Jumo-213德国空军最好的发动机-解析和比较

写在前面：

没写多少Jumo-213的历史，大多是谈谈它的性能和设计优劣点，总而言之Jumo-213是德国空军后期最优秀的活塞发动机，没有之一，Junkers更是比BMW和DB表现得更靠谱更像一个负责任的发动机厂。

如果细究其设计特点，Jumo-213更像是德英混血儿，它的排量在德国发动机中较低（但也比灰背隼的27L要多8升排量），转速更高（3250rpm），很多设计特点也和当时最好的V12发动机灰背隼接近。

容克斯发动机公司（Junkers-Motoren bau，简称Jumo）既是发动机研发公司，又有飞机研发的业务，它的口碑和声誉很好，是德国空军的三大发动机生产商之一。有关Jumo-213的早期发展其实是一个谜团。Junkers内部的文件已经散失，但可以确定的是在1936年秋季开始研发Jumo-211的时候Jumo内部就有了研发一种改进型高性能35升排量发动机的想法，1939年6月1日的一份文件表示Jumo-213在1938年8月就一直在进行测试，但不幸的是1938年9月帝国航空部RLM就将Jumo-213排在了第二优先度，Jumo的大量人力物力都被抽调去研发全新的Jumo-222项目，Jumo-213好歹还保留了项目，它的竞争对手DB-603就惨多了，RLM直接断绝了其资金支持，这有两点原因，第一点是当时BMW的人在RLM内部任职，觉得既然自家已经有了排量接近的BMW-801那就不需要DB-603了，第二点是因为DB-603的制造工艺需要一家瑞士的公司帮助，而RLM不希望自家的发动机被瑞士人卡脖子。

等RLM发现Jumo-222项目只是个填不满的无底洞后他们又把目光转回到了Jumo-213上，1942年10月，Jumo-213终于通过了100小时运转测试，为了尽快将其投产，利希特博士还专门组建了一个Jumo-213小组，24小时轮班倒不间断地进行发动机测试，1943年中期，Jumo-213的磕磕绊绊地量产之路终于开始了，但Fw-190D系列的飞行测试中Jumo-213在一些特定的转速范围内出现了致命性的自振问题，所以容克斯不得不修改了其点火顺序还是有了全新的凸轮轴系，这项修改波及了所有已经生产出来的Jumo-213，严重拖累了量产进度，因此直到1944年1月，Jumo-213才实现了每月100台的基础产量，同年3月超过了300台产量，1945年2月则是Jumo-213的产量高峰，达到了994台/月。从Jumo-213的研发到其最终成熟，总共花了约7年时间，这其中固然有德国人决策失误的问题，但对于一款新锐发动机来说时不待人，尽管没有落到投产即落后的悲惨境地，但Jumo-213的表现在1944年的航空活塞引擎中并不亮眼。

Jumo-213的首席设计师August Lichte奥古斯特·利希特对其寄予了厚望，他曾亲笔写下：“Jumo-213在热力学和机械性上达成了完美的和谐”

 thermisch und mechanisch auf höchste Belastungsharmonie abgestimmt、

“四冲程奥托循环发动机的最高发展水平” 

höchste Entwicklungsstaufe des Viertakt-Otto-Hohenflugmotors、

“发动机设计的典范” 

Reinschrift dieser Bauart。

但Jumo-213是否真的堪受得起如此赞誉呢？恐怕不行。

对于当时德国的活塞发动机产商来说，增加活塞发动机的动力输出基本上只有两种方法：增加发动机的排量（例如戴姆勒-奔驰DB在将DB-601发展为DB-603时将其排量堆到了44.5升）、提高发动机的转速，后者的典型就是Jumo-213，顺带值得一提的是两家后来又走上了对方的道路，DB-603N的转速同样惊人，而Jumo-213J也不得不连带着提高了发动机的排量。

Jumo-211的转速只有2200-2600rpm，但到了Jumo-213上转速达到了3250rpm，与此同时它的排量依旧只有35升，鉴于其活塞行程只有165毫米，所以其平均活塞速度就达到了17.9米每秒！从今天的材料技术角度来看这不算什么，但这是80年前且缺乏燃料和稀有金属的德国，这样设计姑且算是有利有弊吧，因为这样虽然能减少燃料消耗提升动力输出，但冶金水准的要求也提升了，这会让曲柄机构上的动态负荷超出想象，直接导致发动机的机械损耗惊人，寿命严重缩短，1945年春天，18台Jumo发动机在两个月内发生故障（3个火花塞有缺陷，3个冷却回路泄漏，2个滑油中有机械碎片，2个增压器故障，2个变速箱故障，6个气门故障，5个因发动机在空中起火而完全损失），实际上德国人后期手里的Jumo-213平均寿命只有可怜兮兮的45小时，但Junkers发布的大修指南表示其大修间隔理论上是170小时——现实和理想完全不匹配。

Jumo-213从细节上来说有很多特点，首先就是其每个气缸只有三个气门，这三个气门分别是两个进气阀和一个排气阀，这是很奇怪的，因为同时代世界上几乎所有液冷V12都已经是四气门了，但Jumo-213的总师利希特却依旧采取了三气门的设计，这导致了Jumo-213的换气效率天生就处于劣势，对于这一款在战争前不久开始研发的新锐引擎来说是天大的设计失误。

气门机构则和普通引擎一样通过凸轮轴系和摇臂共同作用的，这一点和其他国家也一样，每个气门都是单独控制。与Jumo-211相比，213的气门正时要提前很多，气门重叠角达到了107°，和35L排量DB-605的105°接近，燃油直喷发动机虽然确实需要高气门重叠角扫气降温，但两者可以说都过于“狂野”了，气门正时这么高虽然能多少改善一些进气情况，但发动机怠速下的运转条件非常恶劣，直白地说就是低转速下性能很差。而且还有一个非常明显的缺点，气门重叠角这么大，如果往进气里喷射MW-50，那喷进去的MW-50有一大半还没经过燃烧就随着扫气被排出去了——这虽然不会影响太多发动机性能，但多少有点奇葩，于此相对应的，化油器设计，低气门重叠角的RR灰背隼反而就不用MW-50，这可以说是矛盾到了极点。其实说白了，没人知道后世的发动机会发展成什么样子，就像德国人选择了燃油直喷英美选择了化油器一样，德国人就一定更先进吗？并不是，这只是一条技术路线罢了，还要看他们的实际表示来比较。

1944年10月Jumo发布的发动机大修规范书中提到了一个很有趣的地方，当Jumo-213的大修间隔到达时，换用新的进气阀时也要充钠——这一点也很不同寻常，因为当时全世界的发动机几乎都只有排气阀充钠，进气阀都需要充钠冷却的全世界只有Jumo-213一家，充钠是为了冷却气门表面的温度防止缸内多出来一个热源，而常见的提升阀发动机只有排气阀需要充钠，因为高温的废气要走这里排出，而进气阀是让新鲜油气混合物进入气缸的，理论上来说根本就不会变成高温热源——但Jumo-213却有两个充钠进气阀，我个人觉得对此唯一合理的推断就是：Jumo-213的缸内环境已经恶劣到了无以复加的程度，德国人的镀铬排气阀的散热能力已经不堪重负，高温已经严重超出了设计师当初的预想，导致连进气阀都需要冷却才能不发生爆震，这是个设计上的巨大缺陷。

Jumo-213还有一点非常像英系发动机，在戴姆勒-奔驰、西斯帕诺·絮扎或克里莫夫的V12发动机中，气缸排和燃烧室是一个共同的铸件，而在Jumo-213中，曲轴箱、汽缸排以及带有燃烧室的汽缸盖都可以拆卸，这和劳斯莱斯的灰背隼/狮鹫非常接近，后两者几乎所有部件都能拆卸分离，这样设计的缺点是部件和装配成本较高，但另一方面，由于更容易接触到发动机内部，这使得维修更加容易。

在连杆上，Jumo-213的连杆构型属于I型，这意味着它在设计伊始就注定要承受高负载，而高转速的发动机连杆构型一般都是这样，例如美国的V-1710，和Jumo-213的连杆很像。V-1710的连杆组非常稳定，即使在里诺飞行竞速赛中大规模使用的RR灰背隼，其连杆基本上都被换成V-1710的连杆。

Jumo-213的活塞也是轻质合金制成，一共有三道活塞气环一道机油环，活塞梢下也有一道机油环。其双磁电机和DB-605的型号完全一致，都是博世的产品。Jumo-213的减速齿轮安置在一个铝合金机匣中，位于曲轴箱前部，为补偿高转速因而减速比只有为1：0.417。其曲轴被固定在7个径向滑动轴承中，这种构型也非常常见，在奔驰DB发动机中，曲轴的润滑油由一个压力油总管提供，该总管布置在曲轴上方，几乎沿着发动机的整个长度，在壳壁上有分支的孔，通往各个轴承，但Jumo-213的滑油布置不同，其曲柄梢中空，其上钻孔，润滑油由此被送入轴承中进行润滑，这一点和英国的RR设计出奇的一致。根据不同的动力阶段，滑油压在4.4和9.8bar之间，油压水平非常高，这也是因为jumo-213的润滑需求非常高，以fw-190D-9上的Jumo-213为例，其滑油箱容量为49L，而DB-605是36.5L，BMW-801是58L。

Jumo-213另一个设计的巧妙点是引入了热交换器取代了传统的风冷化油器，在发动机底部的圆柱形部件中，液冷系统连带着吸收了来自滑油中的热量，这就可以让飞机少一个凸出的阻力源，同时使得Jumo-213可以和Fw-190的QEC舱进行整合，而它的竞争对手DB-603就不一样，需要一个额外的化油冷却器，这同时也是为什么Jumo-213要比同排量接近的DB-605重近150kg的原因之一，但问题也很明显，热交换器会让发动机整体的冷却效率降低，最高可能会达到30%，这或许解释了Jumo-213气缸环境如此恶劣的一个原因。

Jumo-213的增压器系统在发动机后方，A和C型都是一级二速增压，E和F型则是二级三速增压，非常不可靠。德国人因为技术受限，常年追求的是一级离心盘的增压效率问题，这使得他们的增压器效率非常非常高，远超英美，但离心盘的效率其实是个无伤大雅的问题，并不会怎么影响发动机性能，这一点倒是对后来的民用汽车活塞引擎起到了很大影响。

和其他的德国发动机一样，Jumo-213是单杠控制的，但不同的是在奔驰和宝马的自动控制系统中增压器压力是飞行员所要关注的核心参数，通过操纵杆选择特定的进气压力，自控系统会自动调节进气和燃料的最佳比例，Jumo-213的自控系统进气压力则是次要的，通过操纵杆其会选择一定的燃料喷射量，而相应的空气流量则是靠在增压器最外面的自动调整导向叶片来控制的，因为进气压力其实会随着外界温度的影响而产生波动，温度越低进气压力越低，比如Jumo-213在3250rpm下负20℃进气压为1.41ata，而20℃下进气压为1.53ata，因此对于Jumo-213的自动控制系统来说其核心参数是不会随着环境而改变的转速，这套系统被称为Motorbedien-gerat (MBG)，是Jumo内部自己开发的，比DB和BMW的自控系统要更先进一些。

顺带一提，Jumo-213的一速和二速进气压力是不一样的，所以在比较其性能时基本不会以进气压为参考基准。

Jumo 213 J项目值得特别一提：如果说Jumo-213A-F都无法满足利希特博士的豪言壮语，那J多少可能沾了点边——213J的缸径达到了155mm，排量提升到了37.4升，压缩比也更高，转速更是达到了3700rpm，同时代活塞速度达到20.35m/s，世界最快，没有之一，而且利希特博士终于在213J上使用了4气门构型，213J可以说是一台全新的发动机，总共有6台试验机被制造完成，但没有一台保存下来，根据最近的研究，美国莱特机场战后测试的所谓“213J”——很可能只是一台213F。因此对于Jumo-213J，几乎没有任何已知的讯息，我们只知道英国人对其做出过很高的评价。