèi)裝有整體式波許(Bosch)型噴油泵和氣門傳動機(jī)構(gòu)以及帶回水集水管的時(shí)氣管。排氣管在氣缸排外側(cè)。在發(fā)動機(jī)外側(cè)下方，一側(cè)裝有機(jī)油散熱器和起動電機(jī)，另一側(cè)裝有發(fā)電機(jī)和帶預(yù)熱裝置的機(jī)油箱。MB838CaM-500發(fā)動機(jī)最早體現(xiàn)了軍用車輛采用整體式動力裝置的設(shè)計(jì)思想;發(fā)動機(jī)在裝車前就與傳動裝置和冷卻系統(tǒng)預(yù)裝成整體。該動力裝置在生產(chǎn)線的試驗(yàn)臺上須經(jīng)過約15個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量檢驗(yàn)，合格后才整體吊裝在坦克車體內(nèi)。采用這種整體結(jié)構(gòu)不僅有利于生產(chǎn)、安裝和保證性能，而且還便于在戰(zhàn)場維修保養(yǎng)和更換。豹1坦克在戰(zhàn)場更換動力裝置的時(shí)間為20min。