[发明专利]具有螺旋交换通道的分开式循环发动机

说明书

对相关申请的交换引用

本申请要求2007年8月7日提交的序号为60/963,742的美国临时专利申 请的优先权。

技术领域

本发明涉及内燃机。更具体地，本发明涉及具有由双切向螺旋交换通 道互连的压缩缸和膨胀缸的分开式循环的发动机。

背景技术

为了简明起见，用在本申请中的术语“常规发动机”指的是其中众所 周知的奥托循环的所有四个冲程(即，吸入、压缩、膨胀和排气冲程)都 包含在发动机的每个活塞/汽缸组合中的内燃机。还有，为了清楚起见，为 可能应用在现有技术所公开的发动机上的以及在本申请中所指的术语“分 开式循环发动机”，提供下述定义。

此处所说的分开式循环发动机包括：

能够围绕曲轴线旋转的曲柄；

压缩活塞，其滑动地容纳在压缩缸内并且操作地连接到曲柄上，从而 压缩活塞在曲柄的一次转动期间往复通过吸入冲程和压缩冲程；

膨胀(动力)活塞，其滑动地容纳在膨胀汽缸内并且操作地连接到曲 柄上，从而膨胀活塞在曲柄的一次转动期间往复通过膨胀冲程和排出冲 程；及

互连压缩缸和膨胀缸的交换通道(端口)，该交换通道包括在其间限 定压力室的交换压缩(XovrC)阀以及交换膨胀(XovrE)阀。

2003年4月8日授予Carmelo J.Scuderi的美国专利6,543,225包含对分开 式循环及相似类型的发动机的广泛讨论。另外，该专利公开了发动机的先 前形式的细节，本发明包括了对该发动机先前形式的进一步改进。

参考图1，在美国专利6,543,225中描述的那种现有技术分开式循环发 动机概念的典型实施例一般由附图标记10标示。该分开式循环发动机10用 一个压缩缸12和一个膨胀缸14的组合来取代常规四冲程发动机的两个相 邻的汽缸。在每次曲柄16旋转中，这两个汽缸12、14完成一次其各自的功 能。吸入空气和燃料供料通过典型的提升型吸入阀18被拉入到压缩缸12 中。压缩活塞20压缩供料并驱动供料通过交换通道22，该交换通道作为膨 胀缸14的吸入通道。

在交换通道入口处的止回型交换压缩(XovrC)阀24被用于防止从交 换通道22的倒流。在交换通道22的出口处的交换膨胀(XovrE)阀26控制 被压缩的吸入供料的流动，使得当膨胀活塞30到达其上部死点位置之后， 供料立刻完全地进入膨胀缸14。在吸入供料进入膨胀缸14之后马上点火火 花塞28，并且产生的燃烧驱动膨胀活塞30向下。通过提升排气阀32将废气 抽出膨胀缸。

有了分开式循环发动机概念，压缩缸和膨胀缸的发动机几何形状参数 (即，内径、冲程、连杆长度、压缩比等)一般是彼此独立的。例如，对 每个汽缸的曲柄行程34、36可以具有不同的半径并且彼此相控地相隔，而 膨胀活塞30的上部死点(TDC)出现在压缩活塞20的TDC之前。这种独立 性使分开式循环发动机比典型的四冲程发动机潜在地有能力达到更高的 效率水平以及更大的扭矩。

与常规内燃机相比，分开式循环发动机10的一个区别是：在膨胀缸14 中的膨胀冲程期间，分开式循环发动机的供料动作必须在膨胀活塞30到达 TDC之后才能开始，而在常规发动机中的供料动作在膨胀冲程的上部死点 (BTDC)之前(即，在吸入冲程开始时)大约360度曲柄角(CA)角度 开始。这给运常规发动机相对于分开式循环发动机而言的更多的时间，以 进行适当的供料动作从而有助于燃料/空气混合和燃烧。

供料工作对于令人满意的点火(SI)燃烧是必需的。因此，需要在分 开式循环发动机中快速地产生供料动作以便在燃烧开始之前快速地混合 以及充分分散燃料/空气供料，开始燃烧大约在上部死点(ATDC)后15到 20℃A发生。另外，在燃烧的主要阶段(根据运行条件大约是20到40℃A ATDC)过程中必须发生适当的燃料/空气运动。

发明内容

根据本发明的一种分开式循环发动机，包括：能够绕发动机的曲轴轴 线旋转的曲轴；

压缩活塞，其滑动地容纳在压缩缸内并操作地连接到曲轴，从而在曲 轴的旋转一圈过程中压缩活塞往复通过吸入冲程和压缩冲程；

膨胀活塞，其滑动地容纳在膨胀缸内并操作地连接到曲轴，从而在曲 轴的旋转一圈过程中膨胀活塞往复通过膨胀冲程和排气冲程；及

将压缩缸和膨胀缸互连的螺旋交换通道，该螺旋交换通道包括：