TWI352175B - Split-cycle engine with a helical crossover passag - Google Patents

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TWI352175B
TWI352175B TW097125701A TW97125701A TWI352175B TW I352175 B TWI352175 B TW I352175B TW 097125701 A TW097125701 A TW 097125701A TW 97125701 A TW97125701 A TW 97125701A TW I352175 B TWI352175 B TW I352175B
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spiral
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cylinder
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Wei Li
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Scuderi Group Llc
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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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