TWI352175B - Split-cycle engine with a helical crossover passag - Google Patents
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Description
1352175 九、發明說明 相關申請案的交互參考 本申請案請求2007年8月7日申請之第60/963,742 號美國暫時專利申請案的利益。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於內燃機,特別是關於一種具有壓縮汽缸和 膨脹汽缸的分離循環引擎。該兩汽缸被雙切線螺旋跨越通 道所互連。 【先前技術】 爲了清楚,本申請案中所用的「習知(傳統)引擎( conventional engine)」一詞,意指內燃機。其中熟知的 奧圖(Otto )循環之四個行程(亦即進氣、壓縮、膨脹、 和排氣行程)全部包含在引擎的每一活塞/汽缸的組合內 • 。此外,爲了清楚,下列關於「分離循環引擎」定義可應 用於先前技藝所揭露的引擎和本發明所指之「分離循環引 擎」一詞的意義。 此處提及的「分離循環引擎」包含: 可繞曲柄軸軸線旋轉的曲柄軸; 可滑動地容置在壓縮汽缸內且操作性地連接至曲柄軸 的壓縮活塞,使得在曲柄軸的單一旋轉中,壓縮活塞往復 地經過進氣行程和壓縮行程; 可滑動地容置在膨脹汽缸內且操作性地連接至曲柄軸 -5 - 1352175 的膨脹(動力)活塞,使得在曲柄軸的單一旋轉中,膨脹 活塞往復地經過膨脹行程和排氣行程;和 將膨脹和壓縮汽缸互連的跨越(crossover)通道(埠 ),該跨越通道包括跨越壓縮氣門(XovrC)和跨越膨脹 氣門(XovrE ),且界定壓力室在其間。 2003 年 4 月 8 日頒給 Carmelo J. Scuderi 之第 6 5 43 225號美國專利,包含分離循環和類似類型引擎的廣 泛討論。此外,該專利揭露本發明先前版本之引擎的細節 ,本發明包含該引擎的進一步發展。 參考圖1,第65 43 225號美國專利中所描述例示實施 例之習知分離循環引擎類型槪念大致以數字10表示。分 離循環引擎1〇取代習知四行程引擎的兩個相鄰汽缸,具 有一個壓縮汽缸12和一個膨脹汽缸14的組合。在每一曲 柄軸16迴轉中,這兩個汽缸12、14執行一次其各自的功 能。經由典型的提動式進氣氣門18,將進氣空氣和燃料加 料(charge)抽入壓縮汽缸12內。壓縮汽缸活塞20將加 料加壓並驅動該加料經過跨越通道22。跨越通道22作爲 膨脹汽缸14的進氣通道。 在跨越通道入口的止回式跨越壓縮(XovrC)氣門24 ,用於防止從跨越通道22反向流動。在跨越通道22出口 的跨越膨脹(XoveE )氣門26,控制已被加壓之進氣加料 的流動,使得在膨脹活塞3 0到達其上死點位置後不久, 該加料完全進入膨脹汽缸14內。在進氣加料進入膨脹汽 缸14內不久,火星塞28被點火,且結果(resulting)燃 -6- 1352175 燒驅動膨脹汽缸活塞30向下。廢氣經由提動排氣氣f 抽出膨脹汽缸。 由於分離循環引擎槪念’壓縮汽缸和膨脹汽缸的 引擎參數(亦即孔徑、行程、連接桿長度、壓縮比等 常彼此獨立。例如每一汽缸的曲柄臂34、36可具有 的半徑,且相位彼此分開,呈膨脹活塞30的上死 TDC )在壓縮活塞20的上死點之前發生。此獨立性 離循環引擎相較於典型的四行程引擎,能潛在性地達 高的效率位準和較大的扭矩。 相較於習知的內燃機引擎,分離循環引擎10之 其中之一是:分離循環引擎的加料動作,必須在膨脹 內之膨脹行程期間且在膨脹活塞3 0到達上死點以後 始;而習知內的加料動作是在膨脹行程的上死點以前 角度約360度時開始。此允許習知引擎(相對於分離 引擎)更多的時間’以發展合適的加料動作,用於幫 助燃料/空氣混合和燃燒。 加料動作需要滿足火花點火燃燒。因此在分離循 擎中’需要快速地產生加料動作,以在開始燃燒之前 速地混合和適當地分布燃料/空氣加料,此在上死點 柄角度約15-20度時發生。此外’取決於操作條件, 的燃料/空氣運動必須在燃燒的主相位期間發生,此 死點後曲柄角度約20-4〇度。 【發明內容】 1 32 幾何 )通 不同 點( 使分 到較 差異 汽缸 才開 曲柄 循環 助幫 環引 ,快 後曲 適當 是上 1352175 本發明的分離循環引擎可包含: 曲柄軸,可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉; 壓縮活塞,可滑動地容置在壓縮汽缸內,且操作性地 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉期間,該壓 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程; 膨脹活塞,可滑動地容置在膨脹汽缸內,且操作性地 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉期間,該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程; 螺旋跨越通道,互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸,該螺 旋跨越通道包括: 跨越壓縮氣門和跨越膨脹氣門,其界定壓力腔室 於其間, 大致直的流道區段,在該螺旋跨越通道的下游部 份中,和 螺旋端部區段,整合地連接至該流道區段,且設 置在該跨越膨脹氣門上方,該跨越膨脹氣門具有氣門桿和 頭部,該螺旋端部區段包覆繞著該氣門桿盤旋的煙囪,其 中,該煙囪強迫進入的空氣在進入該膨脹汽缸之前先繞著 該氣門桿旋轉,以促進輸送至膨脹汽缸之空氣/燃料加料 內的紊流動能和渦流的發展。 額外的特徵可包括: 直流道區段的方位在相對於膨脹汽缸圓周的切線或徑 向位置; 跨越通道端部區段之方位,在順時針、逆時針、和筆 -8- 1352175 直位置。 從某些例示實施例的下列說明和附圖,可更充分瞭解 本發明的這些和其他特徵及優點。 【實施方式】 詞 彙 本文所使用的頭字語語彙和術語的定義,提供於下列 做參考: 螺旋通道(或螺旋埠):參考圖2和3,螺旋通道38 是連接通道(埠),其典型地將入口歧管連接習知引擎之 汽缸蓋內的入口氣門。螺旋通道38的下游部份包括大致 直的流道區段39’其整合地連接至螺旋端部區段4〇。該 螺旋端部區段40設置在入口氣門41上方,該入口氣門41 具有桿42和連通至汽缸(未示)的頭部43。在螺旋端部 40內的流動區域是設置成圓周且下降的煙齒44,該煙g 44圍繞著氣門桿42,氣門桿42設置在端部區域40的孔 46內。煙囪繞著氣門桿42向上盤旋至少三分之—圈,且 較佳是在二分之一和四分之三圈之間,所以進入的空氣在 進入汽缸之前,被強迫繞著氣門桿42旋轉。因爲煙齒44 繞著氣門桿42盤旋,所以煙囪44的頂部47減少高度。 渦流(swirl ):(空氣)加料繞著汽缸軸限之有組織 的旋轉。更明確地說’引擎之汽缸內的空氣或燃料/空氣 混合物之「整體(bulk)」渦流是主體的旋轉。亦即在進 氣(induction或intake )行程測量之繞著汽缸中心線的( 1352175 空氣或燃料/空氣混合物之)「整體」。整體渦流是在進 氣期間發生在汽缸內之真實可變空氣運動的參數槪念或平 均。依據整體渦流槪念,渦流是以主汽缸軸線爲中心的漩 渦(vortex) ’其在汽缸的周圍具有最大的渦流速率。 渦流比(SR ):主體之槪念上的旋轉頻率度規( metric)。亦即在進氣(induction或intake)行程且參考 引擎的旋轉速率所測量之繞著汽缸中心線的(空氣或燃料 /空氣混合物之)「整體」。亦即: 渦流比=在汽缸/引擎速率中的空氣旋轉頻率 紊流和微紊流:小型的漩渦(eddy )運動,經常結合 非常小的各別空氣部份。紊流和微紊流漩渦的頻率範圍圍 1 0- 10000 Hz和更大,而微紊流的直徑會隨著汽缸小零件 (數毫米)的頻率而反向地變化至微米。由於黏性逸散, 所以高頻率紊流通常只持續非常短的時段,例如曲柄角度 2-5 度》 紊流動能(TKE ):結合引擎內混亂空氣流之每單位 空氣質量的平均動能。 '說 明 現在詳細參考圖式中的圖4、5,數字50大致指示本 發明具有雙切線螺旋跨越通道78之分離循環引擎的例示 實施例。如下文將更詳細討論者,螺旋跨越通道78的下 -10- 1352175 游部份包括切線流道區段100,該切線流道區段100整合 地連接至螺旋端部區段102。在分離循環引擎50的膨脹行 程期間,該螺旋端部區段102有利地促進快速的燃料/空 氣混合。 引擎50包括可繞著圖中所示曲柄軸軸線54順時針方 向旋轉的曲柄軸52。曲柄軸52包括在角度上位移隔開的 相鄰前曲柄臂56和後曲柄臂58,該等曲柄臂分別連接至 連接桿60、62。 引擎50另外包括汽缸體64,其界定一對相鄰汽缸’ 特別是引擎50包括壓縮汽缸66和膨脹汽缸68,該兩汽缸 的上端被汽缸蓋70封閉,該上端在相反於曲柄軸52的一 端。 壓縮活塞72收納在壓縮汽缸66內,且連接至後連接 桿62,用以使活塞72在上死點(TDC)和下死點(BDC )位置之間往復運動。膨脹活塞74收納在膨脹汽缸68內 ,且連接至前連接桿60,用於類似的上死點(TDC )/下 死點(BDC )位置之間的往復運動。 汽缸蓋70提供氣體流入、流出汽缸及在各汽缸66、 68之間流動的構造。依氣體流動的順序,汽缸蓋7〇包括 進氣通道76、一對切線螺旋跨越(Xovr)通道(或埠) 78、79、和排氣通道80。進氣的空氣經由該進氣通道76 被抽入壓縮汽缸66。已壓縮的空氣從壓縮汽缸66經由螺 旋跨越通道78、79傳輸至膨脹汽缸68。已用過的氣體從 膨脹汽缸68經由排氣通道80排出。 -11 - 1352175 進入壓縮汽缸66的氣體流由向內打開的提動式進氣 門82所控制。進入和流出每一螺旋跨越通道78、79的氣 流,由一對向外打開的提動氣門(亦即在螺旋跨越通道之 入口端的跨越壓縮(XovrC)氣門84和在螺旋跨越通道之 出口端的跨越膨脹(XovrE)氣門86)所控制。在各自的 跨越通道內,每一對跨越氣門84、86在其間界定一壓力 腔室87。自排氣通道80流出的廢氣(exhaust gas),由 向內打開的提動式排氣氣門88所控制。這些氣門82、84 、86、88可以任何合適的方式致動,例如藉由機械式的驅 動凸輪、可變化的氣門致動技術、或類似者。 每一螺旋跨越通道78具有設置在其內的至少一個高 壓燃料噴射器90。操作燃料噴射器90,以將燃料噴射進 入在螺旋跨越通道78之壓力腔室87內已加壓的空氣中。 引擎50也包括一或更多個火星塞92或其他點火裝置 。該等火星塞設在膨脹汽缸68末端內適當位置,其中, 在膨脹行程期間,混合燃料和空氣的加料可被點火和燃燒 〇 參考圖ό,放大圖顯示汽缸蓋7〇的內側和通道,該等 通道包括雙切線螺旋跨越通道78的下游部份和排氣通道 8 〇。如先前所討論者’燃料/空氣加料必須從跨越通道7 8 流入膨脹汽缸68。燃料/空氣加料在膨脹行程期間燃燒, 且最後在排氣行程前間經由排氣通道8〇排放。在燃燒之 即,燃料/空氣加料必須快速地混合,且完全地分佈在膨 脹汽缸68內。 -12- 1352175 將兩個跨越通道78建構成具有大致直的切線流道區 段1〇〇,其整合地連接至反時針方向的螺旋端部區段102 。該螺旋端部區段102設置在向外打開的提動式跨越膨脹 氣門86的上方。選擇性地,每一流道區段1〇〇可朝向膨 脹汽缸68的切線方向或徑向,此方位決定了燃料/空氣加 料進入汽缸68時燃料/空氣加料之整體(bulk)流動方向 。此外,選擇性地,每一螺旋端部區段102可在順時針或 逆時針方向盤旋,此旋轉方向決定了燃料/空氣加料進入 汽缸68時燃料/空氣加料的旋轉方向(如果有的話)。 在另一實施例中,如果跨越通道78的端部區段不包 括螺旋線形,則跨越通道已知是爲筆直跨越通道(或筆直 跨越埠),其能決定整體流動或渦流,但是當燃料/空氣 加料進入膨脹汽缸68時,燃料/空氣加料沒有特定的旋轉 〇 在圖6所示的實施例中,每一逆時針方向的螺旋端部 區段102包括煙囪104,其繞著設置在孔1〇8內之氣門桿 106呈反時針方向盤旋,每一向外打開之跨越膨脹氣門86 的氣門桿穿過孔108延伸。螺旋形的煙囪1〇4強迫進入的 空氣在進入膨脹汽缸68之前繞者氣門桿1〇6旋轉。氣門 桿帶有向外打開的氣門頭部109。當氣門就位時,一部分 藉由壓力腔室87內的壓力,使氣門頭部保持關閉。 每一流道區段1 〇 〇和膨脹汽缸6 8的周圍相切。亦即 每一流道區段1 0 0引導空氣流動,以幾乎平行(亦即較佳 是正或負20度,更佳是正或負10度,且最佳是正或負5 -13- 1352175 度)於切線的流動路徑進入煙囪104;該切線延伸經過最 • 接近氣門桿之膨脹汽缸68圓周的一點。氣門桿106帶有 . 向外打開的氣門頭部1〇9。當氣門就位時,一部分藉由壓 力腔室87內的壓力,使氣門頭部保持關閉。已發現雙切 線螺旋跨越通道78的此種組合,大幅促進分離循環引擎 50內空氣/燃料的快速混合。在該組合中,兩個螺旋端部 區段102在相同的方向盤旋。 • 參考圖7-9,例示切線或徑向流道區段,加上逆時針 方向螺旋、瞬時針方向螺旋、或筆直的端部區段之六種可 能組合。在圖7中,跨越通道11〇包括具有如先前圖6所 例示之逆時針方向螺旋區段114的切線流道區段112;且 跨越通道116包括具有順時針方向螺旋區段120的切線流 道區段1 1 8。 在圖8中,跨越通道122包括具有逆時針方向螺旋區 段126的徑向流道區段124;且跨越通道128包括具有順 φ 時針方向螺旋區段132的徑向流道區段130。徑向流道區 段1 2 4、1 3 0以對膨脹汽缸6 8之中心幾乎呈徑向(亦即較 佳是正或負20度,更佳是正或負1〇度,最佳是正或負5 度)的流動路徑,分別引導空氣流動進入螺旋區段126、 132的煙囪。 在圖9中,跨越通道134包括具有筆直端部區段138 的徑向流道區段136;且跨越通道140包括具有筆直端部 區段144的切線流道區段142。當燃料/空氣加料進入膨脹 汽缸時,筆直端部區段138、144未給燃料/空氣加料任何 -14- 1352175 特定的旋轉。但是加料的整體流動路徑仍然由流道136、 . 142的方位決定,義寂靜向流道136的加料流動路徑是朝 . 向膨脹汽缸68的中心’而切線流道M2的加料流動路徑 是沿著汽缸6 8的周圍相切。 在習知引擎中’用於獲得適當的空氣運動供燃燒的已 被接受之方法’大部份取決於二分離的現象,稱爲渦流和 紊流。渦流是汽缸內產生整體空氣旋轉運動(例如大的旋 • 轉漩渦),其具有被汽缸內徑所界定的外徑,所以在空氣 中具有相當大的動能。在梢後的壓縮階段期間,此整體渦 流運動被轉換成紊流。更明確地說,渦流運動被轉換成非 常小型的「微紊流」,亦即在汽缸直徑之1/1 00000至 1/100尺寸等級的許多迷你型漩渦。這些微紊流漩渦在適 當時刻理想地位於燃燒區內,所以這些微紊流漩渦弄皺火 焰前緣,以產生較大的區域供火焰擴展,亦即接觸未燃燒 的燃料和空氣。 # 在習知的引擎中,入口埠(或通道)負責在進氣行程 期間產生整體渦流,而在上死點附近時,活塞頂部接近汽 缸蓋負責將渦流轉換成紊流。因此硏發入口通道使其具有 產生渦流的能力,該能力稱爲「渦流比(SR )」’其係漩 渦速率和引擎速率的比。可使用特殊的流動裝置來量測渦 流比,或近來使用計算流體動力學(CFD )技術來計算渦 流比。使用計算流體動力學也可建立後續渦流轉換成紊流 的模型,其受到蓋和/或活塞內之燃燒室構造形狀的大幅 影響。用於評估紊流位準的其中一個參數是紊流動能( -15- 1352175 TKE),其是全部(大的和小的)漩渦之總動量的量測。 就習知引擎而言,這二種方法的發展被大幅分別處理 ,因爲他們在引擎操作循環中不同的時間發生,亦即在進 氣行程期間的渦流和在壓縮行程期間的紊流。但是在分離 循環引擎50中,從跨越通道78至膨脹汽缸68的空氣入 流發生在非常接近上死點,所以跨越通道本身必須負責產 生渦流和紊流兩者。 適於產生渦流的通道配置,合理且良好地建立於習知 引擎。但是先前並不知道,這些相同的配置是否在分離循 環引擎50中也有效。此外,在分離循環引擎中,關於渦 流之通道配置的效果之不確定程度是混合的,因爲引擎50 包括向外打開的提動式跨越膨脹氣門86,其從膨脹汽缸 68離開而打開;而習知引擎幾乎普遍利用向內打開的提動 式氣門,其進入習知的膨脹汽缸而打開。再者,先前並不 知道:渦流產生和紊流動能的關係是如何? 再者,以前並不知道圖7-9所例示六種跨越通道78 組態中,每一種組態對於分離循環引擎50內之渦流和紊 流的效果。此外,因爲有兩種個別的跨越通道78,所以每 一膨脹汽缸總共有至少36種可能的組合跨越通道組態。 而且也不知道:每一種雙跨越通道組態會如何影響渦流和 素流。 參考圖10,因此執行排氣預測計算流體動力學的硏究 ’其中比較36種跨越通道組態用於分離循環引擎之最佳 加料動作。圖形150顯示該硏究的結果。在圖形】5〇底部 -16- 1352175 水平延伸的資料格子166,配置呈26欄和5列,代表雙跨 越通道7 8的3 6種可能的參數組合。相對的紊流動能値沿 著圖形1 50左側直立地變化,而相對的渦流比値沿著圖形 1 5 0右側直立地變化。 在格子166內,列156代表兩跨越通道78中第—個 跨越通道之流道區段100的切線(tan)或徑向(rad)方 位;列158代表兩跨越通道78中第一個跨越通道之端部 區段102的順時針(cw)螺旋、逆時針(ccw)螺旋、或 筆直(dir )組態。此外,在格子166內,列16〇代表兩跨 越通道78中第二個跨越通道之流道區段100的切線(tan )或徑向(rad )方位;列162代表兩跨越通道78中第二 個跨越通道之端部區段102的順時針(cw)螺旋、逆時針 (ccw)螺旋、或筆直(dir)組態。列164將各種參數組 合從1編號至36’以容易參考。關於渦流比和紊流動能之 36種組合中每—種組合的功效,分別畫在線} 52和i 54中 〇 觀察大致的趨勢微:產生較高渦流的通道,也產生較 高位準的紊流動能。雙切線螺旋通道在相同方向具有端部 旋轉’亦即在列1 64中1和2的參數組合,產生最高位準 的整體渦流和紊流動能。 預測工作顯示:在分離循環引擎50之膨脹汽缸68產 生汽缸內加料的有效方式,係使用兩個切線螺旋跨越通道 78 (圖6中看得最清楚),且配置成切線流區段1〇〇相對 於膨張汽缸68的周圍在切線方向排放,和兩個螺旋端部 -17- 1352175 旋 以 汽 〇 fci I 圖 埠 動 內 用 造 5 I 壓 進 70 類 通 壓 括 氣 區段102在相同方向(順時針或逆時針方向兩者任一) - 轉。因此離開每一通道之空氣的旋轉方向呈相同方向。 _ 此方式,從每一通道冒出之空氣的動能呈相加,因此在 缸內提供最高的整體運動,同時產生高位準的紊流動能 雖然描述圖4-6作爲本發明的例示實施例,且包括 7-10用於顯示所進行的廣泛硏究,以決定所考慮之各種 的配置中,哪一種配置可預測提供最高的渦流比和紊流 φ 能値,但是應瞭解的是,也可利用具有本發明所要範圍 之構造特徵的其他替代性跨越通道配置。 圖11例示此種替代性配置的一個例子,其中,使 類似的參考數字以代表類似於圖4-6所例示之組件或構 特徵。圖顯示的引擎170大致類似於圖4(特別是圖 )所示之引擎50。沒有顯示汽缸體、活塞、和曲柄機構 但是可和引擎50的構件相同。在圖1 1中,以虛線顯示 縮和膨脹汽缸。 φ 圖11中的引擎170進一步包括汽缸蓋70,其包括 氣通道76及進氣氣門82、排氣通道8 0及排氣氣門88 和火星塞92,該等構造類似於引擎50的構造。汽缸蓋 也包括雙跨越壓縮氣門84和跨越膨脹氣門86,其設置 似於引擎50的構造。 引擎170的不同處在於雙跨越氣門被已修飾的跨越 道172所連接。該已修飾的跨越通道172界定一共同的 力腔室174在跨越氣門84、86之間。跨越通道172包 形成有單一通道部份176,其連續地連通兩個跨越壓縮 -18- 1352175 門84。然後,通道部份176分成至少第一分支178和第二 分支180,每一分支經由切線流道區段182,分離地連接 該等跨越膨脹氣門86其中之一。每一流道區段182連接 螺旋端部區段184,其可相同於引擎50的流道區段1〇〇和 端部區段102。設置燃料噴射器90以噴射燃料進入跨越通 道172的分離分支內,且在螺旋端部區段184附近,如引 擎50中者。 其他各種替代性實施例也可能。如同非限制性的例子 ’跨越壓縮氣門可連接至Y或X形跨越通道的分離分支 ,且該等分支被中央或端卑通道部份所連接。也可能是將 壓縮和膨脹汽缸組之埠同數目的跨越氣門連接在一起的跨 越歧管,例如一或多個跨越壓縮氣門至一或多個跨越膨脹 氣門。也可考慮連接超過一個汽缸組的歧管。此外,如果 希望的話,可安裝燃料噴射器,用於將燃料直接噴射進入 膨脹汽缸’而非進入分離循環引擎的跨越通道。再者,燃 料直接噴射進入分離循環壓縮點火引擎,也在本發明的範 圍內。 雖然已藉由參考特定實施例來描述本發明,但是應瞭 解,在所描述之發明槪念的精神和範圍內,可做很多變化 。因此’希望本發明不受限於已描述的實施例,且本發明 具有以下列請求項語言所界定的充分範圍。 【圖式簡單說明】 圖1是和本發明引擎相關之先前技藝分離循環引擎的 -19- 1352175 橫剖面視圖: 圖2是設置在提動式氣門上方之螺旋通道下游部分的 直流道和螺旋端部區段,且從螺旋端部側觀看的示意圖; 圖3是類似於圖2的視圖,但從直流道側觀看; 圖4是從圖5之本發明例示分離循環引擎的線4-4之 橫剖視圖,該引擎具有螺旋跨越通道; 圖5是圖4之分離循環引擎的上視圖; 圖6是具有內排氣部和跨越通道下游部分和氣門之膨 脹汽缸蓋內面的示意圖: 圖7-9是在膨脹汽缸之例示跨越通道下游部分的上視 圖,該膨脹汽缸包括切線和徑向直流道區段,且具有順時 針和逆時針方向螺旋和筆直端部區段; 圖1 〇是顯示3 6種雙跨越通道組合之渦流比和紊流動 能預測値的圖形和解釋性個子;和 圖1 1是類似於圖5之上視圖,但是例示各種取代个生 跨越通道組態其中之一。 【主要元件符號說明】 10:習知分離循環引擎 1 2 :壓縮汽缸 1 4 :膨脹汽缸 1 6 :曲柄軸 1 8 :提動式進氣氣門 2 〇 :壓縮汽缸活塞 -20- 1352175
22 :跨 24 :跨 26 :跨 28 :火 30 :膨 32 :提 34 :曲 38 :螺 39 :( 40 :螺 41 :入 42 :( 43 :頭 44 :煙 # 46 :孔 47 :頂 50 :分 52 :曲 54 :曲 56 :前 58 :後 60 :( 62 :( 越通道 越壓縮氣門 越膨脹氣門 星塞 脹汽缸活塞 動式排氣氣門 柄臂 柄臂 旋通道 切線)流道區段 旋端部區段 口氣門 氣門)桿 部 囪 部 離循環引擎 柄軸 柄軸軸線 曲柄臂 曲柄臂 前)連接桿 後)連接桿 -21 - 1352175 64 :汽缸體 • 66 :壓縮汽缸 • 6 8 :膨脹汽缸 7 〇 :汽缸蓋 72 :壓縮活塞 74 :膨脹活塞 76 :進氣通道 φ 78:螺旋跨越通道 80 :排氣通道 82 :提動式進氣氣門 84 :跨越壓縮氣門 86 :跨越膨脹氣門 87 :壓力腔室 8 8 :提動式排氣氣門 90 :燃料噴射器 φ 92 :火星塞 100:切線流道區段 102 :螺旋端部區段 1 04 :煙囪 106 :(氣門)桿 108 :孔 1 10 :跨越通道 112:(切線)流道區段 114:(逆時針方向)螺旋區段 -22- 1352175 1 16 :跨越通道 118:(切線)流道區段 120:(順時針方向)螺旋區段 122 :跨越通道 124 :(徑向)流道區段 126 :(逆時針方向)螺旋區段 128 :跨越通道
1 3 0 :(徑向)流道區段 132 :(順時針方向)螺旋區段 134 :跨越通道 1 3 6 :(徑向)流道區段 1 3 8 :(筆直)端部區段 140 :跨越通道 142 :(切線)流道區段 144 :(筆直)端部區段
1 5 0 :圖形 152 :線 154 :線
15 6:歹 IJ
15 8:歹IJ
160 :歹!J
162 :歹丨J
164:歹IJ 166 :(資料)格子 -23- 1352175 170 : 172 : 174: 176 : 178: 180 : 1 82 引擎 已修飾的跨越通道 共同的壓力腔室 單一通道部份 第一分支 第二分支 (切線)流道區段
Claims (1)
1352175 十、申請專利範圍 1·一種分離循環引擎,包含: 曲柄軸,可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉; 壓縮活塞,可滑動地容置在壓縮汽缸內,且操作性地 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉期間,該壓 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程; 膨脹活塞,可滑動地容置在膨脹汽缸內,且操作性地 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉期間,該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程; 螺旋跨越通道,互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸,該螺 旋跨越通道包括: 跨越壓縮氣門和跨越膨脹氣門,其界定壓力腔室 於其間, 大致直的流道區段,在該螺旋跨越通道的下游部 份中,和 螺旋端部區段,整合地連接至該流道區段,且設 置在該跨越膨脹氣門上方,該跨越膨脹氣門具有氣門桿和 頭部,該螺旋端部區段包覆繞著該氣門桿盤旋的煙囪,其 中,該煙囪強迫進入的空氣在進入該膨脹汽缸之前,先繞 著該氣門桿旋轉。 2.如申請專利範圍第1項所述分離循環引擎,其中該 螺旋跨越通道另包含一對螺旋跨越通道,其中每對螺旋跨 越通道的該螺旋端部區段,在相同方向盤旋。 3 .如申請專利範圍第1項所述分離循環引擎,其中該 -25- 1352175 流道區段是切線流道區段,其在流動路徑中引 進入該螺旋端部區段的該煙囪,該流動路徑是 近該氣門桿之膨脹汽缸圓周中一點而延伸的切 的正或負20度內。 4.如申請專利範圍第2項所述分離循環引 對螺旋跨越通道另包含一對切線流道區段,其 中引導空氣流動進入每一螺旋端部區段的該煙 路徑是在經過最接近每一氣門桿之膨脹汽缸圓 而延伸的每一切線之平行線的正或負20度內。 5 .如申請專利範圍第4項所述分離循環引 一螺旋端部區段在順時針方向盤旋。 6.如申請專利範圍第4項所述分離循環引 一螺旋端部區段在逆時針方向盤旋。 7 .如申請專利範圍第1項所述分離循環引 跨越膨脹氣門是向外打開的提動式氣門。 8. 如申請專利範圍第1項所述分離循環引 設置在跨越通道中的燃料噴射器。 9. 如申請專利範圍第1項所述分離循環引 跨越通道另包含從單一通道部份分開的至少第 二分支; 其中,該第一分支包括設置在該跨越膨脹 該流道區段和該螺旋端部區段;和 該第二分支包括整合地連接至第二端部區 道區段,該第二端部區段設置在第二跨越膨脹 導空氣流動 在經過最接 線之平行線 擎,其中該 在流動路徑 囪,該流動 周中每一點 擎,其中每 擎,其中每 擎,其中該 擎,另包括 擎,其中該 一分支和第 氣門上方的 段的第二流 氣門上方。 -26- 1352175 1 〇 _如申請專利範圍第9項所述分離循環 該第二分支之該第二端部區段另包含第二螺旋 其在和該第一分支之該螺旋端部區段相同的方 11. 如申請專利範圍第10項所述分離循環 該第一分支之該流道區段和該第二分支之該第 ,包含一對切線流道區段。 12. —種分離循環引擎,包含: 曲柄軸,可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉 壓縮活塞,可滑動地容置在壓縮汽缸內, 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程: 膨脹活塞,可滑動地容置在膨脹汽缸內, 連接至該曲柄軸,使得在該曲柄軸的單一旋轉 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程; 一對切線螺旋跨越通道,互連該壓縮汽缸 缸,每一切線螺旋跨越通道包括: 跨越壓縮氣門和跨越膨脹氣門,其界 於其間, 螺旋端部區段,設置在每一跨越膨脹 每一跨越膨脹氣門具有氣門桿和頭部,每一螺 具有繞著其跨越膨脹氣門之該氣門桿盤旋的煙 該煙囪強迫進入的空氣在進入該膨脹汽缸之前 氣門桿旋轉,且該對螺旋跨越通道之該等螺旋 相同方向盤旋,和 引擎,其中 端部區段, 向盤旋。 引擎,其中 二流道區段 且操作性地 期間,該壓 且操作性地 期間,該膨 和該膨脹汽 定壓力腔室 氣門上方, 旋端部區段 囪,其中, ,先繞著該 端部區段在 -27- 1352175 切線流道區段整合地連接至每一螺旋端部區段’ 其在流動路徑中引導空氣流動進入該螺旋端部區段的該煙 囪,該流動路徑是在經過最接近該氣門桿之膨脹汽缸圓周 中一點而延伸的切線之平行線的正或負20度內。 13. 如申請專利範圍第12項所述分離循環引擎,其中 每一螺旋端部區段在順時針方向盤旋。 14. 如申請專利範圍第12項所述分離循環引擎,其中 每一螺旋端部區段在逆時針方向盤旋。 15. 如申請專利範圍第12項所述分離循環引擎’其中 每一跨越膨脹氣門是向外打開的提動式氣門。 16. 如申請專利範圍第12項所述分離循環引擎’另包 括設置在該等跨越通道之每一者內的燃料噴射器。
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