內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本申請(qǐng)涉及氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)氣流對(duì)氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的性能具有較大影響?？諝夂涂赡艽嬖诘呐欧艢怏w與氣體燃料的混合影響燃燒室內(nèi)的燃燒質(zhì)量。在進(jìn)氣沖程期間以及隨后在壓縮沖程期間燃燒室內(nèi)的進(jìn)氣運(yùn)動(dòng)決定氣體燃料的混合水平和質(zhì)量。在發(fā)動(dòng)機(jī)圖譜的一些部分中，可能期望均質(zhì)的空氣-燃料進(jìn)氣；在發(fā)動(dòng)機(jī)圖譜的其它部分中，點(diǎn)火器件附近的分層燃料進(jìn)氣改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)性能；且在發(fā)動(dòng)機(jī)圖譜的另外其它部分中，局部富足且全局稀薄的空氣-燃料混合物產(chǎn)生更好的性能。高湍流的產(chǎn)生是用于穩(wěn)定點(diǎn)火過程以及用于快速傳播火焰前緣(火焰速度)的重要因素，尤其是在稀薄燃燒的情況中。已知用于在氣缸內(nèi)建立進(jìn)氣運(yùn)動(dòng)的兩種技術(shù)是滾流運(yùn)動(dòng)(tumble mot1n)和潤(rùn)流運(yùn)動(dòng)(swirl mot1n)。滾流運(yùn)動(dòng)和潤(rùn)流運(yùn)動(dòng)的特征可以被表征為用來(lái)量化氣缸內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和角位移的無(wú)維參數(shù)，其分別已知為滾流比和渦流比。這些值都通過氣缸內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的有效角速度除以發(fā)動(dòng)機(jī)速度來(lái)計(jì)算。
[0003]已知對(duì)于在點(diǎn)火器件周圍利用燃料分層的直接噴射輕型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用滾流運(yùn)動(dòng)。在滾流運(yùn)動(dòng)(其還被稱為豎直渦流或圓筒渦流)中，氣缸中的進(jìn)氣旋轉(zhuǎn)軸線與氣缸軸線正交。在本申請(qǐng)的上下中，輕型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種氣缸孔小于90毫米(mm)的發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料分層是延長(zhǎng)火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)中稀薄燃燒極限且因此增加了燃料經(jīng)濟(jì)效益的有效技術(shù)，且與前述輕型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比減少了排放物。滾流運(yùn)動(dòng)可以用來(lái)甚至相對(duì)較遲地在壓縮沖程中在建立高水平的近壁流速，這可促進(jìn)由撞擊燃料噴霧而形成的燃料壁膜的蒸發(fā)。
[0004]1996年9月10日頒布的Ganoung的美國(guó)專利第5，553，580號(hào)公開了一種用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的高擠氣區(qū)圓筒分層燃燒室，其用來(lái)減小輕型發(fā)動(dòng)機(jī)的比油耗。兩個(gè)進(jìn)氣閥與被構(gòu)造成滾流孔的各自進(jìn)氣通道流體連通。通過將汽油引入這些進(jìn)氣通道中的一個(gè)使得分層圓筒渦流形成在不對(duì)稱定位的火花塞附近而在氣缸中建立圓筒-分層進(jìn)氣。圓筒渦流不會(huì)提高燃燒率，而是在火花塞點(diǎn)火時(shí)促進(jìn)氣缸中空氣-燃料進(jìn)氣的分層。大的擠氣區(qū)通過在燃燒期間增強(qiáng)湍流強(qiáng)度而提供快速燃燒率。
[0005]已知對(duì)于狄塞爾(diesel)循環(huán)(壓縮點(diǎn)火)重型發(fā)動(dòng)機(jī)使用渦流運(yùn)動(dòng)。在渦流運(yùn)動(dòng)中，氣缸中的進(jìn)氣旋轉(zhuǎn)軸線是氣缸軸線。在本申請(qǐng)的上下文中，重型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種氣缸孔大于120毫米(mm)的發(fā)動(dòng)機(jī)。已經(jīng)表明潤(rùn)流運(yùn)動(dòng)減少來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物質(zhì)(PM)排放。壓縮點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)傾向于利用較高噴射壓力，其對(duì)于液體燃料而言改進(jìn)了液滴破裂，且對(duì)于液體和氣體燃料兩者而言，較高噴射壓力改進(jìn)了噴霧中的空氣/燃料混合并且增大了燃燒室中的湍流強(qiáng)度。這是重要的，尤其是在燃燒系統(tǒng)必須處理低(較低)空氣-燃料比的條件而不產(chǎn)生高PM排放的瞬變條件期間。當(dāng)利用渦流運(yùn)動(dòng)時(shí)，可在一些瞬變條件下一甚至是在使用高噴射壓力時(shí)——減小PM產(chǎn)物的影響。將設(shè)計(jì)用于渦流運(yùn)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)變成滾流運(yùn)動(dòng)需要進(jìn)氣通道的不同定向，且這需要不同的缸蓋。對(duì)于中型發(fā)動(dòng)機(jī)和較大發(fā)動(dòng)機(jī)而言，需要新缸蓋阻礙了對(duì)這種技術(shù)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)椴裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)被認(rèn)為是最有效的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006]發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的目的是縮小氣缸的排量而大致不損失性能(馬力和轉(zhuǎn)矩)。隨著燃料成本和街道堵塞增加，駕車人員需要的是提供與大型車輛相同的整體性能但具改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)效益的更緊湊的車輛。在許多管轄區(qū)中，由汽油和柴油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所主導(dǎo)的汽車市場(chǎng)區(qū)隔中代用氣體燃料日益找到新應(yīng)用。在輕型應(yīng)用中，氣孔噴射的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在配件市場(chǎng)區(qū)隔中具長(zhǎng)久歷史，且這些車輛的更新近的OEM版本被引入。在重型應(yīng)用中，高壓直接噴射(HPDI)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)匹配柴油燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的性能且與氣孔噴射的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比具有改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)效益。
[0007]需要具有比得上較大發(fā)動(dòng)機(jī)的性能但具有改進(jìn)的燃料經(jīng)濟(jì)效益的氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是需要至少被設(shè)計(jì)用于中型服務(wù)設(shè)施的發(fā)動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種用于氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)型燃燒裝置包括由氣缸孔、缸蓋和在所述氣缸孔內(nèi)往復(fù)的活塞界定的燃燒室。氣缸孔的直徑是至少90mm且所述直徑與所述活塞的沖程長(zhǎng)度之比是至多0.95。存在至少一個(gè)進(jìn)氣通道，用于將進(jìn)氣輸送到所述燃燒室，且至少一個(gè)進(jìn)氣閥被構(gòu)造在所述缸蓋中并且與所述進(jìn)氣通道協(xié)作以在所述燃燒室中產(chǎn)生支配性滾流運(yùn)動(dòng)。
[0009]在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述比是至少0.75和/或所述直徑小于或等于120mm。氣缸孔的氣缸工作容積優(yōu)選地介于0.8升與2.5升范圍之間。噴射閥可被構(gòu)造成從所述至少一個(gè)進(jìn)氣閥上游引入氣體燃料?；蛘?，所述噴射閥可被布置在所述燃燒室中來(lái)向所述燃燒室中直接引入氣體燃料。點(diǎn)火器件可被布置在所述燃燒室中以協(xié)助氣體燃料和進(jìn)氣的點(diǎn)火。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，點(diǎn)火器件是火花塞。優(yōu)選地，滾流運(yùn)動(dòng)包括介于2與5范圍之間的平均滾流比。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)具有每分鐘2700轉(zhuǎn)的最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度。每個(gè)進(jìn)氣閥包括閥部件和閥座。閥座包括介于25°與35°之間的閥座角。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，閥座角大致是30°。閥座角與進(jìn)氣道角之差介于-5°與5°范圍之間。內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比是至少11:1，且在優(yōu)選的實(shí)施方案中是至多15:1。一個(gè)進(jìn)氣歧管包括:第一分配室，其與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口流體連通；第二分配室，其與至少一個(gè)進(jìn)氣通道流體連通；和擴(kuò)散器，其流體地連接第一分配室和第二分配室。燃燒裝置可包括EGR閥，其用于選擇性地供應(yīng)排放氣體到進(jìn)氣歧管。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，排放氣體在被輸送到進(jìn)氣歧管之前被冷卻。節(jié)氣門可用于可變地供應(yīng)空氣到進(jìn)氣歧管。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，節(jié)氣門接收命令使理想配比的氣體燃料-空氣混合物保持在預(yù)定公差內(nèi)。
[0010]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)進(jìn)氣通道是第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道，且至少一個(gè)進(jìn)氣閥是第一進(jìn)氣閥和第二進(jìn)氣閥。燃燒裝置還包括分流器，其與噴射閥流體連通來(lái)接收氣體燃料并且與第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道流體連通來(lái)輸送從噴射閥接收的氣體燃料。分流器包括具有孔的主體和一對(duì)導(dǎo)管?？着c噴射閥流體連通，且每個(gè)導(dǎo)管與孔并且與第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道中的各自一個(gè)流體連通。
[0011]內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體和進(jìn)氣歧管，且至少一個(gè)進(jìn)氣通道是第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，燃燒裝置還包括配置在氣缸孔周圍用于將缸蓋固定到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體的六個(gè)螺栓。第一進(jìn)氣通道和第二進(jìn)氣通道從進(jìn)氣歧管沿著螺栓中的一個(gè)的各自側(cè)朝燃燒室延伸。
[0012]一種用于分離來(lái)自燃料噴射閥的氣體燃料流的新型氣體燃料分流器包括:包括孔的主體部分，孔與燃料噴射閥流體連通；和第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管，其與孔流體連通。氣體燃料流分別在第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管中被分成第一流和第二流。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，燃料噴射閥是燃料噴射器的一部分，且孔被構(gòu)造成接收燃料噴射器的噴嘴。在其他優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管大致與孔的縱軸正交，和/或主體以及第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管是整體式組件。
[0013]一種用于氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)型進(jìn)氣歧管包括:第一分配室，其與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口流體連通；第二分配室，其與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)燃燒室的至少一個(gè)進(jìn)氣通道流體連通；和擴(kuò)散器，其流體地連接第一分配室和第二分配室。第一分配室可包括位