日本ZF系列发动机
日本 ZF系列发动机 ZF Series Engine 三菱重工业公司 Mitsubishi Heavy Industries,JP 三菱重工业公司 Mitsubishi Heavy Industries,JP 生产截至1989年 日本陆上自卫队74式主战坦克及其变型车、78式装甲抢救车(10ZF22WT)、75式155mm自行榴弹炮和73式105mm自行榴弹炮、75式130mm多管自行火箭炮、75式自行测风车和电源牵引车(4ZF)
概述 ZF系列柴油机由4ZF、6ZF和10ZF3种机型组成，为日本战后自行研制的第二代装甲战车用的系列发动机。 日本在61式坦克的研制过程中已意识到研制坦克需要先行研制发动机，早在1956年在61式坦克进行第一次整车试制时就开始进行二代坦克STB(74式坦克样车)发动机的单缸试制工作。1965年3月确定三菱重工业公司的10XF(后称10ZF22WT)型发动机为74式坦克动力。10ZF发动机是以三菱重工业公司在二次大战期间研制的高速鱼雷艇上应用的2冲程水冷柴油机为基础发展而来的，并在当时的PB报告有关风冷文章的启迪下，将水冷改进为风冷，1960年制成了4ZE型样机。该机为4缸机，功率为147千瓦(200马力)，缸径与行程为125mm×125mm，采用了鲁茨扫气泵与废气涡轮串联布置的传统方式，使发动机体积增大，不能体现风冷发动机的结构紧凑的优点。三菱重工业公司经过对2冲程废气涡轮增压发动机通常采用的几种方式进行了分析对比研究后，在10ZF发动机上采用了机械传动废气涡轮增压的方式。4ZE型样机对ZF系列发动机的研制起到决定性作用。 10ZF型机的研制工作从1964年开始，1967年制成样机，同年8月装在部件试验样车STT上进行试验。经过对 该机进行基本性能、多种燃料的可用性和装车等试验均取得满意效果后，于1969年10月正式定型。之后，以10ZF为基础，改变气缸数，以形成V型4、6、10缸的ZF系列，适应多种装甲战车应用。 74式主战坦克于1975年装备，1989年停产，日本陆上自卫队总装备850辆。 10ZF22WT发动机与同时代其他一些国家装备的坦克发动机相比较，整体性能较差，例如体积大、单位体积功率低、燃油消耗率高和热负荷高。 几种发动机的燃油消耗量和体积比较 发动机型号?体积m3?单位体积功率千瓦/m3?燃油消耗率(标定)g/千瓦?h AVDS-1790-2?2.45????225????????233 MB838CaM-500?1.57????388????????250 B-46?????1.2????480????????245 L60??????1.24????372???????248 HS110?????1.6????333????????238 10ZF22WT???3.84????173????????316 结构特点 10ZF22WT为一种2冲程10缸V型90°直接喷射机械传动废气涡轮增压中冷风冷柴油机。该机在结构上有系列化、采用机械传动废气涡轮增压和适于燃用多种燃料3大特点，通过变化缸数后形成10缸、6缸和4缸机型的完整系列。各种机型在结构上大体相同，都采用V型90°夹角气缸体，缸径与行程均为135mm和150mm，具有同样的燃烧系统、增压方式和冷却方式，因此零部件的通用性强。 1.总体布置 进排气管均设在气缸排外侧，扫气口设在缸套中部。2个喷油泵装在左右气缸排的后部。2个轴流式风扇垂直布置于V形夹角的上方。发动机的左右两侧各装有2个铝制管式机油散热器。2个废气涡轮增压器装在左右气缸排的前部。起动电机装在发动机右侧后部。 2.燃烧室 该机采用直接喷射ω型燃烧室，能燃用柴油、JP4煤油和汽油等多种燃料。最高爆发压力可达11.8MPa(120千克f/cm2)，在转速2000r/min时发动机功率为640千瓦(870马力)，但由于2个风扇在全负荷时大约消耗功率88千瓦(120马力)，因此净输出功率为551千瓦(750马力)。 3.气缸盖 缸盖为一缸一盖式，每个缸盖由2部分组成，上半部是铝合金铸件，下半部为钢制的燃烧室，用排气门座螺纹将2部分连接在一起。气缸套是钢制的，缸盖在热状态下通过螺纹与气缸连接成一体。 由于该发动机采用了直流扫气，扫气口开在缸套中部，因此散热片的单位功率散热表面小，仅为0.016m2/马力，不及该公司4冲程风冷发动机散热面积(0.033m2/马力)的一半。因此，存在发动机冷却不足问题，尤其是缸盖与活塞的热负荷过大。为增强抗热负荷能力，都采用了组合式油冷结构。缸盖上制有田字形冷却油路和旁通路，能使4个排气门座和喷油器四周普遍得到冷却。采用这种冷却方式，冷却机油带走燃油总热能的2～3%。 4.箱体 曲轴箱为铝合金铸件，各部分有加强筋。气缸的紧固螺栓一直深入到曲轴箱的主轴承附近，以改善曲轴箱受力状况和提高刚性。主轴承盖为铝合金锻件，通过垂直方向和水平方向的螺栓装在曲轴箱轴承座内。采用干式油底壳。 5.曲柄连杆机构 该机采用锻钢曲轴，经氮化处理，前端装有粘性减振器。主轴预与连杆轴颈直径较大，重叠度也大。轴柄颊上装有平衡重，采用并列连杆。采用油冷组合活塞，活塞顶是钢制的，活塞体为铝合金铸件，两者用螺纹连接，用定位销定位。活塞油冷方式是将机油沿连杆身供油道达到连杆小头，然后强制冷却燃烧室和活塞环槽。为了保证冷却供油量不受连杆上下运动惯性力的影响，在连杆下头油孔部位安装有单向阀。 6.配气机构 采用直流扫气方式。每缸有4个排气门，由1对主摇臂和副摇臂驱动，左右主摇臂分别由左右2根凸轮轴通过气门挺柱和推杆传动。在排气门与排气门座的工作面上覆盖有1层钨铬钴合金，以提高寿命。 7.供油系统 2个喷油泵安装在左右气缸排的后部，均有喷油自动提前装置，左侧的装有转速表，右侧的装有调速器。调速器同时控制2个喷油泵的燃油齿杆位置，并装有受扫气压力控制的机构，以改善排气冒烟状况。 8.进排气系统 每5缸合用1根排气管，管的容积为气缸容积的1.1倍。扫气口设在缸套中部周围，扫气空气室设置在气缸排外侧缸套的中部。进气压力为0.21MPa(2.14kgf/cm2)。 9 .涡轮增压系统 该机采用机械驱动的废气涡轮增压系统，每个气缸排前部各装有1个涡轮增压器，由离心式压气机与轴流式涡轮组成。压气机由涡轮和曲轴复合驱动，即增压器的涡轮与排气管相连接，而压气机又通过机械传动机构与曲轴进行机械连接。这种增压方式是该机的一大特点，有助于改善起动和低转速下的发动机工作特性。曲轴与压气机的连接方式是在曲轴前端通过几对增速齿轮和安全离合器与压气机相连接。增速比可达1:15左右。安全离合器的主要作用是在发动机起动时保护轴系，当轴受到过大扭矩时可以自行打滑。为使整体结构简化，该机取消了一般2冲程发动机用于扫气的鲁茨泵。该机装有2个空气冷却中冷器，在同样气缸温度和排气温度的条件下可使发动机功率提高将近20%。 10.冷却系统 采用风冷系统，机体部分由散热片散热；热负荷严重的零部件，如气缸盖和活塞采用油冷。2个轴流式冷却风扇垂直布置在曲轴箱上部气缸排V形夹角顶部，压风式冷却。发动机左右两侧各装有2个铝制管式机油散热器，其中1个机油散热器用来冷却传动装置的机油。 11.润滑系统 采用了回油组与供油组组成一体的机油泵，装在油底壳内。回油组将机油从油底壳的前后贮油池抽出，经过散热器散热后压入油底壳。供油组将油底壳中的机油抽出，经过滤清后对发动机进行压力润滑。即使车辆在60%的坡度上，润滑系统也能保证对发动机进行润滑。 12.起动系统 该机采用电机起动，电机功率为18.65千瓦，电压为24V。为改善发动机的冷起动性能，在空气进气口装有进气预热起动辅助装置 。 性能数据 型号??????????10ZF22WT????????6ZF????????4ZF 类型 ?冲程??????????2???????????2?????????2 ?缸数及排列???????10V90°????????6V90°??????4V90° ?冷却方式???????风冷(2个轴流式风扇)???风冷???????风冷 ?燃烧室型式??????直接喷射式，ω型???直接喷射式，ω型???直接喷射,ω型 ?燃油种类???????多种燃料????????多种燃料??????多种燃料 ?增压方式??????机械传动废气涡轮增压??机械传动废气涡轮增压?机械传动废气涡轮增压 ???????????(2个废报导涡轮增压器) ?有无中冷??????空气-空气 中冷器(2个)?空气-空气中冷器????空气-空气中冷器 缸径/行程???????135mm/150mm?????135mm /150mm?????135mm/150mm 总排量??????????21.5L????????12.9L????????8.6L 压缩比??????????14??????????14?????????14 标定功率??不带风扇??640千瓦(870马力) ??????带风扇???551千瓦(750马力)???331千瓦(450马力)????221千瓦(300马力) 标定转速????????2200r/min??????2200r/min??????2200r/min 最大扭矩????????2502N?m (255kgf?m) 最大扭矩转速??????1600r/min 平均有效压力?带风扇??0.7MPa????????0.7MPa????????0.7MPa ???????不带风扇?0.81MPa 活塞平均速度??????11m/s?????????11m/s????????11m/s 升功率????不带风扇?29.8千瓦/L???????29.8千瓦/L??????29.8千瓦/L ???????带风扇??25.6千瓦/L???????25.7千瓦/L??????25.7千瓦/L 燃油消耗率(标定) ???????带风扇??316g/千瓦?h(232g/马力?h) ???????不带风扇?265g/千瓦?h(195g/马力?h) 燃油消耗率(最低) ???????带风扇??286g/千瓦?h(210g/马力?h) ???????不带风扇?261g/千瓦?h(192g/马力?h) 外形尺寸：长×宽×高??1950×1490×1095(mm) 单位体积功率?不带风扇?201千瓦/m3 ???????带风扇??173千瓦/m3 重量(干重)??带风扇??2220千克 比重量????带风扇??4.03kg/千瓦 用途??????????74式主战坦克，??75式155mm自行榴弹炮，?73式装甲人员输送车,?????????????78式坦克抢救车??73式履带式火炮牵引车 74式105mm自行榴弹炮， ?????????????????????????????????75式130mm多管自行火箭炮， ?????????????????????????????????75式自行测风车和电源牵引车
