强劲动力｜2352kW双作用发动机OM-127PH

曲柄-等距固接双连杆机构八缸双作用发动机OM-127PH最初为OM-127发动机部件设计，用于开发功率为6 615 kW的双作用发动机M-127，人们研究了全新的零部件和系统，也是M-127发动机的第三部分。后来OM-127发动机部件变成了一个独立用途的自供电发动机OM-127PH，而M-127发动机变成了一个更高效的M-127K发动机，功率达7 350 kW，而不是6 615 kW，与M-127发动机相比效率更高。

OM-127PH发动机是四冲程曲柄-等距固接双连杆机构X形发动机，采用模块化结构，以及直接汽油喷射和火花塞点火方式。其采用柴油机类型的泵和喷油器，使汽油喷入气缸燃烧室。

OM-127PH发动机通过4个橡胶减震器，用螺栓连接在车架上，橡胶减震器位于曲轴箱中部。

没有脉冲涡轮增压的OM-127PH发动机的外观如图55和图56所示。带脉冲涡轮增压的OM-127PH发动机如图57所示。

图55　没有脉冲涡轮增压的OM-127PH发动机侧视图

OM-127PH发动机由五个独立单元组装而成：①带有减速器的前部；②带有曲柄-等距固接双连杆机构的曲轴箱；③气缸体；④脉冲涡轮增压机；⑤发动机功率传递轴；⑥带离心式压缩机和各种传动装置及附件的后盖。

在OM-127PH发动机中，对所有运动副中的摩擦面进行强制润滑，并且通过闭合回路中的润滑油对活塞连接杆和活塞进行有组织的循环冷却。

OM-127PH发动机的纵剖面和横剖面，以及活塞连接杆和活塞的润滑系统和冷却系统如图58和图59所示。

图56　没有脉冲涡轮增压的OM-127PH发动机

（a）前视图；（b）后视图

图57　带脉冲涡轮增压的OM-127PH发动机

OM-127PH发动机有4个可互换调整的气缸排，每个气缸排的气缸中，活塞为双作用工作方式，每个气缸有两个燃烧室，分别位于同一活塞的上部和下部；缸盖带有气门，两个位于气缸体侧面的凸轮轴通过推杆、挺柱和摇臂驱动对应的进气门和排气门。

每一活塞上部和下部的燃烧室都有带气门的气缸盖，各有各的喷油器，配有火花塞点火，气缸套为湿式结构。这些能保证在所有工况下水的流动稳定，燃烧效率高，功率稳定，经济性好。

图58　OM-127PH发动机的纵剖面

图59　OM-127PH发动机的横剖面

与曲柄连杆机构发动机比，当曲柄-等距固接双连杆机构发动机运行时，机体内的流动机油少，因此减少了机油的液力损失。

机油从3处排出：①曲轴箱前部的底面；②曲轴箱后部的底面；③缸体上。这样，OM-127PH发动机即使在倾斜达45°时都能正常工作。图60所示为OM-127PH发动机的曲柄-等距固接双连杆机构的纵剖面，其方案对应于图11（a）。

图60　OM-127PH发动机的曲柄-等距固接双连杆机构的纵剖面

等距固接双连杆轴与传统曲柄连杆机构发动机的曲轴形状类似，有4个曲拐和3个主轴颈（支撑轴颈）。4个曲拐的连接杆轴颈轴线均位于同一平面（β=180°）上。每个连接杆轴颈与对应的一套活塞连接杆连接。3个主轴颈通过轴承连接在3个中央动力曲柄上。3个中央动力曲柄分别称前驱动曲柄、中驱动曲柄、后驱动曲柄，外缘均为齿轮，内有安装等距固接双连杆轴主轴颈的偏心孔。

中驱动曲柄和后驱动曲柄通过两个同步连接轴连接到前驱动曲柄。具有较高刚度的上同步连接轴连接前、后驱动曲柄，下同步连接轴连接前、中驱动曲柄。因此，发动机功率从等距固接双连杆轴的3个主轴颈通过3个中央动力驱动曲柄输出。

同步连接轴之间的功率分配取决于同步连接轴和等距固接双连杆轴的刚度比。

驱动曲柄上有配重，配重可确保机构运动和旋转质量惯性力的完全平衡。惯性力力矩由与等距固接双连杆轴端部的主轴颈连接的两个配重来平衡（详见发动机平衡）。

OM-127PH曲柄-等距固接双连杆机构发动机活塞连接杆的横剖面及连接杆轴颈如图61所示。

图61　OM-127PH曲柄-等距固接双连杆机构发动机活塞连接杆的横剖面及连接杆轴颈

曲柄-等距固接双连杆机构使用的活塞连接杆及滑块1沿着机体导轨2与厚壁连接杆轴承3一起作往复直线运动，在发动机结构上能够实现间歇工作的活塞润滑油冷却系统，润滑油通过导轨和滑块供给到每个活塞进行冷却，保证各气缸排所有气缸中的活塞有同样的冷却效果。

机油通过活塞连接杆的通道进入活塞，冷却活塞后被加热，热的机油从轴承润滑系统独立出来，再通过滑块盖板和它的导向槽进入曲轴箱主油道出口，然后进入油水热交换器或机油散热器冷却。

用于冷却活塞的机油在独立的油路中，没有进入因工作变热而恶化的轴承的可能性，在润滑系统工作时，通过选择活塞连接杆出口不同截面的喷嘴，独立调节活塞冷却油的低温流动性，以这样的方式保证活塞和活塞环有最佳的热状况。

滑块盖板不是严格地紧固在活塞连接杆上的，所以发动机工作时，滑块可以沿着导轨自动对准。

为了防止从盖板和活塞连接杆之间的缝隙漏油，接触密封件为带弹簧的特殊杯形衬套（图61），这种结构不限制杯形衬套在活塞连接杆内的相对移动。

从图61中可以看出，在OM-127PH发动机中，两个相对布置的气缸中，两个活塞通过活塞主连接杆和副连接杆相互连接。副连接杆的这种连接方式不是工作必要的，如同曲柄连杆机构发动机中的连杆，而是考虑到便于发动机的组装。

首先，用专用工具把等距固接双连杆轴与活塞连接杆、驱动曲柄和轴承组装在一起，然后将组装的总成装入曲轴箱中。将总成装入曲轴箱时，需要将气缸连接杆之间的角度从90°减小到45°～50°等不同的方向，这是确保副连接杆相对能转动的原因。

当发动机工作时，副连接杆铰接点不转动，带滑块的活塞主连接杆和副连接杆保持在同轴位置，不带滑块的活塞连接杆如图62所示。

图62　装配好的OM-127PH发动机的活塞主连接杆和副连接杆

与活塞主连接杆一样，去冷却副连接杆活塞的机油和从其活塞中流出的机油通过两个独立的通道来实现，机油通道穿过铰接销处。铰接销与副连接杆为过盈配合固定，过盈量为0.015～0.025 mm。当发动机工作时，铰接销和主连接杆之间没有相对运动，间隙很小，为0～0.020 mm，机油通过时不会发生泄漏。因此，与主连接杆的活塞相同，确保了副连接杆的活塞有相同的冷却条件。

双作用气缸发动机OM-127PH的配气机构驱动装置示意如图63所示。

图63　双作用气缸发动机OM-127PH的配气机构驱动装置示意

图63　双作用气缸发动机OM-127PH的配气机构驱动装置示意（续）

X形排列的四冲程双作用发动机OM-127PH的基本数据见表9。

表9　X形排列的四冲程双作用发动机OM-127PH的基本数据

续表

在测试期间，OM-127PH发动机在最大功率工况下，升功率为107.31 kW/L，高于类似级别的现代曲柄连杆机构发动机。

图64所示为OM-127PH、M-127发动机和曲柄连杆机构航空发动机的升功率比较情况。测试期间OM-127PH发动机的机械效率达0.94。

没有脉冲涡轮增压的发动机在巡航工况下的特性如图65所示。

图66所示为巡航工况下，上、下燃烧室燃烧过程中一个工作循环的示功图和燃料喷射过程的示波器压力波形。

图67所示为上、下燃烧室燃烧过程的缸内压力变化波形，表征了两个燃烧室中燃烧及工作过程的稳定性。(www.xing528.com)

图68所示为n=1 820 r/min和增压压力Pk=1 150 mmHg时，在软橡胶悬架上进行台架试验期间发动机振动的示波器波形。

OM-127PH发动机使用两个独立工作的燃油供给和点火系统，分别用于上、下燃烧室。两个独立系统配合工作：一个针对两个上部的气缸排，另一个针对两个下部的气缸排。

图64　OM-127PH发动机与曲柄连杆机构发动机升功率比较

1—OM-127PH；2—M-127；3—XK-7755；
4—M-47；5—R-3 350；6—K-4 360

图65　OM-127PH发动机1 800 r/min巡航工况下，有效指标随过量空气系数的变化关系

图66　转速为2 000 r/min时缸内工作压力示功图与燃油喷射压力变化过程

（a）上燃烧室；（b）下燃烧室
1—缸内气体压力；2—燃油喷射压力；3—计时标记；4—活塞位置标志

图67　OM-127PH发动机工作过程缸内压力波形

（a）上燃烧室；（b）下燃烧室

图68　OM-127PH发动机工作过程振动波形

1—垂直平面；2—水平面横向；3—水平面纵向

关闭顶部或底部的燃烧室（或上、下气缸排）不影响曲柄-等距固接双连杆机构的平衡和发动机通常的振动水平。在关闭的燃烧室或气缸内没有燃料的供给，而所有机构与系统如燃油泵、配气机构、点火系统、润滑和冷却系统继续在预定的工况下工作，但由于从工作的燃烧室或气缸排循环流出的冷却液会加热不工作的气缸，所以不工作的气缸不会持续保持冷态。因此，发动机满负荷工作时，不需要花费时间加热关闭的燃烧室或气缸。

在台架试验期间，通过用开、闭上部或下部气缸燃烧室燃料供给的方法，使发动机从全功率状态切换到半功率状态，或从半功率状态过渡到全功率状态，其过渡时间为1.5～2 s。

发动机在很大范围内快速切换功率的能力是非常有价值的。

现有的双点火和燃料供给系统显著提高了发动机的可靠性，这些技术也为发动机从0.25倍标定功率到0.9倍标定功率的大工况范围的经济性提高开辟了途径。

例如，OM-127PH发动机可以像常规发动机一样，通过操纵节气门改变燃油消耗调节到低功率模式，但经济性不好。而通过关闭燃烧室或气缸排的一半来切换到低功率模式，则能保持最大的经济性。

测试结果表明，在更高的压缩比（7～7.5）下，OM-127PH发动机也可以运行，没有爆震的情况。

活塞式发动机可以通过延长工作过程中的膨胀过程来改善经济性，其实质是：把标称压缩比增加2～3个单位，为使发动机不爆震，增加进气门的关闭角延迟量，在这种情况下，当压缩行程开始时，部分充量从气缸中推出，结果使压缩过程的实际开始时刻被延迟，即实际压缩比减小，发动机不爆震，但经济性所依赖的膨胀程度依然与标称的压缩比相等，比实际的压缩比大。

为了补偿气缸中减少的充量，需要相应地增加活塞的行程。但对于曲柄连杆机构发动机，这会导致外廓尺寸显著增加，因为它不仅必须增加曲柄的长度，同时也要增加连杆的长度，以保持连杆比（λ=r/l），所以这些发动机没有用这样的方法来提高经济性。

在曲柄-等距固接双连杆机构发动机中，增加相同的活塞行程而引起发动机尺寸的增加量小很多。如果以双作用发动机计算，则可以得到以下结果。

当要求曲柄连杆机构发动机的活塞行程增加ΔS时，如果采用连杆比λ=0.33，则从曲轴旋转中心到活塞上死点c的距离要增加2ΔS，其中曲柄半径延伸量为0.5ΔS，连杆延伸量为1.5ΔS。

在曲柄-等距固接双连杆机构发动机中，从曲柄旋转中心到活塞上死点c的距离只会增加ΔS，曲轴箱增加0.5ΔS，活塞连接杆需要延长0.5ΔS，以便布置下部气缸盖。

考虑到上述情况，曲柄-等距固接双连杆机构发动机的初始横向尺寸远小于曲柄连杆机构发动机的，因此曲柄-等距固接双连杆机构发动机方案适合用延长膨胀过程的循环来增加其经济性。

在OM-127PH发动机试验中，工作过程采用延长膨胀过程的循环与通常四行程发动机循环，结果比较表明有效燃油消耗率下降了10%～12%。

图69所示为M-127发动机气缸获得的指示功率与指示燃油消耗率随混合循环比例变化的关系，试验的气缸为下部燃烧室，在压缩比εc=7.02的通常循环过程与在压缩比εc=7.02和εp=9.16延长膨胀过程的循环进行。

图70所示为OM-127PH发动机工作138 h后的等距固接双连杆轴及活塞连接杆。

在曲柄-等距固接双连杆机构发动机中，等距固接双连杆轴负荷比曲柄连杆机构发动机曲轴的小，因此功率为2 352 kW的OM-127PH发动机的等距固接双连杆轴的质量仅为29.6 kg，全部整套运动件的质量（活塞、带滑块的活塞连接杆）为126.19 kg。

图69　由M-127发动机气缸获得的指示功率随混合循环比例变化的关系

1—延长膨胀过程的循环；2—通常的循环

图70　OM-127PH发动机工作138 h后的等距固接双连杆轴与活塞连接杆

活塞连接杆轴承和曲轴支撑轴承（图71）浇注铅青铜；金刚石钻孔后的摩擦表面有厚度为5μm的铅涂层。

滑块盖板（图72）没有完全固定在连接杆上，沿着曲轴箱导轨自行可以调整位置。盖板摩擦表面也浇注铅青铜，盖板沿曲轴箱上的导轨刮平，并具有5μm厚的铅涂层。在工作138 h后，铅涂层保留在所有的轴承和连接杆滑块盖板上。在盖层上表面层上可见到刮研的铅图案。

图71　OM-127PH发动机工作138 h后的轴承

（a）连接杆轴承；（b）驱动曲柄衬套；（c）两端驱动曲柄的轴承

图72　OM-127PH发动机工作138 h后的滑块盖板

表10所示为曲柄-等距固接双连杆机构发动机OM-127PH和M-127K与曲柄连杆机构发动机AM-42和AЧ-31的单位功率运动件质量的对比。

表10　曲柄-等距固接双连杆机构发动机OM-127PH和M-127K与曲柄连杆机构发动机AM-42和AЧ-31的单位功率运动件质量的对比

OM-127PH发动机曲轴箱（图73）由纵向剖开的两块组成。

图73　OM-127PH发动机曲轴箱

（a）侧视图；（b）端面图

当组装发动机时，曲柄-等距固接双连杆机构最初被放置在曲轴箱的一块中，机构可以自由地进入，最终组装在曲轴箱中，可检查轴向间隙、机构中齿轮间的间隙及组件组装的正确性，如图74所示。在检查之后，安装曲轴箱的另一块，两块曲轴箱用螺栓紧固。

图74　OM-127PH发动机曲轴箱中的曲柄-等距固接双连杆机构

气缸-活塞组及曲柄-等距固接双连杆机构发动机OM-127PH的主要零件的配合尺寸、公差、间隙见表11。

表11　气缸-活塞组及曲柄-等距固接双连杆机构发动机OM-127PH的主要零件的配合尺寸、公差、间隙　mm