用于具有成形的燃烧室的对置活塞发动机的双燃料构造
【专利说明】用于具有成形的燃烧室的对置活塞发动机的双燃料构造[0001 ]相关申请
[0002]本申请包括与于2011年8月15日提交的并且于2012年3月29日公开为美国2012/0073541的主题相关的主题。
【背景技术】
[0003]本领域一般涉及使用多燃料燃烧以给压缩点火类型的发动机供电。更具体地，本领域涉及两冲程循环对置活塞发动机，其被装备用于在活塞达到上止点(TC)之前的压缩冲程期间将气体燃料的主充量喷射到汽缸中，以及将液体燃料的导引充量喷射到成形的燃料室中以点火主充量。
[0004]出于性能和成本原因，可有利地将一种以上的燃料结合到高功率密度发动机的燃烧系统中。例如，可通过使用气体燃料(诸如天然气(NG))提供主燃料充量以及少量更具活性的液体燃料(诸如柴油)以点火主燃料充量，从而降低压缩点火发动机的操作成本。
[0005]在传统压缩点火(CI)发动机中，单个活塞可滑动地设置在汽缸中。活塞在汽缸中的其中活塞顶最靠近汽缸盖的上止点位置以及其中所述顶离汽缸盖最远的下止点(BC)位置之间移动。当活塞在其压缩冲程期间朝向TC移动时，所述活塞压缩被引入汽缸中的空气。空气的压缩使其温度上升。在活塞靠近其压缩冲程的顶端时，燃料被喷射到加热的空气中。压缩空气的升高的温度导致燃料的自动点火，由此，燃料自身点火和燃烧，从而释放能量并在动力冲程中驱动活塞朝向BC。
[0006]在被构建用于压缩点火的两冲程循环、对置活塞发动机中，两个活塞可滑动地顶对顶(crown-to-crown)设置在汽缸的孔中，所述汽缸具有靠近每个活塞的BC的进气端口和排气端口。在发动机操作期间，当活塞在它们的TC和BC位置之间，朝向和远离彼此在孔中相对移动时，由所述活塞的移动控制端口。当活塞在压缩冲程期间朝向它们的相应TC位置移动时，由所述活塞压缩被引入汽缸中的空气。发动机通常具有一个或多个液体燃料喷射器，其在靠近活塞顶的TC位置的位置处安装到汽缸。喷射的燃料与压缩的空气混合并且空气/燃料混合物自动点火，从而驱动活塞在朝向它们的BC位置的做功冲程中远离彼此。
[0007]共同转让的美国专利7，270，108描述了两冲程循环对置活塞发动机，其中早期在压缩冲程中的液体燃料主充量的喷射提供了至冲程几乎完成时的更加完整的燃料蒸发。喷射到靠近活塞的TC的压缩的空气/燃料混合物的燃料的导引充量启动主充量的点火。导引喷射的控制实现主燃料充量的点火的精准正时。
[0008]期望在压缩冲程期间促进汽缸孔中增压空气的整体运动的湍流，以便使空气与燃料混合以便为燃烧做准备。有助于湍流的增压空气运动的成分包括涡流和挤流。在一些方面中，活塞顶的端面被制作有形状和轮廓，其经设计与这些成分交互以便产生诸如翻滚(tumble)的附加整体运动分量。相关地，燃烧室已经构造为产生复杂的湍流以便增大混合过程的均匀性。例如，参见在US 2011/0271932和W0 2012/158756中描述的燃烧室构造。
[0009]在对置活塞发动机运行时，每当在发动机操作的每个周期活塞到达靠近汽缸中心时，就形成燃烧室。通常，喷射器或一个以上的喷射器在活塞的TC处或非常靠近活塞的TC处安装到汽缸。结果，当活塞在TC处时，喷射器头紧邻形成于活塞顶之间的燃烧室定位。为了避免喷射器头和活塞顶之间任何可能的干扰问题，小心的设计计划是必需的。当使用多个喷射器(可能超过两个)时，喷射器位置是关键的，特别是考虑到由燃烧室构造施加的约束。如果不同类型的燃料输送设备被结合到燃料输送系统中，则该问题在被构建用于多燃料燃烧的对置活塞发动机中可能是复杂的。
【发明内容】
[0010]一种操作具有汽缸、在汽缸孔中的一对对置活塞以及由活塞控制的间隔开的进气端口和排气端口的多燃料对置活塞压缩点火发动机的方法，其包括将空气引入活塞之间的汽缸中，在压缩冲程中朝向彼此移动活塞，以及通过在汽缸上的进气端口和排气端口之间的第一喷射位置将气体燃料的主充量喷射到汽缸中的活塞之间。响应于活塞的移动，气体燃料的主充量与增压空气混合并通过增压空气压缩。当活塞接近相应上止点位置时，包含气体燃料和增压空气的压缩的混合物的成形的燃烧室在活塞的端面之间形成。通过汽缸上的第二喷射位置将可操作用于点火气体燃料和空气的压缩的混合物的液体燃料的导引充量喷射到燃烧室中。
[0011]对置活塞压缩点火发动机包括汽缸;一对对置活塞，其可滑动地设置在汽缸中；靠近汽缸的相应端部的间隔开的进气端口和排气端口 ；至少一个气体燃料喷射器，其通过进气端口和排气端口之间的汽缸中的喷射位置与汽缸孔连通；以及汽缸中的至少一个液体燃料喷射器，其与当活塞靠近上止点位置时形成于汽缸中的成形的燃烧室连通。耦接到至少一个气体燃料喷射器且耦接到至少一个液体燃料喷射器的燃料喷射系统可操作用于当活塞处于底部位置和顶部位置之间时，使得至少一个气体燃料喷射器将气体燃料喷射到汽缸中，以及当活塞靠近上止点位置时，使得至少一个导引燃料喷射器将液体燃料喷射到燃烧室中。
【附图说明】
[0012]图1是对置活塞发动机的示意性示图且被适当地标记为“现有技术”。
[0013]图2A和图2B为一对对置活塞的等距示图。
[0014]图3A为被装备用于多燃料操作的对置活塞发动机的汽缸的侧截面图，其示出压缩冲程中BC和TC位置之间的对置活塞。
[0015]图3B为图3A的汽缸的侧截面图，其示出靠近压缩冲程后期的相应TC位置的对置活塞。
[0016]图4为图2A的活塞的端视图，其示出在其TC位置处或靠近其TC位置处的端面。
[0017]图5为被装备用于多燃料操作的对置活塞发动机的燃料喷射系统的方框图。
[0018]图6为不出图5的燃料喷射系统的控制的图表。
[0019]图7A和图7B为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第一可选实施例的概念性示意图。
[0020]图8为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第二可选实施例的概念性不意图。
[0021]图9为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第三可选实施例的概念性不意图。
[0022]图10A和图10B为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第四可选实施例的概念性示意图。
[0023]图11为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第五可选实施例的概念性示意图。
[0024]图12为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第六可选实施例的概念性示意图。
[0025]图13A和图13B为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第七可选实施例的概念性示意图。
[0026]图14A和图14B为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第八可选实施例的概念性示意图。
[0027]图15A和图15B为示出用于压缩点火的对置活塞发动机的多燃料构造的第九可选实施例的概念性示意图。
【具体实施方式】
[0028]两冲程循环发动机为内燃发动机，其通过曲轴的单个完整旋转以及连接到曲轴的活塞的两个冲程来完成做功循环。两冲程循环发动机的一个示例为对置活塞发动机，其中两个活塞在汽缸孔中相对地设置以用于相对方向中的往复移动。汽缸具有位于汽缸的相应端部附近的纵向间隔的进气端口和排气端口。对置