CN107076009A - 具有流体流动布局的单流式发动机 - Google Patents

具有流体流动布局的单流式发动机 Download PDF

Info

Publication number
CN107076009A
CN107076009A CN201480082316.8A CN201480082316A CN107076009A CN 107076009 A CN107076009 A CN 107076009A CN 201480082316 A CN201480082316 A CN 201480082316A CN 107076009 A CN107076009 A CN 107076009A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylinder
air inlet
inlet port
engine according
uniflow engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480082316.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107076009B (zh
Inventor
理查德·凯尔洛格·莫顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volvo Truck Corp
Original Assignee
Volvo Truck Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volvo Truck Corp filed Critical Volvo Truck Corp
Publication of CN107076009A publication Critical patent/CN107076009A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107076009B publication Critical patent/CN107076009B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/08—Engines with oppositely-moving reciprocating working pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/04—Engines having ports both in cylinder head and in cylinder wall near bottom of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2720/00—Engines with liquid fuel
    • F02B2720/23—Two stroke engines
    • F02B2720/236—Two stroke engines scavenging or charging channels or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/22—Other cylinders characterised by having ports in cylinder wall for scavenging or charging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

一种单流式发动机，包括：气缸，该气缸具有气缸壁；入口通道；该入口通道的中心轴线延伸成首先在气缸的第一部分中与气缸壁相交，然后在气缸的第二部分中与气缸壁相交，该第二部分与气缸的第一部分相对；进气廊道，该进气廊道具有廊道壁并且与所述入口通道流体连通；以及多个进气端口，所述多个进气端口在气缸壁和廊道壁之间延伸，所述多个进气端口中的至少一些进气端口在气缸壁处具有垂直于所述进气端口的纵向轴线测量的不同面积，并且其中，气缸的第一部分中的至少一个进气端口的面积大于气缸的第二部分中的至少一个进气端口的面积。

Description

具有流体流动布局的单流式发动机
技术领域
本发明总体上涉及单流式发动机，更具体地，涉及用于对这种发动机进行扫气(scavenging)的布局。
背景技术
通常以两冲程循环工作的大多数带有端口的发动机使所进入的进气气流(aircharge)产生高度涡旋，以便使进气气流的进气端口区域的可用表面积最大，因此减少泵送工作并确保高的湍流而用于良好的燃烧。然而，对所进入的进气气流施加旋流需要一定量的能量，这增加了泵送工作，导致到气缸壁的高的热传递，造成新鲜的进气气流与残留在气缸中的排气混合，并且可能夹带有自来壁的润滑油，从而不利地影响排放。此外，对两冲程气缸的填充取决于进气端口和排气端口(阀)之间的压力差，而不取决于进气系统的绝对流量限制，并且，进气端口区域经常被限制以实现跨气缸的更有利的压力差。
无论发动机是活塞对置式发动机还是单活塞发动机，当进气在气缸的一端且排气在另一端时，该气缸和发动机被称为具有“单流式”设计或“单流式扫气”设计，扫气是对如下过程的描述：即，进气在由外部装置供应的压力下将排气从气缸中排出。活塞对置式发动机的典型结构和操作例如在美国专利申请公报US2013/0036999中示出，该美国专利申请通过引用的方式并入本文。
当气缸接近其最大容积(即，常规的单活塞发动机中的下止点)并且由在进气通道和排气通道之间产生压力差的一些外部装置驱动时，发生了两冲程发动机/机械中的气体交换过程。所进入的增压空气在气缸的一端处进入气缸并推动燃烧过的气体通过气缸的另一端中的排气通道的过程可以通过如下元件来实现：在常规单活塞发动机设计的情况下，通过未被气缸盖中的活塞、提升阀或其它排气阀覆盖的气缸或气缸衬套中的进气端口来实现；或者，在活塞对置式发动机的情况下，通过未被一个活塞覆盖的进气端口和未被第二活塞覆盖的排气端口来实现。在大多数带有端口的两冲程发动机中，进气端口可以是绕气缸的圆周的一部分或多或少地等距分布的一系列槽或孔的形式，它们通常被图案化或成形为使得进气绕气缸的轴线进行涡旋。
希望使进入带有端口的气缸中的进气的湍流最小化，以便最小化热传递，最小化引起增压运动所需的功，并且最小化新鲜气体和燃烧过的气体的混合，以便更接近地实现“完美驱替式(perfect displacement)”扫气。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种单流式发动机包括：气缸，所述气缸具有气缸壁；入口通道；所述入口通道的中心轴线延伸成首先在气缸的第一部分中与气缸壁相交，然后在气缸的第二部分中与气缸壁相交，该气缸的第二部分与气缸的第一部分相对；进气廊道，该进气廊道具有廊道壁并且与所述入口通道流体连通；以及多个进气端口，所述多个进气端口在气缸壁和廊道壁之间延伸，所述多个进气端口中的至少一些进气端口在气缸壁处具有垂直于所述进气端口的纵向轴线测量的不同面积，并且其中，气缸的第一部分中的至少一个进气端口的面积大于气缸的第二部分中的至少一个进气端口的面积。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细描述，可以很好地理解本发明的特征和优点，在这些附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：
图1是沿图2的截面1-1截取的根据本发明一个方面的具有对置式活塞的单流式发动机的一部分的局部剖视图；
图2是图1所示的单流式发动机的一部分的局部截面图；
图3是根据本发明一个方面的单流式发动机的一部分的局部截面图，其中，两个对置的活塞处于气缸中的最小容积的位置；并且
图4是根据本发明另一方面的具有单个活塞的单流式发动机的一部分的局部截面图。
具体实施方式
图1-图3示出了根据本发明一个方面的、具有流体流动布局(fluid flowarrangement)的带有端口的单流式发动机21的一部分。单流式发动机21可以包括发动机缸体23或其中设有(至少一个)气缸25的其它结构，该气缸25具有气缸壁27。气缸25通常是圆柱形的，但也可具有其他形状。图1-图3示出了活塞对置式发动机21，然而，应当理解，本发明也适用于如图4可见的单活塞发动机21'。活塞对置式发动机21被示出为其气缸被定向成使得进气在顶部而排气在底部，而单活塞发动机21'被示出为其气缸被定向成使得进气在底部而排气在顶部，然而，在任一种情况下，进气和排气在顶部或底部的上述定向可以反过来。为了便于讨论，将描述活塞对置式发动机21的结构，然而应当理解，这种结构也适用于于单活塞发动机21'，除非另外说明。
提供了通常形成在发动机缸体中的入口通道29，进气(或空气和燃料，或其它气体——下文中统称为“空气”)被吸入该入口通道29中并朝向气缸25引导。入口通道29可以包括多个通道。入口通道29的中心轴线AI延伸成首先(沿空气流的方向)在气缸25的第一部分31(图1-图2)中与气缸壁27相交，然后在气缸25的第二部分33中与气缸壁27相交，气缸的该第二部分33与气缸的第一部分相对。该第一部分31和第二部分33可以(但不必需)是气缸25的第一半部和第二半部。入口通道29的中心轴线AI可以与气缸25的纵向轴线AC限定大于0°的锐角，以便于为进入气缸内的空气的运动提供轴向分量。
进气廊道35通常绕气缸25的圆周的至少大部分延伸。然而，该进气廊道可以包括两个或更多个廊道，所述两个或更多个廊道可以(或可以不)通过壁分隔开。进气廊道35具有廊道壁37并且与入口通道29流体连通。如果设置有多个通道29，这些通道29可以布置成在绕气缸圆周的不同部分处与多个相应的廊道35或者与单个廊道的多个部分流体连通。
多个进气端口39a-39h在气缸壁27和廊道壁37之间延伸。这些进气端口39a-39h可以形成在气缸衬套41中，该气缸衬套的内部形成气缸25。虽然图2示出了15个进气端口，但应当理解，可以提供任何数量的进气端口。所述进气端口中的至少一些进气端口39a和39b在气缸壁27处具有垂直于该进气端口的纵向轴线A39a和A39b测量的不同面积。气缸25的第一部分31中的至少一个进气端口39a的面积大于该气缸的第二部分33中的至少一个进气端口39b的面积。例如，布置在气缸25的第一部分31中的至少一个进气端口39a的面积可以比与进气端口39a大致径向相对地定位的另一个进气端口39b的面积大。
进气端口39a-39h的位置和尺寸通常被设计成便于引导进气气流，使得该进气气流以实现最小湍流(因此导致到气缸壁的较少的热传递，从而需要较少的功来诱导进气气流运动，并导致新鲜的气体和燃烧过的气体混合较少)的方式进入气缸25，同时横跨气缸的整个直径均匀地填充该气缸，因而促进(尽可能接近)产生沿着气缸25的轴线AC扩大的大致圆柱形体积，以通过最少的混合或能量交换而将废气推出。气缸25的相对于入口通道29的中心轴线AI而言的后侧(即，气缸的第二部分33)上的端口(例如，端口39b)通常比气缸的相对于该入口通道的中心轴线而言的前侧(即，气缸的第一部分31)上的端口(例如，端口39a)小，并且通常被从进气廊道35的如下部分进给：进气廊道35的该部分相对于进气廊道的较靠近气缸前侧上的端口的部分具有减小的横截面。气缸25的后侧或第二部分33上的端口通常主要用于冷却气缸中的活塞43的后侧，并在气缸壁附近产生小的气帘(air curtain)以便于完全填充该气缸。
活塞43还可以成形为：通过使活塞的面45倾斜而便于形成大致圆柱形容积，使得活塞的平均面(mean face)47与垂直于气缸25纵向轴线AC的平面限定非零角度。活塞43的平均面47的最低部分49，即，离被称为气缸中的最小容积位置51最远的部分(即，延伸到气缸中最少的部分)邻近气缸的第一部分31。气缸中的最小容积位置51被定义为气缸25中的如下的点：在单活塞布局(图4)中，活塞在该点处位于上止点，或者，在对置式活塞的布局中(图3)，两个活塞在该点处彼此最靠近。活塞43的平均面47的离气缸中的最小容积位置51(即，突出到气缸中最远的位置)最近的最高部分53邻近气缸25的第二部分33。
通常，进气端口39a-39h的总面积被选择成以跨所述单流式发动机的期望的压力变化来实现期望的流速。将这些进气端口39a-39h分隔开的壁的尺寸(即，气缸壁27和进气廊道壁37之间的厚度以及壁的周长)足以为气缸中的预期的操作条件提供可接受水平的机械强度。进气端口39a-39h的间距(因此，进气端口的宽度)通常被选择为使得：当活塞在进气端口上来回经过时，气缸25中的活塞43上的活塞环55(图1)不膨胀到所述端口中或者不卡在所述端口的端壁上(顶部和底部)。所述进气端口沿气缸轴线AC的长度和位置被选择成与用作阀的活塞一起发挥作用，以实现所期望的开合特性(opening and closingprofile)并获得气缸的期望的有效压缩比。
将会看到，在图2中，进气端口39a和39b在径向上彼此并不完全相对，而是，端口39b在气缸25的直径方向上的与端口39a相对的一侧布置在与端口39a成大约170°-190°的位置。在图1-图2所示的实施例中，进气廊道37未绕气缸25的整个圆周延伸，而是仅绕该圆周的大部分，其中，两个端口39b限定了该廊道的端部。如果该进气廊道被形成为使得其绕气缸的整个圆周延伸，那么，具有最小面积的端口可以布置成与具有最大面积的端口径向相对。
进气端口的面积从离气缸25的第一部分31的中心最近的至少一个进气端口39a的最大面积减小到与进气端口39a大致径向相对地定位的至少另一个进气端口39b的最小面积。虽然在端口39a和端口39b之间不必须有进气端口，但通常而言，在进气端口39a和进气端口39b之间有至少一个进气端口39c、39d、39e、39f、39g、39h。进气端口39a-39h可以绕气缸25的圆周对称地布置。进气端口39a-39h可以(但非必须)绕该圆周以相等的角度间隔开。进气端口39c-39h可以具有与端口39a和39b二者中的一个或另一个相同的面积，但通常具有在上述最大面积和最小面积之间的一个或多个面积，其中，该面积通常从最靠近进气端口39a的最大面积逐渐减小到最靠近进气端口39b的最小面积。
进气端口39a-39h中的至少一些进气端口的纵向轴线A39a和A39b可以大致与气缸25的半径方向Ra、Rb(图2)重合，该半径方向Ra、Rb与至少一些进气端口中的相应的进气端口相交。进气端口39a-39h中的至少一些进气端口(通常是大多数或所有进气端口)的纵向轴线A39a-A39h基本与入口通道29的中心轴线AI平行，即，与该入口通道29的中心轴线形成约10°或更小的角度。这便于使大部分进气流进入气缸25的第一部分31，同时，分送到气缸的第二部分33上的端口的较少量的气流靠近气缸壁产生小的气帘，以便于完全填充该气缸。一些进气端口的纵向轴线可以不平行于所述入口通道的中心轴线AI，这对于在气缸中产生期望的流动而言是有用的。例如，可以看到，进气端口39f的纵向轴线A39f与其它进气端口的纵向轴线相比较不平行于入口通道29的轴线AI。
如图1可见，进气端口39a-39h通常在与气缸25的纵向轴线AC平行的方向上比在气缸的周向方向上长，并且通常具有细长狭槽的形状。气缸25的第一部分31是气缸的第一半部或气缸的最靠近入口通道29的前部并且气缸的第二部分33是气缸的相对于所述入口通道而言的气缸后侧的第二半部，与气缸的第一半部中的进气端口39a、39c、39c、39d、39d、39e、39e的数目相比，所述多个进气端口中的较多数目的进气端口39b、39b、39f、39f、39g、39g、39h、39h可以布置在气缸的第二半部中，同时，气缸的第一半部中的所有进气端口合起来的总面积可以比气缸的第二半部中的所有进气端口合起来的总面积大。为了实现最小的湍流并使气缸25中的流型(flow pattern)保持平行，希望在气缸的第一部分31中成比例地填充气缸的与进气端口39a、39c、39c、39d、39d、39e、39e相对应的每个部分。因此，进气端口的尺寸通常与其对应的气缸部分的容积成比例，因此，最近地指向气缸轴线AC的进气端口39a(因此，该气缸的横截面的最宽部分)通常大于其他端口。应当理解，实际上，通过各个进气端口39a-39h进入气缸25中的空气流可能由于诸如与所述壁、活塞表面或气缸壁的壁厚的相互作用等的因素而不能完全到达整个气缸。因此，离中心轴线最远并且绕气缸的后侧分布(proceeding)的进气端口(例如进气端口39b、39b、39f、39f、39g、39g、39h、39h)可以是成角度的或专门成形，特别是成形为沿着气缸的内壁引导空气，以“填充”相对死区来完成轴向移动的增压空气表面。在覆盖稍微大于气缸衬套的180°的同时，这些进气端口通常仅供应总增压空气中的相对少量的空气。
进气廊道35的横截面积可以从最靠近气缸25的第一部分31的最大廊道面积减小到最靠近气缸的第二部分33的最小廊道面积。廊道壁37的离气缸中的最小容积位置51最近的部分37p可以与气缸的纵向轴线AC限定大于0°的锐角，以便于提供空气流进入气缸25中的期望方向。将空气供应到气缸25中的进气廊道35通常不朝向气缸轴线引导该空气流。就发生这种情况而言，主要是进气端口的定向和来自进气端口的空气流与活塞43的面45的相互作用的结果。进气廊道35的主要目的是供应足够体积的流畅、相对非湍流的空气流，以最小化扫气期间的压降，使得端口39a-39h和活塞面45能够适当地引导该空气。然而，廊道壁37的部分37p可以具有到进气端口39a-39h中的倾斜或圆形过渡部，以更好地利用廊道壁37和气缸壁27之间的进气端口的长度，以在空气进入气缸之前增加空气运动的轴向分量。该效果对于所有端口可以是相同的，或者可以不同以实现所期望的流动运动。
发动机21还可以包括：出口通道57，特别是活塞对置式发动机中的出口通道57；排气廊道59，所述排气廊道59绕气缸25的圆周的至少大部分延伸，该排气廊道具有排气廊道壁61并且与所述出口通道流体连通；以及多个排气端口63，这些排气端口63在气缸壁27和所述排气廊道壁之间延伸。所述多个排气端口63可以绕气缸25的圆周以相等的角度间隔开，并且可具有相同的尺寸，这能够便于在废气由于入流空气的体积而被迫朝向排气端口移动时均匀地移除该废气。
在具有对置式活塞的单流式发动机21中，活塞43是进气活塞，并且该单流式发动机还包括布置在气缸中的排气活塞65。这两个活塞43和65布置在气缸25中以封闭气缸的两端并限定一个室。活塞43或者该活塞43和65通常不是平坦表面的，而是被雕刻以形成更加有利于燃烧的腔体。在活塞对置式发动机21中，两个活塞43和65最终在气缸中心附近的气缸最小容积点51处彼此接近地靠拢在一起。在活塞43和65中雕刻出的腔体一起形成所期望的燃烧室。在单活塞发动机21'(图4)中，燃烧发生在活塞面45'和气缸盖77'之间。通过使活塞43和65之间的名义分离平面或平均面47或者活塞平均面47'(以及可能的气缸盖65')倾斜，能够便于将所进入的进气气流的流动从径向方向改变为轴向方向。
如图3中的虚线所示，可以提供至少一个燃料喷射器67，用于将燃料喷射到气缸25中。排气活塞63的最靠近该至少一个燃料喷射器67的部分可以包括凹部69(以虚线示出)，以便于引入由该燃料喷射器喷射的燃料，或者如图3可见，用于在排气活塞处于该排气活塞的最小容积位置时收容燃料喷射器67的延伸到气缸中的部分71(以虚线示出)。
历史上，柴油发动机的燃烧室的特征在于“静止(quiescent)”或“高涡流”。在静止室中，空气以尽可能少的湍流被引入，并通过极高的燃料喷射压力喷雾来实现混合。在涡流室中，通过使进气端口与气缸偏离并通过使端口流道壁成形以在空气进入气缸之前诱导涡流进入空气中而有意地使进气在所述室中进行涡旋。这允许以较低的喷射压力进行空气-燃料混合。根据本发明的燃烧室的特征可以在于“半静态”。
诸如入口通道29、进气廊道35、进气端口39a-39g、活塞43和65、以及排气端口63的几何形状的组合可便于利用通过布置在气缸壁27中的进气端口39a-39g的进气来填充气缸25，同时将另一种气体(在内燃机的情况下，该气体是来自前一循环的排气或“废气”或燃烧过的燃烧气体)从气缸中的排气端口63推出。为了在内燃机中实现高功率和良好的效率，设计目标是在气缸中提供尽可能多的新鲜进气，这意味着同时也移除尽可能多的燃烧过的气体。当能够防止这二者混合时，产生了用新鲜空气对燃烧过的气体的最大替换。入口通道29、进气廊道35、进气端口39a-39g和活塞43的几何形状的组合便于将新鲜进气以如下方式引入到气缸25中：产生新鲜气体柱(plug)在该柱与气缸25中的燃烧过的气体之间具有显著平坦的非湍流边界，该柱然后从气缸的一端均匀地膨胀，并且使燃烧过的气体沿着气缸的轴线AC均匀地移动。使这种明显的边界成为可能的条件包括：1)进气柱中的压力在气缸的整个横截面上从边缘到中心基本恒定；2)通过各个进气端口39a-39g进入的进气的速度矢量彼此大致平行，并且与边界表面垂直；和3)在该边界表面上存在很少或没有湍流速度分量。湍流的减小可以使入流空气和气缸壁之间的热传递最小，因此提高了热效率，能够减少进气和燃烧过的气体之间的混合，从而导致较高纯度的进气气流，更接近于类似被认为是用于更高功率密度的“完美驱替式(perfect displacement)”扫气。利用现代的高压燃料喷射系统，完全燃烧所需的增压运动(charge motion)可以通过喷雾来实现，而不需要引起用于使燃料和进气混合的涡流。
在活塞对置式发动机21的特定情况下，排气通过排气端口63离开，排气端口63也在气缸25的壁27中，但在气缸的与进气端口39a-39h相反的一端。然而，取决于发动机的构造，该排气也可以通过提升阀或通过可以放置在气缸盖中或在气缸的与进气端口39a-39h相反的端部中或附近的其它位置上的任何其它类型的阀离开。
活塞43的成角度的平均面47可以是有利的，因为：如果进气被围绕气缸25的整个圆周均匀地引入，则来自气缸的相反两侧的气流将倾向于在中心碰撞处并产生发出嗡嗡声的湍流运动，这种运动然后会导致气体的混合，从而在某种程度上降低该扫气过程的有效性。通过主要从气缸25的一侧(第一部分31)定向地引入进气，活塞43的成角度的平均面45可用于：1)将进入的空气流的方向从大致径向方向转向沿着气缸25的轴线AC的方向，该轴线AC垂直于入流空气和试图排出的气体之间的期望的边界表面；2)形成入流气体的楔形以在大部分气缸横截面上产生压力柱；和3)帮助引导远离初级进气流的气体流，以便也转向为平行于气缸轴线，从而一直填充新鲜气体柱到气缸的边缘。
除了排气活塞和相关结构之外，上文关于具有对置式活塞的单流式发动机21描述的结构也可适用于如图4可见的具有单个活塞的单流式发动机21'。代替所述排气活塞和多个排气端口，具有单个活塞的单流式发动机21'可以包括用于打开和关闭气缸盖77'中的开口75'的一个或多个阀73'。为了说明性目的而示出了单个提升型阀，然而，应当理解，也可以使用多个阀和/或其它类型的阀。另外，具有单个活塞的单流式发动机21'可以具有与具有对置式活塞的单流式发动机21的结构对应的结构，例如气缸25'、入口通道29'、进气廊道35'、进气端口39a-39h、以及具有平均面47'的活塞43'，该平均面47'布置成与气缸25'的轴线AC的垂直面成非零角度。
在本申请中，所使用的诸如“包括(including)”的术语是开放式的，其旨在与诸如“包含(comprising)”的术语具有相同的含义，并且不排除其他结构、材料或行为的存在。类似地，尽管所使用的诸如“能够”或“可以”的术语旨在是开放式的并且表明该结构、材料或行为不是必需的，但未使用这些术语也不旨在表明该结构、材料或行为是必不可少的。从该结构、材料或行为当前被认为必要的角度来理解它们自身。
尽管已根据优选实施例示出和描述了本发明，但应当认识到，在不脱离如权利要求中阐述的本发明的情况下，可以对本发明进行修改和变型。

Claims (24)

1.一种单流式发动机，包括：
气缸，所述气缸具有气缸壁；
入口通道，所述入口通道的中心轴线延伸成首先在所述气缸的第一部分中与所述气缸壁相交，然后在所述气缸的第二部分中与所述气缸壁相交，所述气缸的第二部分与所述气缸的第一部分相对；
进气廊道，所述进气廊道具有廊道壁并且与所述入口通道流体连通；以及
多个进气端口，所述多个进气端口在所述气缸壁和所述廊道壁之间延伸，所述多个进气端口中的至少一些进气端口在所述气缸壁处具有垂直于所述进气端口的纵向轴线测量的不同面积，并且其中，所述气缸的第一部分中的至少一个进气端口的面积大于所述气缸的第二部分中的至少一个进气端口的面积。
2.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，布置在所述气缸的第一部分中的至少一个进气端口的面积比与布置在所述气缸的第一部分中的所述至少一个进气端口大致径向相对地定位的另一个进气端口的面积大。
3.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，进气端口的面积从离所述气缸的第一部分的中心最近的至少一个进气端口的最大面积减小到与离所述气缸的第一部分的中心最近的所述至少一个进气端口大致径向相对地定位的至少另一个进气端口的最小面积。
4.根据权利要求3所述的单流式发动机，其中，在离所述气缸的第一部分的中心最近的所述至少一个进气端口和与离所述气缸的第一部分的中心最近的所述至少一个进气端口大致径向相对地定位的所述至少另一个进气端口之间的至少一个进气端口具有在所述最大面积和最小面积之间的面积。
5.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述进气端口中的至少一些进气端口的纵向轴线与所述气缸的半径方向基本重合，所述半径方向与至少一些进气端口中的相应的进气端口相交。
6.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述进气端口中的至少一些进气端口的纵向轴线大致平行于所述入口通道的中心轴线。
7.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述进气端口中的至少一些进气端口的纵向轴线不平行于所述入口通道的中心轴线。
8.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述进气端口在与所述气缸的纵向轴线平行的方向上比在所述气缸的周向方向上长。
9.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述气缸的第一部分是所述气缸的第一半部且所述气缸的第二部分是所述气缸的第二半部，并且，与所述气缸的第一半部中相比，所述多个进气端口中的较多数量的进气端口布置在所述气缸的第二半部中。
10.根据权利要求9所述的单流式发动机，其中，所述气缸的第一半部中的所有进气端口合起来的总面积大于所述气缸的第二半部中的所有进气端口合起来的总面积。
11.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述廊道的横截面积从最靠近所述气缸的第一部分的最大廊道面积减小到最靠近所述气缸的第二部分的最小廊道面积。
12.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述廊道壁的最靠近所述气缸中的最小容积位置的部分与所述气缸的纵向轴线限定大于0°的锐角。
13.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述入口通道的中心轴线与所述气缸的纵向轴线限定大于0°的锐角。
14.根据权利要求1所述的单流式发动机，还包括：出口通道；排气廊道，所述排气廊道绕所述气缸的圆周的至少大部分延伸，所述排气廊道具有排气廊道壁并且与所述出口通道流体连通；以及多个排气端口，所述多个排气端口在所述气缸壁和所述排气廊道壁之间延伸。
15.根据权利要求14所述的单流式发动机，其中，所述多个排气端口中的排气端口绕所述气缸的圆周以相等的角度间隔开。
16.根据权利要求14所述的单流式发动机，其中，所述多个排气端口中的所有排气端口具有相同的尺寸。
17.根据权利要求1所述的单流式发动机，还包括布置在所述气缸中的活塞，所述活塞的平均面与垂直于气缸纵向轴线的平面限定非零角度。
18.根据权利要求17所述的单流式发动机，其中，所述活塞的所述平均面的离所述气缸中的最小容积位置最远的最低部分邻近所述气缸的第一部分。
19.根据权利要求18所述的单流式发动机，其中，所述活塞的所述平均面的离所述气缸中的最小容积位置最近的最高部分邻近所述气缸的第二部分。
20.根据权利要求17所述的单流式发动机，其中，所述单流式发动机是活塞对置式发动机，所述活塞是进气活塞，所述单流式发动机还包括布置在所述气缸中的排气活塞。
21.根据权利要求20所述的单流式发动机，还包括用于将燃料喷射到所述气缸中的至少一个燃料喷射器，所述排气活塞的最靠近所述至少一个燃料喷射器的部分包括凹部。
22.根据权利要求21所述的单流式发动机，其中，所述至少一个燃料喷射器的至少一部分延伸到所述气缸中，当所述排气活塞处于所述排气活塞的最小容积位置时，所述至少一个燃料喷射器的所述部分布置在所述凹部中。
23.根据权利要求1所述的单流式发动机，其中，所述进气廊道绕所述气缸的圆周的至少大部分延伸。
24.根据权利要求17所述的单流式发动机，其中，所述单流式发动机是活塞对置式发动机，所述活塞是进气活塞，第二活塞是排气活塞，并且所述进气活塞和所述排气活塞布置在所述气缸中并限定一个封闭的室。
CN201480082316.8A 2014-09-29 2014-09-29 具有流体流动布局的单流式发动机 Active CN107076009B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2014/058103 WO2016053253A1 (en) 2014-09-29 2014-09-29 Uniflow engine with fluid flow arrangement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107076009A true CN107076009A (zh) 2017-08-18
CN107076009B CN107076009B (zh) 2019-08-13

Family

ID=55631110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480082316.8A Active CN107076009B (zh) 2014-09-29 2014-09-29 具有流体流动布局的单流式发动机

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10309295B2 (zh)
EP (1) EP3201448B1 (zh)
CN (1) CN107076009B (zh)
WO (1) WO2016053253A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11085297B1 (en) * 2016-02-24 2021-08-10 Enginuity Power Systems, Inc Opposed piston engine and elements thereof
US10724467B2 (en) 2016-11-04 2020-07-28 Cummins Inc. Pistons with thermal barrier coatings
US10731259B2 (en) 2016-11-04 2020-08-04 Cummins Inc. Pistons with thermal barrier coatings

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2204296A (en) * 1938-01-06 1940-06-11 Petters Ltd Scavenging of the cylinders of twostroke internal combustion engines
US2646779A (en) * 1951-11-10 1953-07-28 Harlan N Fiser Sleeve valve means for two-cycle reciprocating engines
US3059626A (en) * 1960-03-15 1962-10-23 Nordberg Manufacturing Co Two-cycle scavenging system
CN202970888U (zh) * 2011-01-28 2013-06-05 艾克莫特国际公司 内燃机以及内燃机系统
JP2014098346A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ユニフロー式ディーゼル機関

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB589988A (zh)
US1623704A (en) * 1921-09-17 1927-04-05 Super Diesel Tractor Corp Apparatus for and method of creating turbulence
US2744506A (en) * 1953-05-19 1956-05-08 Texaco Development Corp Two-stroke uniflow-scavenged internal combustion engine
US2853983A (en) * 1956-06-08 1958-09-30 Jr William S Sawle Internal combustion engine of opposed piston type
GB885281A (en) 1958-06-12 1961-12-20 William Stephen Sawle Internal combustion engine of opposed piston type
US3425399A (en) 1966-05-23 1969-02-04 American Gas Ass Stratified charge gas engine
US3492979A (en) * 1968-02-06 1970-02-03 Boris M Osojnak Internal combustion engine
US3799130A (en) * 1971-06-21 1974-03-26 K Dahlstrom Internal combustion engine
JPS5546012A (en) * 1978-09-25 1980-03-31 Toyota Motor Corp Two cycle gasoline engine
US6382176B1 (en) * 2000-06-07 2002-05-07 Design & Manufacturing Solutions, Inc. Method for injecting and combusting fuel with a piston head having a top surface recess
US8051830B2 (en) 2009-08-04 2011-11-08 Taylor Jack R Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine
GB2493260A (en) * 2011-07-26 2013-01-30 Ecomotors Internat Inc Opposed piston engine with tumble flow in shaped combustion chamber

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2204296A (en) * 1938-01-06 1940-06-11 Petters Ltd Scavenging of the cylinders of twostroke internal combustion engines
US2646779A (en) * 1951-11-10 1953-07-28 Harlan N Fiser Sleeve valve means for two-cycle reciprocating engines
US3059626A (en) * 1960-03-15 1962-10-23 Nordberg Manufacturing Co Two-cycle scavenging system
CN202970888U (zh) * 2011-01-28 2013-06-05 艾克莫特国际公司 内燃机以及内燃机系统
JP2014098346A (ja) * 2012-11-14 2014-05-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ユニフロー式ディーゼル機関

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016053253A1 (en) 2016-04-07
EP3201448A1 (en) 2017-08-09
CN107076009B (zh) 2019-08-13
US20170335752A1 (en) 2017-11-23
US10309295B2 (en) 2019-06-04
EP3201448A4 (en) 2018-02-28
EP3201448B1 (en) 2018-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104981595B (zh) 用于内燃发动机的气缸的活塞
CN108026833B (zh) 自由活塞发动机
US8424506B2 (en) Direct-injection type engine
JP6810770B2 (ja) 予燃焼室底部、予燃焼室、シリンダ・デバイス、ガスと空気を混合して予燃焼室内でガス−空気混合気に点火するための方法、及び予燃焼室を取り替えるための方法
JP4561522B2 (ja) 副室式内燃機関
US20130213342A1 (en) Piston Crown Bowls Defining Combustion Chamber Constructions In Opposed-Piston Engines
JP6818011B2 (ja) 対向ピストンエンジンのための歪み形燃焼室
CN107636277B (zh) 用于对置活塞发动机的非对称形状的燃烧室
BRPI0722151B1 (pt) dispositivo para redução de emissões em um motor de combustão interna de veículo
CN107076009A (zh) 具有流体流动布局的单流式发动机
CN108026859A (zh) 具有低结构高度的活塞
US10550753B2 (en) Cylinder block of an internal combustion engine
CN105221286A (zh) 发动机汽缸冷却腔
JP2003534486A (ja) 燃料噴射システム及び噴射方法
US4331115A (en) Internal combustion engine
CN102926883B (zh) 双冲程内燃发动机
CN107762656A (zh) 以吹扫预储存量工作的二冲程马达的活塞和二冲程马达
EP3548725B1 (en) Combustion cylinder
CN105051359A (zh) 限定对置活塞发动机内的燃烧室构造的活塞顶凹腔
JP7436159B2 (ja) プレチャンバ
CN110131031A (zh) 一种具备高扰动复合通道的发动机点火室系统
JP6101106B2 (ja) ２ストローク内燃エンジン
US20130167806A1 (en) Piston and combustion chamber
JP2005233064A (ja) ２サイクルエンジン
US4708098A (en) Apparatus and method for increasing power output of an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant