日本ZF系列發動機

基本信息

國別日本
名稱 ZF系列發動機

ZF Series Engine
研製單位三菱重工業公司
Mitsubishi Heavy Industries,JP
生產單位三菱重工業公司
Mitsubishi Heavy Industries,JP
現狀生產截至1989年

裝備情況

日本陸上自衛隊74式主戰坦克及其變型車、78式裝甲搶救車(10ZF22WT)、75式155mm自行榴彈炮和73式105mm自行榴彈炮、75式130mm多管自行火箭炮、75式自行測風車和電源牽引車(4ZF)

產品介紹

ZF系列柴油機由4ZF、6ZF和10ZF3種機型組成，為日本戰後自行研製的第二代裝甲戰車用的系列發動機。
日本在61式坦克的研製過程中已意識到研製坦克需要先行研製發動機，早在1956年在61式坦克進行第一次整車試製時就開始進行二代坦克STB(74式坦克樣車)發動機的單缸試製工作。1965年3月確定三菱重工業公司的10XF(後稱10ZF22WT)型發動機為74式坦克動力。10ZF發動機是以三菱重工業公司在二次大戰期間研製的高速魚雷艇上套用的2衝程水冷柴油機為基礎發展而來的，並在當時的PB報告有關風冷文章的啟迪下，將水冷改進為風冷，1960年製成了4ZE型樣機。該機為4缸機，功率為147kW(200馬力)，缸徑與行程為125mm×125mm，採用了魯茨掃氣泵與廢氣渦輪串聯布置的傳統方式，使發動機體積增大，不能體現風冷發動機的結構緊湊的優點。三菱重工業公司經過對2衝程廢氣渦輪增壓發動機通常採用的幾種方式進行了分析對比研究後，在10ZF發動機上採用了機械傳動廢氣渦輪增壓的方式。4ZE型樣機對ZF系列發動機的研製起到決定性作用。
10ZF型機的研製工作從1964年開始，1967年製成樣機，同年8月裝在部件試驗樣車STT上進行試驗。經過對該機進行基本性能、多種燃料的可用性和裝車等試驗均取得滿意效果後，於1969年10月正式定型。之後，以10ZF為基礎，改變氣缸數，以形成V型4、6、10缸的ZF系列，適應多種裝甲戰車套用。
74式主戰坦克於1975年裝備，1989年停產，日本陸上自衛隊總裝備850輛。
10ZF22WT發動機與同時代其他一些國家裝備的坦克發動機相比較，整體性能較差，例如體積大、單位體積功率低、燃油消耗率高和熱負荷高。
幾種發動機的燃油消耗量和體積比較
發動機型號體積m3單位體積功率kW/m3燃油消耗率(標定)g/kW·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

結構特點

10ZF22WT為一種2衝程10缸V型90°直接噴射機械傳動廢氣渦輪增壓中冷風冷柴油機。該機在結構上有系列化、採用機械傳動廢氣渦輪增壓和適於燃用多種燃料3大特點，通過變化缸數後形成10缸、6缸和4缸機型的完整系列。各種機型在結構上大體相同，都採用V型90°夾角氣缸體，缸徑與行程均為135mm和150mm，具有同樣的燃燒系統、增壓方式和冷卻方式，因此零部件的通用性強。
1.總體布置
進排氣管均設在氣缸排外側，掃氣口設在缸套中部。2個噴油泵裝在左右氣缸排的後部。2個軸流式風扇垂直布置於V形夾角的上方。發動機的左右兩側各裝有2個鋁製管式機油散熱器。2個廢氣渦輪增壓器裝在左右氣缸排的前部。起動電機裝在發動機右側後部。
2.燃燒室
該機採用直接噴射ω型燃燒室，能燃用柴油、JP4煤油和汽油等多種燃料。最高爆發壓力可達11.8MPa(120kgf/cm2)，在轉速2000r/min時發動機功率為640kW(870馬力)，但由於2個風扇在全負荷時大約消耗功率88kW(120馬力)，因此淨輸出功率為551kW(750馬力)。
3.氣缸蓋
缸蓋為一缸一蓋式，每個缸蓋由2部分組成，上半部是鋁合金鑄件，下半部為鋼製的燃燒室，用排氣門座螺紋將2部分連線在一起。氣缸套是鋼製的，缸蓋在熱狀態下通過螺紋與氣缸連線成一體。
由於該發動機採用了直流掃氣，掃氣口開在缸套中部，因此散熱片的單位功率散熱表面小，僅為0.016m2/馬力，不及該公司4衝程風冷發動機散熱面積(0.033m2/馬力)的一半。因此，存在發動機冷卻不足問題，尤其是缸蓋與活塞的熱負荷過大。為增強抗熱負荷能力，都採用了組合式油冷結構。缸蓋上制有田字形冷卻油路和旁通路，能使4個排氣門座和噴油器四周普遍得到冷卻。採用這種冷卻方式，冷卻機油帶走燃油總熱能的2～3%。
4.箱體
曲軸箱為鋁合金鑄件，各部分有加強筋。氣缸的緊固螺栓一直深入到曲軸箱的主軸承附近，以改善曲軸箱受力狀況和提高剛性。主軸承蓋為鋁合金鍛件，通過垂直方向和水平方向的螺栓裝在曲軸箱軸承座內。採用乾式油底殼。
5.曲柄連桿機構
該機採用鍛鋼曲軸，經氮化處理，前端裝有粘性減振器。主軸預與連桿軸頸直徑較大，重疊度也大。軸柄頰上裝有平衡重，採用並列連桿。採用油冷組合活塞，活塞頂是鋼製的，活塞體為鋁合金鑄件，兩者用螺紋連線，用定位銷定位。活塞油冷方式是將機油沿連桿身供油道達到連桿小頭，然後強制冷卻燃燒室和活塞環槽。為了保證冷卻供油量不受連桿上下運動慣性力的影響，在連桿下頭油孔部位安裝有單向閥。
6.配氣機構
採用直流掃氣方式。每缸有4個排氣門，由1對主搖臂和副搖臂驅動，左右主搖臂分別由左右2根凸輪軸通過氣門挺柱和推桿傳動。在排氣門與排氣門座的工作面上覆蓋有1層鎢鉻鈷合金，以提高壽命。
7.供油系統
2個噴油泵安裝在左右氣缸排的後部，均有噴油自動提前裝置，左側的裝有轉速表，右側的裝有調速器。調速器同時控制2個噴油泵的燃油齒桿位置，並裝有受掃氣壓力控制的機構，以改善排氣冒煙狀況。
8.進排氣系統
每5缸合用1根排氣管，管的容積為氣缸容積的1.1倍。掃氣口設在缸套中部周圍，掃氣空氣室設定在氣缸排外側缸套的中部。進氣壓力為0.21MPa(2.14kgf/cm2)。
9 .渦輪增壓系統
該機採用機械驅動的廢氣渦輪增壓系統，每個氣缸排前部各裝有1個渦輪增壓器，由離心式壓氣機與軸流式渦輪組成。壓氣機由渦輪和曲軸複合驅動，即增壓器的渦輪與排氣管相連線，而壓氣機又通過機械傳動機構與曲軸進行機械連線。這種增壓方式是該機的一大特點，有助於改善起動和低轉速下的發動機工作特性。曲軸與壓氣機的連線方式是在曲軸前端通過幾對增速齒輪和安全離合器與壓氣機相連線。增速比可達1:15左右。安全離合器的主要作用是在發動機起動時保護軸系，當軸受到過大扭矩時可以自行打滑。為使整體結構簡化，該機取消了一般2衝程發動機用於掃氣的魯茨泵。該機裝有2個空氣冷卻中冷器，在同樣氣缸溫度和排氣溫度的條件下可使發動機功率提高將近20%。
10.冷卻系統
採用風冷系統，機體部分由散熱片散熱；熱負荷嚴重的零部件，如氣缸蓋和活塞採用油冷。2個軸流式冷卻風扇垂直布置在曲軸箱上部氣缸排V形夾角頂部，壓風式冷卻。發動機左右兩側各裝有2個鋁製管式機油散熱器，其中1個機油散熱器用來冷卻傳動裝置的機油。
11.潤滑系統
採用了回油組與供油組組成一體的機油泵，裝在油底殼內。回油組將機油從油底殼的前後貯油池抽出，經過散熱器散熱後壓入油底殼。供油組將油底殼中的機油抽出，經過濾清後對發動機進行壓力潤滑。即使車輛在60%的坡度上，潤滑系統也能保證對發動機進行潤滑。
12.起動系統
該機採用電機起動，電機功率為18.65kW，電壓為24V。為改善發動機的冷起動性能，在空氣進氣口裝有進氣預熱起動輔助裝置。

日本ZF系列發動機

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結構特點

性能數據

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