[发明专利]增强型航空柴油发动机

说明书

一种铁素体航空柴油发动机。所述铁素体航空柴油发动机包含铁曲轴箱、钢曲轴和八个钢活塞组合件。所述铁曲轴箱具有扁平的水平相对的八个汽缸布置，其中第一组汽缸壁限定第一排的第一组汽缸并且第二组汽缸壁限定相对的第二排的第二组汽缸。所述钢曲轴至少部分地可旋转地安装在所述铁曲轴箱内。多个钢活塞组合件中的每个钢活塞组合件收纳在所述铁曲轴箱的相应汽缸内并且联接到所述钢曲轴。所述第一组汽缸壁和所述第二组汽缸壁的最小壁厚在大约4.8与5.2mm之间。

相关申请信息

本申请要求(于2018年7月21日提交的)美国临时申请第62/535,459号的权益，所述美国临时申请的内容通过引用的方式完全并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及航空柴油发动机。更具体地，本公开涉及一种被配置成提高可靠性并且使延长的飞行期间的油损耗和/或消耗最小化的轻量铁素体航空柴油发动机。

背景技术

虽然燃料经济性是使航空时的航程(距离)和持续时间(飞行时间)最大化的重要因素，但是同样重要但经常被忽视的因素是润滑油经济性。在某些情况下，高油损耗和/或消耗率会是航空器的航程和持续时间的限制因素。增加润滑油的起始量以补偿高油损耗率会产生重量问题和平衡问题。此外，来自额外的油的增加的重量会对燃料经济性产生不利影响。因此，机油消耗较低的发动机具有航程较远并且持续时间较长的优点。

可以显著限制航空器的航程和距离的另一个因素是其可靠性。不管燃料经济性如何，飞行期间经历的机械问题都将会对航空器的能力产生不利影响。在某些情况下，飞行必须缩短和/或任务必须取消以便安全着陆。在严重的情况下，机械问题会导致航空器损坏和/或生命丢失。

轻量高功率航空器发动机常见的一种类型的机械问题是在长期使用期间疲劳开裂。由于重量的原因，几乎所有现代柴油压缩-燃烧航空器发动机都是由铝合金构造的。已证明铝是非常适合航空器发动机的轻量成本有效抗腐蚀材料。然而，由铝构造的发动机部件的可用寿命由发动机在经受应力时的持续退化(导致疲劳开裂)来限制。考虑到压缩-燃烧过程中存在的高应力，部件内的断裂最终将开始扩大，从而需要对部件进行替换。这在发动机曲轴箱内的螺纹孔中尤其普遍。如果此类断裂仍然未被注意到，则灾难性故障会在飞行期间发生，从而导致发动机退化或突然断电。

航空柴油发动机已知的另一个问题是在低功率负荷下的“燃烧冻结”，常常是在长时间下降期间。无人机(UAV)由于其高滑翔率而特别易于出现这种现象。在下降期间，发动机功率可以往回调节，可能往回调节到空载。当航空器偏离海拔接近其期望水平时，飞行员试图增加发动机功率，但却发现发动机没有反应。然后，航空器被迫继续下降，这会导致航空器遭到破坏。

据信，这种现象可能是由于在下降期间迅速冷却而发生的。在下降期间，发动机经常往回调节到低功率设置，使得发动机产生的热量比在较高功率设定下操作时少得多。同时，航空器的速度在下降期间可以增加，这会提高冷却效果。考虑到柴油发动机只依靠保留的汽缸热量和压缩的组合来燃烧，汽缸温度的迅速下降会对燃烧产生不利影响。这可以通过在高海拔飞行期间已经过冷的燃料而进一步加剧。

当试图在高海拔重启发动机时，类似的现象可能出现。在启动期间，使用电热塞来预热进入的装料，直到汽缸达到足以维持燃烧的温度。在许多情况下，发动机可以包含在进入汽缸之前对空气进行压缩的涡轮增压器。在与燃料混合后，通过活塞压缩空气-燃料装料以引发点火。

由于高海拔中常见的低密度过冷空气，即使使用了电热塞，达到发起燃烧所需的热量水平也会具有挑战性。已减速(spool down)或停止并且不再压缩进入汽缸的空气的涡轮增压器会使问题进一步复杂化。在某些情况下，可以要求航空器在可以重启之前下降到空气密度较高、较暖的地方。在某些条件下，如当在山区飞行时或在有防空武器的情况下，此类下降是不可能的。