美国AVCR-1360-2柴油机
美国 AVCR-1360-2柴油机 AVCR-1360-2 Diesel Engine 泰莱达因?大陆汽车公司通用产品分部 Teledyne continental Motors General Products Division (TCM/GPD) 完成研制待选用 概述 约在50年代末，大陆公司在已装备的AVDS-1790发动机的基础上采用与之类似的总体布置与结构研制了AVDS-1100变型机。至60年代中期，在AVDS-1100发动机上采用可变压缩比活塞，从而出现了AVCR-1100变型机。为了满足70年代主战坦克的要求，公司在1968年又对AVCR-1100进行改进，V型夹角从90°改为120°，降低了发动机高度，扩大了缸径，降低了强化程度，提高了可靠性。改进后的发动机称为AVCR-1100-3型。以后又在此基础上，降低压缩比，增设一级容积式压气机，形成AVCR-1360柴油机，生产型号为AVCR-1360-2。由于采用了高增压中冷和可变压缩比活塞，而且又较其前身提高了转速，该机的各项功率达49.5千瓦/L(67.36马力/L)，该柴油机曾与AGT-1500燃气轮竞作XM1坦克的动力。尽管竞争失败，但对该机的改进工作一直未中断。70年代末，该机曾被选为高机动性高灵敏性试验车(HIMAG)动力；又曾被作为M1坦克的后备柴油机方案之一。 该柴油机现已完成400h北约(NATO)耐久试验和1976年进行的32000h台架和装车试验。通过试验得到的可靠性成熟指数(RMI)表明，无故障间隔时间为274h。
AVCR-1360柴油机在总体设计上继承了AVDS-1790发动机的经验，但在设计思想上有所创新。该机采用新技术以小排量达到高性能指标，这与德国和苏联的军用发动机采用常规技术以大排量达到较低性能 指标满足车辆要求的设计思想也不相同。AVCR-1360-2发动机具有如采用可变压缩比活塞、可变转速冷却风扇传动装置以及采用可变截面涡轮增压器等许多新的结构特点，都体现了该公司的设计思想。 该发动机的单位体积功率、加速性、燃油经济性等指标都具有较高的水平，虽然至今还未正式装备，但却代表了当代美国坦克发动机的技术水平。 结构特点 该发动机是一种4冲程12V120°风冷直喷式燃烧室可变压缩比活塞串联增压中冷柴油机，与AVDS-1790柴油机相比，具有以下几种特殊结构： 1.可变压缩比活塞 发动机采用可变压缩比活塞可以在缸径、行程及外形尺寸不变的情况下提高功率，而且保持最高爆发压力在规定范围内。发动机在高负荷工况，压缩比自动降低，可以不增加最高爆发压力而提高功率，所保持的适当的燃烧压力有利于控制NOx排放，降低噪声，提高多种燃料性能；在低负荷工况，自动保持较高的压缩比，从而获得良好的燃烧性能和低负荷下的燃油经济性，还有利于控制HC的排放；在起动时，可提供高压缩比以获得高的起动能力。该机在整个工作范围内，压缩比变化范围为16:1～9:1。 可变压缩比活塞由内外活塞组成。外活塞直接承受燃烧压力。通过控制外活塞运动的液压系统使内外活塞产生相对运动，这样在内活塞上的活塞上的活塞销中心线至活塞顶(外活塞)的距离发生变化，从而压缩容积变化导致压缩比自动改变。 2.涡轮增压系统 为提高发动机的低速扭矩性能和加速性，从AVCR-1100-3B至AVCR-1360-1再发展AVCR-1360-2发动机，进气系统的涡轮增压装置经历了如下变化。 在AVCR-1360-2涡轮增压中冷系统中安装了容积式增压器旁通阀，目的是限制增压器的最大传动扭矩和过高的进气管压力；安装中冷器旁通阀的目的是在整个发动机转速和负荷范围内保持进气管温度尽可能接近110℃。 此外，1976年，美国陆军坦克机动车辆研究发展局(TARADCOM)提出在AVCR-1360发动机上研究可变截面涡轮增压器(Variable Area Turbocharger,VAT)，目的是提高发动机低速扭矩性能，改善加速性，减少排烟和提高燃油经济性。此项研究工作的主承包商是TCM/GPD，协作单位是鲍?达奈 克斯公司(PDI)和热力机械系统(TMS)公司。 VAT的压气机和涡轮截面都是可调的，为了保证前者在高压比(约大于4)下有宽广的流量范围(约为0.454～1.1kg/s)，采用了压气机扩压器楔形叶片角度可调方案，为了与此相匹配，保证涡轮的高转速和高流量，采用了涡轮喷嘴环截面可调方案。发动机采用VAT后，不再采用鲁茨泵和涡轮增压器相串联的二级增压系统。在试验中，VAT经历了700h试验，没有出现重大事故。1980年试验的可变截面涡轮增压器的压气机压比接近5。 VAT离心式压气机叶轮直径Dk=171.5mm，采用后弯式(后弯40°)的长短叶片的叶轮，叶轮材料由铝合金改为钛合金以提高强度。 可调叶片扩压器有21片楔形叶片，叶片转转支点接近其尖端，尾部有长方形槽，扩压器出口端背板可转动。背板上装的21个销子插入扩压器叶片槽内。转动背板即可转动扩压器叶片，从而改变叶片进口处的通道截面。 VAT涡轮叶轮直径Dr=152mm，叶轮出口直径为=114mm。 可调喷嘴环共有23片带圆头的楔形叶片，叶片靠近出口处连有销子。转动调节环，并通过拨叉转动喷嘴环叶片，从而改变喷嘴环出口截面。 以上扩压器叶片和喷嘴环叶片截面的变化取决于发动机转速、进气增压压力和涡轮前温度，这些参数输入微处理机处理后，通过液压系统来自动调节。 VAT又一结构特点是采用滚珠轴承。与常规采用的浮动轴承相比，滚珠轴承可减小起动阻力，提高机械效率，还可较大地减少轴承间隙，从而减小叶轮旋转时的晃动量，保持叶轮叶尖与壳体的正常间隔。 这样结构的VAT，压气机性能在转速n=60000～63000r/min下，压比πk=4.6～4.8；在n=47500r/min和扩压器叶片开度为11.5%工况下，压气机最高效率ηk=0.8；在发动机转速n=1800～2600r/min范围内，后弯叶轮压气机效率达ηk=0.77～0.8，而径向叶轮压气机效率ηk=0.68～0.72。 单级径流涡轮具有高速和高温(814℃)工作能力，涡轮效率大约为ηr=0.58～0.76。 装VAT的ACVR-1360-2发动机较原来AVCR-1360-2发动机主要性能的提高表现在： 最大扭矩由4307N?m增加到4949N?m，扭矩储备系数达1.2； 在2600r/min标定转速下，功率从1103千瓦增加到1220千瓦； 标定功率下的燃油消耗率下降到237.2g/千瓦?h，最低燃油消耗率为228g/千瓦?h，约降低5%； 加速性得到较大改善，从1400r/min惰转转速开始加速，在同样5s时间内，输出功率由588千瓦增加到956千瓦； 稳态工作时，烟度降低很多，在最大扭矩点，基本无烟。 3.可变速的冷却风扇驱动装置 该驱 动装置(联轴节)采用摩擦片离合器结构。当发动机的转速、负荷和机油温度变化时，由于机械和液压作用力的改变以及摩擦片受压紧程度的不同，风扇转速因而变化。这种结构可节省风扇消耗功率，从而降低油耗。在发动机绝大多数工况下约可节省功率62.5千瓦。在标定工况下可降低油耗10%。 4.供油系统 采用一种X型多柱塞喷油泵。通过12副柱塞偶件向12缸分别供给高压燃油。从泵端部看，2排6个对置的柱塞偶件有布置在呈30°夹角的2个平面内形成了"X"形的外形结构，这样的布置可使喷油泵的长度和体积减至最小。 采用二极式调速器控制发动机最大转速和最小转速。还有1套由进气管压力控制的扭矩控制系统，在除空转外的发动机各转速下将输油量限制在预定值内，在发动机加速时可起烟度限制器作用。 性能数据 型号?????AVCR-1360-2 类型 ?冲程?????4 ?缸数及排列??12V120° ?冷却方式???风冷 ?燃烧室型式??直接喷射式 ?燃料种类???DF-A、DF-1、DF-2 ?增压方式???涡轮增压和鲁茨泵二级串联增压(后用VAT) ?压比?????3.9～4.5(标定工况4.3) ?有无中冷???有 缸径/行程????136.5mm/127mm 总排量?????22.3L 压缩比?????16～9 标定功率????1103千瓦 标定转速????2600r/min 最大扭矩????4307N?m 最大扭矩转速??2200r/min 平均有效压力??2.31MPa 活塞平均速度??11m/s 升功率?????49.5千瓦/L 燃油消耗率(标定)?251g/千瓦?h 燃油消耗率(最低)?237g/千瓦?h 外形尺寸 ?长??????1950mm ?宽??????1539mm ?高??????1124mm 单位体积功率??327千瓦/m3 重量??????2027kg(不带发电机) 比重量?????1.83kg/千瓦 从AVDS-1100发展到AVCR-1360-2各机型主要参数变化 型号?????AVDS-1100??AVCR-1100??AVCR-1100-3??AVCR-1360-2 类型 ?缸数及排列??12V90°???12V90°???12V90°????12V90° ?增压方式???涡轮增压??涡轮增压???涡轮增压???1级涡轮增压 ???????????????????????????1级容积式增压 ?有无中冷????无?????有?????有???????有 缸径/行程???124mm/127mm?124mm/127mm?136.5mm/127mm?136.5mm/127mm 总排量?????18.4L????18.4L????22.3L?????22.3L 压缩比??????16????10～22????10～22?????16～9 标定功率????404千瓦????1085千瓦???919千瓦?????1103千瓦 标定转速????2800r/min??2800r/min??2600r/min??2600r/min 最大扭矩????1462N?m???3808N?m??3508N?m???4307N?m 最大扭矩转速??2000r/min??2200r/min??2000r/min??2200r/min 平均有效压力??0.96MPa???2.56MPa???1.93MPa????2.31MPa 活塞平均速度??11.85m/s???11.85m/s??11m/s?????11m/s 升功率?????22.0千瓦/L???59.0千瓦/L??41.2千瓦/L???49.5千瓦/L 燃油消耗率(标定)?258.4g/千瓦?h?273g/千瓦?h?261g/千瓦?h?251g/千瓦?h 重量??????1384kg????1530千克??????????2027kg 比重量?????3.42kg/千瓦???1.41kg/千瓦????????1.83kg/千瓦 扭矩储备系数???1.05?????1.02????1.04?????1.06
