构造成用于在高温燃烧室表面下运行的双循环柴油发动机的制作方法

本发明总体上涉及双循环柴油发动机。特别地，本发明涉及新颖的柴油发动机构型，该新颖的柴油发动机构型允许发动机在下述燃烧室表面温度下运行，该燃烧室表面温度允许发动机在使用具有一系列十六烷(也称为正十六烷)水平的柴油燃料时适当地运转。发动机构型还允许发动机在使用发动机用于航空应用时在所经历的类型的低气压下重新启动。

技术实现要素：

本发明的一个实施方式涉及一种用于在高燃烧室表面温度下运行的双循环柴油发动机。该发动机包括铝发动机机体，该铝发动机机体包括至少一个汽缸，该至少一个汽缸包括第一进入端口和第一排出端口。发动机机体包括用于冷却发动机机体的第一流体流动通道和位于排出端口处以冷却汽缸的靠近排出端口的部分的第二流体流动通道。发动机还包括汽缸套筒，该汽缸套筒具有顶端部和底端部，并且汽缸套筒由金属复合材料制成为包括靠近底端部的第二进入端口和第二排出端口。套筒紧固至汽缸的内部，进入端口流体连通且排出端口流体连通。发动机还包括盖组件，该盖组件与发动机机体接合，该盖组件包括第三冷却流体流动通道。发动机还包括燃料喷射器组件，该燃料喷射器组件包括喷射器喷嘴。该组件由盖组件支撑。喷射器组件包括位于燃料源与喷射器喷嘴之间的燃料流动通道、位于喷射器喷嘴与燃料源之间的返回燃料通道以及位于喷射器喷嘴与燃料源之间的冷却燃料通道。发动机还包括不锈钢防火板，该不锈钢防火板弹性地支撑在汽缸套筒的顶端部与盖组件之间以与燃料喷射器组件配合成封闭汽缸套筒的顶端部。发动机还包括曲轴，该曲轴联接至连杆。发动机还包括铝活塞，该铝活塞具有钛合金冠状部，活塞位于套筒内。活塞连接至连杆，以使冠状部在汽缸套筒的顶部与第二进入端口和第二排出端口的下方之间移动。发动机还包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，涡轮机联接至排出端口。压缩机包括输出部和联接至空气过滤器的输入部。发动机还包括增压器，该增压器包括联接至压缩机输出部和进入端口的压缩机。

本发明的另一实施方式涉及一种用于在高燃烧室表面温度下运行的双循环柴油发动机。该发动机包括铝发动机机体，该铝发动机机体包括至少四个汽缸，所述至少四个汽缸各自均包括第一进入端口和第一排出端口。发动机机体包括用于冷却发动机机体的第一流体流动通道和位于排出端口处以冷却汽缸的靠近排出端口的部分的第二流体流动通道。发动机还包括至少四个汽缸套筒，所述至少四个汽缸套筒各自均具有顶端部和底端部。汽缸套筒由金属复合材料制成为各自均包括靠近底端部的第二进入端口和第二排出端口。套筒紧固至相应的汽缸的内部，进入端口流体连通且排出端口流体连通。发动机还包括至少四个盖组件，所述至少四个盖组件与发动机机体接合，盖组件各自均包括第三冷却流体流动通道。发动机还包括至少四个燃料喷射器组件，所述至少四个燃料喷射器组件包括喷射器喷嘴。所述组件各自由相应的盖组件支撑。喷射器组件各自均包括位于燃料源与喷射器喷嘴之间的燃料流动通道、位于喷射器喷嘴与燃料源之间的返回燃料通道以及位于喷射器喷嘴与燃料源之间的冷却燃料通道。发动机还包括至少四个不锈钢防火板。防火板中的每个防火板均弹性地支撑在相应的汽缸套筒的顶端部与盖组件之间以与燃料喷射器组件配合成封闭相应的汽缸套筒的顶端部。发动机还包括曲轴，该曲轴联接至至少四个连杆。发动机还包括至少四个铝活塞，所述至少四个铝活塞各自均具有钛合金冠状部。活塞位于相应的套筒内并连接至相应的连杆，以使冠状部在汽缸套筒的顶部与第二进入端口和第二排出端口的下方之间移动。发动机还包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮机，涡轮机联接至排出端口中的至少一个排出端口。涡轮增压器还包括压缩机，该压缩机包括输出部和联接至空气过滤器的输入部。发动机还包括增压器，该增压器包括联接至输出部和进入端口中的至少一个进入端口的压缩机。

本发明的另一方面涉及一种发动机单元。该发动机单元包括发动机机体，该发动机机体包括至少一个汽缸。至少一个汽缸包括第一进入端口和第一排出端口。发动机机体包括用于冷却发动机机体的第一流体流动通道和位于排出端口处以冷却汽缸的靠近排出端口的部分的第二流体流动通道。第二流体流动通道包括在第一排出端口的顶部部分的上面通过的第一分支和在第一排出端口的底部部分的下面通过的第二分支。发动机单元还包括汽缸套筒，该汽缸套筒具有顶端部和底端部。顶端部和底端部由金属复合材料制成为包括靠近底端部的第二进入端口和第二排出端口。套筒紧固至汽缸的内部，进入端口流体连通且排出端口流体连通。发动机单元还包括盖组件，该盖组件与发动机机体接合。盖组件包括用于将盖接合至发动机机体的螺纹，并且盖组件包括第三冷却流体流动通道。发动机单元还包括燃料喷射器组件，该燃料喷射器组件包括喷射器喷嘴。该组件由盖组件支撑。喷射器组件包括位于燃料源与喷射器喷嘴之间的燃料流动通道、位于喷射器喷嘴与燃料源之间的返回燃料通道以及位于喷射器喷嘴与燃料源之间的冷却燃料通道。发动机单元还包括不锈钢防火板。发动机单元还包括偏转的贝式垫圈。偏转的贝式垫圈位于盖组件与不锈钢防火板之间。发动机单元还包括密封垫圈。密封垫圈位于不锈钢防火板与汽缸套筒的顶端部之间。密封垫圈、防火板和燃料喷射器组件布置成封闭汽缸套筒的顶端部。发动机单元还包括曲轴，该曲轴联接至连杆。发动机单元还包括铝活塞，该铝活塞具有钛合金冠状部。活塞位于套筒内并连接至连杆，以使冠状部在汽缸套筒的顶部与第二进入端口和第二排出端口的下方之间移动。发动机单元还包括腕销，该腕销在腕销的端部处由活塞支撑并居中。连杆的端部包括鞍状部，该鞍状部以小于180度围绕腕销并且该鞍状部紧固至腕销。发动机单元还包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮机和压缩机，涡轮机联接至排出端口，压缩机包括输出部和联接至空气过滤器的输入部。发动机单元还包括增压器，该增压器包括联接至压缩机输出部和进入端口的压缩机。

替代性示例实施方式涉及如可以在权利要求中总体上阐述的其他特征和特征的组合。

附图说明

通过以下结合附图给出的详细描述，将更全面地理解本申请，在附图中，相同的附图标记指代相同的元件，在附图中：

图1为采用了本发明的内燃发动机的正视图。

图2为沿线ii-ii截取的截面图，其示出了图1的发动机的汽缸盖、汽缸、活塞和连杆。

图3a为沿图2的线iii-iii截取的横截面图。

图3b为图2的冠状部和活塞的俯视立体图。

图3c为图2的活塞和冠状部的立体横截面图。

图4为用于图1的发动机的燃料喷射系统的示意图。

图5为沿图8的线vii-vii截取的横截面图。图5还是图2的一部分的放大视图，其更详细地示出了汽缸、汽缸盖、燃料喷射器和冷却盖。

图6为图1的发动机的燃料喷射器本体的立体图。

图7为沿图6的线v-v截取的横截面图。

图8为图5的俯视图。

图9为采用了本发明的另一内燃发动机的正视图。

图10为图9中示出的发动机的一部分的局部截面图。

图11为图9的发动机的特定部件并且在图10中进一步示出的发动机的特定部件的分解立体图。

图12为图10的一部分的放大图。

图13为根据本发明的另一实施方式的汽缸盖和冷却盖的俯视图。

图14为沿图13的线xv-xv截取的横截面图。

图15为发动机机体的俯视图，其中，汽缸盖被移除并且并发动机机体被切割以观察排出管冷却系统的流动路径。

图16为沿图15的线xvi-xvi截取的横截面图。

图17为图1的发动机的曲轴箱压力调节器的立体图。

图18为沿图17的线iii-iii截取的图17的曲轴箱压力调节器的局部截面侧视图。

图19为图1的发动机的油流动示意图。

图20为图1的发动机的空气流动示意图。

具体实施方式

下面详细论述的发动机构型使用允许发动机使用下述燃烧温度运行的发动机部件构型和材料的各种组合，该燃烧温度允许发动机在使用具有不同十六烷含量的柴油燃料时适当地运转。特别关注的是具有低十六烷水平的柴油燃料。例如，jeta型燃料的astmd1655标准不控制十六烷水平，这导致在相同jeta燃料类型的不同来源之间的高的十六烷变化。十六烷值是柴油燃料的燃烧速度的指标，通常通过柴油燃料燃烧期间的开始喷射与第一可识别压力增大之间的时间段来测量。较高十六烷燃料将具有比较低十六烷燃料短的点火延迟时段。作为参考，当已经喷射到汽缸中的燃料在引起后期冲击波的延迟之后点火时，发生特征性柴油“爆震”。使这种延迟最小致使汽缸中未燃烧的燃料减少并且爆震强度降低。因此，较高十六烷燃料通常使发动机更平稳且更安静地运行。

通常，柴油发动机在使用具有在40与55之间的十六烷值的柴油燃料时运行良好。在欧洲，柴油十六烷值在1994年设定为最小38，在2000年设定为最小40。目前欧盟的最小十六烷值是51。在北美，大多数州采用柴油燃料的最小十六烷值为40，典型值在42至45的范围内。作为另一示例，加利福尼亚要求柴油燃料具有的最小十六烷值为53。

发动机的一个实施方式构造成用作飞行器发动机。当在飞行器中使用时，在各个机场处可用的柴油燃料将变化并且可能具有足够低的十六烷水平以产生差的发动机性能。然而，由低十六烷水平引起的点火延迟可以在一定范围内通过升高柴油发动机的燃烧温度来补偿。然而，将燃烧表面温度升高至有效产生这种补偿的水平不只是仅仅允许发动机更热地运行的问题。相反，升高的温度需要下述发动机，该发动机构造成提供从发动机的适当的热量移除，同时允许燃烧室中的局部温度升高，该燃烧室构造成在更高的温度下运行并且构造成引起燃料-空气混合物的混合和移动/流动，以改善给定温度下的点火。本文中公开的新颖的发动机构型提供了一种能够在低至28的十六烷水平下正常运转的双循环柴油发动机。

图1中示出了内燃发动机10。发动机10为两冲程柴油发动机，该两冲程柴油发动机具有处于v形布置的可操作成驱动螺旋桨411(参见图20)的四个汽缸22。发动机10(以及下面进一步论述的变体310)通常是四缸发动机，在该四缸发动机中柴油燃料直接喷射在每个汽缸的顶部和中央。发动机10的允许这种直接喷射的一个结构特征是发动机10不包括排气阀或进气阀。而是，汽缸和套筒壁中定位有进入端口和排出端口，使得发动机10在活塞26、330处于或接近活塞冲程的底部时排出并吸入新鲜的燃烧空气。为了提高发动机10的性能和效率，使用增压器1、中间冷却器2和涡轮增压器3(在图1和图9中示意性地示出)。特别地，涡轮增压器3联接至排气端口并由来自汽缸的排出能量提供动力。增压器1位于汽缸22之间并且联接在发动机10的输入端口之间，以在运行期间使进入发动机10的汽缸的新鲜空气进一步加压。中间冷却器2联接至涡轮增压器3的输出部和增压器1的输入部。除了提高发动机的性能之外，增压器1与涡轮增压器3和中间冷却器2的组合的增加还减少了发动机启动和重新启动的时间。在一个实施方式中，增压器1使发动机10中的气体开始流动并且使涡轮增压器3加速，这减少了增压器1所需的工作量。作为具体示例，对于飞行器应用，发动机在飞行期间可能需要重新启动。在这种情况下，需要较短的重启时间。理想情况下，重启时间短于飞行器进行意外着陆所需的时间。

参照图2，发动机机体14至少部分地限定曲轴箱18和两组两个汽缸(图1中仅示出了两个汽缸22并且标记为22a和22b。除非描述需要具体参考特定的汽缸，否则汽缸将仅用附图标记“22”表示)。四个汽缸22通常是相同的，并且将仅对一个汽缸进行详细描述。曲轴(未示出)通过压力润滑轴承以可旋转的方式支撑在曲轴箱18内。活塞26在汽缸22中往复运动并经由连杆30连接至曲轴。当活塞26在汽缸22内往复运动时，曲轴旋转。

连杆30包括连接至曲轴的第一端部34。连杆30还包括第二端部38，第二端部38包括不完全环绕腕销46的弧形部分42。优选地，连杆30的弧形部分42具有大约为180度或略小于180度的弧形范围。腕销46具有环形壁50，环形壁50包括柱形内表面54(图3a)和柱形外表面58，柱形外表面58与连杆30的弧形部分42接合，并且可枢转地连接至活塞26。多个紧固件62延伸穿过腕销46的环形壁50并进入腕销插入件66(也参见图3a)，以将腕销46固定至连杆30的弧形部分42。优选地，腕销插入件66是柱形或耳轴式腕销。使用耳轴式腕销增大了可用的支承面积。优选地，紧固件62是螺钉并且拧入腕销插入件中。这种连杆布置允许活塞的顶部部分具有比端部38围绕腕销46的连杆布置更大的均匀性。在端部38围绕相关联的腕销38的布置中，材料从活塞26的顶部部分移除。被移除的材料改变了活塞26当活塞26在发动机运行期间在过渡阶段或在发动机循环通过发动机柴油燃烧循环时被加热和冷却时的变形特性。

此外，如图3a所示，在连杆30的上端部或第二端部38不环绕腕销46的情况下，活塞26沿腕销46的整个顶部抵靠腕销46支承，从而将载荷更均匀地分布在腕销46上。腕销插入件66的使用进一步提高了腕销46的强度和稳定性。腕销46在连杆30枢转时的强制摆动和腕销46的增大的支承表面面积在发动机10的运行期间使腕销46的支承表面上的不均匀磨损最小。

现在更具体地参考活塞26的顶部，图3b为活塞26的冠状部27的俯视立体图，并且图3c是活塞的立体横截面图，其示出了冠状部27的构型。具体地，冠状部27包括弧形槽29。槽29在燃料空气混合物的初始燃烧期间引起混合物的改善的混合，这增大了具有给定十六烷水平的燃料的燃烧速度。当与发动机10的其他结构特征结合时，槽29在燃烧低十六烷柴油燃料时改善发动机10的性能。

如上面一般性论述的，如果限定内部燃烧室(在图2、图5、图12和图14中通常标记为74，并且在图10中通常标记为350)的表面的表面温度保持得足够高，则对于具有给定十六烷水平的燃料的发动机性能也得到改善。因此，这些表面必须由适合在高运行温度下在发动机中使用的材料制造或形成。这些表面中的第一表面是冠状部27的顶表面。用于制造冠状部27的合适材料是钛金属。作为具体示例，对于如本文所公开的发动机10，期望使用钛化合物，比如ti6al-4v。该示例合金的重量百分比包括碳(最多0.10％)、铝(5.50％至6.75％)、钒(3.50％至4.50％)、氮(约0.05％)、铁(最多0.40％)、氧(最多0.020％)、氢(最多0.015％)、其他(最多0.40％)并且其余为钛。

槽29形成在冠状部27的顶部中。在一个实施方式中，使用球头铣刀切割出槽29。冠状部27接合至活塞26的裙部31。在一个实施方式中，冠状部27的内部上形成有螺纹，所述螺纹构造成与形成在裙部31上的螺纹配合。冠状部27进一步保持在三个不同的位置处。因此，用于冠状部27的形状和材料提供了限定燃烧室74内部的表面中的一个表面。该表面设计成改善燃料空气混合并且能够在适于燃烧较低十六烷燃料的表面温度下使用。

参照图4，发动机10包括四个燃料喷射器70a、70b、70c和70d，每个汽缸22一个燃料喷射器。(除非描述需要具体参考特定的燃料喷射器，否则燃料喷射器将仅用附图标记“70”表示。)燃料喷射器70基本上彼此相同，并且将仅对一个燃料喷射器进行详细描述。总体上参照图5，燃料喷射器70定位成将燃料喷射到燃烧室74中，燃烧室74具有由活塞冠状部27的表面、汽缸套筒322的表面和防火板338的表面限定的内表面。燃料喷射器70包括燃料喷射器螺母86，该燃料喷射器螺母86由汽缸盖78中的适当地定尺寸的渐缩孔接纳。喷射器螺母86内侧是燃料喷射器喷嘴90，该燃料喷射器喷嘴90容纳压力响应的可移动柱销(未示出)。螺母86和喷嘴90限定了与燃烧室74连通的主燃料出口92。燃料喷射器本体82拧入螺母86的上端部。

参照图6和图7，燃料喷射器本体82包括主燃料入口端口98，该主燃料入口端口98与燃料通道106连通并过渡到燃料通道106。燃料入口冷却端口110与冷却端口118连通并过渡到冷却端口118。喷射器溢出燃料出口端口114与出口端口120连通并过渡到出口端口120。尽管未示出，但是燃料喷射器还包括整流器、止回阀、止回阀接纳件、弹簧机构和弹簧导引件，所有这些部件都定位在燃料喷射器螺母86的位于本体82与喷嘴90之间的中空空间94内。入口冷却端口110和冷却端口118的添加允许如下所述的燃料喷射器的冷却。

图4示出了燃料喷射系统122的燃料流动示意图。示出了燃料供给箱126、燃料管线128、燃料过滤器130、包括输送泵134和高压泵138的燃料泵132以及连接至喷射器70的喷射器本体82的燃料入口端口98的燃料管线142。燃料管线146连接至喷射器70d的冷却端口110。喷射器70d的端口114与喷射器70c的端口110流体连通，喷射器70c的端口114与喷射器70b的端口110流体连通，并且喷射器70b的端口114与喷射器70a的端口110流体连通。喷射器70a的端口114连接至返回燃料管线148。流过端口98、110和114的燃料在空间94中混合并提供流过喷射器本体82中的至少三个位置以将喷射器本体保持在大约为空间94中的燃料的平均温度的温度的燃料。

参照图2、图5和图10，可以观察到喷射器与汽缸盖78、342接合并热接触，并且喷射器与防火板338(如果使用的话)热接触。结果，由冷却端口110和118提供的额外冷却允许发动机10在室74的表面上的相对高的表面温度下运行。在没有这些端口的情况下，表面温度将需要更低以防止本体82和流过本体82的燃料的过热。通过为喷射器提供额外的冷却，更容易实现燃烧室74的用于燃烧较低十六烷燃料的温度。此外，加热的溢出燃料将加热系统中的所有燃料，这用于限制燃料在寒冷天气中或高海拔处所经历的低温类型下的燃烧。

图5和图8示出了安装在汽缸盖78上用以冷却汽缸盖78的冷却盖154。冷却盖154具有环形冷却剂槽158，该环形冷却剂槽158与汽缸盖78的环形冷却剂槽162配合以在冷却盖154安装在汽缸盖78上时限定环形冷却通道166。在其他实施方式中，比如图9至图12中示出的实施方式，冷却盖154和汽缸盖78中只有一者包括槽，使得冷却盖154和汽缸盖78的组合限定环形冷却通道166。冷却盖154包括与环形冷却通道166连通的入口端口170和出口端口174，使得冷却流体可以流入到入口端口170中、流过环形冷却通道166并从出口174流出，由此冷却汽缸盖78。如权利要求中所使用的，“大致环形”包括与图5和图8中示出的封闭环类似的封闭环和与图9至图12中示出的部分环类似的部分环(例如，由分隔销或突出部406隔开的环形槽)。

发动机机体14包括冷却套178，冷却套178具有出口182和入口(未示出)。冷却盖154安置在汽缸盖78上，其中，入口端口170与冷却套178的出口端口182对准，并且出口端口174与冷却套178的入口端口对准。第一传输管186在冷却盖154的入口端口170与冷却套178的出口端口182之间连通，并且第二传输管(未示出)在冷却盖154的出口端口174与冷却套管178的入口端口之间连通。

如图8所示，冷却盖154的入口端口170和出口端口174在环形冷却通道166周围不是在直径上相对的。因此，环形冷却通道166的第一部分沿一个方向从入口端口170延伸至出口端口174(示意性地示出为图8中的箭头190)，并且环形冷却通道166的第二部分沿相反的方向从入口端口170延伸至出口端口174(示意性地示出为图8中的箭头194)。环形冷却通道166的第一部分的长度比环形冷却通道166的第二部分的长度短。在任一方向上通过环形冷却通道166的流量与行进的距离成比例。环形冷却通道166的第一部分受到限制。以这种方式，冷却流体在两个方向上行进通过环形冷却通道166以冷却汽缸盖78。

冷却盖154能够围绕汽缸盖78以可调节的方式定位，使得入口端口170和出口端口174能够与冷却套178的相关联的入口端口和出口端口正确对准。这适应拧入汽缸体或发动机机体14的汽缸盖78。发动机机体14包括与汽缸22同心的内螺纹，并且汽缸盖78包括与发动机机体14的内螺纹啮合的外螺纹。因为汽缸盖78拧入发动机机体14中，因此不能清楚地知道汽缸盖78将相对于发动机本体定位的位置。一旦可调节冷却盖154正确地定位在汽缸盖78上，优选地平均间隔开的多个夹持构件198横跨冷却盖154的顶部以将冷却盖154固定至汽缸盖78。夹持构件198中的每个夹持构件均具有相反的端部202和206并且通过一对紧固件210固定至汽缸盖78。一个紧固件210位于端部202附近，并且另一个紧固件210位于端部206附近。优选地，紧固件210拧入到汽缸盖78的顶部中。优选地，汽缸盖78包括多组预先钻好的螺纹孔，使得每个紧固件210可以相对于汽缸盖78位于多个位置。优选地，每个夹持构件198的端部202由燃料喷射器螺母86中的环形槽214接纳，从而也将燃料喷射器70固定至汽缸盖78。

在图5和图8中示出的实施方式中，冷却剂最初从泵(未示出)流入到冷却套178中。冷却剂从冷却套178通过冷却套178的出口端口182流动进入第一传输管186，并且然后进入冷却盖154的入口端口170。冷却剂从入口端口170通过冷却通道166行进至冷却盖154的出口端口174，从而从汽缸盖78移除热量。然后，冷却剂从冷却盖154的出口174流过第二输入管和冷却套178的入口端口，以返回至冷却套178。加热的冷却剂从冷却套178返回至冷却剂系统的泵以被冷却并且返回至冷却套178。

冷却盖154的另一实施方式在图13和图14中示出。该实施方式除了图13和图14中示出的实施方式包括不同的冷却剂流动路径之外基本上类似于图5和图8中示出的实施方式。关于图5和图8中示出的实施方式所使用的附图标记也在图13和图14中使用以指示相同的部件。

参照图13和图14，冷却剂最初从泵(未示出)流过供给导管172，并进入冷却套178中。冷却剂从冷却套178流入并通过冷却套178的出口端口182、通过第一传输管186、通过冷却盖154的入口端口170并进入环形冷却通道166。冷却剂从入口端口170沿箭头194的方向通过冷却通道166行进至冷却盖154的出口端口174，从而从汽缸盖78移除热量。在该实施方式中，阻止冷却剂沿与箭头194相反的方向流向出口174。然后，冷却剂从冷却盖154的出口174流过第二传输管184并流动进入返回端口188。冷却剂从返回端口188通过返回管线192被引导回泵，以被冷却并通过供给导管172返回至冷却套178。如刚才所描述的，冷却剂流入到冷却套178中，然后流入到冷却盖154中，并且然后返回至泵。相反，与图5和图8中示出的实施方式一起使用的冷却剂流入到冷却套178中，然后流入到冷却盖154中，然后流回到冷却套178中，并且然后最终返回至泵。

在发动机10的一个实施方式中，在用于发动机汽缸的相应的冷却套之间延伸有交叉进给冷却通道，从而在冷却套之间提供冷却流体流。可以穿过发动机机体14的对用于曲轴的主轴承支撑部进行支撑的部分钻出交叉进给冷却通道。在与冷却套178中的一个冷却套连通的恒温器发生故障的情况下，交叉进给冷却通道使冷却流体能够继续流动以使对相应的汽缸盖的损坏最小或防止对相应的汽缸盖的损坏。交叉进给冷却通道还减小了汽缸盖与发动机的下曲轴箱之间的热梯度，以减少由于不可接受的温度梯度引起的铝机体的变形，从而增加发动机寿命。

图9中示出了发动机的被称为发动机310的另一实施方式。在该实施方式中，筒形套筒322定位在汽缸318内。套筒322可以是收缩配合到汽缸318中的铝套筒，并且套筒322通过具有铝填料的环氧树脂结合至发动机机体314。套筒322包括肩部326。活塞330在套筒322内往复运动。优选地，套筒将由金属基体制成，以提供在允许相对较低的十六烷柴油燃料有效燃烧的表面温度下的耐磨内表面。这种基体的一个示例是10s4g铝复合材料。10s4g应用使用碳化硅(sic)颗粒和镍(ni)涂覆的石墨，用于改善耐磨性、连续润滑性和良好的高温强度。基体的基础合金按重量百分比计由硅(8.5％至9.5％)、铁(最多0.20％)、铜(最多0.20％)、锰(最多0.10％)、镁(0.45％至0.65％)、锌(最多0.10％)、钛(最多0.20％)、其他物质(各自最多0.05％，最大总量0.15)和铝(余量％)组成。为了形成最终的复合材料，将sic和ni涂覆的石墨添加至基础合金。在一个实施方式中，sic为10％体积，并且标称直径为30微米，并且ni涂覆的石墨(例如novamet60％ncg)为4％体积。然后，将组合的复合材料进行固溶处理并进行沉淀热处理。处理后的最终复合材料具有特定的拉伸和屈服性能。当在室温下测量时，最终复合材料的最小拉伸强度为33千磅/平方英寸(ksi)，最小屈服强度为27ksi。当在约300华氏度下测量时，最终复合材料的最小拉伸强度为23ksi，最小屈服强度为20ksi。

作为另一合适的替代方案，套筒322将由具有钢涂覆的内表面的铝制成。这些实施方式提供燃烧室74的内表面的可以在发动机运行期间保持在相对较高的温度下的另一部分，以提供使用相对低的十六烷柴油燃料的改进的发动机性能。作为示例，套筒322的钢涂层优选地用在等离子体转移的线电弧工艺中使用的钢丝完成。在将适量的钢施加至套筒322的内表面之后，将表面珩磨以用于与适当的活塞和环组一起使用。

参照图10至图12，垫圈334定位在套筒322的肩部326上。在一个实施方式中，垫圈334是铜垫圈。如下面将进一步说明的，垫圈334用作密封机构和填隙装置两者。

防火板338定位在汽缸盖342与垫圈334之间。防火板338的底侧部346与活塞330的冠状部27和套筒322配合以限定燃烧室350。防火板338上的环形凸台354接纳o形环358，以在防火板338的侧壁356与汽缸318之间提供密封。在一种设计中，汽缸盖342由铝制成，并且防火板338由不锈钢制成，不锈钢为室350提供适于在发动机运行期间在相对较高的温度下使用的表面。

盖弹簧362定位在汽缸盖342与防火板338之间。汽缸盖342的底侧部366具有环形槽370，该环形槽接纳盖弹簧362，并且防火板338的顶侧部374具有凹槽378，凹槽378也接纳盖弹簧362。盖弹簧362优选地是贝氏(belleville)弹簧。盖弹簧362还优选地由不锈钢制成。贝式弹簧采用具有穿过其中央的孔的浅的锥形盘的形式。通过这些类型的弹簧，可以在非常小的轴向空间中产生非常高的弹簧系数或弹簧力。通过将锥体的高度改变为盘的厚度，可以获得预定的载荷-挠曲特性。

如参照图10至图12可以观察到的，汽缸盖342拧入发动机机体314的一部分中。当汽缸盖342拧入发动机机体314时，汽缸盖342将盖弹簧362压缩成抵靠防火板338，以提供抵抗防火板338的顶侧部374的向下力，以抵消由燃烧室350内的燃烧所产生的向上力。由弹簧362的偏转或变形提供的向下力产生弹性地迫使防火板338与垫圈334接触的弹簧力，垫圈334被迫抵靠套筒322的肩部326，以在发动机310的运行期间提供适当的燃烧密封。

盖弹簧362还用于在改变发动机310的载荷和热条件期间允许相关匹配发动机部件的膨胀和收缩，而不会像常规的盖螺栓那样起作用而对燃烧密封产生不利影响。如上所述，盖螺栓可以用于提供将汽缸盖密封至发动机机体的夹持力。由于因为允许盖螺栓随着发动机的载荷和温度变化而与相关联的发动机部件膨胀和收缩，因此盖螺栓能够在发动机运行期间保持夹持力。然而，带螺纹的汽缸盖342通常不具有典型的盖螺栓的拉伸能力，这是因为带螺纹的汽缸盖342具有相对较大的直径和较短的螺纹长度。

如上所述，由盖弹簧362提供的载荷可以基于弹簧362的偏转来计算。特定的偏转量转换成一致的向下力量，这确保了适当的燃烧密封。在一个实施方式中，通过如图11所示的对部件进行组装而获得盖弹簧362、汽缸盖342和相关联的部件的期望偏转。将汽缸盖342保持就位的螺纹可以预加载。通过预加载这些螺纹或盖螺栓(如果使用带螺栓的盖的构型)，减小了施加至螺纹或螺栓的变化力的范围，从而增加了这些部件的疲劳寿命。

垫圈334的使用允许有效地控制活塞330相对于防火板338的位置，以精确地设定活塞330相对于防火板338的上止点。特别地，垫圈334适应于下述理想尺寸的偏差的积聚，该理想尺寸由与发动机机体314、汽缸盖342、套筒322和活塞330相关联的公差的组合产生。在将防火板338定位在垫圈334上之后，将汽缸盖342拧入发动机机体314中直到汽缸盖342的底侧部366接触防火板338的顶侧部374为止。一旦在汽缸盖342与防火板338之间形成接触，就已知了汽缸盖342相对于发动机机体314的最终组装位置。然后，标记或以其他方式记录汽缸盖342的最终组装位置以用于将来参考，使得可以为最终的组件选择适当厚度的垫圈334。

为汽缸盖342提供冷却系统允许燃烧室表面在足够高的温度下运行以适应低十六烷燃料。冷却盖82安装在汽缸盖342上。冷却盖382与汽缸盖342的环形槽390配合以限定冷却通道394。冷却盖382包括入口端口398和出口端口402。入口端口398适于接收流过发动机310的冷却流体，并且出口端口402适于输送在冷却流体已经用于冷却汽缸盖342之后通过发动机310的冷却流体。如图10中最佳示出的，入口端口398和出口端口402彼此相邻。分隔销或突出部406从冷却盖382延伸到冷却通道394(参见图12)中，以基本上封闭入口端口398与出口端口402之间的短通道。以这种方式，仅允许冷却流体绕冷却通道394沿单个方向流动以冷却汽缸盖342。尽管允许冷却流体在入口端口398与出口端口402之间绕冷却通道394沿两个方向流动将冷却汽缸盖342，但是已经确定的是，使冷却流体绕基本上整个冷却通道394沿一个方向流动也提供了有效的冷却。在其他实施方式中，消除了分隔销406，并且在汽缸盖342和/或冷却盖382中仅形成有部分环形槽，使得汽缸盖342和冷却盖382的组合限定了单向冷却通道而不需要分隔销406。在另一实施方式中，分隔销406构造成允许冷却流体的一部分流入入口端口398与出口端口402之间的短通道。允许冷却流体流入短通道中保持了绕汽缸盖342的基本均匀的冷却。

以上关于发动机10基本上描述了将冷却盖382附接至汽缸盖342的方式。对于运行燃料喷射器410的描述和方式也参考以上关于发动机10的描述。在一个实施方式中，与如对于发动机10所示的六组孔相比，发动机310包括用于相关联的夹持构件418的九组孔414。可以确定的是，九组孔使得冷却盖382相对于汽缸盖342更容易地定位。在替代性实施方式中，冷却盖382通过3个夹持构件418紧固至汽缸盖342。在该实施方式中，省去每组孔414的最外侧孔，并且仅内部的九个孔是将冷却盖382相对于汽缸盖342定位所需要的。

现在参照图15，示出了发动机机体14的一侧的俯视图，其中，移除了汽缸盖并且垂直切割。每个汽缸盖22均包括对应的排出管，图15中示出了第一排出管600与汽缸22中的一个汽缸连通，并且第二排出管602与汽缸22中的不同的一个汽缸连通。发动机机体14包括围绕汽缸22中的两个汽缸的水套604。类似的装置用于发动机10的相反侧上的两个汽缸(未示出)。水套604包括通道606，冷却流体在该通道606中以下面描述的方式在第一排出管600和第二排出管602以及汽缸22周围流动，以从系统中移除热。冷却流体从泵(未示出)在冷却进入端口608处进入水套604。冷却流体沿由箭头a1和a2所指示的方向以恒定速率流过围绕两个汽缸22的通道606，如由箭头b1和b2以及c1和c2所指示的。冷却流体流入冷却排出端口610，如箭头d1和d2所示。冷却流体从冷却排出端口610返回至泵，冷却流体在泵处被冷却并被泵送回冷却进入端口608。在一个实施方式中，上面描述的水套604和冷却套178成一体并且冷却剂在返回至泵之前围绕上面描述的两个汽缸22、第一排出管600和第二排出管602以及汽缸盖流动。

现在参照图16，示出了沿图15的线xvi-xvi截取的发动机10和水套604的横截面图。第一排出管600包括顶部部分612和底部部分614。类似地，第二排出管602包括顶部部分616和底部部分618。在一个实施方式中，通道606包括在顶部部分612和616的上面通过的第一分支620和在底部部分614和618的下面通过的第二分支622。第一分支和第二分支在排出管600和602的相反侧上汇聚在一起以重新形成均匀的通道606。在该实施方式中，冷却流体流入水套604中并且开始围绕汽缸22流动，如图15中的箭头a1和a2所指示的。当冷却流体接近第一排出管600和第二排出管602时，冷却流体的一部分在顶部部分612和616的上面流动，如箭头e1和e2所指示的，而冷却流体的另一部分被转向以在底部部分614和618的下面流动，如箭头f1和f2以及g1和g2所指示的。在冷却流体分别通过排出管600和602的顶部部分和底部部分之后，两个流体流汇合以继续如上所述地围绕汽缸22流动。使冷却流体流过排出管600和602的顶部部分和底部部分允许双向冷却并防止底部部分614和618发生在排出管仅从顶部冷却时可能发生的过热。

参照图19，作为干式贮油槽发动机的发动机10的实施方式的示意图，干式贮油槽发动机包括用以从曲轴箱18内移除油和空气的贮油槽泵或扫气泵420。参照图19，发动机10还包括油箱422和扫气排放管线424，扫气排放管线424提供曲轴箱18、扫气泵420和油箱422之间的流体连通。发动机10还包括供油泵426、油压调节器428和油冷却器或热交换器430。在发动机10运行期间，供油泵426将油从油箱422供给至发动机机体14和曲轴箱18。在供给泵426的排放压力超过预定值的情况下，油压调节器428使油的一部分流出或允许油的一部分行进回至油箱422。例如，在一个结构中，油压调节器428设定成使得热交换器430内的油压不超过约150psi。油箱422与发动机机体14之间布置有滤油器432，以过滤从箱422供给至发动机机体14的油。

参照图19和图20，发动机10的实施方式的示意图，其中，涡轮增压器3包括压缩机435和涡轮机436，涡轮机436使用来自发动机10的排出气体驱动压缩机435。供油管线438(图19)流体地联接涡轮增压器3和油箱422，以将油供给至涡轮增压器3。回油管线440流体地联接涡轮增压器3和油箱422，以将来自涡轮增压器3的油返回至油箱422。压力传感器442和温度传感器444与主供油管线446流体连通，以分别感测供给至发动机机体14、曲轴箱18和涡轮增压器3的油的压力和温度。

参照图20，空气入口450和空气过滤器452串联布置在发动机10的空气入口管线454中。参照图19，通气管线462流体地联接油箱422与空气入口450，以将油箱422与空气入口管线454连通。

发动机10还包括曲轴箱压力调节器466，该曲轴箱压力调节器466经由曲轴箱通气管线468与油箱422和曲轴箱18流体连通。曲轴箱通气管线468包括第一部分470，该第一部分470在曲轴箱压力调节器466与曲轴箱18之间延伸，以提供曲轴箱18与曲轴箱压力调节器466之间的流体连通。通气管线468的第二部分472在压力调节器466与油箱422之间延伸，以提供压力调节器466与油箱422之间流体连通。

参照图17和图18，曲轴箱压力调节器466包括本体476。在一个实施方式中，本体476形成为限定第一内部通道478和第二内部通道480，并且第一内部通道478和第二内部通道480两者均延伸穿过压力调节器466的本体476。本体476还包括第一孔口482和第二孔口484。第一通道478被限定为通过第一孔口482和第二孔口484的流动路径。第二通道480被限定为通过第一孔口482和第二孔口484的流动路径，使得第二通道480与第一通道478平行布置。第一连接件486部分地位于第一孔口482内，以便经由通气管线468的第一部分470将第一孔口482与发动机10的曲轴箱18流体地联接。第二连接件488部分地位于第二孔口484内，以便经由通气管线468的第二部分472将第二孔口484与油箱422流体地联接。尽管第一连接件486和第二连接件488分别是带螺纹的接头或衬套，但在其他结构中，可以利用任何合适的连接件。

此外，尽管图20示意性地示出了在连接件486和488处连接至曲轴箱通气管线468的曲轴箱压力调节器466，但是可以使用连接件486和488将压力调节器466直接联接至曲轴箱18或油箱422。例如，在一种结构中，可以使用本体476的孔口490将压力调节器466安装在油箱422上，并且第二连接件488可以连接至油箱422。当然，在其他结构中，可以采用压力调节器466在曲轴箱18、曲轴箱通气管线468和油箱422的流动路径内的其他合适的布置。

压力调节器466的本体476还包括第一辅助孔口494和第二辅助孔口496。在制造压力调节器466时利用第一辅助孔口494和第二辅助孔口496以进入压力调节器466内的通道478和480和其他部件。在一个实施方式中，在本体476内完成必要的制造和组装过程之后，利用带螺纹的塞498和500分别阻挡或封闭孔口494和496。

压力调节器466还包括第一止回阀504和第二止回阀506。第一止回阀504包括座部508，座部508一体地形成在本体476中。第一止回阀504还包括阀构件510和偏置构件512。在一个实施方式中，阀构件510是球，并且偏置构件512是螺旋弹簧。偏置构件512接触第一连接件486以使阀构件510偏置成抵靠座部508或进入阀504的关闭位置。如下面将更详细论述的，第一止回阀504调节通过第一通道478的流，并且第一止回阀504布置成允许流体沿第一通道478沿图18的箭头的方向流过第一通道478，同时防止流体沿相反方向流动。

第二止回阀506包括座部514，座部514一体地形成在本体476中。第二止回阀506还包括阀构件516和偏置构件520。在一个实施方式中，阀构件516是球，并且偏置构件520是螺旋弹簧。第二止回阀506的偏置构件520接触第一辅助孔口494的带螺纹的塞498，使得阀构件516偏置成抵靠座部514或进入阀506的关闭位置。如下面将更详细论述的，第二止回阀506调节通过第二通道480的流，并且第二止回阀506布置成允许流体沿第二通道480沿图18的箭头的方向流过第二通道480，同时防止流体沿相反方向流动。尽管所示结构中的止回阀504和506是球形止回阀，但是应当理解的是，可以利用其他类型的阀和止回阀。

在一个实施方式中，曲轴箱压力调节器466包括压力传感器524。压力传感器524分别与第一通道478和第二通道480流体连通，使得压力传感器524可操作成无论相应的第一止回阀504和第二止回阀506的位置(即，打开或关闭)如何都测量曲轴箱18内的压力。

参照图20，在发动机10运行期间，用于燃烧的环境空气通过空气入口450被吸入，然后借助于涡轮增压器3的压缩机435通过空气过滤器452。压缩机435由涡轮机436驱动以压缩燃烧空气。涡轮机436由来自发动机10的排出气体驱动，排出气体通过排出管线530输送至涡轮机436。压缩的燃烧空气然后在进入发动机10的燃烧室之前行进通过中间冷却器2和增压器1。

同时，现在参照图19，扫气泵420通过扫气排放管线424从曲轴箱18内移除空气和油，这通常使曲轴箱18内的压力降低到环境压力以下。由扫气泵420移除的空气和油可以包括来自燃烧室的绕过活塞环的空气和油。

被偏置到关闭位置中的第一止回阀504阻止补充空气通过曲轴箱通气管线468进入曲轴箱18，直到曲轴箱18内的压力达到预定的较低平均水平为止。因此，特别是在发动机10的低功率运行期间，曲轴箱18内的平均压力降低并保持在环境压力以下。第一止回阀504保持关闭，直到平均曲轴箱压力小于预定的较低平均水平。当曲轴箱压力小于预定的较低水平时，油箱422内的作用在阀构件510上的压力(大约为环境压力)克服了偏置构件512的力，以将阀构件510从座部508提升以打开第一阀504，从而允许补充空气流入到曲轴箱18中，以便保持曲轴箱18内的空气压力高于预定的较低平均水平。

在发动机10的正常压缩和燃烧冲程期间，活塞26、330交替地被吸入到曲轴箱18中并且活塞26、330被推入到汽缸中而在曲轴箱18中产生压力波。在发动机10的一个结构中，该压力波为约+/-4psi。在这种结构中，第一止回阀504的偏置构件512可以选择成使得第一止回阀504在曲轴箱18内的平均压力为约-6psi时打开。换句话说，第一止回阀504在曲轴箱18内的压力比油箱422内的压力——该压力约为环境压力——小6psi时打开以允许补充空气通过第一通道478。因此，如果压力波为约+/-4psi，则曲轴箱18内的瞬时压力将在约-10psi与-2psi之间振荡，并且压力波的峰值将不会超过环境压力(例如，0psi)。在示出的结构中，补充空气通过通气管线468从油箱422抽出。在上述压力调节器466的结构中，第一止回阀504在-6psi下打开，而在其他结构中，第一止回阀504可以在大于或小于-6psi的平均压力下打开。例如，发动机密封和/或由活塞振荡产生的压力波的振幅可以使止回阀504的不同打开平均压力更加理想。

在发动机10的运行期间，特别是在发动机10的低功率运行期间，进气歧管内的压力相对较低或接近大气压。因此，在上述结构中，曲轴箱18内的瞬时压力不超过约-2psi或保持低于进气歧管压力。结果，由压力迫使的从曲轴箱18朝向进气歧管的油量大大减少。

在发动机10的高功率运行期间，进气歧管内的压力可以相对较高。此外，如上所述，压力调节器466降低曲轴箱18内的平均压力。结果，可能存在泄漏通过活塞环并进入曲轴箱18的过量的空气。而扫气泵420从曲轴箱18移除空气，泄漏的速度可以为使得泵420不能移除足够量的空气以维持曲轴箱18内的负压(即，小于环境压力)。如果曲轴箱18内的压力超过预定的平均水平，则第二止回阀506打开以允许空气通过第二通道480并到达油箱242和通风口462，从而将曲轴箱18与空气入口管线454(图20)连通。第二止回阀506保持关闭，直到平均曲轴箱压力大于预定水平为止。当曲轴箱压力大于预定水平时，曲轴箱18内的作用在阀构件516上的压力克服了偏置构件520的力，以将阀构件516从座部514提升以打开第二阀506。

在一种结构中，第二止回阀506的偏置构件520选择成使得第二止回阀506在曲轴箱内的平均压力为高于环境压力约-0.2psi时打开。当然，在其他结构中，第二止回阀506可以设计成在大于或小于0.2psi时打开。

出于说明和描述的目的已经呈现了对本发明的前述描述。此外，该描述并非意在将本发明限制为本文中公开的形式。因此，在相关领域的技术或知识中的关于上述教示的变型和改型都在本发明的范围内。本文中描述的实施方式还意在解释已知的用于执行本发明的最佳模式并且使本领域其他技术人员能够照这些或其他实施方式并且通过本发明所使用的或特定应用所需要的各种改型来利用本发明。所附权利要求意在被解释为包括现有技术所允许的范围内的替代性实施方式。应当理解的是，文本中公开和限定的本发明包括文本和/或附图中提到的或从本文和附图明显看出的两个或更多个单独特征的所有可选组合。所有这些不同的组合构成了本发明的各种替代方面。

为了本公开的目的，术语“联接”是指两个部件直接或间接地彼此接合。这样的接合本质上可以是固定的或者本质上是可动的。可以通过两个构件以及任何另外的中间构件彼此一体地形成为单个整体本体、或者通过两个构件彼此附接或两个构件与任何另外的构件彼此附接来实现这样的接合。这样的接合本质上可以是永久的，或者替代性地这样的接合本质上可以是可移除的或可释放的。

尽管本申请叙述了在此所附权利要求中的特征的特定组合，但是本发明的各种实施方式涉及本文描述的特征中的任何特征的任何组合，而无论当前是否要求保护这种组合，并且特征的任何这样组合可以在此或在未来的申请中要求保护。以上论述的任何示例性实施方式的任何特征、元件或部件可以单独使用或与以上论述的任何其他实施方式的任何特征、元件或部件组合使用。