[发明专利]对置活塞发动机中的活塞热管理

说明书

一种对置活塞发动机包括活塞，每个活塞在活塞的侧壁中具有环形腔，并且环形腔位于活塞顶部和环形槽之间，以阻碍热量从顶部到活塞主体的传递。

相关申请的交叉引用

本发明包含的主题涉及于2011年4月18日提交的“用于对置活塞发动机的燃烧室构造”(combustion chamber constructions for opposed-piston engines)的美国专利13/066,589共同拥有的主题和于2011年8月15日提交的“用于对置活塞发动机的活塞构造”(piston constructions for opposed-piston engines)的美国专利13/136,955共同拥有的主题。

背景技术

本领域是内燃发动机领域。特别地，本领域涉及用于活塞的热管理的构造。在一些方面，本领域包括内燃发动机，其中活塞顶部的端面与活塞的环区域隔热。在一些其他方面，本领域包括高压缩柴油发动机，特别地，包括对置活塞柴油发动机。

在内燃发动机运转期间，空气/燃料混合物的燃烧发生在由在汽缸内往复的至少一个活塞的顶部的端面限定的汽缸空间内。例如，在对置活塞发动机中，燃烧发生在被限定在两个对置活塞的顶部的端面之间的汽缸空间内，所述两个对置活塞接近汽缸内各自的上止点位置。在顶部的端面之间压缩的空气的热量引起被喷射到加热的空气内的燃料燃烧。发生燃料燃烧的汽缸空间通常被称为“燃烧室”。

为了将燃烧释放的能量最大化地转换为运动，期望阻止热量通过活塞被传导远离燃烧室。减少通过活塞的热量损失将提高发动机的运转效率。通常，通过使活塞顶部与活塞的主体隔热来降低或阻碍通过活塞的热传递。然而，还有一种情况是，在活塞的端面处的燃烧的热量的保留可以引起对活塞顶部和附近活塞元件的热损伤。

活塞热管理是个连续问题，尤其是考虑到可从现代内燃发动机预期到的不断增长的负载。在通常的活塞中，至少四个区域是热管理所关心的：活塞顶部、环形槽(ringgrooves)、活塞顶底(under-crown)以及活塞/活塞销界面。如果活塞顶部温度上升到制成其的材料的氧化温度以上，则可以氧化损伤活塞顶部。活塞元件的机械故障可能由于热诱导材料变化造成。环(rings)和环形槽以及邻接环形槽的刃带(lands)会遭受由于油被加热超过焦化温度(coking temperature)而引起的碳堆积。与环形槽一样，活塞顶部的下表面也可以遭受油焦化。

最近研究显示，当与传统的六缸四循环发动相比较时，对置活塞发动机二冲程循环发动机展现了增强的热效率。(Herold,R.,Wahl,M.,Regner,G.,Lemke,J.等,“Thermodynamic Benefits of Opposed-Piston Two-Stroke Engines(对置活塞二冲程发动机的热力学效益)”SAE科技文献2011-01-2216,2011,doi:10.4271/2011-01-2216.)凭借组合以下三种效应，对置活塞发动机将实现热力学效益：由于更有利的燃烧室面积/体积比而降低热传递、增加二冲程循环可能形成的较稀(leaner)运转状况的比热比以及降低以固定的最大压力升高率可实现的燃烧持续时间，所述固定的最大压力升高率由二冲程发动机较低的能量释放密度引起。对于每个汽缸两个活塞来说，对置活塞发动机可以用增强的活塞热管理来实现额外的热力学效益。

发明内容

通过在活塞的顶部的端面和活塞的顶环槽(top ring groove)之间提供环形腔，可以在一对对置活塞的每个活塞内实现对置活塞发动机的活塞的增强的热管理。在发动机运转期间，该腔可以降低从活塞顶到活塞主体的热量传递，同时降低或防止对环的热损伤以及环形槽中润滑剂的焦化。

附图说明

图1是一对活塞的活塞的立体透视图，其中一对活塞的端面被形成以限定对置活塞发动机的燃烧室构造。

图2-图4是示出包括根据图1的一对活塞的对置活塞发动机的运转顺序的侧截面图。