内燃发动机的气体燃料燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及气体燃料内燃发动机的燃烧装置。
【背景技术】
[0002]进气流对气体燃料内燃发动机的性能具有较大影响。空气和可能存在的排放气体与气体燃料的混合影响燃烧室内的燃烧质量。在进气冲程期间以及随后在压缩冲程期间燃烧室内的进气运动决定气体燃料的混合水平和质量。在发动机图谱的一些部分中，可能期望均质的空气-燃料进气；在发动机图谱的其它部分中，点火器件附近的分层燃料进气改进了发动机性能；且在发动机图谱的另外其它部分中，局部富足且全局稀薄的空气-燃料混合物产生更好的性能。高湍流的产生是用于稳定点火过程以及用于快速传播火焰前缘(火焰速度)的重要因素，尤其是在稀薄燃烧的情况中。已知用于在气缸内建立进气运动的两种技术是滚流运动(tumble mot1n)和润流运动(swirl mot1n)。滚流运动和润流运动的特征可以被表征为用来量化气缸内的旋转运动和角位移的无维参数，其分别已知为滚流比和涡流比。这些值都通过气缸内空气运动的有效角速度除以发动机速度来计算。
[0003]已知对于在点火器件周围利用燃料分层的直接喷射轻型汽油发动机使用滚流运动。在滚流运动(其还被称为竖直涡流或圆筒涡流)中，气缸中的进气旋转轴线与气缸轴线正交。在本申请的上下中，轻型发动机是一种气缸孔小于90毫米(mm)的发动机。燃料分层是延长火花点火发动机中稀薄燃烧极限且因此增加了燃料经济效益的有效技术，且与前述轻型汽油发动机相比减少了排放物。滚流运动可以用来甚至相对较迟地在压缩冲程中在建立高水平的近壁流速，这可促进由撞击燃料喷雾而形成的燃料壁膜的蒸发。
[0004]1996年9月10日颁布的Ganoung的美国专利第5，553，580号公开了一种用于汽油发动机的高挤气区圆筒分层燃烧室，其用来减小轻型发动机的比油耗。两个进气阀与被构造成滚流孔的各自进气通道流体连通。通过将汽油引入这些进气通道中的一个使得分层圆筒涡流形成在不对称定位的火花塞附近而在气缸中建立圆筒-分层进气。圆筒涡流不会提高燃烧率，而是在火花塞点火时促进气缸中空气-燃料进气的分层。大的挤气区通过在燃烧期间增强湍流强度而提供快速燃烧率。
[0005]已知对于狄塞尔(diesel)循环(压缩点火)重型发动机使用涡流运动。在涡流运动中，气缸中的进气旋转轴线是气缸轴线。在本申请的上下文中，重型发动机是一种气缸孔大于120毫米(mm)的发动机。已经表明润流运动减少来自发动机的颗粒物质(PM)排放。压缩点火发动机倾向于利用较高喷射压力，其对于液体燃料而言改进了液滴破裂，且对于液体和气体燃料两者而言，较高喷射压力改进了喷雾中的空气/燃料混合并且增大了燃烧室中的湍流强度。这是重要的，尤其是在燃烧系统必须处理低(较低)空气-燃料比的条件而不产生高PM排放的瞬变条件期间。当利用涡流运动时，可在一些瞬变条件下一甚至是在使用高喷射压力时——减小PM产物的影响。将设计用于涡流运动的发动机转变成滚流运动需要进气通道的不同定向，且这需要不同的缸盖。对于中型发动机和较大发动机而言，需要新缸盖阻碍了对这种技术的进行实验，因为柴油发动机已经被认为是最有效的内燃发动机。
[0006]发动机设计的目的是缩小气缸的排量而大致不损失性能(马力和转矩)。随着燃料成本和街道堵塞增加，驾车人员需要的是提供与大型车辆相同的整体性能但具改进的燃料经济效益的更紧凑的车辆。在许多管辖区中，由汽油和柴油燃料发动机所主导的汽车市场区隔中代用气体燃料日益找到新应用。在轻型应用中，气孔喷射的天然气发动机在配件市场区隔中具长久历史，且这些车辆的更新近的OEM版本被引入。在重型应用中，高压直接喷射(HPDI)发动机系统匹配柴油燃料发动机的性能且与气孔喷射的天然气发动机相比具有改进的燃料经济效益。
[0007]需要具有比得上较大发动机的性能但具有改进的燃料经济效益的气体燃料发动机，尤其是需要至少被设计用于中型服务设施的发动机。
【发明内容】
[0008]一种用于气体燃料内燃发动机的改进型燃烧装置包括由气缸孔、缸盖和在所述气缸孔内往复的活塞界定的燃烧室。气缸孔的直径是至少90mm且所述直径与所述活塞的冲程长度之比是至多0.95。存在至少一个进气通道，用于将进气输送到所述燃烧室，且至少一个进气阀被构造在所述缸盖中并且与所述进气通道协作以在所述燃烧室中产生支配性滚流运动。
[0009]在优选实施方案中，所述比是至少0.75和/或所述直径小于或等于120mm。气缸孔的气缸工作容积优选地介于0.8升与2.5升范围之间。喷射阀可被构造成从所述至少一个进气阀上游引入气体燃料。或者，所述喷射阀可被布置在所述燃烧室中来向所述燃烧室中直接引入气体燃料。点火器件可被布置在所述燃烧室中以协助气体燃料和进气的点火。在优选的实施方案中，点火器件是火花塞。优选地，滚流运动包括介于2与5范围之间的平均滚流比。内燃发动机具有每分钟2700转的最大发动机速度。每个进气阀包括阀部件和阀座。阀座包括介于25°与35°之间的阀座角。在优选的实施方案中，阀座角大致是30°。阀座角与进气道角之差介于-5°与5°范围之间。内燃发动机的压缩比是至少11:1，且在优选的实施方案中是至多15:1。一个进气歧管包括:第一分配室，其与内燃发动机的进气口流体连通；第二分配室，其与至少一个进气通道流体连通；和扩散器，其流体地连接第一分配室和第二分配室。燃烧装置可包括EGR阀，其用于选择性地供应排放气体到进气歧管。在优选的实施方案中，排放气体在被输送到进气歧管之前被冷却。节气门可用于可变地供应空气到进气歧管。在优选的实施方案中，节气门接收命令使理想配比的气体燃料-空气混合物保持在预定公差内。
[0010]在优选的实施方案中，至少一个进气通道是第一进气通道和第二进气通道，且至少一个进气阀是第一进气阀和第二进气阀。燃烧装置还包括分流器，其与喷射阀流体连通来接收气体燃料并且与第一进气通道和第二进气通道流体连通来输送从喷射阀接收的气体燃料。分流器包括具有孔的主体和一对导管。孔与喷射阀流体连通，且每个导管与孔并且与第一进气通道和第二进气通道中的各自一个流体连通。
[0011]内燃发动机包括发动机气缸体和进气歧管，且至少一个进气通道是第一进气通道和第二进气通道。在另一优选的实施方案中，燃烧装置还包括配置在气缸孔周围用于将缸盖固定到发动机气缸体的六个螺栓。第一进气通道和第二进气通道从进气歧管沿着螺栓中的一个的各自侧朝燃烧室延伸。
[0012]一种用于分离来自燃料喷射阀的气体燃料流的新型气体燃料分流器包括:包括孔的主体部分，孔与燃料喷射阀流体连通；和第一导管和第二导管，其与孔流体连通。气体燃料流分别在第一导管和第二导管中被分成第一流和第二流。在优选的实施方案中，燃料喷射阀是燃料喷射器的一部分，且孔被构造成接收燃料喷射器的喷嘴。在其他优选的实施方案中，第一导管和第二导管大致与孔的纵轴正交，和/或主体以及第一导管和第二导管是整体式组件。
[0013]一种用于气体燃料内燃发动机的改进型进气歧管包括:第一分配室，其与内燃发动机的进气口流体连通；第二分配室，其与内燃发动机的每个燃烧室的至少一个进气通道流体连通；和扩散器，其流体地连接第一分配室和第二分配室。第一分配室可包括位