具有螺旋交换通道的分开式循环发动机的制作方法

专利名称：具有螺旋交换通道的分开式循环发动机的制作方法
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 道互连的压縮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、压縮、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；
压縮活塞，其滑动地容纳在压縮缸内并且操作地连接到曲柄上，从而
压縮活塞在曲柄的一次转动期间往复通过吸入冲程和压縮冲程；
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
互连压縮缸和膨胀缸的交换通道(端口)，该交换通道包括在其间限 定压力室的交换压縮(XovrC)阀以及交换膨胀(XovrE)阀。
2003年4月8日授予Carmek) 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l，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被拉入到压縮缸12 中。压縮活塞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縮(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(XowE)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、压縮比等) 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。CA发生。另外，在燃烧的主要阶段(根据运行条件大约是20到40。CA ATDC)过程中必须发生适当的燃料/空气运动。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；
压縮活塞，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縮冲程；
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 将压縮缸和膨胀缸互连的螺旋交换通道，该螺旋交换通道包括 交换压縮阀和交换膨胀阀，在它们之间限定压力室， 在螺旋交换通道的下游部分中的基本平直的流道部分，及 螺旋端部分，其整体连接到流道部分并设置在交换膨胀阀上方， 交换膨胀阀具有阀杆和头部，螺旋端部分包围绕阀杆盘旋的通风道，其中 该通风道强迫进入的空气在进入膨胀缸之前围绕阀杆旋转，以促进被运送 到膨胀缸的空气/燃料供料中的涡旋和紊流动能的发展。 另外的特征可包括
确定直流道部分相对于膨胀缸周边在切向或径向位置； 确定交换通道端部分在顺时针、逆时针和定向中的位置。 参考附图，本发明的这些以及其他特征和优点将从下面对特定示例性 实施例的描述中得到更全面的理解。


图l示出与本发明发动机有关的现有技术分开式循环发动机的横向截 面图2示出从螺旋端侧观看的，设置在提升阀上方的螺旋通道的下游部 分的平直流道和螺旋端部分的图示；
图3是与图2相似的当从平直流道侧观看的图示；
图4示出从具有根据本发明的交换通道的示例性分开式循环发动机的 图5中的线4-4截取的横向截面图5示出图4的分开式循环发动机的顶视7图6是膨胀缸盖内面的图示，以及示出内部排气端口和交换通道下游
部分和阀；
图7-9是顶视图，示出在膨胀缸处的示例性交换通道下游部分，包括切 向和径向的平直流道部分以及顺时针及逆时针的螺旋的和直的端部分；
图10是示出对36种双重交换通道组合的涡旋比和紊流动能预测值的 图示和说明性方格；及
图11是与图5相似的顶视图，但是示例出一种替代的不同的交换通道 结构。
术语表
下面提供关于此处所用的首字母缩写的术语表和术语的定义以用于 参考
螺旋通道(或螺旋端口)参考图2和3，螺旋通道38是连接通道(端 口)，其典型地连接入口歧管到常规发动机的缸盖中的入口阀。螺旋通道 38的下游部分包括整体地连接到螺旋端部分40上的大致平直的流道部分 39，该螺旋端部分设置在具有杆部42和开向汽缸(未示出)的头部43。在 螺旋端部分40内的流区域设置在围绕保持在端部分40的孔46中的陶杆42 的环形下降通风道44中。通风道至少在一圈的三分之一 (优选在一圈的一 半到四分之三之间)上围绕阀杆42盘旋，从而进来的空气被强制成在进入 汽缸之前围绕阀杆42转动。由于通风道44围绕阀杆42盘旋，通风道44的顶 47在高度上降低。
涡旋:(空气)供料围绕汽缸轴的有条理的旋转。更具体地说，在发 动机的汽缸中的空气或燃料/空气化合物的"主要部分"涡旋是在导入(吸 入)冲程中测得的围绕汽缸中心线转动的空气或燃料/空气化合物的主体 (即，"主要部分")，。主体涡旋是在导入期间发生在汽缸中的真实的可变 空气运动的平均或参数概念。根据主体涡旋概念，涡旋是围绕主汽缸轴线 为中心的涡流，最大涡旋速度在汽缸的圆周处。
涡旋比(SR):空气或燃料/空气混合物的主体(即"主要部分")围 绕汽缸中心线的的概念上的旋转频率的度量，在导入(吸入)冲程中测得 并与发动机的转速有关，艮P:
涡旋比二在汽缸/发动机速度中的空气旋转频率紊流和微紊流小规模的漩涡运动，通常与空气的非常小的单独部分有关。紊流和微紊流漩涡的频率范围在10-10,000Hz或更高频率，而微紊流的直径与频率相反变化，可以从汽缸的一小部分(几个毫米)到微米。由于粘性耗散，高频紊流通常仅持续非常短的时间，例如2-5度曲柄角。
紊流动能(TKE):与发动机的紊流空气流中的漩涡有关的每单位空气质量的平均动能。
具体实施例方式
详细地参考附图中的图4和图5，附图标记50—般表示依照本发明的具有双重切向螺旋交换通道78的分开式循环发动机的典型实施例。如此处将要更详细地讲述的那样，螺旋交换通道78的下游部分包括整体地连接到螺旋端部分102上的切向流道部分100，这在分开式循环发动机50的膨胀冲程
期间有利地促进快速燃料/空气的混合。
发动机50包括可在图中所示的顺时针方向上围绕曲轴轴线54旋转的曲轴52。曲轴52包括分别地连接到连杆60、 62的相邻的角度上偏移的主导和跟随曲柄行程56、 58。
发动机50还包括限定一对相邻汽缸的汽缸座64。具体地说，发动机50包括压縮缸66和膨胀缸68，压縮缸66和膨胀缸68在与曲轴52相对的汽缸的上端处被缸盖70关闭。
压縮活塞72容纳在压缩缸66中并连接到跟随连杆62，用于活塞72在上部死点(TDC)和下部死点(BDC)之间的往复运动。膨胀活塞74容纳在膨胀缸68中并连接到主导连杆60，用于类似的TDC/BDC往复运动。
缸盖70提供用于气流进入和离开以及在汽缸66、 68之间的结构。按照气流的顺序，缸盖70包括通过其吸入空气被抽入压縮缸66中的吸入通道76、通过其压縮空气被从压縮缸66转移到膨胀缸68的一对切向螺旋交换(XowC)通道78，以及通过其废气被从膨胀缸68排出的排气通道。
进入压縮缸66中的气流由向内打开的提升型吸入阀82控制。进入和离开每个螺旋交换通道78的气流由一对向外打开的提升阀(即，在螺旋交换通道的入口端的交换压缩(XovrC)阀84和在螺旋交换通道的出口端的交换膨胀(XovrE)阀86)控制。每对交换阀84、 86在它们之间在它们各自的交换通道中限定压力室87。流出排气通道80的排出气流由向内打开的提
升型排气阀88控制。这些阀82、 84、 86和88可以诸如机械驱动的凸轮、可变阀启动技术等等任何适当的方式启动。
每个螺旋交换通道78具有设置在其中的至少一个高压燃料喷射器90。燃料喷射器90操作为喷射燃料到交换通道78的压力室87内的压縮空气供料中。
发动机50还包括一个或更多火花塞92或其他点火装置。火花塞90位于膨胀缸68的端部中适当位置处，在那里在膨胀冲程期间可以点燃和燃烧混合的燃料和空气供料。
参考图6，示出包括排气通道80及双重切向螺旋交换通道78的下游部分的通道和缸盖70的内侧的闭合图。如前面所讲述那样，燃料/空气供料必须从交换通道78流入膨胀缸68中，在那里，供料在膨胀冲程期间燃烧并最终在排出冲程期间通过排出通道80排出。在燃烧前，燃料/空气供料必须快速混合并彻底地分散在膨胀缸68内。
两个交换通道78都构造成具有整体地连接到逆时针的螺旋端部分102的基本平直的切向流道部分IOO，该螺旋端设置在向外打开的提升型交换膨胀阀86上方。可选择的，每个流道部分100可以相对于膨胀缸68为切向或径向取向，在燃料/空气供料进入汽缸68时，这种取向决定空气供料的主要的流动方向。还有，可选择的，每个螺旋端部分102可以在顺时针或逆时针方向上盘旋，在燃料/空气供料进入汽缸68时，这种旋转决定供料的旋转或自转(如果有的话)的方向。
可替代地，如果交换通道78的端部分不包括螺旋螺线，交换通道被称作定向交换通道(或定向交换端口)，其能决定主体流或漩涡，但是当燃料/空气供料进入膨胀缸68时，供料没有特定的旋转自转。
在图6的实施例种，每个逆时针螺旋端部分102包括在逆时针方向上围绕保持在孔108中的阔杆106盘旋的通风道104，每个向外打开的交换膨胀阀86的阀杆延伸通过该孔108。螺旋通风道104强迫进入的空气在进入膨胀缸68之前围绕阀杆106旋转。阀杆带有向外打开的阀头109，当阀被安装时，该阀头部分地由于在压力室87中的压力而保持关闭。
每个流道部分100与膨胀缸68的周边成切向。就是说，每个流道部分100在大致与延伸通过膨胀缸68周边中最靠近阀杆的点的切线平行(即，优选为正或负20度，更优选为正或负10度，最好是正或负5度)的流动通路中引导气流进入通风道104中。阀杆106带有向外打开的阀头109，当阀安装后，该阀头部分地由于压力室87中的压力而保持关闭。已经发现，这种其中两个螺旋端部分102在相同方向上盘旋的双重切向螺旋交换通道78组合能明显的促进在分开式循环发动机50中快速的空气/燃料混合。
参考图7-9，示出切向或径向流道部分、加上逆时针螺旋、顺时针螺旋或定向端部分的六个可能的组合。在图7中，交换通道110包括具有如前面图6中示出的逆时针(CCW)螺旋部分114的切向(tan)流道部分U2，以及包括具有顺时针(CW)螺旋部分120的切向流道部分118的交换通道116。
在图8中，交换通道122包括具有逆时针螺旋部分126的径向(md)流道部分124，并且交换通道128包括具有顺时针螺旋部分132的径向流道部分130。径向流道部分124和130分别地在大致与膨胀缸68的中心成径向(即，优选为正或负20度，更优选为正或负10度，最好是正或负5度)的流动通路内将气流引导到螺旋部分126和132的通风道中。
在图9中，交换通道134包括具有定向(dir)端部分138的径向流道部分136，和交换通道140包括具有定向端部分144的切向流道部分142。当燃料/空气供料进入膨胀缸68时，定向的端部分138和144不会赋予该供料任何特定的旋转自转。然而，供料的主体流动通路仍由流道136和142的取向决定，即，对于径向流道136是朝向膨胀缸68的中心，对于切向流道142是切向地沿汽缸68的周边。
在常规发动机中，被认可的用于实现用于燃烧的适当的空气运动的方法很大程度依赖于两个独立的现象，称做涡旋和紊流。涡旋是汽缸中主体空气旋转运动的生成，例如大的旋转涡流，其外径被汽缸孔直径限制，从而在空气中有相当多的动能。在压縮的后面的阶段中，这一主体涡旋运动被转化成紊流。更具体地说，涡旋运动被转化成非常小规模的"微紊流"，即，量级在汽缸直径的1/100，000到1/100的大量小规模漩涡。这些微紊流漩涡理想地在适当时刻是在燃烧区域中，从而它们使火焰前部起皱以产生更大的区域让火焰扩展，g卩，接近未被燃烧的燃料和空气。
在常规发动机中，入口端口 (或通道)为在吸入冲程期间主体漩涡的
ii产生负责，而活塞顶在大约TDC周围接近缸盖对将涡旋转变成紊流负责。 因此，发展入口通道以便发展它们的产生漩涡的能力，以术语"涡旋比"
(SR)来评估，涡旋比涉及涡流速度对发动机速度。可以使用专门的流器 械测量涡旋比，或者近来，可以使用计算机流体动力(CFD)技术计算涡 旋比。使用CFD，也可以对后面的漩涡到紊流的转变建模，该转变极大地 受到在盖及/或活塞中的燃烧室特征的形状的影响。用于估计紊流水平的一 个参数是紊流动能(TKE)，是所有涡流(无论大小)的总动量的量度。
对于常规发动机，很大程度上是单独对待这两个过程的进展的，因为 它们发生在发动机运行周期中的不同时间，即，涡旋是在吸入冲程期间而 紊流是在压縮冲程期间。然而，在分开式循环发动机50中，因为空气从交 换通道78到膨胀缸68的流入的发生与TDC如此之近，交换通道自身必须为 涡旋和紊流这两者的产生负责。
对于常规发动机，合理且很好地构造了适于产生漩涡的通道布置；然 而，之前并不知道是否这些相同地布置在分开式循环发动机50中也有效。 另外，发动机因为发动机50包括从膨胀缸68打开出的向外打开的提升 XovrE阀86，而常规发动机几乎普遍地使用开向常规膨胀缸中的向内打开 的提升阀，所以通道布置在分开式循环发动机50中漩涡上的效果的不确定 性程度十分复杂。此外，之前并不知道漩涡产生如何与TKE相关。
并且，发动机先前不知道图7-9中示出的交换通道78的六种结构的每一 个对在分开式循环发动机50中的漩涡和紊流的效果。另外，由于有两个单 独的交换通道78，对每个膨胀缸68总计有至少36种可能的交换通道结构组 合，同样也不知道每个双重交换通道结构会如何影响涡旋和紊流。
参考图IO，因此进行了对排气的预测性CFD研究，其中对于分开式循 环发动机50为了最佳供料运动比较了36种交换通道结构。图表150示出该 研究的结果。数据方格166在图表150的底部水平延伸并安排为36列和5行， 代表对双重交换通道78的36个可能的参数组合。相对紊流动能值沿图表 150的左手侧垂直走行，而相对涡旋比数值沿图表150的右手侧垂直走行。
在方格166内，行156表示两个交换通道78中的第一个的流道部分100 的切向(tan)或径向(rad)取向，而行158表示两个交换通道78中的第一 个的端部分102的顺时针(cw)螺旋、逆时针(ccw)螺旋或定向(dir)
12结构。同样在方格166内，行160表示两个交换通道78中的第二个的流道部 分100的切向(tan)或径向(rad)取向，而行162表示所述两个交换通道 78中的第二个的端部分102的顺时针(cw)螺旋、逆时针(ccw)螺旋或定 向(dir)结构。行162把各种参数组合编号从1到36，以便于参考。这36 种组合的每一个在涡旋比和紊流动能上的效果分别地在线152和154中绘 出。
观察到一种普遍的趋势，即，较高的涡流产生通道也产生较高水平的 TKE。在相同方向具有端部分旋转的双重切向螺旋通道，S口，行164中的 参数组合1和2，既产生最高水平的主体涡旋也产生最高水平的紊流动能。
该预测性工作显示出对于分开式循环发动机50的膨胀缸68， 一种有 效的产生缸内供料运动的手段是使用两个切线螺旋交换通道78 (图6中看 地最清楚)，并安排流道部分100相对于膨胀缸68的周边切向地放出，并且 两个螺旋端部分102在相同方向上旋转(或顺时针或逆时针)。从而，离开 每个通道的空气的旋转方向在相同方向。这样，从每个通道出现的空气的 动能是相加的，因而在汽缸内提供最高的主体运动同时产生最高水平的 TKE。
尽管图4-6表述为示出本发明的示例性实施例，而加入图7-10以示出所 进行的扩展研究以确定所考虑的各种端口布置中的哪一个被预测能提供 最高涡旋比和最高紊流动能值，应该承认可以使用其他替代的具有包括本 发明的预期范围中的特征的交换通道布置。
图ll示出一个这种替代布置的例子，其中相同的附图标记用于表示与 图4-6中所示的那些部件相同或相似的部件或特征。图11示出发动机170， 其基本与图4 (特别是图5)中示出的发动机50相似。汽缸座、活塞和曲柄 机构未示出但是可以与发动机50的那些部件相同。在图11中用点划线66、 68示出压縮缸和膨胀缸。
图11的发动机170还包括缸盖70，其包括与发动机50中的部件相似的 吸入通道76和吸入阀82、排气通道80和排气阀88以及火花塞92。还包括与 发动机50的部件位置相似的双重交换压縮阀84和交换膨胀阀86。
发动机170的不同之处在于双重交换阀由变型的交换通道172连接， 该交换通道在交换阀84、 86之间限定公共的压力室174。交换通道172形成有单个通道部分176，该通道部分与两个交换压缩阀84串行连通。通道部 分176然后分成至少第一分支178和第二分支180，每个通过切向的流道部 分182分别与交换膨胀阀86的一个连接。每个流道部分182与螺旋端部分 184连接，它们可以和发动机50的流道部分100及端部分102相同。如在发 动机50中一样，燃料喷射器90被设置以将燃料喷射到螺旋端部分184附近 的交换通道172的各自分支中。
也可以有多种其他替代实施例。作为非限制性的例子，交换压縮阀可 以连接到Y或X形交换通道，而这些分支被中心或端通道部分连接。交换 歧管将压縮和膨胀汽缸对的不同数量的交换阀连接在一起，这也是可以 的，例如一个或多个交换压縮阀到一个或更多交换膨胀阀。也可以考虑用 歧管连接多于一个汽缸对。同样，如果希望，可以安装燃料喷射器用于将 燃料直接地喷入膨胀缸而非喷入分开式循环发动机的交换通道。此外，将 燃料直接喷入分开式循环压縮点火发动机在本发明的范围内。
虽然己经参照特定实施例描述了本发明，应该理解，可以在所描述的 该创造性概念的精神和范围内进行许多改变。因此，本发明并不是要限于 所述实施例，而是具有由所附权利要求中的语言限定的全部范围。
权利要求
1.一种分开式循环发动机，包括能够围绕所述发动机的曲轴轴线旋转的曲轴；压缩活塞，所述压缩活塞能够滑动地容纳在压缩缸内并操作地连接到所述曲轴，从而在所述曲轴旋转一圈的过程中所述压缩活塞往复运动通过吸入冲程和压缩冲程；膨胀活塞，所述膨胀活塞能够滑动地容纳在膨胀缸内并操作地连接到所述曲轴，从而在所述曲轴旋转一圈的过程中所述膨胀活塞往复运动通过膨胀冲程和排气冲程；及将所述压缩缸和膨胀缸互连的螺旋交换通道，所述螺旋交换通道包括交换压缩阀和交换膨胀阀，在所述交换压缩阀和交换膨胀阀之间限定压力室，在所述螺旋交换通道的下游部分中的基本直的流道部分，及螺旋端部分，所述螺旋端部分整体连接到所述流道部分并设置在所述交换膨胀阀上方，所述交换膨胀阀具有阀杆和头部，所述螺旋端部分包围围绕所述阀杆盘旋的通风道，其中所述通风道强迫进入的空气在进入所述膨胀缸之前围绕所述阀杆旋转。
2. 根据权利要求l所述的分开式循环发动机，其中，所述螺旋交换通 道还包括一对螺旋交换通道，其中每对螺旋交换通道的所述螺旋端部分在 相同方向盘旋。
3. 根据权利要求l所述的分开式循环发动机，其中，所述流道部分是 切向流道部分，所述流道部分在相对于延伸通过所述膨胀缸的周边中的最 靠近所述阀杆的点的切线在正或负20度内平行的流动通路中将空气流引导进所述螺旋端部分的所述通风道中。
4. 根据权利要求2所述的分开式循环发动机，其中，所述对螺旋交换 通道还包括一对切向流道部分，所述一对切向流道部分在相对于延伸通过 所述膨胀缸的周边中的最靠近每个阀杆的每一点处的每个切向线在正或 负20度内平行的流动通路中将空气流引导进每个所述螺旋端部分的所述通风道中。
5. 根据权利要求4所述的分开式循环发动机，其中，每个螺旋端部分在顺时针方向上盘旋。
6. 根据权利要求4所述的分开式循环发动机，其中，每个螺旋端部分 在逆时针方向上盘旋。
7. 根据权利要求l所述的分开式循环发动机，其中，所述交换膨胀阀 是向外打开的提升阀。
8. 根据权利要求l所述的分开式循环发动机，还包括设置在所述交换 通道中的燃料喷射器。
9. 根据权利要求l所述的分开式循环发动机，其中，所述交换通道还 包括从单个通道部分分出的至少第一分支和第二分支；其中所述第一分支包括所述流道部分和设置在所述交换膨胀阀上方 的所述螺旋端部分；及所述第二分支包括整体连接到第二端部分的第二流道部分，所述第二 端部分设置在第二交换膨胀阀上方。
10. 根据权利要求9所述的分开式循环发动机，其中，所述第二分支的所述第二端部分还包括与所述第一分支的所述螺旋端部分在相同方向 盘旋的第二螺旋端部分。
11. 根据权利要求10所述的分开式循环发动机，其中，所述第一分支 的所述流道部分和所述第二分支的所述第二流道部分包括一对切向流道 部分。
12. —种分开式循环发动机，包括能够围绕所述发动机的曲轴轴线旋转的曲轴；压縮活塞，所述压縮活塞能够滑动地容纳在压缩缸内并操作地连接到 所述曲轴，从而在所述曲轴旋转一圈的过程中所述压縮活塞往复运动通过 吸入冲程和压缩冲程；膨胀活塞，所述膨胀活塞能够滑动地容纳在膨胀缸内并操作地连接到 所述曲轴，从而在所述曲轴旋转一圈的过程中所述膨胀活塞往复运动通过 膨胀冲程和排气冲程；及将所述压縮缸和膨胀缸互连的一对切向螺旋交换通道，每个切向螺旋交换通道包括交换压缩阀和交换膨胀阀，在所述交换压縮阀和交换膨胀阀之间 限定压力室，设置在每个交换膨胀阀上方的螺旋端部分，每个交换膨胀阀具有 阀杆和头部，每个螺旋端部分具有围绕螺旋端部分的交换膨胀阀的所述阀 杆盘旋的通风道，其中所述通风道强迫进入的空气在进入所述膨胀缸之前 围绕所述阀杆旋转，并且所述对螺旋交换通道的所述螺旋端部分在相同方 向盘旋，及整体连接到每个螺旋端部分的切线流道部分，所述切线流道部分 在相对于延伸通过所述膨胀缸的周边中的最靠近所述阀杆的点的切线在 正或负20度内平行的流动通路中将空气流引导进所述螺旋端部分的所述 通风道中。
13. 根据权利要求12所述的分开式循环发动机，其中，每个螺旋端部 分在顺时针方向盘旋。
14. 根据权利要求12所述的分开式循环发动机，其中，每个螺旋端部分在逆时针方向盘旋。
15. 根据权利要求12所述的分开式循环发动机，其中，每个交换膨胀阀是向外打开的提升阀。
16. 根据权利要求12所述的分开式循环发动机，还包括设置在每个交 换通道中的燃料喷射器。
全文摘要
本发明公开一种发动机，其具有曲轴。在压缩缸内的压缩活塞被连接到曲轴从而压缩活塞往复通过吸入冲程和压缩冲程。在膨胀缸内的膨胀活塞被连接到曲轴从而膨胀活塞往复通过膨胀冲程和排气冲程。交换通道将压缩缸和膨胀缸互连。该交换通道包括交换压缩阀和交换膨胀阀。流道部分在交换通道的下游部分中，螺旋端部分被整体连接到流道部分。螺旋端部分具有围绕交换膨胀阀的阀杆盘旋的通风道。该通风道强迫进入的空气在进入膨胀缸之前围绕阀杆旋转，以提高在缸内的空气/燃料供料中的紊流动能。
文档编号F02B33/22GK101688466SQ200880022798
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月11日 优先权日2007年8月7日
发明者加雷思·罗伯茨, 伟 李, 马克·图斯英 申请人:史古德利集团有限责任公司