CN102947545B - 用于对置活塞发动机的燃烧室构造 - Google Patents

用于对置活塞发动机的燃烧室构造 Download PDF

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Abstract

一种用于对置活塞发动机的燃烧室，该燃烧室包括在这些活塞的相对端部表面的圆周外围区域之间被限定的挤气区，由在这些端部表面中的一个或更多个凹钵限定的腔体，以及径向延伸通过该挤气区进入该腔体的至少一个喷射口。该腔体具有横截面形状，该形状对从该挤气区进入该腔体的气流施加滚转运动。

Description

用于对置活塞发动机的燃烧室构造
技术领域
本领域是用于内燃发动机的燃烧室。具体地，本领域包括用于多种对置活塞发动机的构造，在这些对置活塞发动机中，燃烧室被限定在多个活塞的端部表面之间，这些活塞被相对布置在装有汽门的汽缸的孔内。更具体地，本领域包括带有燃烧室构造的对置活塞发动机，其在允许进入汽缸的充气内在这些活塞端部表面之间产生滚转运动。
背景技术
按照图1，对置发动机包括至少一个汽缸10，其带有孔12并且其中机械加工成或形成有纵向地布置的进气和排气口14和16。一个或更多个燃料喷射器17被固定在多个喷射口内（喷射器被定位在喷射口），这些喷射口通过该汽缸的侧表面开口。根据现有的技术两个活塞20、22被布置在孔12内，它们的端部表面20e、22e互相相对。为方便起见，由于更接近进气口14，活塞20被称作“进气”活塞。类似地，活塞22被称作“排气”活塞，由于它更接近排气口16。
带有一个或更多个装有汽门的汽缸（汽缸带有在其内形成的一个或更多进气和排气口）的操作，比如汽缸10的操作彻底被理解。就此而言，响应燃烧，这些对置活塞从各自的上止点（TDC）位置移开，这些上止点是对置活塞在汽缸10内处于其最内部位置的地方。当从上止点TDC移开后，这些活塞保持其相关联的气门闭合直到它们接近各自的下止点（BDC）位置，这些下止点位置是活塞在汽缸内处于其最外部位置的地方。这些活塞可以协调地移动以便进气和排气口14、16一致地打开和关闭。可替代地，一个活塞可以协调地引导另一个，在这种情况下进气和排气口具有不同的打开和关闭时间。
在许多对置活塞构造中，相位偏移被引入到活塞移动中。如图1所示，例如，排气活塞引导进气活塞并且相位偏移引起这些活塞围绕它们的下止点BDC位置顺序移动，其中当排气活塞22移动经过下止点时，排气口16打开，同时进气口14仍然关闭，以便燃烧气体开始从排气口16流出。当这些活塞继续彼此远离地移动时，进气活塞20移动经过下止点BDC，引起进气口14打开同时排气口16仍然打开。增压空气的进气通过打开的进气口14被强制充入汽缸10，驱动排气通过排气口16排出该汽缸。如图1可见，在这些活塞的进一步移动后，排气口16先于进气口14关闭，而进气活塞20继续移动远离下止点BDC。典型地，当新鲜空气的充气通过进气口14的倾斜开口时，新鲜空气的充气是涡流的。参考图1，该涡流运动（或简单地，“涡流”）30是增压空气的大体螺旋移动，该增压空气围绕汽缸的纵向轴线旋转并且通过汽缸10的孔纵向地移动。按照图2，当活塞20、22继续向上止点TDC移动时，进气口14被关闭并且保持在该汽缸内的涡流的增压空气在端部表面20e和22e之间被压缩。当这些活塞在汽缸孔内靠近它们各自的上止点TDC位置时，燃料40被喷射进入压缩的增压空气30中，在这些活塞的端部表面20e、22e之间。随着喷射继续，当活塞20和22移动通过它们各自的上止点TDC位置时，空气和燃料的涡流混合物在燃烧室32内被逐渐增加压缩，该燃烧室32被限定在端部表面20e和22e之间。当混合物达到点火温度，该燃料在燃烧室内点火，驱动这些活塞朝向它们各自的下止点BDC位置分离。
当燃料喷射开始时，湍流是增压空气运动的令人希望的特征。与另外发生的方式相比，湍流激励增压空气与燃料的混合物更完整并且更均匀地点火。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，用于产生增压空气的强大涡流运动，该涡流运动促使排气排出（净化）以及去除增压空气湍流。但是，由涡流支配的增压空气运动能够在燃烧期间产生不希望的效果。例如，在由平坦的活塞端部表面之间限定的圆柱体燃烧室中的燃烧期间，涡流推动火焰朝向汽缸孔，引起热散失到（相对）更冷的汽缸壁上。涡流的更高速度矢量出现在汽缸壁附近，这提供了热散失的最差情况：高温气体具有传递热量到该汽缸壁并且降低该发动机的热效率的速度。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增压空气湍流，同时缓和由涡流产生的不希望效果。
在某些对置活塞燃烧室构造中，湍流由挤流产生，该挤流从燃烧室的外周在汽缸的径向方向流向汽缸的轴线。挤流由压缩空气的运动产生，该压缩空气从在活塞端部表面的这些外周的相对高压区域移动到由在至少一个活塞端部表面内形成的凹钵生成的低压区域。挤流促进在燃烧室内的增压空气湍流。例如，美国专利6,170,443披露了带有一对对置活塞的汽缸，这些活塞具有互补的端部表面构造。圆形的凹陷在一个端部表面内形成，该凹陷关于它的活塞的轴线是对称的并且在它的中心上升到一个点。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。当这些活塞接近上止点TDC时，它们限定大体上环形的燃烧室，该燃烧室的中心在汽缸的纵向轴线上。该燃烧室由圆周的挤压带围绕，该挤压带被限定在凹面形状和凸面形状之间。当这些活塞接近上止点TDC时，该挤压带生成进入环形沟槽的方向朝内的挤流并且创建出“接近上止点的高强度涡流”。见‘443专利的19栏的第25-27行。燃料在孔的径向方向被喷射进入到环形的燃烧室。
增加在燃烧室内的增压空气的湍流就提高了空气/燃料混合的效率。由涡流或者挤流支配增压空气运动确实实现一定程度的湍流。然而，当喷射开始时希望创建增压空气运动的额外元素，以便产生增压空气的甚至更多湍流，以获得比单独用涡流或挤流更好的空气/燃料混合。
发明内容
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，该燃烧室创建除了涡流和挤流之外的增压空气运动分量。
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以在该燃烧室内产生增压空气运动内一个或更多滚转分量。
优选地，滚转运动是增压空气的旋转移动，该移动横断纵向轴线并且循环穿过汽缸的该纵向轴线。优选地，该滚转运动是增压空气围绕汽缸孔的直径循环的一种循环。
在一个优选的构造中，燃烧室被限定在对置端部表面之间，燃烧室接壤挤气区，该挤气区限定至少一个挤流通路，该挤流通路相对于汽缸孔偏移。优选地，该燃烧室由在至少一个活塞端部表面内形成的凹钵限定。在一些实例中，该凹钵是蛤壳形状的。在其他实例中，该凹钵具有细长的锥形柱体形状。在一些方面，该凹钵具有细长的椭圆形形状。
在另一个优选的构造中，燃烧室由在上止点TDC的对置活塞的端部表面限定，其中一个活塞端部表面具有中心在该活塞的纵向轴线上的圆周区域，以及在该圆周区域内的凹钵，并且另一活塞端部表面是平坦的。优选地，燃烧室是蛤壳形的。
在另一个优选的构造中，燃烧室被限定在对置活塞的端部表面之间，其中每个活塞端部表面具有中心在该活塞的纵向轴线上的圆周区域，以及在该圆周区域内的凹钵，该凹钵限定了凹表面，该凹表面带有从包含圆周接触区域的平面朝向活塞的内部向内弯曲的第一部分，以及穿过包含圆周接触区域的该平面从该活塞的内部向外弯曲的第二部分。优选地，该燃烧室具有细长的椭圆形形状。
仍然在另一个优选的构造中，提供一种用于操作内燃发动机的方法，该内燃发动机包括至少一个带有纵向分离的排气和进气口的汽缸，以及一对对置布置的活塞，其用于在该汽缸的孔内的往复运动，该方法通过以下步骤操作内燃发动机：形成燃烧室，该燃烧室具有当这些活塞朝向各自的上止点TDC位置移动时，在这些活塞的端部表面之间的细长的椭圆形，生成增压空气的挤流，所述挤流具有相对于该燃烧室的主轴线偏移的方向，响应挤流和涡流的增压空气，在该燃烧室中生成增压空气的至少一个滚转运动，以及把燃料喷射进入到该燃烧室内。
附图说明
图1是具有现有技术的对置活塞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适当地被标记为“现有技术”。
图2是图1中具有现有技术对置活塞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，在这些位置处这些活塞的平坦端部表面限定现有技术的燃烧室，并且图2被适当地标记为“现有技术”。
图3是一对对置活塞的侧部示意图，其中这些活塞的端部表面限定第一燃烧室构造。
图4是图3的活塞中的一个的端视图，示出带有在其中形成的凹钵的端部表面。
图5和6是一对活塞的各自活塞的立面透视图，其中形成这对活塞的端部表面以限定第二燃烧室构造。
图7-9是侧截面图，示出对置活塞发动机的操作序列，该对置活塞发动机包括根据图5和6的一对活塞。
图9A是图9的一个部分的放大视图，示出第二燃烧室构造的更详细细节。
图10是图5的活塞的端视图，示出活塞端部表面，该端部表面带有在其中形成的凹钵以及燃料喷射模式。
图11是一对活塞中的一个的立面透视图，其中形成该对活塞的完全相同的端部表面以限定第三燃烧室构造。
图12-14是侧截面图，示出对置活塞发动机的操作序列，该对置活塞发动机包括根据图11的一对活塞。
图15A是图14中的一个部分的放大视图，示出第三燃烧室构造的更详细细节。
图15B是图15A的放大视图，示出在第三燃烧室构造中的挤气和滚转气流。
图16是图11的活塞中的一个的端视图，示出端部表面，该端部表面带有在其中形成的凹钵以及燃料喷射模式。
图17A和17B是图16的活塞端部表面视图的示意说明图，示出该端部表面和挤流之间的相互作用，图17A不带有涡流，而图17B带有涡流。
具体实施方式
在将被描述的燃烧室构造内，内燃发动机包括带有纵向分离的排气和进气口的至少一个汽缸。例如，参见图1和2中示出的汽缸10。一对活塞被对置布置在该汽缸的孔内，以及燃烧室结构被限定在当这些活塞朝向上止点位置移动时的这些活塞的对置端部表面之间。圆周区域在这些端部表面中的每个上限定外周。燃烧室包括限定在端部表面之间的腔体，并且具有至少一个开口，通过该开口燃料被喷射（下文称“喷射口”），该开口至少大体上在汽缸的径向方向延伸并且通向该腔体。
在内燃发动机的操作期间，当这些活塞靠近上止点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该燃烧室，该方向相对于孔的直径方向偏移。这个过程被称为“生成挤流”。端部表面生成挤流的这些部分被称为挤流表面，并且被限定在这些挤流表面之间的凹槽被称为挤流槽。挤流通过在燃烧室腔体内的一个或更多弯曲表面偏置或重新定向，进入在该腔体内循环的至少一个滚转运动。
在下面的描述中，“燃料”指任何可以被用在对置活塞发动机中的燃料。该燃料可以为相对均质的合成物或混合物。例如，该燃料可以为柴油燃料或任何可以被压缩点火的其它可点火燃料。进一步，这些描述设想空气/燃料混合物的压缩造成的点火；然而，希望提供附加的机构，比如，多个点火塞以协助压缩点火。这些描述设想当对置活塞位于或接近上止点TDC位置时，燃料喷射进入燃烧室内的压缩的气体。该气体优选地为加压的环境空气；然而，它可以包括其它成分，比如排气或其它稀释剂。在任何这种情况下，该气体被称为“增压空气”。
第一燃烧室构造：图3是一对对置活塞的示意图，该对对置活塞带有端部表面，当这些活塞接近各自的上止点TDC位置时，这些端部表面限定第一燃烧室构造。其中布置这些活塞的汽缸由轴线代表，该轴线与这些活塞的轴线是共线的。该燃烧室包括一个活塞端部表面，其被成形以产生横穿汽缸的轴线而弯曲的滚转运动。这个构造包括挤气区，其中在这些端部表面之间的弯曲腔体重新定向朝向该挤气区的中心流动的空气进入滚转运动。腔体被凹钵限定，该凹钵形成在这些活塞中一个的端部表面的一部分内；优选地，但不是必要地，该活塞是进气活塞。该端部表面的平坦外周部分围绕该凹钵。喷射口通过该外周部分进入该凹钵。优选地但不是必须地，该喷射口被定向在到该活塞的径向方向上。对置活塞（优选地，排气活塞）具有扁平的、基本上平的端部表面。空气在活塞端部表面的平坦部分之间被压缩，生成在汽缸的径向方向移动进入到该凹钵内的压缩空气的高速挤流。沿着凹钵的弯曲表面，该挤流的一部分从该径向方向偏移或重新定向，以在燃烧室内生成滚转流，该滚转流横穿汽缸的轴线循环。优选地，在与该滚转运动相同的方向上，燃料被注入以便燃料能够由滚转空气运动传送。如果当通过进气口（未示出）进入汽缸时，增压空气最初是涡流的，那么在该燃烧室内的增压空气的运动包括涡流、挤流和滚转的元素。
在图3中，进气活塞105和排气活塞106处于或接近在带有轴线135的汽缸内的各自上止点TDC位置。根据图4，进气活塞105具有端部表面110，其中形成不规则形状的、非圆形的凹钵120。在一些方面，凹钵120具有蛤壳的形状。凹钵120朝向端部表面110的外周部分偏移，其中形成构成喷射口的槽口130。凹钵120被宽度变化的大平坦外周表面区域140基本环绕。该凹钵具有从包含表面区域140的平面朝向活塞105的内部向内弯曲的凹表面121。该凹表面是非对称的。更具体地，如图3中可见，凹表面121在横截面内具有类钩子形状，该横截面从接近槽口130的第一水平面过渡到第二水平面，该第二水平面比该第一水平面更深地进入活塞，接近活塞的中心，并且该横截面然后通过凹切部分122循原路折返，该凹切部分122在槽口130到唇部123的方向上弯曲回来。排气活塞106的端部表面111是基本平坦的，不带有凹钵。
进一步参考图3，随着活塞105和106接近其各自的上止点TDC位置，在汽缸内的空气在端部表面110和111之间的收缩空间内被压缩，并且被夹带在朝向该汽缸的轴线135的径向挤流内。随着径向移动的挤流进入凹钵120，它与弯曲的凹钵表面121相遇。弯曲的凹钵表面121重新定向径向移动的挤流进入一个方向，该方向相对于该径向方向偏移。随着目前偏移的挤流横跨汽缸轴线135，它与凹切部分122的向后急弯相遇并且朝向唇部123弯曲回来，该唇部123施加滚转运动136，其中空气横向地循环穿过轴线135。经由槽口130燃料被喷射注入到滚转空气中。希望挤气间隙(d)，也就是说，位于上止点TDC的活塞端部表面的平坦区域之间的距离，是非常小的；例如，我们已经设计端部表面用于0.2mm到0.5mm的挤气间隙。非常小的挤气间隙强迫被压缩的空气以非常高的速率和能量级进入凹钵120，以在喷射开始时和喷射期间生成所需的滚转。
第二燃烧室构造：图5-9、9A和10图解说明第二燃烧室构造，其中挤气表面区域相对于第一构造中的那些挤气表面区域是增加的，以便提供相对更大的挤流速率并且生成相对更强的挤流运动，目的是相比于第一构造促进更完整的燃料和气体的混合。腔体被限定在带有多个凹表面的凹钵之间，这些凹表面形成在对置活塞端部表面内。就此而言，带有凸伸侧部的凹钵在对置活塞中每个的端部表面内形成，并且这些活塞可旋转地定向在汽缸内，以彼此对置地放置这些凹钵的互补的凹/凸表面。这些互补的凹/凸表面部分限定挤流通道，这些挤流通道以相对于汽缸的直径方向的不同方向被偏移。优选地，尽管不是必须地，限定在这两个端部表面之间的燃烧室腔体是细长的、非规则形状的汽缸，该汽缸朝向每个端部逐渐缩小。燃烧室的封闭、连续弯曲的几何形状以及相对偏移的挤流生成并且维持滚转运动，该滚转运动横穿汽缸轴线循环。我们已经计算，这个燃烧室结构能够提供高于第一构造的、达到3.5倍的滚流比。
在第二构造中，喷射口沿着燃烧室的外周被定位，并且被定向在大体横穿到燃烧室主轴线的方向，允许宽的喷射排列，该喷射排列能够由带有大量孔的喷射器喷嘴产生。优选地，喷射口被定向成至少大体上在该主轴线的径向或者垂直于该主轴线。
在图5中，进气活塞180具有带有平坦的圆周区域184的端部表面182，该圆周区域184的中心在活塞180的纵向轴线上。平坦的圆周区域184限定端部表面182的外周。凹钵186在该外周内形成。凹钵186具有带有第一部分190以及第二部分192的凹面188，该第一部分190从包含平坦圆周区域184的平面向内弯曲并且朝向活塞180的内部，第二部分192从活塞的内部穿过包含平坦圆周区域184的该平面向外弯曲。槽口194穿过该外周径向地延伸进入凹钵186。端部表面182进一步包括在外周内的凸表面195，其从包含平坦的圆周区域184的该平面向外弯曲。凸表面195与凹表面188的该第二部分192相接以形成脊196，该脊196从端部表面182向外凸伸。
根据图6，排气活塞200具有端部表面202，该端部表面202带有中心在活塞200的纵向轴线上的平坦圆周区域204。该平坦圆周区域204限定端部表面202的外周。凹钵206在该外周内形成。凹钵206从活塞200的纵向轴线偏移。凹钵206具有带有第一部分210和第二部分212的凹表面208，该第一部分210从包含平坦圆周区域204的平面向内弯曲，朝向活塞200的内部，并且第二部分212穿过包含平坦圆周区域204的该平面从活塞的内部向外弯曲。端部表面202进一步包括在该外周内的凸表面215，该凸表面从包含平坦圆周区域204的该平面向外弯曲。该凸表面215与凹表面208的第二部分212相接以形成脊216，该脊216从端部表面202向外凸伸出来。槽口214延伸穿过该外周和脊216并且进入凹钵206。
与图6可见的脊216到排气活塞的端部表面202相比，图5所见的脊196相对于进气活塞的端部表面182是明显更高的。与脊216到活塞200的轴线相比，脊196相对于活塞180的中心轴线也更中心定位。这些不对称也给予第二构造的燃烧室和挤气区稍微不对称的形状。
现在参考图7，示出处于或接近汽缸220内部的各自下止点BDC位置的两个活塞180和200。这些活塞在汽缸220的孔内被可旋转地定向，以便槽口194、214相互对齐。空气通过进气口224被引导进入汽缸220，而排气产品通过排气口226流出汽缸。当根据图8这些活塞从下止点BDC向上止点TDC移动时，这些气口被关闭并且在汽缸内的空气在端部表面182和202之间被逐渐增压压缩。参考图8、9和9A，当这些活塞接近上止点TDC时，被压缩的空气在脊196的凸表面195与凹表面部分210之间被挤压，并且在脊216的凸表面215与凹表面部分190之间也被挤压。这些受挤压的空气流入燃烧室空间240，该燃烧室空间240被限定在端部表面182和202之间，在这里受挤压的空气由凹表面部分192和212偏置进入滚转运动228。从图9和9A可以明显地看到，当活塞180和200移动通过它们各自的上止点TDC位置时，表面196和216紧密配合对置的凹表面部分210和190，给予燃烧室空间240不规则圆柱体的形状。
见图9A和10，由槽口194和214限定的喷射口沿着燃烧室空间240的外周被定位并且被定向为在活塞的大体径向或者横穿燃烧室“主轴线”242，允许由喷射器喷嘴250产生的宽喷雾248。优选地，该喷射口相对于活塞180和200被径向地定向或者垂直于主轴线242被定向。由喷射器喷嘴250喷射进入燃烧室空间240的燃料248由凹表面部分192偏置进入与滚转空气的混合物，因此良好保持空气/燃料混合物在燃烧室空间240内并且远离汽缸壁。
第三燃烧室构造：图11-14、15A、15B和16图解说明第三燃烧室构造，该构造由对置活塞发动机的带口汽缸内布置的对置活塞的互补端部表面结构限定。该第三燃烧室构造由挤气表面区域界定，这些挤气表面区域大于第一和第二构造的挤气区域，以便提供和第一和第二构造相比的相对更大挤流速率并且生成相对更强的挤流运动。在对置活塞的端部表面内形成相同的大体上对称的凹钵，并且这些活塞被可旋转地定向从而以对置方式放置凹钵的互补弯曲表面，目的是使挤流区的挤流表面区域最大化。
每个活塞的端部表面结构具有围绕凹钵的外周，该凹钵限定凹表面。该凹表面包括第一部分和第二部分，第一部分远离包含该外周表面的平面、朝向活塞的内部弯曲，并且第二部分远离第一部分弯曲并且从该平面部分地向外凸伸出来。相对该凹钵的凸表面远离该外周弯曲，并且从该平面向外地凸伸。凸表面与凹表面的第二部分相遇由此以形成脊。优选地，但不是必须地，凹钵具有半椭圆形形状。端部表面结构被提供在两个活塞上，并且这些活塞被布置在有装配气门的汽缸的孔内，它们的端部表面被定向从而以对置方式放置端部表面结构的互补的弯曲表面，以便限定燃烧室。优选地，但不是必须地，限定在两个端部表面之间的燃烧室空间是或者非常接近于细长的椭圆形柱体，提供大体上对称的几何形状以加强并保持滚转运动。据估计，这个燃烧室结构提供是第二构造的滚流比的两倍的滚流比。在第三构造中，希望至少一个喷射口被定位在燃烧室的主轴线上。
限定第三构造的这些活塞端部表面的结构大致上彼此一样；相应地，图11中示出的活塞280既代表进气活塞也代表排气活塞。活塞280具有端部表面282。中心在活塞280的纵轴线上的平坦圆周区域284限定端部表面282的外周。凹钵286形成在该外周内。凹钵286具有凹表面288，该凹表面288带有从包含该平坦圆周区域284的平面、朝向活塞280的内部向内弯曲的第一部分290，以及通过该平面从该活塞的内部向外弯曲的第二部分292。端部表面282进一步包括在该外周内的凸表面295，该凸表面295从该平面向外弯曲。凸表面295与凹表面288的第二部分292相遇以形成脊296，该脊296从端部表面282向外凸伸。至少一个槽口294通过该外周延伸进入凹钵286；优选地，提供两个对齐的槽口294。
现在参考图12-14，具有根据图11所示的端部表面的两个活塞280被示出为位于或接近带口的汽缸220内的各自的下止点BDC位置。这些活塞被可旋转地定下在汽缸220的孔内，以便对齐互补的端部表面；这就是说，一个活塞280的凹表面部分290面向另一个活塞的凸表面295。增压空气通过进气口224被强迫进入该汽缸，而排气产品通过排气口226流出汽缸。为了净化以及空气／燃料混合，当增压空气穿过进气口224时，引起增压空气涡流。根据图13，随着活塞280从下止点BDC朝向上止点TDC移动时，进气和排气口224和226关闭并且涡流的增压空气在这些端部表面282之间逐渐地被压缩。参考图15A和15B，当活塞280接近上止点TDC时，压缩的空气从这些端部表面的外周通过挤流通道299流动，这些挤流通道299被限定在凹凸表面对290、295之间。这些挤流空气流流动进入燃烧室300，该燃烧室300具有在端部表面凹钵之间限定的腔体。同时，更接近汽缸的纵向轴线的被压缩的增压空气继续涡流。当这些活塞280移动通过它们各自的TDC上止点位置时，对置的凹凸表面290、295彼此紧密配合以给予燃烧室腔体细长的大体椭圆形的形状。在这些端部表面282内对置的一对槽口294（见图11）限定多个喷射口303（见图15A），这些喷射口在该椭圆形的相对极位置进入燃烧室300。根据图16，该细长的、椭圆形形状具有主轴线302，该主轴线在该相对极位置之间延伸。换言之，这些喷射口303沿着主轴线302对齐。
端部表面282以及增压空气之间的相互作用在图17A和17B中被描述。图17A示出进入燃烧室300的挤流，而没有增压空气涡流；图17B图解说明这些挤流如何影响涡流以及如何受到涡流的影响。当活塞朝向上止点TDC移动时，挤压区域（在对置的凹凸表面对290、295之间）产生局部高压，该高压引导增压空气的挤流进入燃烧室300的中心区域。就此而言，参考图15A，15B和17A，在喷射开始时，当活塞接近它们各自的TDC上止点位置时，凹凸表面对290、295生成进入燃烧室300的挤流341、342。如图15B中图解说明的，这些挤流被相对地引导、是平行的并且相对于主轴线302偏置。当这些挤流与向外定向的端部表面部分292相遇时，这个空间关系引起产生滚转运动343。就此而言，滚转运动是在燃烧室内的增压空气的一种循环运动，该运动至少大体上横穿汽缸的纵向轴线；在滚转运动343的情况下，循环是大体上围绕主轴线302的。根据图17B，当涡流347被添加到增压空气运动时，涡流运动，取决于它的强度，抵消或克服在燃烧室区域348内的挤流，并且增强在燃烧室区域349之间的界面处的挤流。和单独的挤流相比，这些涡流加挤流相互作用生成更强烈的围绕主轴线302的滚转运动。建模指示，随着初始涡流的强度增加，接近上止点TDC产生的这个滚转运动的强度也增加。此外，在燃烧室300内涡流加挤流与活塞的端部表面的相互作用产生围绕与主轴线正交的轴线的第二滚转运动。例如，这样的轴线对应于或者大体上平行于细长的椭圆形的赤道直径。因此，在喷射开始时，在燃烧室300内的增压空气的湍流运动包括涡流分量、射入的挤流以及围绕正交的滚转轴线的滚转分量。
参考图15A、15B和16，燃料248由对置的喷射器250喷射进入在燃烧室空间300内的滚转空气。根据第三构造，燃烧室是大体上相对于汽缸和活塞的纵向轴线居中的。当活塞接近上止点TDC时，至少一对对齐的槽口294限定至少一个喷射口303，其通入燃烧室腔体300。该至少一个排气口303被定位在处于或接近燃烧室的一个端部，与燃烧室的主轴线302对齐，以便燃料烟雾248被限制在对置的凹表面部分292之间并且由这些部分292引导。优选地，两个燃料喷射口在燃烧室腔体300的每一端被提供，与燃烧室的主轴线对齐，并且燃料从两个对置喷射器250通过这些喷射口被喷射。
在一些方面，希望喷射燃料的至少一种喷雾进入具有细长的椭圆形状的燃烧室。然而，优选的是喷射燃料的一对相对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增压空气运动，在这里该对置喷雾在该燃烧室内相遇并且形成燃料的云雾，由于湍流作用，该云雾很好地与被压缩的增压空气混合。参考图16，该视图是位于或接近汽缸220的纵向中点的一个部分视图，直接看到汽缸的孔221中，朝向活塞端部表面282看去，该活塞端部表面282被布置在该孔内的一个位置上，该位置上它和未看到的活塞端部表面限定燃烧室300。汽缸的轴线由参考号223标示。根据第三构造，燃烧室300基本上是相对于该汽缸的轴线223纵向居中。燃料喷射器250和布置在喷射口265的、它们的喷嘴尖端251一起被定位。每个喷射器喷嘴尖端有一个或更多孔，通过这些孔燃料248被喷射通过各自的喷射口，进入到燃烧室300。优选地，每个喷射器尖端251以发散模式喷雾燃料248，该模式和喷射口303对齐并且沿着椭圆燃烧室300的主轴线302穿行喷射口303，进入该燃烧室300的中心部分。优选地，对置喷雾模式的燃料被喷射进入在燃烧室300内的湍流空气运动。在一些方面，对置喷雾模式在位于或接近燃烧室的中心相遇并且形成燃料液滴的一种云雾，这种云雾混合增压空气，该增压空气具有复合的湍流运动，该湍流运动包括涡流、挤流以及滚转分量。优选地，但不是必须地，这些燃料喷射器250被布置成使得它们的轴线A彼此成一条直线并且在孔221的直径方向上。这引起喷射器尖端沿着汽缸220的直径被对置定向，汽缸220的直径与该主轴线302对齐。
在上文中说明和描述的燃烧室构造打算用于对置活塞的燃烧-点火发动机中，这些发动机对迫使进入气缸的进气施加涡流。虽然如此，燃烧室构造能够被使用在那些不使增压空气形成涡流的对置活塞燃烧-点火发动机内。
活塞和关联的汽缸由铸铁和/或机械加工的金属材料制成。例如，活塞可以由被组装到活塞头的活塞裙组成，在该活塞头上形成活塞端部表面。作为进一步的举例，但是不排除其它的材料，活塞头可以包括高碳素钢比如41-40或43-40的材料，并且该活塞裙可以使4032-T651铝来形成。在这种情况下，汽缸优选地包括铸铁组合物。
尽管已经以关于优选的多个结构详细描述了本发明，但是应当理解，可以做出多种修改而不背离本发明的精神。相应地，本发明也仅由以下的权利要求限定。

Claims (14)

1.一种内燃发动机，该发动机包括带有纵向分离的排气口(226)和进气口(224)的至少一个汽缸(220)以及一对彼此相对布置在该汽缸的孔内的活塞(280)，其中燃烧室被限定在这些活塞的相对端部表面(282)之间，其特征在于：
这些活塞中的每个的端部表面(282)具有圆周区域(284)，该圆周区域限定该端部表面的外围并且该端部表面具有在该外围内的凹钵(286)，该凹钵限定凹表面(288)，所述凹表面具有从包含所述圆周区域的平面朝向该活塞的内部向内弯曲的第一部分(290)和从该活塞的内部穿过包含所述圆周区域的所述平面向外弯曲的第二部分(292)；
其中相对的活塞被定向在所述孔内，从而使得当这些活塞靠近在所述孔内的各自上止点，即TDC位置时，具有细长椭圆形形状的燃烧室(300)被限定在所述凹钵之间；并且
其中被限定在所述相对端部表面之间的所述燃烧室接壤挤气区，该挤气区限定至少一个挤流通路，该挤流通路相对于所述汽缸孔偏移。
2.如权利要求1所述的内燃发动机，其中每个凹钵(286)具有大体上半椭圆形的形状。
3.如权利要求1所述的内燃发动机，其中在所述汽缸内、在所述燃烧室的主轴线(302)上的位置提供至少一个喷射口(265)。
4.如权利要求2所述的内燃发动机，其中每个端部表面进一步包括在所述外围内的凸表面(295)，所述凸表面从包含所述圆周区域的所述平面向外弯曲，并且所述凸表面与所述凹表面的所述第二部分相接以形成脊(296)。
5.如权利要求4所述的内燃发动机，其中相对的活塞被定向在所述孔内，以便使当这些活塞在所述孔内靠近各自的上止点，即TDC位置时，每个活塞端部表面的所述凸表面(295)与另一个活塞的凹表面的第二部分(292)限定挤气区。
6.如权利要求5所述的内燃发动机，其中当所述活塞在所述孔内靠近各自的上止点位置时，在每个挤气区内的相对凹表面和凸表面部分引起朝向腔体流动的挤流，所述腔体被限定在所述凹钵之间。
7.如权利要求6所述的内燃发动机，其中在所述汽缸中、在所述腔体的主轴线上的位置提供至少一个喷射口。
8.一种用于操作根据权利要求1-7中任意一个所述内燃发动机的方法，其特征在于：
当这些活塞在所述孔内从各自的下止点位置移动时允许空气穿过所述进气口进入所述孔，将所述活塞的外层端部表面上的相对凹钵(286)移动到一起，以限定具有带主轴线(302)的细长椭圆形形状的燃烧室(300)，随着这些活塞在所述孔内朝向各自的上止点位置移动，引起在这些活塞的相对端部表面之间的空气进气内的滚转运动(343)，并且喷射燃料(248)进料进入燃烧室。
9.如权利要求8所述的方法，其中喷射燃料(248)进料进入空气进气包括沿着所述主轴线(302)喷射该燃料。
10.如权利要求9所述的方法，其中涡流运动(347)被施加到允许进入所述孔的空气中。
11.一种用于操作根据权利要求1-3中任意一个所述内燃发动机的方法，其特征在于：
当所述活塞(280)在所述孔内朝向各自的上止点位置移动时在所述活塞的端部表面(282)之间形成具有细长椭圆形形状的燃烧室(300)，
在相对于该细长椭圆形形状的主轴线(302)偏移的方向上，提供增压空气的挤流(341，342)进入到所述燃烧室，
响应所述挤流(341，342)和涡流的增压空气，在所述燃烧室内生成增压空气的至少一个滚转运动(343)，以及
把燃料(248)喷射到所述燃烧室中。
12.如权利要求11所述的方法，其中喷射燃料进料进入所述燃烧室包括沿着所述主轴线(302)喷射该燃料。
13.如权利要求11所述的方法，其中生成至少一个滚转运动包括生成围绕所述主轴线(302)的第一滚转运动以及生成围绕垂直于所述主轴线的轴线的第二滚转运动。
14.如权利要求11所述的方法，其中喷射燃料进料进入所述燃烧室包括沿着所述主轴线喷射相对的燃料喷雾。
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