[发明专利]航空器柴油机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于轻型、高单位功率(high specific power)设备的多缸发动机。更具体地说，本发明涉及一种用于航空器的卧式八缸柴油机。

背景技术

在本领域中卧式、活塞驱动发动机是公知的，其被广泛地应用在航空工业中。然而，在航空工业中存在着这样的需求，即提供一种不依赖于含有四乙基铅的燃料的发动机，航空汽油中通常含有这种四乙基铅。

在过去，人们作了大量的努力来提高发动机的单位功率。特别地，这些努力集中在用于军事战斗机和轰炸机的轻型、高功率活塞发动机上。联合的和轴向的动力单元(powers)的研究方向主要取决于两种特别的策略。第一种是开发空冷径向发动机。这些发动机被设计为具有尽可能最短的曲轴(单曲拐，主从杆)，其被设置为最大限度地利用前方区域来有效地冷却重要的发动机部件，如图1和2所示。

所采用的另一个策略是利用Vee(或V)型构造，通过使曲轴长度最小化来减轻重量。曲轴长度的减小引起发动机排量和发动机重量的减小。长度是如此的重要，以至于在极端的情况下，刀叉(fork-and-knife)方法被用于使发动机汽缸列偏差最小化，并进一步减小重量，如图4所示。这些发动机的排量通常小于空冷发动机，这些发动机包括具有理想平衡的直列构型，并共用一个公共的曲轴。基于这个原因，主要的液冷发动机是V-12型的，因为其是由两个完美平衡的六缸发动机构成的。图3是V-12发动机的一个例子。V-12也具有一定的用于配对辅助设备等的冗余物。

在过去的几年里，Schrich(本申请的受让人)在柴油机用于航空设备方面已经取得了一些巨大的成就。其中一种发动机是如图5所示的空冷飓风(Hurricane)发动机，其采用的策略与二战中的大型径向、汽油发动机类似。这种双缸柴油发动机是空冷的，并与二战中的发动机具有许多共同的构造，其在材料和应用方法方面具有优势。这种发动机的显著特点在于，对于600cc排量级的柴油机，达到了1.15lbs/hp的安装重量。

相应地，对于通用航空联盟(下文简称“GA”)来说需要一种更可行的生产方式。当前的GA发动机具有二战时期空冷发动机的基础。除了卧式发动机之外，它们在许多方面具有相同之处。在过去，这种发动机构型已经被大众和保时捷所采用，也被主要的航空发动机制造商Lycoming和Continental所采用。图6示出了这种类型的发动机。

尽管图6的发动机构型从重量方面考虑还不够理想，但它为空冷型的气缸盖提供了所需的冷却空气空间。在航空器设备的限制范围内，它还允许更具流线型的构型。但是，卧式发动机由于其曲轴设置本身的原因，其不需要很长。在这种构型中，每个曲轴的曲拐都用于单个气缸。

本行业的发动机还存在另一个需要，即不依赖于基于四乙基的铅。由于其防爆震性能，铅添加剂现在对于航空燃料来说是极为重要的，但是铅添加剂对环境有很大的污染，并且现在只能以受限制的量生产。

发明内容

本发明基本上满足了本行业的上述需求。

按照本发明采用的“成对曲拐”构型使一阶振动动量减少了约300％。该值的减小允许使用相对轻型的一阶动量(first ordermoment)平衡轴。该装置有效地消除了所有一阶摆动力偶。

在此需要指出的是，尽管在此示出的实施例是用于8缸发动机。但是，同样的策略也可用于6、10和12个气缸的发动机。该技术对于航空器和其他对于紧密性和功率密度有很高要求的发动机来说极为有用。同样认为，本发明对于军用车辆和船舶等也很有用。在军用车辆中，发动机可以被设置在车辆上非常低的位置，从而对坐在发动机上方的乘员提供爆炸时的保护，同时由于重心低还提高了稳定性。

在柴油机中，如同多数发动机一样，有多个管路需要被冷却以确保内部部件的可靠性，例如常规的发动机和滑油冷却器。涡轮增压的柴油机需要一个附加的增压空气冷却器(或中冷器)来获得最佳的性能。这种冷却器的作用是提高充气密度，从而提高进入发动机的空气质量流量。

在这个发动机中，发动机液体元件的冷却需要通过发动机上安装的散热器来完成。油被水/油元件冷却，以确保在寒冷气候下对油的适当预热。通过平的V构型安装在发动机上。这也允许发动机安装在传统的航空器外壳内，而不需要航空器公司付出特别额外的设计工作。

发动机的平的V构型允许发动机舱的整个宽度被压缩，并被密封到双冷却器矩阵中。这样做的结果是使航空器的负荷被最小化，这对于航空器速度和燃料经济性都有很大的好处。