对置活塞发动机的燃烧室构造的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种对置活塞发动机，其包括装有气门的汽缸和放置在汽缸孔径内往复运动的一对活塞。当活塞接近孔径内的各自上止点（TDC）位置时，通过对置形状的活塞端部表面限定燃烧室。在扫气结束时，活塞的成形的端部表面与涡流相互作用，以在燃烧室内的充量空气运动中产生湍流；额外的牵连运动包括滚转。燃料沿主轴线被喷射至燃烧室的湍流充量空气运动中。
【专利说明】对置活塞发动机的燃烧室构造
【技术领域】
[0001]本领域涉及内燃发动机的燃烧室。具体地，本领域包括对置活塞发动机的构造，其中燃烧室被限定在活塞的端部表面之间，所述活塞被相对放置在装有气门的汽缸的孔径内。更具体地，本领域包括带有这样燃烧室构造的对置活塞发动机，即所述燃烧室构造在活塞端部表面之间进入汽缸的充量空气内产生滚转运动。
【背景技术】
[0002]按照图1，对置发动机包括至少一个汽缸10，其带有被机械加工成或形成其中的孔径12和纵向布置的进气和排气口 14和16。一个或更更多燃料喷射器17被固定在喷射口内(喷射器被定位的端口)，这些喷射口通过汽缸的侧表面开口。根据现有技术的两个活塞20、22被放置在孔径12内，它们的端部表面20e、22e彼此相对。为方便起见，活塞20由于接近进气口 14被称作“进气”活塞。类似地，活塞22由于接近排气口 16被称作“排气”活塞。
[0003]带有一个或更多个装有气门的汽缸(汽缸带有在其内形成的一个或更多进气和排气口)例如汽缸10的对置活塞发动机的运行被良好理解。就此而言，响应于燃烧,对置活塞从各自的上止点(TDC)位置移开，所述上止点位置是它们在汽缸10内处于其最内部位置的地方。当从上止点TDC移开后，活塞保持其相关联的端口闭合直到它们接近各自的下止点(BDC)位置，所述下止点位置是它们在汽缸内处于其最外部位置的地方。所述活塞可以同相移动以便进气和排气口 14、16—致地打开和关闭。可替代地，一个活塞可以在相位上领先于另一个，在这种情况下，进气和排气口具有不同的打开和关闭时间。
[0004]在许多对置活塞构造中，相位偏移被引入到活塞移动中。例如，假定排气活塞领先于进气活塞并且相位偏移引起活塞围绕它们的BDC位置以这样的顺序移动，其中当排气活塞22移动经过BDC时，排气口 16打开，而进气口 14仍然关闭，以便燃烧气体开始从排气口16流出。当活塞继续彼此远离移动时，进气活塞20移动经过BDC，引起进气口 14打开而排气口 16仍然打开。压缩空气的充量通过打开的进气口 14被迫充入汽缸10，从而驱动排气通过排气口 16排出该汽缸。如图1可见，在活塞进一步移动后，排气口 16先于进气口 14关闭，而进气活塞20继续移动远离BDC。一般地，当新鲜空气的充量通过进气口 14的倾斜开口时，新鲜空气的充量打旋。参考图1，该涡流运动(或简单地，“涡流”)是充量空气围绕汽缸的纵向轴线循环并且通过汽缸10的孔径纵向移动的基本螺旋移动。按照图2，当活塞20、22继续朝TDC移动时，进气口 14关闭，并且在端部表面20e和22e之间压缩保持在汽缸内的涡流充量空气。当活塞接近汽缸孔径内的各自TDC位置时，燃料40被喷射进入这些活塞的端部表面20e、22e之间的被压缩的充量空气30中。随着喷射继续，当活塞20和22移动通过它们各自TDC位置时，空气和燃料的涡流混合物在被限定在端部表面20e和22e之间的燃烧室32内被逐渐增加压缩。当混合物达到点火温度时，该燃料在燃烧室内点火，从而驱动这些活塞朝向其各自BDC位置分离。
[0005]进气口开口和对置发动机的汽缸的几何形状提供了非常有效的平台，用于以涡流的形式产生充量空气的强大流体运动，该涡流促使排气排出(净化)以及燃料至空气的移动(空气/燃料混合)。但是，由涡流支配的充量空气运动会在燃烧期间产生不想要的效果。例如，在平坦的活塞端部表面所限定的圆柱体燃烧室的燃烧期间，涡流推动火焰朝向汽缸孔径，从而引起热散失到(相对地)较冷的汽缸壁上。在汽缸壁附近出现了涡流的更高速度矢量，这提供了热散失的最差情况:高温气体具有将热量传递至汽缸壁并且降低发动机热效率的速度。活塞端部表面的外周也接收相对高的热负载，这导致当润滑油在高发动机温度下分解时，形成保留在活塞/汽缸界面内的固态油焦残留。相应地，在这种对置发动机内，希望当喷射开始时保持充量空气湍流，而在燃烧开始时缓和由涡流产生的不想要的效果。
[0006]当开始燃料喷射时，希望在充量空气运动中产生湍流，以便促进燃料和空气更均质的混合，这进而产生比其他方式所出现的更完全和更均质的点火。
[0007]在某些对置活塞燃烧室构造中，充量空气湍流由挤流产生，挤流从燃烧室外周按汽缸的径向方向流向汽缸轴线。挤流由压缩空气的运动产生，所述压缩空气从在活塞端部表面外周的相对高压区域移至由在至少一个活塞端部表面内所形成的碗生成的低压区域。挤流促进燃烧室内的充量空气湍流。例如，美国专利6.170，443公开了带有一对对置活塞的汽缸，所述活塞具有互补的端部表面构造。在一个端部表面内所形成的圆形凹面关于它的活塞轴线对称，并且上升到在它的中心的一个点。对置端部表面的外周具有凸形，在该凸形的中心形成半环面(半环形)的沟槽。当活塞接近TDC时，它们限定大体上呈环形的燃烧室，燃烧室的中心在汽缸的纵向轴线上。燃烧室被圆周的挤压带围绕，所述挤压带被限定在凹面形状和凸面形状之间。当活塞接近TDC时，所述挤压带生成进入环形沟槽的向内指向的挤流，并且形成“接近上止点的高强度涡流”。参见‘443专利的19栏第25-27行。燃料按孔径的径向方向被喷射进入到环形燃烧室。
[0008]期望增加燃烧室内的充量空气的湍流，以便产生更均质的空气和燃料混合物。仅由涡流或者挤流支配的充量空气运动确实实现一定程度的湍流。然而，期望当喷射开始时形成充量空气运动的额外分量，以便产生充量空气的更多湍流，从而获得比仅用涡流或挤流能获得的要好的空气/燃料混合。
【发明内容】
[0009]关于上述目标完成的本发明的一个方面是使活塞端部表面限定燃烧室，该燃烧室形成除涡流和挤流之外的充量空气运动分量。优选地，额外的充量空气分量包括滚转运动。
[0010]关于上述目标完成的本发明的另一个方面是使活塞端部表面限定燃烧室，该燃烧室与涡流和挤流相互作用，从而在该燃烧室内产生充量空气运动内的一个或更多滚转分量。优选地，滚转是充量空气围绕汽缸孔径的直径循环的移动。
[0011]在优选构造中，由燃烧室在对置活塞内由如下燃烧室产生滚转，所述燃烧室限定具有双向锥体的细长形状，所述双向椎体在活塞接近TDC时被限定在活塞相对端表面之间。
[0012]在第一优选构造中，一对对置活塞具有互补对置端部表面。在一个端部表面内所形成的碗具有大致的凹面部分，该部分接收对置端部表面的大致的凸面部分。凸面部分内所形成的细长裂口沿端部表面的直径方向延伸，在横截面上对称弯曲，并且具有在俯视时中心宽两端较窄的对称双向锥形的大致椭圆形状，这在活塞接近TDC时通过碗的凹面部分限定了细长、锥形的燃烧室。
[0013]在第二优选构造中，一对对置活塞具有互补对置端部表面。活塞端部表面结构基本相同，每个均包括分成第一和第二区域的四个扇形体，所述第一和第二区域被布置在细长椭圆形主轴线的各侧上，每个区域均具有从端部表面外周朝向活塞内部向内弯曲的第一扇形体，以及从端部表面外周向外突出的第二扇形体，并且所述区域被布置以便第一部分的第一和第二扇形体面朝第二区域的第二和第一扇形体。活塞端部表面按汽缸孔径旋转取向，以便互补对齐端部表面，并且在活塞接近TDC时限定大致椭圆形燃烧室。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是具有现有技术的对置发动机的汽缸的侧截面部分示意图，对置活塞接近各自的下止点位置，并且图1被适当地标记为“现有技术”。
[0015]图2是图1具有现有技术的汽缸的侧截面部分示意图，这些对置活塞接近各自的上止点位置，在这些位置处活塞的平坦端部表面限定燃烧室，并且图2被适当地标记为“现有技术”。
[0016]图3A和3B分别是一对互补活塞端部表面的第一活塞端部表面的端视图和透视图，该对互补活塞端部表面共同限定第一燃烧室构造。
[0017]图3C和3D分别是一对互补活塞端部表面的第二活塞端部表面的端视图和透视图，该对互补活塞端部表面共同限定第一燃烧室构造。.[0018]图4A、4B、和4C是示出对置活塞发动机的操作顺序的侧截面图，该对置活塞发动机包括根据图3A-3D的一对活塞。
[0019]图5A是图4C 一部分的放大视图，更详细地示出第一燃烧室构造。图5B与图5A所示相同，示出燃烧室内的挤气和滚转气流。
[0020]图6是图3C和3D的活塞端视图，其示出在其中所形成的细长裂口的凸形端部表面以及细长锥形燃烧室内的燃料喷射模式。
[0021]图7A和7B是图6活塞端部表面图的示意图，示出该端部表面和挤流之间的相互作用，图7A不带有涡流，而图7B带有涡流。
[0022]图8A和SB分别是第二活塞端部表面构造的平面图和透视图，其示出相同的活塞端部表面，该表面形成用于限定燃烧室构造。
[0023]图9A、9B、和9C是示出对置活塞发动机的操作顺序的侧截面图，该发动机包括根据图8A和8B带有端部表面的一对活塞。
[0024]图10是图9C的一部分放大图，更详细地示出包括滚转气流的第二燃烧室。
[0025]图11是具有根据图8A所示的端部表面的活塞端视图，示出被放置形成于其中的细长椭圆形的主轴各侧上的第一和第二区域，以及椭圆形燃烧室内的燃料喷射模式。
[0026]图12A和12B是图11所示活塞端部表面的示意图，示出该端部表面和挤流之间的相互作用，图12A不带有涡流，而图12B带有涡流。
【具体实施方式】
[0027]在待被描述的构造内，内燃发动机包括具有在汽缸侧壁形成或机械加工的纵向分离的排气和进气口的至少一个汽缸。一对活塞被对置放置在该汽缸的孔径内，并且燃烧室被限定在这些活塞朝向各自上止点位置移动时的这些活塞的对置端部表面之间。圆周区域在端部表面中的每个上限定外周。燃烧室结构包括孔径内的腔体或空间(由活塞的对置端部表面限定)，其至少在平面上具有带有椭圆外观的细长沟槽样形状。细长燃烧室形状按汽缸直径方向延伸，并且在细长方向上具有“主”轴线并且在空间的中心截面内具有“次”轴线，其中主轴线的长度大于次轴线的长度。燃烧室具有至少一个开口，通过该开口(下文称“喷射口”)燃料被喷射，其与主轴线对齐并且通向腔体。优选地，燃烧室具有与主轴线对齐并且通向腔体的两个喷射口。
[0028]在内燃发动机的运行期间，当这些活塞靠近TDC时，一个或更多个挤气区引导压缩空气的气流(被称为“挤流”)在至少一个方向进入燃烧室，该方向相对于孔径的直径方向偏移。这个过程被称为“生成挤流”。端部表面生成挤流的部分被称为挤流表面，被限定在挤流表面之间的通道被称为挤流通道。挤流通过燃烧室腔体内的一个或更多弯曲表面偏置或重新定向，进入在腔体内循环的至少一个滚转运动。
[0029]当活塞朝向TDC移动时，待描述的每个构造在开始喷射时在燃烧室内产生不同的流体运动，这是由在扫气结束时汽缸内的充量空气的涡流与活塞端部表面的相互作用所致。通过压缩过程中与活塞端部表面相互作用，充量空气角动量的整体数量级下降，但是端部表面的形状提供了围绕滚转轴施加扭矩的机构，并且还限制充量空气/燃料混合物进入中心定位的燃烧室，这样在活塞接近TDC时，同时修正了内部涡流并且产生滚转运动。
[0030]在以下描述中，“燃料”是能够用于对置活塞发动机中的任何燃料。该燃料可以为相对均质的合成物，或混合物。例如，该燃料可以是通过压缩点火可点燃的柴油燃料或任何其它燃料。此外，本描述考虑空气/燃料混合物的压缩造成的点火；然而，希望提供附加的机构，例如，点火塞以协助压缩点火。本描述考虑了当对置活塞位于或接近TDC位置时，燃料喷射进入燃烧室内的压缩气体内。该气体优选为加压的环境空气；然而，它可包括其它成分，比如排气或其它稀释剂。在任何这种情况下，该气体被称为“充量空气”。
[0031]第一燃饶室构造:图3A-3D图示说明了带有互补活塞端部表面的活塞冠，这些端部表面用于在对置活塞发动机的装有气门的汽缸内限定第一燃烧室构造。一个活塞冠具有包括外周的端部表面结构，该外周围绕限定凹表面的碗，所述凹表面远离外周朝向安装或者形成活塞冠的活塞内部弯曲。另一活塞冠具有包括外周的端部表面结构以及沿活塞直径方向延伸的细长裂口，该外周围绕从活塞内部向外突出的凸出部分，其中活塞冠安装和形成于活塞内部。凹表面接收凸表面，并且达到细长裂口，从而与其限定燃烧室。优选地，限定在两个端部表面之间的燃烧室空间具有是或者非常接近于细长的椭圆形柱体的方面，从而提供大体上对称的几何形状以加强并保持滚转运动。
[0032]在图3A-3D所示具有互补形状的对置活塞端部表面之间限定第一燃烧室构造。按照图3A和图3B，活塞冠包括俯视时具有一般的圆形配置的第一活塞端部表面182a，该配置包括限定第一端部表面外周181的平坦圆周区域。外周181围绕由大致凹面部分183所构成的碗。在碗的外周181和外部内形成直径对置的切口 184。按照图3C和图3D，活塞冠包括在平面内具有大致圆形配置的第二活塞端部表面182b，其包括限定第二端部表面外周185的平坦圆周区域。外周185围绕大致凸面部分186，在该凸面部分186中形成细长裂口188。按照图3C，在平面视图内细长裂口具有椭圆外观。细长裂口 188具有与第二端部表面182b直径共线的主轴线187。细长裂口 188关于主轴线187对称。外周185内所形成的直径对置的切口 189沿主轴线187对齐，并且通向裂口部分188。
[0033]现在参考图4A，在接近装有气门的汽缸120内的各个BDC位置，示出包括第一和第二端部表面182a和182b的包括冠的两活塞180a和180b。活塞在汽缸120的孔径内共同旋转取向，以便对齐互补的端部表面182a和182b ;也就是，端部表面182a的切口 184与端部表面182b的切口 189对齐，每个切口对184、189被设置成与喷射口 165对齐，这些喷射口通向汽缸120侧壁。当排出的燃烧产物通过排气口 126流出汽缸时，充量空气通过进气口 124进入汽缸120。为了扫气和/或空气/燃料混合，造成充量空气在经过进气口 124时打旋。当按照图4B活塞180a和180b从BDC朝向TDC移动时，进气和排气口 124和126关闭，并且在端部表面182a和182b之间的涡流充量空气被增加压缩。参考图4C和5A，当活塞180a和180b接近TDC时，在端部表面182a和182b之间限定燃烧室200。燃烧室200具有限定在凹表面183中心部分和细长裂口 188之间的腔体。当活塞180a和180b移动通过其各自TDC位置时，对置凹凸表面位置183、186彼此啮合，从而给出细长的、双向锥形的燃烧室200空间。
[0034]按照图5A和图6，燃烧室的腔体由细长沟槽188上方的凹面圆顶状盖子183构成，该腔体在截面对称弯曲，并且在平面内具有中心宽两端较窄的对称双向锥形的椭圆形。燃烧室在主轴线202上的直径对置外周位置之间延伸，该主轴线与汽缸120的直径共线。在燃烧室200的每个较窄端部处，外周181和185内的对置切口 184、189对将喷射口 203限定在室200内。
[0035]如图5B所示，当活塞180a、180b接近TDC时，被压缩充量空气从端部表面外周，流经限定在凹凸表面部分183、186之间的对置弯曲挤流区域。同时，较接近汽缸120纵向轴线123的压缩的空气继续打旋。涡流和挤流的相互作用在燃烧室200的每个端部处产生滚转。由参考符号216指示滚转。每个滚转分量具有围绕主轴线202循环的移动。也就是，滚转围绕与主轴线共线的汽缸120直径循环。
[0036]图7A和图7B示出端部表面和充量空气之间的互相作用。图7A示出挤流212、214在无充量空气涡流的情况下进入燃烧室200。图7B示出挤流212和214如何影响涡流217以及如何受涡流217影响。当活塞朝向TDC移动时，挤压区域(参看图5B在对置的凹凸表面对183、186之间)局部地产生高压，当活塞朝向TDC移动时，该高压引导充量空气的挤流进入燃烧室200的中心区域。就此而言，参考图5A和7A，在喷射开始时，当活塞180a和180b接近它们各自的TDC位置时，凹凸表面部分183、186生成进入燃烧室200的挤流212、214。如图5B所示，这些挤流相互对置。参考图7B，当涡流217被添加到充量空气运动时，涡流运动，取决于它的强度，抵消或克服在燃烧室区域218内的挤流，并且增强在燃烧室区域219之间的界面处的挤流。这些涡流加挤流相互作用生成围绕主轴线202的各自反向旋转滚转运动，也就是，如果一个滚转旋转CW，则另一个旋转CCW。每个滚转运动位于接近燃烧室200的各个端部。充量空气在燃烧室200中心部分继续打旋。
[0037]因此，响应于涡流充量空气，第一燃烧室构造在燃烧室的每个端部处产生滚转。燃烧室的每个端部处的滚转流均为相反方向，所以整体效果是为整个中心燃烧室产生具有零净滚转的反向旋转滚转流。
[0038]参考图5A和图6，通过对置喷射器150，将燃料148喷射至燃烧室空间200内的充量空气。根据第一构造，燃烧室基本相对于汽缸120和活塞180a和180b的纵向轴线居中。当活塞180a和180b接近TDC时，至少一对对齐的切口 184、189限定通向燃烧室腔体200的至少一个喷射口 203。至少一个喷射口 203位于或者接近燃烧室200的一个端部，与其中的主轴线202对齐，以便燃料泵148被限制在燃烧室内。优选地，两喷射口 203被提供在燃烧室腔体200的每个端部处，与主轴线202对齐，燃料通过两对置喷射器150的喷射口喷射。
[0039]在一些方面，希望喷射至少一种燃料喷雾进入具有细长的椭圆形状的燃烧室；然而，优选的喷射一对相对的燃料喷雾进入湍流充量空气运动，其中通过涡流加挤流相互作用在燃烧室内生成该运动。该相对的喷雾在燃烧室内相遇并且形成燃料云，由于湍流作用，该云很好地与被压缩的充量空气混合。参考图6，该图是位于或接近汽缸120的纵向中点的部分视图，直接从朝向设置在孔径内的活塞端部表面182b进入汽缸的孔径121并且在它和未看到的活塞端部表面182a限定燃烧室200的位置观察。根据第一构造，燃烧室200基本上相对于汽缸轴线123纵向居中。燃料喷射器150和布置在喷射口 165的喷嘴尖端151—起被定位。每个喷射器喷嘴尖端有一个或更多孔，通过这些孔燃料148通过各自的喷射口喷射到燃烧室200。优选地，每个喷射器尖端151以发散模式喷洒燃料148，其与喷射口 203对齐并且穿过沿椭圆燃烧室200主轴线202的喷射口 203，进入该燃烧室中心部分。优选地，相对喷雾模式的燃料被喷射进入燃烧室200内的湍流空气运动。在一些方面，相对喷雾模式在位于或接近燃烧室的中心相遇，并且形成与具有复合湍流运动的充量空气混合的一种云，该湍流运动包括涡流和滚转分量。优选地，但不是必须地，燃料喷射器150被布置成使其轴线A彼此对齐并且与孔径121的直径方向对齐。这样引起喷射器尖端沿着与该主轴线202对齐的汽缸1220直径被对置取向。
[0040]第二燃烧室构造:图8A和图SB示出具有活塞端部表面的活塞冠，用于限定具有细长椭圆形的第二燃烧室构造结构。通过对置活塞的互补端部表面结构限定燃烧室，其中该互补端部表面结构被放置在对置活塞发动机的装有气门的汽缸内。相同的大致对称结构被形成在对置活塞的端部表面，并且活塞被旋转地取向以放置对置表面的互补特征。
[0041]活塞冠具有图8A和图8B所示的活塞端部表面结构。活塞端部表面382包括分成第一和第二区域384a和384b的四个扇形体,所述两区域被放置在细长椭圆形主轴385的各侧上，每个区域具有向内弯曲的第一扇形体387以及从端部表面外周388向外突出的第二扇形体389，所述向内弯曲从端部表面外周388朝向安装或者形成了活塞冠的活塞内部。这样布置所述区域，以便第一部分384a的第一和第二扇形体面朝第二区域384b的第二和第一扇形体。形成于端部表面382外周的对置切口 390与主轴线385对齐。
[0042]按照图9A，活塞280在汽缸220的孔径221内旋转定向，其中端部表面382放置在活塞280上，以便端部表面互补对齐；也就是，一个端部表面382的第一和第二扇形体朝向其他端部表面382的第二和第一扇形体。充量空气通过进气口 224被迫进入汽缸，而排气产物通过排气口 226流出汽缸。为了扫气和空气/燃料混合，充量空气在通过进气口 224时形成涡流。按照图9B所示，当活塞280从BDC向TDC移动时，进气和排气口 224和226被关闭并且在端部表面382被逐渐增加压缩。参考图9B和9C，当活塞280接近TDC时，被压缩空气从端部表面外周流经凹凸表面对387、389之间所限定的挤流通道399 (最佳如图8A和图8B所示)。这些受挤压的空气流入燃烧室空间400，该燃烧室空间400具有被限定在端部表面382之间的腔体。同时，较接近汽缸纵向轴线的被压缩充量空气继续打旋。当活塞280移动通过它们各自的TDC位置时，对置凹凸表面387、389彼此啮合，给予燃烧室腔体细长的，大致椭圆形状。端部表面382中的对置切口 390对限定喷射口 403，其在椭圆形的对置极点位置处通向燃烧室400。按照图11，燃烧室400的直径对置端部处的喷射口 403与燃烧室400的主轴线402对齐。
[0043]参考图10，当活塞280接近TDC位置时，被压缩充量空气从端部表面的外周流向燃烧室400。同时，较接近汽缸220纵向轴线223的被压缩空气继续打旋。涡流和挤流的相互作用在燃烧室400的每个端部处产生滚转，由标识号416指示滚转。每个滚转分量具有围绕主轴线402循环的移动。也就是，滚转分量围绕与主轴线共线的汽缸220直径循环。
[0044]图12A和图12B示出端部表面382和充量空气之间的互相作用。图12A示出挤流在无充量空气涡流的情况下进入燃烧室400 ;图12B示出挤流如何影响涡流以及如何受到涡流影响。当活塞朝向TDC移动时，挤压区域(在对置的凹凸表面对387、389之间，参看图8A和图8B)产生局部高压，该高压引导充量空气的挤流进入燃烧室400的中心区域。就此而言，参考图10和图12A，在喷射开始时，当活塞接近它们各自的TDC位置时，凹凸表面对生成进入燃烧室400的挤流441、442。这些挤流彼此相对。按照图12A，挤流441和442弯曲进入燃烧室400的腔体，在该处挤流趋于按相反方向旋转。参考图12B，当涡流417被添加至充量空气运动时，涡流运动，取决于它的强度，抵消或克服在燃烧室区域418内的挤流，并且增强在燃烧室区域419之间的界面处的挤流。这些涡流加挤流相互作用生成围绕主轴线402的各自反向旋转滚转运动；也就是，如果一个滚转旋转CW，则另一个旋转CCW。每个滚转运动位于接近燃烧室400的各个端部。充量空气在燃烧室400中心位置中继续打旋。
[0045]因此，响应于涡流充量空气，由于两互补相邻扇形体挤流，第二燃烧室构造在燃烧室的每个端部处产生滚转的气流运动。滚转流均按相反方向循环，所以整体效果是为整个中心燃烧室产生具有零净滚转的反向旋转滚转流。
[0046]参考图10和图11，通过对置喷射器250，将燃料248喷射至燃烧室空间400内的充量空气。根据第二构造，燃烧室基本关于汽缸和活塞的纵向轴线居中。当活塞接近TDC时，至少一对对齐的切口限定通向燃烧室腔体400的至少一个喷射口 403。至少一个喷射口403位于或者接近燃烧室的一个端部，与其中的主轴线402对齐，以便燃料泵248被限制在燃烧室的相对侧之间并由其引导。优选地，两喷射口 403被提供在燃烧室腔体400的每个端部处，并且与其中的主轴线402对齐，燃料通过两对置喷射器250的喷射口喷射。
[0047]在一些方面，希望喷射至少一种燃料喷雾进入具有细长的椭圆形状的燃烧室。然而，优选的是喷射一对相对燃料喷雾进入由涡流加挤流相互作用在该燃烧室内生成的湍流充量空气运动，在这里该相对的喷雾在该燃烧室内相遇并且形成燃料云，由于湍流作用，该云很好地与被压缩的充量空气混合。参考图11，该视图是位于或接近汽缸220的纵向中点的一部分视图，直接从朝向设置在孔径中的活塞端部表面382进入汽缸的孔径221并且在它和未看到的活塞端部表面限定燃烧室400的位置上观察。根据第二构造，燃烧室400基本上相对于汽缸轴线223纵向居中。燃料喷射器250和布置在喷射口 265处的喷嘴尖端251—起被定位。每个喷射器喷嘴尖端有一个或更多孔，通过这些孔，燃料248通过各自的喷射口喷射到燃烧室200。优选地，每个喷射器尖端251以发散模式喷洒燃料248，其与喷射口 403对齐并且穿过沿椭圆燃烧室400主轴线402的喷射口 403，进入该燃烧室400的中心部分。优选地，相对喷雾模式的燃料被喷射进入在燃烧室400内的湍流空气运动。在一些方面，相对喷雾模式在位于或接近燃烧室的中心相遇并且形成燃料的云，该云与充量空气混合，该充量空气具有包括涡流以及滚转分量的复合的湍流运动。优选地，但不是必须地，燃料喷射器250被布置成使其轴线A彼此对齐并且在孔径221的直径方向上。这样造成喷射器尖端沿汽缸220直径对置定向，汽缸220的直径与该主轴线402对齐。
[0048]在对置活塞发动机开始点火时，由涡流充量空气产生复合的、湍流充量空气运动的策略是基于这样的燃烧室构成，即该燃烧室具有细长的锥形，主轴线在两对置活塞端部表面之间。尽管有许多方式形成这样的带有一对对置活塞的燃烧室形状，但是描述和说明了两种构造。当活塞朝向TDC移动时，由于活塞端部表面扫气结束时，汽缸内的涡流的相互作用，两种燃烧室构造中的每个均在开始喷射时，在燃烧室内产生复合充量空气运动。由于压缩过程中与活塞端部表面相互作用，角动量的整体数量级下降，但是端部表面的形状提供了围绕一种或更多滚转轴施加扭矩的机构，以及限制充量空气进入位于中心的燃烧室，这样在活塞接近TDC时，同时修正了内部涡流并且产生滚转运动。
[0049]通过铸铁和/或机械加工金属材料制造活塞和有关汽缸。例如，活塞可以由被组装到活塞冠的活塞裙组成，在该活塞冠上形成活塞端部表面。活塞冠可包含高碳钢，例如41-40或43-40，并且该活塞裙可以使4032-T651铝来形成。在这种情况下，汽缸优选地包含铸铁化合物。
[0050]尽管参考优选构造描述了本发明，但应理解在不背离本发明精神的情况下，能够做出各种修正。因此，本发明仅由以下权利要求限定。
【权利要求】
1.一种内燃发动机的燃烧室构造，其包括带有纵向分离的排气和进气口(126、124)的至少一个汽缸(120)，和在所述汽缸孔径内彼此相对放置的一对活塞，其中: 所述活塞具有成形的端部表面(182&、18213;382、382)，所述成形的端部表面限定了燃烧室(200、400)，所述燃烧室具有带有至少一个喷射端口(203、403)的细长锥形，其中当所述活塞接近所述汽缸内的上止点，即TDC位置时，所述至少一个喷射口与所述燃烧室的主轴线(202、402)对齐；以及 所述汽缸包括至少一个燃料喷射器端口( 165,265),所述燃料喷射器端口在与所述燃烧室的所述喷射口对齐的位置处沿所述汽缸径向延伸。
2.根据权利要求1所述的燃烧室构造，其中在第一端部表面(182a、382)的第一形状(183,384a)和在所述第二端部表面(182b,382)中与所述第一形状互补的第二形状(186、.384b)之间限定所述细长锥形。
3.根据权利要求2所述的燃烧室构造，其中第一端部表面(182a)包括限定凹表面的碗(183)，而第二端部表面(182b)包括在凸表面(186)内形成的在平面内为大致椭圆形的细长裂口(188)。
4.根据权利要求2所述的燃烧室构造，其中每个端部表面(382)包括被放置在所述细长锥形的主轴线(385)各侧上的第一和第二区域(384a、384b)，每个区域均具有从所述端部表面外周朝向所述活塞内部向内弯曲的第一部分(387 )和从所述端部表面外周向外突出的第二部分(389)，并且所述区域被布置，以便所述第一部分的第一和第二部分面朝所述第二区域的第二和第一部分。
5.一种对置活塞内燃发动机，包括权利要求1-4任一项的所述燃烧室构造。
6.一种运行包括权利要求2所述燃烧室的对置内燃发动机的方法，当所述活塞朝向所述孔径内的各自上止点位置移动时，在所述活塞的所述端部表面之间形成具有细长锥形的燃烧室(200、400)，响应于涡流充量空气(217、417)在所述燃烧室内生成各自的充量空气的滚转运动(216、417)，以及将燃料(148、248)喷射至所述燃烧室。
7.根据权利要求6所述的方法，其中将燃料充量(148、248)喷射至所述燃烧室包括沿所述细长锥形的主轴线(187、202)喷射所述燃料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中将燃料充量喷射至所述燃烧室包括沿所述主轴线喷射相对的燃料喷雾。
9.根据权利要求6所述的方法，其中生成各自滚转运动包括在所述燃烧室相对端部生成各自的反向旋转滚转运动。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将燃料充量喷射至所述燃烧室包括沿所述主轴线喷射相对的燃料喷雾。
11.根据权利要求6所述的方法，其中在形成燃烧室(200、400 )之前，涡流运动(217、.417)被强加在进入所述孔径内的充量空气上，当形成所述燃烧室时，挤流运动(212、214 ；.441,442)被强加在涡流充量空气上，并且通过所述挤流和涡轮运动的相互作用生成所述反向旋转的滚转运动(216、416)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将燃料充量(148、248)喷射至所述充量空气包括沿旋转的滚转轴(187,202)喷射相对的燃料喷雾。
13.根据权利要求6所述的方法，其中在形成燃烧室(200、400)之前，涡流运动(217、417)被强加在进入所述孔径内的充量空气上，并且通过所述涡轮运动与所述端部表面(182a、182b ;382、382)的相互作用生成所述反向旋转的滚转运动(216、416)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将燃料充量喷射至所述充量空气包括沿旋转的滚转轴喷射相对的燃料喷雾。`
【文档编号】F02B23/06GK103562515SQ201280024133
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月18日
【发明者】T·M·伯顿, F·G·勒东 申请人:阿凯提兹动力公司