CV系列柴油機的結構特點
CV8TCA發動機為8缸V型90°夾角,CV12TCA發動機為12缸V型60°夾角,2種機型都是4沖程水冷直接噴射渦輪增壓中冷柴油機。鑒於CV系列柴油機大部分零部件是通用的,下面主要敘述CV12TCA發動機的結構特點。 CV12TCA發動機與TN液力機械傳動裝置和包括2個水散熱器、3個風扇和2個空氣冷卻中冷器的冷卻系統構成完整的動力裝置。該動力裝置在坦克上采用3點支承,1點在發動機前端,以圓柱銷支承於夾層橡膠支點內;另外2點支承分別位於傳動裝置的功率輸出端,各為1個卡箍式彈性支承。飛輪殼與傳動裝置殼體用螺栓緊固。發動機附件的布置可以很容易從坦克車體頂部接近,以便於進行維修保養。整個動力裝置可在1h內整體吊裝加以更換。
CV8-550發動機與X-300-4B傳動裝置構成的動力裝置在武士機械化步兵戰車上為3點支承,采用快速松脫式聯接器。 上曲軸箱采取連身缸體龍門式結構,由金相組織細密的高強度鑄鐵澆鑄成薄壁結構,最薄部位為5~6mm。所有非加工表面均浸漆。所有內油道均機械加工而成。氣缸孔與幹式缸套結合面均經機械加工。由於采用並列連桿,左右氣缸排有壹錯位。由於高位凸輪軸設置在V型60°夾角的上部,所以V型夾角的下腔構成凸輪軸軸承腔,其上方由隔板將2排氣缸拉在壹起,以增強整個曲軸箱體的剛度。在V形夾角底部制有主油道,冷卻活塞的噴油管位於其下方,直接由主油道供給機油。上曲軸箱功率輸出端與齒輪傳動箱貼合,有4個直接安裝齒輪軸的支承孔。在左氣缸排上方有安裝溫度傳感器的孔。在曲軸臬的側面有各缸的進水孔和連接儲油箱的通氣孔,在氣缸排頂面每缸有2個挺柱孔,8個氣缸蓋螺栓孔,在1-2、3-4、4-5、5-6缸之間有***用螺栓。每缸各有1個從曲軸箱流入氣缸蓋的通水孔、3個通氣孔。每氣缸排上有4個回油孔,及定位銷孔與工藝孔。上曲軸箱的重量約494kg。
下曲軸箱為幹式,與儲油箱下半部構成1個L形鋁合金鑄件。下同蘇丹箱及儲油箱均鑄有油道。儲油箱上半部為壹單獨鋁鑄件,整個潤滑系的全部機油容量為91L。儲油臬箱上下兩半部中間裝有濾網片。儲油箱上半部內裝有傾斜消泡板,頂部裝有加油口蓋及量油尺。L形構件與機油散熱器均在發動機的基本尺寸內。
氣缸套為幹式,壁很薄,僅為2.75mm,為離心澆鑄的鑄鐵件。整個缸套經過預加工,內壁經珩磨與拋光,裝配前進行裂紋探傷檢查,安裝後的橢圓度不超過0.025mm。 羅爾斯-羅伊斯公司在發動機上采用了該公司專利的成對對稱(Paired-throw)曲拐曲軸。該曲軸不同於通常8缸機采用的十字形曲軸相比,長度縮短了6.6%,重量減輕17%。縮短長度相應縮短了發動機長度,增加了剛性;減輕重量可以減小慣性,提高曲軸的自然頻率,從而增大了曲軸的安全系數。裝用這種曲軸的8缸機即使不采用減振裝置,扭振振幅也不大。
CV12TCA發動機采用鉻鉬鋼鍛造曲軸,有7個主軸頸和6個連桿軸頸。1-6、2-5、3-4連桿軸頸馬對排列,每對間夾角為120°。每個連桿軸頸安裝2根並列連桿。主軸頸直徑為146mm,連桿軸頸直徑為98mm,曲柄頰很窄,重疊度很大。曲軸在機加階段進行靜、動平衡,總裝時無須再校正。除前後端面外,所有曲軸表面經過氮化處理。曲軸兩端各有1個螺旋齒輪,齒輪齒數為45,節圓速度約為18m/s。曲軸後端面上有16個均布螺孔和1個定位銷,用於飛輪固定和定位。由於氣缸排夾角為60°,為全平衡結構,因此曲軸上不裝配重。曲軸最大扭振振幅為0.2mm,只裝了1個粘性減振器。曲軸前端有12個等距分布螺孔,用來固定矽油粘性減振器。減振器重量約為42.75kg。
曲軸的主軸承蓋為鋼鍛件,前、中、後3個主軸承蓋各用4個螺栓緊固,其他的主軸承蓋均用2個螺栓緊固,中間主軸承帶止推片。為了保證曲軸箱的橫向剛度,每個軸承蓋的兩側各有1個螺栓孔,2根螺栓穿過曲軸箱側面擰入螺栓孔。采用了鋼背、表面塗有壹層鉛錮合金的鉛青銅主軸承,由帶材壓制後機加而成。每1軸瓦的上半部分的內表面中央有1機加環形油槽,當中有1個與主軸承座相對應的油孔。下半部軸瓦油槽很短,位於與上半部軸瓦油槽相對應處,在軸瓦的棱邊上沖出1個定位用的凸起。
采用鉻鉬鋼鍛造的並列連桿,其小頭制成楔形,以減小小頭和活塞銷座承受的壓力負荷。小頭裝有鋼背鉛青銅襯套,由連桿身油孔輸油潤滑。大頭端采用鋼背鉛青銅軸瓦,其內表面敷有1層鉛銦合金。連桿大頭蓋為平切口,無齒,由專門設計的4個專用螺栓和雙6角螺母緊固。
活塞為具有低膨脹系數的鋁合金整體鑄件,內有整體式冷卻油槽。活塞頂有ω型燃燒室和4個氣門凹坑。4個活塞環均在活塞銷的上方。其頂環槽鑲有耐磨的鑄鐵座圈。第壹、二環槽間的環岸直徑略增大,並加工成細槽段,以破壞積炭形成。靠近活塞銷兩端的裙部區為減重而向裏凹。活塞裙部底部鑄有壹缺口,以避免與活塞冷卻噴油管幹涉。為與楔形連桿小頭相配合,銷孔座內部凸臺相應加工成斜面。除活塞銷孔外,全部活塞表面鍍錫。活塞的冷卻油槽置於第壹環與燃燒室之間,機油通過噴管噴入油槽進油口進入冷卻油腔冷卻活塞的環岸區,然後經排油孔返回油底殼。采用了全浮式活塞銷,用2個普通卡簧固定。活塞環頂環為平行環,表面噴鉬,無上下面區分;第二環為扭曲環,表面鍍鉻,有上下面之分;第三環為扭曲環,表面噴塗鐵淦氧層;第四環為雙階鍍鉻帶襯簧的刮油環。 用鉻合金鑄造的2根高位凸輪軸布置在氣缸排的V型夾角內。為適應氣缸左右排錯位,右排的凸輪軸比左排的凸輪軸長,法蘭盤上裝有凸輪軸齒輪和噴油泵傳動齒輪,而左排凸輪軸法蘭盤上只裝有凸輪軸齒輪。這些齒輪由定位銷定位,用螺栓緊固在法蘭盤上。鑄鐵止推片卡在法蘭盤前面的凸輪軸止推槽內,保證凸輪軸的軸向竄動量在0.1~0.35mm內。凸輪軸的軸承為鋼背鉛青銅襯套,右排凸輪軸的中間軸承、 後軸承和左排凸輪軸中間軸承均采和雙襯套,其科都采用單襯套。雙襯套中間有凹口,便於潤滑。
挺住是用金屬模澆鑄的合金鑄鐵件,底部淬硬,全部經機加工和磷化處理。挺柱在曲軸箱的挺柱孔內運動,由輔助油道供油,壓力潤滑。為促使其旋轉,挺柱與其相應的凸輪稍稍偏置。
推桿是用中碳鋼兩端鐓鍛制成的 。兩端經高頻淬火,最後拋光接觸部位。推桿兩端由靠近搖臂的調整螺釘處的回油孔供油潤滑。推桿長為236mm。
搖臂為鋼鍛件,與推桿接觸的壹端為短臂,其上有裝調整螺釘的螺紋孔。長臂的下面與氣閥壓橋相接觸,其接觸部位經淬火,並磨成圓弧形。搖臂的支承孔內裝有鋼背鉛青銅襯套。搖臂軸為鋼制全加工件,只在搖臂襯套處淬火。搖臂和搖臂軸置於氣缸蓋上面的鋁制擺臂箱內。3缸***用1根搖臂軸。每缸的2根搖臂在搖臂軸上用彈簧隔開。搖臂軸中空,有單壹的進油孔和向每個搖臂供油的油孔。搖臂軸定位螺釘位於單壹進油孔的上部。
氣門壓橋為鋼鍛件,其上裝有經氮化處理的止推按鍵,壹端裝有調整螺釘。壓橋下部的導管套沿氣缸蓋上的導桿運動,運動間隙為0.016~0.052mm。導桿為鋼制件,經高頻淬火,與缸蓋孔壓配合,導桿伸出缸蓋頂面26.67mm。
進氣門錐角為45°,座面處鑲鎢鈷合金,桿部鍍鉻。進氣門導管用鑄鐵制造,下端外部有壹長段20°倒角,裝入氣缸蓋後加工導管孔。導管頂面低於氣缸蓋頂平面5.0~5.1mm。導管與氣缸蓋為壓配合。進氣門桿在導管中的運轉間隙為0.043~0.081mm。排氣門座面錐角也為45°,座面鑲嵌鎢鉻鈷合金,桿部鍍鉻。排氣門充鈉冷卻。排氣門導管為鑄鐵件,下端外部有20°倒角,裝入氣缸 蓋後加工導管孔,孔徑10.998~11.023mm。導管頂端面與氣缸蓋頂面平齊。導管與氣缸蓋壓配合,排氣門桿與導管間的運動間隙為0.127~0.165mm。 CV12TC A發動機的供油系統由低壓系統、高壓系統、電子調速器和進氣管加熱系統組成。低壓系統指從燃油箱到濾清器,由裝在油箱上的普萊塞電動泵以207kPa的標定壓力把燃油輸送到濾清器。采用3個壹次性使用的紙質濾清器,安裝在左氣缸排前面的集油托架上。濾清後的燃油 通過電磁斷油閥進入噴射泵。電磁斷油閥閥門的最大升程為1.95mm,最小升程為1.65mm,電路電壓為26.5V。低壓系統的燃油輸送量約364L/h。高壓系統采用了CAV公司的馬克西梅克(Maximec)直列式噴油泵,安置於發動機的V型夾角內,由主齒輪系傳動。油泵轉速在1150r/min時的每循環供油量調整在300mL,在850r/min時為310mmL。采用了0.35×150°的6孔噴油器,噴針開啟壓力為24.3MPa。噴油器使用壽命為500h。
該發動機采用了高靈敏度的二級電子式調速器,但在1200r/min以下低轉速範圍內給與全程調節。電子調速器主要由2大部分組成,即泵上安裝的裝置(Pump Mounted Equipment,簡稱P.M.E.)和主發動機控制裝置(Main Engine Control Unit,簡稱M.E.C.U.)。P.M.E.把接受主發動機控制裝置的信號及排氣溫度、曲軸箱體溫度和進氣壓力等參數信號傳遞給執行器,以改變供油齒桿的位置,改變供油量。排氣溫度的信號是由裝在兩排氣缸的排氣管中的熱電偶傳遞的,排氣溫度超過800℃預調值時,使供油量逐漸減少。由軸箱體溫度信號是由安裝在左氣缸排後面的曲軸箱體上的溫度傳感器傳遞的,該處溫度超過160℃時,則減少供油量。進氣壓力信號是通過從左排氣缸進氣管中心引出1條管路,將其進氣壓力信號傳遞給M.E.C.U.,如果進氣壓力降低,M.E.C.U.就將信號傳遞給P.M.E.,減少供油量,以便得到最佳的空氣燃油比,使排放凈化,以保證發動機正常工作。
駕駛員通過M.E.C.U.來控制發動機的輸出功率。在壹般行軍狀態下,使發動機按588kW(800馬力)特性曲線工作(見圖上的A曲線段);而戰鬥時,可改變噴油泵的供油量,使發動機按882kW(1200馬力)特性曲線工作(見圖上的B曲線段)。另外,當排氣 溫度達到800℃或曲軸箱體金屬溫度達到160℃以及增壓壓力低時,主發動機的控制裝置就會自動使噴油泵減少供油量,使發動機沿C曲線段特性工作,輸出功率下降。在平時,加油齒桿的位置是由油門踏板的位置來決定的,而在行軍工況下,M.E.C.U.將使加油齒桿保持在標定位置。另外在M.E.C.U.中還有壹預調轉速信號,用來防止發動機超速。 進氣管置於發動機的V型夾角內側。
該機的排氣管置於2氣缸排的外側,采用了前3缸、後3缸分開的脈沖排氣管。 該發動機采用了2個愛瑞薩切(AiResearch)公司的TV81型渦輪增壓器,左右氣缸排各裝1個。增壓器為向心式渦輪和離心式壓氣機,增壓壓比為3.1,轉速為85000r/min。壓氣機空氣流量為90.7kg/min。增壓器由機油潤滑。增壓器轉速極高,其潤滑機油也起冷卻作用。在正常工況下油壓不得低於210kPa;在惰轉工況下,最小機油壓力為70kPa。通過每個增壓器的最小機油流量為4.5L/min。
2個翅板式空氣冷卻中冷器位於傳動裝置上方,並列安裝在2個冷卻液散熱器的中間,由風扇吸入空氣冷卻。中冷器頂面有防護格柵。在標定工況下,環境溫度為20℃,可將增壓空氣由215℃降低到60℃。 該機的冷卻系統為閉式循環,帶有恒溫器和膨脹/集水箱。整個系統的冷卻容量為206L,發動機部分為81L。為了防止腐蝕和結冰,必須采用適量濃度的防腐蝕乙二醇和水的混合溶液。水應為除去礦物質的可飲用水,以防在冷卻系統中形成沈澱物。冷卻液從置於右排氣缸排氣管上方的膨脹/集水箱註入。膨脹/集水箱由鑄鋁制成,容積為14.5L,中間有1隔板,使其構成集水腔和膨脹腔,2腔間由壹管子接通。
采用了直徑為203mm(8英寸)的離心式冷卻水泵,安裝在右氣缸排後面的傳動齒輪箱上。水泵的外殼由2個鋁合金鑄件構成,有2個出水口,1個出水口的冷卻水先進入發動機機油散熱器,再經集水管流入右排氣缸體;另1出水口冷卻水先經發動機的矩形水管進入變速箱機油熱交換器,再進入左排氣缸體。水泵的標定流量為683~700L/min,工作壓力為74kPa。
采用了3個直徑為380mm的混流式冷卻風扇,置於傳動裝置後端,由傳動裝置頂部的功率分出裝置通過1個扭矩限制離合器和帶齒皮帶傳動,轉速為5520r/min。風扇消耗功率占發動機功率的8%,最大消耗功率為74kW(100馬力)。3個風扇的供氣量為16m3/s。還有1個輔助發動機風扇,安裝在左側冷卻水散熱器下方。此風扇僅在主機停機、輔助發動機工作時才工作。
該發動機采用的新型混流式風扇既有軸流式風扇空氣流量大,又有離心式風扇壓頭高的優點。而且噪聲較小,風扇消耗功率也較小。從冷卻風扇消耗功率的對比數據可見,這種風扇消耗功率的百分比為最小。
軍用車輛發動機冷卻風扇的消耗功率
發動機型號?車輛型號?標定功率(kW)?風扇消耗功率(kW)?風扇耗功占標定功率的百分比(%)
AV-1790-7M47596?89.7?15
AVDS-1790-2?M690551?8014.5
6V-53?M113A1?158?17.6?11.1
12V-71TM551221?33.8?15.3
AVCR-1360-21103?118?10.8
MB873?豹21103?147~16213.3~1 4
L60?奇伏坦?529?103?19.4
CV12TCA?奇伏坦改進型?882?73.5?8
該機采用了2個由波紋片和管子構成的冷卻水散熱器,置於傳動裝置的上方、中冷器的兩側。每個散熱器的面積為0.37m2,幹重約55kg,裝滿冷卻水後的重量為68kg。冷卻水的容量為13L。2個散熱器的前端各裝有1個恒溫器。當冷卻水溫度達68~73℃時,恒溫器的主流通閥開始打開,相應關閉其上的旁通閥。當溫度達79~84℃時,主流通閥全開,同時旁通閥全部關閉,主流通閥的升程為12.7mm。當冷卻水溫度更高時,主流通閥將開至最大工作升程 23.8mm,其額外的升程是通過壓縮旁通閥過載彈簧達到的。主流通閥與旁通閥位於同壹心軸上。2個散熱器上的恒溫器不能互換使用。 該機采用幹式油底殼。潤滑系統總容量為91L,可保證發動機在前後傾斜40°,側傾斜35°情況下正常運轉。在發動機轉速為2300r/min時潤滑系統的工作壓力為415kPa,流量為18000L/h。正常使用溫度為70~100℃,最高溫度為120℃。
機油泵由3組齒輪組成,1組壓油齒輪和2組回油齒輪。機油泵由曲軸前端齒輪通過惰輪進行傳動。
采用了2個中間帶有導流板和散熱片的筒管式機油散熱器,安置在右氣缸排的外側。導流板引導機油作上下波浪形流動,以增強冷卻效果,冷卻水從管子裏流過。
該機采用了4個壹次性使用的全流式罐形機油濾清器,倒裝在左氣缸排前上部的集油托架上。旁通閥裝在紙質濾清元件的上面,開啟壓力為152~200kPa。在機油入口和每個濾清器內的溢流管上裝有止回閥,以防機油回流。波清器底座的油槽中裝有正方形截面的密封環。機油壓力轉換器裝在集油托座的下側機油出口端。 該機采用了2臺功率與尺寸相同的WS6起動機,兩者可以同時工作,也可以單獨工作,工作電壓為24V。起動電機在-20℃環境溫度下不必更換機油即可起動。在環境溫度低於-20℃時,需要更換成SAE 10號機油方可起動。起動電源為600Ah的鎳鐵蓄電池,冬季起動時需要對蓄電池加溫,在環境溫度為-37℃時,只需加熱2min即可起動。