[发明专利]航空柴油发动机

说明书

相关申请案

本申请要求于2011年10月12日提交的序列号为61/546,391的美国临时专利申请的权益，其以全文引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种在通用航空和无人驾驶航空领域中有用的航空发动机。更特别地，本发明涉及一种适于在航空环境中使用的压缩燃烧发动机。

背景技术

至少从二战开始，轻型飞机(通用航空以及近来的无人驾驶飞机(UAVs))已通过的空气冷却的以汽油为燃料的发动机提供动力，该发动机通常采用对置式六缸配置。该发动机以辛烷值非常高的航空汽油为燃料。问题是，在世界偏远部分没有航空汽油意味着通用航空在这些区域中无法使用，而这些区域正好是最需要通用航空服务的区域。近来，已能看到炼油厂已不愿意生产航空汽油，因此使得全世界的供应更为紧张。虽然所有的燃料都不便宜，但航空汽油却一直特别昂贵。

与航空汽油的相对稀缺性和昂贵性成对比，在世界各地则更普通使用相对便宜的柴油燃料和/或喷气燃料(JP)。虽然这种燃料的质量在不同的地方会发生很大的变化，但压缩燃烧发动机也可同样地燃烧柴油燃料或喷气燃料(JP)。这种变化可被识别为燃料的十六烷值(CN)的变化，其为燃料可知的特征。

然而，这种压缩燃烧发动机对其设计者提出了一些挑战，包括：

对螺旋桨谐波友好的扭矩特性；

燃料系统冗余；

涡轮增压的设计；

排-排(Bank-Bank)主轴承加载；以及

下降的动力要求。

在全世界范围，需要一种能以这种燃料(柴油燃料或喷气燃料(JP))运行但却可战胜上述挑战的航空发动机。

发明内容

本申请人已构思了一种新颖的“平卧V型”发动机以解决在未来几十年内通用航空(GA)行业所关注的问题。发动机概念利用新颖的柴油技术，提高现有飞机的效率并允许飞机制造商进入新兴市场。平卧V型的优势为其利用了高效使用材料的发动机架构，以让柴油与现有技术相比在重量上有竞争力。现有发动机的重量与空气冷却、对置六缸发动机的重量相当，且还具有八缸以及压缩燃烧的设计。

为了解决振动问题，本发明的发动机已利用与一阶平衡系统一起使用的“成对的弯程”的概念以使振动最小化，从而优化飞机的结构和实现乘客的舒适度。

发动机设计者通常采用的方法是确定工作的曲轴形状以提供下列参数：

统一的发动机点火；

令人满意的发动机外部平衡；以及

用于发动机主轴承的最小轴承载荷。

尽管用于确定最佳权衡所必要的计算在考虑多气缸发动机时会变得相当复杂，但是该技术仍是有据可查的，从而可确定有用的解决方案。

在第一种方法中，用相对系统化的方法设计新发动机概念的点火次序，如上所述。在研究用于本发动机的点火次序中，使用航空环境所独有的数个其他标准以考虑可能的点火次序，包括：

对螺旋桨谐波友好的扭矩特性；

燃料系统冗余；

涡轮增压概念；

排-排主轴承加载；以及

下降的动力要求。

在考虑了上述变量后，新的点火次序被结合至本发动机中，其提供了超越可通过上述传统技术所实现的特性的系统优势。该点火次序使本发明的平卧V型发动机在作为飞机发动机时提供卓越性能的能力。

本发明的发动机包括提供下列内容的新颖元素：

1.用于成对的弯程的曲轴配置的点火次序。点火次序(1-7-5-3-6-4-2-8)为航空发动机应用所特有的。

2.上述独有的点火次序允许发动机以排-排方式实现“电性分离”以用于发动机冗余。

3.独有的点火次序也允许排-排配置中形成分离燃料系统，以允许飞机仅运行一排发动机的(八个气缸中的四个气缸)。

4.点火次序还允许从空气处理的角度以排-排配置的方式配置发动机。涡轮增压器可被配置成独立地对每个发动机排进行填充，从而允许发动机以冗余的方式按排-排的配置运行。

5.新颖的点火次序允许八缸发动机按四缸发动机运行，且具有相对均匀间隔的点火脉冲。

6.按四缸模式运行八缸发动机的能力，让运行中的发动机排的喷射器通过在较高载荷下运行点火气缸而以增强的效率运行。

7.新的点火次序不会从排的角度实现“双重点火”(即对一排中的相邻气缸进行点火，这样相邻的点火就会使主轴承中的油膜“分解”)。