KR20130111560A - 스플릿-사이클 공기 하이브리드 v-엔진 - Google Patents

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KR20130111560A
KR20130111560A KR1020137010642A KR20137010642A KR20130111560A KR 20130111560 A KR20130111560 A KR 20130111560A KR 1020137010642 A KR1020137010642 A KR 1020137010642A KR 20137010642 A KR20137010642 A KR 20137010642A KR 20130111560 A KR20130111560 A KR 20130111560A
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compression
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KR1020137010642A
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포드 에이. 필립스
스티븐 피. 스쿠데리
더글라스 에이. 맥키
Original Assignee
스쿠데리 그룹, 인크.
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Publication date
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Abstract

개선된 효율을 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진이 개시되고 압축 실린더의 중심 라인은 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치되어 상기 엔진은 V-자형 배열을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 각각의 실린더들의 중심 라인들은 크랭크샤프트의 회전축에 평행하지만 오프셋된 축을 교차한다. 또한 모듈식의 교차 통로들, 교차 통로 매니폴더들, 및 관련된 공기 저장소 밸브 어셈블리들 및 열 제어 시스템이 개시된다.

Description

스플릿-사이클 공기 하이브리드 V-엔진{SPLIT-CYCLE AIR HYBRID V-ENGINE}
본 발명은 스플릿-사이클 엔진들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 V-자 배열을 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진들에 관한 것이다.
명확한 이해를 위하여, 본 출원에서 사용되는 "종래의 엔진"이라는 용어는 잘 알려진 오토 사이클의 모든 4 행정들(흡입, 압축, 팽창 및 배기 행정들)이 상기 엔진의 개별 피스톤/실린더 조합에 포함되어 있는 내부 연소 엔진을 의미한다. 또한, 명확한 이해를 위하여, 선행 기술에 개시되는 엔진들에 적용될 수 있고 본 출원에서 참조되는 바와 같이 "스플릿-사이클 엔진"이라는 용어를 위해 다음과 같은 정의가 제공된다.
여기서 참조되는 스플릿-사이클 엔진은:
크랭크샤프트 축에 대해 회전 가능한 크랭크샤프트;
압축 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 상기 크랭크샤프트에 작동 가능하게 연결되어 상기 크랭크샤프트의 일회전 동안 흡입 행정 및 압축 행정을 통해 왕복 운동하는 압축 피스톤;
팽창 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 상기 크랭크샤프트에 작동 가능하게 연결되어 상기 크랭크샤프트의 일회전 동안 팽창 행정 및 배기 행정을 통해 왕복 운동하는 팽창(파워) 피스톤; 그리고
상기 압축 및 팽창 실린더들을 상호 연결시키고, 내부에 배치된 적어도 하나의 교차팽창(XovrE) 밸브를 포함하지만, 더욱 바람직하게는 압력 챔버를 정의하는 교차압축(XovrC) 밸브와 교차팽창(XovrE) 밸브를 포함하는 교차 통로를 포함한다.
2003년 4월 8일에 Scuderi에게 허여된 미국등록특허 제6,543,222호 및 2005년 10월 11일에 Branyon에게 허여된 미국등록특허 제6,952,923호는, 여기서 참조로서 병합되며, 스플릿-사이클 및 이와 유사한 형식의 엔진들에 관한 광범위한 논의를 포함한다. 또한, 이러한 특허들은 종래의 버전에 해당하는 엔진의 상세한 설명들을 개시하고 있는데, 본 발명은 상기 엔진의 한층 더 발전된 형태를 포함한다.
스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진은 스플릿-사이클 엔진에 공기 저장소 및 다양한 제어들을 결합시킨다. 이러한 결합은 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진이 상기 공기 저장소에서 압축된 공기의 형태로 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 상기 공기 저장소 내의 상기 압축된 공기는 이후에 상기 팽창 실린더에서 사용되어 상기 크랭크샤프트에 파워를 인가한다.
여기서 참조되는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진은:
크랭크샤프트 축에 대해 회전 가능한 크랭크샤프트;
압축 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 상기 크랭크샤프트에 작동 가능하게 연결되어 상기 크랭크샤프트의 일회전 동안 흡입 행정 및 압축 행정을 통해 왕복 운동하는 압축 피스톤;
팽창 실린더 내에 슬라이딩 가능하게 수용되며 상기 크랭크샤프트에 작동 가능하게 연결되어 상기 크랭크샤프트의 일회전 동안 팽창 행정 및 배기 행정을 통해 왕복 운동하는 팽창(파워) 피스톤;
상기 압축 및 팽창 실린더들을 상호 연결시키고, 내부에 배치된 적어도 하나의 교차팽창(XovrE) 밸브를 포함하지만, 더욱 바람직하게는 압력 챔버를 정의하는 교차압축(XovrC) 밸브와 교차팽창(XovrE) 밸브를 포함하는 교차 통로(포트); 그리고
상기 교차 통로에 작동 가능하도록 연결되고 상기 압축 실린더로부터의 압축된 공기를 저장하고 압축된 공기를 상기 팽창 실린더에 공급하도록 선택적으로 작동 가능한 공기 저장소를 포함한다.
2008년 4월 8일자로 Scuderi 등에게 허여된 미국등록특허 제7,353,786호는, 여기서 참조로서 병합되며, 스플릿-사이클 공기-하이브리드 및 이와 유사한 형태의 엔진들에 대하여 광범위한 논의를 포함한다. 또한, 이러한 특허는 종래의 버전에 해당하는 하이브리드 시스템들의 상세한 설명들을 개시하고 있는데, 본 발명은 한층 더 발전된 형태를 포함한다.
도 1을 참조하면, 종래 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진의 일 실시예가 참조번호 10으로 나타낸다. 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(10)은 종래의 엔진의 두 개의 인접한 실린더들을 하나의 압축 실린더(12)와 하나의 팽창 실린더(14)의 조합으로 교체한다. 상기 오토 사이클의 4행정들은 두개의 실린더들(12, 14)에서 "스플릿"되어 압축 실린더(12)는, 관련된 압축 피스톤(20)과 함께, 상기 흡입 및 압축 행정들을 수행하고, 팽창 실린더(14)는, 관련된 팽창 피스톤(30)과 함께, 상기 팽창 및 배기 행정들을 수행한다. 그러므로 상기 오토 사이클은 크랭크샤프트 축(17)에 대한 크랭크샤프트(16) 일회전(360도 CA) 동안 두개의 실린더들(12, 14)에서 완료된다.
상기 흡입 행정 동안, 흡입 공기는 실린더 헤드(33)에 배치된 흡입 포트(19)를 통해 압축 실린더(12) 내부로 흡입된다. 내부-개방(상기 실린더 내부로 그리고 상기 피스톤을 향하여 개방되는) 포펫 흡입 밸브(18)는 흡입 포트(19) 및 압축 실린더(12) 사이의 유체 연결을 제어한다.
상기 압축 행정 동안, 압축 피스톤(20)은 상기 공기 차지를 압축하고, 일반적으로 실린더 헤드(33)에 배치된 교차 통로(또는 포트)(22) 내부로 상기 공기 차지를 이동시킨다. 이것은 압축 실린더(12) 및 압축 피스톤(20)이, 팽창 실린더(14)를 위한 상기 흡입 통로로서의 역할을 하는, 교차 통로(22)로의 고압 가스의 소스임을 의미한다. 예시적인 실시예들에 있어서, 두개 또는 그 이상의 교차 통로들(22)이 압축 실린더(12) 및 팽창 실린더(14)를 서로 연결한다.
스플릿-사이클 엔진(10)(그리고 일반적인 스플릿-사이클 엔진들)의 압축 실린더(12)의 체적(또는 기하학적) 압축비를 상기 스플릿-사이클 엔진의 "압축비"라 하기로 한다. 스플릿-사이클 엔진(10)(그리고 일반적인 스플릿-사이클 엔진들)의 팽창 실린더(14)의 상기 체적(또는 기하하적) 압축비를 상기 스플릿-사이클 엔진의 "팽창비"라 하기로 한다. 실린더의 상기 체적 압축비는 상기 실린더에서 왕복 운동하는 피스톤이 자신의 하사점(BDC) 위치에 있을 때 (모든 리세스들을 포함한) 상기 실린더에서 둘러싸인(또는 트랩된) 부피 대 상기 피스톤이 자신의 상사점(TDC) 위치에 있을 때 상기 실린더에서 둘러싸인 부피(즉, 클리어런스(clearance) 부피)의 비율로 잘 알려져 있다. 특히 여기서 정의된 스플릿-사이클 엔진들에 있어서, 상기 XovrC 밸브가 닫혀 있을 때 압축 실린더의 상기 압축비가 결정된다. 또한, 여기서 정의된 스플릿-사이클 엔진들에 있어서, XovrE 밸브가 닫혀 있을 때 팽창 실린더의 팽창비가 결정된다.
압축 실린더(12) 내부에서의 매우 높은 압축비들(예를 들면, 20 대 1, 30 대 1, 40 대 1, 또는 그 이상) 때문에, 교차 통로 입구(25)에서 외부-개방(상기 실린더와 피스톤으로부터 외부로 멀어지도록 개방하는) 포펫 교차 압축(XovrC) 밸브(24)가 사용되어 압축 실린더(12)로부터 교차 통로(22)로의 흐름을 제어한다. 팽창 실린더(14) 내부에서의 매우 높은 압축비들(예를 들면, 20 대 1, 30 대 1, 40 대 1, 또는 그 이상) 때문에, 교차 통로(22)의 출구(27)에서 외부-개방 포펫 교차 팽창(XovrE) 밸브(26)가 사용되어 교차 통로(22)로부터 팽창 실린더(14)로의 흐름을 제어한다. XovrC 및 XovrE 밸브들(24, 26)의 구동 속도들 및 위상은 교차 통로(22)에서의 압력이 상기 오토 사이클의 모든 4행정들 동안 높은 최소 압력(전체 부하(full load)에서 일반적으로 20 절대압력 또는 그 이상)을 유지하도록 타이밍된다.
적어도 하나의 연료 주입기(28)는, 팽창 피스톤(30)이 자신의 상사점 위치에 도달하기 바로 이전에 일어나는, XovrE 밸브(26) 개방에 대응하여 교차 통로(22)의 출구 단부에서 연료를 상기 가압된 공기 내부로 주입한다. 팽창 피스톤(30)이 자신의 상사점 위치에 도달한 다음 바로 직후에 상기 공기/연료 차지가 팽창 실린더(14) 내부로 들어간다. 피스톤(30)이 자신의 상사점 위치로부터 하강하기 시작할 때, XovrE 밸브(26)가 여전히 개방되어 있는 동안, 실린더(14) 내부로 돌출된 스파크 플러그 팁(39)을 포함하는, 스파크 플러그(32)가 점화되어 스파크 플러그 팁(39) 둘레의 영역에서 연소를 개시한다. 연소는 상기 팽창 피스톤이 자신의 상사점(TDC) 위치를 지난 후 1과 30도 CA 사이에 있을 때 개시될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 연소는 상기 팽창 피스톤의 자신의 상사점(TDC) 위치를 지난 후 5와 25 각도 CA 사이에 있을 때 개시될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 연소는 상기 팽창 피스톤이 자신의 상사점(TDC) 위치를 지난 후 10과 20 각도 CA 사이에 있을 때 개시될 수 있다. 또한, 연소는 글로 플러그들(glow plugs)과 같은 다른 점화 장치들 및/또는 방법들, 마이크로웨이브 점화 장치들(microwave ignition devices) 또는 압축 점화 방법들(through compression ignition methods)을 통해 개시될 수 있다.
상기 배기 행정 동안, 배기 가스들은 실린더 헤드(33)에 배치된 배기 포트(35)를 통해 팽창 실린더(14)로부터 펌핑된다. 배기 포트(35)의 입구(31)에 배치된, 내부-개방 포펫 배기 밸브(34)는 팽창 실린더(14) 및 배기 포트(35) 사이의 유체 연결을 제어한다. 배기 밸브(34) 및 배기 포트(35)는 교차 통로(22)로부터 분리되어 있다. 즉, 배기 밸브(34) 및 배기 포트(35)는 교차 통로(22)와 접촉하지 않는다.
스플릿-사이클 엔진 개념과 함께, 압축 및 팽창 실린더들(12, 14)의 기하하적 엔진 파라미터들(예를 들면, 보어(bore), 행정, 커넥팅 로드 길이, 압축비, 등)은 일반적으로 서로 독립적이다. 예를 들면, 압축 실린더(12) 및 팽창 실린더(14)를 위한 크랭크 쓰로우들(36, 38)은 각각 다른 반경을 가지며 서로 다른 위상을 가져 압축 피스톤(20)의 TDC 이전에 팽창 피스톤(30)의 TDC가 일어난다. 이러한 독립성은 스플릿-사이클 엔진(10)이 전형적인 4-행정 엔진들보다 더 높은 효율 레벨들 및 더 큰 토크들을 달성할 수 있도록 한다.
스플릿-사이클 엔진(10)에서 엔진 파라미터들의 기하하적 독립성은 또한 전술한 바와 같이 압력이 교차 통로(22)에서 유지되어야 하는 주된 이유들 중 하나이다. 구체적으로, 상기 압축 피스톤이 자신의 TDC 위치에 도달하기 이전에 팽창 피스톤(30)은 이격된 위상각(일반적으로 10 및 30 크랭크 각도 사이)만큼 자신의 TDC 위치에 도달한다. 이러한 위상각은, XovrC 밸브(24) 및 XovrE 밸브(26)의 적절한 타이밍과 함께, 스플릿-사이클 엔진(10)이 교차 통로(22)의 압력을 자신의 압력/체적 사이클의 모든 4행정들 동안 높은 최소 압력(전체 하중 동작(full load operation) 동안 일반적으로 20 절대압력 또는 그 이상)으로 유지할 수 있게 한다. 즉, 스플릿-사이클 엔진(10)은 XovrC 밸브(24) 및 XovrE 밸브(26)의 타이밍을 조절하여 상기 XvorC 및 XovrE 밸브들 모두가 팽창 피스톤(30)이 자신의 TDC 위치에서 자신의 BDC 위치로 하강하고 동시에 압축 피스톤(20)이 자신의 BDC 위치로부터 자신의 TDC 위치로 상승하는 실질적인 시간 주기(또는 크랭크샤프트 회전 주기) 동안 개방되도록 한다. 교차 밸브들(24, 26) 모두가 개방된 상기 시간 주기(또는 크랭크샤프트 회전) 동안, 실질적으로 동일한 가스 질량이 (1) 압축 실린더(12)로부터 교차 통로(22) 내부로 그리고 (2) 교차 통로(22)로부터 팽창 실린더(14) 내부로 이동된다. 따라서, 이러한 주기 동안, 상기 교차 통로 내의 상기 압력이 기 설정된 최소 압력(전체 하중 동작 동안 전형적으로 20, 30 또는 40 절대압력) 이하로 떨어지는 것이 방지된다. 더욱이, 상기 흡입 및 배기 행정들의 실질적인 부분(전형적으로 전체 흡입 및 배기 행정들 중 90% 이상) 동안, XvorC 밸브(24) 및 XovrE 밸브(26) 모두는 개방되어 교차 통로(22) 내에 트랩된 가스 질량을 실질적으로 일정한 레벨로 유지시킨다. 그 결과, 교차 통로(22) 내의 압력이 상기 엔진의 압력/체적 사이클의 모든 4행정들 동안 기 설정된 최소 압력으로 유지된다.
이러한 목적들을 위하여, 교차 통로(22) 내부와 외부로 실질적으로 동일한 질량의 가스를 동시에 전달하기 위하여 팽창 피스톤(30)이 TDC로부터 하강하고 압축 피스톤(20)이 TDC를 향하여 상승하는 동안 XovrC 밸브(24) 및 XovrE 밸브(26)를 개방시키는 방법을 가스 전달의 푸시풀(push-pull) 방법이라 하기로 한다. 상기 푸시풀 방법은 스플릿-사이클 엔진(10)이 전체 부하로 동작할 때 상기 엔진 사이클의 모든 4행정들 동안 스플릿-사이클 엔진(10)의 교차 통로(22) 내의 압력을 일반적으로 20 절대압력 또는 그 이상으로 유지시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 배기 밸브(34)는 교차 통로(22)로부터 분리되도록 실린더 헤드(33)의 배기 포트(35)에 배치된다. 배기 밸브(34)의 구조적 배열이 교차 통로(22) 내에 배치되지 않고, 이로 인해 배기 포트(35)가 교차 통로(22)와 어떠한 공통 부분도 공유하지 않는 것이 상기 배기 행정 동안 교차 통로(22) 내에 트랩된 공기의 질량을 유지시키기 위하여 바람직하다. 따라서, 상기 교차 통로 내의 압력을 기 설정된 최소 압력 이하로 떨어뜨릴 수 있는, 큰 사이클 압력 감소들(large cyclic drops in pressure)이 방지된다.
XovrE 밸브(26)는 팽창 피스톤(30)이 자신의 상사점 위치에 도달하기 바로 전에 개방된다. 이 때, 상기 교차 통로 내의 최소 압력이 일반적으로 20 절대압력 또는 그 이상이고 상기 배기 행정 동안 상기 팽창 실린더의 압력이 일반적으로 1 내지 2 절대압력이라는 사실 때문에, 교차 통로(22) 내의 압력 및 팽창 실린더(14) 내의 압력 비율이 높다. 바꾸어 말하면, XovrE 밸브(26)가 개방될 때, 교차 통로(22) 내이 압력이 팽창 실린더(14) 내의 압력보다 실질적으로 더 높다(일반적으로 20 대 1 또는 그 이상). 이러한 높은 압력비는 상기 공기 및/또는 연료 차지의 초기 흐름이 팽창 실린더(14)로 높은 속도로 흐를 수 있게 한다. 이러한 높은 흐름 속도들은 음속이라고 하는, 소리의 속도에 도달할 수 있다. 이러한 음속의 흐름은, 팽창 피스톤(30)이 자신의 상사점 위치로부터 하강하는 동안 점화가 개시될 지라도 스플릿-사이클 엔진(10)이 높은 연소 압력들을 유지할 수 있도록 하는, 빠른 연소 동작(rapid combustion event)을 유발시키기 때문에 스플릿-사이클 엔진(10)에 있어 바람직하다.
스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(10)은 또한 공기 저장소(탱크)(40)를 포함하고, 상기 공기 저장소는 공기 저장소 탱크 밸브(42)에 의해 교차 통로(22)에 작동 가능하도록 연결된다. 두개 또는 그 이상의 교차 통로들(22)을 갖는 실시예들은 공통 공기 저장소(40)에 연결된 각각의 교차 통로(22)를 위한 탱크 밸브(42)를 포함할 수 있거나, 각각의 교차 통로(22)는 별개의 공기 저장소들(40)에 작동 가능하도록 연결될 수 있다.
탱크 밸브(42)는 전형적으로 공기 탱크 포트(44)에 배치되고, 상기 공기 탱크 포트는 교차 통로(22)로부터 공기 탱크(40)로 연장한다. 공기 탱크 포트(44)는 제1 공기 탱크 포트 섹션(46) 및 제2 공기 탱크 포트 섹션(48)으로 분리된다. 제1 공기 탱크 포트 섹션(46)은 공기 탱크 밸브(42)를 교차 통로(22)로 연결시키고, 제2 공기 탱크 포트 섹션(48)은 공기 탱크 밸브(42)를 공기 탱크(40)로 연결시킨다.
제1 공기 탱크 포트 섹션(46)의 체적은 탱크 밸브(42)가 닫혀 있을 때 탱크 밸브(42)를 교차 통로(22)로 연결시키는 모든 추가적인 리세스들의 체적을 포함한다. 바람직하게는, 제1 공기 탱크 포트 섹션(46)의 체적은 교차 통로(22)의 체적에 비하여 작다(예를 들면, 약 20% 이하). 더욱 바람직하게는, 제1 공기 탱크 포트 섹션(46)은 실질적으로 존재하지 않고, 즉, 탱크 밸브(42)는 교차 통로(22)의 외측 벽과 동일한 평면으로 배치되는 것이 가장 바람직하다.
탱크 밸브(42)는 어떤 적당한 밸브 장치 또는 시스템일 수 있다. 예를 들면, 탱크 밸브(42)는 압력-구동형 체크 밸브, 또는 다양한 밸브 구동 장치들(예를 들면, 공압식, 수압식, 캠, 전기식, 또는 이와 유사한 장치)에 의해 구동되는 능동형 밸브일 수 있다. 또한, 탱크 밸브(42)는 두개 또는 그 이상의 구동 장치들로 구동되는 두개 또는 그 이상의 밸브들을 갖는 탱크 밸브 시스템을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 Scuderi 등에게 허여된 미국등록특허 제7,353,786호에서 설명된 바와 같이, 공기 탱크(40)가 사용되어 압축된 공기 형태로 에너지를 저장하고 이후에 압축된 공기를 사용하여 크랭크샤프트(16)에 파워를 인가한다. 포텐셜 에너지를 저장하기 위한 이러한 기계적 수단은 현재 기술 상태에 비하여 수많은 장점들을 제공한다. 예를 들면, 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(10)은 디젤 엔진들 및 전기-하이브리드 시스템들과 같은, 다른 기술들에 비하여 비교적 낮은 제조 및 폐기물 처분 비용들로 연료 효율 게인들(gains) 및 NOx 방출 감소에서 많은 장점들을 제공할 수 있다.
공기 하이브리드 스플릿-사이클 엔진(10)은 일반적으로 정규 작동 모드(normal operating mode)(엔진 연소(engine firing(EF)) 모드 또는 정규 연소(normal firing(NF)) 모드라고 불리기도 함) 및 네 개의 기본적인 공기 하이브리드 모드들로 작동한다. 상기 EF 모드에서, 엔진(10)은 공기 탱크(40)의 사용 없이 일반적으로 여기서 상술한 바와 같이 작동한다. 상기 EF 모드에서, 탱크 밸브(42)는 닫힌 상태로 유지되어 공기 탱크(40)를 기본적인 스플릿-사이클 엔진(10)으로부터 분리시킨다.
상기 네 개의 하이브리드 모드들에 있어서, 엔진(10)은 공기 탱크(40)를 사용하여 작동한다. 상기 네 개의 하이브리드 모드들은:
1) 공기 팽창기 (Air Expander (AE)) 모드, 연소없이 공기 탱크(40)로부터 압축된 공기 에너지를 사용하는 것을 포함함;
2) 공기 압축기 (Air Compressor (AC)) 모드, 연소없이 공기 탱크(40)로부터 압축된 공기 에너지를 저장하는 것을 포함함;
3) 공기 팽창기 및 연소 (Air Expander and Firing (AEF)) 모드, 연소와 함께 공기 탱크(40)로부터 압축된 공기 에너지를 사용하는 것을 포함함; 그리고
4) 연소 및 차징 (Firing and Charging (FC)) 모드, 연소와 함께 압축된 공기 에너지를 공기 탱크(40) 내부로 저장하는 것을 포함함.
스플릿-사이클 엔진(10)에 있어서, 압축 및 팽창 실린더들(12, 14)은 서로 직렬로 위치하고 교차 통로(22)가 형성된 공통 실린더 헤드(33)를 공유한다. 또한, 공통 헤드(33)는 몇 개의 냉각 통로들(도시되지 않음)을 포함함으로써 엔진 냉각수가 헤드(33)를 통해 펌핑되어 압축 실린더(12), 팽창 실린더(14), 및 교차 통로(22)로부터 열을 제거할 수 있다.
또한, 실린더 헤드(33)에서 이용가능한 공간의 상대적 부족으로 인해 교차 통로(들)(22) 및 공기 저장소 제어 밸브(들)(42) 상에 원하지 않는 크기 및 형상 제약들이 발생한다. 예를 들면, 교차 통로(22) 또는, 밸브(42)를 교차 통로(22)에 연결시키는 제1 공기 탱크 포트 섹션(46)은 곡선으로 이루어져 상기 다양한 냉각 통로들을 뚫고 나가거나 이들에 너무 가까워지는 것을 회피할 수 있다. 상기 만곡된 교차 통로들은 필요 이상으로 더 길어질 수 있고, 이로 인해 열 손실들을 증가시키거나 효율을 감소시킬 수 있다. 만곡된 제1 탱크 포트 섹션(46)은 상기 교차 통로의 체적과 원하지 않게 결합되어 상기 교차 통로 내의 압력을 감소시키고 또한 효율을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 공통 헤드가 너무 복잡하게 되어 상기 냉각 통로들을 뚫고 나가거나 이들에 너무 가까워지도록 하지 않고 탱크 밸브(42)를 교차 통로(22)에 연결시키는 것이 매우 어려울 수 있다(사실상 불가능하지는 않지만).
나아가, 일반적으로 실린더 헤드(33)에 교차 통로(22)를 형성하는 데 이용되는 캐스팅 공정이 교차 통로(22)에서의 공기 흐름을 방해하는 구조물들(artifacts)을 제조하는 단계를 남기고 원하지 않게 교차 통로(들)(22)의 형상 및 크기를 제한한다. 따라서, 개선된 스플릿-사이클 엔진 배열들에 대한 요구가 있다.
개선된 효율을 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진이 개시되고 압축 실린더의 중심 라인은 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치되어 상기 엔진의 실린더들은 V-자형 배열을 갖는다. 각각의 실린더들의 중심 라인들은 일반적으로 서로 교차하지 않을 때 실제로 "V"자형을 형성하지 않는다. 오히려, 상기 중심 라인들은 상기 크랭크샤프트의 축 방향으로 서로 이격된다(예를 들면, 각 실린더에서 각자의 크랭크 쓰로우들의 두께를 수용한다). 그러나, 상기 크랭크샤프트의 회전축을 따라 보았을 때, 상기 중심 라인들은 "V"자형의 외형을 갖는다. 일 실시예에 있어서, 각각의 실린더들의 중심 라인들은 상기 크랭크샤프트의 회전축과 교차하여 상기 V자형의 정점이 상기 크랭크샤프트의 회전축에 형성된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 압축 실린더 및 상기 팽창 실린더 중 하나 또는 모두는 "오프셋"된 중심 라인을 가지며, 이는 상기 중심 라인들이 상기 크랭크샤프트의 회전축과 교차하지 않음을 의미한다. 본 실시예에 있어서, 상기 실린더들의 중심 라인들은 상기 크랭크샤프트의 회전축 아래에 위치하는(예를 들면, 상기 크랭크샤프트의 회전축에 대하여 상기 실린더들에 반대측 상에 위치하는) 라인과 교차하는 것(예를 들면, 상기 V자의 정점이 형성되는 라인)이 바람직하다. 상기 V자의 정점이 형성되는 라인은 선택적으로 상기 크랭크샤프트의 회전축과 평행할 수 있다. 또한 모듈식의 교차 통로들, 교차 통로 매니폴드들, 열 제어 시스템들, 및 관련된 공기 저장소 밸브 어셈블리들이 개시된다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 일 측면에 있어서, V-자형 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진은 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치하는 중심 라인을 갖는 압축 실린더를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 영이 아닌 각도는 약 10도 내지 약 120도의 범위 내에 있다. 상기 영이 아닌 각도는 약 30도, 약 45도, 및 약 60도로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 다른 측면에 있어서, 스플릿-사이클 엔진은 압축 실린더에 연결된 제1 실린더 헤드, 팽창 실린더에 연결된 제2 실린더 헤드, 및 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들의 외부에 형성되고 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들 사이에서 유체를 선택적으로 이송시키도록 구성된 적어도 하나의 교차 통로를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 엔진은 공기 하이브리드 엔진이고 상기 적어도 하나의 교차 통로는 공기 저장소를 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들과 선택적으로 유체 연결시키는 공기 저장소 밸브를 포함한다. 상기 적어도 하나의 교차 통로는 제1 및 제2 교차 통로들을 포함하고, 각각의 교차 통로들은 관련된 교차 압축 밸브 및 교차 팽창 밸브를 가질 수 있다. 상기 교차 압축 밸브들 및 상기 교차 팽창 밸브들은 외부 개방형일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 공기 저장소 밸브는 외부 개방형일 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 또 다른 측면에 있어서, 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진은 크랭크샤프트 축에 대하여 회전하는 크랭크샤프트 및 상기 크랭크샤프트 축과 평행하고 오프셋된 오프셋 축을 교차하는 중심 라인을 갖는 압축 실린더를 포함한다. 상기 엔진은 또한 상기 오프셋 축을 교차하는 중심 라인을 갖는 팽창 실린더를 포함하고, 상기 오프셋 축을 따라 보았을 때 상기 압축 실린더의 중심 라인은 상기 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치한다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 또 다른 측면에 있어서, 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진은 크랭크샤프트 축에 대하여 회전하는 크랭크샤프트, 상기 크랭크샤프트 축과 교차하지 않는 중심 라인을 갖도록 오프셋된 제1 실린더, 및 중심 라인을 갖는 제2 실린더를 포함하고, 상기 제1 실린더의 중심 라인은 상기 제2 실린더에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치한다. 상기 제1 실린더는 압축 실린더이거나 상기 제1 실린더는 팽창 실린더일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 실린더의 중심 라인이 상기 크랭크샤프트 축과 교차하지 않도록 상기 제2 실린더는 오프셋된다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따른 또 다른 측면에 있어서, 스플릿-사이클 엔진은 압축 실린더에 연결된 제1 실린더 헤드, 팽창 실린더에 연결된 제2 실린더 헤드, 및 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들 사이에서 유체를 선택적으로 이송시키도록 구성되는 열 제어 교차 매니폴드를 포함하고, 상기 매니폴드는 적어도 하나의 절연 교차 통로 및 적어도 하나의 냉각 교차 통로를 구비한다. 일 실시예에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 엔진의 동작 조건에 따라 상기 적어도 하나의 냉각 교차 통로 또는 상기 적어도 하나의 절연 교차 통로 중 어느 하나를 통하도록 유체를 선택적으로 전환시키도록 구성된 다수개의 밸브들을 포함한다. 상기 엔진은 또한 엔진 냉각수가 흐르는 하나 또는 그 이상의 유체 자켓들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 유체 자켓들은 상기 적어도 하나의 냉각 교차 통로에 인접하게 배치될 수 있다. 또한 절연 물질이 상기 적어도 하나의 절연 교차 통로 둘레에 배치될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 절연 물질은 세라믹일 수 있다. 상기 절연 교차 통로는 가열될 수 있다.
본 발명의 특징들 및 기타 이점들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 종래의 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 사시 단면도이다.
도 3은 도 2의 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 4-4 라인을 따라 절단한 단면 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오프셋 실린더 중심 라인들을 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 4의 6-6 라인을 따라 절단한 도 4의 공기 저장소 밸브 어셈블리를 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 도 4의 7-7 라인을 따라 절단한 도 4의 공기 저장소 밸브 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 제어 교차 매니폴드를 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 사시 단면도이다.
도 9는 교차 통로들 및 제1 배열의 제어 밸브들 세트를 갖는 도 8의 열 제어 교차 매니폴드를 나타내는 단면도이다.
도 10은 제2 배열의 제어 밸브들 세트를 갖는 도 8의 교차 매니폴드를 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열 제어 교차 매니폴드를 갖는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진을 나타내는 사시 단면도이다.
도 12는 교차 통로들 및 제1 배열의 제어 밸브들 세트를 갖는 도 11의 열 제어 교차 매니폴드를 나타내는 단면도이다.
도 13은 제2 배열의 제어 밸브들 세트를 갖는 도 11의 교차 매니폴드를 나타내는 단면도이다.
예시적인 실시예들을 설명하여 여기서 개시된 구조물, 기능, 제조물의 원리들, 그리고 방법들, 시스템들, 및 장치들의 사용에 대한 전반적인 이해를 제공한다. 이러한 실시예들 중 하나 또는 그 이상의 실시예들이 첨부된 도면들에 도시되어 있다. 당업자들은 여기서 상세히 설명되고 첨부된 도면들에 도시된 방법들, 시스템들, 그리고 장치들은 비한정적이고 예시적인 실시예들이고 본 발명의 영역은 청구항들에 의해서만 정의됨을 이해할 것이다. 일 실시예와 관련하여 도시되거나 설명되는 특징들은 다른 실시예들의 특징들과 결합될 수 있다. 이러한 수정 및 변경들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에 존재한다.
도 2-4는 본 발명에 따른 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(200)의 일 실시예를 나타낸다. 엔진(200)은 엔진 블록(202), 크랭크샤프트 축(또는 회전축)(228)에 대하여 회전하는 크랭크샤프트(204), 제1 및 제2 실린더 헤드들(206, 208), 제1 및 제2 교차 통로들(210, 212), 및 공기 저장소(214)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 블록(202)은 적어도 하나의 압축 실린더(216) 및 적어도 하나의 팽창 실린더(218)를 정의한다. 도시된 바와 같이, 압축 및 팽창 실린더들(216, 218)의 중심 라인들은 서로에 대하여 영이 아닌 각도(non-zero angle)(A)에서 위치하고 엔진(200)은 크랭크샤프트 축(228)을 따라 보았을 때 V-자형 배열로 구성되어 있다. 각도(A)는 약 0.1도 및 약 120도 사이, 약 5도 및 약 90도 사이, 약 30도 및 약 60도 사이, 약 10도 및 약 30도 사이, 약 60도 및 약 90도 사이, 및/또는 약 45도 및 약 55도 사이일 수 있다. 예를 들면, 각도(A)는 0.1도, 15도, 30도, 45도, 60도, 75도, 90도, 105도, 120도, 150도, 165도, 또는 180도일 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 압축 및 팽창 실린더들(216, 218)은 서로에 대하여 약 54도의 각도(A)로 배열되어 있다.
엔진(200)은 실제 많은 수의 압축 및/또는 팽창 실린더들을 포함할 수 있고, 상기 압축 실린더들의 개수가 팽창 실린더들의 개수와 동일할 필요가 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 실시예에 있어서, 엔진(200)은 하나의 압축 실린더 및 하나의 팽창 실린더를 포함한다. 상기 오토 사이클의 4행정들은 상기 압축 및 팽창 실린더들 상에 "스플릿"되어 압축 실린더(216)는 상기 흡입 및 압축 행정들을 포함하고 팽창 실린더(218)는 상기 팽창 및 배기 행정들을 포함한다. 그러므로 상기 오토 사이클은 크랭크샤프트 일회전(360도 CA)동안 압축 및 팽창 실린더들(216, 218)에서 완료된다.
실린더들(216, 218)의 상부 단부들은 각각의 실린더 헤드들(206, 208)에 의해 폐쇄된다. 압축 및 팽창 실린더들(216, 218)은 왕복을 위하여 압축 피스톤(220) 및 팽창(또는 "파워") 피스톤(222)을 각각 수용한다. 제1 실린더 헤드(206), 압축 피스톤(220) 및 압축 실린더(216)는 압축 실린더(216) 내에서 가변 체적 압축 챔버(224)를 정의한다. 제2 실린더 헤드(208), 팽창 피스톤(222) 및 팽창 실린더(218)는 팽창 실린더(218)에서 가변 체적 연소 챔버(226)를 정의한다.
분리된 실린더 헤드들(206, 208)을 상기 V-자형 형상으로 배열시킴으로써 교차 통로들(210, 212)로 더 좋은 접근을 허용하여, 공기 저장소 밸브(260)를 부착시키는 것을 더 쉽게 함으로써, 공기 저장소(214)의 구성을 용이하게 할 수 있다.
이러한 배열은 또한 공통 실린더 헤드(33)에 상기 교차 통로들을 형성할 필요를 회피하여, 전술한 바와 같이, 상기 압축 및 팽창 실린더들에 대하여 상기 교차 통로들의 독립적인 열적 제어를 가능하게 할 수 있다. 엔진(200)의 V-자형 배열은 교차 통로들(210, 212)의 실질적인 부분을, 예를 들면, 분리된 교차 통로 매니폴드(도시되지 않음)에서, 제1 및 제2 실린더 헤드들(206, 208)의 외부에 위치시킬 수 있다. 따라서, 분리된 냉각 통로들은 단지 상기 교차 통로들을 위하여 설계될 수 있고, 이로 인해 상기 교차 통로들 둘레의 영역을 더욱 개방시키고 접근 가능하도록 하게 할 수 있다. 이것은 상기 교차 통로들이 더욱 일직선으로 더 짧게 형성될 수 있음을 의미하고, 이로 인해 열 손실을 감소시키고 엔진 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 공기 저장소 밸브들(260)은 상기 냉각 통로들과 접촉하거나 이들에 너무 가깝게 위치하게 되는 어떤 구조적 문제들 없이 더욱 용이하게 교차 통로들(210, 212)에 결합되고 공기 저장소(214)에 연결될 수 있다. 더욱이, 공기 저장소(214)의 연결은 일직선으로 이루어질 수 있고 공기 저장소 밸브(들)(260)가 교차 통로들(210, 212)의 외측면과 동일 평면으로 설치되어 교차 통로 압력 및 엔진 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
크랭크샤프트(204)는 크랭크샤프트 축(228)에 대한 회전을 위하여 엔진 블록(202) 내부로 저널(journaled)되고 축방향으로 변위되고 각도가 오프셋되어 위상각을 갖는 제1 및 제2 크랭크 쓰로우들(230, 232)을 포함한다. 제1 크랭크 쓰로우(230)는 제1 커넥팅 로드(236)에 의해 압력 피스톤(220)에 회전 가능하도록 결합되고 제2 크랭크 스로우(232)는 제2 커넥팅 로드(238)에 의해 팽창 피스톤(222)에 회전 가능하도록 결합되어 각자의 실린더들(216, 218) 내에서 피스톤들(220, 222)을 크랭크 쓰로우들(230, 232)의 각도 오프셋 및 실린더들(216, 218), 크랭크샤프트(204), 및 피스톤들(220, 220)의 기하하적 관계들에 의해 결정된 타이밍된 관계로 각각 왕복 운동시킨다. 필요하다면, 피스톤들(220, 222)의 운동 및 타이밍을 관련시키기 위한 또 다른 메커니즘들이 이용될 수 있다.
실린더 헤드들(206, 208)은 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(200)의 원하는 목적들을 달성하기 위하여 적당한 다양한 통로들, 포트들 및 밸브들을 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 제1, 압축-측 실린더 헤드(206)는 흡입 포트(242) 및 압축 실린더(216) 사이의 유체 흐름을 제어하기 위한 내부-개방 흡입 밸브(240)를 포함하도록 구비된다. 실린더 헤드(206)는 또한 압축 실린더(216) 및 교차 통로들(210, 212) 사이의 유체 흐름을 제어하기 위한, 각각의 교차 통로들(210, 212)의 입구들 각각에 제1 및 제2 외부-개방 포펫 교차 압축(XovrC) 밸브들(244, 246)을 포함한다.
상기 흡입 행정 동안, 흡입 공기는 흡입 포트(242)를 통해 흡입 밸브(240)를 거쳐 압축 실린더(216) 내부로 흡입된다. 상기 압축 행정 동안, 압축 피스톤(220)은 상기 공기 차지를 가압하고 상기 공기 차지를 팽창 실린더(218)를 위한 흡입 통로들의 역할을 하는 교차 통로들(210, 212) 내부로 추진시킨다.
도시된 엔진(200)은 또한 제2, 팽창-측 실린더 헤드(208)를 포함한다. 헤드(208)는 교차 통로들(210, 212) 및 팽창 실린더(218) 사이의 유체 흐름을 제어하는, 각각의 교차 통로들(210, 212)의 출구들 각각에 제1 및 제2 외부-개방 포펫 교차 팽창(XovrE) 밸브들(248, 250)을 포함한다. 헤드(208)는 또한 팽창 실린더(218) 및 배기 포트(254) 사이의 유체 흐름을 제어하기 위한 내부-개방 포펫 배기 밸브(252)를 포함한다.
하나 도는 그 이상의 연료 주입기들(도시되지 않음)은 교차 통로들(210, 212)의 출구 단부들에서 XovrE 밸브들(248, 250)의 개방에 대응하여 상기 가압된 공기 내부로 연료를 각각 주입한다. 이와 다르게, 또는 추가적으로, 연료는 팽창 실린더(218) 및/또는 교차 통로들(210, 212) 중 하나 또는 모두 내부로 직접 주입될 수 있다. 상기 연료-공기 차지는 팽창 피스톤(222)이 자신의 상사점 위치에 도달한 직후에 팽창 실린더(218) 내로 전체적으로 들어온다. 피스톤(222)이 자신의 TDC 위치로부터 하강을 시작할 때, 하나 또는 그 이상의 XovrE 밸브들(248, 250)은 여전히 개방되어 있고, 하나 또는 그 이상의 스파크 플러그들(도시되지 않음)은 점화되어 연소를 시작한다(일반적으로 팽창 피스톤(222)의 TDC 이후 10 내지 20 각도 CA 사이에서). 상기 스파크 플러그(들)는 실린더 헤드(208)에 설치되고 점화 제어(도시되지 않음)에 의해 정밀하게 공기 연료 차지들을 점화시키기 위하여 연소 챔버(226) 내부로 연장하는 전극들을 구비한다. 엔진(200)은 또한 디젤 엔진일 수 있고 스파크 플러그 없이 작동될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 더욱이, 엔진(200)은 또한 수소 또는 천연가스와 같은, 일반적으로 피스톤 엔진들을 왕복시키는 데 적당한 연료로 작동하도록 설계될 수 있다.
스파크 플러그가 점화된 후에, XovrE 밸브들(248, 250)은 최종적인 연소 사건(combustion event)이 교차 통로들(210, 212) 내부로 들어오기 전에 폐쇄된다. 상기 연소 사건은 파워 행정에서 팽창 피스톤(222)을 하방으로 추진시킨다. 배기 가스들은 배기 가스들은 상기 배기 행정 동안 배기 밸브(252)를 거쳐 배기 포트(254)를 통해 팽창 실린더(222)로부터 펌핑된다.
교차 통로들(210, 212)은 다양한 배열들을 가질 수 있다. 도시된 엔진(200)은 두개의 교차 통로들(210, 212)을 포함하는 반면, 단지 하나의 교차 통로를 가질 수 있거나 두개 이상의 교차 통로들을 가질 수 있다.
도시된 교차 통로들(210, 212)은 일반적으로 교차 통로들(210, 212)을 실린더 헤드들(206, 208)에 설치하기 위하여 각 단부 상에 형성된 설치 플랜지들(256)을 갖는 연장된 중공형 플로우 튜브를 포함한다. 교차 통로들(210, 212)은 또한 이후에서 상세히 설명하는 바와 같이, 적어도 하나의 공기 저장소 밸브(260)(도 3 참조)를 하우징하는 적어도 하나의 공기 저장소 밸브 어셈블리(258)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 교차 통로들(210, 212)은 일반적으로 원형의 단면 형상을 갖지만, 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 실제 어떠한 단면 형상이라도 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 교차 통로들은 타원형 단면 형상을 가질 수 있다. 교차 통로들(210, 212)은 도시된 바와 같이 일직선일 수 있거나 하나 또는 그 이상으로 만곡되거나 구부러진 부분을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 교차 통로들의 크기나 형상이 조절되어 다른 내부 체적들을 가지고 다른 엔진 하중 범위들을 위한 흐름을 수용할 수 있다. 예를 들면, 교차 통로(210)의 크기가 조절되어 교차 통로(212)의 체적의 약 절반을 가질 수 있다. 따라서, 더 작은 체적 통로(210)는 상기 엔진 하중 범위의 3분의 1 이하에서 주로 사용되고, 더 큰 체적 통로(210)는 상기 엔진 하중 범위의 3분의 1과 3분의 2 사이에서 주로 사용되고, 결합된 통로들(210, 212)은 상기 엔진 하중 범위의 3분의 2 이상에서 주로 사용될 수 있다.
교차 통로들(210, 212)의 공기 저장소 밸브 어셈블리들(258)은 교차 통로들(210, 212) 및 공기 저장소(214) 사이에서의 유체 흐름을 제어한다. 공기 저장소(214)의 크기가 조절되어, 이하에서 설명되는 바와 같이, 압축 피스톤(220)의 다수개의 압축 행정들로부터 압축된 공기 에너지를 수용하고 저장하고, 다양한 공기 하이브리드 모드들에서 엔진(200)의 동작을 원활하게 한다. 각각의 교차 통로(210, 212)는 각자의 공기 저장소에 연결되고/되거나 도시된 바와 같이 하나의 공유하는 공기 저장소(214)에 연결될 수 있다.
엔진(200)에서의 밸브들(예를 들면, 흡입 밸브(240), XovrC 밸브들(244, 246), XovrE 밸브들(248, 250), 배기 밸브(252), 공기 저장소 밸브들(260), 등)은 직접 또는 하나 또는 그 이상의 중간 구성요소들을 거쳐 상기 밸브들을 구동시키고 결합시키기 위한 캠 로브들(cam lobes)을 갖는 캠샤프트들(도시되지 않음)에 의해 작동된다. 각각의 밸브는 자신의 캠 및/또는 자신의 캠샤프트를 포함할 수 있고, 두개 또는 그 이상의 밸브들은 공통 캠들 및/또는 캠샤프트들에 의해 작동될 수 있다.
엔진(200)은 상술한 공기 하이브리드 모드들(즉, AE, AC, AEF 및 FC 모드들) 중 어느 모드에서 작동할 수 있다.
존재하는 스플릿-사이클 엔진들에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 팽창 및 압축 실린더들의 각자의 중심 라인들은 일반적으로 서로 평행하고 상기 클랭크샤프트의 회전축과 교차한다. 도 3의 엔진(200)에 있어서, 압축 실린더(216)의 중심 라인(262) 및 팽창 실린더(218)의 중심 라인(264)은 서로 평행하지 않지만, 크랭크샤프트(204)의 회전축(228)과 교차한다. 그러나, 이것은 항상 상기 경우만 해당하지 않는다. 바꾸어 말하면, 상기 압축 실린더 및 상기 팽창 실린더 중 하나 또는 모두는 "오프셋"될 수 있고, 이것은 상기 크랭크샤프트의 회전축과 교차하지 않는 것을 의미한다. 이러한 실시예들에 있어서, 상기 실린더들의 상기 중심 라인들이 상기 크랭크샤프트의 회전축 아래에 위치하는(예를 들면, 상기 크랭크샤프트의 회전축에 대하여 상기 실린더들에 반대측 상에 위치하는) 라인과 교차하는 것(예를 들면, 상기 V자의 정점이 형성되는 라인)이 바람직하다. 상기 V자의 정점이 형성되는 라인은 선택적으로 상기 크랭크샤프트의 회전축과 평행할 수 있다. 예를 들면, 도 5는 압축 및 팽창 실린더들(216', 218')의 중심 라인들(262', 264')이 크랭크샤프트 축(228')과 교차하지 않는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(200')을 개시한다. 또한, 중심 라인들(262', 264')은 크랭크샤프트 축(228')에 평행하지만 이들과 오프셋된 오프셋 축(266')과 교차한다. 이로 인해 상기 피스톤 스커트 및 상기 실린더 벽 사이의 마찰을 감소시키는 장점이 있다. 또한, V-자형 엔진 블록(202')의 각도(A')가 감소되어, 더 짧은 교차 통로들(210', 212')이 허용된다. 더 짧은 교차 통로들(210', 212')을 갖는 경우, 상기 통로들에 걸쳐 압력 감소 및 열 손실이 적어 엔진 효율을 증가시킨다. 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 오프셋들(즉, 크랭크샤프트 축(228') 및 오프셋 축(266') 사이의 거리들)이 사용될 수 있다.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 공기 저장소 밸브 어셈블리(258)의 일 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 밸브 어셈블리(258)는 교차 통로(즉, 교차 통로들(210, 212))와 함께 직렬로 배치되도록 구성된 종방향 튜브형 부분(longitudinal tubular portion)(268)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 밸브 어셈블리(258)는 상기 교차 통로와 일체로 형성된다. 이와 다르게, 상기 교차 통로는, 밸브 어셈블리(258)의 종방향 튜브형 부분(268)의 각 단부들에 각각 연결되는 제1 및 제2 부분들을 포함할 수 있다. 튜브형 부분(268)은 공기 저장소 밸브(260)의 헤드(272)와의 밀봉 결합을 형성하기 위한 밸브 시트(270)를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 공기 저장소 밸브(260)는 밸브 헤드(272) 및 밸브 스템(274)을 갖는 외부-개방(예를 들면, 튜브형 부분(268)의 내부로부터 멀어지도록 외부로 개방되는) 포펫 밸브이다. 밸브 스템(274)은 튜브형 부분(268)으로부터 상부로 연장하는 밸브 어셈블리(258)의 횡방향 부분(transverse portion)(276)을 통과하도록 연장한다. 횡방향 부분(276)의 내부 및 튜브형 부분(268)의 내부 사이의 유체 연결은 공기 저장소 밸브(260)를 작동함으로써 선택적으로 이루어진다. 튜브형 부분(268)으로부터 반대하는 횡방향 부분(276)의 일단부는, 직접적으로 또는 튜브들, 밸브들 등과 같은 하나 또는 그 이상의 중간 구조물들을 거쳐 공기 저장소(도시되지 않음)와 연결된다.
밸브 스템(274)은 횡방향 부분(276)의 측벽을 통해 슬라이딩 가능한 배치로 연장하여 횡방향 부분(276)의 외부에 배치되는 캠 또는 다른 밸브 구동기에 의해 선형 운동을 할 수 있다. 밀봉 형태는 종래 기술에 알려진 바와 같이 종방향 부분(276) 내의 가압된 유체가 밸브 스템(274)의 표면 둘레를 빠져나가는 것을 허용하지 않고 밸브 스템(274)이 종방향 부분(276)에 대하여 슬라이딩하도록 허용하도록 구비된다. 다양한 다른 밸브 및/또는 하우징 형태들이 사용되어 상기 공기 저장소를 하나 또는 그 이상의 교차 통로들과 선택적으로 유체 연결시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 실린더 헤드 외부에 상기 교차 통로들을 형성함으로써 상기 교차 통로들의 독립적인 열적 제어를 허용할 수 있다. 도 8은 다양한 엔진 작동 파라미터들에 의존하여 상기 교차 통로의 온도를 조절하도록 열 제어 시스템이 채용된 스플릿-사이클 공기 하이브리드 V-자형 엔진(300)의 일 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 엔진(300)은 네 개의 교차 통로들(380, 382, 384, 386)이 형성된 열적 제어 교차 통로 매니폴드(378)를 포함한다. 이러한 교차 통로 매니폴들의 사용은 V-자형 스플릿-사이클 엔진들에 제한되지 않고, 여기서 설명되는 상기 매니폴드들은 또한 전통적인 직렬식 스플릿-사이클 엔진들에 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 매니폴드(378)의 각각의 통로는 자신의 공기 저장소 밸브 어셈블리(358)를 갖는다. 도시된 교차 통로들 및 공기 저장소 밸브들의 개수는 단순히 예시적이며, 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 교차 통로들 및/또는 공기 저장소 밸브들의 어떠한 개수도 사용될 수 있다. 교차 통로들(380, 382)은 공통 XovrC 밸브(344) 및 공통 XovrE 밸브(348)를 공유한다. 이와 유사하게, 교차 통로들(384, 386)은 공통 XovrC 밸브(346) 및 공통 XovrE 밸브(350)를 공유한다. 다른 실시예들에 있어서, 각각의 교차 통로는 자신의 유일한 XovrC 및/또는 XovrE 밸브를 포함하거나, 단일의 XovrC 또는 XovrE 밸브는 두개 이상의 교차 통로들에 의해 공유된다.
도 9는 교차 매니폴드(378)를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 매니폴드(378)의 단부들은 제1 및 제2 실린더 헤드들(306, 308)에 볼트로 연결된다. 매니폴드(378)는 유체 흐름이 XovrC 밸브들(344, 346)에 의해 각각 제어되는 제1 및 제2 XovrC 입구들(388, 390)을 포함한다. 매니폴드(378)는 또한 유체 흐름이 XovrE 밸브들(348, 350)에 의해 각각 제어되는 제1 및 제2 XovrE 출구들(392, 394)을 포함한다. 조절가능한 볼 밸브들(391, 395)은 매니폴드 입구들(388, 390)에 각각 배치되고 조절가능한 볼 밸브들(393, 397)은 매니폴드 출구들(392, 394)에 각각 배치된다. 볼 밸브들(391, 393)의 배열들은 유체가 교차 통로(380) 또는 교차 통로(382)를 통해 입구(388)로 들어오는 방향을 선택적으로 조절할 수 있다. 볼 밸브들(395, 397)의 배열들은 유체가 교차 통로(384) 또는 교차 통로(386)를 통해 입구(390)로 들어오는 방향을 선택적으로 조절할 수 있다. 종래 기술에 알려진 다양한 수단들이 채용되어, 기계식, 유압식, 전자기식, 및/또는 공압식 구동기들을 포함하여, 볼 밸브들(391, 393, 395, 397)의 구성을 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 도시된 볼 밸브들은 본 발명에서 채용될 수 있는 단지 하나의 예시적 타입일 뿐이며, 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 알려진 다양한 밸브 타입들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시예에 있어서, 교차 통로들 사이에서 스위치(switch)가 다수개의 엔진 사이클들(예를 들면, 수십, 수백 등)에 걸쳐 일어날 수 있고, 이는 밸브들(391, 393, 395, 397)이 반드시 빨리-구동될(fast-acuating) 필요가 없고 대신에 더 느리고, 더욱 지속적이거나 비싸지 않는 것들이 사용될 수 있음을 의미한다.
교차 통로들(380, 384)은 내부에 배치되거나 흐르는 유체의 온도를 유지시키거나 상승시키기 위한 특징들을 포함한다. 도 9의 실시예에 있어서, 교차 통로들(380, 384)는 교차 통로들(380, 384) 내부에서 엔진 열을 유지시키도록 구성된 열 절연부(396) 내에서 둘러싸여 있다. 이러한 목적을 위하여, 제한 없이 세라믹, 케블라(Kevlar), 플라스틱, 복합재료(composites) 및 이와 유사한 물질을 포함하여, 다양한 절연 물질들이 사용될 수 있다. 또한, 교차 통로들(380, 384)은 진공 배관(vacuum-lined)될 수 있다(예를 들면, 진공이 형성된 외측 튜브 내에 배치될 수 있다). 엔진(300)은 또한 선택적으로 능동 가열 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 고온 배기 가스들은 교차 통로들(380, 384)과 나란히 형성된 공기 통로들을 통해 흐를 수 있거나, 교차 통로들(380, 384)에 인접하게 배치된 유체 자켓들(fluid jackets)을 통해 펌핑될 수 있는 오일 또는 다른 유체를 가열하도록 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 교차 통로들(380, 384)은 전기 가열 코일에 둘러싸일 수 있다.
교차 통로들(382, 386)은 내부에 배치되거나 흐르는 유체의 온도를 감소시키기 위한 특징들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 유체 자켓들(398)이 교차 통로들(382, 386)과 근접하게 매니폴드(378)에 형성된다. 엔진 냉각제 또는 다른 유체는 유체 자켓들(398)을 통해 흘러 교차 통로들(382, 386)을 냉각시킨다. 냉각 교차 통로들(382, 386)은 또한, 열 싱크들 또는 팬들(heat sinks or fans)과 같은 다른 냉각 메커니즘들을 포함하고 열을 빠르게 방출시키는 것으로 알려진 알루미늄과 같은 물질로 선택적으로 형성될 수 있다.
엔진(300)은 또한 열 제어 컴퓨터(도시되지 않음) 및 관련된 센서들, 온도기들, 구동기들, 및/또는 다른 제어기들을 포함하여 정밀한 온도 제어를 원활하게 한다.
동작에 있어서, 볼 밸브들(391, 393, 395, 397)은 선택적으로 작동되어 상기 압축 실린더로부터 상기 팽창 실린더로 흐르는 유체를 필요에 따라 절연시키거나, 가열시키거나, 또는 냉각시켜 엔진(300)의 효율을 개선시킨다. 예를 들면, 엔진(300)이 처음 시작되고 아직 동작 온도에 도달하지 않았을 때, 밸브들(391, 393, 395, 397)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 배열에 위치하여 상기 압축 실린더 내에서 압축된 유체는 절연 교차 통로들(380, 384)을 통해 흐르고 상기 팽창 실린더 내로 들어가지 전에 가열되고/거나 절연된다. 이러한 배열에서의 유체의 흐름은 도시된 화살표들로 나타낸다. 이러한 배열은 또한 엔진(300)이 낮은 부하들(예를 들면, 상기 엔진이 전체 부하의 약 70% 이하로 작동될 때) 아래에서 작동될 때 사용된다. 상기 들어오는 공기가 상기 팽창 실린더에 도달하기 전에 이를 가열 및/또는 절연시킴으로써, 교차 통로 압력들은 높은 레벨로 유지되어, 전체 효율을 증가시킨다.
엔진(300)이 높은 부하(예를 들면, 상기 엔진이 자신의 평가된 부하의 70% 이상으로 작동될 때)에서 작동할 때, 상기 팽창 실린더로 들어오기 전에 상기 공기 차지를 냉각시켜 불완전 연소를 방지하고 출력 파워를 개선시키는 것이 바람직하다. 따라서, 밸브들(391, 393, 395, 397)이, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 배열에 위치하여 상기 압축 실린더 내에서 압축된 유체는 냉각 교차 통로들(382, 386)을 통해 흐른다. 이러한 배열에서의 유체의 흐름은 도시된 화살표들로 나타낸다. 상기 팽창 실린더 내로 들어가지 전에 공기 차지를 냉각함으로써, 상기 공기 차지의 온도 및 압력이 감소되어 조기-점화(pre-ignition) 및 노킹(knocking)을 방지한다. 냉각 교차 통로들(382, 386)이 사용되는 조건들 하에서는 공기 하이브리드 모드로 작동하는 것이 바람직하지 않으므로, 냉각 교차 통로들(382, 386)은 어떠한 공기 저장소 밸브(358)도 가지지 않을 수 있다.
도 11은 다양한 엔진 작동 파라미터들에 의존하여 상기 교차 통로들의 온도를 조절하는 열 제어 시스템이 채용된 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진(400)의 다른 실시예를 나타낸다. 엔진(400)은, 엔진(400)의 매니폴드(478)가 오직 세 개의 교차 통로들(480, 484, 499)을 갖는 것을 제외하고는, 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 엔진(300)과 실질적으로 동일하다. 바꾸어 말하면, 엔진(300)은 두개의 냉각 교차 통로들(382, 386)을 포함하는 반면, 엔진(400)은 하나의 냉각 교차 통로(499)를 포함한다. 이에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이, 엔진(400)은 제1 및 제2 절연 교차 통로들(480, 484) 및 중앙부 냉각 교차 통로(499)를 포함한다. 엔진(400)은 이와 다르게 제1 및 제 냉각 교차 통로들을 포함하는 대신에 상기 절연 교차 통로들은 하나의 통로로 병합될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
동작에 있어서, 엔진(400)은 상술한 엔진(300)과 실질적으로 동일한 방식으로 작동한다. 낮은 부하 및/또는 낮은 속도 동작 동안, 또는 엔진 시동/예열 동안, 일련의 밸브들(491, 493, 495, 497)은 도 12에 도시된 바와 같이 상기 압축 실린더로부터 절연 교차 통로들(480, 484)을 통해서 유체를 흐르게 하여 상기 팽창 실린더로 들어가기 전에 상기 유체를 절연시키거나 가열시키도록 구성된다. 높은 부하 및/또는 높은 속도 동작 동안, 밸브들(491, 493, 495, 497)은 도 13에 도시된 바와 같이 상기 압축 실린더로부터 중앙부 냉각 교차 통로(499)를 통해서 유체를 흐르게 하여 상기 팽창 실린더로 들어가기 전에 상기 유체를 냉각시키도록 구성된다.
여기서 개시된 엔진들(200, 200', 300, 400)은 넓은 엔진 속도 범위에 걸쳐 신뢰성있게 동작하도록 구성된다. 예시적인 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 엔진들은 적어도 약 4000rpm, 바람직하게는 약 5000rpm, 및 더욱 바람직하게는 약 7000rpm의 속도까지 작동할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 설명된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 교차 밸브들 또는 공기 저장소 밸브들이 내부-개방형일 수 있다. 또한 네 개 이상의 교차 밸브들 및 두 개 이상의 교차 통로들이 존재할 수 있다. 추가적으로, 여기서 개시된 엔진들은 반드시 공기 하이브리드 엔진들일 필요는 없고, V-자형 배열도 하이브리드 스플릿-사이클 엔진들이 아닌 엔진들에도 적용될 수 있다. 이러한 변화들은 단지 예시적인 것이고, 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 변화들도 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않고, 하기의 특허 청구 범위에 의해 정의된 전체 영역을 가질 수 있다.

Claims (20)

  1. 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도(non-zero angle)에서 위치하는 중심 라인을 갖는 압축 실린더를 포함하는 V-자형 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영이 아닌 각도는 약 10도 내지 약 120도의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 영이 아닌 각도는 약 30도, 약 45도, 및 약 60도로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 압축 실린더에 연결된 제1 실린더 헤드;
    팽창 실린더에 연결된 제2 실린더 헤드; 및
    상기 제1 및 제2 실린더 헤드들의 외부에 형성되고 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들 사이에서 유체를 선택적으로 이송시키도록 구성된 적어도 하나의 교차 통로를 포함하는 스플릿-사이클 엔진.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 엔진은 공기 하이브리드 엔진이고 상기 적어도 하나의 교차 통로는 공기 저장소를 상기 제1 및 제2 실린더 헤드들과 선택적으로 유체 연결시키는 공기 저장소 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 교차 통로는 제1 및 제2 교차 통로들을 포함하고, 각각의 교차 통로들은 관련된 교차 압축 밸브 및 교차 팽창 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 엔진.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 교차 압축 밸브들 및 상기 교차 팽창 밸브들은 외부 개방형인 것을 특징으로 하는 엔진.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 공기 저장소 밸브는 외부 개방형인 것을 특징으로 하는 엔진.
  9. 크랭크샤프트 축에 대하여 회전하는 크랭크샤프트;
    상기 크랭크샤프트 축과 평행하고 오프셋된 오프셋 축을 교차하는 중심 라인을 갖는 압축 실린더; 및
    상기 오프셋 축을 교차하는 중심 라인을 갖는 팽창 실린더를 포함하고,
    상기 압축 실린더의 중심 라인은 상기 팽창 실린더의 중심 라인에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치하는 것을 특징으로 하는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 오프셋 축은 상기 크랭크샤프트 축에 대하여 상기 압축 실린더와 상기 팽창 실린더의 반대측에 위치하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  11. 크랭크샤프트 축에 대하여 회전하는 크랭크샤프트;
    상기 크랭크샤프트 축과 교차하지 않는 중심 라인을 갖도록 오프셋된 제1 실린더; 및
    중심 라인을 갖는 제2 실린더를 포함하고, 상기 제1 실린더의 중심 라인은 상기 제2 실린더에 대하여 영이 아닌 각도에서 위치하는 것을 특징으로 하는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 실린더는 압축 실린더인 것을 특징으로 하는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 실린더는 팽창 실린더인 것을 특징으로 하는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제2 실린더의 중심 라인이 상기 크랭크샤프트 축과 교차하지 않도록 상기 제2 실린더는 오프셋된 것을 특징으로 하는 스플릿-사이클 공기 하이브리드 엔진.
  15. 압축 실린더에 연결된 제1 실린더 헤드;
    팽창 실린더에 연결된 제2 실린더 헤드; 및
    상기 제1 및 제2 실린더 헤드들 사이에서 유체를 선택적으로 이송시키도록 구성되고, 적어도 하나의 절연 교차 통로 및 적어도 하나의 냉각 교차 통로를 구비하는 매니폴드를 포함하는 스플릿-사이클 엔진.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 엔진의 동작 조건에 따라 상기 적어도 하나의 냉각 교차 통로 또는 상기 적어도 하나의 절연 교차 통로 중 어느 하나를 통하도록 유체를 선택적으로 전환시키도록 구성된 다수개의 밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  17. 제 15 항에 있어서, 엔진 냉각수가 흐르는 하나 또는 그 이상의 유체 자켓들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 유체 자켓들은 상기 적어도 하나의 냉각 교차 통로에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절연 교차 통로 둘레에 배치되는 절연 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 절연 물질은 세라믹인 것을 특징으로 하는 엔진.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절연 교차 통로는 가열되는 것을 특징으로 하는 엔진.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9109468B2 (en) 2012-01-06 2015-08-18 Scuderi Group, Llc Lost-motion variable valve actuation system
KR101394047B1 (ko) * 2012-12-06 2014-05-12 현대자동차 주식회사 가변 사이클 엔진
EP2971636A1 (en) 2013-03-15 2016-01-20 Scuderi Group, Inc. Split-cycle engines with direct injection
TR201818555T4 (tr) * 2013-07-17 2019-01-21 Tour Engine Inc Ayrık çevrimli motorda makara mekik krosover valfi.
WO2015109256A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 Tour Engine Inc. Variable volume transfer shuttle capsule and valve mechanism
WO2016116928A1 (en) 2015-01-19 2016-07-28 Tour Engine, Inc. Split cycle engine with crossover shuttle valve
GB2535693B (en) * 2015-01-27 2019-05-15 Ricardo Uk Ltd Split Cycle Engine Comprising Two Working Fluid Systems
WO2017104230A1 (ja) * 2015-12-17 2017-06-22 本田技研工業株式会社 内燃機関
US10352233B2 (en) * 2017-09-12 2019-07-16 James T. Ganley High-efficiency two-stroke internal combustion engine
NL2019783B1 (en) * 2017-10-23 2019-04-29 Finvestor B V Combustion engine
WO2020097569A1 (en) 2018-11-09 2020-05-14 Tour Engine, Inc. Transfer mechanism for a split-cycle engine

Family Cites Families (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1936653A (en) 1927-04-28 1933-11-28 Gen Motors Res Corp Slack adjusting mechanism
US2109809A (en) 1932-06-22 1938-03-01 Packard Motor Car Co Internal combustion engine
US2058705A (en) * 1935-04-10 1936-10-27 Maniscalco Pietro Internal combustion engine
US2394354A (en) 1943-03-10 1946-02-05 Gen Motors Corp Hydraulic lash adjuster
US2772667A (en) 1950-01-13 1956-12-04 Daimler Benz Ag Valve-control
US3209737A (en) 1962-06-27 1965-10-05 Mitsubishi Shipbuilding & Eng Valve operating device for internal combustion engine
US3786792A (en) 1971-05-28 1974-01-22 Mack Trucks Variable valve timing system
US3808818A (en) 1972-08-04 1974-05-07 Gen Motors Corp Dual combustion engine and cycle
US3774581A (en) 1972-10-04 1973-11-27 Gen Motors Corp Combination poppet and reed valve
US3880126A (en) 1973-05-10 1975-04-29 Gen Motors Corp Split cylinder engine and method of operation
US3908701A (en) 1973-06-22 1975-09-30 Westinghouse Electric Corp Three stage, double tapered dashpot
US3938483A (en) 1973-08-20 1976-02-17 Joseph Carl Firey Gasoline engine torque regulator
US3949964A (en) 1975-02-13 1976-04-13 Westinghouse Electric Corporation Electromechanically-operated valve
US4133172A (en) 1977-08-03 1979-01-09 General Motors Corporation Modified Ericsson cycle engine
US4224798A (en) 1979-07-05 1980-09-30 Brinkerhoff Verdon C Split cycle engine and method
US4307687A (en) * 1979-12-10 1981-12-29 Edward Holstein Internal combustion engines
US4418657A (en) 1980-11-13 1983-12-06 Wishart John Donald Split cycle internal combustion engines
US4344405A (en) 1980-12-22 1982-08-17 Zaharis Edward J Internal combustion engine
DE3631284C1 (de) 1986-09-13 1987-04-16 Mtu Friedrichshafen Gmbh Mehrzylindrige Dieselbrennkraftmaschine mit niedrigem Verdichtungsverhaeltnis in denZylindern
US4825717A (en) 1988-09-12 1989-05-02 Henley Manufacturing Corporation Rocker arm of the cam-follower type with ribs
JP2700692B2 (ja) 1989-06-30 1998-01-21 スズキ株式会社 ４サイクルエンジンの動弁装置
US4934652A (en) 1989-12-11 1990-06-19 Otis Engineering Corporation Dual stage valve actuator
DE4039351A1 (de) 1990-12-10 1992-06-11 Pierburg Gmbh Elektromagnetisches steuerventil fuer abgasrueckfuehrung
US5193495A (en) 1991-07-16 1993-03-16 Southwest Research Institute Internal combustion engine valve control device
US5555861A (en) 1992-04-27 1996-09-17 Iav Motor Gmbh Drive for gas exchange valves, preferably inlet valves for reciprocating internal combustion engines
DE4335431A1 (de) 1992-11-13 1995-04-20 Iav Motor Gmbh Schaltbarer Ventiltrieb mit Kipphebel und unterliegender Nockenwelle für Gaswechselventile für Verbrennungsmotoren
US5964087A (en) 1994-08-08 1999-10-12 Tort-Oropeza; Alejandro External combustion engine
US5638781A (en) 1995-05-17 1997-06-17 Sturman; Oded E. Hydraulic actuator for an internal combustion engine
FR2748776B1 (fr) 1996-04-15 1998-07-31 Negre Guy Procede de moteur a combustion interne cyclique a chambre de combustion independante a volume constant
JPH1089003A (ja) 1996-09-20 1998-04-07 Hitachi Ltd 容積型流体機械
US5690066A (en) 1996-09-30 1997-11-25 Eaton Corporation Engine valve control actuator with knee action linkage
DE19706895A1 (de) 1997-02-21 1998-08-27 Lorch J Ges & Co Kg Druckluftaufbereitungssystem
JPH10274105A (ja) 1997-03-28 1998-10-13 Nippon Soken Inc Ｅｇｒ制御弁およびそれを用いた排気ガス再循環装置
JP2001518587A (ja) 1997-08-28 2001-10-16 ディーゼル エンジン リターダーズ，インコーポレイテッド 油圧弁アクチュエータ
US6647954B2 (en) 1997-11-17 2003-11-18 Diesel Engine Retarders, Inc. Method and system of improving engine braking by variable valve actuation
WO1999027242A2 (en) 1997-11-21 1999-06-03 Diesel Engine Retarders, Inc. Device to limit valve seating velocities in limited lost motion tappets
US6510824B2 (en) 1997-12-11 2003-01-28 Diesel Engine Retarders, Inc. Variable lost motion valve actuator and method
DE19806520A1 (de) 1998-02-17 1999-08-19 Ruediger Haaga Gmbh Verfahren zum Sterilisieren, Befüllen und Verschließen von Behältern
JPH11311112A (ja) 1998-03-14 1999-11-09 Fev Motorentechnik Gmbh & Co Kg 空気戻しバネを備えたピストン内燃機関用の電磁操作可能なガス交換弁
CA2337056A1 (fr) 1998-07-09 2000-01-20 Guy Negre Procede de fonctionnement de chambre d'expansion de moteur depolluant et chambre d'expansion pour sa mise en oeuvre
WO2000011336A1 (en) 1998-08-19 2000-03-02 Diesel Engine Retarders, Inc. Hydraulically-actuated fail-safe stroke-limiting piston
GB2340881B (en) 1998-08-19 2000-07-19 Benzion Olsfanger An internal combustion engine
WO2000012895A2 (en) 1998-08-26 2000-03-09 Diesel Engine Retarders, Inc. Valve seating control device with variable area orifice
SE514444C2 (sv) 1999-04-08 2001-02-26 Cargine Engineering Ab Förbränningsförfarande vid en kolvförbränningsmotor
JP4711581B2 (ja) 1999-09-16 2011-06-29 ジェイコブス ビークル システムズ、インコーポレイテッド バルブ着座速度制御の方法および装置
US6230742B1 (en) 1999-10-21 2001-05-15 Delphi Technologies, Inc. Poppet valve assembly apparatus having two simultaneously-seating heads
GB0007923D0 (en) 2000-03-31 2000-05-17 Npower A two stroke internal combustion engine
GB0007918D0 (en) 2000-03-31 2000-05-17 Npower Passive valve assembly
DE10115967B4 (de) 2001-03-27 2014-01-09 Volkswagen Ag Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachbehandlung eines Abgases
US6584885B2 (en) 2001-06-12 2003-07-01 Visteon Global Technologies, Inc. Variable lift actuator
US6543225B2 (en) 2001-07-20 2003-04-08 Scuderi Group Llc Split four stroke cycle internal combustion engine
CA2496451A1 (en) 2002-08-20 2004-03-04 Alberto Keel Rocker arm for valve actuation in internal combustion engines
US7140332B2 (en) 2003-01-31 2006-11-28 Klein Jeffrey F Pneumatically actuated valve for internal combustion engines
WO2004072448A2 (en) * 2003-02-12 2004-08-26 D-J Engineering, Inc. Air injection engine
JP3875959B2 (ja) 2003-03-27 2007-01-31 泰彦 渡辺 流量制御弁
MY138166A (en) 2003-06-20 2009-04-30 Scuderi Group Llc Split-cycle four-stroke engine
US8087391B2 (en) 2003-06-26 2012-01-03 Tores Lawrence S Apparatus and methodology for rocker arm assembly
US7228826B2 (en) 2003-12-23 2007-06-12 Caterpillar Inc Internal combustion engine valve seating velocity control
US7156062B2 (en) 2004-04-19 2007-01-02 Jacobs Vehicle Systems, Inc. Valve actuation system with valve seating control
WO2006094213A1 (en) 2005-03-03 2006-09-08 Timken Us Corporation Valve actuator assembly
BRPI0609237A2 (pt) 2005-04-11 2010-03-09 Jacobs Vehicle Systems Inc sistema de atuação de válvula com controle de assento de válvula
US7353786B2 (en) * 2006-01-07 2008-04-08 Scuderi Group, Llc Split-cycle air hybrid engine
US7481190B2 (en) 2006-03-01 2009-01-27 Scuderi Group, Llc Split-cycle engine with disc valve
MY145271A (en) 2006-03-24 2012-01-13 Scuderi Group Llc System and method for split-cycle engine waste heat recovery
US7766302B2 (en) 2006-08-30 2010-08-03 Lgd Technology, Llc Variable valve actuator with latches at both ends
US7513224B2 (en) 2006-09-11 2009-04-07 The Scuderi Group, Llc Split-cycle aircraft engine
JP2010519462A (ja) 2007-02-27 2010-06-03 スクデリ グループ リミテッド ライアビリティ カンパニー 水噴射を伴う分割サイクルエンジン
US7536984B2 (en) 2007-04-16 2009-05-26 Lgd Technology, Llc Variable valve actuator with a pneumatic booster
RU2435047C2 (ru) 2007-08-07 2011-11-27 СКАДЕРИ ГРУП, ЭлЭлСи Двигатель с разделенным циклом со спиральным перепускным каналом
KR101128473B1 (ko) 2007-08-13 2012-03-23 스쿠데리 그룹 엘엘씨 압력 평형 엔진 밸브들
EP2389499B1 (en) 2009-01-22 2015-04-15 Scuderi Group, Inc. Valve lash adjustment system for a split-cycle engine
US8156904B2 (en) 2009-04-17 2012-04-17 Scuderi Group, Llc Variable volume crossover passage for a split-cycle engine
US8763571B2 (en) 2009-05-07 2014-07-01 Scuderi Group, Inc. Air supply for components of a split-cycle engine
US8371256B2 (en) 2009-05-27 2013-02-12 GM Global Technology Operations LLC Internal combustion engine utilizing dual compression and dual expansion processes

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Publication number Publication date
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