[发明专利]双活塞循环引擎中的交换阀

说明书

一种内燃机，其包含：燃烧腔室，其具有第一孔口；压缩腔室，其具有第二孔口；以及交换阀，其包括内部腔室、第一和第二阀座、阀头，以及所述阀头上的第一和第二阀面，其中所述第一孔口允许所述燃烧腔室与所述内部腔室之间的流体连通，所述第二孔口允许所述压缩腔室与所述内部腔室之间的流体连通，所述第一阀面耦合到所述第一阀座以堵塞所述第一孔口，且所述第二阀面耦合到所述第二阀座以堵塞所述第二孔口。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2011年11月30日申请的第61/565,286号美国临时申请案和2012年10月15日申请的第61/714,039号美国临时申请案的权益，以上两个美国临时申请案的揭示内容以全文引用方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及分循环内燃机，也称为分循环引擎，且更具体来说涉及双活塞循环引擎(DPCE)，其比常规燃机更高效。

背景技术

常规内燃机包含一或多个气缸。每一气缸包含单个活塞，其执行四个冲程，通常称为进气、压缩、燃烧/动力/膨胀，和排气冲程。这四个冲程一起形成常规内燃机的完整循环。然而，单个气缸无法在同一时间和空间经优化既作为压缩器(需要冷环境来得到最佳效率性能)又作为燃烧器(需要热环境和工作流体的最佳膨胀来得到最佳效率性能)。

常规内燃机具有低燃料效率，估计常规引擎产生的潜在热能的一半以上通过引擎结构和排气出口而耗散，而并不增加任何有用的机械功。常规内燃机中的热浪费的主要原因是基本冷却系统(例如，辐射器)，其以比实际上变换为有用功的总热量更大的速率和量单独耗散热量。此外，常规内燃机能够通过在气缸和活塞中采用低排热方法而仅在低程度上增加效率。

在进气和压缩冲程期间气缸中的高温导致另外的低效。此高温降低了引擎体积效率，使活塞工作更难，且因此在这些冲程期间降低效率。

理论上，比压缩比大的膨胀比将大大增加内燃机中的引擎效率。在常规内燃机中，膨胀比较大地取决于压缩比。而且，使引擎膨胀比大于压缩比(例如，米勒和阿特金森循环)的常规方式比效率增加更低效，这在所有四个冲程未在单个气缸中执行的情况下是可能的。

常规内燃机的另一问题是不完整的化学燃烧过程，其降低效率且造成有害的废气排放。

为了解决这些问题，其它人先前已揭示了双活塞燃机配置。举例来说，颁与卡萨迪的第1,372,216号美国专利揭示了一种双活塞燃机，其中气缸和活塞成相应的对布置。点火气缸的活塞在压缩气缸的活塞之前移动。颁与色斯顿等人的第3,880,126号美国专利揭示了两冲程循环分气缸内燃机。引入气缸的活塞在动力气缸的活塞之前在小于二分之一冲程的某种程度上移动。引入气缸压缩进料，且将进料传送到动力气缸，在此处其与来自先前循环的燃烧产物的残余进料混合，且在点燃之前进一步压缩。颁与苏德里等人的第2003/0015171A1号美国专利申请案揭示了四冲程循环内燃机。第一气缸内的动力活塞连接到曲柄轴，且执行四冲程循环的动力和排气冲程。第二气缸内的压缩活塞也连接到曲柄轴，且在曲柄轴的同一旋转期间执行同一四冲程循环的进气和压缩冲程。第一气缸的动力活塞在第二气缸的压缩活塞之前移动。颁与苏等人的第6,880,501号美国专利揭示了一种内燃机，其具有一对气缸，每一气缸含有连接到曲柄轴的活塞。一个气缸针对进气和压缩冲程而适配。另一气缸针对动力和排气冲程而适配。颁与布拉齐特的第5,546,897号美国专利揭示了一种多气缸往复活塞内燃机，其可执行两个、四个或柴油机动力循环。

然而，这些参考案未能揭示如何区分气缸温度以有效地隔离点火(动力)气缸与压缩气缸和周围环境。另外，这些参考案未能揭示如何最小化气缸与周围环境之间的互相温度影响。此外，这些参考案未能揭示通过升高动力气缸温度且降低压缩气缸温度而增强常规内燃机效率和性能的引擎改进。具体来说，增加动力气缸温度允许增加的动能功提取，同时最小化压缩气缸温度允许减少的能量投资。另外，这些参考案中揭示的单独气缸全部通过某种传送阀或中间通路(连接管)而连接，其在气缸之间产生实质体积的“死空间”。