中岛誉发动机
中岛誉发动机（日语：ほまれエンジン）乃日本中岛飞机公司和海军航空技术厂共同研发制造的气冷式星型飞机用活塞发动机，采复列18汽缸、底置凸轮轴（over head valve，缩写成OHV）、离心式机械增压的配置。第二次世界大战后期获得大日本帝国陆军和大日本帝国海军普遍采用，搭载于侦察机、战斗机、轰炸机等。“誉”是海军的命名，中岛内部代号为“NK9”；陆军则称呼为Ha-45（ハ45）。至于生产数量，1943年（昭和18年）约200具，1944年共5,400具，1945年则有3,150具。
概要
[编辑]本系列发动机之设计负责人为中川良一，排气量为35.8公升，初期目标设定成输出1,800hp之小排气量、大马力发动机（中岛飞机内部代号“BA-11”），但海军内部持赞成、反对的意见者各半，最后决定海军航空技术厂（以下简称空技厂）一同参与开发计划。计划启动的1940年（昭和15年）时值日、美关系紧张时期，誉发动机的成败与否牵动著太平洋战争的胜负，所以中岛、空技厂双方频繁协调作业，结果1942年（昭和17年）9月便获得军方采用并正式量产，比原订计划提早半年。
誉发动机之基本设计概念来自荣发动机，包括汽缸尺寸、排气管等散热配置、火星塞位置等。缸径和行程与后者相同，但发动机直径增至1,180mm。另一方面关于汽缸前列和后列的中心间距离，为了容易安装导风隔板及散热片，也为了导引冷却空气流至后列增加散热效果，于是从150mm增大到220mm。一般小排气量的发动机要实现高马力输出，必须提高曲轴回转数及增加推进（吸气）压力；因此回转数从2,750rpm（荣二一型）提高至3,000rpm（誉二一型），推进压力也从+300mmHg（荣二一型）增至+500mmHg（誉二一型）。如此一来，为了汽缸头冷却和热膨胀问题的对策，中岛飞机提高制程时间及零件过度精密，结果导致誉发动机在战场恶劣的环境中出现品质不佳的状况。汽缸冷却效果的好坏会直接呈现在气冷式发动机的性能上，中岛工程师户田康明针对汽缸头的散热片构造及冷却效率的关系深入研究，得出散热片应该厚度1mm、间隔距离3mm、高度70mm的结论，但是当时的铸造技术仍无法达成这种设计。最初生产誉一一型、一二型时仍采用荣发动机相同的砂型铸造法，不过这时另一家正田飞机公司成功研发出植入铸造法，引起海军的注意。所谓植入铸造法乃是在汽缸头铸件预先镶上一片片形状不同的铝片，铸造时这些地方便形成散热片的其馀部分。于是自誉二一型开始陆续采行这种新式铸造法，散热效果也比传统的降低摄氏10至15度左右[1]。不过新式铸造法的工序相当繁琐，无法应付增产的需求，折衷的办法便委托住友金属工业以5mm左右的冷却散热片，采用类似压铸的方式，在低压下将熔汤压入模具。如此一来虽然提升生产速度，却使散热效率不良、发动机品质低下。
誉发动机的马力输出是荣发动机的近两倍，考量到发动机直径和连杆的轴承荷重，权衡之下曲柄销轴承的直径最多只能扩大至5mm。也因为这个缘故，轴承荷重比荣发动机多了38%左右。为此中岛飞机和空技厂特别成立一个对策小组，轴承材质里除了铜，并添加18%的铅；连杆轴颈的尺寸和表面粗细、连杆轴颈和连杆间相互对应的各种尺寸也经反复测试后而制定。又透过理论与实务测试，在连杆轴颈设置以矿物机油润滑的油孔，兼具冷却之效果。不过战争期间物资匮乏，特别是铜难以收集，熟练的工人也难以征集，结果发生许多轴承无法耐热而烧毁的情形。
位于发动机中央的曲轴箱为了达到轻量化、高刚性、薄壁化、增大内部空间的目标，舍弃旧有的杜拉铝材质，改采铬钼钢锻造，这也是日制发动机的初次尝试。因为没有厂家敢承接这种新案子，于是中岛飞机委托位于大阪的住友金属工业制作。虽然做出来的成品壁厚比原先预期的多出3mm，但是开发团队研判不会造成不良后果，故移往中岛自家工厂正式量产。至于处理爆震问题的对策，本来预订使用辛烷值100的汽油；不过日本进攻印度支那半岛以降，与美国的关系恶化，遭到全面禁止运输飞机用燃料，所以辛烷值100汽油或高性能机油皆难以取得。日本本身无法生产辛烷值100的汽油，只好求其次改以辛烷值87至91的汽油替代，这也是誉发动机无法全面发挥性能的原因之一。为此，中岛飞机想出来的对策是装载能降低吸气温度的甲醇水喷射冷却装置，可自进气管路喷注水和甲醇的混合液（誉一二型以降则自涡轮叶轮内喷射）。再者，低辛烷值汽油容易引起异常高温，所以中岛飞机提升火星塞的散热效率，以防止早期点火。尽管安装了甲醇水喷射冷却装置作为对策，但是维修和调整困难，并且如果不足，则甲醇水无法均匀地分配到每个气缸，并且爆震集中在特定的气缸中，从而导致火花塞燃烧。但是，它有时会导致引擎故障。可是航空91汽油的挥发性差，导致燃料分配不均。当时堀越二朗开发研制新型舰战烈风选用NK9K誉22型作为主动力引擎，试验飞行完成后指誉引擎的实际输出马力有出入，导致整体性能远低于海军提出高性能指标，所以在誉21型和誉22型安装了低压燃料喷射装置（采用低压燃料喷射型无浮式化油器的类型，它不使用来自负压型化油器的隔膜泵而不是直接喷射到气缸中）（誉23型和誉24型，NK9H-S和NK9K-S）来调整性能，该装置有望在实际应用中处于测试阶段，在全面投入生产前的战争结束(低压燃料喷射装置一个搅拌并产生高度均匀混合物的混合器以及一个容纳它们的壳体组成。可以以最小的设计变更安装在化油器式引擎上，并且可以降低进气阻力并以相对较低的成本对旧引擎进行电力控制。因为喷射器的总数是一或两个，所以与直接燃料喷射类型相比，由于喷射器故障而导致的引擎启动失败的可能性相对较低，并且由于喷射器故障导致向每个气缸的喷射量的变化而引起了启动引擎效应。有一个优点是不会发生麻烦。缺点在相对性能方面，它没有达到直接燃料喷射装置的端口喷射型喷射器,导致输出马力平均而没有凸出，还有维修装置比较复杂和效率低)。
陆军飞行第47战队的整备指挥班长刈谷正意中尉在正规体制外设置了“整备指挥小队”[2]，给与队员全盘的技术指导，负责各整备小队间的控制、对外联系、资料作成及收集。特别是自兵员中选拔出优秀人才所组成的第4小队，每人皆可独立排除故障问题。该整备指挥小队也针对誉发动机的故障问题拟订对策，甚至比表定保养时间更早进厂保养，以维持飞机的妥善率。
总括而言，誉发动机在日本2,000匹马力的级数中仍具有代表性。但是研发团队一味追求高技术、高性能，无视二战末期日本国内的资源匮乏，反而使得这具发动机招来“缺陷品”的恶评。战后美军曾试著以高辛烷值汽油、高品质机油和散热效率高的火星塞作试验，给予此发动机高度评价。性能虽佳，但以当时日本薄弱的工业生产力、贫瘠的品质管理概念、没有熟练的工人等条件，仍无法大量生产。
型式
[编辑]以下列举誉发动机的各种型式，亦包含试作、计划。括弧内为陆海军统合名称，接著是海军使用之简称记号。由于誉发动机主要供应陆军使用，故其样式、辅助装置不一定跟海军相同[3]。
- 誉一一型（Ha-45-11、NK9B）
- 初期型，汽缸头的散热片仍用旧式砂型铸造法，化油器则是2连降流115丙B型。甲醇水喷射冷却装置位于化油器内，也就是节流阀正前方。四式战斗机初期机种所搭载的“Ha-45特”发动机大体上和誉一一型构造相同。
- 誉一二型（Ha-45-12、NK9C）
- 此型变更涡轮增压器的减速比，以提升其性能。甲醇水喷射冷却装置移往增压器叶轮内，搭载于银河轰炸机、流星舰上攻击机等。
- 誉二一型（Ha-45-21、NK9H）
- 为了再增加200匹的出力，换装2连降流115丙C型化油器，甲醇水喷射冷却装置改至增压器叶轮后面，而汽缸头散热片已经换成新式植入铸造法。此型是量产最多的，紫电、紫电改、彩云舰上侦察机、四式战斗机等机种皆可见到其踪影。
- 誉二二型（Ha-45-22、NK9K）
- 变更二一型的螺旋桨减速比、装备强制冷却散热片，搭载于彩云试作机和烈风试验机。
- 誉二三型（Ha-45-23、NK9H-S）
- 以二一型为基础，舍弃原先缸内直喷方式，改成以化油器取代、向吸入管内喷设燃料的低压喷射燃料法。原本搭载于紫电三二型作为试验，但战争结束却无疾而终。
- 誉二四型（Ha-45-24、NK9K-S）
- 以二二型为基础，和二三型同样改成低压喷射燃料法。
- 誉二四型Ru（Ha-45-24、NK9K-L）
- 以二四型为基础，安装日立九二型废气涡轮增压器提升速度和高空高度，载于彩云试作机和连山试验机。
- 誉二五型（Ha-45-25）
- 为了应付飞机超荷重的状况，更改曲轴形状的试验型，同样因战争结束而中止计划。
- 誉二六型（Ha-45-26）
- 螺旋桨减速机构改用VDM式，乃试作型。
- 誉三一型（Ha-45-31、NK9K-O）
- 在二一型上加装强制冷却散热片，且起飞马力目标设定为2,200hp，但此型发动机在计划阶段便中止。
- 誉四一型（Ha-45-41、NK9A）
- 增压器改成2段3速，并增加强制冷却散热片、中冷器，属于试作型。
- 誉四二型（Ha-45-42、NK9A-O）
- 以四一型为基础，设定起飞马力为2,200hp，属于试作型。
- 誉四四型（Ha-45-44）
- 和四一型一样增压器改成2段3速，却拿掉中冷器，起飞马力目标设定为1,810hp，但战争结束却无疾而终。
- 誉五二型（Ha-45-52、NK9L）
- 安装了排气涡轮增压器、燃料直喷装置、强制冷却散热片等配备。
- 誉六一型（Ha-45-61、NK9M）
- 为了对应后推式螺旋桨飞机，装备了延长轴及强制冷却散热片等配备。
- Ha-145（Ha-45-43）
- 具备2段3速涡轮增压器，搭载于陆军二式单座战斗机三型作为试验。
- Ha-245（Ha-45-51）
- 同样是供应给陆军的性能提升版本。
规格
[编辑]誉一一型（Ha-45-11）
[编辑]- 型式：气冷式复列18汽缸星型引擎
- 排气量：35.8公升
- 全长：1,690mm
- 外径：1,180mm
- 缸径×行程：130mm×150mm
- 干燥重量：830公斤
- 压缩比：7.0：1
- 机械增压器：离心式1段2速
- 阀门夹角：75度
- 附甲醇水喷射冷却装置
- 起飞马力：1,800hp / 2,900rpm / 推进+400mmHg
- 额定马力：
誉二一型（Ha-45-21）
[编辑]主要搭载机种
[编辑]-
伦敦科学博物馆所藏之誉发动机 -
-
内部链接
[编辑]类似引擎
[编辑]参考资料
[编辑]- 《中岛飞行机エンジン史 若い技术者集団の活跃》，中川良一、水谷総太郎合著，酣灯社，1985年，ISBN 978-4873570075。
- （日语）中岛の発动机について（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- （日语）日本军航空机エンジン一覧（页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 参考（英文）A.T.I.G. REPORT No.45 1945年 （页面存档备份，存于互联网档案馆），页3，第3段。
- ^ 参看《丸メカニック NO8 四式戦闘机 “疾风”》，大木主计编，潮书房，1982年。
- ^ 参考（英文）A.T.I.G. REPORT No.45 1945年 （页面存档备份，存于互联网档案馆）。
外部链接
[编辑]- （日语）中岛の発动机について（页面存档备份，存于互联网档案馆）