伍賽特

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司，上海 200438)

0 引言

動(dòng)力系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)和保證其正常工作的相關(guān)輔助系統(tǒng)的總和[1-3]。燃料的化學(xué)能在發(fā)動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，經(jīng)傳動(dòng)裝置[4]，傳給車輛行駛系統(tǒng)，使車輛發(fā)生位移。機(jī)械能的主要部分消耗于克服車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)的外界阻力，而其余部分消耗于補(bǔ)償在動(dòng)力系統(tǒng)各系統(tǒng)中、傳動(dòng)裝置中以及行動(dòng)裝置中的能量損失。

1 車輛動(dòng)力系統(tǒng)的組成

車輛動(dòng)力系統(tǒng)的組成中，除發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還包括以下各系統(tǒng)：

(1)燃料系統(tǒng)：存放、濾清燃油，并將其送到發(fā)動(dòng)機(jī)；

(2)空氣供給系統(tǒng)：從外界中吸取、濾清空氣，并將其送到發(fā)動(dòng)機(jī)；

(3)排氣系統(tǒng)：使廢氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排出；

(4)起動(dòng)系統(tǒng)：使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)；

(5)冷卻系統(tǒng)：將動(dòng)力系統(tǒng)中被冷卻的熱量傳導(dǎo)出來，并將其發(fā)散到周圍環(huán)境中去；

(6)潤滑系統(tǒng)：存放、濾清潤滑油，并將其送到發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦零件；

(7)預(yù)熱系統(tǒng)：在周圍空氣溫度較低的情況下，使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液和機(jī)油在起動(dòng)之前先逐漸預(yù)熱起來。

隨著具體車輛的用途和要求不同，組成動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)系統(tǒng)的明細(xì)也可以變化。例如，在用燃?xì)廨啓C(jī)的車輛動(dòng)力系統(tǒng)的組成中，或在炎熱氣候條件下使用的車輛中可以不配備加溫系統(tǒng)和優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的工具。

2 軍用車輛動(dòng)力系統(tǒng)的使用要求

對(duì)軍用車輛動(dòng)力系統(tǒng)的要求是必須要考慮到動(dòng)力傳動(dòng)艙總布置的特點(diǎn)和對(duì)車輛整體性能的總體要求。當(dāng)設(shè)計(jì)新型的軍用車輛時(shí)，必須確保其具有較高的作戰(zhàn)能力、較短的行駛準(zhǔn)備時(shí)間，并且在環(huán)境空氣溫度較低的情況下，依然便于使用、維護(hù)和修理，同時(shí)也應(yīng)確保整車的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求。

由于軍用車輛通常會(huì)在各式各樣的氣候條件和道路條件下進(jìn)行使用，因此動(dòng)力系統(tǒng)在下列條件下使用時(shí)，應(yīng)確保其基本運(yùn)行性能不會(huì)出現(xiàn)顯著降低的情況：

(1)運(yùn)行環(huán)境溫度為-50～50 ℃；

(2)相對(duì)濕度(在25 ℃的條件下)不大于98%；

(3)環(huán)境空氣含塵量與實(shí)際使用條件相符合；

(4)運(yùn)行氣候條件為全天候；

(5)低氣壓與海拔高度4 000 m的氣壓相當(dāng)。

對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)組成部分的基本要求：

(1)體積和質(zhì)量??；

(2)對(duì)維護(hù)保養(yǎng)的部件有良好的接近性；

(3)維護(hù)和更換部件簡便；

(4)動(dòng)力系統(tǒng)在車內(nèi)的拆裝以及在使用最少量工具的條件下，應(yīng)花費(fèi)最少的勞動(dòng)力和時(shí)間。

在結(jié)構(gòu)上應(yīng)確保經(jīng)整體吊裝的動(dòng)力系統(tǒng)安裝到車體中時(shí)無須附加的調(diào)整和修磨工作。通過整體吊裝方式以更換動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)間不應(yīng)超過2 h。同時(shí)，整體吊裝的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)具有部件積木化的特點(diǎn)。換言之，更換各個(gè)組件和系統(tǒng)時(shí)不用分解整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)。同時(shí)，通過整體吊裝方式更換動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)應(yīng)不漏灑冷卻液、機(jī)油和燃料。為此，在動(dòng)力系統(tǒng)的各系統(tǒng)中必須采用帶止回閥的快速接頭。

為了確保動(dòng)力系統(tǒng)滿足所需的行程要求，應(yīng)使其具備最高的燃油經(jīng)濟(jì)性和機(jī)油經(jīng)濟(jì)性。除此之外，動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)具備使用多種燃油的可能性。

動(dòng)力系統(tǒng)的可靠性(修理的有效性包括在內(nèi))、技術(shù)保養(yǎng)的周期和時(shí)間應(yīng)與軍用車輛的總體要求相適應(yīng)。動(dòng)力系統(tǒng)的組成部分，在保險(xiǎn)期內(nèi)應(yīng)有較強(qiáng)的工作能力(無大的磨損和損壞)。

目前，動(dòng)力系統(tǒng)的保險(xiǎn)期由發(fā)動(dòng)機(jī)工作的保險(xiǎn)期(不低于500 h)來確定，而在車上運(yùn)作的壽命(到大修前，無須中間拆裝)應(yīng)不低于1 000 h。為了檢查動(dòng)力系統(tǒng)的狀態(tài)和確定故障，各個(gè)主要系統(tǒng)和裝配的大部件應(yīng)裝有用于診斷過程的傳感器。對(duì)于內(nèi)燃機(jī)而言，當(dāng)環(huán)境空氣溫度降至-25 ℃時(shí)，其起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超過3 min。當(dāng)環(huán)境空氣溫度降至-40 ℃時(shí)，起動(dòng)時(shí)間不應(yīng)超過20 min，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)而言，該數(shù)值不應(yīng)超過3 min。

當(dāng)設(shè)計(jì)動(dòng)力系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)艙時(shí)，必須考慮一系列有關(guān)提高軍用車輛生存能力的要求，主要如下：

(1)降低熱輻射；

(2)燃油隔艙化；

(3)部件的布置要考慮加強(qiáng)薄弱區(qū)并實(shí)現(xiàn)相互屏蔽；

(4)部分重要機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)至少有兩套；

(5)提高部件的抗沖擊性。

為了確保動(dòng)力系統(tǒng)的防火安全，應(yīng)防止燃油、潤滑油流入高溫區(qū)，避免使其形成暴露的油氣等。對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)所在區(qū)域，應(yīng)接入抑爆滅火裝置的溫度傳感器。以上針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的要求可根據(jù)具體的軍用車輛而進(jìn)行調(diào)整。

3 軍用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)歷來有軍用車輛的心臟之稱，對(duì)軍用車輛的機(jī)動(dòng)性能有著重要影響。在軍用車輛的動(dòng)力系統(tǒng)中，主要與發(fā)動(dòng)機(jī)工作特征有關(guān)的要求如下：

(1)滿足車輛行駛需要的功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速要求[5]。發(fā)動(dòng)機(jī)功率是決定車輛機(jī)動(dòng)性的主要因素，現(xiàn)代主戰(zhàn)坦克的發(fā)動(dòng)機(jī)功率可高達(dá)1 100 kW。

(2)高單位體積功率。發(fā)動(dòng)機(jī)不僅要求具有較高的功率，還要求有較小的尺寸和質(zhì)量。軍用車輛的單位體積功率(比功率)是車輛機(jī)動(dòng)性的主要標(biāo)志。在坦克內(nèi)部空間和整車質(zhì)量一定時(shí)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的單位體積功率，可提高機(jī)動(dòng)性能，擴(kuò)大戰(zhàn)斗部分空間，提高火力性能。降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，能降低坦克的高度，從而減小被對(duì)方炮火命中的概率，提高防護(hù)性能。由此可見，軍用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的單位體積功率直接影響到軍用車輛的作戰(zhàn)性能。現(xiàn)代主戰(zhàn)坦克的發(fā)動(dòng)機(jī)單位體積功率高達(dá)800～1 400 kW/m3，單位功率質(zhì)量為1.5～2.0 kg/kW。

(3)良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。降低燃油及機(jī)油的消耗，不僅具有經(jīng)濟(jì)意義，而且具有重要的戰(zhàn)略意義。在軍用車輛攜帶同樣數(shù)量的燃油和機(jī)油的前提下，通過降低油耗，其行駛里程就可相應(yīng)增大。而當(dāng)行駛里程一定時(shí)，油箱的體積就可縮小。就柴油機(jī)而言，油箱體積約占動(dòng)力系統(tǒng)體積的1.5%，占車輛內(nèi)部空間的7%，因此油箱體積對(duì)減小車體外廓尺寸、質(zhì)量和增加攜帶的彈藥數(shù)量有重要影響。此外，減少油料消耗，可以減輕后勤供應(yīng)負(fù)擔(dān)。通常要求現(xiàn)代主戰(zhàn)坦克發(fā)動(dòng)機(jī)的比燃油消耗量小于240 g/(kW·h)。

(4)良好的牽引特性。良好的牽引特性由發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩變化特性和轉(zhuǎn)速工作范圍來保證[6-7]，應(yīng)確保車輛具有良好的牽引特性。

(5)良好的適應(yīng)性。軍用車輛應(yīng)能在高溫、嚴(yán)寒、高原、山地、泥濘、潮濕、振動(dòng)、沖擊、潛渡等各種氣候和環(huán)境條件下長期可靠工作，因此需要能使用多種燃料。當(dāng)根據(jù)需要，應(yīng)更換為另一種燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)無需重新進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，并且性能和壽命不會(huì)因此而降低。同時(shí)，應(yīng)有為其他軍用工程車輛輸出所需要的附加的動(dòng)力提供輸出軸的可能性，應(yīng)有為各種類型改型車底盤建立發(fā)動(dòng)機(jī)系列化的可能性，也應(yīng)有作為民用和其他用途的可能性。

(6)高可靠性、維修性和耐久性。要求具有較高的平均無故障間隔時(shí)間，較少的平均維修時(shí)間，以及較長時(shí)間的持續(xù)工作能力。為保證規(guī)定的保險(xiǎn)期和壽命，應(yīng)使需保養(yǎng)的裝置具有較好的可接近性。

(7)良好的起動(dòng)性能。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的好壞直接影響到軍用車輛投入戰(zhàn)斗的準(zhǔn)備時(shí)間，在任何環(huán)境條件下，特別是在低溫條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)都必須能迅速、可靠地起動(dòng)。

(8)低噪聲。降低噪聲可改善乘員的工作環(huán)境，并提高隱身防護(hù)性能[8]。

(9)良好的經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)有著相對(duì)較低的采購、使用及維修保障費(fèi)用。

4 軍用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)選型研究

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的選型應(yīng)根據(jù)軍用車輛總體所需的功率、總重、總布置型式(前置或是后置)、動(dòng)力特性和使用條件，從現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)的系列中，考慮其生產(chǎn)成本、可靠性和可供給使用的程度等來選型。通常要經(jīng)過多方案的比較，才能確定選型方案。選型后，有時(shí)向生產(chǎn)廠家提出對(duì)其選定產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)或使用性能方面的改裝(或稱改型)，以滿足此類車輛的要求。

4.1 車用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要類型

目前，已具備一定應(yīng)用市場(chǎng)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)主要有轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和內(nèi)燃機(jī)3種。

4.1.1 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)僅在少數(shù)轎車上采用，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、單位質(zhì)量的功率大、振動(dòng)小、高速性能好。但轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗量較高，一般比汽油機(jī)高出10%左右(低轉(zhuǎn)速下更高)，機(jī)油消耗率也相應(yīng)更高。其低速性能差，同時(shí)還存在氣體密封等問題，仍需進(jìn)一步優(yōu)化。目前，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命，尚不如傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，由此限制了其在軍用車輛領(lǐng)域的應(yīng)用。

4.1.2 燃?xì)廨啓C(jī)

燃?xì)廨啓C(jī)已在部分重型車輛、軍用車輛和發(fā)電機(jī)組上得以應(yīng)用。當(dāng)其用作車輛的動(dòng)力裝置時(shí)，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)燃?xì)廨啓C(jī)一般比內(nèi)燃機(jī)質(zhì)量更輕，體積更小。

(2)燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部只有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)并非間歇式的，而是連續(xù)穩(wěn)定的。因此，其扭矩輸出通常不會(huì)發(fā)生變化，且振動(dòng)小。

(3)如果是采用分軸式燃?xì)廨啓C(jī)，則其低速時(shí)的扭矩變大，其扭矩特性宛如內(nèi)燃機(jī)裝上了液力變扭器。

(4)對(duì)燃料品種的限制比較小，可以使用多種液體燃料和氣體燃料，同時(shí)其潤滑油消耗較少。

(5)結(jié)構(gòu)簡單，零件少，維護(hù)保養(yǎng)簡單方便。

(6)寒冷時(shí)起動(dòng)容易，起動(dòng)后即刻可達(dá)到全部功率，且不需要水冷卻系統(tǒng)。

(7)排氣清潔度較高。

與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)相比，車用燃?xì)廨啓C(jī)的弊端主要如下：

(1)通常而言，燃?xì)廨啓C(jī)燃油消耗率較高。特別是在簡單的燃?xì)廨啓C(jī)熱循環(huán)中，部分負(fù)荷時(shí)的燃油消耗率較高。

(2)負(fù)荷突然變化時(shí)的響應(yīng)性較差。

(3)燃?xì)廨唶娮旌娃D(zhuǎn)動(dòng)葉片需采用優(yōu)質(zhì)耐熱合金，多數(shù)使用鎳鈷等耐熱合金，價(jià)格和加工費(fèi)均較高。

(4)所用空氣量為內(nèi)燃機(jī)的5～10倍，因此，對(duì)其進(jìn)排氣的處理較為困難。

(5)由于燃?xì)廨啓C(jī)是高速回轉(zhuǎn)機(jī)械，所以要求高精度的轉(zhuǎn)承和減速裝置。

不僅如此，目前正在試制的車用燃?xì)廨啓C(jī)的比重量(包括減速裝置等)為15～20 N/kW，低于此值的微型燃?xì)廨啓C(jī)通常并不比內(nèi)燃機(jī)更輕小。同時(shí)，由于為提升燃?xì)廨啓C(jī)工作效率，會(huì)采用質(zhì)量尺寸較大的熱交換器，以此削弱了其在緊湊性方面的優(yōu)勢(shì)。

目前，雖然車用燃?xì)廨啓C(jī)有分軸式燃?xì)廨啓C(jī)、增壓式燃?xì)廨啓C(jī)和差動(dòng)齒輪式燃?xì)廨啓C(jī)等多種類型。但目前軍用車輛領(lǐng)域動(dòng)力裝置依然還是以內(nèi)燃機(jī)為主。其技術(shù)成熟，可靠性和壽命高，成本低廉，是其被廣泛采用的主要原因。

4.2 軍用車輛內(nèi)燃機(jī)基本型式的選擇

目前，軍用車輛最常用的動(dòng)力裝置依然是內(nèi)燃機(jī)。對(duì)其基本型式的選擇應(yīng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行。

4.2.1 柴油機(jī)和汽油機(jī)的選擇

目前，中型和重型軍用車輛幾乎全部采用柴油機(jī)。柴油機(jī)與汽油機(jī)比較，具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)燃料經(jīng)濟(jì)性好；

(2)工作可靠， 耐久性好；

(3)易于設(shè)計(jì)成大功率機(jī)型；

(4)排氣污染和排氣溫度較低；

(5)同樣的續(xù)駛里程下油箱容積??；

(6)不易發(fā)生火災(zāi)。

但柴油機(jī)的工作比較粗暴，振動(dòng)和噪聲較大，尺寸和質(zhì)量較大，成本較高，起動(dòng)比較困難，易產(chǎn)生黑煙，是其主要弊端。

輕型軍用車輛目前主要采用汽油機(jī)，其具有較高的轉(zhuǎn)速及升功率，同時(shí)扭矩適應(yīng)性也相對(duì)較好，質(zhì)量較輕，尺寸較小，振動(dòng)和噪聲低，故比較適合高速輕型軍用車輛。

4.2.2 直列式和V 型的選擇

V 型內(nèi)燃機(jī)與直列式內(nèi)燃機(jī)相比，主要具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)長度顯著縮短(25%～30%)，高度較低，質(zhì)量可減輕20%～30%；

(2)曲軸箱和曲軸的剛度增加，對(duì)扭振特性可有所改善；

(3)容易設(shè)計(jì)出尺寸緊湊的高轉(zhuǎn)速和大功率的內(nèi)燃機(jī)；

(4)通過缸數(shù)變化容易形成功率范圍寬廣的機(jī)型系列，如V6、V8、V10、V12(直列式缸數(shù)可到6缸，最大8缸)。

對(duì)采用V型內(nèi)燃機(jī)的車輛而言，可有效減少整車軸距和自重。這對(duì)長度受到限制的重型車、越野車和鞍式牽引車而言[9]，V型內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)比較突出。V型內(nèi)燃機(jī)的缺點(diǎn)是：

(1)寬度大，在平頭車輛上布置起來比較困難；

(2)在與直列式機(jī)型的缸心距相同時(shí)，主軸承寬度(支承面積)受到一定的限制；

(3)對(duì)缸體的鑄造技術(shù)要求較高，加工設(shè)備較貴，造價(jià)較高。

目前，汽油機(jī)排量在4 L以下的，一般都采用直列式內(nèi)燃機(jī)；而排量在6 L以上和缸徑大于150 mm的機(jī)型上，大多會(huì)采用V型的結(jié)構(gòu)形式。柴油機(jī)排量在12 L以上時(shí)，多采用V型的結(jié)構(gòu)形式。

4.2.3 水冷式和風(fēng)冷式的選擇

通常而言，水冷式機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)冷卻均勻、可靠，散熱好，因而缸蓋、活塞等主要零件的熱負(fù)荷較低。同時(shí)，氣缸變形小，活塞與氣缸的間隙可以減小，機(jī)油耗量也少。因此，水冷式能很好地適應(yīng)大功率機(jī)型及其應(yīng)用。

(2)冷卻系統(tǒng)的噪聲較低。

(3)平均有效壓力可以高出5%～10%，比油耗相對(duì)較低。

(4)在冬季，車內(nèi)可以利用冷卻系統(tǒng)的介質(zhì)供暖。

(5)冷卻系統(tǒng)制造成本較低，這是由于風(fēng)冷式機(jī)型的缸蓋一般采用鋁合金，價(jià)格貴，且鑄造費(fèi)工時(shí)。

(6)能較好地適應(yīng)增壓后散熱的需要，如加大水箱散熱面積，增加泵流量。但是風(fēng)冷機(jī)型在加大扇風(fēng)量和加大散熱面積時(shí)會(huì)受到風(fēng)扇安裝空間和缸心距的限制。

由于上述優(yōu)點(diǎn)，絕大多數(shù)汽車采用了水冷式機(jī)型。水冷式機(jī)型的缺點(diǎn)是：

(1)冷卻系統(tǒng)的使用和維護(hù)不夠便捷；

(2)冷卻性能受環(huán)境溫度影響較大，夏天易出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，冬天氣缸溫度容易過低；

(3)產(chǎn)生的腐蝕及磨損量較大。

風(fēng)冷式機(jī)型的技術(shù)特點(diǎn)正好與此相反。

(1)其冷卻系統(tǒng)簡單，維護(hù)簡便；

(2)在沙漠和缺水地區(qū)以及異常的氣候(酷暑和嚴(yán)寒)下使用適應(yīng)性好，不會(huì)產(chǎn)生“開鍋”和凍結(jié)等故障；

(3)腐蝕性磨損??；

(4)可充分節(jié)省制造水箱用的銅材或鋁材。

在缸徑不大時(shí)，風(fēng)冷式機(jī)型的散熱效能較好。因此，風(fēng)冷式機(jī)型在22 kW以下的小排量內(nèi)燃機(jī)上得以廣泛應(yīng)用。在重型越野車和軍用越野車上也有一定的應(yīng)用。風(fēng)冷式機(jī)型對(duì)軍用車輛而言，由于沒有水冷卻系統(tǒng)，可靠性更好，不會(huì)由于冷卻系統(tǒng)被子彈打穿而被迫停止運(yùn)行。

當(dāng)風(fēng)冷式機(jī)型缸徑較大時(shí)，散熱效率降低，冷卻也不均勻，故缸蓋等有關(guān)零件熱負(fù)荷會(huì)相對(duì)較高，可靠性較差。同時(shí)，其油耗較高、噪聲較大，冷卻片易被塵土堵塞而產(chǎn)生過熱，造成缸體損壞。

4.2.4 內(nèi)燃機(jī)主要性能指標(biāo)的選定

內(nèi)燃機(jī)主要性能直接關(guān)系到車輛的技術(shù)性能和使用性能。內(nèi)燃機(jī)主要性能指標(biāo)包括：內(nèi)燃機(jī)最高功率Pmax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nP；內(nèi)燃機(jī)最大扭矩Mmax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nM和內(nèi)燃機(jī)的總適應(yīng)系數(shù)φ。

(1)內(nèi)燃機(jī)最高功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速

從一般的汽車?yán)碚摽芍?，?nèi)燃機(jī)功率越大，則汽車動(dòng)力性能越好。但若功率過大，則內(nèi)燃機(jī)功率利用率降低，燃料經(jīng)濟(jì)性下降。內(nèi)燃機(jī)和傳動(dòng)系的質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)增大。因此，要合理選擇內(nèi)燃機(jī)的功率[10]。

總體設(shè)計(jì)所求出的內(nèi)燃機(jī)最高功率為凈輸出功率。它比一般內(nèi)燃機(jī)外特性上的最高功率值通常低12%～20%。外特性上的最高功率值應(yīng)為計(jì)算值再加上內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)所需要附件消耗的功率之和。

近年來，由于軍用車輛的運(yùn)行速度得以有效提升，整車的最高功率也在逐步攀升。在對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，除了對(duì)其最高功率提出要求外，還要對(duì)最高功率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速nP提出一定要求(大致范圍)。因?yàn)樗粌H會(huì)影響到內(nèi)燃機(jī)的排量、尺寸、性能和使用，而且也影響到車輛傳動(dòng)系的壽命、最大車速和主傳動(dòng)比io的選擇?？偟膩碚f，最高功率的相應(yīng)轉(zhuǎn)速nP高一些比較有利。

(2)內(nèi)燃機(jī)最大扭矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速

年鑒最大扭矩Mmax及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nM對(duì)車輛的動(dòng)力性能(如動(dòng)力因素、加速性能、爬坡性能等)影響較大。因此在對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，對(duì)這兩個(gè)參數(shù)應(yīng)根據(jù)車輛的動(dòng)力因素的要求恰當(dāng)?shù)剡x取。

內(nèi)燃機(jī)最大扭矩Mmax對(duì)最高功率時(shí)的扭矩MP之比也是一項(xiàng)重要性能參數(shù)，即扭矩適應(yīng)系數(shù)α=Mmax/MP。其標(biāo)志著當(dāng)汽車行駛阻力增加時(shí)，內(nèi)燃機(jī)沿著外特性曲線自動(dòng)增加扭矩的能力，因而也反映了在不換擋的情況下，車輛驅(qū)動(dòng)力能增加多少倍。顯然，這個(gè)系數(shù)大一些，換擋次數(shù)即可減少，車輛耗油量也能相應(yīng)減少。因此，對(duì)這個(gè)系數(shù)α的數(shù)值應(yīng)有一定的要求。從扭矩適應(yīng)性系數(shù)來看，汽油機(jī)優(yōu)于柴油機(jī)。對(duì)于高速運(yùn)行的車輛而言，在內(nèi)燃機(jī)最大扭矩相同的情況下，扭矩曲線平一些(即α系數(shù)小些)。而對(duì)于經(jīng)常行駛在山區(qū)的汽車則希望α系數(shù)大一些較好。

(3)內(nèi)燃機(jī)總適應(yīng)性系數(shù)φ

φ=(Mmax/MP)·(nP/nM)

內(nèi)燃機(jī)總適應(yīng)性系數(shù)φ是上述兩個(gè)比值的乘積。這兩個(gè)比值越大，則內(nèi)燃機(jī)的適應(yīng)性越好。從為軍用車輛選擇內(nèi)燃機(jī)，或從評(píng)價(jià)某類車輛的動(dòng)力性能的角度來看，采用總適應(yīng)性系數(shù)較大的機(jī)型比較有利。因?yàn)橐源丝蓽p少換擋次數(shù)，減輕駕駛員的疲勞，減少傳動(dòng)系磨損并降低油耗[11]。

4.2.5 柴油機(jī)的增壓

目前，都在使用小型徑流廢氣渦輪增壓器。通過該類方式增壓可使內(nèi)燃機(jī)的最高功率增加40%～50%，因此可以大幅提高柴油機(jī)的最高功率。此外，其還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)廢氣增壓不消耗額外功率，比油耗低；

(2)在高原地區(qū)上使用增壓的柴油機(jī)時(shí)，其最高功率下降比一般非增壓式柴油機(jī)低，約為非增壓式的柴油機(jī)的30%；

(3)在最高功率相同的情況下，帶有廢氣增壓器的柴油機(jī)比一般非增壓式柴油機(jī)尺寸小，且質(zhì)量更輕，這對(duì)于有限空間的軍用車輛動(dòng)力艙而言是非常重要的；

(4)可以改善柴油機(jī)的排放、減少污染。

廢氣增壓固然可以增加高轉(zhuǎn)速時(shí)的最高功率，但它也有如下弊端：

(1)雖然在高速時(shí)增壓效果較好，但其在低速時(shí)增壓效果較差，因而扭矩增加比率相應(yīng)降低。所以此類扭矩曲線用于驅(qū)動(dòng)軍用車輛并不理想。特別是為了改善排氣效果，需要降低低速時(shí)的供油量。

(2)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的急劇變化相對(duì)應(yīng)，增壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較差，通常具有長達(dá)數(shù)秒的滯后現(xiàn)象。在此期間會(huì)引起增壓效果的不足，造成供油量過剩，不僅會(huì)冒黑煙，而且由于功率下降，車輛的加速性能也會(huì)相應(yīng)變差。

為了改善上述缺點(diǎn)，從而為軍用車輛配備了小型高速增壓器。目前，用得最多的是最高轉(zhuǎn)速達(dá)60 000～100 000 r/min的增壓器。由于小型化，降低了增壓器回轉(zhuǎn)部分的慣性，所以其響應(yīng)性較好。這樣可以在某種程度上緩解低速扭矩的不足，有利于性能曲線的改善。

為了增加柴油機(jī)低速扭矩，可利用排氣壓力控制裝置、后冷器等方法。而為了在進(jìn)氣管內(nèi)壓力沒有達(dá)到規(guī)定值時(shí)，與壓力成正比例地自動(dòng)地節(jié)制供油量，并防止冒煙，采用了一種增壓控制裝置。

4.2.6 內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)性能

內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)性能是軍用車輛使用的重要性能之一。軍用車輛的工作環(huán)境溫度通常為-40～+50 ℃。對(duì)常規(guī)內(nèi)燃機(jī)而言，在-5 ℃以上的溫度均能容易地起動(dòng)，而-40～-5 ℃的低溫狀態(tài)會(huì)明顯影響到整機(jī)的正常起動(dòng)。造成低溫起動(dòng)困難的原因主要有如下幾個(gè)方面：

(1)低溫狀態(tài)潤滑油黏度較大，因而其運(yùn)動(dòng)件在起動(dòng)時(shí)阻力顯著增大；

(2)冷卻液的凍結(jié)；

(3)蓄電池容量下降；

(4)低溫狀態(tài)下燃料不易揮發(fā)。

現(xiàn)代軍用車輛已在車輛使用和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面采取了一系列措施，以改善整機(jī)的低溫起動(dòng)問題。在該方面的措施主要有：

(1)采用低溫電瓶，解決低溫狀態(tài)下蓄電瓶容量下降問題；

(2)采用“乙醇+水”的防凍液，解決冷卻液凍結(jié)問題；

(3)采用低溫狀態(tài)使用的潤滑油，在一定程度上解決了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)件起動(dòng)阻力增大的問題。

在整機(jī)結(jié)構(gòu)方面，需要解決燃油在低溫狀態(tài)下不易揮發(fā)的問題。最初的辦法是在汽油機(jī)的進(jìn)氣歧管上加預(yù)熱水套，通過流經(jīng)預(yù)熱水套的水溫以提高進(jìn)氣管的溫度，從而提升燃料的揮發(fā)效果。低溫狀態(tài)下利用添加熱水的方法，提高起動(dòng)前的機(jī)內(nèi)溫度，使燃料得以更好地?fù)]發(fā)，以利于整機(jī)起動(dòng)過程。對(duì)于柴油機(jī)而言，則在進(jìn)氣管內(nèi)安裝了進(jìn)氣電熱塞，提高進(jìn)氣溫度，使噴入燃燒室內(nèi)的燃油易于燃燒，便于低溫狀態(tài)下的起動(dòng)。近年來，在進(jìn)氣管(汽油機(jī))和缸頭上安裝有起動(dòng)液(一種極易揮發(fā)的起動(dòng)燃料)的噴射裝置有效地提高了整機(jī)在低溫狀態(tài)下的起動(dòng)能力。

在對(duì)機(jī)型進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)從軍用車輛的使用溫度環(huán)境出發(fā)，考慮到內(nèi)燃機(jī)低溫狀態(tài)的起動(dòng)能力，選擇那些已配備有改善低溫狀態(tài)起動(dòng)的機(jī)型，以提高整車冬季使用性能。

選型時(shí)除了考慮上述主要性能外，還要求所選機(jī)型的可靠性、可維修性和使用方便性相對(duì)較好的，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小和質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)。

4.2.7 部分內(nèi)燃機(jī)經(jīng)選型后的改裝過程

部分軍用車輛的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)完成選型后，為了適應(yīng)電傳動(dòng)或作為移動(dòng)電站的需要，通常要進(jìn)行適度改裝，其主要要求通常如下：

(1)作為電傳動(dòng)軍用車輛的內(nèi)燃機(jī)，除了前端帶動(dòng)普通機(jī)械式傳動(dòng)車輛用的附屬設(shè)備(如空壓機(jī)、發(fā)電機(jī))之外，還要帶動(dòng)勵(lì)磁機(jī)、空調(diào)制冷壓縮機(jī)、主液壓泵、渦輪風(fēng)機(jī)等。這些附件的傳動(dòng)都是通過曲軸前端或水泵軸前端帶動(dòng)，因此對(duì)水泵軸和曲軸前端的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)提出要求。而內(nèi)燃機(jī)的后端并非傳動(dòng)離合器、變速箱等機(jī)械式傳動(dòng)裝置，而是發(fā)電機(jī)組。

(2)內(nèi)燃機(jī)應(yīng)能配裝調(diào)速器的執(zhí)行器，以保證在作戰(zhàn)時(shí)發(fā)出穩(wěn)定的中頻(一般400 Hz)電流，為軍用車輛上的電子設(shè)備提供所需的電能。調(diào)速器有全電式、電-液式和全液式3種。對(duì)后兩種執(zhí)行器，機(jī)組應(yīng)能提供一定流量的液體壓力(也可用機(jī)油壓力)作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)力。

(3)作戰(zhàn)時(shí)，作戰(zhàn)設(shè)備要求汽油機(jī)的電氣系統(tǒng)工作時(shí)應(yīng)無電磁干擾，應(yīng)按作戰(zhàn)設(shè)備的干擾頻率，對(duì)汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)(分電器、高壓線和火花塞)提出屏蔽要求。由于柴油機(jī)為壓燃式點(diǎn)火，所以無屏蔽要求。

除上述外，當(dāng)總體設(shè)計(jì)出所需的最高功率及安裝位置和空間后，針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)選型應(yīng)緊密結(jié)合軍用車輛的特點(diǎn)和作戰(zhàn)要求進(jìn)行，主要有：

(1)充分調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)型和正研制的機(jī)型并做出技術(shù)比較；

(2)根據(jù)軍用車輛的特點(diǎn)和作戰(zhàn)要求確定相應(yīng)的機(jī)型；

(3)根據(jù)整個(gè)車輛系統(tǒng)研制周期和經(jīng)費(fèi)確定最佳優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)的途徑。

5 結(jié)論及展望

考慮到當(dāng)前復(fù)雜嚴(yán)峻的國際形勢(shì)，不斷提升國內(nèi)的地面武備力量依然有著較高的重要性和必要性。由于動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)于軍用車輛的作戰(zhàn)性能有著重要影響，圍繞其而展開的技術(shù)研究及探討依然不可或缺。內(nèi)燃機(jī)相對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)而言，其技術(shù)成熟度較高，有著較好的可靠性及耐久性，且制造成本與使用成本更低廉，因此其在未來的軍用車輛動(dòng)力裝置領(lǐng)域依然將占據(jù)重要地位。