TW200925392A - Pressure balanced engine valves - Google Patents

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200925392 九、發明說明 〔相關申請案的交互參照〕 本申請案主張西元2 007年8月13日提出申請之美國 臨時專利申請案第60/964,525號的優先權。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於供引擎用的壓力均衡閥，特別是供應 0 用於分割循環引擎的交連通路與膨脹汽缸之間者，但並不 侷限於此。 【先前技術】 本申請案中所用的分割循環引擎（Split-Cycle Engine )一詞目前尙未有熟知引擎技蓋之人士所知曉的固定定義 。因此，爲清楚起見，下文中對於“分割循環引擎”所提 出的定義是應用於習用技藝上及本申請案所用者。 Q 本文中所稱的分割循環引擎包含有： 一曲柄軸，可繞一曲柄軸軸線轉動； 一膨脹（動力）活塞，可滑動地容置於一膨脹汽缸內 ，且在操作上是連接至該曲柄軸，以使得該膨脹活塞可在 該曲柄軸的單圏轉動中往復移動經過一膨脹行程及一排氣 行程； 一壓縮活塞，可滑動地容置於一壓縮汽缸內，且在操 作上是連接至該曲柄軸，以使得該壓縮活塞可在該曲柄軸 的單圏轉動中往復移動經過一進氣行程及一壓縮行程；以 -4- 200925392 及 一交連通路，連接於該膨脹及壓縮汽缸之 通路包含有一交連壓縮閥（XovrC )及一交 XovrE )閥，其間界定出一壓力腔室。 參閱習用技藝，第1圖中顯示出一分割循 具有分隔開的壓縮汽缸2及膨脹（燃燒）汽釘 壓交連通路4加以連接。另一例子是揭示於西 月20日提出申請而授予Scuderi並讓渡予本發 美國專利6,543,225號，其整體（該第’225號 述於此，以供參照。第1圖（以及該第’225號 出供該壓縮汽缸進入閥用的向內開放提動閥5 6、以及排氣閥7。XovrC閥8係顯示爲一止回 以是任何其他適當的型式，包含有一向內開放 似於該等其他的閥，可在開啓時朝向活塞移動 【發明內容】 本發明提供多種向外開放壓力均衡閥的實 可設置於分割循環引擎汽缸的一個或多個位 XovrC及XovrE閥的位置，並可供其他用途使 放閥在開啓時會移離活塞及/或汽缸。在一分 中，他們可透過減小活塞對頭部餘隙容積而有 縮及膨脹比。在所選用的實施例中，當交連通 壓縮或膨脹汽缸壓力低時，這些壓力均衡閥可 致動該等閥所需之力量的手段，特別是在閥初 間，該交連 連膨脹閥（ 丨環引擎1， :3，由一加 元2001年7 明受讓人的 專利）係引 專利）顯示 、X 〇 v r E 閥 閥，但也可 提動閥，類 施例，其等 置處，例如 用。向外開 割循環引擎 助於加大壓 路壓力闻而 做爲能減小 始開通時要 -5- 200925392 加以克服的分離（Cracking)壓力及力量。 根據本發明，一種分割循環引擎包含有一曲柄軸，可 繞一曲柄軸軸線轉動。一壓縮活塞可滑動地容置於一壓縮 汽缸內，且在操作上是連接至該曲柄軸，以使得該壓縮活 塞可在曲柄軸的單圈轉動中往復移動經過一進氣行程及一 壓縮行程。一膨脹活塞可滑動地容置於一膨脹汽缸內，且 在操作上是連接至該曲柄軸，以使得該膨脹活塞可在曲柄 ^ 軸的單圈轉動中往復移動經過一膨脹行程及一排氣行程。 〇 一交連通路連接於該膨脹及壓縮汽缸之間。此交連通路包 含有一交連壓縮閥（XovrC)及一交連膨脹閥（XovrE)閥 ，其間界定出一壓力腔室。該XovrC閥及該XovrE閥中至 少一者係一均衡閥。一流體壓力均衡器推壓該閥，以供能 平衡沿開啓及關閉方向作用於該閥上的流體壓力，減少致 動該閥所需的力量。 在下面揭露的例示性實施例中，本發明是具有向外開 Q 放XovrE閥，其等控制著塡注之空氣及/或燃料流自一分 割循環引擎之交連通路進入至一膨脹汽缸的時間。 參閱第2圖至第3圖，第一例示性實施例包含有一彈 簧推壓的提動閥，具有一裝設於一閥桿之一側末端上的碟 狀提動頭，其可由一凸輪及一搖臂加以致動。該閥頭具有 上方及下方表面（面）。該上方表面亦可稱爲內側表面， 因爲其係面向著交連通路，而下方表面則可稱爲外側表面 ，因爲其係背向著並設置於交連通路外部。一均衡活塞亦 裝設於該提動閥的桿的中間部位上，以形成一提動閥總成 -6- 200925392 。該均衡活塞係可於一封閉的均衡腔室內往復移動，而該 均衡腔室則是由定時閥加以控制，以供讓交連通路壓力進 入至位於均衡活塞下方的均衡腔室內，而能在閥開啓前平 衡作用於該提動閥上方表面（面）上的交連通路壓力。在 開啓後，該均衡腔室會與交連通路切割開，而該平衡壓力 則排放至大氣中。接著在該閥開放下，該提動閥即會由頭 部二側的相等壓力加以平衡。 @ 參閱第4圖至第5圖，第二例示性實施例是類似於該 第一例示性實施例，除了以一位置重新設置的空氣彈簧來 取代第一實施例中的螺旋彈簧。但是，如果有需要的話， 其他型式的彈簧或推壓裝置均可應用於這些實施例的變化 型式中。 參閱第6圖至第8圖，第三實施例包含有一彈簧推壓 的活塞閥（活塞閥總成），具有一裝設於一閥桿之一側末 端上的圓柱狀活塞頭，其可由一凸輪及一搖臂加以致動。 0 該活塞頭係容置於一圓柱狀凹入部內，其可於該頭部及該 凹入部末端之間形成一均衡腔室。此活塞頭取代第—實施 例中的提動閥頭及均衡活塞。在開放前，控制閥會將凹入 部壓力排放掉。與提動閥之提動頭恰好相反，此活塞頭在 初始開通時，並未受到過量的分離力量的作用，因爲交連 通路壓力僅是徑向地施用於該活塞頭的均勻圓柱狀本體上 。在開通後，該等控制閥會將交連通路壓力連接至該均衡 腔室，以平衡作用於該活塞頭之下方表面上的交連通路壓 力。 200925392 參閱第9圖至第11圖’第四實施例不同於第三實施 例是在於使用不同的均衡活塞閥致動器，例如電子式、液 壓式、氣壓式、或機械式。另外，該活塞閥頭及該引擎內 的控制埠口取代用來控制交連通路壓力之排氣及送入至均 衡腔室內的控制閥。 參閱第12圖至第14圖，在第五實施例中，一均衡活 塞及提動閥頭取代第三實施例中的活塞頭。控制閥可排放 ^ 位於均衡活塞上方的均衡腔室，以供在提動閥關閉或剛要 開啓時，平衡作用於均衡活塞下方表面及提動閥頭上方表 面上的交連通路壓力。在提動閥完全開放時，這些控制閥 會將該均衡腔室開通至該交連通路，以平衡作用於提動閥 頭下方表面上的交連通路壓力。 參閱第15圖至第17圖，在第六實施例中，設於閥桿 上的均衡活塞及提動閥頭取代第四實施例中的活塞頭。均 衡活塞及引擎上的埠口係以與第四實施例中相同的方式作 0 動。雖然所顯示的是一機械式凸輪、搖臂、以及彈簧致動 機構，但任何其他適合的致動機構均可用來替代之。 參閱第18圖至第22圖，第七實施例中揭露數種變化 ，其等可使用提動閥總成（一具有提動頭及桿的提動閥， 其可結合一均衡活塞）或是一活塞閥，但是在此僅顯示出 提動閥總成。這些變化中均具有將一均衡埠口設置於引擎 內，用以提供膨脹汽缸之燃燒腔室與一位於均衡活塞上方 之均衡腔室間之連通的共同特點。 參閱第18圖，在第一種變化型中，該均衡埠口在所 -8- 200925392 有時間內均是開放。該提動閥總成在開放或關閉位置均是 維持平衡。任何適當型式的均衡閥致動均可採用。 參閱第19圖，在第二種變化型中，該均衡埠口包含 有一控制閥，其在燒然時是關閉的，以防止氣體流在燃燒 期間進入至該均衡腔室內。 參閱第20圖至第22圖，在第三種變化型中，一第一 均衡埠口設置於該交連通路與該均衡腔室之間。一第二均 衡埠口，類似於第一種及第二種變化中的，係設置於燃燒 〇 (膨脹）腔室與該均衡腔室之間。控制閥會在引擎活塞排 氣行程及引擎閥初始開通（分離）時，關閉該第一均衡埠 口而開放該第二均衡埠口。在位於或接近於上死點及燃燒 及膨脹行程中，該等控制閥會開放該第一均衡埠口而關閉 該第二均衡埠口。 因此，在引擎排氣行程，以及在提動閥分離開通時， 該提動閥總成在閥頭及均衡活塞的內側面是由交連通路壓 Φ 力加以平衡的，而在他們的外側面上是由排氣壓力加以平 行，因此提動閥的開啓不會受到未平衡之高分離壓力的阻 礙。當提動閥完全開放時，交連通路壓力會連通至均衡活 塞及閥頭二者的內側及外側面，因之而對閥總成做完成的 壓力平衡。當提動閥在膨脹行程中關閉時，均衡腔室內的 交連通路壓力可有助於在燃燒期間保持提動閥關閉。雖然 所顯示的是機械式閥致動，但任何適當型式的閥致動均可 加以應用。 參閱第23圖，在第八實施例中，一均衡埠口係一體 -9 - 200925392 地結合至提動閥總成本身上’與第七實施侈 另外結合於引擎內的不同。詳細地說，該萁 脹（燃燒）腔室延伸通過閥頭的中心而軸向 。此埠口持續延伸超過交連通路，並由閥梢 加以連接至均衡腔室。因此’該均衡埠口儐 間內將均衡腔室及膨脹腔室壓力加以平衡。 例中僅顯示出提動閥總成’但活塞閥總成亦 本發明的這些及其他的特點及優點，將 明詳細說明，配合於所附圖式而得到更完整 【實施方式】 首先參閱第2圖及第3圖，參考編號 先前提到之美國專利第6,542,225號中所示 循環引擎中相關部位的第—實施例。此例示 示意地顯示，因此並不偏限於此種結構。在 中均是以相同的參考編號來代表相同或相似 引擎10包含有一燃燒（膨脹）汽缸1: (膨脹）活塞14及一連桿16可往復移動地 示的輸出構件上’例如一曲柄軸。在活塞^ 密閉末端1 8之間的可變容積構成一燃燒（丨 。此燃燒腔室經由一閥座22上的開口與一 3 通，該交連通路可貯存並運送來自未顯示的 壓空氣，以供傳輸至燃燒腔室20內。此交 於一可變但升高的壓力下。 丨中均衡埠口是 1衡埠口係自膨 地通入閥桿內 內的側向開口 可於所有的時 雖然第八實施 可加以使用。 可下面的本發 的理解。 1 〇代表著例如 之型式的分割 性引擎1〇是 所有的實施例 的零件。 i，其中一動力 連接至一未顯 t與汽缸12之 嘭脹）腔室20 芒連通路24連 壓縮汽缸的加 連通路係維持 -10- 200925392 根據本發明，閥座22係向外傾斜的，以供與一具有 桿30的向外開放提動閥28的碟狀提動頭26相嚙合。提 動頭26係可在交連通路24內往復移動，並控制對於燃燒 腔室20的進出，以供在提動頭26靠置至閥座22上時， 切斷供應至燃燒腔室20內的空氣及/或燃料流。提動頭26 具有一上方表面（面）61及一下方表面（面）62。上方表 面61亦可稱爲內側表面，因爲他是面向著交連通路24, ^ 而下方表面62則可稱爲外側表面，因爲他是背向著並設 置於交連通路24外部。 提動閥28可由任何適當所需的致動機構32，機械式 、電子式、液壓式、氣壓式、或其等的組合，來加以致動 。在第2圖及第3圖中，閥致動機構32是由一凸輪34加 以代表，此凸輪係設置於一凸輪軸35上，並可驅動一嚙 合於設在閥桿30上之致動器配件38的可樞轉搖臂36。配 件38亦可做爲一閥彈簧40的固定器，該彈簧係嚙合於該 φ 引擎的一個固定構件上，並可將閥28朝關閉方向推壓。 一均衡活塞44 (例如“流體壓力均衡器”）係設置於 閥桿30上而位於閥頭26與致動器配件38之間。閥頭26 、閥桿30及均衡活塞44可稱爲提動閥總成46。均衡活塞 44係可在該引擎之分隔於交連通路24上方的一封閉而分 開的均衡汽缸48內往復移動。該均衡汽缸48中位於均衡 活塞44下方的部位可稱爲均衡腔室50。此均衡腔室經由 一第一均衡璋口 52而連通該交連通路24，而該第—均衡 埠口係由一第一控制閥5 4 ( V 1 )加以控制，例如一電磁 200925392 閥或其他適當的閥。由一第二控制閥5 8 ( V2 )加以控制 的第二均衡埠口 56可連通均衡腔室50至外界大氣壓力。 提動閥總成46、致動機構32、以及相關的均衡腔室50、 埠口 52、56、以及閥54(V1)及58(V2)可稱爲均衡閥 裝置60。 附圖中的第2圖顯示出提動閥總成46開啓時，該裝 置60的位置。引擎的動力活塞14開始下降，而加壓空氣 塡充料則被迫通過閥座22進入至燃燒腔室20內。由於提 動頭26的上方表面61及下方表面62均是開放於交連通 路壓力內，因此第一控制閥54 ( V1 )關閉，而第二控制 閥58 ( V2 )開放，將均衡腔室50加以排氣至大氣壓力。 第3圖顯示出裝置60在提動閥總成46關閉時的位置 。第二控制閥58 ( V2 )關閉，而第一控制閥54 ( VI )開 放，以將交連通路壓力供應至均衡腔室50內，而平衡閥 頭26上的交連壓力。因此可以減小由致動機構12施用來 (初始地）分離開通閥頭26的開啓力量。 附圖中的第4圖及第5圖顯示出引擎68及均衡閥裝 置70的第二實施例，類似於第2圖及第3圖的第一實施 例。此第二實施例的均衡閥裝置70不同於第一實施例之 均衡閥裝置60是在於以一空氣彈簧74 (位於閥致動機構 72內）來取代第2圖及第3圖中所示的螺旋彈簧40。此 空氣彈簧74亦重新設定位置，以供在其與凸輪34相嚙合 處正好相對的位置嚙合搖臂3 6，但其功能仍是一樣的。應 瞭解到，如果有需要的話，任何其他適當的彈簧或致動機 -12- 200925392 構均可用來操作本發明的均衡閥總成46。此外，空氣彈簧 可以用來取代任何形式之機械式致動機構內的其他彈簧。 第6圖、第7圖、以及第8圖顯示出具有均衡閥裝置 80的引擎78的第三實施例。閥裝置80包含有一活塞閥（ 活塞閥總成）84，其具有一圓柱狀活塞頭82，裝設於一桿 83上。活塞閥84係取代第一實施例中的提動閥總成46。 此活塞閥84係顯示成具有一機械式致動機構32，但並不 • 侷限於此。活塞閥84可在一開通至該交連通路24但由該 活塞頭82加以與之分隔開的圓柱狀凹入部86內往復移動 〇 活塞頭82可以是中空的，以減少其質量。在活塞頭 82的下方周邊所設的截角部88係供靠置於閥座22上。活 塞頭82的頂側（內側面）90及凹入部86的末端92之間 形成一均衡腔室94 (例如“流體壓力均衡器”）。由第一 控制閥（VI) 98所控制的第一均衡埠口 96可將均衡腔室 φ 94連通至交連通路24。由第二控制閥（V2 ) 102所控制 的第二均衡埠口 100可將均衡腔室連通至大氣壓力。 在作動上，當引擎的動力活塞14於其排氣行程中上 升，並經由未顯示出的排放閥而排放時，活塞閥84會關 閉（靠置至閥座上）。當活塞閥84靠置住時，交連通路 24內的壓力僅能徑向地作用於活塞頭82的圓柱狀外側表 面上。由於作用於活塞頭82上的交連通路24的壓力沒有 垂直方向上的分量，該交連通路壓力將不會造成該頭初始 開啓時所需加以克服的分離力量。 -13- 200925392 另外，在動力活塞14的排氣行程中，閥（Vl)98關 閉，而閥（V2 ) 102開放。因此，均衡腔室94內的大氣 壓力基本上可以平衡引擎燃燒腔室20的排氣壓力。因此 ’當活塞閥84分離開通（開始要開放）時，如第6圖中 所示，致動機構32可以在僅需克服彈簧40的靠置力量下 來開啓活塞閥84。 如第7圖所示，在活塞閥84完全開啓時，交連通路 ❹ 壓力會作用於活塞頭82的底面（外側面）106上。因此， 閥 VI ( 98 )會開放，而閥V2 ( 102 )則會關閉，以將交 連通路壓力導引至均衡腔室94內。接著，活塞閥84上的 壓力會繼續保持平衡，直到該活塞閥由閥彈簧40加以關 閉，如第8圖所示。這會一直保持通過燃燒及膨脹行程， 而交連通路壓力則一直維持於均衡腔室94內，以有助於 閥彈簧40抵抗燃燒及膨脹壓力來將活塞閥84保持關閉。 在接下來的排氣行程中，活塞閥84會如第6圖所示 ❹ 再次分離開通，而此循環則再次重覆進行。 第9圖、第10圖、以及第11圖顯示出引擎108及均 衡閥裝置1 1 〇的第四實施例，其等係類似於第6圖、第7 圖、以及第8圖之第三實施例中的零件。他們不同之處在 於，其中顯示出另一種的閥致動機構114來代表任何示意 顯示之適當型式者，例如電磁式、氣壓式、液壓式、機械 式、或其等的組合。一具有閥桿117及改良型活塞頭119 的活塞閥116，設置於一圓柱狀凹入部124內，構成一均 衡腔室94。均衡腔室94內的壓力是由均衡埠口 118 (P1 -14- 200925392 )' 120 ( P2 )、以及122 ( P3 )所控制的。 埠口 P1及P2是分別設置於引擎108及活塞頭119上 ，並會在活塞閥116完全開放時連接，以將交連通路24 的壓力連通至均衡腔室94。在此時，設置於引擎1〇8上的 埠口 P3會被活塞頭119加以堵塞住，如第1〇圖中所示， 以保持住均衡腔室壓力。當活塞閥完全關閉（第11圖） 或分離開通（第9圖）時，埠口 P1及P2不會對齊，堵塞 I 住來自交連通路24的空氣流，而埠口 P3則開放而可將均 〇 衡腔室94排氣至大氣壓力。埠口 P1及P2的設置是可加 以改變，以使埠口 PI、P2較早連接在一起，並較晚分離 開，以得到較長的“均衡時間”。 第12圖、第13圖、以及第14圖顯示出具有均衡閥 裝置130的引擎128的第五實施例，該均衡閥裝置具有一 提動閥總成1 3 2，可由一閥致動機構3 2加以開放及關閉。 閥致動機構3 2是機械式的，但並不侷限於此。 φ 提動閥總成132包含有一提動閥133，具有一提動頭 134，設置於一閥桿135的下方末端。提動閥總成132亦 包含有一均衡活塞136，裝設於提動閥133之桿135的中 間部位。均衡活塞136具有一下方表面（面）131及一上 方表面（面）137。下方表面131亦可稱爲內側表面，因 爲他是面向著交連通路24 ’而上方表面137則可稱爲外側 表面，因爲他是背向著並設置於交連通路24外部。 均衡腔室94、均衡埠口 96、1〇〇、以及控制閥98、 102均是與前面提到之具有相同參考編號的零件相似的， -15- 200925392 並以相同的方式運作。因此’在動力活塞14 中，閥（VI) 98關閉，而閥（V2) 102開放 衡腔室94內的大氣壓力基本上可以平衡引擎劳 的排氣壓力。此外，向下作用於提動頭134之 內側表面）129上的交連通路24之壓力的垂直 用於均衡活塞136之下方表面（內側表面）13 交連通路壓力加以平衡。因此，當提動閥總成 ^ 通（開始要開放）時，如第12圖中所示，致動 〇 以在僅需克服彈簧40的靠置力量下來開啓提動 〇 如第1 3圖中所示，在提動閥總成1 3 2完 交連通路壓力會向上作用於提動頭134的下方 面）139上。因此，閥VI (98)會開放，而閥 則會關閉，以將交連通路壓力導引至均衡腔室 向下作用於均衡活塞136的上方表面（外表西 φ 著，提動閥總成132上的壓力會繼續保持平衡 閥總成132由閥彈簧40加以完全關閉，如第] 這會一直保持通過燃燒及膨脹行程，而交連通 直維持於均衡腔室94內，以有助於閥彈簧40 膨脹壓力來將提動閥總成1 3 2保持關閉。 在接下來的排氣行程中，提動閥總成1 3 2 圖所示再次分離開通，而此循環則再次重覆進ί 第15圖、第16圖、以及第17圖顯示出 裝置140的引擎138的第六實施例，該均衡閥 的排氣行程 。因此，均 然燒腔室20 上方表面（ 分量會被作 1上的同一 1 3 2分離開 j機構3 2可 閥總成1 3 2 全開啓時， 表面（外側 V2 ( 102) 94內，並 5 ) 1 3 7。接 ，直到提動 t 4圖所示。 路壓力則一 抵抗燃燒及 會如第12 J ° 具有均衡閥 裝置具有一 -16- 200925392 提動閥總成1 42 ’可由一閥致動機構3 2加以開放及關閉。 閥致動機構32是機械式的，但並不侷限於此。 提動閥總成142包含有一提動閥143，具有一提動頭 141，設置於一閥桿145的下方末端。提動閥總成142亦 包含有一均衡活塞144，裝設於提動閥143之桿145的中 間部位。 設置於均衡活塞144上的埠口 120(P2)，以及設置 於引擎138上的埠口 118(P1)及122(P3)，是與前面 提到之具有相同參考編號的零件相似的，並以相同的方式 運作。因此，在提動閥總成142完全開放時，埠口 P1及 P2會連接，以將交連通路24的壓力連通至均衡腔室94。 在此時，設置於引擎138上的埠口 P3會被均衡活塞144 加以堵塞住，如第1 6圖中所示，以保持住均衡腔室壓力 。當提動閥總成142完全關閉（第1 7圖）或分離開通（ 第15圖）時，埠口 P1及P2不會對齊，堵塞住來自交連 通路24的空氣流，而埠口 P3則開放而可將均衡腔室94 排氣至大氣壓力。在所有的時間內，在提動頭141及均衡 活塞144之內側面146及147上的交連通路壓力均會互相 平衡。 參閱第18圖至第22圖，本發明的第七實施例包括有 三種變化，其等全部均具有將一均衡埠口 152設置於一引 擎148內，用以提供一均衡腔室94與該引擎148之燃燒 腔室20間的連通的共同特點。雖然所有的變化均具有一 提動閥總成1 49，但應注意到，也可以使用單一活塞閥（ -17- 200925392 例如第三實施例中的活塞閥84 )。 第18圖顯示出第一種變化，其中引擎148包含有一 設有提動閥總成149的均衡閥裝置150°提動閥總成149 包含有一提動閥155，具有一分開的提動頭157及均衡活 塞159。提動頭157及均衡活塞159每一者均分別具有內 側面151及153，此二者均係開通至交連通路24。當提動 閥155關閉時，提動頭157會靠置於閥座22上而將交連 通路24與引擎燃燒腔室20分隔開。均衡活塞159與一圓 柱狀凹入部86的一側末端92 —起構成一均衡腔室94。 在此第一變化中，設於引擎148內的一均衡埠口 152 可提供均衡腔室94與膨脹汽缸內之燃燒腔室20間的流體 連通。埠口 1 5 2是永遠開放的，以供在提動頭1 5 7的外側 面160與均衡活塞159的外側面161二者間平衡燃燒腔室 壓力。另外，交連通路24之壓力中作用於提動頭157之 內側面151上的向下垂直分量，永遠會平衡交連通路壓力 作用於均衡活塞159之內側面153上的向上垂直分量。 當提動閥155開放時，在所有面151、153、160、以 及161上的壓力會趨向於相等。提動閥155是由一般的閥 致動機構1 44加以開放及關閉。 第19圖顯示出第二種變化，其包含有一設於埠口 152 內的控制閥1 54。閥1 54可在燃燒腔室20內進行燃燒時關 閉，以避免燃燒產物污染該腔室，並減少壓縮過程中的壓 縮比。 第20圖、第21圖、以及第22圖顯示出第三種變化 -18- 200925392 ，其中均衡埠口 152及控制閥154仍被保留下來，並在交 連通路24與均衡腔室94之間加設另外由另一控制閥158 (V 1 )加以控制的均衡埠口 1 5 6。控制閥 1 5 4是標示爲 V2。閥VI (158)在動力活塞14的排氣行程及引擎提動 閥1 55分離開通（初始開啓）時是關閉的。但是，控制閥 VI (158)在處於或接近動力活塞14的上死點及膨脹行程 中是開放的。閥V2( 154)在排氣行程及提動閥分離時是 義 開放的，但在提動閥1 5 5完全開啓及膨脹行程中是關閉的 ❹ 〇 結果是類似於第五實施例。提動閥155在動力活塞14 的排氣行程及其分離開通（亦即提動閥要開放的起點）是 壓力平衡的。在這些時間內，均衡腔室94內的壓力基本 上是平衡於引擎燃燒腔室2〇內的壓力。另外’交連通路 24之壓力中向下作用於提動頭上方表面（內側面）上的垂 直分量是平衡於向上作用在均衡活塞下方表面（內側面） H 上的同一交連通路壓力。在交連通路24之壓力塡充至燃 燒腔室20內的期間，閥155是保持平衡的。在此期間’ 交連通路2 4的壓力向上作用於閥頭的底側表面（外側面 )，且均衡腔室94內的同一壓力向下作用於均衡活塞的 上方表面（外側面）。在閥155關閉後，交連通路24的 壓力在膨脹行程中會一直維持於均衡腔室94內’以有助 於抵消燃燒腔室20內的燃燒壓力。 第23圖顯示出第八實施例’其中一引擎168包含有 一均衡閥裝置170，其具有一提動閥總成172 ’係由一般 -19- 200925392 的致動機構114加以致動。爲易於製造，此第八實施例包 含有一均衡埠口 1 7 8，與該提動閥總成1 7 2 —體地結合在 一起，這與第七實施例中均衡埠口是另外結合於引擎的情 形不同。雖然此實施例中是顯示出提動閥總成172，但是 應注意到，也可以使用具有內均衡埠口的單一活塞閥（類 似於活塞閥8 4 )。 提動閥總成172包含有一提動閥173，具有槪呈碟形 的提動頭174，裝設於一閥桿176的下方末端上。提動閥 總成172亦包含有一均衡活塞175，裝設於桿176的中間 部位。均衡活塞175可在一圓柱狀凹入部177內往復移動 ，並於均衡活塞175上形成一均衡腔室182。 提動閥總成172具有該有內均衡埠口 178，其係自膨 脹腔室20軸向延伸通過閥頭174及閥桿176而至均衡活 塞175的上方。側向開口 180將有內均衡埠口 178延伸出 ，以提供與均衡腔室1 82間的流體連通。 因此，膨脹腔室20內的壓力可在所有的時間內，分 別在提動閥頭174及均衡活塞175的外側面188及190上 保持壓力平衡。另外，交連通路24內的壓力會在所有的 時間內，分別在提動閥頭174及均衡活塞175的內側面 184及186上保持壓力平衡。 雖然前文係針對特定的實施例來說明本發明，但應瞭 解到，在前面所述之發明槪念的精神及範疇內，仍可有多 種的變化。因此，其意欲不將本發明僅侷限於所述的實施 例，而是具有由下附申請專利範圍之語句所界定的全部範 -20- 200925392 圍 【圖式簡單說明】 第1圖是習用分割循環引擎的示意剖面圖。 第2圖及第3圖是本發明之具有均衡提動閥總成的第 一例示性實施例的示意剖面圖’分別顯示於開啓及關閉的 操作位置。 ^ 第4圖及第5圖是類似於第2圖及第3圖的示意剖面 圖，但顯示出本發明之具有空氣彈簧及均衡提動閥總成的 第二例示性實施例，分別顯示於與第一實施例類似的操作 位置。 第6圖、第7圖、第8圖是本發明之具有替代用均衡 圓柱狀活塞閥的第三例示性實施例的示意剖面圖，分別顯 示於初始開通（分離）、完全開放、關閉位置。 第9圖、第10圖、第11圖是本發明之具有替代用致 Q 動器及在活塞頭設有控制閥之均衡圓柱狀活塞閥的第四例 示性實施例的示意剖面圖，分別顯示於初始開通（分離） 、完全開放、關閉位置。 第12圖、第13圖、第14圖是本發明之包含有設有 閥式均衡埠口之提動閥總成的第五例示性實施例的示意剖 面圖，該提動閥總成是分別顯示於初始開通、完全開放、 關閉位置。 第15圖、第16圖、第17圖是本發明之包含有提動 閥總成的第六例示性實施例的示意剖面圖，該提動閥總成 -21 - 200925392 在該提動閥總成的均衡活塞及引擎內設有均衡埠口，該提 動閥總成是分別顯示於初始開通、完全開放、關閉位置。 第18圖是本發明第七例示性實施例中的第一種變化 的示意剖面圖，其中該第一種變化與其他種變化同樣具有 一提動閥總成及一連接於一均衡腔室與燃燒（膨脹）腔室 之間的分隔的均衡埠口。 第19圖是本發明第七例示性實施例中的第二種變化 @ 的示意剖面圖’其中該均衡埠口包含有一控制閥，其可在 該燃燒腔室的燃燒及/或膨脹過程中關閉。 第20圖、第21圖、第22圖是本發明第七例示性實 施例中的第三種變化的示意剖面圖，包含有一設於交連通 路與均衡腔室之間的第一閥式均衡埠口，以及一設於燃燒 腔室與均衡腔室之間的第二閥式均衡埠口，該提動閥總成 是分別顯示於初始開通、完全開放、關閉位置。 第23圖是本發明第八例示性實施例的示意剖面圖， n 具有一提動閥總成，其具有一體式的均衡璋口，係沿著軸 向延伸穿過該提動閥的閥桿及頭部。 【主要元件符號說明】 1 :分割循環引擎 2 :壓縮汽缸 3 :膨脹汽缸 4 :交連通路 5:向內開放提動閥 -22- 200925392 6 : X 〇 vr E 閥 7 :排氣閥 8 : XovrC 閥 10:弓丨擎 12 :燃燒汽缸 14 :動力活塞 1 6 :連桿 1 8 :封閉末端 20 :燃燒腔室 22 :閥座 24 :交連通路 2 6 :提動頭 28 :提動閥 30 :桿 32 :致動機構

3 4 :凸輪 35 :凸輪軸 36 :搖臂 3 8 :配件 40 :閥彈簧 42 :固定構件 44 :均衡活塞 4 6 :提動閥總成 48 :均衡汽缸 -23- 200925392 50 :均衡腔室 52 :第一均衡埠口 54 :第一控制閥 5 6 :第二均衡埠口 5 8 :第二控制閥 60 :均衡閥裝置 61 :上方表面 62 :下方表面 68 ：弓丨擎 70 :均衡閥裝置 74 :空氣彈簧 80 :均衡閥裝置 82 :活塞頭 83 :桿 8 4 :活塞閥 8 6 :凹入部 8 8 :截角部 90 :頂側 92 :末端 94 :均衡腔室 96 :第一均衡埠口 98 :第一控制閥 100:第二均衡埠口 102 :第二控制閥 -24 200925392 106 108 110 114 116 117 118

120 122 124 128 129 130 13 1

133 134 135 136 137 138 139 140 底面 引擎 均衡閥裝置 致動機構 活塞閥 桿 均衡埠口 活塞頭 均衡埠口 均衡埠口 凹入部 引擎 上方表面 均衡閥裝置 下方表面 提動閥總成 提動閥 提動頭 閥桿 均衡活塞 上方表面 引擎 下方表面 均衡閥裝置 -25- 200925392 14 1 142 143 ： 144 ： 145 ： 146 ： 147 ：

149 ： 150 ： 15 1： 152： 153： 154： 15 5：

157 ： 158 ： 159： 160 ： 16 1： 168 ： 170 ： 172: 提動頭 提動閥總成 提動閥 均衡活塞 閥桿 內側面 內側面 引擎 提動閥總成 均衡閥裝置 內側面 均衡埠口 內側面 控制閥 提動閥 均衡埠口 提動頭 控制閥 均衡活塞 外側面 外側面 引擎 均衡閥裝置 提動閥總成 -26 200925392 1 73 :提動閥 1 74 :提動頭 175 :均衡活塞 1 7 6 :閥桿 177 :凹入部

1 7 8 :均衡埠口 1 8 0 :側向開口 1 8 4 :內側面 1 8 6 :內側面 1 8 8 :外側面 1 9 0 :外側面

Claims (1)

1. 200925392 十、申請專利範圍 1. 一種分割循環引擎，包含有： 一曲柄軸，可繞一曲柄軸軸線轉動； —壓縮活塞，可滑動地容置於一壓縮汽缸內，且在操 作上是連接至該曲柄軸，以使得該壓縮活塞可在該曲柄軸 的單圈轉動中往復移動經過進氣行程及壓縮行程； 一膨脹活塞，可滑動地容置於一膨脹汽缸內，且在操 _ 作上是連接至該曲柄軸，以使得該膨脹活塞可在該曲柄軸 的單圏轉動中往復移動經過膨脹行程及排氣行程； 一交連通路，連接於該膨脹及壓縮汽缸之間，該交連 通路包含有一交連壓縮閥（XovrC )及一交連膨脹閥（ XovrE)閥，其間界定出一壓力腔室； 該XovrC閥及該Χ〇νΓΕ閥中至少一者係一均衡閥；以 及 —流體壓力均衡器，推壓該一閥，以供能平衡沿開啓 φ 及關閉方向作用於該一閥上的流體壓力，減少致動該一閥 所需的力量。 2. 如申請專利範圍第1項所述之分割循環引擎，其中 該XovrC閥及該XovrE閥中至少一者係向外開通至該交連 通路內，並分別背離該壓縮汽缸及該膨脹汽缸。 3. 如申請專利範圍第2項所述之分割循環引擎，其中 該XovrE閥包含有一桿，其在遠側末端處設有一碟狀 提動頭，該提動頭係可與一膨脹汽缸進入埠口閥座相嚙合 -28- 200925392 ’並具有一內側面，開通至該交連通路； 該流體壓力均衡器是一設於該提動閥之該桿上的均衡 活塞，並可於一封閉而分隔開的均衡汽缸內移動，該均衡 汽缸與該均衡活塞共同構成一均衡腔室，該均衡腔室係經 由一由一第一控制閥加以控制的第一均衡埠口而與該交連 通路做流體連通，且該均衡腔室經由一由一第二控制閥加 以控制的第二均衡埠口而與外部大氣壓力做流體連通；以 及 在該提動頭自該閥座上分離開時，該第一控制閥會關 閉，而該第二控制閥開放，且在該提動頭與該閥座嚙合時 ’該第一控制閥會開放，而該第二控制閥關閉； 因此該交連通路內作用於該提動頭上的流體壓力會平 衡，以使得該提動閥得以輕易開啓。 4 .如申請專利範圍第2項所述之分割循環引擎，其中 φ 該XovrE閥包含有一活塞頭，可與一膨脹汽缸進入埠 口閥座相嚙合’該活塞頭具有一活塞頭頂部及一活塞頭底 部，該活塞頭頂部係容置於一開通至該交連通路的圓柱狀 凹入部內；以及 該流體壓力均衡器係由該活塞頭頂部及圓柱狀凹入部 所構成’形成爲一分隔開的均衡腔室，該均衡腔室係與該 交連通路及外部大氣壓力做流體連通，以平衡該交連通路 內作用於該活塞頭上的流體壓力》 5 ·如申請專利範圍第4項所述之分割循環引擎，包含 -29- 200925392 有一由一第一控制閥加以控制的第一均衡埠口，其係將該 均衡腔室連通至該交連通路，以及一由一第二控制閥加以 控制的第二均衡埠口，其係將該均衡腔室連通至外部大氣 壓力； 其中在該活塞頭自該閥座上分離開時，該第一控制閥 會開放，而該第二控制閥關閉，且在該活塞頭與該閥座嚙 合時，該第一控制閥會關閉，而該第二控制閥開放。 6 .如申請專利範圍第4項所述之分割循環引擎，包含 有一設於該引擎的第一均衡埠口及一設於該活塞頭的第二 均衡埠口，其等可配合來控制該交連通路之連通至該均衡 腔室，以及一設於該引擎的第三均衡埠口，其可控制該均 衡腔室與外部大氣壓力的連通； 其中該閥頭的移動可開啓及關閉該等均衡埠口。 7.如申請專利範圍第2項所述之分割循環引擎，其中 該XovrE閥包含有一桿，其在遠側末端處設有一碟狀 提動頭，該提動頭係可與一膨脹汽缸進入埠口閥座相嚙合 ，並具有一內側面，開通至該交連通路；以及 該流體壓力均衡器是一設於該提動閥之該桿上的均衡 活塞，並可於一連接至並自該交連通路延伸出的圓柱狀凹 入部內移動，該均衡活塞具有一開通至該交連通路的內側 面及一可與該圓柱狀凹入部一起界定出一均衡腔室的外側 面，該均衡腔室係與該交連通路及外部大氣壓力做流體連 通，以平衡該交連逋路內作用於該提動頭上的流體壓力。 -30- 200925392 8 .如申請專利範圍第7項所述之分割循環引擎，包含 有一由一第一控制閥加以控制的第一均衡埠口，其係將該 均衡腔室連通至該交連通路，以及一由一第二控制閥加以 控制的第二均衡埠口，其係將該均衡腔室連通至外部大氣 壓力； 其中在該提動頭自該閥座上分離開時，該第一控制閥 會開放，而該第二控制閥關閉，且在該提動頭與該閥座嚙 合時，該第一控制閥會關閉，而該第二控制閥開放。 9.如申請專利範圍第7項所述之分割循環引擎，包含 有一設於該引擎的第一均衡埠口及一設於該均衡活塞的第 二均衡埠口，其等可配合來控制該交連通路之連通至該均 衡腔室，以及一設於該引擎的第三均衡埠口，其可控制該 均衡腔室與外部大氣壓力的連通； 其中該均衡活塞的移動可開啓及關閉該等均衡埠口。 1 0 .如申請專利範圍第2項所述之分割循環引擎，其 中·· 該XovrE閥包含有一桿，其在遠側末端處設有一碟狀 提動頭，該提動頭係可與一膨脹汽缸進入埠口閥座相嚙合 ，並具有一內側面，開通至該交連通路；以及 該流體壓力均衡器是一設於該提動閥之該桿上的均衡 活塞，並可於一連接至並自該交連通路延伸出的圓柱狀凹 入部內移動，該均衡活塞具有一開通至該交連通路的內側 面及一可與該圓柱狀凹入部一起界定出一均衡腔室的外側 面，該均衡腔室係可經由一均衡埠口來與該膨脹汽缸做流 -31 - 200925392 體連通，以平衡該交連通路內作用於該提動頭上的流體壓 力。 1 1.如申請專利範圍第1 0項所述之分割循環引擎’包 含有一設於該均衡埠口內的控制閥，用以控制通過該均衡 埠口的流動。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項所述之分割循環引擎’其 中該控制閥至少在該燃燒過程的一部份過程中是關閉的。 13. 如申請專利範圍第12所述之分割循環引擎，包含 有一由另一控制閥加以控制的另外的均衡埠口，其可提供 該均衡腔室與該交連通路間的流體連通。 14. 如申請專利範圍第13項所述之分割循環引擎，其 中該另一控制閥在該膨脹活塞的排氣行程中是關閉的，而 在膨脹行程中則是開放的。 1 5 .如申請專利範圍第2項所述之分割循環引擎，其 中： 該XovrE閥包含有一桿，其在遠側末端處設有一碟狀 提動頭，該提動頭係可與一膨脹汽缸進入埠口閥座相嚙合 ，並具有一內側面，開通至該交連通路：以及 該流體壓力均衡器是一設於該提動閥之該桿上的均衡 活塞，並可於一連接至並自該交連通路延伸出的圓柱狀凹 入部內移動，該均衡活塞具有一開通至該交連通路的內側 面及一可與該圓柱狀凹入部一起界定出一均衡腔室的外側 面，該均衡腔室係經由一體結合於該提動閥上的一均衡埠 口來與該膨脹汽缸做流體連通，以平衡該交連通路內作用 -32- 200925392 於該提動頭上的流體壓力。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之分割循環引擎，其 中均衡埠口係軸向延伸通過該閥頭及該閥桿，且包含有側 向開口，以提供該膨脹汽缸與該均衡腔室間的流體連通。

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