美國AVCR-1360-2柴油機

美國AVCR-1360-2柴油機由泰萊達因·大陸汽車公司研製。

基本資料

國別 美國
名稱 AVCR-1360-2柴油機
AVCR-1360-2 Diesel Engine
研製單位 泰萊達因·大陸汽車公司通用產品分部
Teledyne continental Motors General Products Division (TCM/GPD)
現狀 完成研製待選用

簡介

約在50年代末，大陸公司在已裝備的AVDS-1790發動機的基礎上採用與之類似的總體布置與結構研製了AVDS-1100變型機。至60年代中期，在AVDS-1100發動機上採用可變壓縮比活塞，從而出現了AVCR-1100變型機。為了滿足70年代主戰坦克的要求，公司在1968年又對AVCR-1100進行改進，V型夾角從90°改為120°，降低了發動機高度，擴大了缸徑，降低了強化程度，提高了可靠性。改進後的發動機稱為AVCR-1100-3型。以後又在此基礎上，降低壓縮比，增設一級容積式壓氣機，形成AVCR-1360柴油機，生產型號為AVCR-1360-2。由於採用了高增壓中冷和可變壓縮比活塞，而且又較其前身提高了轉速，該機的各項功率達49.5kW/L(67.36馬力/L)，該柴油機曾與AGT-1500燃氣輪競作XM1坦克的動力。儘管競爭失敗，但對該機的改進工作一直未中斷。70年代末，該機曾被選為高機動性高靈敏性試驗車(HIMAG)動力；又曾被作為M1坦克的後備柴油機方案之一。

該柴油機現已完成400h北約(NATO)耐久試驗和1976年進行的32000h台架和裝車試驗。通過試驗得到的可靠性成熟指數(RMI)表明，無故障間隔時間為274h。

AVCR-1360柴油機在總體設計上繼承了AVDS-1790發動機的經驗，但在設計思想上有所創新。該機採用新技術以小排量達到高性能指標，這與聯邦德國和蘇聯的軍用發動機採用常規技術以大排量達到較低性能 指標滿足車輛要求的設計思想也不相同。AVCR-1360-2發動機具有如採用可變壓縮比活塞、可變轉速冷卻風扇傳動裝置以及採用可變截面渦輪增壓器等許多新的結構特點，都體現了該公司的設計思想。

該發動機的單位體積功率、加速性、燃油經濟性等指標都具有較高的水平，雖然至今還未正式裝備，但卻代表了當代美國坦克發動機的技術水平。

結構特點

該發動機是一種4衝程12V120°風冷直噴式燃燒室可變壓縮比活塞串聯增壓中冷柴油機，與AVDS-1790柴油機相比，具有以下幾種特殊結構：

1.可變壓縮比活塞

發動機採用可變壓縮比活塞可以在缸徑、行程及外形尺寸不變的情況下提高功率，而且保持最高爆發壓力在規定範圍內。發動機在高負荷工況，壓縮比自動降低，可以不增加最高爆發壓力而提高功率，所保持的適當的燃燒壓力有利於控制NOx排放，降低噪聲，提高多種燃料性能；在低負荷工況，自動保持較高的壓縮比，從而獲得良好的燃燒性能和低負荷下的燃油經濟性，還有利於控制HC的排放；在起動時，可提供高壓縮比以獲得高的起動能力。該機在整個工作範圍內，壓縮比變化範圍為16:1～9:1。

可變壓縮比活塞由內外活塞組成。外活塞直接承受燃燒壓力。通過控制外活塞運動的液壓系統使內外活塞產生相對運動，這樣在內活塞上的活塞上的活塞銷中心線至活塞頂(外活塞)的距離發生變化，從而壓縮容積變化導致壓縮比自動改變。

2.渦輪增壓系統

為提高發動機的低速扭矩性能和加速性，從AVCR-1100-3B至AVCR-1360-1再發展AVCR-1360-2發動機，進氣系統的渦輪增壓裝置經歷了如下變化。

在AVCR-1360-2渦輪增壓中冷系統中安裝了容積式增壓器旁通閥，目的是限制增壓器的最大傳動扭矩和過高的進氣管壓力；安裝中冷器旁通閥的目的是在整個發動機轉速和負荷範圍內保持進氣管溫度儘可能接近110℃。
此外，1976年，美國陸軍坦克機動車輛研究發展局(TARADCOM)提出在AVCR-1360發動機上研究可變截面渦輪增壓器(Variable Area Turbocharger,VAT)，目的是提高發動機低速扭矩性能，改善加速性，減少排煙和提高燃油經濟性。此項研究工作的主承包商是TCM/GPD，協作單位是鮑·達奈 克斯公司(PDI)和熱力機械系統(TMS)公司。

VAT的壓氣機和渦輪截面都是可調的，為了保證前者在高壓比(約大於4)下有寬廣的流量範圍(約為0.454～1.1kg/s)，採用了壓氣機擴壓器楔形葉片角度可調方案，為了與此相匹配，保證渦輪的高轉速和高流量，採用了渦輪噴嘴環截面可調方案。發動機採用VAT後，不再採用魯茨泵和渦輪增壓器相串聯的二級增壓系統。在試驗中，VAT經歷了700h試驗，沒有出現重大事故。1980年試驗的可變截面渦輪增壓器的壓氣機壓比接近5。

VAT離心式壓氣機葉輪直徑Dk=171.5mm，採用後彎式(後彎40°)的長短葉片的葉輪，葉輪材料由鋁合金改為鈦合金以提高強度。

可調葉片擴壓器有21片楔形葉片，葉片轉轉支點接近其尖端，尾部有長方形槽，擴壓器出口端背板可轉動。背板上裝的21個銷子插入擴壓器葉片槽內。轉動背板即可轉動擴壓器葉片，從而改變葉片進口處的通道截面。
VAT渦輪葉輪直徑Dr=152mm，葉輪出口直徑為=114mm。

可調噴嘴環共有23片帶圓頭的楔形葉片，葉片靠近出口處連有銷子。轉動調節環，並通過撥叉轉動噴嘴環葉片，從而改變噴嘴環出口截面。

以上擴壓器葉片和噴嘴環葉片截面的變化取決於發動機轉速、進氣增壓壓力和渦輪前溫度，這些參數輸入微處理機處理後，通過液壓系統來自動調節。

VAT又一結構特點是採用滾珠軸承。與常規採用的浮動軸承相比，滾珠軸承可減小起動阻力，提高機械效率，還可較大地減少軸承間隙，從而減小葉輪鏇轉時的晃動量，保持葉輪葉尖與殼體的正常間隔。

這樣結構的VAT，壓氣機性能在轉速n=60000～63000r/min下，壓比πk=4.6～4.8；在n=47500r/min和擴壓器葉片開度為11.5%工況下，壓氣機最高效率ηk=0.8；在發動機轉速n=1800～2600r/min範圍內，後彎葉輪壓氣機效率達ηk=0.77～0.8，而徑向葉輪壓氣機效率ηk=0.68～0.72。

單級徑流渦輪具有高速和高溫(814℃)工作能力，渦輪效率大約為ηr=0.58～0.76。

裝VAT的ACVR-1360-2發動機較原來AVCR-1360-2發動機主要性能的提高表現在：

最大扭矩由4307N·m增加到4949N·m，扭矩儲備係數達1.2；

在2600r/min標定轉速下，功率從1103kW增加到1220kW；

標定功率下的燃油消耗率下降到237.2g/kW·h，最低燃油消耗率為228g/kW·h，約降低5%；

加速性得到較大改善，從1400r/min惰轉轉速開始加速，在同樣5s時間內，輸出功率由588kW增加到956kW；

穩態工作時，煙度降低很多，在最大扭矩點，基本無煙。

3.可變速的冷卻風扇驅動裝置

該驅 動裝置(聯軸節)採用摩擦片離合器結構。當發動機的轉速、負荷和機油溫度變化時，由於機械和液壓作用力的改變以及摩擦片受壓緊程度的不同，風扇轉速因而變化。這種結構可節省風扇消耗功率，從而降低油耗。在發動機絕大多數工況下約可節省功率62.5kW。在標定工況下可降低油耗10%。

4.供油系統

採用一種X型多柱塞噴油泵。通過12副柱塞偶件向12缸分別供給高壓燃油。從泵端部看，2排6個對置的柱塞偶件有布置在呈30°夾角的2個平面內形成了"X"形的外形結構，這樣的布置可使噴油泵的長度和體積減至最小。
採用二極式調速器控制發動機最大轉速和最小轉速。還有1套由進氣管壓力控制的扭矩控制系統，在除空轉外的發動機各轉速下將輸油量限制在預定值內，在發動機加速時可起煙度限制器作用。

性能數據

型號AVCR-1360-2
類型
衝程4
缸數及排列12V120°
冷卻方式風冷
燃燒室型式直接噴射式
燃料種類DF-A、DF-1、DF-2
增壓方式渦輪增壓和魯茨泵二級串聯增壓(後用VAT)
壓比3.9～4.5(標定工況4.3)
有無中冷有
缸徑/行程136.5mm/127mm
總排量22.3L
壓縮比16～9
標定功率1103kW
標定轉速2600r/min
最大扭矩4307N·m
最大扭矩轉速2200r/min
平均有效壓力2.31MPa
活塞平均速度11m/s
升功率49.5kW/L
燃油消耗率(標定)251g/kW·h
燃油消耗率(最低)237g/kW·h
外形尺寸
長1950mm
寬1539mm
高1124mm
單位體積功率327kW/m3
重量2027kg(不帶發電機)
比重量1.83kg/kW
從AVDS-1100發展到AVCR-1360-2各機型主要參數變化
型號AVDS-1100AVCR-1100AVCR-1100-3AVCR-1360-2
類型
缸數及排列12V90°12V90°12V90°12V90°
增壓方式渦輪增壓渦輪增壓渦輪增壓1級渦輪增壓
1級容積式增壓
有無中冷無有有有
缸徑/行程124mm/127mm124mm/127mm136.5mm/127mm136.5mm/127mm
總排量18.4L18.4L22.3L22.3L
壓縮比1610～2210～2216～9
標定功率404kW1085kW919kW1103kW
標定轉速2800r/min2800r/min2600r/min2600r/min
最大扭矩1462N·m3808N·m3508N·m4307N·m
最大扭矩轉速2000r/min2200r/min2000r/min2200r/min
平均有效壓力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22.0kW/L59.0kW/L41.2kW/L49.5kW/L
燃油消耗率(標定)258.4g/kW·h273g/kW·h261g/kW·h251g/kW·h
重量1384kg1530kg2027kg
比重量3.42kg/kW1.41kg/kW1.83kg/kW
扭矩儲備係數1.051.021.041.06