具有徑向燃料噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種具有徑向燃料噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氣態(tài)燃料動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)車應(yīng)用中很普遍。例如，機(jī)車的發(fā)動(dòng)機(jī)可單獨(dú)由天然氣(或另一種氣態(tài)燃料)或由天然氣和柴油的混合物提供動(dòng)力。天然氣會(huì)更豐富，因此不如柴油貴。此外，在一些應(yīng)用中天然氣可更清潔地燃燒。
[0003]天然氣通常徑向地導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中，以隨著相關(guān)的活塞朝上止點(diǎn)(TDC)位置移動(dòng)而與其中的空氣混合。在一些應(yīng)用中，天然氣噴嘴定位成穿過位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套的環(huán)形表面內(nèi)的已有空氣輸入端口噴射氣態(tài)燃料。盡管在一定程度上有效，但在該位置噴射氣態(tài)燃料也會(huì)是低效的。特別地，一些噴射的氣態(tài)燃料會(huì)經(jīng)同一空氣輸入端口退出(或經(jīng)另一空氣輸入端口退出)到相關(guān)的氣室中。此外，在該位置噴射引起噴射正時(shí)提前，這會(huì)允許一部分噴射的燃料經(jīng)由仍打開的排氣門離開氣缸。在任一狀況下，都會(huì)浪費(fèi)一部分氣態(tài)燃料。
[0004]1991年7月30日公布的Welch等人的美國(guó)專利5，035，206 ( “ ’ 206專利”)中公開了一種示例性的雙燃料天然氣/柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括氣缸、氣缸內(nèi)的活塞、氣缸周圍的未被活塞的向下運(yùn)動(dòng)覆蓋的輸入端口。風(fēng)機(jī)迫使空氣通過輸入端口，并且設(shè)置了噴射器以用于在各循環(huán)期間噴射一次天然氣到氣缸內(nèi)。該噴射器具有在進(jìn)氣口上方的位置連通到氣缸中的輸送管道。當(dāng)活塞下行時(shí)，活塞在開始露出進(jìn)氣口之前完全露出輸送管道。在此構(gòu)型中，天然氣的噴射正時(shí)設(shè)定成盡可能遲，優(yōu)選在活塞到達(dá)下止點(diǎn)(BDC)之后，并且繼續(xù)到空氣進(jìn)入已由于活塞的向上運(yùn)動(dòng)而停止之后為止。該措施確保了大部分空氣會(huì)在天然氣的進(jìn)入之前充填氣缸，用以最大限度地減少天然氣的逸散和損失。
[0005]盡管’206專利的發(fā)動(dòng)機(jī)可幫助減少天然氣的損失，但它僅可應(yīng)用于空氣冷卻式發(fā)動(dòng)機(jī)和/或新制造的發(fā)動(dòng)機(jī)。特別地，’206專利的輸送管道可能與具有形成在氣缸周圍的水套的液體冷卻式發(fā)動(dòng)機(jī)不兼容。此外，’206專利未提供改造已有的具有輸送管道的發(fā)動(dòng)機(jī)的方式。此外，在空氣導(dǎo)入期間噴射氣態(tài)燃料仍會(huì)導(dǎo)致氣態(tài)燃料從輸入端口逆流出來。
[0006]本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)解決了一個(gè)或多個(gè)上述問題和/或本領(lǐng)域中的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括至少部分地限定氣缸孔的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，和設(shè)置在氣缸孔內(nèi)的氣缸套。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成徑向地穿過氣缸孔并與氣缸套螺紋接合的燃料噴射器。
[0008]在另一方面，本發(fā)明涉及另一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可包括至少部分地限定氣缸孔的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、設(shè)置在氣缸孔內(nèi)的氣缸套、和位于氣缸孔與氣缸套之間的水套。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可包括構(gòu)造成封閉氣缸孔的一端的氣缸蓋、形成在氣缸套內(nèi)的至少一個(gè)進(jìn)氣口、和可往復(fù)運(yùn)動(dòng)地設(shè)置在氣缸套內(nèi)的活塞。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)還可包括燃料噴射器，該燃料噴射器構(gòu)造成徑向地穿過水套和氣缸孔以在該至少一個(gè)進(jìn)氣口與氣缸蓋之間的軸向位置處與氣缸套螺紋接合。該燃料噴射器構(gòu)造成在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前約100°處該至少一個(gè)進(jìn)氣口被活塞封閉時(shí)開始噴射燃料，并且在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前約120°處活塞覆蓋燃料噴射器末端時(shí)停止噴射燃料。
[0009]在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于改造具有燃料噴射器的發(fā)動(dòng)機(jī)的方法。該方法可包括徑向地鉆出穿過發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與氣缸孔相通的第一孔，并且徑向地鉆出穿過氣缸套的第二孔。該方法還可包括對(duì)第二孔攻絲，并且使燃料噴射器與第二孔螺紋接合。
【附圖說明】
[0010]圖1是示例性公開的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1不出了不例性內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)10的一部分。盡管發(fā)動(dòng)機(jī)10被不出和描述為二沖程氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，但設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)10可以是另一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，四沖程氣態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或二沖程或四沖程雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī))。發(fā)動(dòng)機(jī)10可尤其包括限定至少一個(gè)氣缸孔14的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體12。氣缸套16可設(shè)置在氣缸孔14內(nèi)，并且氣缸蓋18可與發(fā)動(dòng)機(jī)缸體12連接以封閉氣缸孔14的一端。活塞20可以可滑動(dòng)地設(shè)置在氣缸套16內(nèi)，并且活塞20可連同氣缸套16和氣缸蓋18 —起限定燃燒室22。設(shè)想發(fā)動(dòng)機(jī)10可包括任何數(shù)量的燃燒室22并且燃燒室22可呈“直列”構(gòu)型、“V”形構(gòu)型、對(duì)置活塞構(gòu)型或任何其它合適的構(gòu)型設(shè)置。
[0012]活塞20可構(gòu)造成在TDC與BDC之間在氣缸套16內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。特別地，活塞20可與可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體12內(nèi)的曲軸(未示出)樞轉(zhuǎn)地連接。在此構(gòu)型中，各活塞20在氣缸套16內(nèi)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)可引起曲軸的旋轉(zhuǎn)。類似地，曲軸的旋轉(zhuǎn)可引起活塞20的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。隨著曲軸旋轉(zhuǎn)約180°，活塞20可移動(dòng)通過兩個(gè)完整行程(即，從TDC到BDC再到TDC)。發(fā)動(dòng)機(jī)10 (作為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī))在此時(shí)間內(nèi)可經(jīng)歷完整的燃燒循環(huán)，其包括做功/排氣/進(jìn)氣沖程(TDC到BDC)和進(jìn)氣/壓縮沖程(BDC到TDC)。
[0013]在進(jìn)氣沖程的最終階段期間，空氣可經(jīng)由位于氣缸套16的環(huán)形表面26內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)氣口 24吸入和/或壓入燃燒室22內(nèi)。特別地，隨著活塞20在氣缸套16內(nèi)向下移動(dòng)，最終將到達(dá)進(jìn)氣口 24不再被活塞20阻塞而是代之以與燃燒室22流體連通的位置。當(dāng)進(jìn)氣口 24與燃燒室22流體連通并且進(jìn)氣口 24處的空氣壓力大于燃燒室22內(nèi)的壓力時(shí)，空氣將經(jīng)進(jìn)氣口 24進(jìn)入燃燒室22內(nèi)。
[0014]氣態(tài)燃料(例如，天然氣)可在空氣進(jìn)入燃燒室22之前、期間和/或之后與空氣混合。在所公開的實(shí)施例中，單個(gè)徑向燃料噴射器25位于進(jìn)氣口 24上方(S卩，進(jìn)氣口 24與氣缸蓋18之間)的軸向距離d處。但是，設(shè)想可利用任何數(shù)量的噴射器25。距離d可被選擇成提供活塞20的移動(dòng)期間相對(duì)于進(jìn)氣口 24的開啟和/或關(guān)閉的期望噴射正時(shí)。在所公開的實(shí)施例中，距離d可為約25-40mm且噴射器24可確定時(shí)間為在活塞20到達(dá)其TDC位置之前的約100-120°噴射燃料。而且，對(duì)于內(nèi)徑為約200-250mm的氣缸而言，軸向距離d與直徑的比例可為約1:5至1:10。如下文將更詳細(xì)地說明的，該獨(dú)特比例可提供燃燒室22內(nèi)促進(jìn)效率和低排放的期望條件(例如，噴射正時(shí)、壓力、溫度等)。來自噴射器25的氣態(tài)燃料可在燃燒室22內(nèi)與來自進(jìn)氣口 24的空氣混合而形成燃料/空氣混合物。
[0015]在上述壓縮沖程的開始期間，空氣仍可隨著活塞20開始其向上行程而經(jīng)由進(jìn)氣口 24進(jìn)入燃燒室22以使任何殘留氣體與燃燒室22中的空氣和燃料混合。最終，進(jìn)氣口 24可由活塞20阻塞，并且活塞20的進(jìn)一步向上運(yùn)動(dòng)可壓縮該混合物。隨著燃燒室22內(nèi)的混合物被壓縮，該混合物的壓力和溫度將上升，直至它燃燒并釋放化學(xué)能。這可引起燃燒室22內(nèi)的壓力和溫度的進(jìn)一步和顯著上升。應(yīng)該指出的是，在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，可能需要噴射液態(tài)燃料(例如，柴油)來使燃燒室22內(nèi)的混合物點(diǎn)燃。
[0016]在活塞20到達(dá)TDC之后，燃燒引起的上升的壓力可向下迫壓活塞20，由此將機(jī)械動(dòng)力分配給曲軸。在該運(yùn)動(dòng)的后期，位于氣缸蓋18內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排氣門27可打開，以允許燃燒室22內(nèi)的加壓排氣經(jīng)由相應(yīng)的排氣口 30離開到相關(guān)的排氣歧管28中。特別地，隨著活塞20在氣缸套16內(nèi)向上移動(dòng)，最終將到達(dá)排氣門27移動(dòng)成使燃燒室22與排氣口 30流體連通的位置。當(dāng)燃燒室22與排氣口 30流體連通并且燃燒室22中的壓力大于排氣口30處的壓力時(shí)，排氣將從燃燒室22經(jīng)排氣口 30進(jìn)入排氣歧管28中。在所公開的實(shí)施例中，排氣門27的移動(dòng)將例如借助于凸輪(未示出)或與曲軸機(jī)械地連接的其它裝置被循環(huán)地控制。但是，設(shè)想如果需要的話，可替代地以非循環(huán)方式控制排氣門27的移動(dòng)。還設(shè)