[发明专利]用于对置活塞发动机的非对称形状的燃烧室

说明书

用于对置活塞发动机的燃烧室具有在纵向部分中的细长的非对称形状，该纵向部分沿腔室中心线在燃烧室的直径相对的开口之间延伸，燃料通过这些开口喷射。该非对称性分配燃烧室体积以在腔室中心线的一侧上提供额外的间隙，涡流朝向该腔室中心线的一侧被引导，由此产生燃料羽流空间，以响应于涡流而无阻碍地摆动。

优先权

本申请要求于2015年3月31日在美国专利商标局提交的美国申请序列No.14/675,407的优先权。

相关申请

本申请包含的主题涉及以下共有申请的主题：US 13/066,589，现为美国专利8,800,528；US 13/136,954，现为美国专利8,820,294；US 14/117,831，公布为US 2014/0083396；US 13/843,686，公布为US 2013/0213342；US 14/026,931，公布为US 2014/0014063；以及US 14/074,580。

技术领域

该领域包括对置活塞发动机，其中燃烧室被限定在在气缸的孔中相对设置的活塞的端部表面之间。更具体地，该领域包括具有燃烧室的对置活塞发动机，该燃烧室具有促进增压空气的复杂的湍流整体(bulk)运动的形状。

背景技术

相关的专利申请描述了两冲程对置活塞发动机，其中成对的活塞在装有气门的气缸的孔中相对移动。在压缩冲程期间，当两个对置的活塞在气缸孔中朝向彼此移动时，在活塞的端部表面之间在孔中形成燃烧室。当活塞在孔中处于或靠近相应的上止点(“TC”)位置时，燃料直接喷射到燃烧室的体积中。当端部表面彼此最接近时，接近压缩冲程的结束，出现最小燃烧室体积(“最小体积”)。燃料通过定位在直径相对的开口中的燃料喷射器喷嘴喷射通过气缸的侧壁。燃料与允许进入孔中的增压空气混合。当空气-燃料混合物在活塞端部表面之间被压缩时，压缩空气达到导致燃料点燃的温度和压力水平；随后燃烧。燃烧正时通常参考最小体积。在某些情况下，喷射发生在最小体积或靠近最小体积；在其他情况下，喷射可发生在最小体积之前。在任何情况下，响应于燃烧，活塞反向并且经历做功冲程。在做功冲程期间，活塞在孔中朝向下止点(“BC”)位置彼此远离移动。当活塞在上止点位置和下止点位置之间往复运动时，它们以定时顺序打开和关闭在气缸的相应进气位置和排气位置中形成的端口，其控制增压空气流进入气缸和从气缸排出。

在两冲程对置活塞发动机的活塞构造的许多方面，期望利用具有活塞头/冠部(crown)的活塞，活塞头具有与气缸中的涡流以及与来自燃烧室的周边的挤流相互作用的具有轮廓的端部表面。相互作用产生复杂的湍流增压空气运动，其促进空气/燃料混合。相关的应用涉及对置活塞应用，其中活塞端部表面限定具有促进湍流的特定形状的燃烧室。在这些应用中，燃烧室被限定在相对的脊部之间，该相对的脊部在腔室中心线的相对侧上延伸，该中心线在燃烧室中的直径相对的开口之间延伸，燃料通过该开口喷射；因此腔室中心线对应于开口之间的活塞直径D。在一些情况下，脊部相对于腔室中心线对称地弯曲，以便引导空气流和燃料羽流(plume)。在纵向截面中，这些燃烧室具有以中心线为中心的非循环简单闭曲线的形状，该形状从中心部分朝向任一开口在面积上减小。在最小体积处，对称的脊部形状计划使得燃烧室空间具有细长的，大致对称的形状，其具有相对的弯曲侧并且沿中心线延伸。燃烧室的最宽部分出现在或靠近气缸的纵向轴线(其与活塞的纵向轴线共线并且横切于腔室中心线)。从那里，燃烧室空间在与燃烧室中的开口相对的方向上对称地逐渐变细。这种形状符合燃料羽流的配置，并且在它们展开时引导它们，同时朝向燃烧室的中心部分行进。参见例如美国专利8,800,528中描述的燃烧室的椭圆形状。

燃烧室对称性可在某些情况下降低燃烧效率。增压空气的涡流分量倾向于将燃料的羽流推向限定燃烧室侧面的相应的脊部，从而降低空气利用率并且因此降低热效率。如果涡流推动羽流与燃烧室的侧面接触，燃烧室对称性也可妨碍有效的排放控制，这可以导致部分火焰淬熄和产生烟灰。如果羽流在与侧面接触时点燃，则能够出现对称性的另一个可能的缺点，这可能导致对活塞活塞头的热传递增加和活塞头氧化的风险。

发明内容