[发明专利]用于对置活塞式发动机的多层活塞冠部

说明书

一种活塞冠部，其用于在二冲程对置活塞式压缩点火式内燃发动机中的一对活塞中的活塞，该活塞冠部具有阻挡层和传导层。阻挡层至少部分地围绕由活塞冠部和对置活塞的端表面形成的燃烧室。传导层将冠部连接到活塞体的其余部分。阻挡层和传导层通过焊接或通过制造工艺结合。可选地，活塞冠部包括在阻挡层和传导层之间的隔绝层。

优先权

本申请要求2016年2月29日在美国专利商标局提交的美国申请序列为No.15/056,909的申请的优先权。

相关申请

本申请包含的主题涉及以下共同拥有的专利申请的主题：2015年7月31日提交的美国专利申请No.14/815,747；以及2013年5月10日提交的美国专利申请No.13/891,523。

技术领域

本领域包括用于对置活塞式发动机中热量管理的结构，在该发动机中，燃烧室被限定在相对地设置在汽缸孔中的活塞的端表面之间。更具体地，本领域包括具有燃烧室的对置活塞式发动机，燃烧室最小化从燃烧室到发动机的其它部件的热损失。

背景技术

相关专利申请描述了二冲程循环、压缩点火、单向流动的扫气、对置活塞式发动机，其中成对的活塞在端口式汽缸的孔中相对移动。二冲程循环对置活塞式发动机借助一对对置活塞的两个冲程来完成发动机操作的循环。在压缩冲程期间，当活塞开始朝向彼此移动时，增压空气进入汽缸中的活塞的端表面之间。当活塞接近各自的上止点(“TDC”)位置以形成燃烧室时，增压空气在逐渐接近的端表面之间被不断压缩。当端表面彼此最接近时(接近压缩冲程的结束)，出现最小燃烧室容积(“最小容积”)。直接喷射到汽缸中的燃料与压缩的增压空气混合。当压缩空气达到导致燃料开始燃烧的温度和压力水平时，开始燃烧；这被称为“压缩点火”。燃烧正时通常以最小容积为参考。在某些情况下，喷射发生在最小容积时或接近最小容积时；在其它情况下，喷射可在最小容积之前发生。在任何情况下，响应于燃烧，活塞反向并且在做功冲程中彼此远离地移动。在做功冲程期间，活塞朝向孔中的下止点(“BDC”)位置移动。当活塞在上止点和下止点位置之间往复运动时，它们按时间顺序打开和关闭在汽缸的相应进气位置和排气位置中形成的端口，该时间顺序控制增压空气流入汽缸和从汽缸排出。

为了最大化由燃烧释放的能量转换成运动，希望防止热量通过活塞从燃烧室传导出去。减少通过活塞的热量损失提高了发动机的运行效率。通常，通过使活塞冠部与活塞主体隔绝来减少或阻挡通过活塞的热传递。然而，同时存在这样的情况：在活塞的端表面处保持燃烧的热量可对活塞冠部和附近活塞元件造成热损坏。

活塞热管理是持续引起关注的问题，特别是考虑到现代内燃发动机预期的不断增加的负载。在典型的活塞中，至少有四个区域为在热管理方面所关注的：活塞冠部、环槽、活塞冠部下方(under-crown)和活塞/活塞销接口。如果活塞冠部的温度升高超出其制造材料的氧化温度，则活塞冠部可因氧化而损坏。活塞元件的机械故障可由热引起的材料改变导致。环、环槽和与环槽邻界的平台可遭受由于在超出焦化温度下加热的油引起的碳积聚。与环槽一样，活塞冠部的下表面也可遭受油焦化。

最新研究表明，与传统的六缸四冲程发动机相比，对置活塞式发动机二冲程循环发动机表现出提高的热效率(Herold,R.，Wahl,M.，Regner，G.，Lemke,J等人，“Thermodynamic Benefits of Opposed-Piston Two-Stroke Engines”，SAE技术论文2011-01-2216,2011，doi：10.4271/2011-01-2216.)。对置活塞式发动机凭借三种效果的组合实现热力学效益：由于更有利的燃烧室面积/容积比，热传递减少；通过经由二冲程循环而可形成的更稀操作条件而使比热比增加；并且由二冲程发动机的较低能量释放密度引起在固定最大压力上升速率下可实现的燃烧持续时间减少。在每个汽缸具有两个活塞的情况下，对置活塞式发动机可借助增强的活塞热管理来实现额外的热力学效益。

发明内容