具有径向燃料喷射的发动机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种发动机系统，并且更具体地涉及一种具有径向燃料喷射的发动机系统。
【背景技术】
[0002]气态燃料动力的发动机在机车应用中很普遍。例如，机车的发动机可单独由天然气(或另一种气态燃料)或由天然气和柴油的混合物提供动力。天然气会更丰富，因此不如柴油贵。此外，在一些应用中天然气可更清洁地燃烧。
[0003]天然气通常径向地导入发动机的气缸中，以随着相关的活塞朝上止点(TDC)位置移动而与其中的空气混合。在一些应用中，天然气喷嘴定位成穿过位于发动机气缸套的环形表面内的已有空气输入端口喷射气态燃料。尽管在一定程度上有效，但在该位置喷射气态燃料也会是低效的。特别地，一些喷射的气态燃料会经同一空气输入端口退出(或经另一空气输入端口退出)到相关的气室中。此外，在该位置喷射引起喷射正时提前，这会允许一部分喷射的燃料经由仍打开的排气门离开气缸。在任一状况下，都会浪费一部分气态燃料。
[0004]1991年7月30日公布的Welch等人的美国专利5，035，206 ( “ ’ 206专利”)中公开了一种示例性的双燃料天然气/柴油发动机。该发动机包括气缸、气缸内的活塞、气缸周围的未被活塞的向下运动覆盖的输入端口。风机迫使空气通过输入端口，并且设置了喷射器以用于在各循环期间喷射一次天然气到气缸内。该喷射器具有在进气口上方的位置连通到气缸中的输送管道。当活塞下行时，活塞在开始露出进气口之前完全露出输送管道。在此构型中，天然气的喷射正时设定成尽可能迟，优选在活塞到达下止点(BDC)之后，并且继续到空气进入已由于活塞的向上运动而停止之后为止。该措施确保了大部分空气会在天然气的进入之前充填气缸，用以最大限度地减少天然气的逸散和损失。
[0005]尽管’206专利的发动机可帮助减少天然气的损失，但它仅可应用于空气冷却式发动机和/或新制造的发动机。特别地，’206专利的输送管道可能与具有形成在气缸周围的水套的液体冷却式发动机不兼容。此外，’206专利未提供改造已有的具有输送管道的发动机的方式。此外，在空气导入期间喷射气态燃料仍会导致气态燃料从输入端口逆流出来。
[0006]本发明的发动机系统解决了一个或多个上述问题和/或本领域中的其它问题。
【发明内容】
[0007]在一方面，本发明涉及一种发动机系统。该发动机系统可包括至少部分地限定气缸孔的发动机缸体，和设置在气缸孔内的气缸套。该发动机系统还可包括构造成径向地穿过气缸孔并与气缸套螺纹接合的燃料喷射器。
[0008]在另一方面，本发明涉及另一种发动机系统。该发动机系统可包括至少部分地限定气缸孔的发动机缸体、设置在气缸孔内的气缸套、和位于气缸孔与气缸套之间的水套。该发动机系统还可包括构造成封闭气缸孔的一端的气缸盖、形成在气缸套内的至少一个进气口、和可往复运动地设置在气缸套内的活塞。该发动机系统还可包括燃料喷射器，该燃料喷射器构造成径向地穿过水套和气缸孔以在该至少一个进气口与气缸盖之间的轴向位置处与气缸套螺纹接合。该燃料喷射器构造成在活塞到达上止点之前约100°处该至少一个进气口被活塞封闭时开始喷射燃料，并且在活塞到达上止点之前约120°处活塞覆盖燃料喷射器末端时停止喷射燃料。
[0009]在另一方面，本发明涉及一种用于改造具有燃料喷射器的发动机的方法。该方法可包括径向地钻出穿过发动机缸体与气缸孔相通的第一孔，并且径向地钻出穿过气缸套的第二孔。该方法还可包括对第二孔攻丝，并且使燃料喷射器与第二孔螺纹接合。
【附图说明】
[0010]图1是示例性公开的发动机系统的截面图。
【具体实施方式】
[0011]图1不出了不例性内燃发动机10的一部分。尽管发动机10被不出和描述为二冲程气态燃料发动机，但设想发动机10可以是另一类型的发动机(例如，四冲程气态燃料发动机或二冲程或四冲程双燃料发动机)。发动机10可尤其包括限定至少一个气缸孔14的发动机缸体12。气缸套16可设置在气缸孔14内，并且气缸盖18可与发动机缸体12连接以封闭气缸孔14的一端。活塞20可以可滑动地设置在气缸套16内，并且活塞20可连同气缸套16和气缸盖18 —起限定燃烧室22。设想发动机10可包括任何数量的燃烧室22并且燃烧室22可呈“直列”构型、“V”形构型、对置活塞构型或任何其它合适的构型设置。
[0012]活塞20可构造成在TDC与BDC之间在气缸套16内往复运动。特别地，活塞20可与可旋转地设置在发动机缸体12内的曲轴(未示出)枢转地连接。在此构型中，各活塞20在气缸套16内的滑动运动可引起曲轴的旋转。类似地，曲轴的旋转可引起活塞20的滑动运动。随着曲轴旋转约180°，活塞20可移动通过两个完整行程(即，从TDC到BDC再到TDC)。发动机10 (作为二冲程发动机)在此时间内可经历完整的燃烧循环，其包括做功/排气/进气冲程(TDC到BDC)和进气/压缩冲程(BDC到TDC)。
[0013]在进气冲程的最终阶段期间，空气可经由位于气缸套16的环形表面26内的一个或多个进气口 24吸入和/或压入燃烧室22内。特别地，随着活塞20在气缸套16内向下移动，最终将到达进气口 24不再被活塞20阻塞而是代之以与燃烧室22流体连通的位置。当进气口 24与燃烧室22流体连通并且进气口 24处的空气压力大于燃烧室22内的压力时，空气将经进气口 24进入燃烧室22内。
[0014]气态燃料(例如，天然气)可在空气进入燃烧室22之前、期间和/或之后与空气混合。在所公开的实施例中，单个径向燃料喷射器25位于进气口 24上方(S卩，进气口 24与气缸盖18之间)的轴向距离d处。但是，设想可利用任何数量的喷射器25。距离d可被选择成提供活塞20的移动期间相对于进气口 24的开启和/或关闭的期望喷射正时。在所公开的实施例中，距离d可为约25-40mm且喷射器24可确定时间为在活塞20到达其TDC位置之前的约100-120°喷射燃料。而且，对于内径为约200-250mm的气缸而言，轴向距离d与直径的比例可为约1:5至1:10。如下文将更详细地说明的，该独特比例可提供燃烧室22内促进效率和低排放的期望条件(例如，喷射正时、压力、温度等)。来自喷射器25的气态燃料可在燃烧室22内与来自进气口 24的空气混合而形成燃料/空气混合物。
[0015]在上述压缩冲程的开始期间，空气仍可随着活塞20开始其向上行程而经由进气口 24进入燃烧室22以使任何残留气体与燃烧室22中的空气和燃料混合。最终，进气口 24可由活塞20阻塞，并且活塞20的进一步向上运动可压缩该混合物。随着燃烧室22内的混合物被压缩，该混合物的压力和温度将上升，直至它燃烧并释放化学能。这可引起燃烧室22内的压力和温度的进一步和显著上升。应该指出的是，在双燃料发动机中，可能需要喷射液态燃料(例如，柴油)来使燃烧室22内的混合物点燃。
[0016]在活塞20到达TDC之后，燃烧引起的上升的压力可向下迫压活塞20，由此将机械动力分配给曲轴。在该运动的后期，位于气缸盖18内的一个或多个排气门27可打开，以允许燃烧室22内的加压排气经由相应的排气口 30离开到相关的排气歧管28中。特别地，随着活塞20在气缸套16内向上移动，最终将到达排气门27移动成使燃烧室22与排气口 30流体连通的位置。当燃烧室22与排气口 30流体连通并且燃烧室22中的压力大于排气口30处的压力时，排气将从燃烧室22经排气口 30进入排气歧管28中。在所公开的实施例中，排气门27的移动将例如借助于凸轮(未示出)或与曲轴机械地连接的其它装置被循环地控制。但是，设想如果需要的话，可替代地以非循环方式控制排气门27的移动。还设