KR20160029098A - 스플릿-사이클 엔진의 스풀 셔틀 크로스오버 밸브 - Google Patents

스플릿-사이클 엔진의 스풀 셔틀 크로스오버 밸브 Download PDF

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Abstract

스플릿-사이클 엔진은: 제 1 피스톤을 수용하는 제 1 실린더로서, 상기 제 1 피스톤은 흡기 행정 및 압축 행정을 수행하지만 배기 행정을 수행하지 않는, 제 1 실린더; 제 2 피스톤을 수용하는 제 2 실린더로서, 상기 제 2 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는 제 2 실린더; 밸브를 수용하는 밸브 챔버로서, 상기 밸브는 제 1 실린더 및 제 2 실린더에 선택적으로 유체적으로 커플링하는 내부 챔버를 더 포함하는, 밸브 챔버를 포함하고, 상기 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 그리고 제 1 실린더 및 제 2 실린더에 대해 상대적으로 이동한다.

Description

스플릿-사이클 엔진의 스풀 셔틀 크로스오버 밸브 {SPOOL SHUTTLE CROSSOVER VALVE IN SPLIT-CYCLE ENGINE}
연관 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2013년 7월 17일에 출원된 미국 가출원 제 61/847,551호의 이익을 청구하며, 그 내용은 인용에 의해 전체가 본원에 포함된다.
발명의 분야
본 개시는 일반적으로 또한 스플릿-사이클 엔진(split-cycle engine)으로서 공지된 스플릿-사이클 내연기관(split-cycle internal combustion engine)에 관한 것으로, 더 구체적으로는 크로스오버 밸브(crossover valve)에 관한 것이다.
종래의 내연기관은 하나 또는 그 이상의 실린더들을 포함한다. 각각의 실린더는 통상적으로 흡기, 압축, 연소/파워(power)/팽창, 및 배기 행정으로서 지칭되는 4개의 행정을 수행하는 단일 피스톤을 포함한다. 이러한 4행정은 함께 종래의 내연기관의 완전한 사이클을 형성한다. 그러나, 사이클의 각각의 부분은 작동 유체로부터 피스톤 및 실린더 벽 내로 배출되는 열에 의해 상이하게 영향을 받는다: 흡기 및 압축 동안 높은 레이트(rate)의 열 배출은 효율을 향상시키는 반면 연소/팽창 동안 적거나 전혀 없는 배출은 최상의 효율을 초래한다. 이러한 상충 요건은 피스톤 및 실린더 벽 온도가 각각의 사이클 내에서 저온으로부터 고온으로 그리고 다시 저온으로 용이하게 변화할 수 없기 때문에 단일 실린더에 의해 만족되지 않을 수 있다. 종래의 내연기관의 단일 실린더는 동일한 시간 및 공간에서 (최적 효율 성능을 위한 저온 환경을 요구하는) 압축기 및 (최적 효율 성능을 위한 작동 유체의 고온 환경 및 최적 팽창을 요구하는) 연소기/팽창기 둘다로서 최적화될 수 있다.
종래의 내연기관은 어떠한 유용한 기계적 일도 부가하지 않으면서, 낮은 연료 효율을 가지며-연료 에너지의 1/2 초과가 엔진 구조물 및 배기 출구를 통하여 손실된다. 종래의 내연기관에서의 열적 낭비의 주요 원인은 실제로 유용한 일로 변환되는 총 열보다 더 큰 레이트 및 양으로 열을 홀로 소산하는 필수 냉각 시스템(예를 들면, 라디에이터)이다. 더욱이, 종래의 내연기관은 실린더, 피스톤 및 연소 챔버에서 저 열 배출 방법을 채용함으로써 그리고 상당한 복잡성 및 비용을 부가하는 폐열 회수 방법론에 의해 효율을 단지 미미하게 증가시킬 수 있다.
추가의 비효율성은 흡기 및 압축 행정 동안 실린더 내의 고온으로부터 초래한다. 이러한 고온은 엔진 용적 효율을 감소시키고 피스톤 일을 더 어렵게 하고, 이에 따라 이러한 행정 동안 효율을 감소시킨다.
이론적으로, 압축 비(ratio)보다 더 큰 팽창 비는 내연기관의 엔진 효율을 상당히 증가시킬 것이다. 종래의 내연기관에서, 최대 팽창 비는 전형적으로 최대 압축 비와 동일하다. 더욱이, 종래의 수단은 단지 밸브 타이밍을 통해 압축 비의 감소를 허용하고(예를 들면, Miller 및 Atkinson 사이클) 효율의 증가보다 덜 효율적일 수 있고 이는 모든 4개의 행정들이 단일 실린더에서 실행되지 않았다면 가능하다.
종래의 내연기관의 다른 단점은 불완전한 화학적 연소 공정이며, 이는 효율을 감소시키고 해로운 배기 배출물을 유발한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 다른 것들은 종래에 개시된 이중-피스톤 연소 엔진 구성을 갖는다. 예를 들면, Casaday에 대한 미국 특허 제 1,372,216호는 실린더들 및 피스톤들이 각각의 쌍으로 배열되는 이중 피스톤 연소 기관을 개시한다. 점화 실린더의 피스톤은 압축 실린더의 피스톤 앞으로 이동한다. Thurston 등에 대한 미국 특허 제 3,880,126호는 2-행정-스플리트(split)-사이클 내연기관을 개시한다. 내연기관의 피스톤은 파워 실린더의 피스톤의 앞으로 1/2 행정보다 다소 덜 이동한다. 인덕션 실린더는 충전물(charge)을 압축하고, 충전물을 파워 실린더로 전달하고, 파워 실린더에서 충전물이 이전의 사이클로부터의 연소된 제품의 잔여 충전물과 혼합되고, 점화전에 추가로 압축된다. Scuderi에 대해 미국 특허 출원 제 2003/0015171 A1호는 4행정 사이클 내연기관을 개시한다. 제 1 실린더(파워 실린더) 내의 파워 피스톤은 크랭크샤프트에 연결되고 4행정 사이클의 파워 및 배기 행정을 수행한다. 제 2 실린더(압축 실린더) 내의 압축 피스톤은 또한 크랭크샤프트에 연결되고 크랭크샤프트의 동일한 회전 동안 4행정 사이클의 흡기 및 압축 행정을 수행한다. 제 1 실린더의 파워 피스톤은 제 2 실린더의 압축 피스톤의 앞으로 이동한다. Suh 등에 대한 미국 특허 제 6,880,501호는 한 쌍의 실린더를 가지고 각 사이클은 크랭크샤프트에 연결된 피스톤을 포함하는 내연기관을 개시한다. 하나의 사이클은 흡기 및 압축 행정에 적용된다. 다른 실린더는 파워 및 배기 행정에 적용된다. Brackett에 대한 미국 특허 제 5,546,897호는 2, 4 또는 디젤 엔진 파워 사이클을 수행할 수 있는 다중 실린더 왕복 피스톤 내연기관을 개시한다.
그러나, 위에서 설명된 참조문들은 높은 수준의 밀봉을 구비하고 내구적인 밸브 시스템을 사용하여, 시기 적절한 방식으로 그리고 압축 실린더로부터 파워 실린더로의 압력 손실 없이 작동 유체의 전달을 효과적으로 제어하는 방법을 개시하는데 실패하였다. 게다가, 이러한 참조문들에 개시된 별개의 실린더는 종래의 엔진의 압축 비 아래의 엔진의 유효 압축 비를 감소시키는 실린더들 사이의 상당한 용적의 "비사용 공간(dead space)"을 초래하는 몇몇 종류의 이송 밸브 또는 중간 통로(연결 튜브)에 의해 모두 연결된다.
현재 종래 기술에 존재하는 공지된 타입의 내연기관에 내재하는 전술한 단점의 관점에서, 여기서 설명된 실시형태는 온도 차별화 실린더를 이용하는 스풀 셔틀 크로스오버 밸브 및 연소 챔버(Spool Shuttle Crossover Valve and Combustion Chamber: SSCVCC) 내연기관을 포함하며, 온도 차별화 실린더는 종래의 내연기관보다 더 효율적으로 연료 에너지를 기계적 일로 변환하는 포텐셜을 갖는다. 일부 예시적인 실시형태는 압축 챔버로부터 연소 챔버로의 작동 유체의 효율적이고 신뢰성있는 전달을 용이하게 하기 위한 신규 SSCVCC를 이용한다. 비록 일부 경우에서, 실시형태의 일부 장점들을 증명하기 위해 스풀 셔틀 크로스오버 밸브가 사용되지만, 청구항들은 스풀 셔틀 밸브로 제한되지 않으며 다른 밸브들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, SSCVCC를 구비한 내연기관은 제 2 실린더에 커플링되는 제 1 실린더, 제 1 실린더 내에 배치되고 흡기 및 압축 행정들을 수행하지만 배기 행정은 수행하지 않는 제 1 피스톤, 및 제 2 실린더 내에 배치되고 파워 및 배기 행정들을 수행하지만 흡기 행정들은 수행하지 않도록 구성된 제2 피스톤을 포함한다.
대안적으로, 제 1 및 제 2 실린더들은 SSCVCC의 왕복 운동에 의해 간접적으로 또는 직접적으로 커플링될 수 있는 두 개의 별개의 챔버들로서 고려될 수 있으며, 제 1 피스톤은 제 1 챔버 내에 있고 제 2 피스톤은 제 2 챔버 내에 있으며 스풀 셔틀 내의 연소 챔버는 제 3 챔버이다.
추가의 예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 엔진은 제 1 실린더에 커플링되는 흡기 밸브, 제 2 실린더에 커플링되는 배기 밸브 및 제 1 실린더의 내부 챔버를 제 2 실린더의 내부 챔버에 직접적으로 또는 간접적으로(스풀의 부분인, 별도의 연소 챔버를 통하여) 커플링하는 SSCVCC를 더 포함한다.
추가의 예시적인 실시형태에서, 엔진은 두 개의 피스톤 연결 로드, 압축 크랭크샤프트, 파워 크랭크샤프트 및 두 개의 크랭크샤프트 연결 로드를 포함한다. 연결 로드는 각각의 피스톤을 이들의 각각의 크랭크샤프트에 연결한다. 압축 크랭크샤프트는 회전 운동을 제 1 피스톤의 왕복 운동으로 변환한다. 파워 크랭크샤프트는 제 2 피스톤 왕복 운동을 엔진 회전 출력 운동으로 변환한다. 파워 크랭크샤프트 상대 각도에 대한, 압축 크랭크샤프트 상대 각도는 파워 실린더의 피스톤이 압축 실린더의 피스톤보다 앞으로 이동하도록 위상 각도 지연(위상-지연)을 실행함으로써 서로 상이할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서 위상-지연은 압축 실린더의 피스톤이 파워 실린더의 피스톤보다 앞으로 이동하는 것일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 압축 실린더의 피스톤 및 파워 실린더의 피스톤이 동상으로(위상-지연 없이) 이동한다. 크랭크샤프트 연결 기어 휠 메커니즘은 파워 크랭크샤프트 회전을 압축 크랭크샤프트 회전으로 전달한다. 두 개의 피스톤 및 두 개의 실린더는 서로 인라인으로(in line)(평행하게) 설계될 수 있거나 서로 대향될 수 있다. 두 개의 피스톤 및 두 개의 실린더의 인라인 구성을 갖는 하나의 이 같은 실시형태에서, 낮은 열 전도 재료의 절연 층은 당업계에서 통상적으로 공지된 바와 같이 예를 들면 상대적으로 뜨거운 파워 실린더로부터 상대적으로 차가운 압축 실린더를 분리하기 위해 설치될 수 있다.
추가의 예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 엔진은 제 1 실린더에 커플링된 흡기 포트, 제 2 실린더에 커플링된 배기 포트를 포함한다. 흡기 포트 및 배기 포트는 SSCVCC의 왕복 운동에 의해 개방 및 폐쇄된다. SSCVCC는 제 1 실린더의 내부 챔버를 제 2 실린더의 내부 챔버에 직접적으로 커플링되거나 스풀 셔틀의 부분인 별도의 연소 챔버를 통해 간접적으로 커플링된다.
일부 예시적인 실시형태들에서, SSCVCC는 수 개의 구성요소들: 스풀 실린더, 스풀 셔틀, 스풀 셔틀 내에 배치되는 연소 챔버, 연소 챔버 포트, 압축 측 상의 스풀 링, 팽창 측상의 스풀 링, 스풀 실린더에 장착된 정지(후퇴식) 링, 스풀 연결 로드 및 스풀 크랭크샤프트, 흡기 포트 및 배기 포트로 구성될 수 있다. 연소 챔버는 스풀 왕복 운동의 부분으로서 스풀의 상대 위치에 따라 압축 챔버 및 팽창 챔버로부터 커플링되거나 커플링해제될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 엔진은, 제 1 피스톤을 수용하는 제 1 실린더로서, 여기서 제 1 피스톤은 흡기 행정 및 압축 행정을 수행하지만 배기 행정은 수행하지 않는 제 1 실린더; 제 2 피스톤을 수용하는 제 2 실린더로서, 여기서 제 2 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는, 제 2 실린더; 및 밸브를 수용하는 밸브 챔버로서, 밸브는 제 1 및 제 2 실린더들에 선택적으로 유체적으로 커플링하는 내부 챔버를 포함하고, 여기서 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 그리고 제 1 및 제 2 실린더들에 대해 상대적으로 이동하는, 밸브 챔버를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 내부 챔버는 제 1 실린더와 유체적으로 커플링하고 밸브의 이동 동안 제 2 실린더와 유체적으로 커플링한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브의 이동 동안, 내부 챔버는 제 1 및 제 2 실린더들에 동시에 유체적으로 커플링하고, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더들에 동시에 커플링될 때의 15 크랭크샤프트 각도 내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 갖는다. 일부 추가 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더들에 동시에 유체적으로 커플링될 때 최대 속도 및 최소 가속도를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 제 1 또는 제 2 실린더 어느 것과도 동시에 유체적으로 커플링되지 않고, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 또는 제 2 실린더 어느 것과도 유체적으로 커플링되지 않을 때의 15 크랭크샤프트 각도 내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 갖는다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 또는 제 2 실린더와 유체적으로 커플링되지 않을 때 최대 속도 및 최소 가속도를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤은 내부 챔버가 제 1 실린더에 유체적으로 커플링될 때 이의 상사점(Top Dead Center: TDC)에 도달한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 공기/연료 혼합물을 받기 위한 흡기 포트를 갖는다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 흡기 포트는 밸브의 표면에 의해 폐쇄된다. 일부 예시적인 실시형태에서, 흡기 포트는 포핏 밸브에 의해 폐쇄된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 연소를 개시한다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 상에 배치되고 내부 챔버 내에 스파크를 형성하도록 구성된다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 챔버 내에 배치되고 밸브는 내부 챔버 내에서 연소를 개시하도록 스파크 플러그와 정렬하는 연소 포트를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 유체를 압축함으로써 연소를 개시하도록 구성된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 제 1 피스톤은 이의 상사점에 도달한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 제 2 피스톤은 이의 상사점에 도달한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 피스톤은 이의 각각의 상사점에 동시에 도달한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 밸브와 밸브 챔버 사이에 밀봉 링을 포함한다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는 제 1 밀봉 링 및 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하는 제 2 밀봉 링을 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 내부 챔버를 제 1 및 제 2 실린더에 동시에 유체적으로 커플링하는 포트를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 내부 챔버를 제 1 실린더에 유체적으로 커플링하는 제 1 포트 및 내부 챔버를 제 2 실린더에 유체적으로 커플링하는 제 1 포트를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점(bottom dead center)에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적보다 더 크다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적 보다 작다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트; 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트; 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들에 커플링되고 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 크랭크샤프트 연결 메커니즘을 포함하고, 상기 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 제 1 및 제 2 크랭크샤프트에 각각 커플링되는 제 1 및 제 2 단부를 갖는 크랭크샤프트 연결 로드를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 1 및 제 2 피스톤에 커플링되는 크랭크샤프트를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 1 피스톤에 커플링된 제 1 크랭크샤프트; 제 1 크랭크샤프트에 커플링되는 제 1 기어휠; 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트; 제 2 크랭크샤프트에 커플링되는 제 2 기어 휠; 제 1 및 제 2 기어 휠에 커플링되고 제 1 및 제 2 기어휠들 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 제 3 기어휠을 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 내부 챔버, 압축 챔버, 및 팽창 챔버는 비사용 공간을 최소화하는 크기를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상사점에서 제 1 실린더의 내부 용적은 하사점에서 제 1 실린더의 내부 용적의 1/15 미만이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상사점에서 제 2 실린더의 내부 용적은 하사점에서 제 2 실린더의 내부 용적의 1/15 미만이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실린더는 인라인 구성, 대향 구성, 및 V자형 구성으로부터 선택된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 선형으로(linearly) 그리고 왕복식으로(reciprocally) 이동한다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 밸브는 스풀 밸브(spool valve)이다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실린더들은 서로 열적으로 고립되고 제 1 실린더는 제 2 실린더보다 더 차가운 온도로 유지된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 제 1 실린더의 외부 표면 상에 배치되는 복수의 공기 냉각 리브 및 이의 하우징 내의 복수의 액체 냉각 통로를 포함한다. 일부 추가의 예시적인 실시형태에서, 엔진은 공기 냉각 리브 및 액체 냉각 통로 내에 액체 냉매를 포함하고, 액체 냉매의 온도는 기계적으로 또는 전기적으로 제어된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 제 2 실린더를 추가로 가열하도록 제 2 피스톤에 의해 축출되는 배기 가스에 의해 제공된 열을 이용하기 위한 복수의 배기 가열 통로를 포함하고 제 2 실린더로부터 열 에너지의 누출을 감소하도록 주변 환경으로부터 열적으로 고립된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 회전한다. 일부 전형적인 추가 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 선형적으로 뿐만 아니라 회전식으로 밸브 챔버 내에서 이동한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은: 제 3 피스톤을 수용하는 제 3 실린더를 포함하고, 상기 제 3 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만, 흡기 행정을 수행하지 않고, 내부 챔버는 제 1, 제 2, 및 제 3 실린더들에 선택적으로 유체적으로 커플링되며, 상기 밸브 및 내부 챔버는 제 3 실린더에 대해 상대적으로 이동한다.
예시적인 실시형태에서, 연소 엔진을 작동하는 방법은 제 1 실린더 내의 작동 유체를 압축하는 단계, 작동 유체를 밸브의 내부 챔버로 전달하는 단계, 및 작동 유체를 제 2 챔버에 전달하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 흡기 행정 및 압축 행정을 수행하는 제 2 피스톤을 수용하지만, 배기 행정을 수행하지 않는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하는 제 2 피스톤을 수용하지만, 흡기 행정을 수행하지 않는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 작동 유체를 내연기관으로 전달하는 단계는 압축된 작동 유체를 제 1 실린더로부터 내부 챔버로 전달하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 작동 유체를 제 2 실린더로 전달하는 단계는 압축된 작동 유체를 내부 챔버로부터 제 2 실린더로 전달하는 단계를 포함한다. 상기 밸브는 엔진의 밸브 챔버 내에 수용될 수 있다. 상기 밸브 및 내부 챔버는 엔진의 밸브 챔버 내에서 그리고 제 1 및 제 2 실린더들에 대해 상대적으로 이동할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 그리고 제 1 및 제 2 실린더들에 대해 선형적으로 그리고 왕복식으로 이동한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 내부 챔버를 제 1 및 제 2 실린더에 동시에 유체적으로 커플링하는 포트를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 밸브의 움직임 동안, 내부 챔버와 제 2 실린더를 유체적으로 커플링하지 않으면서 제 1 실린더 및 내부 챔버를 유체적으로 커플링하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더들에 동시에 유체적으로 커플링될 때 15 크랭크샤프트 각도내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더들에 동시에 유체적으로 커플링될 때 최대 속도 및 최소 가속도를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 흡기 포트를 가지며, 상기 방법은 흡기 포트를 통하여 공기/연료 혼합물을 받는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 밸브의 표면으로 흡기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 포핏 밸브로 흡기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 배기 포트를 가지며, 상기 방법은 배기 포트를 통하여 연소 가스를 축출하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 밸브의 표면으로 배기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 포핏 밸브로 배기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 스파크 플러그로 연소를 개시하는 단계를 포함한다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 상에 배치되고 상기 방법은 스파크 플로그로 내부 챔버 내에 스파크를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 챔버 내에 배치되고 상기 밸브는 내부 챔버 내에 연소를 개시하도록 스파크 플러그와 정렬되는 연소 포트를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상기 방법은 유체를 압축함으로써 연소를 개시하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 제 1 피스톤이 상사점에 도달한다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 제 2 피스톤은 이의 상사점에 도달한다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 피스톤은 이들의 각각의 상사점에 동시에 도달한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 밸브와 밸브 챔버 사이에 밀봉 링을 포함한다. 상기 방법의 일부 추가 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는다. 상기 방법의 일부 추가 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동한다. 상기 방법의 일부 추가 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는 제 1 밀봉 링 및 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하는 제 2 밀봉 링을 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점에 있을 때 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적 보다 크다. 상기 방법의 일부 추가 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점에 있을 때 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적 보다 작다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 1 피스톤에 커플링된 제 1 크랭크샤프트; 제 2 피스톤에 커플링된 제 2 크랭크샤프트; 제 1 및 제 2 크랭크샤프트에 커플링되고 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들 사이에서 운동을 전달하도록 구성된 크랭크샤프트 연결 메커니즘을 포함하며, 상기 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들 각각에 커플링되는 제 1 및 제 2 단부들을 갖는 크랭크샤프트 연결 로드를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 엔진은 제 1 및 제 2 피스톤에 커플링되는 단일 크랭크샤프트를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 엔진은 제 1 피스톤에 커플링된 제 1 크랭크샤프트; 제 1 크랭크샤프트에 커플링된 제 1 기어휠; 제 2 피스톤에 커플링된 제 2 크랭크샤프트; 제 2 크랭크샤프트에 커플링된 제 2 기어휠; 및 제 1 및 제 2 기어휠에 커플링되고 제 1 및 제 2 기어휠들 사이로 운동을 전달하도록 구성된 제 3 기어휠을 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 내부 챔버, 압축 챔버, 및 팽창 챔버는 비사용 공간을 최소화하는 크기를 갖는다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 상사점에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적은 제 1 피스톤이 하사점에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적의 1/15 보다 작다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 피스톤이 상사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적의 1/15 보다 작다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실린더는 인라인 구성, 대향 구성, 및 V형 구성으로부터 선택된 구성으로 배열된다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 스풀 밸브이다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 제 1 및 제 2 실린더는 서로 열적으로 고립되고 상기 방법은 제 1 실린더를 제 2 실린더보다 더 차가운 온도로 유지하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 제 1 실린더의 외부 표면 상에 배치되는 복수의 공기 냉각 리브 및 이의 하우징 내의 복수의 액체 냉각 통로를 포함한다. 상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 엔진은 공기 냉각 리브 및 액체 냉각 통로 내에 액체 냉매를 더 포함하고, 상기 방법은 액체 냉매의 온도를 기계적으로 또는 전기적으로 제어하는 단계를 포함한다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 제 2 실린더를 더 가열하도록 제 2 피스톤에 의해 축출되는 배기 가스에 의해 제공되는 열을 이용하기 위한 복수의 배기 가열 통로를 포함하고, 제 2 실린더로부터 열 에너지의 누출을 감소시키도록 주변 환경으로부터 열적으로 고립된다.
상기 방법의 일부 예시적인 실시형태에서, 상기 엔진은 제 3 피스톤을 수용하는 제 3 실린더를 포함하고, 상기 제 3 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만, 흡기 행정을 수행하지 않으며, 내부 챔버는 제 1, 제 2, 및 제 3 실린더들에 선택적으로 유체적으로 커플링되고, 상기 밸브 및 내부 챔버는 제 3 실린더에 대해 상대적으로 이동한다.
도 1은 예시적인 실시형태에 따라, 인라인 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도는 압축 피스톤이 이의 상사점(Top Dead Center: TDC)에 도달하기 전에 50도로 예시되며 상기 파워 크랭크샤프트 각도는 파워 피스톤이이의 TDC에 도달하기 전에40도로 예시된다.
도 2는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며 기 압축 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 전 2O도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전 10도로 예시된다.
도 3은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 10도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC에 예시된다.
도 4는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 앞 5도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 5도로 예시된다.
도 5는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 10도로 예시된다.
도 6은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후에 1O도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 후 20도로 예시된다.
도 7은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 30도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 40도로 예시된다.
도 8은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 TDC 후 60도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 후 70도로 예시된다.
도 9는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 후 90도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 후 100도로 예시된다.
도 10은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 120도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 130도로 예시된다.
도 11은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 상기 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 150도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도는 이의 TDC 후 160도로 예시된다.
도 12는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이며, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 180도로 예시되고 이는 하사점(BDC)이고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 170도로 예시된다.
도 13은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 150도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 140도로 예시된다.
도 14는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 120도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 110도로 예시된다.
도 15는 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 90도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 80도로 예시한다.
도 16은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크 각도가 이의 TDC 전 26도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 TDC에서 예시되고, 스풀 셔틀 내 연소 챔버는 도 1에 도시된 연소 챔버보다 더 작다.
도 17은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 연소 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 13도로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 13도로 예시되고, 스풀 셔틀 내 연소 챔버가 도 1에 도시된 연소 챔버보다 작다.
도 18은 도 1의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 TDC에서 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC로 예시되고, 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 후 26도로 예시되고 스플 셔틀 내 연소 챔버가 도 1에 도시된 연소 챔버보다 더 작다.
도 19A는 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 및 연소 챔버들 상의 흡기 및 배기 포트들은 각각 포핏 밸브에 의해 개방 및 폐쇄되고, 포핏 밸브가 캠 및 캠샤프트에 의해 작동된다. 도 19B는 도 19A의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 투명한 정면도이다.
도 20은 예시적인 실시형태에 따른, 대향된(opposed) 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 일 실시형태에 따라 압축 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 압축 크랭크샤프트 각도가 90도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 파워 크랭크샤프트 각도가 80도로 예시된다.
도 21은 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 60도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 파워 크랭크샤프트 각도가 50도로 예시된다.
도 22는 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC 전 10도로 예시되고 파워 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC에서 예시된다.
도 23은 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 이의 TDC에서 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 파워 크랭크샤프트 각도가 10도로 예시된다.
도 24는 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 30도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 파워 크랭크샤프트 각도가 40도로 예시된다.
도 25는 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 60도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 파워 크랭크샤프트 각도가 70도로 예시된다.
도 26은 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면이고, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 90도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 파워 크랭크샤프트 각도가 100도로 예시된다.
도 27은 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 180도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전 파워 크랭크샤프트 각도가 170도로 예시된다.
도 28은 도 20의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전 압축 크랭크샤프트 각도가 150도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전 파워 크랭크샤프트 각도가 140도로 예시된다.
도 29는 예시적인 실시형태에 따라, 대향된 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 압축 크랭크샤프트 각도가 20도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전 파워 크랭크샤프트 각도가 67도로 예시된다.
도 30은 도 29의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 크랭크샤프트 각도가 TDC로 예시되고 파워 피스톤 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 파워 크랭크샤프트 각도가 47도로 예시된다.
도 31은 도 29의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 10도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하기 전에 파워 크랭크샤프트 각도가 37도로 예시된다.
도 32는 도 29의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 47도로 예시되고 파워 크랭크 각도가 TDC로 예시된다.
도 33은 도 29의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 압축 크랭크샤프트 각도가 67도로 예시되고 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달한 후 파워 크랭크샤프트 각도가 20도로 예시된다.
도 34는 도 33의 스플릿-사이클 SSCVCC 장치의 단순화된 반 투명 3D 도이다.
도 35는 SSCVCC를 포함하는 전형적인 스플릿-사이클 엔진에 대한 압력 프로파일을 예시하는 그래프이다.
도 36은 예시적인 실시형태에 따른, 연소 엔진을 작동하는 방법을 예시한다.
실시형태는 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명되며, 유사한 요소는 전체를 통하여 유사한 도면부호로 인용된다. 도면이 반드시 축척대로 도시되지는 않는다는 것이 이해된다. 도면은 반드시 예시된 다양한 예시적인 실시형태들의 상세들 모두를 보여주지 않는다. 오히려, 도면은 단지 예시적인 실시형태의 가능한 설명을 제공하도록 소정의 특징 및 요소를 보여준다.
그 안에 설명되는 일부 예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 엔진은 내부에 밸브가 위치하는 밸브 챔버를 포함한다. 상기 밸브는 엔진의 저온 및 고온 실린더를 선택적으로 유체적으로 커플링한다. 상기 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 그리고 고온 및 저온 실린더에 대해 상대적으로 이동할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 감소된 관성력을 경험할 수 있다. 이는 증가된 내구성 및 신뢰성을 허용할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 4-행정 엔진의 사이클과 유사한 열역학적 사이클을 경험할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 최소 유동 저항을 가질 수 있다. 상기 엔진은 또한 밸브 포트를 가로질러 무시가능한 압력 강하를 허용할 수 있으며, 이는 저온-실린더(압축 챔버)로부터 고온-실린더(파워 챔버)로 압축된 흡입 충전물의 효과적인 전달을 제공할 수 있다.
상기 밸브는 챔버 내에 효과적인 고압 밀봉을 허용할 수 있는 통상적인 피스톤 링이 구비될 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 상기 밸브는 종래의 스플릿-사이클 엔진의 해로운 중간물: 고속 밸브에 대한 과-압축, 충전물(charge) 저장, 열 손실 및 지연 연소, 및 릴라이언스(reliance)를 회피하거나 제한할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시형태에 따라, 스플릿-사이클 엔진의 인-라인 구성은 하기를 포함한다: 압축 실린더(01), 파워 실린더(02), 압축 피스톤(03), 압축 피스톤 링(03A), 파워 피스톤(04), 파워 피스논 링(04A), 흡기/압축 챔버(B), 및 팽창/배기 챔버(C)(여기서 사용된 바와 같이, "팽창(expansion)"은 챔버(C) 내에 연소를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다). 또한, 두 개의 각각의 피스톤 연결 로드(05 및 06), 압축 크랭크샤프트(07), 파워 크랭크샤프트(08), 압축 기어휠(09A)을 포함하는 크랭크샤프트 연결 기어 휠 메커니즘(09), 파워 기어휠(09B), 및 파워 기어휠(09B)을 압축 기어휠(09A)로 연결하는 제 3 기어휠(09C)을 포함한다. 계속해서 도 1을 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 흡기 매니폴드(10), 챔버(A), 흡기 포트(11), 배기 매니폴드(12), 챔버(D), 및 배기 포트(13)를 포함한다. 또한 스풀 실린더(14)(또한 밸브 챔버(14)로 지칭됨), 스풀 셔틀(15), 스풀 셔틀(15) 내에 배치되는 연소 챔버 구조물(16), 연소 챔버 포트(16A), 압축 측(17) 상의 스풀 링, 팽창 측(18) 상의 스풀 링, 스풀 실린더(14)의 고리형 홈 내에 장착되는 고정(수축) 링(19), 스풀 연결 로드(20) 및 스풀 크랭크샤프트(21)를 포함한다. 도 1을 다시 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 압축 피스톤 돌출부(22) 및 파워 피스톤 돌출부(23)를 포함한다. 압축 실린더(01)는 압축 피스톤(03), 흡기 또는 압축 챔버(B), 및 흡기 포트(11)를 수용하는 피스톤 엔진 실린더이다. 파워 실린더(02)는 파워 피스톤(04), 팽창 또는 배기 챔버(C) 및 배기 포트(13)를 수용하는 피스톤 엔진 실린더이다. 압축 피스톤(03) 및 압축 챔버(B)는 흡기 및 압축 엔진 행정들(그러나 배기 행정은 아님)을 제공한다. 파워 피스톤(04) 및 팽창 챔버(C)는 파워 및 배기 행정(흡기 행정은 아님)을 제공한다. 연결 로드(05 및 06)는 이들의 각각의 피스톤을 이들의 각각의 크랭크샤프트에 연결한다. 압축 크랭크샤프트(07)는 회전 운동을 압축 피스톤(03) 왕복 운동으로 변환한다. 파워 피스톤(04)의 왕복 운동은 파워 크랭크샤프트(08)의 회전 운동을 엔진 회전 운동 또는 일로 변환한다(예를 들면, 파워 크랭크샤프트는 또한 엔진 출력 샤프트로서 제공할 수 있다). 3개의 기어 휠(09A, 09B 및 09C)(총괄하여 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09))은 파워 크랭크샤프트(08)의 회전이 압축 크랭크샤프트(07)의 회전으로 전달한다. 압축 피스톤(03) 및 파워 피스톤(04) 둘다 불규칙 구조물 또는 돌출부(22 및 23) 각각을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다. 이러한 돌출부의 기능은 비사용 공간을 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 스풀 실린더(14)는 스풀 셔틀(15)을 수용하고 둘다 압축 실린더(01) 및 파워 실린더(02) 둘다에 대해 수직하고 상부에 배치된다. 스풀 연결 로드(20)는 스풀 셔틀(15)을 스풀 크랭크샤프트(21)에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트(21)는 회전 운동을 스풀 셔틀(15) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 크랭크샤프트(21)는 기계적 링키지 메커니즘를 통해 파워 크랭크샤프트(08)에 기계적으로 연결하고 이에 따라 파워 크랭크샤프트(08)는 스풀 크랭크샤프트(21)를 구동한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 스와시 플레이트 메커니즘(swash plate mechanism) 또는 캠샤프트 메커니즘은 스풀 셔틀(15)을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 스풀 셔틀(15)은 구형 연소 챔버 구조물(16), 연소 챔버 구조물 포트(16A) 및 연소 챔버(E)(챔버(E)는 열적으로 고립될 수 있다). 스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B)에 연결되는 것과 팽창 챔버(C)에 연결된 것 사이에서 교번한다. 스풀(15) 왕복 운동의 일 부분에서, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B)와 팽창 챔버(C) 둘다에 유체적으로 연결될 수 있다.
스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 흡기 포트(11)는 스플 셔틀(15)이 흡기 포트(11)를 차단하거나 차단 해제함에 따라 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 이에 따라, 스풀 셔틀(15)은 왕복 운동은 챔버(A) 및 챔버(B)를 유체적으로 커플링하거나 커플링 해제한다.
스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 배기 포트(13)는 스풀 셔틀(15)이 배기 포트(13)를 차단 또는 차단 해제될 때 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 이에 따라, 셔틀(15) 왕복 운동은 챔버(C) 및 챔버(D)를 유체적으로 커플링하거나 커플링 해제 한다.
스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 포트(16A)를 통해 연소 챔버 구조물(16)은 유체적으로 챔버(B)에 커플링될 수 있거나 챔버(B)로부터 커플링 해제될 수 있다.
스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 포트(16A)를 통해 연소 챔버 구조물(16)은 챔버(C)에 유체적으로 커플링될 수 있거나 챔버(C)로부터 커플링될 수 있다.
스풀 셔틀(15) 왕복 운동이 이의 중간 행정 지점을 통과하는 지점으로부터 스풀 크랭크샤프트(21) 사이클의 미리 결정된 작은 부분, 예를 들면 ±30도 동안, 챔버(B, E 및 C)는 모두 연소 챔버 포트(16A)를 통해 유체적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 미리 결정된 위상 지연은 크랭크샤프트(07 및 08)를 통해 도입되어 파워 피스톤(04)이 압축 피스톤(03)을 앞서거나 후속한다. 도 1 내지 도 15는 크랭크샤프트(07 및 08)를 통해 도입되는 미리 결정된 위상 지연은 파워 피스톤(04)이 10도 크랭크 각도만큼 압축 피스톤(03)을 이끌도록 하는 이 같은 전형적인 일 실시형태를 도시한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 피스톤들(피스톤은 동상임) 사이의 위상이 지연되지 않는다.
예시적인 실시형태에서, 작동 유체(공기-연료 충전물)는 흡기 매니폴드(10)와 흡기 포트(11) 사이에 배치되고 챔버(A)로서 형성된다. 압축 실린더(01) 상에 배치되는 흡기 포트(11)는 압축 실린더(01) 내로 자연적으로 흡입된 외기 또는 탄소 결합 공기/연료 충전물의 유동, 또는 충전물의 강제 유도를 제어할 수 있다. 흡기 포트가 개방 및/또는 폐쇄할 때 압축 피스톤(03)의 위치는 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 흡기 포트의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍은 변화할 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달한 후 압축 피스톤(03)이 대략 50 크랭크샤프트 각도를 통하여 이의 TDC에 도달하기 전에 흡기 포트는 몇(few) 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 개방될 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(03)이 이의 BDC에 도달한 후 흡기 포트는 대략 70 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(03) 하사점(BDC) 둘레의 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 폐쇄할 수 있다.
일 실시형태에서, 흡기 포트는 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 10 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달할 때 시작하는 크랭크샤프트 각도의 범위에서 개방될 수 있다. 흡기 행정의 단부인 BDC에서, 작동 유체는 흡기 시스템 및 유체 관성 내의 파동 역학에 의해 실린더로 계속해서 유입할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 압축 피스톤 BDC 다음에 흡기 포트에 근접하는 것이 유리할 수 있다. 일 실시형태에서, 흡기 포트(11)는 압축 피스톤(03)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 70 크랭크샤프트 각도까지 압축 피스톤(03)이 이의 BDC에 도달하기 전에 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 폐쇄될 수 있다. 일 예에서, 흡기 포트는 압축 피스톤(03)이 이의 BDC에 도달할 때 개시하여 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 50 크랭크샤프트 각도까지의 더 좁은 범위 내에서 폐쇄할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 파워 실린더(02) 상에 배치된 배기 포트(13)는 연소 가스의 배기를 제어할 수 있다. 배기 포트가 개방할 때 파워 피스톤(04)의 위치는 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 배기 포트는 파워 피스톤(04)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 20 크랭크샤프트 각도를 통하여 파워 피스톤(04)이 이의 BDC에 도달하기 전에 대략 60 크랭크샤프트 각도를 개방할 수 있다. 배기 포트가 폐쇄할 때 파워 피스톤(04)의 위치가 또한 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 배기 포트는 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 5 크랭크샤프트 각도를 통하여 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 도달하기 전에 대략 15 크랭크샤프트 각도를 폐쇄할 수 있다.
일 실시형태에서, 파워 피스톤(04)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 15 크랭크샤프트 각도를 통하여 이의 BDC 전에 파워 피스톤(04)이 15 크랭크샤프트 각도일 때 시작하는 범위에서 배기 포트가 개방될 수 있다. 일 실시형태에서, 대략 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 도달할 때를 통하여 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 도달하기 전 5도에서 시작하여 더 좁은 바람직한 범위 내에서 배기 포트가 폐쇄될 수 있다.
일 실시형태에서, 스풀 실린더(14)는 스플 셔틀(15)을 수용하고 둘다 상부에 배치되고 압축 실린더(01) 및 파워 실린더(02) 둘다에 대해 수직하다. 스풀 연결 로드(20)는 스풀 셔틀(15)을 스풀 크랭크샤프트(21)에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트(21)는 회전 운동을 스풀 셔틀(15) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 셔틀(15)은 구형(예를 들면) 연소 챔버 구조물(16), 연소 챔버 구조물 포트(16A) 및 연소 챔버(E)를 수용한다. 스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 및/또는 팽창 챔버(C)에 유체적으로 연결하는 것 사이에서 교번한다. 동일한 스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안, 흡기 포트(11) 및 배기 포트(13)는 개방 또는 폐쇄 위치를 향하여 이동할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 압축 실린더(01) 내에 압축 피스톤(03)이 있다. 압축 피스톤(03)은 이의 TDC를 향하여 상방 방향으로 압축 실린더(01)에 대해 상대적으로 이동한다(기어휠 메커니즘(09A)이 시계 방향으로 회전함). 파워 실린더(02) 내에 파워 피스톤(04)이 있다. 파워 피스톤(04)은 파워 실린더(02)에 대해 상대적으로 또한 상방 방향으로 이의 TDC를 향하여 이동한다(기어휠 메커니즘(09B)이 시계 방향으로 회전함). 압축 실린더(01) 및 압축 피스톤(03)은 챔버(B)를 형성한다. 파워 실린더(02) 및 파워 피스톤(04)은 챔버(C)를 형성한다. 연소 챔버 구조물(16) 내 용적은 연소 챔버(E)를 형성한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(04)은 압축 피스톤(03)의 앞으로 이동한다. 챔버(B)는 연소 챔버(E)가 챔버(B) 및 챔버(C) 둘다와 유체 연통할 때 챔버(C)와 유체 연통될 수 있다(예를 들면, 도 5 및 도 6 참조). 챔버(B)는, 흡기 포트(11)를 통하여, 챔버(A)를 통해 유입하는 작동 유체와 유체적으로 연결될 수 있다(탄소 결합되어 자연적으로 흡입된 연료/공기 충전물 또는 강제 유도된 연료/공기 충전물). 챔버(C)는, 배기 포트(13)를 통하여, 배기 매니폴드(12) 및 잠재적으로 다른 장치(과급기(turbo charger), 촉매 변환기, 또는 당업계에 통상적으로 공지된 바와 같은 장치와 같은)를 통하여 외기(D)와 유체적으로 연결될 수 있다. 개방 상태에 있을 때, 배기 포트(13)는 배기 가스가 방출되는 것을 허용한다.
연소 행정 동안, 파워 피스톤(04)은 파워 연결 로드(06)를 푸시(push)할 수 있어, 파워 크랭크샤프트(08)가 도 5, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9, 도 10, 및 도 11에 예시된 바와 같이 시계 방향으로 회전하는 것을 유발한다. 배기 행정 동안, (플라이휠 매스(도시안됨)에 의해 시작될 수 있는) 관성력은 파워 크랭크샤프트(08)가 이의 시계 방향 회전을 계속하는 것을 유발하고, 파워 연결 로드(06)가 파워 피스톤(04)이 이동하는 것을 유발하고, 이에 이어서 도 12, 13, 14, 15, 1, 2, 및 3에 예시된 바와 같이 포트(13)를 통하여 연소 연료 배기를 방출한다. 파워 크랭크샤프트(08) 회전은 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)을 통하여 압축 크랭크샤프트(07)의 회전을 연결하여 압축 피스톤(03)을 동시에 그러나 위상 변위 회전으로 이동시킨다(즉, 둘다 크랭크샤프트는 동일한 속도로 회전하지만 이들의 각각의 크랭크 각도가 상이하다). 다른 실시형태에서, 위치들 사이에 위상 변위가 없을 수 있어, 크랭크샤프트들 둘다가 동일한 크랭크 각도로 회전하는 것을 초래한다.
예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(04) 및 압축 피스톤(03)의 상대적 위치는 원하는 엔진 압축 비율을 달성하도록 미리결정된 양 만큼 위상 변위될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 엔진 이중 실린더 장치는 종래의 가압된 냉각 및 오일 윤활 방법 및 시스템(도시 안됨)을 이용한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 챔버(C)의 구성요소는 냉각 시스템을 사용하여 제어된 온도이고, 이에 의해 (실린더(02), 피스톤(04), 및 스플 셔틀(15) 및 스풀 실린더(14)의 부분과 같은) 파워 챔버(C) 구조 구성요소를 냉각한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 구성요소 중 일부 또는 모두는 세라믹과 같은 고온 내성 재료로 또는 세라믹 코팅, 주철, 티타늄, 니켈-합금 강, 나노-복합재, 매트릭스 복합재, 또는 스테인리스 강을 이용하여 제조될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 스플릿-사이클 장치는 주지된 고 전압 스파크 점화 시스템(도시안됨) 뿐만 아니라 엔진 초기 회전을 제어하도록 전기 시동기 모터를 이용할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 압축 연결 로드(05)는 압축 크랭크샤프트(07)를 압축 피스톤(03)을 연결하여 압축 피스톤(03)이 실린더에 대해 왕복 방식으로 이동하는 것을 유발한다. 파워 연결 로드(06)는 파워 크랭크샤프트(08)를 파워 피스톤(04)을 연결한다. 연소 상태 동안, 파워 연결 로드(06)는 파워 피스톤(04)의 왕복 운동을 파워 크랭크샤프트(08)로 전달하여, 파워 크랭크샤프트가 회전하는 것을 유발한다. 배기 상태 동안, 파워 크랭크샤프트(08) 회전 및 운동량이 파워 피스톤(04)을 이의 TDC를 향하여 상방으로 푸시되어, 연소 가스가 배기 포트(13)(배기 행정)를 통해 방출되는 것을 유발한다.
도 1을 참조하면, 압축 크랭크샤프트(07)는 회전 운동을 압축 피스톤(03) 왕복 운동으로 변환한다. 압축 크랭크샤프트(07)는 압축 연결 로드(05)를 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)에 연결한다. 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)의 이동은 압축 크랭크샤프트(07)가 회전하는 것을 유발한다. 압축 크랭크샤프트(07) 회전은 압축 연결 로드(05)의 이동을 생성하고 이 이동은 실린더 하우징(01)에 대해 압축 피스톤(03)을 왕복 운동 방식으로 이동시킨다.
다양한 예시적인 실시형태에서, 압축 크랭크샤프트(07) 및 파워 크랭크샤프트(08) 구조적 구성은 원하는 엔진 구성 및 설계에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 가능한 크랭크샤프트 설계 인자는: 이중 실린더의 개수, 상대적 실린더 위치 설정, 크랭크 기어링 메커니즘 및 회전 방향을 포함할 수 있다. 전형적인 일 실시형태(도시안됨)에서, 단일 크랭크샤프트는 압축 피스톤(03) 및 팽창 피스톤(04) 둘다를 압축 연결 로드(05) 및 파워 피스톤 연결 로드(06)를 통해 작동할 것이다. 이 같은 단일 크랭크샤프트는 다수 쌍의 압축 피스톤(03) 및 팽창 피스톤(04)을 작동시킬 수 있다.
파워 크랭크샤프트(08)는 파워 연결 로드(06)를 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)과 연결한다. 연소가 발생할 때, 파워 피스톤(04)의 왕복 운동은 파워 연결 로드(06)를 통하여, 또한 엔진 출력 샤프트(도시안됨)에 커플링될 수 있는, 파워 크랭크샤프트(08)가 회전하는 것을 유발하여, 연결 기어휠 메커니즘(09)이 압축 크랭크샤프트(07)를 회전시키는 것을 유발하고, 이에 의해 전술된 바와 같이 압축 피스톤(03)의 왕복 운동을 발생시킨다.
크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)은 파워 크랭크 샤프트(08)를 압축 크랭크샤프트(07)와 연결하고 이에 따라 양 크랭크샤프트에 동기 회전을 제공한다. 대안적인 실시형태는 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)에 대해 예를 들면 타이밍 벨트, 다중 로드 메커니즘 기어와 같은 표준 회전 에너지 연결 요소를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 15는 각각의 피스톤 연결 로드(05 및 06)에 커플링되는 크랭크샤프트(07 및 08)에 커플링되는 크랭크샤프트 연결 기어휠 메커니즘(09)의 사시도를 예시한다. 크랭크샤프트(07 및 08)는 피스톤(03 및 04)의 다른 동기 이동들 사이의 미리 결정된 위상 차를 제공하는 것과 같이 서로에 대해 배향될 수 있다. 압축 피스톤 및 파워 피스톤의 TDC 위치들 사이의 미리 결정된 위상 차는 상대 피스톤 위상 지연 또는 전진(advance)을 도입할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 도 1 내지 도 15에 예시된 바와 같이, 위상 지연은 파워 피스톤(04)이 압축 피스톤(03)의 약간 앞으로 이동하고, 이에 의해 압축된 충전물이 거의 총 압축 행정 하에서 전달되는 것을 허용하고 파워 피스톤(04)이 총 배기 행정을 완료하도록 허용한다. 파워 피스톤이 압축 피스톤보다 앞서는 위상 지연의 이 같은 장점이 Casaday에 대한 미국 특허 제 1,372,216호 및 Scuderi에 대한 미국 특허 출원 제 2003/0015171 A1호에 개시되며, 둘 다의 전체 내용은 전부 참조로 본원에 포함된다. 위상 지연의 정도의 제어 및 변경은 엔진 효율적인 압축 비율을 변경한다. 위상 지연이 작을 수록, 압축 비율이 더 커진다. 위상 지연의 변경은 압축 비율을 설정하도록 기능하여 특별한 연료, 예를 들면, 가솔린 및 스파크 점화식(SI) 연료에 대한 더 큰 위상 지연 및 더 작은 압축 비율 및 디젤 및 압축 점화식(CI) 연료에 대한 더 작은 위상 지연 및 더 높은 압축 비율의 연소에 더 잘 맞는다. 스플릿-사이클 엔진 위상 지연의 변경은 엔진에 대한 다-연료 성능에 기여할 수 있다. 추가의 실시형태에서, 동적 위상 지연 변화(모듈)는 엔진이 작동 모드 또는 정지 모드에 있는 동안 실시될 수 있다. 엔진 부하, 속도, 온도 등의 함수로서 위상 지연 동적 모듈은 엔진 성능을 상당히 증가시킬 수 있다.
도 1 및 도 15에 예시된 바와 같이, 전기 시동기(도시안됨)는 스플릿-사이클 출력 샤프트(도시안됨)와 맞물리는 동안, 크랭크샤프트(07 및 08) 둘다는 이들의 시계 방향 회전을 시작하고 피스톤(03 및 04) 모두 이들의 왕복 운동을 시작한다. 도 7에 예시된 바와 같이, 압축 피스톤(03) 및 파워 피스톤(04)은 챔버(B) 및 챔버(C) 용적을 증가시키는 방향(양 피스톤의 BDC를 향하여 도 7에서 하방으로)으로 이동한다. 흡기 포트(11)가 이의 개방 상태에 있는 동안 그리고 챔버(B) 용적이 이 상태에서 일정하게 증가하기 때문에, 탄소 결합 연료 또는 신선한 공기 충전물(연료 주입 시스템을 이용할 때)은 챔버(A)로부터 흡기 포트(11)를 통하여 챔버(B) 내로 유동한다. 흡기 포트가 개방될 때 압축 피스톤(03)의 위치가 변화할 수 있다. 일 예에서, 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 50 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 도달하기 전에 흡기 포트는 몇 크랭크샤프트 각도로 개방할 수 있다. 도 08 내지 도 12에 각각 도시된 바와 같이, 챔버(B) 용적은 공기-연료 충전물이 내부로 유동하는 동안 증가한다. 압축 피스톤(03)이 이의 BDC 지점을 넘어 지나갈 때(예를 들면 도 12에 도시된 바와 같이, BDC 전 25도 내지 DBC후 70도), 흡기 포트(11)가 폐쇄되어 챔버(B) 공기-연료 충전물(작동 유체) 함량을 포획한다. 크랭크샤프트 시계 방향이 회전하는 동안(도 13, 도 14, 도 15, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이), 챔버(B) 용적은 증가하고 공기-연료 충전물의 온도 및 압력이 증가한다. 챔버(B) 용적이 증가하는 사이클의 이러한 부분 동안(도 13 내지 도 15 및 도 1 내지 도 5) 스플 셔틀(15) 위치는 연소 챔버 구조물 포트(16A)를 통해 구형 연소 챔버 구조물(16)이 압축 실린더(01)와 유체적으로 커플링되어, 챔버(B)가 연소 챔버(E)와 유체적으로 커플링한다. 전체 압축 행정 동안 작동 유체는 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 접근할 때 작동 유체가 압축 행정의 단부에서와 같은 챔버(E) 내로 압축되고 거의 모든 작동 유체는 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달되고 거의 작동 유체가 챔버(B)(도 3, 도 4 및 도 5) 내에 남아 있지 않는다. 파워 피스톤(04)이 의 TDC에 도달할 때(도 2 및 도 3), 거의 모두의 연소된 작동 유체는 챔버(C)로부터 개방 배기 포트(13)를 통하여 푸시된다. 이는 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진이 일 실시형태에서 피스톤(04)이 이의 TDC(도 3)에 있을 때 챔버(C)의 용적을 최소화하도록 설계되기 때문이다. 이는 또한 돌출부(23) 때문에 피스톤(04)이 TDC에 있을 때 챔버(C) 비 사용 공간, 예를 들면, 배기 포트(13) 근처에서 잠재적인 비 사용 공간을 더 감소시킨다. 파워 피스톤(04)이 이의 TDC를 통하여 지나갈 때(도 2 내지 도 6), 서플 셔틀(15) 왕복 운동이 연소 챔버 구조물(16) 및 연소 챔버(E)를 왕복 운동하여 챔버(B)에 유체적으로 연결되고 챔버(B) 용적이 0에 접근할 때 압축된 작동 유체를 수용하여, 챔버(C) 용적이 챔버(C) 용적에서 점차적인 증가에 의해 후속되는 0의 용적에 접근할 때 챔버(C)에 유체적으로 연결된다. 이에 따라, 챔버(B) 내에 연료-공기 충전물이 챔버(E)를 통해 챔버(C) 내로 유동하며, 이는 점차적으로 TDC로부터 멀리 피스톤(4) 움직임에 의해 용적 내에서 점차적으로 증가한다. 일부 예시적인 실시형태에서 사이클의 작은 부분에 대해, 3개의 챔버(B, C, 및 E) 모두 유체적으로 연결될 수 있는 것에 주목한다.
위에서 언급된 바와 같이, 전체 압축 행정을 구성하는, 도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 5에서 도시된 SSCVCC 엔진 사이클의 일 부분 동안, 챔버(B) 내의 공기-연료 충전물이 챔버(E) 내로 유동한다. 팽창(파워) 행정을 구성하는 도 5 내지 도 11에서 도시된 엔진 사이클의 일 부분 동안, 챔버(E) 내의 공기-연료 충전물이 챔버(C) 내로 유동한다. 일 실시형태에서, 도 4 및 도 5에 도시되는 사이클의 일 부분 동안, 작동 유체의 최대 압축의 사이클 내의 지점이 달성된다. 이는 또한 이러한 3개의 챔버가 모두 유체적으로 커플링될 때 챔버(B, E 및 C)의 용적의 합이 최소가 되는 지점으로서 설명될 수 있다. 일 실시형태에서, 연소에 의한 압력 증강은 최대 압축의 이러한 지점의 상부 상의 화합물에 타이밍될 수 있다. 소정의 미리 결정된 지점에서(예를 들면, 비록 일부 예시적인 실시형태가 지연 또는 전진을 도입할 수 있지만, 도 3 내지 도 5에 예시된 바와 같이, 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 접근하는 동안), 공기-연료 충전물의 연소는 스파크 플러그 발화 또는 압축 점화와 같은, 점화 메커니즘을 통해 시작된다. 압축 점화 엔진 구성에서, 고압 연료 주입 시스템은 연소 타이밍을 결정하는 연료 주입의 타이밍과 결합한다. 압축 피스톤(03)이 이의 TDC에 접근할 때(도 3 및 도 4), 압축된 작동 유체의 거의 모두가 연소 챔버 포트(16A)를 통하여 챔버(B)로부터 챔버(E)로 푸시되었다. 이는 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진이 일 실시형태에서 최소 간격을 갖도록 설계되기 때문이며, 이는 피스톤(03)이 이의 TDC에 있을 때(도 5) 가능한 낮은 챔버(B) 용적을 갖는다. 이는 또한 피스톤(03)이 TDC에 있을 때 챔버(B) 용적을 더 감소하는 돌출부(22) 때문이며, 예를 들면 흡기 포트(11)의 근처에서 잠재적인 비사용 공간을 채우거나 제거한다. 압축 피스톤(03)이 이의 TDC를 통과할 때(도 4 내지 도 6), 압축 챔버(B)로부터 연소 챔버(E)를 커플링 해제하는 것에 의해 후속된 연소가 연소 챔버(E)에서 전개하고 있다(도 7). 이러한 커플링 해제는 챔버(B)로부터 멀리 스풀 셔틀(15) 왕복 운동 및 후퇴(고정) 링(19)의 존재에 의한다.
다른 실시형태에서, 팽창 또는 수축의 고정식 링의 조합 또는 셔틀 스풀 상의 고리형 그루브에 장착된 하나 이상의 수축(고정) 링, 또는 2개 또는 3개 또는 더 많은 수축 링(19), 뿐만 아니라 단일 또는 다중 패창식 밀봉 링이 있을 수 있다.
도 4 내지 도 12는 예시적인 실시형태에 따라, 파워 행정을 예시한다. 연소가 발생함에 따라, 챔버(B, E, 및 C) 내의 압력이 증가한다. 순 토크는 파워 크랭크샤프트를 시계 방향으로 회전한다(뿐만 아니라 압축 크랭크샤프트에 커플링된다). 일부 예시적인 실시형태에서, 스풀 타이밍 및 스파크 타이밍은 압력이 단지 챔버(E 및 C)에서 증가하도록 설정될 수 있다.
(연료 분사로 타이밍된) 스파크플러그 점화 또는 압축 점화는 비록 일부 편차가 일부 예시적인 실시형태들에서 허용될 수 있지만, 도 2 내지 도 7에 예시되는 엔진 사이클 내의 미리 결정된 위치에서 발생할 수 있다. 스파크플러그는 스풀 실린더(14) 상에 배치될 수 있고 스파크는 연소 챔버 구조물(16)(도시안됨)이 스파크플러그 전극과 정렬되면, 연소 챔버(E)에 도달할 수 있다. 대안적으로, 스파크플러그는 흡기 포트(11) 근처의 압축 실린더(01) 상에 또는 배기 포트(13) 근처의 파워 실린더(02) 근처의 파워 실린더(02) 상에 배치될 수 있다.
지금부터 도 7을 참조하면, 압축 피스톤(03)이 예시적인 실시형태에 따라, TDC 위치로부터 다시 푸시될 때, 흡기 포트(11)가 재 개방되어, 새로운 공기-연료 충전물(A)이 전체 흡기 행정을 통하여 챔버(B)로 들어가는 것을 허용한다(도 7 내지 도 12).
지금부터 도 10 내지 도 12를 참조하면, 예시적인 실시형태에서, 배기 행정은 파워 피스톤(04)이 이의 BDC 위치에 도달하기 전에 약 40 내지 60 크랭크샤프트 각도를 시작할 수 있다(도 12). 일 실시형태의 일 예로서 주어진 사이클에서, 파워 피스톤(04)이 이의 BDC 위치에 도달할 때 배기 행정이 시작한다(도 12). 배기 포트(13)는 개방되고 연소된 배기 가스는 챔버(C)로부터 개방 배기 포트(13)를 통하여 주위 환경(D) 내로 푸시된다. 비록 엔진의 행정의 타이밍이 예시적인 실시형태에서 주어지지만, 여기서 설명된 시간은 일부 예시적인 실시형태에서 조정될 수 있는 것이 이해되어야 한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 총 연소 실린더 용적 플러스(plus) 팽창 실린더 용적 플러스 연소 챔버(E) 용적(챔버 B, C, 및 E)이 이의 조합된-최소-용적에 도달하기 바로 전 또는 바로 후에 연소 점화가 발생한다(시작되고/타이밍된다)(예를 들면, 조합된-최소-용적의 지점 전 또는 후 20 크랭크샤프트 각도, 및 일부 예시적인 실시형태에서, 조합된-최소-용적의 지점 전 또는 후 5 크랭크샤프트 각도). 이러한 최소 용적은 연소 챔버(E)가 챔버(B 및 C)들 모두에 유체적으로 커플링되는 동안 도달될 수 있고, 즉 유체는 압축 챔버(B)로부터 연소 챔버(E)를 통하여 연소 챔버(C)(도 5 및 도 6)내로 유동할 수 있다. 스파크 점화식(SI) 엔진에 대해, 연소에서 절정 압력은 최소 용적의 지점 다음에 0 내지 40 크랭크샤프트 각도 및 소정의 예시적인 실시형태에서, 챔버(E)가 챔버(C)와 유체적으로 커플링되는 동안, 최소 용적의 지점 다음에 5 내지 25 크랭크샤프트 각도를 발생할 수 있다. 압축 점화식(CI) 엔진에 대해, 연소의 절정 압력은 최소 용적의 지점 다음에 0 내지 25 크랭크샤프트 각도 및 일부 예시적인 실시형태에서 최소 용적의 지점 다음의 5 내지 15 크랭크샤프트 각도를 발생할 수 있다.
일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 총 압축 실린더 용적 플러스 팽창 실린더 용적 플러스 챔버(E)가 이의 조합된-최소-용적에 도달한 후 최소의 최상 타이밍(MBT) 14 내지 28 파워 크랭크샤프트 각도에 도달할 수 있다.
도 1을 참조하면, SSCVCC는 일반적으로 스풀 실린더(14), 스풀 셔틀(15), 스풀 셔틀(15) 내에 배치되는 연소 챔버(16), 연소 챔버 포트(16A), 압력 측(17) 상의 스플 링, 팽창 측(18) 상의 스풀 링, 스플 실린더 고정(수축) 링(19), 스풀 연결 로드(20) 및 스풀 크랭크샤프트(21)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 15의 실시형태에서 사용될 때, SSCVCC는 압축 챔버(B) 및 연소 챔버(C)를 분리할 수 있다. 이러한 상황에서, 각각의 챔버는 상이한 유체 압력의 구역을 포함할 수 있다. 스풀 실린더(14) 내의 SSCVCC의 움직임은 챔버(E)를 통한 챔버(B)와 챔버(C) 사이의 유체 연통의 커플링 또는 커플링 해제를 허용할 수 있다. 압축 행정 동안, 도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 4에 예시된 바와 같이, 압축 행정의 작동 유체가 스풀 링(17) 및 스풀 실린더 수축(고정) 링(19)에 의한 스풀 실린더(14)와 스풀 셔틀(15) 사이의 갭을 통하여 축방향으로 통과하는 것이 제한될 때 스풀 실린더 SSCVCC 위치는 압축 챔버(B)로부터 파워 챔버(C) 내로의 고압 유체 전달을 방지할 수 있다. 압축 행정 동안(도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 4) 작동 유체는 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달된다. 스플 셔틀(15) 왕복 운동 동안 챔버(E)가 압축된 작동 유체의 대부분을 포함하면, 연소 챔버(E)는 먼저 챔버 B에 커플링하고 챔버(B, E 및 C)와 같은 챔버(C)는 유체적으로 커플링하고(도 5 및 도 6) 이는 챔버(B)의 챔버(E 및 C)로부터의 커플링 해제에 의해 후속된다. 전형적인 일 실시형태에서, 크랭크샤프트(08) 사이클의 이러한 부분에서(도 7), (다음 사이클의) 흡기 행정이 실린더(01)에서 시작하고 파워 행정은 파워 실린더(02)에서 계속된다. 스풀 실린더(14) 내의 SSCVCC 위치는 파워 행정의 작동 유체가 스플 링(18) 및 스플 실린더 수축(정지) 링(19)에 의해 스풀 실린더(14)와 스플 셔틀(15) 사이의 갭을 통하여 축방향으로 통과하는 것을 제한할 때 파워 챔버(C)로부터 압축 챔버(B) 내로 고압 유체 전달을 방지할 수 있다. 파워 행정이 도 4 내지 도 12에서 도시되고, 여기에서 연소된 작동 유체는 챔버(E) 및 챔버(C) 둘다에서 팽창한다. 도 7에 예시된 바와 같이, 파워 피스톤(04)은 이의 BDC에 접근할 때 배기 포트(13)가 개방하고 챔버(C)내의 연소된 가스 방출 및 잔류 압력이 감소된다. 전체 배기 행정은 도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 3에 도시되며, 여기서 이미 팽창된 연속 작동 유체는 챔버(C)로부터 배기 포트(13)를 통해 외부 지점(D)으로 배기된다. 흡기 행정은 도 7 내지 도 12에 도시되고, 여기서 다음의 다량의 작동 유체는 흡기 포트(11)를 통해 챔버(B) 내로 유도한다. 흡기 포트(11)가 폐쇄되면(도 12), 압축 행정은 도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 4에 도시되며, 여기서 다음의 다량의 작동 유체가 챔버(B)로부터 챔버(E) 내로 연소 챔버 포트(16A)를 통해 압축된다.
도 16 내지 도 18은 SSCVCC의 다른 실시형태를 도시하고, 여기에서 모든 구성요소는 두 개의 변형외에 도 1 내지 도 15에 도시되고 (및 동일한 도면 번호에 의해 표시되는) 구성요소와 유사하다: 제 1 변형은 연소 챔버 구조물(16) 및 연소 챔버(E) 용적이 예를 들면 도 1 내지 도 15에 도시된 구성요소들에 비해 용적이 약 1/3이다. 주어진 세트의 엔진 사양에 대해, 연소 챔버 구조물(16) 및 연소 챔버(E) 용적의 단순한 감소는 엔진이 더 높은 압축 비율을 가지는 것을 유발한다. 더 높은 압축 비율은 디젤 및 천연 가스와 같은 연료를 사용할 때 바람직하다. 도 1 내지 도 15에서, 엔진 작동 동안, 흡기 행정 동안 유도되는(도 6 내지 도 12) 대 부분의 배기량이 압축되고 압축 행정(도 12 내지 도 15 및 도 1 내지 도 4) 동안 챔버(E) 내로 전달된다(압축 피스톤(03)이 단지 챔버(B) 내의 작동 유체(B)의 매우 작은 잔류물만이 이의 TDC에 도달하는 동안). 이에 따라, 예를 들면 50% 만큼 감소된 챔버(E) 용적은 압축 비율이 거의 두 배가 될 수 있다. 그러나, 압축 비율은 또한 두 개의 피스톤들의 운동들 사이의 위상 지연을 증가함으로써 감소될 수 있다: 도 1 내지 도 15에 대해 도 16 내지 도 18에서 도시된 제 2 변형은 압축 피스톤(03)과 파워 피스톤(04) 사이의 위상 지연은 각각 10도로부터 26도로 증가되었다. 이에 따라, 두 개의 위치들 사이의 위상 지연의 증가는 압축 비율이 감소하는 효과를 갖는다. 따라서, 예시적인 실시형태로서 도 1 내지 도 15 및 도 16 내지 도 18 둘다 약 10 대 1의 동일한 압축 비율을 갖는다. 이에 따라, 위상 지연이 증가하고 압축 비율이 감소하는 동안 연소 챔버 구조물(16)의 용적 감소가 압축 비율을 증가시킨다. 이러한 두 개의 변형 (연소 챔버 구조물(16) 및 연소 챔버(E) 감소의 증가 및 두 개의 피스톤들 사이의 위상 지연의 변경)의 조합은 예를 들면 연소 챔버 용적 또는 위상 지연을 변경함으로써 가변 압축 비율을 갖는 엔진을 설계하기 위해 유용할 수 있다.
도 16을 참조하면, 동일한 구성요소는 도 3과 동일한 도면번호로 표시된다. 도 16에 도시된 예시적인 실시형태에서, 챔버(E) 용적은 도 3의 챔버(E) 용적의 1/3이다. 도 3 및 도 16 둘다에서 파워 피스톤은 이의 TDC에 있다. 도 16에서 도 3에서 이의 TDC 전에 압축 피스톤이 10 도 크랭크샤프트인 동안 압축 피스톤은 26도 크랭크각도이어서, 이에 따라 도 16 및 도 3은 각각 26 및 10도 크랭크샤프트의 위상 지연을 갖는다.
도 17을 참조하면, 동일한 구성요소는 도 4에서와 동일한 도면부호 만큼 표시된다. 도 17에서 파워 피스톤은 이의 TDC 다음의 13도 크랭크샤프트에 있고 압축 피스톤은 TDC 앞에서 13도 크랭크샤프트이다. 도 17의 예시적인 실시형태에서, 이는 작동 유체의 최대 압축 지점이고 이는 또한 챔버(B, E 및 C)의 조합된 용적의 최소 용적의 지점이다. 이러한 지점 챔버(B, E 및 C)이 유체적으로 연결되고 각각의 챔버는 압축된 작동 유체의 약 1/3을 유지하는 점에 주목한다. 위에서 설명된 바와 같이, 일부 예시적인 실시형태에서, 이는 연소 유도 압력을 연소 압력에 부가하기 위하여 연소를 전개하기 위한 바람직한 지점이다. 도 4는 이의 TDC 및 압축 피스톤이 이의 TDC 앞의 5도 크랭크샤프트인 후 5도 크랭크샤프트이고 또한 최대 압축의 지점을 도시한다. 그러나, 대부분의 작동 유체가 이미 챔버(E) 내로 압축될 때 도 4의 예시적인 실시형태에서 두 개의 피스톤들 사이의 위상 지연의 감소는 압축 비율에 거의 영향을 미치지 않을 수 있는 반면, 챔버(B 및 C)로부터 더 많은 작동 유체가 상당한 더 작은 챔버(E) 내로 강제되는 바와 같이 도 17에 도시된 예시적인 실시형태에서 두 개의 피스톤들 사이의 위상 지연의 감소는 챔버(E)의 압축 비율에서 상당한 증가를 유발한다. 이에 따라 도 17의 예시적인 실시형태에서 위상 지연의 변경은 엔진 압축 비율에서의 변경을 유발할 수 있다. 이는 예를 들면 다-연료 엔진을 설계할 때 장점이 될 수 있다.
도 18을 참조하면, 동일한 구성요소는 도 5와 동일한 도면부호에 의해 표시되고 양 도면들은 챔버(E) 내지 챔버(C)를 통해 챔버(B)로부터 작동 유체 전달 공정의 단부를 나타낸다. 도 18에서 파워 피스톤은 이의 TDC 다음에 26도 크랭크샤프트에 있고 압축 피스톤이 TDC에 있는 반면, 도 5에서 파워 피스톤이 이의 TDC 다음에 10도 크랭크샤프트에 있고 압축 피스톤은 TDC에 있다.
도 19A는 스플릿-사이클 SSCVCC 엔진의 단순화된 측 방향 횡단면도이고, 압축 및 연소 챔버들 각각 상의 흡기 및 배기 포트들이 포핏 밸브에 의해 개방 및 폐쇄된다. 엔진은 압축 피스톤(03) 및 파워 피스톤(04)을 포함하고, 단일 크랭크샤프트(09)는 일 실시형태에 따라 연결 로드(05 및 06, 각각)를 통해 압축 피스톤(03) 및 파워 피스톤(04)을 구동한다. 압축 피스톤(03)은 저온-실린더(01) 내에 배치되고 흡기/압축 챔버(B)를 형성한다. 파워 피스톤(04)은 고온-실린더(02) 내에 배치되고 팽창/배기 챔버(C)를 형성한다. SSCVCC(15)는 이의 전용 실린더(14) 내에 배치되고 연소 챔버(E)를 포함한다. SSCVCC(15)는 연소 챔버(E)를 포함하고 전용 실린더(14) 내에 배치되고, 이는 또한 밸브 챔버(14)로서 지칭될 수 있다.
압축 실린더 출력 포트(11A)는 압축 챔버(B) 및 SSCVCC 내부 챔버(연소 챔버(E))와 유체적으로 커플링한다. 팽창 실린더 입력 포트(13A)는 팽창 챔버(C) 및 SSCVCC 내부 챔버(연소 챔버(E))를 유체적으로 커플링한다. 밀봉 링(17, 18, 19A, 및 19B)은 이들의 각각의 포트들이 정렬하는 것을 제외하고, SSCVCC에 배치되어 엔진 내의 전용 밸브 챔버(14)를 밀봉하고 챔버(B, E 및 C)를 서로 밀봉한다.
SSCVCC는 연결 로드 후크(15A)를 통하여 연결 로드(도시안됨)에 의해 엔진에 기계적으로 링크된다. 흡기 캠(25) 및 배기 캠(26)을 구비한 공통 캠샤프트(24)는 흡기 밸브(30) 및 배기 밸브(도시안됨)를 작동한다. 저온 및 고온 실린더의 각각의 벽 온도를 독립적으로 제어하도록, 각각은 이의 자체 온도 조절 액체 냉각 회로(저온 실린더에 대해 27 및 고온-실린더에 대해 28) 뿐만 아니라 서로로부터 두 개의 실린더를 절연하기 위한 수단(29)을 갖는다.
도 19B는 도 19A의 압축 실린더의 투명한 정면도이어서 SSCVCC에 대한 포핏 밸브의 위치를 예시한다. 포핏 밸브가 SSCVCC의 움직임과 간섭하지 않도록 포핏 밸브가 배치된다. 도 19B에는 흡기 포핏 밸브 헤드(30)가 흡기 포핏 밸브 시트(31)로부터 분리되는 것, 즉 압축 실린더가 이의 흡기 행정을 수행할 때를 도시한다. 크랭크샤프트(24)의 회전은 흡기 밸브 캠(25)이 압축 챔버(B)를 향하여 그로부터 멀리 흡기 밸브 스템(25A)가 이동하는 것을 유발하여, 흡기 밸브 시트(31)로부터 흡기 밸브 헤드(30)를 안착하거나 분리된다. 도 19A 및 도 19B의 전형적인 엔진에서, 포핏 밸브는 중앙으로부터 오프셋되지만 다른 배열체가 가능하다.
도 20 내지 도 28은 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진의 다른 실시형태를 도시하고, 여기서 압축 실린더(101) 및 파워 실린더(102)가 대향 구성으로 배열된다(압축 실린더(01) 및 파워 실린더(02)가 인-라인 구성으로 배열되는 도 1 내지 도 18과 달리). 비록 도 1 내지 도 18의 구성요소의 타이밍과 위치 설정 사이에 다수의 유사성이 있지만, 대향된 구성 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진의 작동의 부분적인 설명이 여기서 명료성을 위해 반복된다.
도 20을 참조하면, 일 실시형태에 따라, 대향된 구성의 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 실린더는 압축 실린더(101), 파워 실린더(102), 압축 피스톤(103), 압축 피스톤 링(103A), 파워 피스톤(104), 파워 피스톤 링(104A), 흡기/압축 챔버(B), 및 팽창/배기 챔버(C)를 포함한다. 또한 두 개의 각각의 피스톤 연결 로드(105 및 106), 압축 크랭크샤프트(107) 및 파워 크랭크샤프트(108)를 포함한다. 파워 크랭크샤프트(108) 및 압축 크랭크샤프트(107)를 연결하는 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 도 20 내지 도 28에 도시되지 않지만, 예를 들면, 도 1 내지 도 18의 구성요소(09)와 유사한 기어 기반 메커니즘 또는 벨트, 연결 로드 및 체인과 같은 임의의 다른 기계적 링키지 메커니즘일 수 있다. 계속해서 도 20을 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 흡기 매니폴드(110), 챔버(A), 흡기 포트(111), 배기 매니폴드(112), 챔버(D), 및 배기 포트(113)를 포함한다. 또한 스풀 실린더(114), 스풀 셔틀(115), 스풀 셔틀(115) 내에 배치되는 연소 챔버(116), 및 압축 실린더(101)와 커플링하거나 커플링 해제될 수 있는 연소 챔버 포트(116A), 및 파워 실린더(102)와 커플링하거나 커플링 해제할 수 있는 연소 챔버 포트(116B)를 포함한다. 계속해서 도 20을 참조하면, SSCVCC 스플릿-사이클 엔진은 또한 압축 측(117) 상의 스풀 링, 팽창 측(118) 상의 스풀 링, 및 흡기 포트(111) 및 배기 포트(113)에 각각 근접한 스풀 실린더(114)의 고리형 그루브에 배치된, 두 개의 스풀 실린더 고정(수축) 링(119A 및 119B)를 포함한다. 계속해서 도 20을 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 스풀 연결 로드(120) 및 스풀 크랭크샤프트(121)압축 실린더(101)는 압축 피스톤(103), 흡기 또는 압축 챔버(B), 및 흡기 포트(111)를 수용하는 피스톤 엔진 실린더이다. 파워 실린더(102)는 파워 피스톤(104), 팽창 또는 배기 챔버(C) 및 배기 포트(113)를 수용하는 피스톤 엔진이다. 압축 피스톤(103) 및 압축 챔버(B)는 흡기 및 압축 엔진 행정을 제공한다(그러나, 배기 행정을 제공하지 않는다). 파워 피스톤(104) 및 팽창 챔버(C)는 파워 및 배기 행정을 제공한다(그러나, 흡입 행정을 제공하지 않는다). 연결 로드(105 및 106)는 이들의 각각의 위치를 이들의 각각의 크랭크샤프트에 연결한다. 압축 크랭크샤프트(107)는 회전 운동을 압축 피스톤(103) 왕복 운동으로 전환한다. 파워 피스톤(104)의 왕복 운동은 파워 크랭크샤프트(108)의 회전 운동으로 변환하고, 이는 엔진 회전 운동 또는 일로 변환된다(예를 들면, 파워 크랭크샤프트는 또한 엔진 출력 샤프트로서 기능할 수 있다). 크랭크 샤프트 연결 메커니즘(도시안됨)은 파워 크랭크샤프트(108)의 회전을 압축 크랭크샤프트(107)의 회전으로 전달한다. 압축 피스톤(103) 및 파워 피스톤(104) 둘다 불규칙한 구조물 또는 돌기(122 및 123) 각각을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 이러한 돌출부의 기능은 비사용 공간을 감소시키킬 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 스풀 실린더(114)는 스풀 셔틀(115)을 수용하고 둘다 서로 대향하는 압축 실린더(101) 및 파워 실린더(102) 둘다에 수직하게 배치된다. 스풀 연결 로드(120)는 수플 셔틀(115)을 스풀 크랭크샤프트(121)에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트(121)는 회전 운동을 스풀 셔틀(115) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 크랭크샤프트(121)는 기계적 링키지 메커니즘을 통해 파워 크랭크샤프트(108)에 연결하여, 파워 크랭크샤프트(108)를 스풀 크랭크샤프트(121)를 구동한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 스와시 플레이트 메커니즘 또는 캠샤프트 메커니즘은 예를 들면 스풀 셔틀(115)을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 스풀 셔틀(115)은 타원형(구형 또는 다른 형상일 수 있음) 연소 챔버 구조물(116), 연소 챔버 구조물 포트(116A 및 116B), 및 연소 챔버(E)를 수용한다. 스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 및 팽창 챔버(C)에 유체적으로 연결되는 것 사이에서 교번한다. 스풀(115) 왕복 운동의 부분 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 및 팽창 챔버(C) 둘다에 유체적으로 연결될 수 있다.
스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 흡기 포트(111)는 스풀 셔틀(115)이 흡기 포트(111)를 차단 또는 차단 해제할 때 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 이에 따라, 스풀 셔틀(115) 왕복 운동은 챔버(A) 및 챔버(B)를 유체적으로 커플링 또는 커플링 해제한다.
스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 배기 포트(113)는 스풀 셔틀(115)이 배기 포트(113)를 차단하거나 차단해제할 때 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 이에 따라, 스풀 셔틀(115) 왕복 운동은 챔버(C) 및 챔버(D)를 유체적으로 커플링하거나 커플링 해제한다.
스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 구조물(116)은 연소 챔버 포트(116A)를 통해 챔버(B)로부터 유체적으로 커플링하거나 커플링해제할 수 있다.
스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 구조물(116)은 연소 챔버 포트(116B)를 통해 챔버(C)로부터 유체적으로 커플링 또는 디커플링될 수 있다.
스풀 크랭크샤프트(121) 사이클의 작은 미리 결정된 부분, 예를 들면, 스풀 셔틀(115) 왕복 운동이 이의 중간 행정 지점을 통과하는 지점으로부터 ±30도에 대해, 챔버(B, E 및 C)는 연소 챔버 포트(116A 및 116B)를 통해 모두 유체적으로 연결될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 미리 결정된 위상 지연은 크랭크샤프트(107 및 108)를 통해 도입되어, 파워 피스톤(104)이 압축 피스톤(103)을 이끌거나 후속한다. 도 20 내지 도 28은 미리 결정된 위상 지연이 크랭크샤프트(07 및 08)를 통해 도입되어 파워 피스톤(104)이 10도 크랭크 각도만큼 압축 피스톤(103)을 선행하는 하나의 이 같은 예시적인 실시형태를 도시한다.
예시적인 실시형태에서, 작동 유체(공기-연료 충전물)는 챔버(A) 내의 흡기 매니폴드(110)와 포트(111) 사이에 배치된다. 압축 실린더(101) 상에 배치된 흡기 포트(111)는 자연적으로 흡입된 외기 또는 탄소 결합 공기/연료 충전물, 또는 충전물의 강제 유입의 압축 실린더(101) 내로의 유동을 제어할 수 있다. 흡기 포트가 개방 및/또는 폐쇄할 때 압축 피스톤(103)의 위치가 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 흡기 포트의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍이 변화할 수 있다. 일 예에서, 압축 피스톤(103)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 50 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(103)이 이의 TDC에 도달하기 전에 흡기 포트는 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 개방할 수 있다. 일 예에서, 압축 피스톤(103)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 70 크랭크샤프트 각도를 통하여 흡입 포트는 압축 피스톤(103) BDC 주위의 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 폐쇄될 수 있다.
일 실시형태에서, 압축 피스톤(103)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 10 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(103)이 이의 TDC에 도달할 때 시작하여 흡입 포트는 크랭크샤프트 각도의 범위에서 개방될 수 있다. 흡기 행정의 단부인 BDC에서, 작동 유체는 흡기 시스템 내의 파동 역학 및 유체 관성에 의해 실린더에 계속하여 유입될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 압축 피스톤 BDC 후 흡입 포트를 폐쇄하는 것이 유리할 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(103)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 70 크랭크샤프트 각도까지 압축 피스톤(103)이 이의 BDC에 도달하기 전 흡입 포트(111)는 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 폐쇄될 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(103)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 50 크랭크샤프트 각도 까지 압축 피스톤(103)이 이의 BDC에 도달할 때를 시작하여 흡기 포트가 더 좁은 범위내에서 폐쇄될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 파워 실린더(102) 상에 배치되는 배기 포트(111)는 연소 가스의 방출을 제어할 수 있다. 배기 포트가 개방할 때 파워 피스톤(104)의 위치가 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(104)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 20 크랭크샤프트 각도를 통하여 파워 피스톤(104)이 이의 BDC에 도달한 후 배기 포트는 대략 60 크랭크샤프트 각도를 개방할 수 있다. 배기 포트가 폐쇄할 때 파워 피스톤(104)의 위치가 또한 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(104)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 5 크랭크샤프트 각도 까지 파워 피스톤(104)이 이의 TDC에 도달하기 전에 배기 포트는 대략 15 크랭크샤프트 각도를 폐쇄할 수 있다.
일 실시형태에서, 파워 피스톤(104)이 도달할 때를 시작하여 파워 피스톤(104)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 30 크랭크샤프트 각도 까지의 범위에서 배기 포트가 개방될 수 있다. 일 실시형태에서, 대략 파워 피스톤(104)이 이의 TDC에 도달할 때를 통하여 파워 피스톤(104)이 이의 TDC에 도달하기 전 5도에서 시작하여 더 좁은 바람직한 범위 내에서 폐쇄될 수 있다.
일 실시형태에서, 스풀 실린더(114)는 스풀 셔틀(115)을 수용하고 둘다 압축 실린더(101) 및 파워 실린더(102) 둘다에 대해 평행하게 배치된다. 스풀 연결 로드(120)는 스풀 셔틀(115)을 스풀 크랭크샤프트(121)에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트(121)는 회전 운동을 스풀 셔틀(115) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 셔틀(115)은 타원형(예를 들면) 연소 챔버 구조물(116), 연소 챔버 구조물 포트(116A 및 116B), 및 연소 챔버(E)를 수용한다. 스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 및/또는 팽창 챔버(C)에 유체적으로 연결되는 것 사이에서 교번한다. 동일한 스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안, 흡기 포트(111) 및 배기 포트(113)는 개방 또는 폐쇄 위치를 향하여 이동할 수 있다.
SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 인-라인 구성의 열역학적 사이클의 상세한 설명(도 1 내지 도 15)은 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 대향 구성의 열역학적 사이클과 매우 유사하고, 따라서 인-라인 구성에 대해 설명된 밸브 타이밍 및 원리는 또한 대향된 구성에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 15에 도시된 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 인-라인 구성의 열역학적 사이클의 상세한 설명은 도 20 내지 도 28에 도시된, SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 대향 구성의 열역학적 사이클과 매우 유사하고 따라서 인-라인 구성에 대해 설명된 원리 및 밸브 타이밍은 또한 대향된 구성으로 적용될 수 있다.
연소 챔버(E) 용적의 감소 및 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 인-라인 구성(도 16 내지 도 18)에 대한 위상 지연의 변경의 효과의 설명은 또한 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 대향 구성에 적용될 수 있다(도 20 내지 도 28).
도 20을 다시 참조하면, SSCVCC는 일반적으로 스풀 실린더(114), 스풀 셔틀(115), 스풀 셔틀(115) 내에 배치되는 연소 챔버(116), 연소 챔버 포트(116A 및 116B), 압축 측(117) 상의 스풀 링, 팽창 측(118) 상의 스플 링, 스풀 실린더 고정(수축) 링(119A 및 119B), 스풀 연결 로드(120) 및 스풀 크랭크샤프트(121)를 포함한다. 도 20 내지 도 28의 실시형태에서 사용될 때, SSCVCC는 압축 챔버(B) 및 연소 챔버(C)를 분리할 수 있다. 이러한 상황에서 각각의 챔버는 상이한 유체 압력의 구역을 포함할 수 있다. 스풀 실린더(114) 내의 스풀 셔틀(115)의 움직임은 챔버(E)를 통해 챔버(B)와 챔버(C) 사이의 유체 연통의 커플링 또는 커플링 해제를 허용할 수 있다. 압축 행정 동안, 도 28, 도 20, 및 도 21에 예시된 바와 같이, 스풀 실린더(114) 내의 SSCVCC 위치는 압축 행정의 작동 유체가 스풀 링(117) 및 스풀 실린더 수축(고정) 링(119A 및 119B)에 의해 스풀 실린더(114)와 스플 셔틀(115) 사이의 갭을 통하여 측방향으로 통과하는 것이 제한될 때 파워 챔버(C) 내로 압축 챔버(B)로부터 파워 챔버(C) 내로의 고압 유체 전달을 방지한다. 압축 행정 동안(도 28, 도 20 및 도 21) 작동 유체는 챔버(B)로부터 챔버(C)에 전달된다. 챔버(E)가 스풀 셔틀(115) 왕복 운동 동안 대다수의 압축된 작동 유체를 포함할 때, 연소 챔버(E)는 먼저 챔버(B)를 챔버(C)와 커플링되어 챔버(B, E 및 C)가 유체적으로 커플링되고(도 22 및 도 23), 이어서 챔버(E 및 C)로부터의 챔버(B)(도 24)의 커플링 해제가 후속된다. 전형적인 일 실시형태에서, 크랭크샤프트(108) 사이클의 이러한 부분에서(도 24), (다음 사이클의) 흡기 행정은 실린더(101)에서 시작하고 파워 행정은 파워 실린더(102)에서 계속된다. 파워 행정에서의 작동 유체가 스풀 링(118) 및 실린더 수축(고정) 링(119A 및 119B)에 의해 스풀 실린더(114)와 스풀 셔틀(115) 사이의 갭을 통하여 측 방향으로 통과하는 것이 제한될 때 스풀 실린더(114) 내의 SSCVCC 위치는 파워 챔버(C)로부터 압축 챔버(B)로의 고압 유체 전달을 방지할 수 있다. 파워 행정은 도 22 내지 도 26에서 도시되고, 여기서 챔버(E) 내의 연소된 작동 유체는 챔버(E) 및 챔버(C) 둘다로 팽창한다(압축 챔버 포트(116B)를 통해). 도 27에 예시된 바와 같이, 배기 포트(113)는 지금 막 개방되고 도 28에 예시된 바와 같이 배기 포트(113)는 이미 개방되고 연소 가스는 방출한다(및 챔버(C) 고압 압력이 줄어든다). 배기 행정은 도 28 및 도 2O 내지 도 22에 도시되고, 여기서 이미 팽창된 연소 작동 유체는 챔버(C)로부터 배기 포트(113) 및 배기 매니폴드(112)(및 잠재적으로 다른 장치)를 주변 지점(D)으로 배기된다. 흡기 행정은 도 24 내지 도 26에서 도시되고 도 27에서 종료하며, 여기서 다음의 다량의 작동 유체는 흡기 포트(111)를 통해 챔버(B) 내로 유도된다. 흡기 포트(111)가 폐쇄할 때(도 27), 압축 행정은 도 28 및 도 20 내지 도 21에 도시되며, 여기서 작동 유체의 다음 부분은 챔버(B)로부터 연소 챔버 포트(116A)를 통해 챔버(E) 내로 압축된다.
SSCVCC 스플릿-사이클 엔진은 종래의 내연기관에서 수행된 행정을 단일 피스톤 및 실린더에 의해 각각의 실린더가 4 행정 사이클의 반부를 실행하는 두 개의 열적으로 차별화된 실린더로 분리한다. 비교적 "저온" 실린더는 흡입 및 압축 행정을 실행하지만 배기 행정을 실행하지 않고, "고온" 실린더는 연소 및 배기 행정을 실행하지만 흡기 행정을 실행하지 않는다. 예시적인 실시형태에 대해 도 20 내지 도 28에 도시된 바와 같이 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 대향 구성은 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 인 라인 구성에 비해 열적으로 차별화된 실린더들을 더 용이하게 실시할 수 있으며(예시적인 실시형태에 대해 도 1 내지 도 15에 도시된 바와 같이), 반면 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 인 라인 구성의 패키징이 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 대향 구성에 비해 더 보편적이다.
도 29 내지 도 34는 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진의 다른 실시형태를 예시하며, 여기서 압축 실린더(201) 및 파워 실린더(202)는 대향 구성으로 배열된다.(압축 실린더(101) 및 파워 실린더(102)가 대향 구성으로 배열되는 도 20 내지 도 28과 유사하지만, 압축 실린더(01) 및 파워 실린더(02)가 인-라인 구성으로 배열되는 도 1 내지 도 18과 상이하다). 도 29 내지 도 34에 도시된 실시형태는 아래에서 설명되는 바와 같이, 압축, 연소 및 팽창 상태를 완전히 분리함으로써 거의 이상적인 열역학적 공정의 실시를 가능하게 할 수 있다. 비록 도 20 내지 도 28에 설명된 실시형태 그리고 도 29 내지 도 34에 설명된 실시형태의 작동의 타이밍, 모드와 구성요소의 위치 설정 사이에 다수의 유사성이 있지만, 도 29 내지 도 34에 도시된 실시형태의 부분적인 설명은 두 개의 실시형태들 사이의 차이에 초점을 갖고 명료성을 위해 여기서 제공된다. 도 29 내지 도 34는 완전한 엔진 작동을 설명하지 않고 이러한 예시적인 실시형태에서 오히려 압축 작동 유체가 전달되고 연소되고 팽창될 수 있는 유일한 방법에 초점을 갖는다.
도 29를 참조하면, 일 실시형태에 따라, 대향된 구성 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 실린더는 압축 실린더(201), 파워 실린더(202), 압축 피스톤(203)(검은색 화살표는 피스톤(203) 움직임의 방향을 나타냄), 파워 피스톤(204)(검은색 화살표는 피스톤(204) 움직임의 방향을 나타냄), 압축 챔버(B), 및 팽창 챔버(C), 압축 포트(207) 및 배기 포트(208)를 포함한다. 상기 설계는 또한 도 29에 도시되지 않고 도 1 내지 도 28에 도시되는 대응하는 구성요소와 유사한 구조 및 기능을 갖는 아래의 구성요소를 포함한다: 두 개의 각각의 피스톤 연결 로드, 압축 크랭크샤프트 및 파워 크랭크샤프트, 파워 크랭크샤프트를 연결하는 크랭크샤프트 연결 메커니즘, 압축 크랭크샤프트, 흡기 포핏 밸브 및 배기 포핏 밸브(흡기 및 배기 포핏 밸브는 구성요소(205 및 206) 각각으로서 도 34에 도시됨), 스풀 연결 로드 및 스풀 크랭크샤프트. 계속해서 도 29를 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 스풀 실린더(214), 스풀 셔틀(215)(검은 색 화살표는 스풀 셔틀(215) 움직임의 방향을 나타냄), 스풀 셔틀(215) 내에 배치되는 연소 챔버(216), 압축 실린더(201)와 커플링 또는 커플링 해제될 수 있는 연소 챔버 포트(216A), 및 파워 실린더(202)와 커플링 또는 커플링 해제될 수 있는 연소 챔버 포트(216B), 스파크 플러그와 커플링되거나 커플링 해제될 수 있는 연소 챔버 포트(216C)를 포함한다(스파크 플러그는 도 29에 도시되지 않지만 도 31 및 도 34에서 구성요소(211)로서 도시된다). 계속해서 도 29를 참조하면, SSCVCC 스플릿-사이클 엔진은 또한 압축 실린더(201)에 더 근접한 스풀의 부분 상에 아래의 링들을 포함한다: 측방향 스풀 오일 제어 링(217A), 오일 제어 링(217A)다 더 중심에 배치되지만 오일 제어 링(217A)에 매우 근접한 E스풀 압축 링(217B), 더 중심의 제 2 스풀 압축 링(217C), 및 연소 챔버 포트(216A 및 216B)에 비교적 더 근접한 제 3 스풀 압축 링(217D). 계속해서 도 29를 참조하면, SSCVCC 스플릿-사이클 엔진은 또한 팽창 실린더(202)에 더 근접한 스풀의 부분 상에 아래의 링들을 포함한다: 측방향 스풀 오일 제어 링(218A), 오일 제어 링(218A)보다 더 중심에 배치되고 스풀 오일 링(218A)에 매우 근접한 스풀 압축 링(218B), 더 중심의 제 2 스풀 압축 링(218C) 및 연소 챔버 포트(216A 및 216B)에 비교적 더 근접하지만 스풀 압축 링(217D)에 대해 포트(216A 및 216B)의 마주하는 측면 상에 제 3 스풀 압축 링(218D). 계속해서 도 29를 참조하면, SSCVCC 스플릿-사이클 엔진은 또한 압축 피스톤 돌출부(222) 및 파워 피스톤 돌출부(223)를 채용한다. 압축 실린더(201)는 압축 피스톤(203), 압축 챔버(B), 및 흡기 밸브를 수용하는 피스톤 엔진 실린더이다(흡기 밸브는 도 29에 도시되지않고 도 34에 구성요소(205)로서 도시된다). 파워 실린더(202)는 파워 피스톤(204), 팽창 챔버(C) 및 배기 밸브를 수용하는 피스톤 엔진 실린더이다(배기 밸브는 도 29에 도시되지 않고 도 34의 구성요소(206)로서 도시된다). 압축 피스톤(203) 및 압축 챔버(B)는 흡기 및 압축 엔진 행정을 제공한다. 압축 피스톤(203) 및 압축 챔버(B)는 흡기 및 압축 엔진 행정을 제공한다. 파워 피스톤(204) 및 팽창 챔버(C)는 파워 및 배기 행정을 제공한다. 연결 로드는 이들의 각각의 피스톤을 이들의 각각의 크랭크샤프트(도시안됨)에 연결한다. 압축 크랭크샤프트는 회전 운동을 압축 피스톤 왕복 운동(도시안됨)으로 변환한다. 파워 피스톤(204)의 왕복 운동은 파워 크랭크샤프트의 회전 운동으로 변환하고, 이는 엔진 회전 운동 또는 일(도시안됨: 예를 들면, 파워 크랭크샤프트는 또한 엔진 출력 샤프트로서 제공될 수 있고 스풀 셔틀(215)을 작동시킬 수 있다)로 변환된다. 크랭크샤프트 연결 기구(예를 들면, 기어 트레인, 체인 구동부, 벨트 구동부, 등)는 파워 크랭크 회전을 압축 크랭크샤프트(도시안됨)로 전달한다. 압축 피스톤(203) 및 파워 피스톤(204) 둘다 불규칙적인 구조물 또는 돌출부(222 및 223) 각각을 갖거나 가지지 않을 수 있다. 이러한 돌출부의 기능은 비사용 공간을 감소시킬 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 스풀 실린더(214)는 스풀 셔틀(215)을 수용하고 둘다 압축 실린더(201) 및 서로 대향하는 파워 실린더(202) 둘다에 수직하게 배치된다. 스풀 연결 로드(도시안됨)는 스풀 셔틀(215)을 스풀 크랭크샤프트(도시안됨)에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트(도시안됨)는 회전 운동을 스풀 셔틀(215) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 크랭크샤프트는 기계적 링키지 메커니즘(예를 들면, 기어 트레인, 체인 구동부, 벨트 구동부, 등)을 통해 파워 크랭크샤프트에 연결하고, 이에 따라 파워 크랭크샤프트는 스풀 크랭크샤프트(도시안됨)를 구동한다. 스풀 셔틀(215)은 구형(타원형 또는 임의의 다른 형상일 수 있음) 연소 챔버 구조물(216), 연소 챔버 구조물 포트(216A, 216B, 및 216C), 및 연소 챔버(E)를 수용한다. 도 29 내지 도 34에 도시된 전형적인 일 실시형태에서, 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 및 팽창 챔버(C)에 유체적으로 커플링되거나 커플링 해제하는 것 사이에서 교번한다. 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 도 29 내지 도 34에 도시된 예시적인 실시형태에서, 연소 챔버(E)는 또한 (도 31에서 도시된 바와 같이) 사이클의 제한된 부분에 대해 압축 챔버(B) 및 팽창 챔버(C) 둘다로부터 유체적으로 커플링 해제된다. 다른 예시적인 실시형태에서, 스풀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B)와 팽창 챔버(C)(도 1 내지 도 28에 도시된 실시형태와 유사함) 둘다에 유체적으로 연결될 수 있거나 되지 않을 수 있다.
도 29 내지 도 33을 참조하면, 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 포트(216A) 및 압축 포트(207)를 통해, 챔버(E) 및 연소 챔버 구조물(216)은 유체적으로 커플링될 수 있거나 챔버(B)로부터 커플링 해제될 수 있다.
도 29 내지 도 33을 참조하면, 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E) 및 연소 챔버 구조물(216)은 연소 챔버 포트(216B)를 통해 유체적으로 커플링될 수 있거나 챔버(C)로부터 커플링 해제될 수 있다.
도 29 내지 도 33을 참조하면, 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버 구조물(216)은 연소 챔버 포트(216C)를 통해 스파크 플러그에 직접 노출될 수 있거나 노출되지 않을 수 있다(스파크 플러그는 도 29에 도시되지 않고 도 31 및 도 34에 구성요소(211)로서 도시된다).
스풀 크랭크샤프트 사이클의 소형의 미리 결정된 부분, 예를 들면 스풀 셔틀(215) 왕복 운동이 이의 중간 행정 지점을 통하여 통과하는 지점으로부터, ±30도에 대해, 챔버(E)는 챔버(B 및 C) 둘다로부터 커플링 해제될 수 있고 연소가 시작될 수 있고 홀로 챔버(E)에서 전개될 수 있다. 연소는 챔버(E) 및 챔버(C)가 유체적으로 커플링되면 챔버(E) 및 챔버(C) 둘다에서의 전개 및 발생을 계속할 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 미리 결정된 위상 지연은 압축 피스톤 및 파워 피스톤 크랭크샤프트를 통해 도입되어 파워 피스톤(204)이 압축 피스톤(203)을 선행하거나 후속한다. 도 29 내지 도 33은 압축 피스톤 및 파워 피스톤 크랭크샤프트들을 통해 도입되는 미리 결정된 위상 지연은 압축 피스톤(203)이 47도 크랭크각도만큼 파워 피스톤(204)를 선행하는 이 같은 예시적인 실시형태를 도시한다.
예시적인 실시형태에서, 흡기 밸브(흡기 밸브가 도 29에 도시되지 않지만 도 34에 구성요소(205)로서 도시된다)는 포핏 밸브로서 당업계에서 통상적으로 공지된 바와 같이, 원추형 밀봉 표면을 가지는 샤프트로 구성된다. 압축 실린더(201)에 배치된, 흡기 밸브는 자연적으로 흡입된 외기, 또는 탄소 결합 공기/연료 충전물, 또는 충전물의 강제된 유도의 압축 실린더(201) 내로의 유동을 제어한다. 압축 실린더(201)는 하나 이상의 흡기 밸브를 갖는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 압축 피스톤(203)의 위치, 기능 및 작동에 대한 흡기 밸브 위치는 종래의 4행정 내연기관의 흡기 밸브와 유사하거나 동일할 수 있다. 흡기 밸브가 개방 및/또는 폐쇄될 때 압축 피스톤(203)의 위치가 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 흡기 밸브의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍은 변화할 수 있다. 일 예에서, 흡기 밸브는 압축 피스톤(203)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 40 크랭크샤프트 각도까지 이의 TDC에 도달하기 전 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 흡기 밸브가 개방될 수 있다. 일 예에서, 압축 피스톤(203)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 70 크랭크샤프트 각도까지 압축 피스톤(203)이 이의 BDC에 도달한 후 몇 크랭크샤프트 각도의 범위 내에서 폐쇄될 수 있다.
일 예에서, 압축 피스톤(203)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 10 크랭크샤프트 각도를 통하여 압축 피스톤(203)이 이의 TDC에 도달할 때 흡기 밸브가 개방될 수 있다. 흡입 행정의 단부인, BDC에서, 작동 유체는 충전물의 관성에 의해 실린더로 계속해서 유입한다. 이러한 이유 때문에 압축 피스톤 BDC 다음에 흡기 밸브를 폐쇄하는 것이 유리할 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(203)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 70 크랭크샤프트 각도까지 압축 피스톤(203)이 그의 BDC에 도달하기 전에 몇 크랭크 각도의 범위 내에서 폐쇄될 수 있다. 일 실시형태에서, 압축 피스톤(203)이 이의 BDC에 도달할 때 시작하여 압축 피스톤(203)이 이의 TDC에 도달한 후 대략 50 크랭크샤프트 각도까지의 더 좁은 범위 내에서 흡기 밸브가 폐쇄될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 배기 밸브(배기 밸브는 도 29에 도시되지 않고 도 34에서 구성요소(206)로서 도시된다)는 포핏 밸브로서 당업계에서 통상적으로 공지된 바와 같이, 원주형 밀봉 표면을 갖는 샤프트로 구성된다. 파워 실린더(202) 상에 배치된, 배기 밸브는 연소 가스의 방출을 제어할 수 있다. 파워 실린더(202)는 하나 이상의 배기 밸브를 갖는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 배기 밸브 위치, 기능 및 작동은 종래의 4행정 내연기관의 배기 밸브들과 유사하거나 동일할 수 있다. 배기 밸브가 개방할 때 파워 피스톤(204)의 위치가 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(204)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 20 크랭크샤프트 각도까지 파워 피스톤(204)에 도달하기 전에 대략 60 크랭크샤프트 각도로 개방될 수 있다. 배기 밸브가 폐쇄할 때 파워 피스톤(204)의 위치는 또한 변화할 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 파워 피스톤(204)가 이의 TDC에 도달한 후 대략 5 크랭크샤프트 각도까지 파워 피스톤(204)에 도달하기 전 배기 밸브가 대략 15 크랭크샤프트 각도로 폐쇄될 수 있다.
일 실시형태에서, 파워 피스톤(204)이 이의 BDC에 도달할 때 시작하여 파워 피스톤(204)이 이의 BDC에 도달한 후 대략 30 크랭크샤프트 각도까지의 범위 내에서 배기 밸브가 개방될 수 있다. 일 실시형태에서, 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 도달하기 전에 5도로 시작하여 파워 피스톤(204)이 대략 이의 TDC에 도달할 때 까지의 더 좁은 바람직한 범위 내에서 배기 밸브가 폐쇄될 수 있다.
일 실시형태에서, 스풀 실린더(214)는 스풀 셔틀(215)을 수용하고 둘다 압축 실린더(201) 및 파워 실린더(202) 둘다에 대해 수직하게 배치된다. 스풀 연결 로드는 스풀 셔틀(215)을 스풀 크랭크샤프트에 연결한다. 스풀 크랭크샤프트는 회전 운동을 스풀 셔틀(215) 왕복 운동으로 변환한다. 스풀 셔틀(215)은 구형(예를 들면) 연소 챔버 구조물(216), 연소 챔버 구조물 포트(216A, 216B, 216C), 및 연소 챔버(E)를 수용한다. 스풀 셔틀(215) 왕복 운동 동안, 연소 챔버(E)는 압축 챔버(B) 또는 팽창 챔버(C)에 유체적으로 연결되는 것들 사이에서 교번한다.
도 29 내지 도 33의 실시형태를 다시 참조하면, 이는 챔버(B)로부터 챔버(E)를 참조하여 챔버(C)로 작동 유체의 전달을 포함하는 SSCVCC 사이클의 부분을 더 상세하게 설명한다. 도 29를 참조하면, SSCVCC는 압축 챔버(B) 및 연소 챔버(C)를 분리할 수 있어 각각의 챔버는 상이한 작동 유체 압력의 구역을 포함할 수 있다. 압축 행정 동안 작동 유체는 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달된다. 압축 피스톤(203)이 TDC에 도달하기 전(도 29) 몇 크랭크샤프트 각도, 스풀 실린더(214) 내의 스풀 셔틀(215) 위치는 압축 챔버(B)로부터 스플 링(218C)에 의한 파워 챔버(C) 내로의 고압 유체 전달을 방지할 수 있다. 압축 피스톤(203)이 압축 행정의 단부인 이의 TDC에 도달할 때(도 30), 거의 완전히 압축된 작동 유체는 압축 포트(207) 및 연소 챔버 포트(216A)를 통해 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달된다. 스풀 실린더(214) 내의 스풀 셔틀(215) 위치는 압축 챔버(B) 및 챔버(E)로부터 스풀 링(218D)에 의해 팽창 챔버(C) 내로의 고압 유체 전달을 방지할 수 있다. 이는 압축 피스톤(203)이 TDC에 있을 때(도 30) 압축 작동 유체는 스풀 링(218D) 및 스풀 링(217C)에 의해 스풀 실린더(214)와 스풀 셔틀(215) 사이의 갭을 통하여 측방향으로 통과하는 것을 제한하기 때문이다. 스플 셔틀(215) 연속 왕복 운동 동안(도 31), 챔버(E)가 대부분의 압축 작동 유체를 포함할 때, 압축 챔버(E)는 스풀 링(217D)에 의해 챔버(B)로부터 커플링 해제되고, 반면 계속해서 스풀 링(218D)에 의해 챔버(C)로부터 커플링 해제된다. 이에 따라, 챔버(E)는 스파크 플러그(211)에 의해 점화될 수 있는 대부분의 압축된 작동 유체를 포함하고, 이는 스풀 실린더(214) 상에 배치되고 연소 챔버 포트(216C)와 정렬된다(도 31). 전형적인 일 실시형태에서, 사이클의 이러한 부분에서(도 31), 흡기 밸브가 개방되고(도시안됨) 압축 피스톤(203)이 이의 BBC를 향하여 이의 움직임을 시작할 때 다음 사이클의 흡입 행정이 실린더(201)에서 시작한다. 또한, 사이클의 이러한 부분에서(도 31), 파워 피스톤(204)은 이의 TDC에 더 근접하게 되어, 개방된 배기 밸브(도시안됨)를 통하여 연소된 작동 유체의 최종 부분을 푸시한다. 이에 후속하여, 파워 피스톤이 이의 TDC에 도달하면(도 32) 배기 밸브는 폐쇄한다(도시안됨). 스풀 셔틀(215) 연속 왕복 운동 동안(검은색 화살표), 챔버(E)는 도 32에 도시된 바와 같이, 연소 챔버 포트(216B) 및 팽창 포트(208)를 통해 챔버(C)에 커플링된다. 결론적으로, 연소 작동 유체는 이의 TDC로부터 멀어지는 파워 피스톤(204) 움직임에 의해(피스톤(204) 상의 검은색 화살표) 이의 용적을 증가하는 두 개의 챔버(E) 및 챔버(C)에서 팽창된다. 연소 챔버(E) 및 파워 챔버(C)로부터 다시 압축 챔버(B)로의 고압 작동 유체의 바람직하지 않은 전달은 스풀 링(217D)에 의해 제한된다(도 32). 스풀 링(218C)은 스풀 실린더(214)와 스풀 셔틀(215) 사이의 갭을 통하여 측방향으로 연소 챔버(E) 및 파워 챔버(C)로부터의 고압 작동 유체의 원하지 않은 누출을 제한한다. 파워 행정의 초기는 도 32 및 도 33에 도시되고, 여기에서 연소된 작동 유체는 챔버이고 챔버(E) 및 챔버(C) 둘다로 팽창한다(연소 챔버 포트(216B) 및 팽창 포트(208)를 통해). 도 32 및 도 33은 또한 연속된 흡기 행정을 도시하며, 여기에서 작동 유체의 다음 부하는 챔버(B) 내로 유도된다.
먼저 챔버(B)로부터 챔버(E)로의 작동 유체의 전달, 그리고 단지 챔버(E)가 챔버(B)로부터 커플링 해제된 후 작동 유체가 제 2 단계로서 챔버(E)로부터 챔버(C)로 전달되는 SSCVCC 열역학적 사이클의 부분의 설명은 도 29 내지 도 33에 도시된 예시적인 실시형태에 대해 위에서 제공된다. 이러한 예시적인 실시형태 때문에, 엔진 사이클의 나머지(실린더(201) 내의 압축 행정에 의해 후속되는 흡기 행정의 연속물 및 실린더(202) 내의 배기 행정에 의해 후속되는 파워 행정의 연속물)은 열역학적 사이클 및 도 1 내지 도 28에 도시된 공정들과 유사할 수 있다.
도 34는 종래의 흡기 및 배기 포핏 밸브와 함께 SSCVCC를 배열하는 방식을 설명하는 일 실시형태(2D에서 도 29 내지 도 33에서 또한 도시되는)에 따른 3D 도면이다. 도 34는 실시형태 구성요소들의 부분적인 선택만을 도시하며, 이 구성요소들은 압축 실린더(201), 파워 실린더(202), 흡기 포핏 밸브(205), 배기 포핏 밸브(206), 팽창 포트(208), 및 양 실린더에 대한 실린더 헤드로서 기능하는, 엔진 연결판(210)를 포함한다. 계속해서 도 34를 참조하면, 스플릿-사이클 엔진은 또한 스파크 플러그(211), 수 개의 연결판 냉각 채널(212)(여기에서 오일 또는 냉매가 순환함), 스풀 실린더(214), 스풀 셔틀(215), 스풀 셔틀(215) 내에 배치된 연소 챔버(도시안됨) 및 연소 챔버 포트(216A)를 포함한다. 엔진 연결판(210)은 또한 압축 실린더(201) 및 파워 실린더(202) 둘다에 대한 엔진 헤드로서 기능한다. 엔진 연결판(210)은 또한 스풀 실린더(214) 및 스풀 셔틀(215)을 수용한다.
도 34는 팽창 포트(208)와 완전히 정렬하는 연소 챔버 포트(216B)를 도시하며, 이는 파워 챔버(C)와 연소 챔버(E)의 커플링을 가능하게 한다. 도 34는 도 33에서 2D로 도시되는 엔진 사이클의 동일함 부분을 3D로 도시되고, 여기에서 챔버(E)의 연소된 작동 유체는 챔버(E)와 챔버(C) 둘다로 팽창한다.
도 34는 또한 일 실시형태에 따라 각각 종래의 흡입 및 배기 포핏 밸브(205 및 206)와 함께 스풀 실린더(214) 및 스플 셔틀(215)를 배열하는 방식을 설명한다. 연결판(210)은 스플 실린더 및 스풀 셔틀이 압축 실린더(201) 및 파워 실린더(202) 헤드의 절반 만을 덮는 방식으로 예를 들면 스풀 실린더(214) 및 스풀 셔틀(215)을 수용할 수 있다. 이는 스풀 셔틀(215) 왕복 운동이 연속 챔버 포트(216A 및 216B)를 압축 포트(207) 및 팽창 포트(208) 각각과 커플링하거나 커플링 해제하는 것을 허용할 수 있다. 스풀 실린더(214)에 의해 덮이지 않는 압축 실린더(201) 헤드의 나머지 절반은 흡기 밸브(205)를 수용할 수 있다. 스풀 실린더(214)에 의해 덮이지 않는 파워 실린더(202) 헤드의 나머지 절반은 배기 밸브(206)를 수용할 수 있다. 도 29 내지 도 34에 도시된 예시적인 실시형태는 미세한 크랙 각도 간격 동안 챔버(B, E 및 C)의 커플링 해제를 3개의 별개의 챔버들로의 완전한 커플링 해제를 설명한다(압축 실린더(01)로부터 파워 실린더(02)로 작동 유체의 전달). 이는 챔버(E) 내의 진(true) 등체적 연소를 구비한 열역학적 사이클을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 챔버(E)가 낮은 열전도도의 재료(예를 들면, 세라믹)로 구성될 수 있는 경우, 결과적인 열역학적 사이클은 열 효율을 최대화하도록 공지되는 이상적인 단열 사이클에 근접하게 한다. 압축 피스톤(203)이 TDC에 도달한 후, 작동 유체는 거의 완전히 챔버(E) 내에 배치된다. 스풀 셔틀(215)이 파워 실린더(202)(도 30 및 도 31)를 향하여 계속하여 이동함에 따라, 챔버(E)는 압축 실린더(챔버(B))로부터 커플링 해제된다. 이때, 스풀 셔틀(215)이 파워 실린더(챔버(C))를 향하여 계속해서 이동하는 동안 점화가 개시될 수 있다(스파크 플러그 포트(216C)를 통하여 스파크플러그(211)를 경유하여). 스풀 셔틀(215)이 팽창 포트(208)에 도달하기 전에(도 32) 연소가 완료되면(또는 거의 완료되면), 연소는 등체적 연소에 근접하게 된다. 스풀 셔틀(215)이 팽창 포트(208)에 도달하기 전 연소가 완료되지 않으면, 연소는 챔버(E) 및 챔버(C) 둘다에서 계속된다.
도 1 내지 도 34에 도시된 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 및 예시적인 실시형태들은 종래의 내연기관의 단일 피스톤 및 실린더에 의해 수행된 행정을 각각의 실린더가 4행정 사이클의 절반을 실행하는 두 개의 열적으로 차별화된 실린더로 분할한다. 비교적 "저온" 실린더는 흡입 및 압축을 실행하지만 배기 행정을 실행하지 않고, 열적으로 고립된 "고온" 실린더는 연소(또는 연소의 부분) 및 배기를 실행하지만 흡입 행정은 실행하지 않는다. 챔버(E)는 또한 열적으로 고립될 수 있다. 종래의 엔진에 비해, 이러한 유리한 시스템은 스플릿-사이클 엔진이 더 높은 연소 챔버 벽 온도 및 낮은 흡입 및 압축 챔버 벽 온도에서 작동하는 것을 허용할 수 있다. 더 높은 연소 챔버 벽 온도를 이용하는 것은 엔진 냉각 요건을 감소시키는 반면 낮은 흡기 및 압축 챔버 벽 온도를 유지하는 것은 압축 에너지 요건을 낮추고, 이에 따라 엔진 효율을 상승시킨다. 부가적으로, 예시적인 실시형태에 따라, 열적으로 고립하는 챔버(E)(외부 환경으로부터 연소 챔버 구조물(16, 116, 및 216)) 및 파워 실린더는 외부 열 손실을 감소시킬 수 있고 이에 따라 연료 열 에너지의 더 큰 부분이 유용한 일로 변환되는 것을 가능하게 한다. 파워 실린더는 열적으로 고립될 수 있거나 열적으로 고립되지 않을 수 있다.
SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 및 도 1 내지 도 34에 도시된 예시적인 실시형태는 일부 예시적인 실시형태(도시안됨: 추가 세부 사항은 미국 특허 제 7,273,023호 내에 설명되며, 이의 개시 내용은 전체가 참조에 의해 본원에 포함됨)에 따라 배기 동안 배기 열 포획 및 열 재이용을 이용할 수 있다. 배기 가스는 통로를 통하여 이동하고, 이에 의해 열을 다시 파워 실린더 벽 내로 전도한다. 통로는 나선형 방식으로 챔버를 피해갈 수 있어, 챔버의 길이를 이동하고 역으로 다시 주변 배기부로 다시 역으로 이동한다. 파워 실린더(01, 101, 및 201)는 또한 외부 절연 커버(38)(예를 들면, 벌집 구조물 또는 유사물)를 이용할 수 있고, 이는 열 누출을 방지한다. 한편, 압축 실린더(02, 102 및 202) 온도는 열 확산기(공기가 냉각된 경우 냉각 핀)를 활용함으로써 감소될 수 있다.
SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 및 도 1 내지 도 34에 도시된 예시적인 실시형태는 예시적인 실시형태에 따라, 제 2 실린더(도시안됨: 추가 세부 사항은 미국 특허 제 2010/0186689 A1호 내에 설명되며, 이의 개시 내용은 전체가 인용에 이해 본원에 포함됨)보다 더 작은 제 1 실린더를 가짐으로써 개선된 효율을 가지도록 설계될 수 있다. 압축 실린더(01, 101 및 201)(제 1 실린더)에 대해 파워 실린더(02, 102 및 202)(제 2 실린더)에서의 더 큰 용적은 각각 압축 비율보다 더 큰 팽창 비율을 가능하게 한다. 부가된 팽창 용적은 열 및 압력을 기계적 일의 부가 변환을 가능하게 한다. 압축 비율보다 더 큰 팽창 비율은 예를 들면, 종래의 엔진에서 수행되는 Miller 및 Atkinson 사이클과 유사하게, 내연기관 내의 엔진 효율을 상당히 증가시킬 수 있다. 각각의 실린더(압축 실린더 및 팽창 실린더 둘다)의 크기 및 형상이 서로 독립적으로 설계될 수 있기 때문에, 압축 비율보다 더 큰 팽창 비율을 갖는 것은 종래의 엔진보다 스플릿-사이클 엔진을 갖는 향상된 설계일 수 있다.
SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 및 도 1 내지 도 34에 도시된 예시적인 실시형태는 예시적인 실시형태(도시안됨: 추가 세부 사항은 미국 특허 제 2010/0186689 Al호 내에 설명되며, 이의 개시 내용은 전체가 인용에 의해 본원에 포함됨)에 따라 과급된 성능을 갖도록 설계될 수 있다. 따라서, 압축 실린더의 용적은 파워 실린더의 용적보다 더 크도록 설계되며, 이에 의해 더 큰 용적의 공기/연료 혼합물이 압축 챔버(B) 내에 수용되고 압축되는 것을 허용한다. 압축 행정 동안, 압축 챔버(B) 내의 압축된 공기/연료 혼합물의 더 큰 용적 및 증가된 압력(즉, "과급된" 연료 혼합물)은 챔버(E)를 통해 연소 챔버(C) 내로 전달된다. 대안적으로, 직접 주입을 사용할 때, 더 많은 양의 연료는 파워 실린더의 연소 챔버(C) 내로 주입될 수 있다. 양 접근 방법은 파워 행정 동안 더 많은 파워 및 토크(더 높은 파워 밀도)를 제공한다.
도 35는 SSCVCC를 포함하는 전형적인 스플릿-사이클 엔진을 위한 압력 프로파일을 예시하는 그래프이다. 시뮬레이션은 500 cc의 성능을 가지는 0의 위상-지연 및 각각의 실린더를 구비한 엔진을 위해 수용하였다. 엔진은 단일 사이클 동안 2400 RPM에서 작동되었다. 압력(단위: bar)은 y-축선 상에 표시되고 크랭크-샤프트 각도는 x-축선을 따라 표시된다. 각각의 고온-실린더 또는 파워 챔버(암회색 선), 저온-실린더 또는 압축 챔버(검은색 라인), 및 SSCVCC(회색 점선)이 그래프 상에 표시된다.
열역학적 사이클이 또한 표시된다: 저온-실린더의 압축 행정은 지점 1 및 지점 2 사이의 검은색 선에 의해 도시되고 회색 점선은 사이클의 이러한 부분 동안 저온-실린더와 유체적으로 연결되는 SSCVCC 내의 압력을 표시하고; SSCVCC 및 고온-실린더 내의 연소는 지점 2와 지점 3 사이의 회색 점선과 암회색 선에 의해 표시되고; 고온-실린더에 유체적으로 커플링되는 동안, SSCVCC 내의 연소 작동 유체의 팽창(파워 행정)은 지점 3과 지점 4 사이의 회백색 점선 및 암회색 선에 의해 도시되고; 다음 사이클의 흡기 행정은 지점 2와 지점 4 사이의 검은색 선에 의해 도시되고; 그리고 배기 행정은 지점 1과 지점 5 사이의 암회색 라인에 의해 도시된다.
명료성을 위해, 회색 점선(SSCVCC 압력)은 약간 상방으로 변위되어 회색 점선은 도 35에서 다른 선들과 겹쳐지지 않는다. 그러나, 지점 1과 지점 2 사이의 회색 점선은 검은색 선(저온 실린더)와 동일하고 지점 3과 지점 4 사이에는 주로 암회색 선과 동일하다.
도 35를 다시 참조하면, 저온-실린더 내의 압력은 180 크랭크샤프트 각도(지점 1)에서 낮고 압축 행정이 계속될 때 느리게 상승한다. 지점 2에서, 압축 행정이 거의 완료되고 작동 유체는 SSCVCC로 전달되었다. 0 크랭크샤프트 각도 후, 압축 피스톤은 상사점으로부터 멀리 이동하고 저온-실린더 내의 압력이 신속하게 저하되기 시작한다. 흡기 밸브/포트가 개방하고 작동 유체는 이러한 기간동안 취출된다.
도 35를 다시 참조하면, 고온-실린더 내의 압력이 또한 -180 크랭크샤프트 각도(지점 1)에서 낮고 배기 상태 동안 그리고 고온 실린더가 SSCVCC에 유체적으로 커플링될 때까지(지점 5) 계속해서 낮게 유지된다. 상기 지점에서 또는 상기 지점 전에, 배기 밸브/포트가 폐쇄된다. 상기 지점(지점 5)에서, 고온-실리너 내의 압력은 SSCVCC 내의 압축된 유체가 이용가능한 연소 챔버 용적을 채우기 때문에 갑자기 상승한다. SSCVCC가 고온-실린더와 커플링됨에 따라(지점 2), 파워 피스톤이 이의 상사점에 있을 때 압축된 및 연소된 작동 유체는 고온-실린더 내에 존재하는 임의의 소형 용적(챔버 C)를 채운다. 연소는 지점 2에서 그리고 계속 발생하고, SSCVCC 및 고온-실린더 내의 압력이 작동 유체의 팽창에 의해 계속해서 상승한다. 파워 행정은 지점 3에서 시작하고 연소 피스톤이 하사점(지점 4)에 도달할 때까지 압력이 낮아진다. 배기 밸브/포트는 지점 4에서 개방할 수 있다.
SSCVCC 포트를 가로질러 무시가능한 압력 강하는 상당히 일치하는 도 35의 황색 점선 곡선 및 청색 곡선(SSCVCC 입력 포트가 압축 실린더 출력 포트와 정렬되는 동안; 지점 1과 지점 2 사이)이며, 상당히 일치하는 적색 및 황색 점선 곡선에 의해 보여진 바와 같이 SSCVCC 출력 포트는 개방되고 팽창 실린더 입력 포트(지점 3과 지점 4 사이)와 커플링된다. 출력 SSCVCC 포트는 인라인 구성(도 1 내지 도 19) 내의 SSCVCC 입력 포트와 대향 구성(도 20 내지 도 33)에서의 제 2 포트와 동일한 포트이다. 따라서, SSCVCC를 사용하는 것은 상당한 압력 손실을 유발하지 않고 저온-실린더로부터 고온-실린더까지의 압축된 흡입 충전물의 효과적인 전달을 보장할 수 있다. 당업자는 또한 도 35의 스플릿-사이클 엔진은 종래의 4행정 엔진의 열역학적 사이클(통합 사이클)을 근접하게 모방하고 종래 기술의 스플릿-사이클 엔진에 의해 겪을 수 있는 에너지 손실이 발생하지 않는다(저온 사이클과 고온 사이클 사이의 작동 유체의 전달에 의해).
도 35의 압력 프로파일은 전형적인 목적을 위해 제공된다. 이러한 곡선들이 상이한 실린더들의 크기를 사용할 때 변화할 수 있다. 예를 들면, 곡선들은 압축 비율보다 더 큰 팽창 비율을 갖는 스플릿-사이클 엔진을 실행할 때 상이할 수 있으며, 지점 3과 지점 4 사이의 곡선 하의 영역이 증가하여 더 높은 효율을 나타낸다.
비사용 용적을 최소화하는 것은 일반적으로 스플릿-사이클 엔진 및 특히 SSCVCC를 구비한 스플릿-사이클 엔진에서 유익할 수 있다. 전형적인 스플릿-사이클 엔진에서 비사용 용적의 3개 이상의 잠재적인 경우이 있으며, 용이한 설명을 위해 현 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진 설계는 일 예로서 사용될 것이다. 비사용 용적의 3개의 잠재적 경우는 1) 압축 피스톤(03)이 이의 TDC(도 5)에 있을 때, 챔버(B)에서 임의의 잔류 용적은 비사용 용적이 고려되는데, 이는 파워(연소) 행정(2)에 관계하도록 챔버(E 및 C)에 전달되지 않는 압축된 작동 유체를 유지하게 될 것이기 때문이고; 2) 파워 피스톤(04)이 이의 TDC에 있을 때(도 3), 챔버(C)에서 임의의 잔류 용적은 비사용 용적으로 고려되는데, 이는 연소 챔버 포트(16A)를 통해 압축 챔버 구조물(16)(또한 구조물(116 및 216) 참조)이 유체적으로 팽창 챔버(C)와 연결할 때 챔버(E)에서 작동 유체의 부분적인 압축 해제를 유발하기 때문이고(어떠한 일도 하지 않으면서 작동 유체의 압축 해제는 효율을 감소시킨다); 및 3) 파워(연소) 행정에 관계하도록 방지되는 작동 유체를 유지하는 챔버(E) 내에 용적의 임의의 부분은 비사용 용적을 연소된 이러한 작동 유체를 갖지 않는 것으로서 고려되고 효율을 감소시킨다. 이러한 3번째 타입의 비사용 용적은 SSCVCC 스플릿-사이클 엔진에 덜 적용가능하고 챔버(B)와 챔버(C) 사이의 연결 튜브를 갖는 다른 스플릿-사이클 엔진에 더 관련되며, 여기에서 연결 튜브는 연소되지 않는 작동 유체를 유지한다. 도 1 내지 도 33에서 다양한 실시형태에서 예시된 바와 같이 스플 셔틀 크로스오버 밸브 및 연소 챔버는 위에서 설명되는 비사용 용적의 3개의 근원 모두를 감소시킨다: 1) 압축 피스톤(03)이 실린더 헤드에 최대로 근접한 이의 TDC(도 5)에 있고 거의 모든 작동 유체는 압축 실린더(01) 및 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달되었다. 돌출부(22)는 임의의 잔류 비사용 용적을 추가로 제거한다. 거의 모두의 작동 유체는 챔버(E)로 전달되어 후속하는 파워(연소) 행정에 관계한다; 2) 파워 피스톤(04)이 이의 실린더 헤드에 최고로 근접한 이의 TDC(도 3)에 있을 때, 연소 챔버 돌출부(23)는 챔버(C)에서 임의의 잔류 비사용 용적을 제거한다. 따라서, 스풀 셔틀(15) 및 연소 챔버 구조물(16)은 팽창 챔버(C)(도 4 및 도 5)에 유체적으로 연결될 때, 챔버(C)에서 작동 유체의 압축 해제가 발생하지 않는다. 사이클의 이러한 스테이지에서 작동 유체의 압축 해제를 회피하는 것은 감소된 효율을 방지한다; 그리고 3) 파워 행정(도 4 내지 도 12) 전체에 걸쳐, 챔버(E)는 챔버(C)와 직접 유체 연결된다. 따라서, 챔버(E) 내에 작동 유체 모두는 연소(파워) 행정과 관계된다. 돌출부(22 및 23)를 사용하는 것은 챔버(B 및 C) 각각에서 임의의 잔류 비사용 용적을 제거하는 방법의 일 예이다. 예를 들면, 외향 곡선 프로파일로 형성된 두 개의 피스톤 헤드를 가짐으로써, 임의의 잔류 무용 공간을 제거하도록 당업계에 공지된 다른 방법이 있다.
SSCVCC의 예시적인 실시형태는 지금부터 도 1 내지 도 35를 참조하여 논의될 것이다. SSCVCC는 도 1 내지 도 15에 대해 위에서 설명된 실시형태에서 크로스오버 밸브 및 연소 챔버로서 사용될 것이다. SSCVCC의 사용이 도 1 내지 도 15에 대해 위에서 설명된 실시형태로 제한되지 않지만, 예를 들면, 다른 타입의 스플릿-사이클 엔진, 4행정 엔진, 회전 엔진 및 압축기를 포함하여, 다른 용레에서 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. SSCVCC의 특성은 종래의 포핏 밸브가 유동 요건들을 만족하도록 과도하게 작동하는 캠 프로파일을 요구하는 상황에 대해 특히 유리하다. SSCVCC의 특성은 매우 빠른 종래의 포핏 밸브를 사용하기 위한 요구를 대체할 때 유리할 수 있다. 임의의 공지된 스플릿-사이클 엔진이 하나 이상의 크로스오버 밸브를 사용하기 때문에, 그리고 다른 스플릿-사이클 크로스오버 밸브 캠 프로파일 작동 요건이 통상적인 IC 엔진 밸브보다 약 2 내지 6배 더 가파르기 때문에, 임의의 스플릿-사이클 엔진의 부분으로서 SSCVCC의 사용이 큰 값이다.
스풀 연결 로드(20)는 스풀 셔틀(15)를 스풀 크랭크샤프트(21)에 연결하여, 회전 운동을 스풀 셔틀(15) 왕복 운동을 변환한다. 스풀 셔틀(15) 속도(왕복 속도)는 압축 행정의 단부에서 그리고 파워 행정의 초기에 가장 높다(도 3 내지 도 7). 이러한 고 속도는 압축된 작동 유체 대부분 모두는 챔버(B)로부터 챔버(E)에 전달되면, 챔버(E)가 챔버(B)로부터 신속하게 커플링 해제되는 것이 필요하고 챔버(C)와 커플링되는 동안 연소하고 팽창하도록 왕복되는 것이 필요하기 때문에 유익하다. 대조하면, 스풀 셔틀(15) 속도는 압축 행정 및 동력 행정의 대부분 동안 최하이다(압축 행정에 대한 도 12 내지 도 15 및 도 1 및 도 2, 및 파워 행정에 대한 도 8 내지 도 12). 이러한 저 스풀 셔틀 속도는 유익한데, 이는 압축 행정 동안(도 12 내지 도 15 및 도 1 및 도 2) 챔버(B)로부터 챔버(E)로 전달되도록 압축된 작동 유체에 대한 충분한 시간을 제공하기 때문이고, 이는 또한 챔버(C)와 커플링되는 동안(도 8 내지 도 12) 연소 작동 유체가 챔버(E)로부터 팽창하도록 충분한 시간을 제공한다. 이에 따라, 크랭크샤프트-연결 로드 운동 방정식(전형적인 일 실시형태에서, 크랭크샤프트(21) 및 연결 로드(20))에 의해 제어될 수 있는 스풀 셔틀(15) 왕복 운동은 스플릿-사이클 엔진에서 사용하기에 유리하다. 그러나, 당업계에 공지된 바와 같이, 예를 들면, 다른 작동 메커니즘은 캠샤프트 및 캠 기구, 스와시 판 메커니즘(유압 펌프 및 헬리콥터 회전자 각도 메커니즘에서 사용된 바와 같이), 유압 및 공기압 작동, 또는 전기 작동 및 전자 제어 메커니즘과 같은 스풀 셔틀(15) 왕복 운동을 이송하기 위해 사용될 수 있다. 이 같은 메커니즘은 다양한 타이밍을 스풀 셔틀(15) 왕복 운동에 부가할 수 있다.
도 1 내지 도 18을 참조하면, 일 실시형태에 따라, 스플릿-사이클 엔진의 인-라인 구성이 도시되며, 여기에서 스플 셔틀(15) 왕복 운동은 압축된 작동 유체를 압축 챔버(B)로부터 팽창 챔버(C)로 전달하기 위해 사용된다. 스플 셔틀(15) 왕복 운동은 또한 흡입 포트(11) 및 배기 포트(13)를 개방 및 폐쇄하고 이에 의해 유입하는 작동 유체 챔버(A) 및 압축 챔버(B)를 커플링하고 커플링 해제하고 팽창 챔버(C) 및 배기된 작동 유체 챔버(D) 각각을 커플링하고 커플링 해제하기 위해 사용된다. 그러나, 다른 작동 메커니즘들은 당업계에서 공지된 바와 같이, 예를 들면, 캠샤프트와 같은 메커니즘을 당업계에 대해 공지된 것에 의해 작동되는 흡기 및 배기 포핏 밸브와 같은, 도 19에서 도시된 바와 같이, 흡입 및 배기 포트를 개방 및 폐쇄하기 위해 사용될 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 다른 작동 메커니즘은 예를 들면 흡기 및 배기 포트들을 개방 및 폐쇄하는 제 2 스풀 셔틀일 수 있다. 스플릿-사이클 엔진의 인-라인 구성은 압축 실린더 및 파워 실린더가 단지 압축 실린더(01)의 부분과 파워 실린더(02) 헤드가 겹쳐지거나(덮는) 방식으로 상부 상에 배치되고 둘다 압축 실린더(01) 및 파워 실린더(02)에 대해 수직한 스플 실린더(14)와 스풀 셔틀(15)을 가질 수 있어, 흡기 및 배기 포핏 밸브(예를 들면, 도 19), 또는 제 2 스풀(도시안됨)와 같은, 다른 작동 수단이 흡기 및 배기 포트를 개방 및 폐쇄하도록 충분한 공간(표면)을 남긴다. 유사한 변형은 또한 도 20 내지 도 34에서 도시돤 것과 같이, 대향 구성 실시형태에 대해 이루어질 수 있다.
예시적인 실시형태에 따라, 크로스오버 밸브는 전용 밸브 챔버 내 회전 움직임 또는 선형 및 회전 움직임 둘다의 조합을 포함할 수 있다. 전형적인 목적을 위한 도 1 내지 도 34의 명명법을 사용하여, 이러한 회전 움직임은 팽창(파워) 행정 동안 챔버(E) 내지 챔버(C)를 커플링하고 압축 행정 동안 챔버(B) 내지 챔버(E)를 커플링하기 위해 사용될 수 있다. 스풀 링 및 스풀 실린더 고정(수축) 링 및 다른 링 및 회전 기계적 요소를 밀봉하기 이해 최적화된 밀봉 메커니즘은 모두 윤활되고 당업계에서 공지된 바와 같이 이들의 내구성을 보장하기 위해 요구된 바와 같이 냉각될 수 있다. 이러한 실시형태에서, 도 1 내지 도 34를 참조하여 전술된 실시형태에서 사용될 수 있는 바와 같이, 엔진 내의 전용 밸브 챔버는 실린더일 수 있거나 실린더가 아닐 수 있다. 회전 움직임은 단일 방향으로 연속 회전일 수 있거나 회전 방향이 시계 방향 내지 반시계 방향 사이에서 교번될 수 있어 압축 행정 동안 챔버(B)를 챔버(E)와 커플링하고 팽창(파워) 행정 동안 챔버(E) 내지 챔버(C)를 커플링한다.
도 1 내지 도 34를 참조하면, 예시적인 실시형태에 따라, 스풀 실린더(14, 114 및 124), 및 스풀 셔틀(15, 115, 및 225), 및 임의의 스풀 링, 및 실린더 고정(수축) 링은 모두 윤활되고 당업계에서 공지된 바와 같이 이들의 내구성을 보장하기 위해 요구된 바와 같이 냉각될 수 있다. 게다가, 도 1 내지 도 34에 도시된 바와 같이 다양한 요소들의 기하학적 및 상대적 위치 설정이 전형적이고 예를 들면, 다른 밀봉 및 윤활 요소는 당업계에 공지된 바와 같이, 다른 엔진 구성요소에 부가될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.
전형적인 일 실시형태에 따라, 스풀 셔틀(15) 내에 배치되는 연소 챔버(16)는 연소 챔버 포트(16A)를 갖는다. 연소 챔버(16)는 연소 챔버(16)의 대향 측면(포트(16A)에 대해 180도)과 직면하는 부가 포트(도 1 내지 도 15에 도시되지 않음)를 가질 수 있다. 이러한 제 2 포트(도시안됨)의 기능은 연소 시간에 스플 셔틀(15)에 대한 (스풀(15) 왕복 운동에 대해 수직한) 측면력을 최소화하는 것이다. 연소 챔버(16)는 두 개 이상의 부가 포트를 가질 수 있다. 스풀 실린더(14)의 선택된 표면은 이 같은 포트를 통한 연소에 노출되는 스풀 실린더(14) 표면의 과열을 방지하기 위한 세라믹 코팅을 가질 수 있다. 이 같은 포트는 챔버(B 및 C)와 정렬되지 않는다(연소 챔버 포트(16A)는 챔버(B 및 C)와 정렬되지 않을 수 있다). 다른 포트는 연소 챔버(16)에 부가될 수 있어 이러한 포트들이 스풀 실린더(14) 상에 배치된 연료 주입기 노즐과 정렬되도록 연소 챔버(16)에 부가될 수 있다(스풀 셔틀(15) 왕복 운동 동안).
예시적인 실시형태에 따라 스풀 셔틀(15)은 스풀 셔틀(15)의 양 측면에 그리고 이의 왕복 운동과 정렬되는 두 개 또는 세 개 이상의 선형 베어링(도시안됨)을 가질 수 있다.
비록 상기 실시형태가 예를 들면 기어, 벨트, 연결 로드 및 체인과 같은 다른 회전 에너지 연결 요소는 압축 피스톤 및 연소 피스톤의 운동을 동기화하기 위해 사용될 수 있다.
소정의 예시적인 실시형태에서, 엔진 성능 데이터는 여기서 설명된 SSCVCC의 성능을 추가로 최적화하도록 수집되고 처리될 수 있다. 더욱 구체적으로, 모든 엔진 밸브의 다양한 밸브 타이밍을 포함하는, 부가 기계적 요소 또는 전자기적 요소는 SSCVCC 작동 타이밍 및 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 전이 모두(또는 부분)를 미세 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 요소들은 당업계에서 통상적으로 공지된 바와 같이, 엔진 제어 시스템에 대해 제어될 수 있다.
소정의 예시적인 실시형태에서, SSCVCC는 SSCVCC의 양 측면들로부터 작용하는 두 개의 구동 샤프트 또는 캠샤프트에 의해 작동될 수 있다. 이때, 제 1 구동샤프트가 SSCVCC를 당기는 사이클 동안, 제 2 구동샤프트는 SSCVCC를 푸시한다. 일부 예시적인 실시형태에서, SSCVCC 상에 작용하는 힘의 균형을 맞추는 두 개의 이 같은 캠샤프트를 갖는다.
도 1 내지 도 34에서 여기서 설명된 실시형태에서, 스파크 플러그는 엔진 압축 실린더 헤드 상에, 팽창 실린더 헤드 상에, 압축 및 팽창 실린더 헤드(두 개의 스파크 플러그 유닛), 스풀 실린더(14, 114, 214) 상에, 또는 스풀 셔틀(15, 115 및 215) 내에 배치될 수 있다. 또한 도 16 내지 도 34에 적용 가능하지만, 도 1 내지 도 15를 참조하면, 스파크 플러그가 스풀 실린더(14) 상에 배치되면, 연소 챔버 구조물(16)은 방전시(스파킹)에서 스파크 플러그와 정렬되는 포트를 가질 수 있다. 상기 방식에서, 스파크는 이러한 포트를 통하여 챔버(E)를 관통할 수 있고 연소 챔버(E) 내에 압축된 작동 유체의 연소를 시작할 수 있다. 스파크 플러그가 스풀 셔틀(15) 상에 배치되면, 고 전압을 스풀 실린더(14)로부터 스플 셔틀(15) 상의 스파크 플러그에 전달하기 위한 장치가 사용될 수 있다(공통 IC 엔진 스파크 분배기에 의해 스파크 플러그로의 고 전압 공급과 유사한, 스파크 타이밍을 나타내는 스풀 실린더(14) 내의 고전압의 위치를 가진). 압축 실린더 내에 배치된 스파크 플러그를 가지는 점화 시간을 추가로 전진시키기 위해 가능하게 하며, 이는 고속 엔진 회전 동안 유익할 수 있다. 팽창 실린더 헤드 내에 배치되는 스파크 플러그를 갖는 것은 연료가 SSCVCC 내에서 완전히 연소되지 않을 수 있을 때 연속된 연소를 보장할 수 있다. 스풀 실린더(14) 내에 배치된 스파크 플러그를 갖는 경우 SSCVCC에서 연소를 시작할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 위치들에서 하나 또는 그 이상의 플러그를 배치하는 것은 상기 장점들 중 어느 하나를 제공할 수 있고 조작자에게 더 많은 옵션을 제공한다.
도 36은 예시적인 실시형태에 따라, 연소 기관을 작동하는 방법(300)을 예시한다. 방법(300)은 제 1 실린더 내의 작동 유체를 압축하는 단계, 밸브 내부 챔버에 작동 유체를 전달하는 단계, 및 작동 유체를 제 2 실린더에 전달하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 제 1 피스톤을 수용하고 상기 피스톤은 흡입 행정 및 압축 행정을 수행하지만, 배기 행정을 수행하지 않는다. 일부 예시적인 실시형태에서, 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는 제 2 실린더가 수용된다.
일부 예시적인 실시형태에서, 작동 유체를 밸브 내부 챔버로 전달하는 단계는 압축된 작동 유체를 제 1 실린더로부터 내부 챔버에 전달하는 단계를 포함한다. 상기 밸브는 엔진의 밸브 챔버 내에 수용된다. 밸브 및 내부 챔버는 엔진의 밸브 챔버 내 그리고 제 1 실린더 및 제 2 실린더에 대해 상대적으로 이동한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 밸브 챔버 내에서 그리고 제 1 및 제 2 실린더들에 대해 선형적으로 그리고 왕복식으로 이동한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 내부 챔버를 제 1 및 제 2 실린더를 동시에 유체적으로 커플링하는 포트를 갖는다.
일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 밸브의 이동 동안, 내부 챔버와 제 2 실린더를 유체적으로 커플링하지 않으면서 제 1 실린더 및 내부 챔버를 유체적으로 커플링하는 단계를 더 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더를 동시에 유체적으로 커플링할 때의 30 크랭크샤프트 각도 내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브 및 내부 챔버는 내부 챔버가 제 1 및 제 2 실린더를 동시에 유체적으로 커플링될 때 최대 속도 및 최소 가속도를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 흡입 포트를 가지며, 방법(300)은 흡입 포트를 통하여 공기/연료 혼합물을 받는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 밸브의 표면으로 흡입 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 포핏 밸브로 흡입 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 배기 포트를 가지며, 방법(300)은 배기 포트를 통하여 연소 가스를 축출하는 단계를 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 밸브의 표면으로 배기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 포핏 밸브로 배기 포트를 폐쇄하는 단계를 더 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 스파크 플러그를 구비한 연소를 시작하는 단계를 더 포함한다. 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 상에 배치되고 방법(300)은 스파크 플러그로 내부 챔버 내에 스파크를 생성하는 단계를 포함한다. 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 스파크 플러그는 밸브 챔버 내에 배치되고 상기 밸브는 내부 챔버 내에서 연소를 시작하도록 스파크 플러그와 정렬하는 연소 포트를 포함한다.
일부 예시적인 실시형태에서, 방법(300)은 유체를 압축함으로써 연소를 시작하는 단계를 더 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤은 제 2 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 이의 상사점에 도달한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 피스톤은 제 1 피스톤이 이의 상사점에 도달하기 전에 이의 상사점에 도달한다. 상기 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 피스톤은 이들의 각각의 상사점들에 동시에 도달한다. 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 밸브와 밸브 챔버 사이에 밀봉 링을 포함한다. 방법(300)의 일부 추가의 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는다. 방법(300)의 일부 추가의 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동한다. 방법(300)의 일부 추가 실시형태에서, 밀봉 링은 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하지 않는 제 1 밀봉 링 및 밸브 챔버에 대해 상대적으로 이동하는 제 2 밀봉 링을 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적보다 더 크다. 방법(300)의 일부 추가 실시형태에서, 제 1 피스톤이 이의 하사점에 있을 때의 제 1 실린더의 내부 용적은 제 2 피스톤이 하사점에 있을 때의 제 2 실린더의 내부 용적 보다 작다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은: 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트; 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트; 제 1 및 제 2 크랭크샤프트에 커플링되고 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들 사이에서 운동을 전달하도록 구성된 크랭크샤프트 연결 메커니즘을 포함하고, 상기 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 제 1 및 제 2 크랭크샤프트들 각각에 커플링된 제 1 및 제 2 단부를 갖는 크랭크샤프트 연결 로드를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 1 및 제 2 피스톤들에 커플링된 단일 크랭크샤프트를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은: 제 1 피스톤에 커플링된 제 1 크랭크샤프트; 제 1 크랭크샤프트에 커플링된 제 1 기어휠; 제 2 피스톤에 커플링된 제 2 크랭크샤프트; 제 2 크랭크샤프트에 커플링된 제 2 기어휠; 및 제 1 및 제 2 기어휠에 커플링되고 제 1 및 제 2 기어휠 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 제 3 기어휠를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 내부 챔버, 압축 챔버, 및 팽창 챔버는 비사용 공간을 최소화하는 크기를 갖는다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 상사점에서 제 1 실린더의 내부 용적은 상사점에서 제 1 실린더의 내부 용적의 1/15 보다 작다. 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 상사점에서 제 2 실린더의 내부 용적은 하사점에서 제 2 실린더의 내부 용적의 1/15 보다 작다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실린더들은 인라인 구성, 대향 구성, 및 V자 구성으로부터 선택된 구성으로 배열된다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 밸브는 스풀 밸브이다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 실린더는 서로 열적으로 격리되고 방법(300)은 제 2 실린더보다 더 낮은 온도로 제 1 실린더를 유지하는 단계를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 1 실린더는 제 1 실린더의 외부 표면상에 배치된 복수의 공기 냉각 리브 및 이의 하우징 내 복수의 액체 냉각 통로를 포함한다. 방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 공기 냉각 리브 및 액체 냉각 통로 내에 액체 냉매를 더 포함하고, 방법(300)은 액체 냉매의 온도를 기계적으로 또는 전기적으로 제어하는 단계를 포함한다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 제 2 실린더는 제 2 실린더를 추가로 가열하도록 제 2 피스톤에 의해 축출되는 배기 가스에 의해 제공된 열을 이용하기 위한 복수의 배기 가열 통로를 포함하고 제 2 실린더로부터 열 에너지의 누출을 감소시키도록 주변 환경으로부터 열적으로 고립된다.
방법(300)의 일부 예시적인 실시형태에서, 엔진은 제 3 피스톤을 수용하는 제 3 실린더를 포함하며, 여기에서 제 3 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡입 행정을 수행하지 않고, 내부 챔버는 제 1, 제 2, 및 제 3 실린더들에 선택적으로 유체적으로 커플링하고 상기 밸브 및 내부 챔버는 제 3 실린더에 대해 상대적으로 이동한다.
비록 여기서 일부 예시적인 실시형태가 단일 포트를 구비한 SSCVCC를 설명하지만, 두 개 또는 세 개 이상의 개구들이 사용되는 점이 주목되어야 한다. 일부 예시적인 실시형태에서, 부가 개구들은 압축된 작동 유체의 압축 챔버로부터 팽창 챔버로의 전달에 관계될 수 있다. 일부 예시적인 실시형태에서, 부가 개구들은 스파크 플러그를 위한 접근 포트를 제공할 수 있다.
비록 여기서 일부 예시적인 실시형태가 대향 (180도) 또는 인라인(90도) 구성을 구비한 엔진을 설명하지만, 다른 실시형태들은 90도 내지 180도 사이의 오프셋 각도를 갖는 V자 구성과 같은, 다른 오프셋 각도의 엔진을 포함할 수 있다.
비록 여기서 일부 예시적인 실시형태는 하나의 압축 실린더에 대한 하나의 팽창 실린더를 설명하지만, 다른 실시형태들은 예를 들면 2:1 또는 3:1 비율과 같은, 각각의 압축 실린더에 대한 다수의 팽창 실린더를 포함할 수 있다. 압축 실린더에 대한 다수의 팽창 실린더는 미국 특허 출원 제 14/362,101호에 설명되며, 이의 내용은 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 "비사용 공간"(또는 "비사용 용적" 또는 "틈 용적(crevice volume)")은 스플릿-사이클 엔진에서 압축 챔버 또는 연소 챔버 또는 압축 챔버와 연소 챔버 사이의 용적에 관한 것으로 이해될 수 있으며, 공간은 연소와 관계되지 않는 압축된 작동 유체를 유지한다. 이 같은 비사용 공간은 전달 튜브 또는 연결 튜브, 또는 유체가 전달되어 연소되는 것을 방지하는 다른 구조물일 수 있다. 다른 용어는 또한 이 같은 구조물을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 비사용 공간의 특정 예는 이러한 개시물을 통하여 논의되지만, 반드시 이 같은 경우로 반드시 제한될 필요가 없을 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, 용어 "유체(fluid)"는 액체 및 기상 상태들 모두를 포함하도록 이해될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "크랭크샤프트 각도(crankshaft degree)"는 크랭크샤프트 회전의 일 부분에 관한 것으로 이해될 수 있고, 충분한 회전은 360도이다.
도표들 또는 도면들의 폰트에서의 어떠한 변화도 임시적이고 구별 또는 강조를 나타내는 것으로 의도되지 않는다.
비록 본 발명이 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태와 관련하여 충분히 설명되었지만, 다양한 변화 및 수정이 당업자에게 명백하게 될 것이라는 점이 주목되어야 한다. 이 같은 변화 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 형성된 바와 같이 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시형태는 이들이 단지 예로서 제공되어야 하고 제한으로서 제공되지 않는다. 또한, 다양한 도면들은 본 발명에 대한 예시적인 구조 또는 다른 구성을 도시할 수 있으며 이는 본 발명에 포함될 수 있는 특징 및 기능을 이해하는데 도움이 되도록 수행된다. 본 발명은 예시적인 예의 구조 또는 구성으로 제한되지 않으며 다양한 대안적인 구조 및 구성을 실시될 수 있다. 부가적으로, 본 발명이 다양하고 예시적인 실시형태 및 구현예의 면에서 상술되지만, 하나 또는 그 이상의 개별적인 실시형태에 설명된 다양한 특징 및 기능이 이들이 설명되는 특별한 실시형태에 대한 이들의 적용성을 제한하지 않는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 이 같은 실시형태가 설명되든 되지 않든 그리고 이 같은 특징이 설명된 실시형태의 일 부분이 되는 것으로 제공되든지 않든지 간에 대신 본 발명의 다른 실시형태의 하나 또는 그 이상에 홀로 또는 일부 조합으로 적용될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 폭 및 범주는 전술된 예시적인 실시형태들 중 어느 하나로 제한되지 않아야 하다.
명료성 목적을 위해, 상기 설명은 상이한 기능적 유닛 및 프로세서를 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명하였다는 것이 인정될 것이다. 그러나, 상이한 기능적 유닛들, 프로세서들 또는 영역들 사이의 기능성의 임의의 적합한 분포가 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 사용될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예를 들면, 별개의 프로세서 또는 제어기에 의해 수행되도록 예시된 기능성은 동일한 프로세서 또는 제어기에 의해 수행될 것이다. 따라서, 구체적인 기능적 유닛에 대한 참조는 엄격한 논리적 또는 물리적 구조 또는 구성을 나타내지 않고 단지 설명된 기능성을 제공하기 위한 적절한 수단에 대한 참조로서 보여질 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 및 구 및 이의 변형은 달리 명시하지 않으면, 제한에 대한 반대로서 개방 단부형으로서 구성되어야 한다. 전술된 일 예로서: 용어 "포함하는(including)"은 "제한 없이, 포함하는(including, without limitation)" 등을 의미하는 것으로 판독되어야 하고; 용어 "예(example)"는 아이템의 완전하거나 제한적인 리스트가 아닌, 논의에서 아이템의 전형적인 예를 제공하기 위해 사용되며; "보편적인(conventional)," "전통적인(traditional)," 정상적인(normal)," "표준적인(standard)," 공지된(known),"과 같은 형용사 및 유사한 의미의 용어는 주어진 시간 주기에 대해 설명된 아이템, 또는 주어진 시간의 이용가능한 아이템을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그러나, 대신 이러한 용어는 현재 이용가능할 수 있거나 공지될 수 있거나 또는 미래의 임의이 시간에 보편적인, 전통적인, 정상적인, 또는 표준적인 기술을 포함하는 것으로 읽혀져야 한다. 또한, 접속사 "그리고(and)"와 결합된 아이템의 그룹은 상기 아이템들 각각 및 모든 아이템이 그룹 내에 존재하는 것을 요구하는 것으로 판독되지 않고 오히려 다르게 명확히 표현되지 않으면 "및/또는(and/or)"으로서 판독되어야 한다. 유사하게, 접속사 "또는(or)"와 링크된 아이템의 그룹은 상기 그룹 중에서 상호 독점성을 요구하는 것으로 판독되지 않고 오히려 달리 명확히 표현되지 않으면 "및/또는(and/or)"으로서 판독되어야 한다. 더욱이, 비록, 본 발명의 아이템, 요소 또는 구성요소가 단수로 설명되거나 청구될 수 있지만, 단수로의 제한이 명확하게 표현되지 않는 경우, 복수는 그 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 넓어진 단어 및 구의 존재는 일부 예에서 "하나 또는 그 초과(one or more)," "적어도(at least),", "그러나 제한되지 않음(but not limited to)," 또는 다른 유사한 구는 더 좁은 케이스가 이 같은 넓어진 구가 없을 수 있는 경우에서 의도되거나 요구되는 것을 의미하는 것으로 판독되지 않아야 한다.

Claims (72)

  1. 스플릿-사이클 엔진(split-cycle engine)으로서,
    제 1 피스톤을 수용하는 제 1 실린더로서, 상기 제 1 피스톤은 흡기 행정 및 압축 행정을 수행하지만 배기 행정을 수행하지 않는, 제 1 실린더;
    제 2 피스톤을 수용하는 제 2 실린더로서, 상기 제 2 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는, 제 2 실린더; 및
    밸브를 수용하는 밸브 실린더로서, 상기 밸브는 상기 제 1 실린더와 상기 제 2 실린더에 선택적으로 유체적으로 커플링하는 내부 챔버를 포함하며, 상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 밸브 실린더 내에서 선형적으로(linearly) 그리고 왕복식으로(reciprocally) 이동하고 상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더에 대해 상대적으로 이동하며, 상기 밸브는 상기 내부 챔버를 제 1 실린더 및 제 2 실린더에 동시에 유체적으로 커플링하는 포트를 갖는, 밸브 실린더;를 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브가 움직이는 동안, 상기 내부 챔버는 제 1 실린더와 유체적으로 커플링하고 상기 제 2 실린더와 별도로 유체적으로 커플링하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 및 상기 내부 챔버는 상기 내부 챔버가 상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더와 동시에 유체적으로 커플링할 때의 15 크랭크샤프트 각도 내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 내부 챔버가 상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더와 동시에 유체적으로 커플링될 때 최대 속도 및 최소 가속도를 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더는 공기/연료 혼합물을 받기 위한 흡기 포트를 가지는,
    스플릿-사이클 엔진.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡기 포트는 상기 밸브의 표면에 의해 폐쇄되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡기 포트는 포핏 밸브에 의해 폐쇄되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 실린더는 연소 가스를 배기하기 위한 배기 포트를 가지는,
    스플릿-사이클 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배기 포트는 상기 밸브의 표면에 의해 폐쇄되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 배기 포트는 포핏 밸브에 의해 폐쇄되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  11. 제 1 항에 있어서,
    연소를 개시하기 위한 스파크 플러그를 더 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 상기 밸브 상에 배치되며 상기 내부 챔버 내에서 스파크를 생성하도록 구성되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 상기 밸브 실린더 내에 배치되며, 상기 밸브는 상기 내부 챔버 내에서 연소를 개시하기 위해 상기 스파크 플러그와 정렬되는 연소 포트를 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 유체를 압축함으로써 연소를 개시하도록 구성되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 피스톤이 그것의 상사점에 도달하기 전에 상기 제 1 피스톤은 그것의 상사점에 도달하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 상사점에 도달하기 전에 상기 제 2 피스톤은 그것의 상사점에 도달하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤은 동시에 그것들의 각각의 상사점에 도달하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브와 상기 밸브 실린더 사이의 밀봉 링들을 더 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀봉 링들은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하지 않는,
    스플릿-사이클 엔진.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀봉 링들은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀봉 링들은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하지 않는 제 1 밀봉 링 및 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하는 제 2 밀봉 링을 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때의 상기 제 1 실린더의 내부 용적은 상기 제 2 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때의 상기 제 2 실린더의 내부 용적보다 더 큰,
    스플릿-사이클 엔진.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때의 상기 제 1 실린더의 내부 용적은 상기 제 2 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때의 상기 제 2 실린더의 내부 용적보다 작은,
    스플릿-사이클 엔진.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트;
    상기 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트;
    상기 제 1 크랭크샤프트 및 상기 제 2 크랭크샤프트에 커플링되고 상기 제 1 크랭크샤프트와 상기 제 2 크랭크샤프트 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 크랭크샤프트 연결 메커니즘을 더 포함하고,
    상기 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 상기 제 1 크랭크샤프트 및 상기 제 2 크랭크샤프트 각각에 커플링되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지는 크랭크샤프트 연결 로드를 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤에 커플링되는 단일 크랭크샤프트를 더 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트;
    상기 제 1 크랭크샤프트에 커플링되는 제 1 기어휠;
    상기 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트;
    상기 제 2 크랭크샤프트에 커플링되는 제 2 기어 휠; 및
    상기 제 1 기어휠 및 상기 제 2 기어휠에 커플링되고 상기 제 1 기어휠과 상기 제 2 기어휠 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 제 3 기어휠을 더 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 챔버, 압축 챔버, 및 팽창 챔버는 비사용 공간(dead space)을 최소화하는 크기를 갖는,
    스플릿-사이클 엔진.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상사점에서 상기 제 1 실린더의 내부 용적은 하사점에서 상기 제 1 실린더의 내부 용적의 1/15보다 작은,
    스플릿-사이클 엔진.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상사점에서 상기 제 2 실린더의 내부 용적은 하사점에서 상기 제 2 실린더의 내부 용적의 1/15보다 작은,
    스플릿-사이클 엔진.
  30. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더는 인라인(inline) 구성, 대향된(opposed) 구성, 및 V자형 구성으로부터 선택된 구성으로 배열되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 스풀 밸브(spool valve)인,
    스플릿-사이클 엔진.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더 및 제 2 실린더는 서로 열적으로 고립되고 상기 제 1 실린더는 상기 제 2 실린더보다 더 차가운 온도로 유지되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더는 상기 제 1 실린더의 외부 표면상에 배치된 복수의 공기 냉각 리브 및 그것의 하우징 내의 복수의 액체 냉각 통로를 더 포함하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 공기 냉각 리브 및 액체 냉각 통로 내에 액체 냉매를 더 포함하고, 상기 액체 냉매의 온도가 기계적으로 또는 전기적으로 제어되는,
    스플릿-사이클 엔진.
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 실린더는, 상기 제 2 실린더를 추가로 가열하도록 상기 제 2 피스톤에 의해 축출되는 배기 가스에 의해 제공된 열을 이용하기 위한 복수의 배기 가열 통로를 더 포함하고, 상기 제 2 실린더로부터 열 에너지가 누출되는 것을 감소시키도록 상기 주변 환경으로부터 열적으로 고립된,
    스플릿-사이클 엔진.
  36. 제 1 항에 있어서,
    제 3 피스톤을 수용하는 제 3 실린더로서, 상기 제 3 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는, 제 3 실린더를 더 포함하고,
    상기 내부 챔버는 상기 제 1 실린더, 상기 제 2 실린더, 및 상기 제 3 실린더에 선택적으로 유체적으로 커플링되고, 상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 제 3 실린더에 대해 상대적으로 이동하는,
    스플릿-사이클 엔진.
  37. 연소 엔진 작동 방법으로서,
    제 1 피스톤을 수용하는 제 1 실린더 내의 작동 유체를 압축하는 단계로서, 상기 제 1 피스톤은 흡기 행정 및 압축 행정을 수행하지만 배기 행정을 수행하지 않는, 단계;
    상기 제 1 실린더로부터 밸브의 내부 챔버로 작동 유체를 전달하는 단계로서, 상기 밸브는 상기 엔진의 밸브 실린더 내에 수용되는, 단계; 및
    상기 내부 챔버로부터 제 2 피스톤을 수용하는 제 2 실린더로 상기 작동 유체를 전달하는 단계로서, 상기 제 2 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않는, 단계를 포함하며,
    상기 내부 챔버는 상기 제 1 실린더와 상기 제 2 실린더에 선택적으로 유체적으로 커플링하고, 상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 밸브 실린더 내에서 선형적으로 그리고 서로 왕복식으로 이동하고 상기 제 1 실린더와 상기 제 2 실린더에 대해 상대적으로 이동하며, 상기 밸브는 상기 내부 챔버를 상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더에 동시에 유체적으로 커플링하는 포트를 갖는,
    연소 엔진 작동 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 밸브가 움직이는 동안, 상기 내부 챔버와 상기 제 2 실린더를 유체적으로 커플링하지 않으면서 상기 제 1 실린더와 상기 내부 챔버를 유체적으로 커플링하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 내부 챔버가 상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더를 동시에 유체적으로 커플링할 때의 15 크랭크샤프트 각도 내에서 최대 속도 및 최소 가속도를 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 내부 챔버가 상기 제 1 실린더와 상기 제 2 실린더에 동시에 유체적으로 커플링될 때 상기 밸브 및 내부 챔버는 최대 속도 및 최소 가속도를 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더는 흡기 포트를 가지며, 상기 방법은 상기 흡기 포트를 통하여 공기/연료 혼합물을 받는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 밸브의 표면을 갖는 상기 흡기 포트를 폐쇄시키는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 흡기 포트를 포핏 밸브로 폐쇄시키는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  44. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 실린더는 배기 포트를 가지며, 상기 방법은 상기 배기 포트를 통하여 연소 가스를 축출하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  45. 제 42 항에 있어서,
    상기 배기 포트를 상기 밸브의 표면으로 폐쇄하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  46. 제 42 항에 있어서,
    상기 배기 포트를 포핏 밸브로 폐쇄하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  47. 제 37 항에 있어서,
    스파크 플러그로 연소를 개시하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 상기 밸브 상에 배치되고 상기 방법은 상기 스파크 플러그로 상기 내부 챔버 내에 스파크를 형성하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 스파크 플러그는 밸브 실린더 내에 배치되고, 상기 밸브는 상기 내부 챔버 내에서 연소를 개시하도록 상기 스파크 플러그와 정렬되는 연소 포트를 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  50. 제 37 항에 있어서,
    상기 유체를 압축함으로써 연소를 개시하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  51. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 피스톤이 그것의 상사점에 도달하기 전에 상기 제 1 피스톤은 그것의 상사점에 도달하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  52. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 상사점에 도달하기 전에 상기 제 2 피스톤은 그것의 상사점에 도달하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  53. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤은 그것들의 각각의 상사점에 동시에 도달하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  54. 제 37 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 밸브와 상기 밸브 실린더 사이의 밀봉 링들을 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 밀봉 링들은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하지 않는,
    연소 엔진 작동 방법.
  56. 제 54 항에 있어서,
    상기 밀봉 링들은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  57. 제 54 항에 있어서,
    상기 밀봉 링은 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하지 않는 제 1 밀봉 링 및 상기 밸브 실린더에 대해 상대적으로 이동하는 제 2 밀봉 링을 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  58. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때 상기 제 1 실린더의 내부 용적은 상기 제 2 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때 상기 제 2 실린더의 내부 용적을 초과하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  59. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때 상기 제 1 실린더의 내부 용적이 상기 제 2 피스톤이 그것의 하사점에 있을 때 상기 제 2 실린더의 내부 용적보다 작은,
    연소 엔진 작동 방법.
  60. 제 37 항에 있어서,
    상기 엔진은:
    상기 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트;
    상기 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트;
    상기 제 1 크랭크샤프트 및 상기 제 2 크랭크샤프트에 커플링되고 상기 제 1 크랭크샤프트와 상기 제 2 크랭크샤프트 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 크랭크샤프트 연결 메커니즘을 더 포함하며,
    상기 크랭크샤프트 연결 메커니즘은 상기 제 1 크랭크샤프트 및 상기 제 2 크랭크샤프트 각각에 커플링되는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지는 크랭크샤프트 연결 로드를 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  61. 제 37 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 제 1 피스톤 및 상기 제 2 피스톤에 커플링되는 단일 크랭크샤프트를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  62. 제 37 항에 있어서,
    상기 엔진은:
    상기 제 1 피스톤에 커플링되는 제 1 크랭크샤프트;
    상기 제 1 크랭크샤프트에 커플링되는 제 1 기어휠;
    상기 제 2 피스톤에 커플링되는 제 2 크랭크샤프트;
    상기 제 2 크랭크샤프트에 커플링되는 제 2 기어휠; 및
    상기 제 1 기어휠 및 상기 제 2 기어휠에 커플링되고 상기 제 1 기어휠과 상기 제 2 기어휠 사이에서 운동을 전달하도록 구성되는 제 3 기어휠을 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  63. 제 37 항에 있어서,
    상기 내부 챔버, 압축 챔버, 및 팽창 챔버는 비사용 공간을 최소화하는 크기를 가지는,
    연소 엔진 작동 방법.
  64. 제 37 항에 있어서,
    상사점에서 상기 제 1 실린더의 내부 용적은 하사점에서 상기 제 1 실린더의 내부 용적의 1/15보다 작은,
    연소 엔진 작동 방법.
  65. 제 37 항에 있어서,
    상사점에서 상기 제 2 실린더의 내부 용적은 하사점에서 상기 제 2 실린더의 내부 용적의 1/15보다 작은,
    연소 엔진 작동 방법.
  66. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더 및 제 2 실린더는 인라인 구성, 대향 구성, 및 V자형 구성으로부터 선택된 구성으로 배열되는,
    연소 엔진 작동 방법.
  67. 제 37 항에 있어서,
    상기 밸브는 스풀 밸브인,
    연소 엔진 작동 방법.
  68. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더 및 상기 제 2 실린더는 서로 열적으로 고립되고 상기 방법은 상기 제 1 실린더를 상기 제 2 실린더보다 더 낮은 온도로 유지하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  69. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 실린더는 상기 제 1 실린더의 외부 표면 상에 배치되는 복수의 공기 냉각 리브 및 그것의 하우징 내의 복수의 액체 냉각 통로를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 공기 냉각 리브 및 액체 냉각 통로 내에 액체 냉매를 더 포함하고, 상기 방법은 상기 액체 냉매의 온도를 기계적으로 또는 전기적으로 제어하는 단계를 더 포함하는,
    연소 엔진 작동 방법.
  71. 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 실린더는, 상기 제 2 실린더를 추가로 가열하도록 상기 제 2 피스톤에 의해 축출된 배기 가스에 의해 제공된 열을 이용하기 위한 복수의 배기 가열 통로를 더 포함하고, 상기 제 2 실린더로부터 열 에너지가 누출되는 것을 감소시키도록 상기 주변 환경으로부터 열적으로 고립된,
    연소 엔진 작동 방법.
  72. 제 37 항에 있어서,
    상기 엔진은 제 3 피스톤을 수용하는 제 3 실린더를 더 포함하고, 상기 제 3 피스톤은 팽창 행정 및 배기 행정을 수행하지만 흡기 행정을 수행하지 않으며, 상기 내부 챔버는 상기 제 1 실린더, 상기 제 2 실린더 및 상기 제 3 실린더에 선택적으로 유체적으로 커플링하고, 상기 밸브 및 내부 챔버는 상기 제 3 실린더에 대해 상대적으로 이동하는,
    연소 엔진 작동 방법.


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