用于对置活塞发动机的包括热障涂层的排气室构造制造技术

用于对置活塞发动机的带有热障涂层的排气室减少了排放到冷却剂的热，同时增加了排气温度、提高了燃料效率并加快了排气后处理起燃。排气室可包括在排气室的内表面上的涂层。具有结构性并提供冷却通道或通路的柱可以存在于排气室中并用热障涂层材料涂覆。

Exhaust chamber construction including thermal barrier coating for opposed piston engines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对置活塞发动机的包括热障涂层的排气室构造相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月18日提交的标题为“用于对置活塞发动机的包括热障涂层的排气室构造”的美国临时专利申请62/547,379的优先权。本申请包含与2014年8月4日提交的标题为“用于二冲程循环的直列对置活塞发动机的带有伴随点火顺序的排气布置(ExhaustLayoutWithAccompanyingFiringSequenceForTwo-StrokeCycle,Inline,Opposed-PistonEngines)”的共同拥有的美国专利申请14/450,808(现在是于2018年6月19日授权的专利号10,001,057)、2014年5月21日提交的标题为“用于对置活塞发动机的空气处理构造(AirHandlingConstructionsforOpposed-PistonEngines)”的共同拥有的美国专利申请14/284,058(现在是于2017年2月28日授权的专利号9,581,024)以及2014年5月21日提交的标题为“用于对置活塞发动机的空气处理系统的打开的进气室和排气室构造(OpenIntakeandExhaustChamberConstructionsforanAirHandlingSystemofanOpposed-PistonEngine)”的共同拥有的美国专利申请14/284,134(现在是于2017年1月24日授权的专利号9,551,220)的主题相关的主题。
本领域涉及内燃发动机。具体地，本领域涉及可应用于车辆、船舶和固定动力源的对置活塞发动机。
技术介绍
二冲程循环发动机是通过曲轴的单个完整旋转和连接到曲轴的活塞的两个冲程来完成操作循环的内燃发动机。冲程通常被表示为压缩冲程和做功冲程。二冲程循环发动机的一个示例是对置活塞发动机，其中两个活塞设置在气缸的镗孔中以用于沿着气缸的中心轴线在相反方向上往复移动。每个活塞在其最靠近气缸的一端的下止点(BDC)位置与最远离该一端的上止点(TDC)位置之间移动。气缸具有靠近相应BDC活塞位置的在气缸侧壁中形成的端口。对置活塞中的每个控制一个端口，从而在它移动到其BDC位置时打开该端口并且在它从BDC朝向其TDC位置移动时闭合该端口。端口中的一个用于允许增压空气进入镗孔，另一个端口提供使燃烧产物离开镗孔的通道；这些端口分别称为“进气”端口和“排气”端口(在一些描述中，进气端口被称为“空气”端口或“扫气”端口)。在直流扫气式对置活塞发动机中，随着排气从其排气端口流出，加压的增压空气通过其进气端口进入气缸，因此气体从进气端口到排气端口沿着气缸的长度在单个方向上(“直流”)流过气缸。增压空气和排气产物经由空气处理系统(也称为“气体交换”系统)流过气缸。通过从燃料递送系统的喷射来递送燃料。随着发动机循环，控制机械化通过响应于发动机操作状况来操作空气处理和燃料递送系统来管理燃烧。空气处理系统可以被配备有排气再循环(“EGR”)系统以减小燃烧期间的不期望化合物的产生。在对置活塞发动机中，空气处理系统将新鲜空气移动到发动机中并将燃烧气体(排气)从发动机运出，这需要泵送功。泵送功可以通过诸如压缩机(例如，涡轮增压器)的燃气轮机驱动的泵和/或通过诸如机械增压器的机械驱动的泵来完成。在一些情况下，涡轮增压器的压缩机单元可能以两级泵送构造位于机械增压器的上游或下游。泵送布置(单级、两级或其他方式)可以驱动扫气过程，其对于确保有效燃烧、增加发动机的指示的热效率以及延长发动机部件(诸如活塞、环和气缸)的寿命而言是至关重要的。另外，进气和排气中的压力波和吸力波也可以提供泵送功。泵送功还驱动排气再循环系统。对置活塞发动机包括被设计为将发动机气体(增压空气、排气)运输到气缸中和从气缸运出的各种构造。例如，美国专利1,517,634描述了一种早期的对置活塞飞机发动机，该对置活塞飞机发动机使用多管排气歧管，该多管排气歧管具有与每个气缸的排气区域连通的管，该管与其他气缸的管汇合成一个排气管。歧管安装到发动机的一侧。在1930年代，Jumo205系列的对置活塞飞机发动机限定了双曲轴对置活塞发动机的基本空气处理架构。Jumo发动机包括具有六个气缸的直列气缸体。气缸体的构造包括用于排气端口和进气端口的单独隔室。被构造成服务于个体化端口的歧管和导管被附接到或形成在气缸体上。因此，发动机被配备有多管排气歧管，其螺栓连接到发动机的相反侧以将一对相应的相对管放置成与每个气缸的环形排气区域连通。每个排气歧管的输出管连接至涡轮的两个入口中的相应一个入口。发动机还被配备有位于发动机的相反侧上的进气导管，其将增压空气引导至气缸的单独进气区域。二级增压系统为进气导管提供加压的增压空气。现有技术的排气歧管导致了增加发动机尺寸和重量的不利。每个单独管需要结构支撑以便将管开口与气缸的环形排气空间紧密联接。通常，支撑是在每个管的端部处的凸缘的形式，其面积足以接收用于将凸缘紧固至气缸体的侧面上的对应区域的螺纹紧固件。每个歧管的凸缘按行布置以便匹配气缸的直列布置。连接到这些凸缘的管道的宽度限制了气缸之间的间距，这要求发动机是相对较重且较大的。在现代车辆发动机中，就功率和排放而言，尺寸、重量和性能都是在设计发动机部件时要平衡的因素。希望最小化在每次燃烧事件之后从气缸接收排气的发动机空间，以减小尺寸和重量并改善性能。在直流扫气式对置活塞发动机的现代设计中，这些目标是通过消除外部歧管来输送发动机气体来实现的。这些发动机可以包括所有气缸排气端口所处的打开的排气室(也称为排气箱)。从所有气缸排出的所有排气都被收集在排气室的内部空间中，并且然后将这些排气从气缸体输送到排气系统的下游部件。期望在排放到排气室中的排气中保留尽可能多的热，以最大化下游提取的热能，以用于有用的目的，诸如驱动涡轮和给后处理设备充能(例如，提供用于催化的热)。然而，热能够因传导通过排气室的结构和表面以及下游的排气系统结构而损失。一旦被接收到周围的结构中，热就通过发动机冷却系统从气缸体传导出去，以限制气缸体上的热应力。以这种方式损失的热能被称为被“排放”到冷却剂中。冷却剂的循环增加了寄生的发动机损失。因此，期望减少从排气到围绕排气从排气端口所排放到的空间的排气室的结构和表面的热传递，从而提高发动机的热效率。
技术实现思路
在一些实施方式中，对置活塞发动机设置被配备有具有一个或多个热障涂层的打开的排气室构造。排气室可以包括内表面，并且热障涂层可以在内表面上。在一些方面，对置活塞发动机具有形成或支撑在气缸体中的多个气缸，其具有从发动机的所有气缸接收排气的排气箱。排气箱包括热障涂层或层，该热障涂层或层被施加到排气室的至少一个内表面上，以便减少从排气到气缸体的热传递。以下特征可以以任何合适的组合存在于排气室和/或发动机中。排气室可包括至少一个柱(例如，结构支腿柱)，用于在排气室的相对壁之间传递力。在一些实施方式中，所述至少一个柱可包括与发动机的冷却系统流体连通的大体轴向的导管或通路。热障涂层可以包括绝热材料，并且在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对置活塞发动机(200)，其包括：/n气缸体(202、400)；/n气缸(250)，其布置在所述气缸体(202、400)中，所述气缸(250)包括：气缸壁(320)，所述气缸壁(320)具有限定居中在所述气缸的纵向轴线上的镗孔(337)的内部表面；以及进气端口(325)和排气端口(326)，所述进气端口(325)和所述排气端口(326)在所述气缸(250)的相应相反端附近形成在所述气缸壁(320)中，所述进气端口(325)和所述排气端口(326)各自包括延伸穿过所述气缸壁(320)到所述镗孔(337)的端口开口阵列；/n排气室(245、405)，其在所述气缸体(202、400)中，所述气缸(250)的所述排气端口(326)位于所述排气室(245、405)中，使得所述排气室(245、405)从所述气缸(250)接收所有排气；以及/n涂层(425、620)，其在所述排气室(245、405)的内表面上，所述涂层(425、620)减少从所述排气到所述气缸体(202、400)的热传递。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170818 US 62/547,3791.一种对置活塞发动机(200)，其包括：
气缸体(202、400)；
气缸(250)，其布置在所述气缸体(202、400)中，所述气缸(250)包括：气缸壁(320)，所述气缸壁(320)具有限定居中在所述气缸的纵向轴线上的镗孔(337)的内部表面；以及进气端口(325)和排气端口(326)，所述进气端口(325)和所述排气端口(326)在所述气缸(250)的相应相反端附近形成在所述气缸壁(320)中，所述进气端口(325)和所述排气端口(326)各自包括延伸穿过所述气缸壁(320)到所述镗孔(337)的端口开口阵列；
排气室(245、405)，其在所述气缸体(202、400)中，所述气缸(250)的所述排气端口(326)位于所述排气室(245、405)中，使得所述排气室(245、405)从所述气缸(250)接收所有排气；以及
涂层(425、620)，其在所述排气室(245、405)的内表面上，所述涂层(425、620)减少从所述排气到所述气缸体(202、400)的热传递。


2.根据权利要求1所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述排气室(405)包括所述发动机缸体(202、400)的至少一个支撑柱(415)。


3.根据权利要求2所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述支撑柱(415)包括冷却剂通路(420)。


4.根据权利要求3所述的对置活塞发动机(200)，其中，在所述发动机的操作期间，液体冷却剂流动通过所述冷却剂通路(420)。


5.根据权利要求1所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述涂层(425、620)包括绝热材料。


6.根据权利要求5所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述绝热材料具有低的导热系数。


7.根据权利要求5所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述涂层(425、620)包括氧化锆、氧化铝、含铬组合物、含钴组合物、含镍组合物、含钇组合物及其任何组合中的任何一种。


8.根据权利要求5所述的对置活塞发动机(200)，其中，所述涂层(425、620)被喷涂沉积或浸涂沉积在所述排气室(405)的所述内表面上。


9.根据权利要求1所述的对置活塞发动机(200)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·库兹尼克，
申请(专利权)人：阿凯提兹动力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US