学学世界最强坦克发动机 认清中国未来发展方向

德国MTU公司的MT883型柴油机是目前公认的最好的坦克发动机之一；MT890系列更是人们心目中的神器。然而在说到MT883好在何处，MT890系列又神在何处时，大部分人却只能说出MT883体积小，MT890系列体积更小的答案。

诚然MT883/890发动机的体积确实很小，但是为什么能做到这么小呢？

今天本炮霸就和大家一起讨论下这个问题，同时探究“体积小”背后的原因也对认清我国未来坦克动力的发展方向有着重要的意义。

现代MTU坦克柴油机的开端始于1950年代的MB838系列柴油机。豹I坦克所使用的10缸四冲程机械增压发动机MB838CaM500型，最大功率610KW，最大转速最大转速2300r/min。虽然其最大功率超过了早期T-72坦克所使用的V-46机械增压发动机，但是从单位体积功率密度的角度上来讲，10缸的MB838也就和早他10多年的V-55一个水平。很多人据此认为西方的柴油机在MB838时代是不如苏联V-2系列的。

诚然从单位体积功率来讲MB838确实是不如V-2系列的，但是其他指标方面两者基本相当。发动机的功率大小与平均有效压力、转速和排量三者的乘积相关。从下表中，我们可以看出自然吸气的MB837Aa500与V-55;机械增压的MB838CaM500与V-46在影响功率方面的参数是基本相当的。在MB838CaM500之后德国人为了继续提高发动机的功率在其基础上应用了涡轮中冷增压，于是就有了MB838Ka501发动机。该型发动机的最大功率1030KW，最大转速2400r/min，平均有效压力1.29MPa。当然他也可以看做是8缸MB837Ka501的10缸版本。8缸的MB837Ka501是德国为了巴西EE-T1坦克而研制的动力系统，为了提高功率，MB837Ka501除了应用涡轮中冷增压系统和提高转速外，还将发动机的缸径扩大到了170毫米，从而使得排量达到了31.76L(10缸39.7L)。在MB838Ka501之后，MTU还搞了不改变气缸容积缸数增加到12缸的MB840涡轮中冷增压发动机。MB840发动机的最大功率1103KW、排量44.9L、平均有效压力1.34MPa，转速2200r/min。

这一段之所以罗列了一堆数字，其实是想告诉大家的是1500马力发动机并不是太难搞，只要几项指标都达到了就搞成了。在上个礼拜的文章中，本炮霸曾与大家讨论过俄罗斯V-2系列发动机功率提升的潜力。如果保持V-2的基本参数不变，平均有效压力需提高到1.7MPa左右发动机的功率才能达到1103KW。然而要想大幅度的提高平均有效压力需要压缩比达到3以上的高效涡轮增压装置和喷油压力超过100MPa的高压喷油泵，而这两项技术恰恰是是研制大功率坦克发动机难以跨越的第一道鸿沟。除此之外虽然提高转速和增大排量也能提高功率，但都有限制条件的。在排量不变的情况下提高转速势必会加快活塞的运动速度，这样会恶化活塞/气缸的润滑和影响活塞/曲轴的寿命。增加排量要么增加缸径，要么延长活塞的行程，而这两点又会分别影响到发动机的尺寸和活塞的运动速度。一般在坦克发动机的设计上，各国设计师都对增加排量和提高转速持谨慎态度。就拿MB838的两种改型MB838Ka501和MB840来说，德国人选择了转速较低的MB840的作为下一代MB870发动机发展的原型，而将MB838Ka501用来忽悠印度人

MB870Ka500可以看做是在MB840基础上缩短活塞行程提高转速的版本，其活塞行程从175mm降低到了155mm，而发动机转速从2200r/min提升到了2600r/min。缩短活塞行程使得发动机排量降到了39.77L，但同时也使得在活塞运动速度不显著增加的前提下大大提高了发动机的转速。最终在同样1103KW的功率指标下，MB873Ka500的平均有效压力只需要1.28MPa。从MB840到MB873Ka500，MTU本着均衡发展的原则使得发动机的各项指标都落在一个相对舒适的区间下。在提升发动机功率指标的同时也避免了过高的技术风险。

在MB873Ka500安装在豹IIAV坦克之后，与采用燃气轮机的XM-1进行了耐久性对比实验。德国人除了对美国AGT-1500燃气轮机的高可靠性印象深刻之外，还对燃气轮机所带来的良好的加速性能念念不忘。为此MTU着手对MB873Ka500发动机进行改进，也就是后来的MB873Ka501。改进的重点是增大扭矩提高其加速性能。为了提高加速性能，MTU反其道行之，在保持转速不变的情况下增大了发动机的缸径和行程。缸径从165增加到了170毫米，行程从155增加到了175毫米，发动机排量从39.77L增加到了47.67L。这样一来在保证1103KW功率不变的情况下，所需的平均有效压力又降到了1.07MPa。当然这也给MB873Ka501功率的继续提高留出了空间，这也就是后来1324KW的MB873Ka502。从MB873Ka500到Ka501把活塞行程从155mm提升到175mm，使得活塞运动速度从13.43米/秒提高到15.17米/秒，德国人为了解决由此带来的润滑和密封问题，专门应用了独特的油冷活塞润滑技术。

虽然MT883型柴油机是目前公认的最好的坦克发动机之一，但是在设计上却并没有追求过高的技术指标。减小缸径和行程使得排量减小，但行程的减小又增加了转速，平均有效压力的增加从1.28MPa提高到1.74MPa，该机的平均有效压力指标在当时欧美一众先进军/民用柴油机中只是一个中庸的水平。MT883Ka500之后，MT883Ka501又通过增大缸径和行程，提高了发动机的扭矩并改善了发动机的加速性。

从MB873到MT883所带给后世最大的启示就是只要攻克大压比涡轮增压装置和高压供油泵的技术，提升发动机的平均有效压力，在一个小排量发动机的基础上实现1103KW或者更大的功率的难度是可以预期的。

从上表中，我们可以看到如果在缸径/行程150/160发动机上进行加强的话，只要获得1.74MPa的平均有效压力便可实现1103KW的功率。实现这一水平的平均有效压力需要3.5压比的涡轮增压装置和100MPa喷油压力的喷油泵。如果在更小排量（132/145mm）发动机上进行加强的话，在活塞速度少许提高的情况下，只需要获得2.1MPa左右的平均有效压力即可。而实现这一指标需要的是压比略大于3.5的涡轮增压装置和120MPa左右喷油压力的喷油泵。以目前的情况来说，达到这一水平是没有什么问题的。

在MT880系列发动机之后，MTU在柴油机小型化的道路上一路狂奔，研制了神器一般的MT890。从其实现的技术思路来讲MT890仍然是减小排量、提高转速和平均有效压力，将各种指标发挥到极致。

光看数据12V890的转速着实吓人，但是认真换算之后发现其实并没有比MB873Ka501的活塞运动速度快多少，只有15.4米/秒。唯一比较有技术含量的是890的压比达到4.5的涡轮增压装置和喷油压力180MPa的喷油装置。

对于德国人来讲，造个890难度不是很大，但是对于其他国家来说，实现起来的难度有点大了。大压比的涡轮增压装置和180MPa的喷油装置都有民用系列可以借鉴，但是超高活塞速度的柴油机设计只有MT890和MB873Ka501两种，想借鉴好难……。如果考虑到我国目前的工业水平，能实现略超过13米/秒的活塞运动速度已经很不容易了，也就是说如果我们按照890的大小来搞，充其量只能把转速加到3500r/min上下，这12缸发动机的功率最多也就是900KW出头。