CN106414987A - 用于对置活塞发动机的空气处理构造 - Google Patents

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Abstract

一种对置活塞发动机具有汽缸体，该汽缸体具有直列布置的多个汽缸，其中每个汽缸包括与排气端口纵向分开的进气端口。发动机装配有包括在汽缸体内侧的进气室和排气室的空气处理***。所有汽缸进气端口包含在进气室中以接收其中的增压空气。进气室包括通过汽缸体的相对侧的细长的空气入口开口。排气室包括通过汽缸体的一侧的至少一个排气出口开口；所有的汽缸排气端口包含在排气室中以排放其中的排气。

Description

用于对置活塞发动机的空气处理构造
相关申请的交叉参考
本申请包含于2013年7月11日公布为US2013/0174548的共同拥有的美国专利申请13/782,802和于2014年1月30日公布为US2014/0026563的美国专利申请14/039,856的主题相关的主题。本申请另外包含与题为“Open Intake and Exhaust Chamber Constructionsfor an Air Handling System of an Opposed-Piston Engine”的同时提交、共同拥有的美国专利申请14/284,134的主题相关的主题。
技术领域
本领域涉及两冲程循环对置活塞发动机。特别地，本领域涉及将空气输送到对置活塞发动机的直列汽缸且从其传输排气的空气处理***。
背景技术
两冲程循环发动机为用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。冲程通常表示为压缩冲程和做功冲程。两冲程循环发动机的一个示例为其中两个活塞设置在汽缸孔中用于沿着汽缸的中心轴线沿相反方向往复运动的对置活塞发动机。每个活塞在其中最靠近汽缸的一个端部的下止点(BC)方位和其中最远离所述一个端部的上止点(TC)方位之间移动。汽缸具有在相应的BC活塞方位附近的汽缸侧壁中形成的端口。每个相对活塞控制端口中的一个，当活塞移动到其BC方位时打开端口，当活塞从BC朝向其TC方位移动时关闭端口。端口中的一个用于允许增压空气进入孔中，其它端口提供用于使燃烧产物离开孔的通道；这些端口分别称为“进气”端口和“排气”端口(在一些描述中，进气端口称之为“空气”端口或“扫气”端口)。在单流扫气对置活塞发动机中，当排气流出其排气端口时，加压的增压空气通过其进气端口进入汽缸中，因此气体以单一方向(“单流”)流经汽缸-从进气端口到排气端口。
增压空气和排气产物经由空气处理***(也称为“气体交换”***)流经汽缸。通过喷射从燃料输送***输送燃料。当发动机循环时，响应于发动机工况，控制机械化通过操作空气处理***和燃料输送***来控制燃烧。空气处理***可以装配有排气再循环(“EGR”)***以在燃烧期间减少不期望的化合物的产生。
在对置活塞发动机中，空气处理***将新鲜空气移动到发动机中并且将燃烧气体(排气)传输出发动机，这需要泵送工作。可以通过气体涡轮驱动的泵(诸如压缩机)和/或通过机械驱动泵(诸如机械增压器)而完成泵送工作。在一些情况下，涡轮增压器的压缩机单元可在两级泵送配置中提供下游机械增压器的入口。泵送布置(单级、两级或其它方式)驱动扫气过程，这对于确保有效的燃烧、增加发动机指示的热效率以及延长发动机部件(诸如活塞、环以及汽缸)的寿命是至关重要的。泵送工作还驱动排气再循环***。
图1图示说明具有单流扫气的涡轮增压的两冲程循环对置活塞发动机10。发动机10具有至少一个有端口的汽缸50。例如，发动机可具有一个有端口的汽缸、两个有端口的汽缸或三个或更多个有端口的汽缸。每个有端口的汽缸50具有孔52以及在汽缸壁的相应端部附近形成或机械加工的纵向间隔开的进气端口54和排气端口56。每个进气端口和排气端口包括一个或多个圆周阵列的开口或孔口。在一些描述中，每个开口被称为“端口”；然而，一个或多个圆周阵列的此类“端口”的构造与图1中示出的端口构造没有不同。活塞60和活塞62滑动地设置在孔52中，其中它们的端部表面61和63相对。活塞60控制进气端口54并且活塞62控制排气端口56。在示出的示例中，发动机10进一步包括至少一个曲轴；优选地，发动机包括两个曲轴71和72。发动机的进气活塞60耦接到曲轴71，并且排气活塞62耦接到曲轴72。
由于活塞60和62在它们的TC方位附近，燃烧室被限定在活塞的端部表面61和63之间的孔52中。燃烧时间通常是指在压缩循环中出现最小燃烧室容积的点，因为活塞端部表面最接近彼此；这个点称为“最小容积”。燃料被直接喷射到位于端部表面61和63之间的汽缸空间中。在一些情况下，喷射发生在最小容积处或在最小容积附近；在其它情况下，喷射可发生在最小容积之前。燃料通过定位于相应开口中的一个或更多个燃料喷射器喷嘴被喷射通过汽缸50的侧壁。示出两个此类喷嘴70。燃料与允许通过进气端口54进入孔52中的增压空气混合。随着空气-燃料混合物在端部表面61和63之间被压缩，压缩空气达到导致燃料点燃的温度和压力。接着进行燃烧。
进一步参考图1，发动机10包括管理到发动机10的增压空气和来自发动机10的排气的传输的空气处理***80。典型的空气处理***构造包括增压空气子***和排气子***。在空气处理***80中，增压空气源接收进气并且将其处理为加压空气(下文中为“增压空气”)。增压空气子***将增压空气传输到发动机的进气端口。排气子***传输来自发动机的排气端口的排气产物，用以输送到其它排气部件。
空气处理***80可包括涡轮增压器120，所述涡轮增压器具有在共用轴123上旋转的涡轮121和压缩机122。涡轮121与排气子***流体连通，并且压缩机122与增压空气子***流体连通。涡轮增压器120从排气中提取能量，所述排气离开排气端口56且直接从排气端口56或从收集通过排气端口56输出的排气的排气歧管组件125直接流入排气通路124中。在这点上，涡轮121通过穿过其到排气出口通路128的排气旋转。这使压缩机122旋转，从而使得其通过压缩新鲜空气而产生增压空气。增压空气子***可包括机械增压器110和进气歧管130。增压空气子***可进一步包括至少一个增压空气冷却器(下文中为“冷却器”)以在输入到发动机的一个或更多个进气端口之前接收且冷却增压空气。压缩机122输出的增压空气流经增压空气通路126到冷却器127，由此增压空气由机械增压器110被泵送到进气端口。由机械增压器110压缩的增压空气被输出到进气歧管130。进气端口54通过进气歧管130接收由机械增压器110泵送的增压空气。第二冷却器129可以被提供在机械增压器110的出口和进气歧管130的入口之间。
在一些方面，空气处理***80可以经构造以通过再循环通过燃烧产生的排气部分通过发动机的有端口的汽缸以减少通过燃烧产生的不期望的排放。再循环排气与增压空气混合以降低峰值燃烧温度，从而减少不期望的排放的产生。这种过程称为排气再循环(“EGR”)。所示出的EGR构造获得在扫气期间从端口56流出的一部分排气，并且经由汽缸外部的EGR通路131将所述一部分排气传输到增压空气子***中的进气输入流中。再循环的排气在阀138(称为“EGR阀”)的控制下流经EGR通路131。
图2详细示出图1的空气处理***80。在这点上，增压空气子***将进气提供到压缩机122。当压缩机122旋转时，压缩空气从压缩机的出口流出、通过增压空气通路126并且进入机械增压器110。由机械增压器110泵送的增压空气流经冷却器129进入进气歧管130中。加压的增压空气从进气歧管130被输送到汽缸50的进气端口，所述汽缸的进气端口支撑在汽缸体160中。在一些方面，发动机可包括将机械增压器110的出口耦接到其入口的再循环通路112。再循环通路112中的阀139的提供允许增压空气流到汽缸，以待通过调整机械增压器出口下游的增压空气压力而改变。
来自汽缸50的排气端口的排气从排气歧管125流入涡轮121中，并且从涡轮流入排气出口通道128中。在一些情况下，一个或多个后处理装置(AT)162被提供在排气出口通路128中。在EGR阀138的控制下，排气被再循环通过EGR通路131。EGR通路131经由EGR混合器(未示出)与增压空气子***流体连通。
对置活塞发动机包括经设计将发动机气体(增压空气、排气)传输到汽缸中以及传输出汽缸的各种构造。例如，美国专利1，517,634描述一种早期对置活塞飞行器发动机，所述早期对置活塞飞行器发动机使用具有与每个汽缸的排气区域连通的管道的多管道排气歧管，所述管道与其它汽缸的管道合并成一个排气管道。歧管被安装到发动机的一侧。
后来，在20世纪30年代，对置活塞飞行器发动机的Jumo 205族建立了用于双曲轴发动机、直列发动机、对置活塞发动机的基本的空气处理架构。每个发动机装配有螺栓连接到具有六个汽缸的直列汽缸体的相对侧的多管道排气歧管，以便放置与每个汽缸的环状排气区域连通的相应对的相对管道。每个排气歧管的输出管道连接到涡轮的两个入口中的相应一个。两级压力增压***提供加压的增压空气。由第二级输出的加压的增压空气流经横跨发动机底部的中间冷却器。然后，增压空气通过管道从中间冷却器流出、到沿着发动机(如排气歧管)的侧部延伸的进气导管。排气***和进气***的构造施加相当大的负担，导致发动机体积、重量和成本的增加以及性能降低。
现有技术排气歧管引出增加的发动机尺寸和重量的不利后果。每个单独管道需要结构支撑，以便将管道开口与汽缸的环形排气空间紧密地耦接。通常，支撑件在每个管道端部处以法兰的形式，每个管道的端部具有足以接收用于将法兰密封地紧固到在汽缸体的一侧上的对应区域的螺纹紧固件。每个歧管的法兰按行布置，以便匹配汽缸的直列布置。法兰宽度限制汽缸到汽缸间隔，这需要发动机相对地重和大。
用于Jumo 205的现有技术进气构造需要经由管道和配件连接到两个进气导管(每个进气导管在发动机的每侧上)的安装到发动机的中间冷却器，所述管道和配件将长度、弯曲以及收缩引入到冷却器和导管之间的增压空气路径中。方向的变化和流动阻力导致寄生涡流和振动，该寄生涡流和振动产生从汽缸到汽缸的增压空气压力的急剧变化并且响应于改变发动机状况而改变。在输送到进气端口的增压空气压力中，激增(surge)、波动(spike)和其它急剧的不一致性和对称性可产生不一致的燃烧和不完全的扫气，使得发动机效率较低、较脏地运行并且在发动机经设计用于的发动机工况的范围内较难以控制。
Jumo进气构造还包括通过将空间再分成汽缸的入口区域的单独隔室形成在汽缸体内侧的歧管结构。每个隔室通过汽缸体的相对侧打开以接收来自进气导管的增压空气。此类歧管构造可在入口端口之间产生增压空气压力差，当发动机工况改变时，此压力差可导致燃烧和扫气的变化。
发明内容
期望最小化具有以直列配置布置的多个汽缸的对置活塞发动机的尺寸、重量以及成本。这通过将单个排气室提供在含有所有汽缸排气端口的汽缸体内侧而实现，从而消除对带有法兰的多管道歧管构造的需要。代替用专用的管道对收集和传输由单独的排气端口排放的排气，由所有排气端口排放的排气被收集在汽缸体内的单个排气室中并且由此通过单个管道传输。所排放的排气经由通过汽缸体打开的至少一个排气出口离开室。有利地，仅需要单个管道将排气从排气出口传输到排气子***，从而消除现有技术排气歧管的分开管道之间的法兰到法兰间隔。因此，省去了多管道歧管的重量，可以减少汽缸间间隔并且可以使发动机更紧凑。
为了确保一致、可靠的燃烧和扫气，在提供到对置活塞发动机的进气端口的增压空气流中，消除波动、激增、振荡和其它不对称性是期望和有用的。通过将增压空气冷却器提供为紧密地耦接到包含所有汽缸进气端口的汽缸体内侧的打开的、未分开的进气室，增压空气压力变化在对置活塞发动机中被抑制。进气室包括通过汽缸体的相对侧打开的相对的细长空气入口。相应的增压空气冷却器定位在每个细长空气入口附近，并且具有与细长空气入口对齐且与细长空气入口紧密耦接的细长出口开口。在一些方面，增压空气冷却器的出口开口宽度大体上与空气入口相同。在其它方面，增压空气冷却器的出口开口的宽度不大于空气入口的宽度。增压空气冷却器抑制增压空气压力的波动和激增并且降低或消除气流的不对称性。细长的增压空气冷却器出口开口保持气流对称性并减少允许进入进气室的增压空气的速度。因此，降低或消除了由增压空气子***中的寄生流体流动效应引起的燃烧不一致性。
附图说明
图1为具有单流扫气的现有技术两冲程循环、对置活塞发动机的示意图，并且适当地标记为“现有技术”。
图2为示出用于图1的对置活塞发动机的现有技术空气处理***的细节的示意图，并且适当地标记为“现有技术”。
图3A为经配置用于车辆中的配件的两冲程循环、对置活塞发动机的正视图。图3B为图3A的发动机的顶视图。图3C为图3A的发动机的侧视图。图3D为图3C的放大视图，其中部件从发动机中移除以更好地图示说明在图3A的发动机的汽缸体内侧的进气室和排气室的方位和开口。
图4A为沿着线A-A截取的图3A的发动机的侧面部分。图4B为沿着线B-B截取的图3A的发动机的截面视图。图4C为沿着线C-C截取的图3A的发动机的截面视图。
图5A和图5B示出装配有EGR的图3A的发动机。
图6为根据说明书的用于对置活塞发动机的进气/排气子***的图示说明。
图7为根据说明书的增压空气流入进气室中的示意性图示说明。
图8为进入到图7的进气室中的气流路径的示意性表示。
具体实施方式
本说明书涉及具有带有多个汽缸的汽缸体的两冲程循环、双曲轴、对置活塞发动机，所述多个汽缸以一列对齐，使得单个平面包含所有发动机汽缸的纵向轴线。汽缸的按列对齐称为符合发动机领域的标准术语的“直列”配置。此外，直列布置可以是“笔直的”，其中含有纵向轴线的平面本质上是竖直的，或者“倾斜的”，其中含有纵向轴线的平面是倾斜的。因此，当以下描述限于直列配置时，可适用于笔直和倾斜的变形。还可能以类似方式定位发动机，以便实质上水平地设置含有纵向轴线的平面，在这种情况下，直列布置将是“水平的”。
图3A、图3B以及图3C示出具有包括发动机的汽缸(在这些附图中无法看见)的汽缸体202的两冲程循环、对置活塞发动机200，所述发动机的汽缸沿发动机200的纵向方向L取向以倾斜直列配置布置。发动机被配置成紧凑的，以便在应用(诸如车辆、机车、船舶、固定电源等)中占据最小空间。发动机200装配有空气处理***，所述空气处理***包括涡轮增压器210、机械增压器214、增压空气冷却器215和216、在汽缸体202中形成或机械加工的进气室和排气室(在这些附图中无法看到)和各种管道、歧管以及导管。除了进气室和排气室以外，可以使用常规方法将这些元件支撑在汽缸体上。进气室和排气室形成为汽缸体内侧的细长打开的槽道(gallery)或箱。优选地，进气室和排气室不分开，至少就某种意义上讲不将它们分成单独的室或子室，每个室或子室仅含有单个汽缸的进气(或排气)区域。涡轮增压器210包括排气驱动的涡轮211和压缩机213。优选地但不必要地，例如通过曲轴，机械驱动机械增压器214。压缩机213的出口经由导管217和增压空气冷却器215与机械增压器214的入口流体连通。机械增压器214的出口经由歧管220与增压空气冷却器216中的每个流体连通，歧管220的每个分支221通过盖罩223耦接到相应的增压空气冷却器216。通过盖罩230关闭排气室的出口开口。通过盖罩230的管道231提供排气室和涡轮211的入口之间的流体连通。虽然在这些附图中未示出，但是发动机200可以在用于EGR的排气室和机械增压器之间装配有阀控制的导管。
图3D示出发动机200的一个侧视图，其中许多部件被移除以使得进气室240和排气室245可见。进气室240和排气室245两者均通过在附图中可见的汽缸体202的一侧打开，并且还通过汽缸体的相对侧打开。
图3D和图4A示出具有用于多个汽缸的提供物(provision)的汽缸体202的构造。为了说明，示出三个汽缸250。在本说明书中，“汽缸”由保留在形成在汽缸体202中的汽缸隧道中的衬垫(有时称为“套筒”)构成。每个衬垫具有环形进气部分，所述环形进气部分包括沿着汽缸的纵向轴线与包括汽缸排气端口256的环形排气部分分开的汽缸进气端口254。汽缸250直列布置在汽缸体202中，其中进气端口254和排气端口256设置在发动机200的分开层面(level)上。优选地，排气端口256设置在进气端口254的层面以下的层面上。两个反向移动的活塞260、活塞262设置在每个衬垫的孔中。活塞260控制发动机的进气端口；活塞262控制排气端口。支撑在汽缸体202的顶部部分上的第一曲轴271被设置为与细长尺寸L平行对齐。所有活塞260耦接到第一曲轴271。支撑在汽缸体202的底部部分上的第二曲轴272被设置为与细长尺寸L平行对齐。所有活塞262耦接到第二曲轴272。
参考图3D和图4B，进气室240的结构为在具有包含所有汽缸进气端口254的未分开容积的汽缸体202内侧的细长打开箱。换句话说，每个发动机的进气端口定位在由所有进气端口共享的进气室240中的相同容积中并且从该相同容积中接收增压空气。根据图4B，进气室240包括通过汽缸体202的第一侧打开的第一细长空气入口241和通过与第一侧相对的汽缸体202的第二侧打开的第二细长空气入口241。因此，存在相互对齐且设置在室240的相对侧中的细长空气入口241。优选地，进气室240和空气入口241的细长部分在纵向方向L上。如图3D和图4B可见，进气室240中的支撑柱262在进气室240的地板和顶板之间提供结构支撑。优选地，柱262被定位为相邻于空气入口241或在空气入口241内侧，远离汽缸250。
如图3B和图6可见，增压空气冷却器216被定位为相邻于汽缸体202的相对侧。根据图4B和图6，每个增压空气冷却器216通过法兰适配器264短耦接到进气室空气入口241的相应一个，所述法兰适配器具有与冷却器216的出口面对齐且共同延伸的第一端部和与空气入口对齐且共同延伸的第二端部。法兰适配器264可以与汽缸体202整体形成或者可以包括附接到汽缸体的分开件。优选地，法兰适配器的形状被设置，以便以最小的扰动将气流导入到进气室240。例如，法兰适配器可以是弯曲的。在一些方面，增压空气冷却器216一般具有带有相对的主表面218的箱状构造。
根据图3A和图6，增压空气冷却器优选地设置在相对于汽缸体202的折叠配置中，其中每个冷却器216被定位为相邻于具有面向侧面的主表面218的汽缸体的相应侧。从另一方面来看，增压空气冷却器216设置在相对于汽缸体202的挂包状配置中，其中增压空气冷却器216在汽缸体202的相应的相对侧上对齐。从任一视角来看，具有面向汽缸体202的相对侧的主表面218的冷却器的布置显著有助于使发动机200的轮廓紧凑。在一些情况下，增压空气冷却器216可以是经构造以将来自增压空气(可能包括排气)的热量传输到液体的气体到液体热交换器。
关于图3D和图4C，排气室245的结构为在具有包含所有汽缸排气端口256的未分开容积的汽缸体内侧的细长打开箱。换句话说，每个发动机的排气端口定位在由所有排气端口共享的排气室245中的相同容积中并且将排气排放到该相同容积中。根据图4C，排气室具有通过汽缸体202的第一侧打开的细长排气出口246a和通过汽缸体202的第二侧打开的第二细长排气出口246b。因此，在排气室245的相对侧上存在细长的排气室排气出口246a和246b。如图3D和图4C可见，排气室245中的支撑柱268在排气室245的地板和顶板之间提供结构支撑。优选地，柱268被定位在排气出口246a和246b附近，远离排气端口。从在发动机操作期间由汽缸体202支撑的机械负载的角度来看，可以期望使进气室的柱262与排气室的柱268对齐。在一些方面，可以期望在柱268中提供轴向冷却剂通道269，以便在发动机操作期间减轻在排气室245的结构中的有害温度影响。排气出口246a通过从汽缸体202向外弯曲的细长盖罩263关闭。细长盖罩230在排气出口246b上延伸。盖罩263和230可以与汽缸体202整体地形成，或者可以包括附接到汽缸体的分开件。涡轮211的入口通过经由容纳管道231的盖罩230的开口267与排气室245流体连通。优选地，排气室245以及排气出口246a和246b的细长部分在纵向方向L上。
虽然排气室245的打开箱构造可允许关闭汽缸间间隔，但是相邻汽缸套筒之间的减小距离增加由一个汽缸排放的排气对尤其是在套筒的排气部分之间的窄间隙中的相邻汽缸的活塞和套筒的热冲击。因此，在一些情况下，可以期望减少由汽缸排放的排气对相邻汽缸裙部的热冲击。减少这样热冲击的一种方法是：在相邻的汽缸排气部分之间，在排气室245中提供成形的排气导流板247。每个导流板可形成为在排气室245的地板和顶板之间延伸的柱。排气导流板247被定位在相邻的汽缸250之间，在汽缸排气区域的附近。排气导流板247的形状包括以一定角度相遇以形成面向排气室开口中的一个的边缘的一对表面247a和表面247b。例如，排气导流板的横截面形状可以是菱形。表面247a和247b成角度以使由一个排气端口排放的排气偏转远离相邻汽缸。虽然图5B表明排气导流板247与相邻汽缸接触，但是这不是必要的限制。在一些方面，导流板可以具有一定的尺寸，以便不与汽缸接触，从而允许气体在汽缸和导流板之间流动。替代地(或另外)，排气端口开口可改变尺寸和/或汽缸衬垫的环形排气部分周围的间隔，以便相比于在附近结构(诸如相邻衬垫和/或排气室壁)的方向上，在排气室开口的方向上提供相对更大的排气流。
期望最大化从排气室的一侧到另一侧的流体连通，以便维持排气室245两端的压力尽可能的一致。在排放期间(在排气端口打开期间的时间)维持排气室内的压力平衡提高发动机的扫气性能。在这些方面，排气室245可包括在任一端部或两个端部处的附加空间，以便增加从发动机的一侧到另一侧的流动空间。可看出，例如排气室245中的附加空间在汽缸体202的端部203附近。通过盖罩230和263中任一者或两者的设计还可以添加波状外形的空间。从排气室的一侧到另一侧的压力不平衡对通过汽缸的质量流是有害的，因为压力不平衡偏置一侧前面的扫气，而不是更对称。在这些情况中的一些下，排气室245的尺寸可超过进气室240的尺寸。如果需要发动机的结构完整性，则一个或更多个附加对的支撑柱268可以提供在排气室245中。
对置活塞发动机200的空气处理***还可包括EGR通路和机械增压器214的再循环通路中的任一者或两者。因此，在一些方面，可以期望装配发动机200用于排气再循环。在这点上，参考图5A和图5B，排气室245与具有入口的EGR通路流体连通，所述EGR通路包括通过盖罩230通向排气室245的管道232。EGR通路包括EGR阀235和管道236，所述管道236传输来自排气室245的排气，用于与提供到进气室的增压空气混合。在另一些方面，可以期望在再循环期间冷却排气。在这些情况下，管道236通过歧管盖罩260将再循环排气输送到空气增压冷却器215的入口。
如图5A和图6可见，包括再循环阀254和管道256的再循环通路219将机械增压器214的出口与其入口耦接。在阀254的控制下，再循环通路根据发动机工况需要调节由机械增压器214提供的升压压力。优选地，再循环的增压空气在被再次输入到机械增压器214之前冷却。因此，如图3B、图3C以及图6所最佳地看出，由机械增压器214输出的部分加压的增压空气可以在再循环阀门254的控制下通过再循环通路219被再循环到其入口，所述再循环阀254具有经由歧管220与两个分支221共同耦接的入口。再循环阀254的出口通过再循环管道256经由导管217耦接到冷却器215的入口。
由于增压空气冷却器215的可用性，EGR和机械增压器再循环选择与冷却器216的折叠(或鞍形)布置很好地结合。增压空气冷却器215的提供意味着再循环的排气和再循环的增压空气两者都不需要被引导到冷却器216，不依赖于机械增压器214。因此，冷却器216和进气室240之间的短耦接连接是不间断的，维持从冷却器216进入进气室的相对均匀的质量流并且保持紧凑的发动机轮廓。
参考图5A和图6，在发动机操作期间，由压缩机213提供的加压进气在增压空气冷却器215中冷却并被供给到增压器214的入口。增压空气由机械增压器214进一步加压，并且由歧管220在增压空气冷却器216之间分配。EGR阀235控制再循环排气的流动，所述再循环排气在歧管盖罩260中与增压空气混合，并且在冷却器215中冷却。再循环排气和增压空气的冷却混合物被提供到机械增压器214的入口。参考图6和图7，歧管220将增压空气流大致均匀地分配在歧管分支221之间，使得增压空气冷却器216接收大体上相等质量的气流，并且将大体上相等质量的气流输送到进气室的空气入口214，从而与增压空气冷却器216的“挂包”配置很好地结合。
参考图7和图8，每个增压空气冷却器216的形状和构造扩散增压空气流，从而降低气流的速度且抑制气流的波动和激增。从冷却器来看，反向的气流进入进气室240。优选地，每个增压空气冷却器216的芯的尺寸被设置，使得冷却器的出口面270的宽度WO不大于进气室240的宽度WP；优选地，限制维持在从出口面270通过法兰适配器264到进气室240的气流路径中。在一些情况下，根据所需要的冷却容量和可用于增压空气冷却器216的发动机空间，出口面270的宽度WO可以小于进气室240的宽度WP并且还小于法兰264的宽度WF。在这些情况下，期望从出口面270通道法兰适配器264到进气室240的气流路径的宽度连续地或以一步或更多步的方式增加，以便避免气流路径中的纽结和收缩；换句话说，WO≤WF≤WP。
根据图7和图8，增压空气冷却器216的大出口面270导致流入到进气室240中的增压空气的空气速度降低。在沿着冷却器出口面的每一点处，空气大致上有相同的流动矢量。通过增压空气冷却器216上游的气流路径中的弯曲和形状变化引入到增压空气流中的不对称性和振荡(如果不去除)很大程度上由通过冷却器的增压空气的通道抑制。计算机模型指示图6所示的空气处理***的增压空气部分减少到进气端口中的汽缸到汽缸质量流率的变化。由模型指示的另一个益处是：进入汽缸中的质量流率很大程度上独立于发动机转速。这些效果通过远离汽缸将结构柱262定位在进气室的外部而增强，从而有助于所有端口同样地呼吸。
增压空气部分布局的另一个益处是：由发动机空间引起的封装限制和配置需要可与调谐进入到进气室240中的相对气流的相互作用的任何需要很好地平衡。在没有由冷却器216提供的阻尼效应的情况下，将更加难以实现此类平衡。此外，相比于可以使用单个大冷却器和将冷却器耦接到进气室的分开歧管有效地封装，分开两个冷却器之间的冷却功能允许封装更大的冷却器容积。
在图6所示的空气处理***的排气部分的情况下，排气室245中的打开空间提供较小的排气流阻力，这增加所有汽缸中的输送速率。成形的导流板柱247(图4C和图5B)减小对相邻汽缸裙部的热冲击。相比于用于在发动机每侧上具有排气流道和多管道歧管的传统对置活塞发动机(如在Jumo 205中)的排气***，本说明书中描述和图示说明的排气部分构造具有较少的表面区域，这有助于降低热传递，并且还具有较少的气体体积，这改进了发动机的瞬态响应。图6中示出的空气处理***的排气部分的计算机模型还指示涡轮增压器210和打开的排气室245之间的短耦接以降低排气波共振，从而有助于进气端口处的平稳且恒定的质量流率。增压空气部分中平稳且恒定的质量流量大体上有助于从汽缸排出残余排气产物的均匀扫气前部，而不会损失新鲜增压空气。
因此，进气室和排气室的新布置产生更轻、更紧凑的对置活塞发动机且提高了通过汽缸的质量流量。通过装配具有小的紧凑增压空气冷却器架构的新室布置来实现冷却的增压空气的期望效果，所述小的紧凑增压空气冷却器架构在增压空气输送到发动机进气口后既冷却又平稳增压空气流。在不背离本发明或牺牲本发明的优点的情况下，可以对本说明书中公开的细节作出各种改变。

Claims (25)

1.一种用于具有汽缸体的对置活塞发动机的空气处理***，所述汽缸体具有第一相对侧和第二相对侧以及设置在所述相对侧之间以直列阵列设置的多个汽缸，其中每个汽缸包括在所述汽缸的轴向方向上与排气端口分开的入口端口，所述空气处理***包括：
在所述汽缸体内侧的未分开进气室；
通过所述第一侧通向所述进气室的第一空气入口和通过所述第二侧通向所述进气室的第二空气入口；
每个空气入口具有细长尺寸；
所有的所述汽缸进气端口被包含在所述进气室中以接收所述进气室中的增压空气；以及
在所述汽缸体中的排气室，包括通过所述相对侧中的一个打开的至少一个排气出口；
所有的所述汽缸排气端口包含在所述排气室中以排放进入所述排气室中的排气。
2.根据权利要求1所述的空气处理***，其中所述空气处理***进一步包括相邻于所述汽缸体的每个所述相对侧的相应增压空气冷却器，每个增压空气冷却器具有与空气入口的细长尺寸流体连通且与其对齐的细长出口开口。
3.根据权利要求2所述的空气处理***，进一步包括将所述增压空气冷却器耦接到机械增压器的气流歧管。
4.根据权利要求3所述的空气处理***，其中所述至少一个排气出口与涡轮入口流体连通。
5.根据权利要求3所述的空气处理***，其中所述至少一个排气出口与涡轮入口和EGR入口流体连通。
6.根据权利要求1所述的空气处理***，其中所述至少一个排气出口与涡轮入口流体连通。
7.根据权利要求1所述的空气处理***，其中所述至少一个排气出口与涡轮机入口和EGR入口流体连通。
8.根据权利要求1所述的空气处理***，其中所述汽缸以笔直的直列阵列和倾斜的直列阵列中的一种设置。
9.根据权利要求8所述的空气处理***，其中所述对置活塞发动机进一步包括支撑所述汽缸体的第一曲轴和第二曲轴。
10.一种用于权利要求1所述的对置活塞发动机的空气处理方法，所述方法包括：
将压缩空气供给到位于所述汽缸体的相对侧上的增压空气冷却器中；
将来自增压空气冷却器的相对的冷却压缩空气流供给到在所述汽缸体内侧的进气室空间中；
所有进气端口接收在所述进气室空间中的所述压缩空气；以及
所有汽缸排气端口排放在所述汽缸体内侧的排气室空间中的排气。
11.一种用于权利要求1所述的对置活塞发动机的空气处理方法，所述方法包括：
将相对的冷却压缩空气流供给到在所述汽缸体中的未分开进气室中；
所有进气端口接收在所述未分开进气室中的所述压缩空气；以及
所有排气端口排放在所述汽缸体中的未分开排气室中的排气。
12.一种用于具有汽缸体的对置活塞发动机的空气处理***，所述汽缸体具有以列对齐的多个汽缸，其中每个汽缸与排气端口纵向分开的入口端口，所述空气处理***包括：
在所述汽缸体中具有包含在其中的所述汽缸进气端口的进气室；
所述进气室包括通过所述汽缸体的第一相对侧和第二相对侧分别打开的第一细长空气入口和第二细长空气入口；
定位为相邻于所述汽缸体的所述第一侧的第一增压空气冷却器；
定位为相邻于所述汽缸体的所述第二侧的第二增压空气冷却器；
所述第一增压空气冷却器具有耦接到所述第一细长空气入口的细长出口；以及，
所述第二增压空气冷却器具有耦接到所述第二细长空气入口的细长出口。
13.根据权利要求12所述的空气处理***，其中每个出口开口具有不大于所述进气室的宽度的宽度。
14.根据权利要求12所述的空气处理***，其中每个出口开口具有不大于所述空气入口的宽度的宽度，所述出口开口耦接到所述空气入口。
15.根据权利要求14所述的空气处理***，其中每个空气入口具有不大于所述进气室的宽度的宽度。
16.根据权利要求12所述的空气处理***，其中所述增压空气冷却器设置在相对于所述汽缸体的折叠配置中。
17.根据权利要求16所述的空气处理***，其中每个增压空气冷却器通过适配器连接到空气入口，所述适配器具有与所述增压空气冷却器的所述出口开口对齐且共同延伸的第一端部和与所述空气入口对齐且共同延伸的第二端部。
18.根据权利要求16所述的空气处理***，进一步包括与所述增压空气冷却器流体连通的机械增压器。
19.根据权利要求12所述的空气处理***，其中每个增压空气冷却器具有面向侧面的主表面，其中所述主表面与所述侧面相邻。
20.根据权利要求12所述的空气处理***，进一步包括在所述汽缸体中具有包含在其中的所述汽缸排气端口的排气室，其中所述排气室包括通过所述汽缸体的侧面的一个或多个排气开口。
21.根据权利要求20所述的空气处理***，其中所述排气室与涡轮入口和EGR通路流体连通。
22.一种包括汽缸体的对置活塞发动机，所述汽缸体具有：第一相对侧；第二相对侧；以直列阵列设置在所述相对侧之间的多个汽缸；第一曲轴，其安装到与所述直列阵列对齐的所述汽缸体的顶部部分；以及第二曲轴，其安装到与所述直列阵列对齐的所述汽缸体的底部部分，其中：
沿着所述汽缸体的所述第一侧设置的第一增压空气冷却器具有与在包含所述汽缸的进气端口的所述汽缸体内侧的进气室流体连通的出口；以及
沿着所述汽缸体的所述第二侧设置的第二增压空气冷却器具有与所述进气室流体连通的出口。
23.根据权利要求22所述的发动机，其中所述第一增压空气冷却器和所述第二增压空气冷却器中的每个具有面向侧面的主平坦表面，其中所述主平坦表面沿着所述侧面设置。
24.根据权利要求22所述发动机，进一步包括具有入口和出口的机械增压器和具有入口和出口的第三增压空气冷却器，其中：
歧管将所述机械增压器的所述出口与所述第一增压空气冷却器和所述第二增压空气冷却器的入口耦接并且与再循环通路的入口耦接；
所述机械增压器的所述入口与所述第三增压空气冷却器的所述出口流体连通；以及
所述再循环通路具有耦接到所述第三增压空气冷却器的所述入口的出口。
25.根据权利要求24所述发动机，进一步包括EGR通路，其中所述EGR通路的出口耦接到所述第三增压空气冷却器的所述入口，并且所述EGR通路的入口与在包含所述汽缸的排气端口的所述汽缸体内侧的排气室流体连通。
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