內燃發動機及其操作方法

2023-07-17 16:17:31

專利名稱：：內燃發動機及其操作方法
技術領域：
：本發明整體涉及內燃發動機，且更特別地涉及高功率密度直噴壓燃發動一幾及發動一幾運4於方法。
背景技術：
：內燃發動機長久以來作為動力源具有廣泛的應用。內燃發動機的尺寸範圍可以從相對小的、手持的動力工具到海船和電站用的非常大型的柴油發動機。一般來說，大型發動機功率較大，而小型發動機功率較小。發動機功率可以根據以下公式計算，其中"BMEP，，為平均有效制動壓強，即在傳統四衝程活塞式發動機中功率沖程的平均氣缸壓強。功率=(BMEP)x(發動機排量)x(RPM)x(1/792,000)(英制單位)雖然大型發動機功率可能更加大，但它們的功率-重量或尺寸比或"功率密度，，一般小於較小的發動機。功率隨著給定的比例因子的平方變化，而重量或容積隨著比例因子的三次方變化。在其他條件不變的情況下，諸如通過將普通發動機的氣缸缸徑尺寸加倍以及將活塞沖程加倍來將發動機尺寸成比例地增加2倍，這會將功率增加約4倍。然而尺寸和重量將增加約8倍。因此"功率密度"會下降一半。在將發動機比例縮小時同樣的原理也基本適用。當把普通發動機的缸徑尺寸減小2倍時，發動機功率將減小4倍，而發動機尺寸和重量將減少8倍。因此，較小的發動機將具有比較小的可用功率輸出，而在許多情況下它們的理論功率密度比類似的較大的發動才幾大。功率密度的另一個相關影響因子是在特定的發動機中活塞的沖6程距離。在許多發動機中，需要在衝程距離和每分鐘轉數(RPM)之間進行權衡。相對較長沖程的發動機傾向於具有較高的轉矩和較的RPM。即使短衝程發動機和長沖程發動機具有同樣的馬力，因為較短衝程的發動機更短、更小，因此較短沖程的發動機可以具有更大的功率密度。在很多應用中可能需要較小、功率密度較大的發動機。例如在許多飛行器中，需要使用相對小型、輕質、功率密集、具有相對多的氣缸數的發動機，而不是具有相對少的氣缸數的大型發動機。但是，在將許多內燃發動機比例縮小到一定程度以下時鮮有成功，特別是對於直噴壓燃發動機。很多較小的、理論上功率密度更高的發動機在它們相對小的氣缸內可能無法在每個功率衝程中完全燃燒足夠的燃料以滿足更高的功率需求。例如，如果傳統的發動機在較低的溫度及增壓下運行，當每循環噴入的燃料量相對較少而發動機需要更多的功率時，無法燃燒所需的更多燃料可能會限制發動機的功率輸出。當在較長的噴射時間中噴出更多的燃料，液態燃料噴霧可能在有機會與氣缸內充入的新鮮空氣充分混合之前就與活塞表面和任何其他燃燒室表面接觸，在本領域中被稱為"溼壁(wallwetting)，，。這一問題在小缸徑發動機中特別嚴重。因為溼壁傾向於導致燃燒質量下降以及高碳氫化合物和顆粒排放，所以可能對小缸徑發動機造成限制，使它們具有比其本來的固有能力更低的功率和更差的排放。在相對較高的溫度和缸內壓強下，溼壁不是大問題。然而燃料和空氣的不充分混合可能導致燃燒前的過量煙霧，在發動機功率達到理論功率限值之前很久都會限制發動機的功率。這些限制的一個原因是在較高的RPM時，在每個氣缸中能夠用於噴射和點燃燃料的時間相對較短。不管發動機尺寸如何，速度較高的壓燃發動機傾向於具有這個問題。由於上述限制，小型柴油發動機一般分為兩類在相對較高BMEP和較低RPM下運行的，以及在相對較低BMEP和相對較高RPM下運行的。但是，這兩類發動機一般都無法提供與它們的尺寸和重量相應的有吸引力的功率密度。一般來說，傳統的較大缸徑發動機一般也在高BMEP低RPM、中BMEP中RPM或者是低BMEP高RPM下運^"，而不能同時具有高BMEP和高RPM,為此致力於使功率密度最大化。小缸徑柴油發動機的一個實例是由德國雷姆沙伊德市的Dr.Schrick公司設計的TKDI600。TKDI600在6000RPM時具有34KW或46hp的輸出。TKDI600的缸徑尺寸為約76mm或約3英寸，且活塞衝程可以為約66mm或2.6英寸。雖然TKDI600在諸如小型無人飛行器上具有一定的應用，其可用的BMEP相對較低，約169PSI且因此發動機的總可用功率輸出以及因此的功率密度都在某種程度上受到限制。
發明內容本發明針對前述一個或多個問題或缺點。在一個方面，本發明提供一種包括具有多個氣缸的氣缸體的內燃發動機，每個氣缸都具有至少部分地定位在其中的活塞。每個活塞都可以運動衝程距離以將相應氣缸內的壓強增加至足以將燃料壓燃的壓強。氣缸的直徑和衝程距離的長度限定了內燃發動機的排量。發動機還包括與每個活塞聯接且可以通過每個氣缸內的燃料的燃燒器。至少一個噴射器延伸進入每個氣缸內並且能夠將其中的液體燃料以噴射壓強通過多個噴射孔噴入氣缸。發動機還能夠在每個氣缸內燃燒一定量的噴入燃料以在低於約0.4克煙霧每馬力小時的煙霧排出量、以及低於約250克燃料每千瓦小時發動機輸出的燃料消耗量的條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。在另一個方面，本發明提供了內燃發動機的運行方法，包括通過多個活塞旋轉發動機曲軸的步驟，每個活塞在發動機氣缸內以沖8程距離進行往復運動並且能夠將氣缸內的壓強增加至足以壓燃燃料的壓強。該方法還包括將液體燃料通過延伸進入每個氣缸內且具有多個噴射孔的燃料噴射器噴射進入每個氣缸的步驟。該方法還包括將噴入每個氣缸的燃料燃燒以在低於約0.4克煙霧每馬力小時的煙霧排出量、以及低於約250克燃料每千瓦小時發動機輸出的燃料消耗量的條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。圖1為根據本發明的發動機的示意圖2為根據本發明的包括燃料噴射器的發動機氣釭的一部分的側視部分放大簡圖3為示出各種壓燃發動才幾類型的BMEP和RPM的曲線圖4為根據本發明的發動機系統的一部分的示意圖5為示出根據本發明的燃料噴射率圖形的曲線圖6為根據本發明的發動機活塞和燃料噴射器的部分側視簡圖7為根據本發明的發動機的示意圖。具體實施例方式如圖1，示出了根據本發明的一種實施方式的發動機10的示意圖。發動機10包括其中具有多個氣缸14的氣缸體12。燃料噴射器16相對於氣缸體12被設置在固定的位置，其至少部分地延伸進入每個氣缸14並且可操作地引導液體燃料噴入氣缸中。每個燃料噴射器具有多個噴射孔22。發動機10還包括多個活塞21，每個活塞至少部分地設置在氣缸14中的一個中並且可在氣缸中運動以將氣缸內壓強增加至足以壓燃燃料的壓強。在一些實施方式中，壓縮比可以達到約15.5:1。每個活塞通過活塞杆23與曲軸30聯接以使得氣缸14內燃料的燃燒能夠帶動曲軸30旋轉。發動機IO還可以包括受壓燃料源17,其可以包括例如高壓泵或凸輪驅動的燃料壓縮器。受壓燃料源17可以通過高壓供給管線或共軌19以及多個供給通道26與每個燃料噴射器16流體連接。可以想到，燃料源17將燃料增壓至約150MPa,但本發明並不限制於此。在某些實例中已經有過相對更高的壓強以促進噴入燃料的霧化，但是實際壓強需要根據特定發動機的多個需要的運行特性以及可行性來選擇。可以想到，發動機10可以是諸如柴油發動機的內燃發動機。發動機10，或這裡想到的任何其他發動機，也可以包括至少一個傳感器27,其能夠感測指示發動機轉速和/或發動機負載的值、並且將相應的信號輸出至電子控制器15。根據下列描述將很清楚，本發明提供發動機設計以及運行策略述的一些實施方式中，比其他現有發動機具有更高功率密度的相對小的發動機是可能的。在其他的實施方式中，提供諸如具有約4.5動機尺寸如何，本發明提供的發動機和發動機運行策略在不降低效高度。這裡的煙霧排放水平是在不使用微粒過濾器的條件下獲得的^但是在一些應用中可以使用氧化催化劑。因此，根據這裡陳述的多種教導，本領域技術人員將理解，根據本發明可以設計多種具有廣泛尺寸和重量範圍的高功率密度的壓燃發動機。這裡想到的發動機還可以包括能夠提供相對高的增壓壓強的特定的渦輪增壓器構造，通過提供相對高的空氣/燃料比能夠使得煙霧比早先策略顯著下降，這裡將更進一步描述。如圖7，示出了與發動才幾10類似的發動才幾310(因此也以相應的標記示出)，但也包括了上文提到的特定的渦輪增壓器設計。發動機310可以包括具有多個氣缸314的氣缸體312。特別地，發動機310可以包括從氣缸體312延伸的一個或多個排氣通道，例如雙排氣通道372和373。排氣通道372和373中的每一個可以將排氣供給到高壓渦輪增壓器376。進氣口375可以將空氣供給到渦輪增壓器376以及這裡描述的其他渦輪增壓器以進行增壓。渦輪增壓器376被供能之後，排氣可以平行地流入兩個低壓渦輪增壓器374和380。通過渦輪增壓器374和380之後，排氣可以通過排氣出口通道384排出。來自進氣口375的空氣可以通過渦輪增壓器374和渦輪增壓器380增壓，然後通過渦輪增壓器376進行另一個增壓階段。在各個增壓階段之間可以使用中冷器390。然後增壓的空氣通過後冷器382之後被供給到進氣歧管370。在一種實施方式中，渦輪增壓器374、376和380將能夠向氣缸314供給增壓比在約4比1到約7比1之間、在一些實施方式中增壓比在約5比1到約6比1之間的增壓空氣。相對高的增壓壓強能進一步促進在相對高的空氣/燃料比下運轉。在一種實施方式中，氣缸314中的空氣/燃料比可以為至少約25比1。渦輪增壓器376可以與渦輪增壓器374和380串聯定位，但是其他的配置也是可能的。現在如圖2所示，示出了圖1中的發動機IO的一部分的放大圖，包括氣缸14以及可運動地定位在其中的活塞21。發動機10的每個氣缸14可以具有直徑D!,直徑DH、於約3英寸，且可以在約2英寸到約3英寸之間。約3意指2.5到3.5之間。約2.5意指2.45到2.55之間。這些示例使得可以精確地確定表述"約X"在本公開的上下文中的含義。在一些實施方式中，Di將在約2.5和約2.8英寸之間，並且在一種實用的實施方式中也可以為約2.7英寸。雖然可以想到發動機10可以被構建為僅有一個氣缸和一個活塞，大部分實施方式將包含多個、一般至少為8個氣缸和活塞，且可以想到發動機10具有12個或取決於應用甚至多達16個或更多氣缸的實施方式。發動機10中氣缸的布置可以包括任何已知的配置，諸如V型、直列、星型、對置等。在許多實施方式中，尺寸和空間是首要的，因此諸如V型發動機可能是實用的設計。發動機10可以是二衝程或者四沖程發動機，但是可以想到四衝程循環將是實用的實施策略。為此，燃料將通過燃料噴射器16每第四個活塞衝程至少噴入大約一次。每個活塞21—般具有在約2英寸ii和約3英寸之間的沖程距離"L，，，且可以想到每個活塞21的沖程距離為約2.5英寸的實施方式。給定了每個活塞21的典型的衝程距離，在一些實施方式中發動機10的每個氣缸14的總排量可以為少於約25立方英寸並且可以在約6立方英寸到約25立方英寸之間。當使用更大的氣缸缸徑尺寸時，各自的氣缸排量可以相對更大。可以想到如下實施方式，例如每個氣缸14的總排量在約7立方英寸和約25立方英寸之間，且可以為約14立方英寸。其他的實施方式可以具有相對更大的缸徑尺寸，且可以進一步具有超方缸徑沖程比。在一些可想到的發動機中，氣缸直徑與衝程距離的比可以在約1.3比1到約1.6比1的範圍內。在這種實施方式中沖程距離可以為例如約3.25英寸或更小，而氣缸缸徑尺寸可以為約4.5英寸或更大。在給定的發動機中使用相對短的沖程距離可以在不增加活塞速度的同時能夠在相對更高的RPM下運行。換句話說，由於熱負載、摩擦學特性等，兩個不同的發動機可以具有同樣的排量以及同樣或類似的最大的實用的活塞速度。但是，具有相對較短沖程距離的那個發動機可以在以同樣活塞速度運轉的同時，以比具有較大沖程距離的發動機相對更高的RPM運轉。活塞速度限制和熱負載是通過限制RPM來限制給定的發動機的功率密度的因子。因此，為了實現針對給定活塞速度的最高功率密度，可能需要相對更短的活塞沖程。此外，熱負載與沖程距離的比與功率密度成比例；因此，對於發動機的給定熱負載，也可能需要更短的活塞沖程距離來獲得最大的功率密度。對於給定發動機排量，更短沖程的發動機也傾向於更小並且因此具有相對低的熱負載，且由於氣缸體的金屬部分一般較薄所以傾向於更容易冷卻。因此非常明顯，由於多種原因，為了實現更高的功率密度，可能需要短的活塞衝程，但在本發明的背景下並不是必要的。每個燃料噴射器16的至少一部分噴射孔22的直徑D2(圖2)可以在約50微米到約125微米之間。這裡提到的微米應當被理解為米制單位，因此50微米等於0.05毫米，60微米等於0.06毫米，85微米等於0.085毫米，卯微米等於0.09毫米，110微米等於0.11毫米，且125微米等於0.125毫米。在一些實施方式中，一些或所有的噴射孔22都可在約0.06毫米到約0.09毫米之間，一些或所有噴射孔可以為約0.085毫米。噴射孔22可以在噴射器噴頭20上通過雷射鑽孔形成，且噴射孔22將噴射器噴頭20的外部連通到每個燃料噴射器16的噴嘴內腔24。在共同擁有的授權予Durheim的No.6，070,813美國專利中教導了一種適合的雷射鑽孔方法。雖然可以想到噴射孔22的雷射鑽孔將是可行的策略，也可以使用其他方法來形成超小的噴射孔。例如，噴射孔22可以通過如下已知方法形成將較大的孔塗層或鍍層使其減小到需要的直徑，或者在鑄造陶瓷噴射器噴嘴時在其中放入細的金屬絲並且在固化成孔時將金屬絲燒除，或者任何其他目前已知或待發現的噴射孔製造技術。但是在其他的發動機設計中，噴射孔尺寸可以相對較大。噴射孔22的數量可以變化，在大部分實施方式中，噴射孔22的超小噴射孔的數量約大於7且一般在約10到約30之間。通流面積將隨噴射孔直徑的比例因子的平方而變化。因此設計具有約為傳統的例如160微米噴射孔直徑一半的噴射孔的發動機將產生的80微米噴射孔的每一個的通流面積為160微米噴射孔的1/4。因此，在這一示例中，需要至少四個較小的孔來等於一個較大的孔的通流面積能力。可以想到，噴射孔22可以具有多種形狀。傳統的燃料噴射孔一般是圓柱形的，但是，近來噴射孔成形技術的進步使得可以形成特別適應於特定應用的更複雜形狀的孔。因此，在一些實施方式中，噴射孔22可以是漸縮的、喇p八形的、橢圓截面的或一些其他形狀。但是可以想到，在大部分實施方式中，噴射孔22具有在約0.002平方毫米到約0.01平方毫米之間的平均最小流通橫截面積。因此，本領域技術人員將理解，燃料噴射器和/或發動機中可以使用很多不同的孔的配置、數量、尺寸、形式等，這些都落入本發明的範圍內。燃料噴射的透深通常與噴射孔尺寸基本線性相關。在給定的氣13缸中溼壁以及將噴入燃料噴射到活塞面上的可能性及程度一般與燃料噴射的透深相關。因此，由於較小的氣缸缸徑傾向於比較大的缸徑更容易溼壁，一般可能需要在相對較小的氣缸缸徑尺寸下使用相對較小的噴射孔。例如，在D!相對更接近2英寸的實施方式中，噴射孔的直徑D2相對更接近0.05毫米可能是合適的。逆命題也是成立的，更大尺寸如更接近3英寸的氣缸具有更接近0.125毫米的噴射孔。在一個特定的實例中，可以想到發動一幾10將^f吏用能夠傳遞至少約150MPa、且在某些示例中為至少約240MPa的燃料噴射壓強的燃料系統。已經發現增加的燃料噴射壓強在加強燃料和空氣的混合的同時不會不適合地影響霧化燃料在氣缸中的透深。燃料流量與比例因子的平方根成比例，因此對於給定的噴射孔尺寸將燃料噴射壓強加倍將增加燃料流量使其約為原始流量的W倍。增加的噴射壓強也會對加氣(airentrainment)造成正面影響，加氣與^f友煙形成和氧化過程相關。與流量類似，加氣也和噴射壓強的平方根成比例。本發明還提供運轉內燃發動機的方法。該方法可以包括以大於約5000RPM、且在某些實施方式中或在某些運轉工況下以大於約6000RPM或甚至大於約6500RPM的轉速轉動發動機10的曲軸20的步驟。該方法還可以包括在每個氣缸14中燃燒足夠量的噴射燃料以產生至少約200磅每平方英寸(PSI)的平均有效制動壓強(BMEP)，且在某些實施方式中或在某些運轉工況下燃燒足夠燃料以產生至少約250PSI的BMEP或甚至至少約350PSI的BMEP。圖3中示出了根據本發明的發動機的三個特定實施方式W、V和F,三者均位於根據本發明的發動機操作區域Z內，下文將進行描述。下面的表中將與傳統發動4幾M和U對比地陳述發動機W、V和F的若干規格。發動機W、V和F均可以包括多個噴射孔22，噴射孔直徑D2在所述預定的約0.05毫米到約0.125毫米的範圍內。如這裡所描述的，功率密度為功率與質量/體積的比。本領域技術人員將理解，特定的發動機的缸徑尺寸與發動機的質量/體積相關。因此，一般來說，6英寸缸徑的發動機M相對於3英寸缸徑的發動機F為142倍因子的比例。因為功率隨著比例因子的平方變化，因此當比例因子為2時，發動機m每缸的功率將是發動機f的約4倍。但是，因為質量和體積隨著比例因子的立方變化，因此發動機m每氣缸的質量和體積將是發動才幾f的8倍。因此發動才幾f比發動才幾m的功率密度更大。tableseeoriginaldocumentpage15如上文所討論的，發動機f、v和w代表功率密度明顯大於大部分傳統高性能壓燃發動機的發動機。一般地，每個發動機氣缸的氣缸直徑和沖程距離將限定內燃發動機的排量。根據本發明設計和運行的發動機可具有明顯大於現有設計的以馬力每升發動機排量的形式表示的功率密度。在圖3中，曲線g代表與ioo馬力每升發動機排量的發動機功率密度相應的大致界限。換句話說，位於曲線g一側的發動機具有大於100馬力每升的功率密度，就發動機f、v和w來說它們具有明顯大於100馬力每升的功率密度。雖然前述描述大部分集中在相對小的、功率密度大的發動機，但是應當理解，本發明並不嚴格地限制於小缸徑發動機。在一種示例性的較大缸徑的發動機實施方式中，在圖3中位於類似於發動機v的位置，達到了至少約200馬力每升的功率密度，同時不會產生過量的煙霧或消耗過量燃料。如這裡所使用的，馬力可以被理解為測功器測量的制動馬力每升排量，排量即經過的總氣缸容積。如圖4,示意性地示出了根據一種實施方式的發動機系統110的一部分。發動機系統110包括至少一個氣缸114,該氣缸具有在其中往復運動的活塞121。發動機系統110也可以包括直噴壓燃發動才幾，其與前述實施方式具有某些類似之處，但也存在區別，區別在於提供了包括第一組噴射孔124和與第一組分離的第二組噴射孔122的燃料噴射裝置116,而不是單獨的一組燃料噴射孔。噴射孔124和122可以被設置在至少部分地延伸進入氣缸114的噴射器主體119中。燃料噴射裝置116也可以與共軌19相聯並且包括能夠控制將燃料通過裝置116噴入氣缸114的控制閥部件131。控制閥部件131可以包括分離的控制閥132a和132b，每個都包括例如能夠控制共軌19和噴射孔122、124之間通過至少一個燃料供給通道135的流體連通的電致動器。通道135可以至少部分地被設置在噴射器主體119內。燃料噴射裝置U6可以包括分離的、並置的成組噴射孔，或者可以替代地包括本領域已知的多種雙同心閥噴射器中的一種。但是在任何一種情況下，燃料噴射裝置116—般能夠獨立地控制分別從成組噴射孔124和122噴出的燃料噴霧。在一種實施方式中，通過能夠分別獨立地控制噴射孔124和122的燃料噴出的第一針閥118a和第二針閥118b可以實現對燃料噴霧的獨立、直接控制，第一針閥118a和第二針閥118b分別可操作地與控制閥132a和132b聯接。如這裡所使用的，"直接控制"這一術語應當被理解為關於一種通過將流體壓強或其他閉合力施加於諸如針閥構件118a和118b的閥構件的控制表面來控制各組噴射孔的閉合和/或打開的系統。換句話說，直接控制將使用除了作用於開放液壓表面的流體壓強之外的一些手段來使得燃料噴射。為此，控制閥部件131可以包括多種直接控制系統中的任何一種或多種。在圖4所示出的實施方式中，液壓^皮可控制地向針閥118a和118b的第一壓力表面117a和第二壓力表面117b施加和解除，相應的壓力表面分別暴露於第一針控制室133a和第二針控制室133b的流體壓力。控制閥132a和132b可以獨立地操作以允許不同的液壓被施加到壓力表面117a和117b。在一種典型的實施方式中，提供控制閥132a和132b中的一個或兩個將軌道壓力供給到控制室133a和133b。控制閥132a和132b可以被致動以將控制室133a和133b中的一個或兩個連接到低壓排出通道137，以解除控制室133a和/或133b中的壓力並且允許軌道壓力提升相應的針閥118a和/或118b以允許燃料從關聯的噴射孔124、122中噴出。還可以想到，在圖4的實施方式中，成組噴射孔124和122中的至少一組可以包括其尺寸和/或流量與參照圖l和圖2的實施方式中所描述的噴射孔22類似的微小的噴射孔。另一組噴射孔可以是諸如包括具有相對較大尺寸的噴射孔的一組傳統噴射孔，該相對較大寸，例如在約0.25毫米到約0.30毫米之間。在其他的實施方式中，成組噴射孔124和122中的每一組可以包括其尺寸和/或流量類似於噴射孔22的噴射孔。在這些情況下，可以在各組中分別使用不同數量的噴射孔來實現不同的淨流量或通流面積。成組噴射孔124和122中的每一組可以被設置為分別關於延伸穿過相應針閥118a和118b的軸線Ai和軸線A2呈環狀。噴射孔124和噴射孔122也可以被設置為相對於軸線A!和A2具有不同的平均噴射角。特別地，在一種實施方式中相對較小的噴射孔122可以被設置為具有相對較小的平均噴射角，而噴射孔124可以被設置為具有相對較大的平均噴射角。應當理解，圖4的實施方式可應用於諸如參照圖1和圖2描述的相對小缸徑發動機以及可應用於相對較大尺寸範圍的其他發動機中。如圖6，示出了活塞221以及具有多個噴射孔222(例如朝向噴射器216的外表面217漸縮的噴射孔)的燃料噴射器216。雖然圖6中僅示出單個噴射器，也可以使用多個噴射器、或者具有雙噴嘴的噴射器、或者具有兩組噴射孔的其他噴射器。在一種實施方式中，噴射孔221可以包括諸如輻射狀的至少7個噴射孔。活塞221可以具有有助於燃料有效燃燒和低煙霧運行的獨特配置，這至少部分由於活塞221的獨特設計導致的燃料和空氣的迅速混合。在壓縮沖程中，活塞221可以導致在氣缸內從活塞221頂部的區域向活塞221的凹腔250的相對高的流速。活塞221還可以包括具有向內延伸的唇部260的活塞表面252,唇部260提供活塞表面252和活塞凹腔250之間的過渡。而活塞221的底切部分254又可以朝向凹腔250中央在唇部260和環狀上升部分256之間提供過渡。凹形區域258可以位於活塞凹腔250的中央處，由環狀上升部分256圍繞。活塞凹腔250可以相對較淺，並且是高度內曲的(reentrant)。一旦燃料被噴射(一般正好在擴張衝程之前)，由於活塞221的獨特設計引起燃料和空氣的迴轉翻滾運動可以加強相應的氣缸中燃料和空氣的紊流混合。從噴射孔222中噴出的燃料噴霧巻流可以朝向唇部260向外延伸。一旦燃料被噴射，活塞221的配置將促成迴轉翻滾運動，使得凹腔250中的燃料和空氣噴霧巻流將沿著大致如箭頭J和N所示的路徑運動。特別地，燃料和空氣將大致從噴射器216向著唇部260、穿過底切部分254並朝向環狀上升部分256和凹形部分258流動。燃料空氣混合物噴霧巻流中的相對較小的一部分將傾向於流過唇部260(大致如箭頭N所示)之上，且因此流入與活塞221相關聯的氣缸的壓縮容積中。本領域技術人員一般將把與活塞221相關聯的壓縮容積理解為當活塞221在上止點位置時活塞表面252和氣缸體之間的容積。活塞221的獨特配置將使得燃料和空氣流進入壓縮容積中，並且使用其中的空氣來實現比其他活塞設計能夠獲得的相對更充分的燃燒。燃燒因子k定義為凹腔容積和上止點時的總容積的比值，該燃燒因子k將通過使諸如活塞頂環環槽縫隙、閥凹坑、凹窩的縫隙體積最小化以及採用例如翻邊襯墊(cuffedliner)等特定特徵來得到優化。根據本發明的發動機可以相對於傳統設計具有相對低的燃燒因子k。在一些例子中這通過將凹腔容積最大化以促進燃燒中空氣的利用來實現。除了在相對小的壓縮容積中使用空氣來燃燒之外，示出的與活塞221相關聯的流動特性將傾向於限制與相對冷的氣缸壁接觸的熱燃燒氣體的量。這可以減少熱損失，且18進一步提高使用具有如圖6配置的一個或多個活塞的發動機的運行效率。如上文所提到，活塞221具有高度內曲的淺的凹腔配置以使得在運轉過程中燃料和空氣混合物能夠實現前述的流動特性。特另'J地，活塞221的凹月空250的內曲比(reentranceratio)可以為至少約1.15比1。內曲比可以由凹腔250的最大寬度(圖6中由線C，示出)以及凹腔250在唇部260處的寬度距離(圖6中由線B，示出)的比限定。與活塞凹腔250相關聯的縱橫比為圖6中示出的距離A，和B，之間的比。根據上述教導構建的發動機因此能夠在不犧牲煙霧排放和/或效率的條件下提供對於傳統發動機的功率密度的顯著改進。特別地，可以想到如下實施方式，其中諸如發動機10或發動機310的發動機能夠燃燒一定量的噴入燃料以在少於約0.4克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及少於約250克燃料每千瓦小時發動機輸出的燃料消耗下，產生至少約150馬力每升發動機排量。該實施方式的一個示例可以包括如圖7所示的渦輪增壓器配置、如圖6所示的活塞配置以及傳統尺寸、漸縮的噴射孔以及傳統氣缸直徑，以及所述相對短的活塞沖程以及超方缸徑沖程比。在一種實施方式中，氣缸直徑與衝程距離的比值可以在約1.3比1到約1.6比1的範圍內，並且在一些實施方式中可以少於約80毫米。為了在一定範圍的負栽下實現低煙在又一些實施方式中，發動機每第四個活塞沖程能夠燃燒一定量的噴入燃料，以在少於約0.1克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及少於約250克燃料每千瓦小時發動機輸出的燃料消耗下，產生大於約200馬力每升發動機排量。約0.75克煙霧每馬力小時的穩態煙霧排出量可以大致相應於顆粒物排放的AVL煙霧度為3。本所有的不同的獨特元件，但是並不必包括所有的設計特徵或遵循所有所描述的操作。因此，具有前述功率密度、煙霧排出量和燃料消耗特性的諸如發動機10或發動機310的發動機的每個氣缸14可以利用所述的微小的噴射孔22，且可以包括或不包括多個燃料噴射器噴嘴或多組噴射孔。類似的，在一些實施方式中可以不使用如圖7中所示的多渦輪增壓器。此外，在本發明範圍內的所有發動機並不必都包括如圖6所示的獨特的活塞凹腔配置。一種根據本發明的小缸徑發動機的具體示例可以包括具有直徑在約2,5英寸和約3.5英寸之間的氣缸缸徑以及直徑為約0.05毫米到約0.125毫米之間的噴射孔的發動機。這種發動機能夠提供至少約150馬力每升發動機排量、少於約0.1克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及少於約250克燃料每千瓦小時發動機輸出的燃料消耗量。具有前述規格的小缸徑發動機能夠在約4比1到約7比1的增壓比下運轉，並且以高於約5000rpm的速度運轉。這種發動機也可以具有短沖程，例如少於約2.5英寸。但是，在其他的實施方式中，可以想到諸如具有大於3英寸的缸徑尺寸並且使用一組或多組傳統尺寸噴射孔的相對大的發動機。在一個相對較大缸徑發動機的特定示例中，可以使用直徑大於約4.5英寸的氣缸以及具有一般大於約2.5英寸但是小於氣缸缸徑直徑的相對短衝程的活塞。這種發動機也可以包括這裡所描述的雙噴嘴噴射器，其具有第一組相對較小的噴射孔以及第二組相對較大的噴射孔。這種發動機能夠在約5比1到約7比1之間的增壓比運轉，並且具有少於約0.75克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及少於約250克燃料每馬力小時的燃料消耗。該示例性的較大缸徑發動機可以在高於約6000rpm的轉速下運轉以提供每升發動機排量至少約200馬力每小時的功率輸出。工業實用性在典型的四沖程循環中，主要的燃料噴射將在每第四活塞沖程每個活塞21位於或接近於上止點位置時以傳統的方式進行。此外，每次主要噴射可以伴隨有較小的前導和/或後續噴射。在壓燃發動機10中，壓縮的空氣和噴射的霧化燃料將被點燃並燃燒以分別驅動每個活塞21並且旋轉曲軸30。火花點火設計一般使用公知的方式使用火花塞以進行點火。通過具有這裡所描述的預定直徑範圍的噴射孔22將燃料直接噴入氣缸14相對於使用傳統燃料噴射孔的設計可以允許更大量以及更大比例的噴入燃料的點燃以及更高或更有效率的燃燒。這一能力導致下述優點。首先，潛在的BMEP更高。每氣缸中更高的BMEP意味著每個活塞21上可以作用更大的整體平均壓強，提供更大的力來分別驅動相應氣缸14中的每個活塞21並且旋轉曲軸30。相對於來自傳統尺寸噴射孔的較大霧化燃料液滴，來自噴射孔22的相對較小尺寸的霧化燃料液滴將減少煙霧排放並促進更快的燃燒。每個噴射孔的噴射形式可以具有使得與充入空氣更快混合的擴散角以及內部燃料/空氣比。因此，這可以允許燃燒絕對數量更多的燃料，也可以允許燃料被更快地燃燒。它還允許相對於在先設計更大比例的噴入燃料被燃燒。應當與較小的噴射孔共同使用的較高的噴射壓強將幫助補償較小噴射孔的較低的流量並且也在基本不影響燃料透深的條件下將幫助燃料空氣混合。一般來說，較小的噴射孔和較高的壓強的組合能夠允許在溼壁之前更好的燃燒以及相關的燃燒分解。其次，在給定的噴入燃料燃燒的固有時間限制內，發動機10中可用的燃料噴霧巻流中的相對較小的燃料液滴以及較低的燃料/空氣比可以允許燃料更快地燃燒，允許相應更大的發動機RPM。相對更大的BMEP和更高的RPM的組合允許發動才幾IO在相對於許多現有的小氣缸缸徑的發動機設計更高的功率密度下運轉。一些在先的小氣缸缸徑的發動機能夠達到發動機10能夠達到的BMEP,但是就其他運行參數而言具有缺點。為了在每個動力衝程中燃燒掉足夠的燃料以實現更高的BMEP，很多現有發動機通常在低於發動機10的RPM下運轉。在致力於增加每個點火衝程噴入每個氣缸的燃料量並且增加BMEP的努力中，一些現有的操作方案將過量的燃料噴入每個氣缸。雖然能夠噴入過量的燃料，但是未燃燒碳氫化合物、碳煙霧和其他汙染物的量可能過高，使得運轉在很多環境下不合需要、也不夠高效。例如，在一些軍事應用中，可見的"煙霧跡(smokesignature)，，是不合需要的。類似的，已知一些在先小缸徑發動機設計在接近發動機10的RPM下運轉，但是也具有各自的換位損失。在這些相對高RPM的發動機中，由於較少量的燃料被噴入以避免煙霧過量和燃料的浪費，BMEP—般被降低。因此，這些發動機可以在相對高的RPM下運轉，但每個動力衝程被燃燒的燃料不足以達到更高的BMEP。在上述每種設計/方案下，發動機的可用功率相對低於更大尺寸的類似發動機，且這種較小發動機的功率密度傾向於小於相應於它們相對較小的尺寸的理論值。發動機馬力直接與RPM和BMEP二者成比例，因此發動機10在相對高RPM和BMEP下運轉的能力允許發動才幾10的整體可用功率顯著地大於現有設計。給定發動機10的相對小的尺寸，其功率密度可以與其實際尺寸更相稱，且發動機IO相對於現有發動機可以更充分地發揮其小尺寸設計的優點。發動機10相對於現有設計在使通過噴射孔22噴射的燃料的點火更容易方面更具優勢。在冷起動工況下，很多現有的壓燃發動機使用外部熱源或諸如醚的可燃化合物的添加劑以使其最初開始運轉。在壓燃的發動機10中，相對於在先設計，對於這些以及類似的起動輔助的需要被減弱甚至消除了，因為燃料噴霧巻流中較小的燃料液滴以及較低的燃料/空氣比傾向於更容易點火。在一些可以想到的實施方式中，發動機10的更進一步的優點與其靜態地混合燃料和空氣的能力有關。這一方法與大部分(如果不是所有的)現有小氣缸缸徑設計形成對比，在現有小氣缸缸徑設計中，對於將充入的新鮮空氣與噴入燃料混合來說"漩渦，，混合是必要的。漩渦混合需要被充入氣缸的空氣的漩渦運動，主要是通過進氣系統或渦輪增壓器和氣缸埠的適合的幾何形狀形成。與此相反，靜態混合一般運用於大型發動機設計中，其中簡單地將燃料噴入未漩渦運動的空氣中將提供足夠充分的混合。靜態混合的優點是在燃燒過程中更少的熱量從燃燒區域被傳遞到氣缸壁、氣缸蓋和活塞，並且因此將允許更多的熱量被轉換成曲軸馬力而不是經過氣缸壁、氣缸蓋和活塞傳遞到冷卻液。在其他實施方式中，燃料和空氣混合物的一些旋渦運動可能是可接受的或甚至是希望的，其中使用類似於圖6中活塞221的活塞配置，少量的漩渦可以在不將過量的熱量傳遞至氣缸壁的條件下輔助獲得非常高的燃料和空氣混合率。更進一步的優點是關於發動機IO的燃料經濟性以及相對低的排放。燃燒更多的噴入燃料能夠減少從發動機IO排出的未燃燒碳氫化合物的相對量，提高可用燃料的使用。在一些可以想到的實施方式中，諸如在一些飛行器中，重量可能是首要問題。因此，就發動機10而言，不但發動機自身的重量和尺寸要相對較小，對於給定行程範圍內需要攜帶的燃料量也要減少。此外，燃燒相對高比例的燃料可以減少運行中的煙霧排放。一般認為柴油發動機通常排放更大量的可視煙霧。從美學、環境和諸如軍用車輛的一些戰略場合考慮，可視煙霧最小化可能是希望的或必須的。發動機10—般能夠實現基本無煙霧運行，例如在過渡工況下為博世煙霧度(BoschSmokeNumber)3或更低，而穩定運行中為2或更低。一種測量發動才幾排放中煙霧含量的工具是諸如可從英國斯塔福德郡比達爾夫鎮的EquipmentSuppliesBiddulph和其它供應商購買的BoschESA110-ComputerControlledSmokeMeter的4非氣"煙度i十"。如圖3,示出了幾個不同的傳統柴油發動機集合的運行區域與發動機10的操作區域Z的對比，以及前表中發動機M和U的大致位置。Y軸表示BMEP而X軸表示RPM。在圖1中，集合P表示具有在約250PSI和約325PSI之間的BMEP的相對重型柴油發動才幾組。集合P中的發動機可以包括諸如小比例發電機的相對較小的柴油發動機、諸如可以在卡車或越野工作機中找到的中型發動機、以及大型柴油海船發動機或發電發動機。集合P中發動機的RPM範圍傾向於在約1000RPM和約2500RPM之間。集合Q包括諸如普通皮卡中的發動機，具有與集合P相比相對高RPM和相對低的BMEP。集合R包括諸如一些軍用車輛的發動機，具有在約350PSI和約400PSI之間的BMEP,且RPM在約3000到4000之間。集合S則包括諸如在很多歐洲乘用車中使用的發動機。集合T包括諸如一些軍用摩託PSI和約175PSI之間且RPM在約5500和約6000之間。如圖3所示，發動機10的操作區域包括比其他任何現有的發動機類型或發動機集合更高的BMEP和RPM組合。將發動機RPM限制超過現有發動機(尤其是柴油發動機)，並如這裡所述地提高可獲得的BMEP能夠提供相對小的、輕型的、大功率的發動機。圖3中點V代表本發明的一種可能的實施方式，能夠達到約400PSI或更高的BMEP以及在約6000和約6500之間的RPM。雖然前述描述大部分集中在微小燃料噴射孔在相對小型、功率密度高的發動機上的使用，本發明並不僅限於此。在其他的實施方式中，使用微小噴射孔可以為相對大型的發動機、特別是直噴柴油發動機帶來優點。在一種既使用微小的噴射孔又使用類似於圖4中所示的傳統噴射孔的特定的實施方式中，能夠基於諸如轉速和/或負載的特定發動機運行工況來分別使用相應的成組噴射孔獨立地噴射燃料。發動機110中可以使用諸如圖1中示出的傳感器27的傳感器來確定相對發動機轉速和/或負載，以用於選擇需要的噴射策略。來自傳感器27的信號可以被輸入類似於圖1中所示的控制器15的電子控制器，並且基於發動機110的轉速和/或負載輸出適合的指令來控制閥門132a和132b從需要的成組噴射孔噴射燃料。在相對低速和/或低負載工況，可能需要使用例如圖4的實施方式中的成組微小噴射孔122的相對較小的噴射孔。當發動機110在轉速和/或負載範圍的較低部分運行時，由於較低的缸內密度，噴入的液態燃料具有相對較大的傾向沖擊活塞表面和/或發動機燃燒室壁。因此，與來自噴射孔122(其平均最小通流橫截面積在約0.002平方毫米和約0.01平方毫米之間)的燃料噴霧相關聯的相對較低的透深使得運轉能夠在很少或不造成溼壁的條件下進行。減少或沒有溼壁可以實現很多好處，如前文所述。在相對高的轉速和/或負載下，例如在轉速和/或負載範圍的較高半部，例如以相對較高的流量進行相對大量的燃料噴射可能是適合的。在這些示例中，可以使用具有傳統平均尺寸的噴射孔124。來自傳感器27的輸入可以用來指示轉速和/或負載範圍以確定在一個或多個發動機循環中使用噴射孔124而不是噴射孔122的操作是合適的，或者在一個或多個發動機循環中使用噴射孔122而不是噴射孔124的操作是合適的。還應當理解，本發明可適用於涉及噴射正時、尺寸和噴射率形狀的不同的運行策略。在一種示例中，相對較小的噴射孔122可以有利地被用於一次或多次前導噴射，或者一次或多次後續噴射，而噴射孔124可以用於一次或多次相對較大的主要噴射。同樣的成組噴射孔也可以用於在給定發動機循環中的多次噴射中的每一次。噴射孔122也可以在一般被稱為均質壓燃或HCCI的運行狀態的發動機循環中用於相對較早的噴射。作為HCCI噴射、前導噴射、後續噴射等的補充或替代，噴射孔122和124中的任一種均可以被用於傳統擴散燃燒的燃料噴射。隨著活塞121往復運動，在噴射孔122和124之一的噴射能夠被啟動以實現燃燒室114中燃料的擴散燃燒之前、過程中和/或之後，活塞121可以將氣缸114中的空氣壓縮至壓燃狀況。儘管這裡公開了使用多組獨立控制的噴射孔，但是本發明的又一個特徵涉及尤其是在噴射的開始和結束階段的相對較好的控制燃料噴射率的能力。如圖5,在示出的圖中y軸表示噴射率而x軸表示時間。在圖5中，"G，，表示代表燃料噴射率對時間的曲線，曲線G的輪廓示出了燃料噴射率形狀。可以注意到曲線G包括對應於本領域普通技術人員公知為"靴部(boot)，，的燃料噴射起始階段的起始部分"B"。在此之前控制燃料噴射率曲線中的靴部的相對形狀是困難的(如果可能控制的話)。傳統的單閥門的使用一般導致燃料噴射曲線的靴部基本為全部或沒有，而要實現對於修改靴部形狀所必須的噴射閥的位置的極為精確的控制是很有挑戰性的。可以想到使用兩組噴射孔122和124來提供對噴射率曲線的靴句話說，不是噴射率曲線的起始部分(即靴部)全部或沒有，本發明能夠允許靴部形狀在循環更替中得到控制。靴部的可得到控制的一個具體方面是其相對長度。在圖5中，通過範圍R示出的靴部的一部分代表一般位於燃料噴射孔初始打開區和在範圍R後的燃料噴射率的相對急速上升區之間的大致平穩區。可以想到通過對燃料噴射孔122、124的獨立控制在一些情形中提供足夠精確的控制，在這些情形中範圍R的相對尺寸可以改變，如曲線G在靴部B處的不同的可實現的初始形狀。在燃料噴射主要部分的曲線G的輪廓也可以改變，如圖5中虛線GJ斤表示的。此外，不是與噴射曲線的其餘部分連續的靴部，可以是在主噴射(其具有相對更短或者甚至可忽略的靴部)之前、但是與主噴射分離的微小噴射的靴部，如圖5中虛線G2所表示的。此處所描述的策略的使用也能夠提供對於燃料噴射率朝著零下降的燃料噴射末端處的改進的燃料噴射率控制。本發明僅出於說明性的目的，而不應被以任何方式理解為限制本發明的範圍。因此，本領域技術人員將理解，在不脫離本發明的精神和範圍的條件下，對於現在所公開的實施方式可以進行各種修正。例如，雖然這裡描述的很多實施方式是以提高BMEP和提高RPM的背景下討論的，本領域技術人員將理解，在一些應用中，可能需要在相對於傳統發動機僅顯著提升RPM或BMEP中的一項的條件下運轉發動機。應當注意，圖3中集合Z包括BMEP和RPM的相對較廣的運行範圍。可以根據本發明設計能夠在至少約6000的相對高的RPM下運行、但是BMEP不大於約200PSI的小氣缸缸徑發動機。類似地，在其他應用中可能需要較高BMEP但是相對較低RPM的發動機。RPM和BMEP與功率的正比例關係允許在根據本發明設計相對高功率密度的小氣缸缸徑直噴發動機時具有相當的靈活性。還可以想到其他實施方式，其中噴射孔尺寸、形狀、方向等可以變化，並且在給定的噴射器噴頭上的噴射孔各不相同。這可以包括例如使用多個超小的噴射孔、多個較大的傳統尺寸的噴射孔，並且各個孔的幾何形狀和方向變化以形成簡單或複雜的噴射孔陣列來提供最佳的整體噴霧狀態。因此，如這裡所描述的，沒有必要確定超小噴射孔的特定尺寸、特定數量或布局，只要提供的孔的數量足以實現需要的運行特徵。在查閱後附的附圖和權利要求書後，其他的方面、特徵和優點將是很明顯的。權利要求1.一種內燃發動機(10，310)，包括氣缸體(12，312)，其包括多個氣缸(14，314)，每個氣缸具有至少部分地定位在該氣缸中並且能夠移動衝程距離以將相應氣缸(14，314)內的壓強增加至足以壓燃燃料的壓強的活塞(21，121，221)，其中，所述氣缸(14，314)的直徑以及所述衝程距離的長度限定所述內燃發動機(10，310)的排量；曲軸(30)，其與所述活塞(21，121，221)中的每一個聯接並且能夠通過所述氣缸(14，314)的每一個中的燃料的燃燒來旋轉；以及多個燃料噴射器(16，116，216)，其相對於所述氣缸體(12，312)具有固定的位置，包括延伸進入所述氣缸(14，314)的每一個中並且能夠將液態燃料通過多個噴射孔(22，122，124，222)以噴射壓強噴入所述氣缸中的至少一個燃料噴射器(16，116，216)；其中，所述發動機(10，310)能夠在所述氣缸(14，314)的每一個中燃燒一定量的噴入的燃料，以在低於約0.4克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及低於約250克燃料每千瓦小時所述發動機(10，310)輸出的燃料消耗條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。2.如權利要求1所述的內燃發動機(10，310)，其中所述活塞(21,121,221)中的每一個均具有少於約80毫米的沖程距離；所述氣缸(14，314)的直徑與所述沖程距離的比在約1.3比1到約1.6比1的範圍內；且所述活塞(21,121，221)中的每一個均包括活塞凹腔(250)，所述活塞凹腔具有至少約1.15比1的內曲比以及至少約3.5比1的縱橫比。3.如權利要求1所述的內燃發動機(10,310)，還包括燃料系統，所述燃料系統包括與所述燃料噴射器(16，116，216)中的每一個流體連接的共軌(19);其中，延伸進入所述氣缸(14,314)的每一個中的至少一個燃料噴射器(16，116，216)包括多組燃料噴射孔(22，122,124，222),每組包括至少七個燃料噴射孔(22，122，124，222);其中，所述燃料噴射孔(22，122,124,222)的至少一部分具有漸縮的形狀；其中，延伸進入所述氣缸(14,314)的每一個中的至少一個燃料噴射器(16，216)包括第一組所述燃料噴射孔(22,122,124,222)設置於其中的第一噴嘴主體以及第二組所述燃料噴射孔(22,122,124，222)設置於其中的第二噴嘴主體；以及其中，所述第一組燃料噴射孔(22，122,124，222)的平均最小通流橫截面積大於所述第二組燃料噴射孔(22,122，124,222)的平均最小通流橫截面積。4.如權利要求1所述的內燃發動機(10,310),還包括進氣歧管(370)、能夠以在約4比1到約7比1之間的增壓比向所述進氣歧管(370)提供壓縮空氣的多個渦輪增壓器(374,376，380)以及與所述噴射器(16，116,216)中的每一個連接並且能夠提供燃料以在所述發動機(10，310)中產生至少為約25比1的空氣/燃料比的共軌燃料系統；其中，所述多個渦輪增壓器(374,376，380)包括平行定位的第一渦輪增壓器(374)和第二渦輪增壓器(380)以及與所述第一渦輪增壓器(374)和第二渦輪增壓器(380)串聯定位的高壓渦輪增壓器(376)。5.如權利要求1所述的內燃發動機(10，310),其中所述氣缸(14,314)中的每一個均具有在約2.5英寸到約3.5英寸之間的直徑；所述活塞(21，121，221)中的每一個均能夠在相應氣缸(14，314)內移動少於約2.5英寸的沖程距離，所述活塞(21,121，221)能夠使所述曲軸(30)以大於約5000RPM的轉速旋轉；所述燃料噴射器(16,116,216)中的每一個均具有平均最小通流橫截面積在約0.002平方毫米到0.01平方毫米之間的多個噴射孑L(22,122，124,222);所述發動機(10,310)還包括能夠以約4比1到約7比1之間的增壓比向所述發動機(10,310)提供空氣的至少一個渦輪增壓器(374,376，380);和所述發動機(IO,310)能夠燃燒一定量的噴入的燃料，以在低於約0.1克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及低於約250克燃料每千瓦小時所述發動機(10，310)輸出的燃料消耗條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。6.如權利要求1所述的內燃發動機(10,310),其中所述氣缸(14,314)中的每一個均具有大於約4.5英寸的直徑；所述活塞(21,121,221)中的每一個均能夠在相應氣缸(14,314)內移動少於相應氣缸(14,314)的直徑的沖程距離，所述活塞(21，121，221)能夠使所述曲軸(30)以大於約6000RPM的轉速旋轉；延伸進入所述氣缸(14,314)的每一個中的至少一個燃料噴射器(16,116，216)包括第一組燃料噴射孔(22，122，124，222)以及第二組燃料噴射孔(22,122,124,222),其中所述第二組燃料噴射孔(22，122,124,222)具有小於所述第一組燃料噴射孔(22，122，124，222)的平均最小通流橫截面積；所述發動機(10，310)還包括能夠以在約5比1到約7比1之間的增壓比向所述發動機(10,310)提供空氣的至少一個渦輪增壓器(374，376，380);所述發動機(IO，310)能夠燃燒一定量的噴入燃料，以在低於約0.75克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及低於約250克燃料每千瓦小時所述發動機(10,310)輸出的燃料消耗條件下產生至少約200馬力每升發動機排量。7.—種運行內燃發動機(10,310)的方法，包括以下步驟通過多個活塞(21,121,221)旋轉發動機曲軸(30),其中每個所述活塞在發動機氣缸(14，314)內往復運動沖程距離並且能夠將所述氣缸(14,314)內的壓強增加至足以壓燃燃料的壓強；通過延伸進入所述氣缸(14，314)的每一個中並且具有多個噴射孔(22,122，124,222)的燃料噴射器(16，116,216)將液態燃料噴入每個所述氣缸(14,314)中；和燃燒噴入所述氣缸(14，314)的每一個中的燃料，以在低於約0.4克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及低於約250克燃料每千瓦小時所述發動機(10，310)輸出的燃料消耗條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。8.如權利要求7所述的方法，其中旋轉發動機曲軸(30)的步驟包括以至少約5000轉每分鐘的轉速旋轉發動機曲軸(30)，且其中燃燒燃料的步驟還包括燃燒燃料以在所述氣缸(14，314)的每一個中產生至少約200磅每平方英寸的平均有效制動壓強；噴射燃料的步驟包括以至少約150MPa的壓強通過位於所述燃料噴射器(16，116,216)的每一個中的至少七個噴射孔(22,122,124，222)噴射燃料；以及該方法還包括將增壓空氣通過至少一個渦輪增壓器(374,376，380)以在約4比1到約7比1之間的增壓比供給到所述發動機氣缸(14,314)中。9.如權利要求8所述的方法，其中，旋轉步驟包括以大於約6000轉每分鐘的轉速旋轉所述發動機曲軸(30)，且其中燃燒步驟還包括每第四個活塞沖程燃燒噴入的燃料以在氣缸(14,314)的每一個中產生至少約300磅每平方英寸的平均有效制動壓強。10.如權利要求9所述的方法，其中，燃燒步驟還包括燃燒燃料以在低於0.1克煙霧每馬力小時的煙霧排出量條件下產生在約175馬力每升發動機排量到約200馬力每升發動機排量之間的功率密度。全文摘要本發明提供了一種發動機(10，310)運行方法以及高功率密度內燃發動機(10，310)，該發動機包括具有多個氣缸(14，314)的氣缸體(12，312)。提供的燃料噴射器(16，116，216)至少部分地設置在每個氣缸(14，314)內，並且能夠將諸如柴油、JP8或其他燃料噴射到氣缸中以用於壓燃。發動機(10，310)能夠燃燒一定量的噴入燃料，以在低於約0.4克且在某些情況下低於約0.75克煙霧每馬力小時的煙霧排出量以及低於約250克燃料每千瓦小時發動機(10，310)輸出的燃料消耗的條件下產生至少約150馬力每升發動機排量。文檔編號F02B23/06GK101680353SQ200880015468公開日2010年3月24日申請日期2008年3月6日優先權日2007年3月30日發明者C-A·赫加特,J·T·瓦喬恩申請人:卡特彼勒公司