德國坦克柴油機，我們還得追很多年

原標題：德國坦克柴油機，我們還得追很多年

作者：炮霸707

德國MTU公司的MT883型柴油機是目前公認的最好的坦克發動機之一；MT890系列更是人們心目中的神器。然而在說到MT883好在何處，MT890系列又神在何處時，大部分人卻只能說出MT883體積小，MT890系列體積更小的答案。

誠然MT883/890發動機的體積確實很小，但是為什麼能做到這麼小呢？

今天本炮霸就和大家一起討論下這個問題，同時探究「體積小」背後的原因也對認清我國未來坦克動力的發展方向有著重要的意義。

現代MTU坦克柴油機的開端始於1950年代的MB838系列柴油機。豹I坦克所使用的10缸四衝程機械增壓發動機MB838CaM500型，最大功率610KW，最大轉速最大轉速2300r/min。雖然其最大功率超過了早期T-72坦克所使用的V-46機械增壓發動機，但是從單位體積功率密度的角度上來講，10缸的MB838也就和早他10多年的V-55一個水平。很多人據此認為西方的柴油機在MB838時代是不如蘇聯V-2系列的。

誠然從單位體積功率來講MB838確實是不如V-2系列的，但是其他指標方面兩者基本相當。發動機的功率大小與平均有效壓力、轉速和排量三者的乘積相關。從下表中，我們可以看出自然吸氣的MB837Aa500與V-55;機械增壓的MB838CaM500與V-46在影響功率方面的參數是基本相當的。在MB838CaM500之後德國人為了繼續提高發動機的功率在其基礎上應用了渦輪中冷增壓，於是就有了MB838Ka501發動機。該型發動機的最大功率1030KW，最大轉速2400r/min，平均有效壓力1.29MPa。當然他也可以看做是8缸MB837Ka501的10缸版本。8缸的MB837Ka501是德國為了巴西EE-T1坦克而研製的動力系統，為了提高功率，MB837Ka501除了應用渦輪中冷增壓系統和提高轉速外，還將發動機的缸徑擴大到了170毫米，從而使得排量達到了31.76L(10缸39.7L)。在MB838Ka501之後，MTU還搞了不改變氣缸容積缸數增加到12缸的MB840渦輪中冷增壓發動機。MB840發動機的最大功率1103KW、排量44.9L、平均有效壓力1.34MPa，轉速2200r/min。

這一段之所以羅列了一堆數字，其實是想告訴大家的是1500馬力發動機並不是太難搞，只要幾項指標都達到了就搞成了。在上個禮拜的文章中，本炮霸曾與大家討論過俄羅斯V-2系列發動機功率提升的潛力。如果保持V-2的基本參數不變，平均有效壓力需提高到1.7MPa左右發動機的功率才能達到1103KW。然而要想大幅度的提高平均有效壓力需要壓縮比達到3以上的高效渦輪增壓裝置和噴油壓力超過100MPa的高壓噴油泵，而這兩項技術恰恰是是研製大功率坦克發動機難以跨越的第一道鴻溝。除此之外雖然提高轉速和增大排量也能提高功率，但都有限制條件的。在排量不變的情況下提高轉速勢必會加快活塞的運動速度，這樣會惡化活塞/氣缸的潤滑和影響活塞/曲軸的壽命。增加排量要麼增加缸徑，要麼延長活塞的行程，而這兩點又會分別影響到發動機的尺寸和活塞的運動速度。一般在坦克發動機的設計上，各國設計師都對增加排量和提高轉速持謹慎態度。就拿MB838的兩種改型MB838Ka501和MB840來說，德國人選擇了轉速較低的MB840的作為下一代MB870發動機發展的原型，而將MB838Ka501用來忽悠印度人

MB870Ka500可以看做是在MB840基礎上縮短活塞行程提高轉速的版本，其活塞行程從175mm降低到了155mm，而發動機轉速從2200r/min提升到了2600r/min。縮短活塞行程使得發動機排量降到了39.77L，但同時也使得在活塞運動速度不顯著增加的前提下大大提高了發動機的轉速。最終在同樣1103KW的功率指標下，MB873Ka500的平均有效壓力只需要1.28MPa。從MB840到MB873Ka500，MTU本著均衡發展的原則使得發動機的各項指標都落在一個相對舒適的區間下。在提升發動機功率指標的同時也避免了過高的技術風險。

在MB873Ka500安裝在豹IIAV坦克之後，與採用燃氣輪機的XM-1進行了耐久性對比實驗。德國人除了對美國AGT-1500燃氣輪機的高可靠性印象深刻之外，還對燃氣輪機所帶來的良好的加速性能念念不忘。為此MTU著手對MB873Ka500發動機進行改進，也就是後來的MB873Ka501。改進的重點是增大扭矩提高其加速性能。為了提高加速性能，MTU反其道行之，在保持轉速不變的情況下增大了發動機的缸徑和行程。缸徑從165增加到了170毫米，行程從155增加到了175毫米，發動機排量從39.77L增加到了47.67L。這樣一來在保證1103KW功率不變的情況下，所需的平均有效壓力又降到了1.07MPa。當然這也給MB873Ka501功率的繼續提高留出了空間，這也就是後來1324KW的MB873Ka502。從MB873Ka500到Ka501把活塞行程從155mm提升到175mm，使得活塞運動速度從13.43米/秒提高到15.17米/秒，德國人為了解決由此帶來的潤滑和密封問題，專門應用了獨特的油冷活塞潤滑技術。

雖然MT883型柴油機是目前公認的最好的坦克發動機之一，但是在設計上卻並沒有追求過高的技術指標。減小缸徑和行程使得排量減小，但行程的減小又增加了轉速，平均有效壓力的增加從1.28MPa提高到1.74MPa，該機的平均有效壓力指標在當時歐美一眾先進軍/民用柴油機中只是一個中庸的水平。MT883Ka500之後，MT883Ka501又通過增大缸徑和行程，提高了發動機的扭矩並改善了發動機的加速性。

從MB873到MT883所帶給後世最大的啟示就是只要攻克大壓比渦輪增壓裝置和高壓供油泵的技術，提升發動機的平均有效壓力，在一個小排量發動機的基礎上實現1103KW或者更大的功率的難度是可以預期的。

從上表中，我們可以看到如果在缸徑/行程150/160發動機上進行加強的話，只要獲得1.74MPa的平均有效壓力便可實現1103KW的功率。實現這一水平的平均有效壓力需要3.5壓比的渦輪增壓裝置和100MPa噴油壓力的噴油泵。如果在更小排量（132/145mm）發動機上進行加強的話，在活塞速度少許提高的情況下，只需要獲得2.1MPa左右的平均有效壓力即可。而實現這一指標需要的是壓比略大於3.5的渦輪增壓裝置和120MPa左右噴油壓力的噴油泵。以目前的情況來說，達到這一水平是沒有什麼問題的。

在MT880系列發動機之後，MTU在柴油機小型化的道路上一路狂奔，研製了神器一般的MT890。從其實現的技術思路來講MT890仍然是減小排量、提高轉速和平均有效壓力，將各種指標發揮到極致。

光看數據12V890的轉速著實嚇人，但是認真換算之後發現其實並沒有比MB873Ka501的活塞運動速度快多少，只有15.4米/秒。唯一比較有技術含量的是890的壓比達到4.5的渦輪增壓裝置和噴油壓力180MPa的噴油裝置。

對於德國人來講，造個890難度不是很大，但是對於其他國家來說，實現起來的難度有點大了。大壓比的渦輪增壓裝置和180MPa的噴油裝置都有民用系列可以借鑒，但是超高活塞速度的柴油機設計只有MT890和MB873Ka501兩種，想借鑒好難……。如果考慮到我國目前的工業水平，能實現略超過13米/秒的活塞運動速度已經很不容易了，也就是說如果我們按照890的大小來搞，充其量只能把轉速加到3500r/min上下，這12缸發動機的功率最多也就是900KW出頭。

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