TW201124615A - Hydraulic internal combustion engines - Google Patents

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201124615 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於自由活塞引擎及因此關於動力系之領域。 此申請案主張2009年1 0月12曰申請之美國臨時專利申請 案第61/25〇,784號、2010年1月26日申請之美國臨時專利申 5月案第61/298，479號、2010年2月1曰申請之美國臨時專利 申請案第61/300,403號及2010年4月5日申請之美國臨時專 利申請案第61/320,943號之權利。 【先前技術】 内燃機係用於藉由燃燒而將化學能轉換為機械能之有用 裝置。典型内燃機藉由使用由受限燃燒建立的壓力以當燃 燒氣體膨脹時迫使活塞向下並藉由使用曲柄軸將此運動轉 換為旋轉運動而將石化燃料（諸如汽油或柴油燃料）中的能 量轉換為旋轉機械能。然而，使用活塞及曲柄軸機構引致 引擎操作的很多約束，其限制可自燃燒過程提取之有用機 械能之量。 自由活塞引擎係線性「無曲柄」内燃機，其中活塞運動 並非由一曲柄軸控制而是由來自燃燒室氣體、回彈裝置與 負載裝置的諸力之相互作用決定。液壓自由活塞引擎將燃 燒活塞耦合至使用一液壓控制系統作為負載裝置及回彈裝 置兩者之液壓汽缸。此給予單元操作彈性。儘管先前技術 之液屋自由活塞引擎形式已達成良好操作彈性，但期望提 供具有甚至更大操作彈性及能量效率之一液壓自由活塞引 擎。 151499.doc 201124615 【實施方式】 本文揭示一種具有完全可變電子控制液壓閥致動、高壓 電子控制燃料噴射之自由活塞類型液壓内燃機、及一種可 與該内燃機連用之動力系。在下文描述中，參考一實施例 之本發明之特定態樣之揭示内容一般而言亦包含在其他實 施例使用此等態樣之可能性。 圖1中示意性地顯示根據本發明之一引擎之一汽缸。該 引擎中的二主要子總成包含汽缸蓋總成及具有液壓閥之活 塞/柱塞總成。該等總成相互相對地獨立並將被分開描 述。 在此實施例中，該汽缸蓋總成併入使用增強器類型燃料 喷射器之尚壓電子控制燃料喷射器44及美國專利第 6,739,293號中揭示之一通用類型液壓閥致動系統46。 該活塞/柱塞總成取代一傳統引擎之活塞/連桿/曲柄軸總 成’並將在燃燒期間釋放的化學能轉換為液壓能。該活塞/ 柱塞總成藉由在電致動液壓控制閥之適當定時開啟及關閉 下自低壓儲液器有效地泵送液壓流體至高壓集液器内而實 現此轉換® 可如下描述該活塞/柱塞總成。一活塞2〇具有—底配接 面，其與諸液壓柱塞22配接。對於各個活塞而言，存在若 干柱塞，至少三個且可能更多，諸如作為實例：六個成等 距分佈的柱塞，圍繞一第七中心柱塞24(見圖12)。該等柱 塞的頂部被活塞20之該底面向下推動（注意如頂部、底 部、上方 '下方等等之詞語係、在相對意義而非絕對意義中 151499.doc 201124615 為了便利而使用’且不應以限制意義解譯）。液壓容積位 於該等柱塞之底部處。透過電致動三向液壓閥26、28及 30(本文中稱其等為柱塞閥）’此等容積之每一者係當該柱 塞閥在關閉位置時連接至低壓（LP)軌道32或當該柱塞閥在 開啟位置時連接至高壓（HP)軌道34。該等柱塞容積每一者 亦可透過止回閥36連接至該LP執道以增加自該LP執道至 該柱塞液壓容積之流動面積而無需增加該控制閥流動面積 及大小。 在該進氣衝程期間該活塞20及柱塞22及24返回至該底部 位置係由圖1中顯示的一液壓返回配置促成。該液壓返回 係該中心柱塞所以連接至該活塞之原因。至少一柱塞（較 佳為該中心柱塞24)必須可拉動該活塞以在該進氣衝程期 間向下移動該活塞。如圖丨所示，該中心柱塞之該底部直 徑上大於該上部，且在此實施例中係一直耦合至該高壓軌 C此^ °亥中〜/舌塞之該底部麵合至該低壓軌道以用於活 塞20返回（諸如對於一進氣衝程而言）時在該中心活塞上提 供一向下力，但當該活塞2〇之該底部由閥26耦合至該高壓 軌道（諸如可在一壓縮衝程期間或在一動力衝程期間使用） 時提供一向上力。亦如一替代例，中心柱塞24之放大端“ 上方的該區域可耦合至一控制閥以便可控制地耦合至該高 麼軌道或該低麼軌道。注意在所有柱塞之所有情況下，該 低壓軌道應在愿力上足夠高以當該等柱塞移動離開該各別 柱塞之各別液壓流體入口埠時回填該相對應液壓容積。 對於各個引擎汽缸使用多個柱塞容許透過該整個引擎猶 I5I499.doc 201124615 環匹配或平衡該等活塞之頂部上之壓力與該等柱塞之該底 π上之液壓壓力，藉此在該燃燒循環之任何點處促進一受 控活塞/柱塞速度，其繼而促進一高效率化學能至液壓能 轉換。一壓力感測器25可設於該燃燒室中以提供一輸入至 -控制器’其視需要透過監測液壓控制閥位置及活塞位置 及透過相對於時間之活塞位置、該活塞速度及加速度管理 該活塞/柱塞速度，基本上提供需要的所有資訊。 右除該中心柱塞24之外使用六個柱塞22，則二直徑相對 柱塞可由一閥（如閥26)控制，且另外四個柱塞由閥川控 制。若該中心柱塞38與其他六個柱塞之淨大小相同，則作 為實例，在一動力衝程期間，七個柱塞可用於泵送液壓流 體至該高壓軌道（及一高壓集液器），接著六個（除了該中心 柱塞24外之所有柱塞）’接著五個（四個柱塞加上該中心柱 塞24)，接著四個（由該等閥之一者控制的該四個柱塞），接 著二個（由該等閥之一者控制的該二個柱塞加上該中心柱 塞）等等提供一 元進程以良好匹配該所需活塞力以具隨 時對活塞位置及速度之卓越控制。 另一選擇為，各個柱塞可具有其自有控制閥，雖然在此 一實施例中，用於直徑相對柱塞之該等控制閥將會統一地 操作以避免該活塞20中繞著一水準軸之一扭矩。因此，如 又一替代例，各個閥可控制相對之柱塞對。此等實施例亦 使獲得上文描述的該二元進程更容易，因為減少獲得所需 結果之閥切換。明顯較佳地應使用高速、電子控制、電致 動閥’亦較佳地使用二級滑軸閥以提供需要的該等流動面 151499.doc 201124615 積。 :圖1顯示的該類型引擎中，”將會使用多個汽缸， 而各個汽虹與圖1中g 宁.4不的该 >飞缸相同。在此一引擎中， 如所示較佳使用壓縮點火， ' 雖然另一選擇為，視需要可使 、:...占《4甚至作為亦具有壓縮點火能力之引擎之一 、—二=(其使用或不使用直接燃料喷射人該燃燒室内）， 作—甚至更寬範圍的燃料。可使用習知四衝程操 '衣雖然一衝私才呆作亦為可能。在這點上，注意該引 擎可在全輸出下運行’且在一循環内完全地停止，並稱後 亦在一循環内以全功率重新開始。 在-自由活塞引擎中’其定義是不存在預界定活塞位置 或運動J_尤其不存在預界定活塞速度及活塞極端位置， 如對於-曲柄軸類型引擎中之一活塞…匕，基本的是瞭 I自Mm擎中之—自由活塞之位置及速度使得可避 免速度極端及預界定或至少控制活塞極端位置。因此，圖 2示意性地繪示可用於此目的之一自由活塞位置感測系 統。特定言之，在一動力衝程之一向下運動中的該自由活 塞20使用可變數目的液壓活塞泵送液壓流體以泵送至該高 壓軌道及集液器（如上文所述）以控制該自由活塞2〇的速 度。在另一方面，中心液壓活塞24提供一自由活塞返回能 力以及一進氣衝程能力，如上文所述。 然而，對於活塞位置感測，使用一磁性鋼柱塞4〇連同在 相對向頻AC信號下激勵之一線圈42。該線圈的阻抗將 隨該磁性柱塞40的位置變化。儘管阻抗隨柱塞位置之變化 151499.doc 201124615 可能不為線性及/或用於感測該阻抗之電路可能不為線 性’但一校準曲線可容易地應用以線性化該輸出信號與活 塞位置。在這點上，由於該自由活塞引擎係經處理器控制 的，故校準可藉由透過一類比對數位轉換器將該非線性信 號轉換為一數位信號而在數位域中容易實現並接著經由一 查找表線性化以提供呈數位形式之真實活塞位置以供該自 由活塞引擎數位控制器使用。明顯地，圖2係一示意圖， 雖然繪不该自由活塞位置感測器之原理。 現參考圖3，可見本發明之另一可能一般實施之一示意 圖。在此實施中，顯示一六個汽缸引擎，其中該二中心汽 缸用於壓縮COMP且在該引擎之各端處的該二汽缸用作燃 燒汽缸COMB。來自該燃燒汽缸之排氣ΕχΗ在排出至大氣 ATM之刖驅動一渦輪增強器TURB〇。該渦輪增強器在此實 施例中將會増加該進氣INT至大約4 bar之一壓力，提供經 渦輪增壓空氣至所有六個汽缸上的該等進氣閥。為了引擎 啟動之目的’且當一渦輪增強器推進為必需或有益，可透 過由耦合至在壓力Ps下的一液壓流體源的一控制閥控制的 一液壓馬達提供一液壓輔助。在該二壓縮汽缸C〇MP之情 況下’通常可能係各個汽缸之二進氣閥及二排氣閥均可用 作輸入閥，而該等壓縮汽缸C〇MP之每一者中的一止回閥 C.V.用於在大約2〇〇 bar之一壓力下自該壓縮汽缸c〇MP排 出經壓縮空氣穿過一空氣執道至一空氣箱。 另一選擇為，可使用一強制致動閥。該空氣箱中的壓力 當然可藉由控制在該等壓縮汽缸CQMP之該等進氣閥封閉 151499.doc 201124615 之處的該壓縮活塞仿番品故止, 基位置而控制，此當然亦控制輸送至該空 氣箱的高壓空氣之交接 ,tL et 積。在此點上，注意該等壓縮汽缸 COMP始終以一二据两0! 盾衣壓鈿模式刼作，無論該等燃燒汽缸 COMP自身是否以__她卢措； 一循衣模式、四循環模式、六循環模 式或一些其他模式操作。 來自該空氣箱之空氣係透過一間喷射進入該等燃燒室

COMB之每一者内，士方pq y» —^ A ο玄閥在该較佳貫施例中亦係透過一電 子控㈣液壓_且當然經定時及定大小料以提供喷射 進入該燃燒室内的空氣之所需量及時序。在此點上，明顯 地，在空氣喷射時該空氣箱中的壓力明顯必須高於該燃燒 室中的壓力’雖然在該較佳實施例中，此係藉由實際上監 測該燃燒室中的壓力（作為點火之一指示及兩者壓力）及該 燃燒室中的該溫度而容易達成。注意儘管在圖3中示意性 地，會示I Μ用於來自該空氣箱之空氣之喷射，但可使 用多個閥。 較佳地，該空氣箱中的壓力將藉由該等壓縮汽缸C〇Mp 上的該4進軋閥之控制而控制以提供相較於在空氣喷射期 間該燃燒室COMB中的壓力較高但未如此高以致耗散不必 要能量之一壓力。在此點上，在該空氣箱中可獲得的最高 壓力可容易地控制以用於該等壓縮汽缸c〇Mp，其藉由該 引擎體設計可不同於且尤其大於該燃燒汽缸c〇MB的壓縮 比。該空氣箱中的實際壓力以及輸送至該空氣箱的空氣容 積可藉由控制至該等壓縮汽缸之該等進氣閥而容易控制。 注意一般而言’該空氣箱中的空氣將因為其大體上絕熱燃 151499.doc 201124615 燒而係熱的，雖然一般而言將損失不多的此能量，因為通 常南壓空氣將在此熱量損失之前用於喷射。 現參考圖4，可見使用本發明之一例示性車輛動力系統 之一方塊圖。此圖以及圖5之該四衝程操作循環係用於— 自由活塞引擎，其亦可作為實例使用美國專利第6 415，、749 號、美國專利申請公開案第2〇〇7/〇245982號、第 2008/〇264393號及第2009/0183699號及美國專利申請案第 12/256,296號（該等案之揭示内容以引用方式併入本文中） 中描述的該等操作循環之任何循環，且可使用各種燃料， 包含（但不限於）柴油、生物柴油及使用壓縮點火之氨燃 料。另一受關注的燃料係乙醇。儘管乙醇係以碳為主，但 其自玉米或其他植物導出，且如此一來，乙醇中的碳來自 該植物吸收之二氧化碳，且因此作為一燃料之乙醇基本上 係碳中和。實際上甚至可使用氣體燃料，其係藉由引進入 該引擎之進氣歧管内或甚至透過提供用於此目的之一閥直 接引進入該燃燒室内。 圖4中顯不的該引擎類似於圖3中顯示的該引擎使币兩個 燃燒汽缸及-壓縮汽缸’並可用圖5繪示的該操作循環操 作。该二燃燒汽缸每一者係在一四衝程循環下操作，而該 壓縮汽缸在一二衝程循環下操作。在該等燃燒汽缸之每一 者中及在該壓縮汽缸中，可使用諸如先前描述的__活塞位 置感測窃，雖然視需要亦可使用其他類型的感測器（諸如 霍爾（Hall)效應感測器）。使用的該活塞位置感測器可係一 線性感測器或-非線性感測器，諸如經設計以在上死點及 151499.doc -11 - 201124615 下死點活塞位置附近具有增加敏感度的感測器，因為在行 程之此等極限處的較高準確度可係有益的。（片語「上死 點」及「下死點」係取自普通曲柄軸類型活塞5丨擎術語， 且在描述的該類型自由活塞引擎中僅指示係在操作期間該 活塞之該頂位置或最上位置及該活塞之該底位置或最下位 置，此實際上可隨循環變化而變化。） 該空氣箱係一高壓空氣儲存箱，其提供一緩衝用於該壓 縮汽缸輸出以供應空氣用於在適當時間噴射（一實例待描 由於該等燃燒汽缸在此描述中係使用一例示性四= 程循環操作（參見圖5)，故該等燃燒汽缸包含一進氣衝程、 -壓縮衝程、一動力衝程及一排氣衝程，纟中燃料噴射， 在該例示性循環中，待喷射用於接著動力衝程之所有燃料 發生於該進氣衝程期間或該㈣衝程早^在該進氣衝程 期間的喷射確保良好燃料空氣混合，並可甚至發生於進氣 期間以用於最佳混合’其繼之以開啟該或該等排氣間以用 於-些EGR(排氣再循環）。然而’注意在該進氣衝程期間 吸，的空氣量係有意地受限制使得點火時，該燃燒室中的 該富燃料混合物將不達到形成Ν〇χ之溫度，且極端地，可 能無f氣吸進，但在該接著壓縮衝程末端之點火使用來自 該先前動力衝程之剩餘殘留喷射空氣。 在點火之後發生於該動力衝程期間的空氣喷射發生於該 上死點位置處或其附近。在點火之後噴射的空氣量可能因 為《亥[縮π紅之該一衝程操作相對於該等燃燒汽缸之該四 衝程循環而大體上可等於或甚至略高於在該進氣衝程期間 151499.doc 12 201124615 吸收的空氣。此當然假定該等壓縮汽缸及燃燒汽缸係在相 同頻率下操作’其因為此係、—自由活塞引擎而並非本發明 之限制’因4該壓缩汽缸可在不同於t亥等燃燒汽虹之操 作頻率之一頻率下操作，且為此問題，當不需要動力時 (諸如在該車輛滑行期間），所有汽缸可停止直到再次需要 動力。 在此點上，〉主意該等活塞可在大體上對應於以舉例而言 每分鐘2400轉運行之一曲柄軸類型引擎之操作之活塞速度 下操作，但實際上可在某一活塞位置（諸如對於該壓縮汽 缸之該下死點位置，及對於㈣燒汽缸在_排氣衝程之後 且在下一進氣衝程之前之該上死點位置）處暫停。因此， 儘管該等活塞速度可類似於以24〇〇 RpM操作之—曲柄軸 類型引擎’但操作之間之暫停將容許該自由活塞引擎中的 該等活塞在任何較低頻率下操作基本上降低至完全停止。 亦注意儘官該等壓縮汽缸及燃燒汽缸可在獨立頻率下操 作’但該等汽缸之速度分佈並非由一曲柄軸之限制而： 定，且因此可經修改以用於最佳效率。在此點上，該等燃 燒汽缸對於不同衝程可使用一不同活塞速度分佈，且實際 上’該等進氣衝程 '壓縮衝程、動力衝程及排氣衝程均可 相互不同，且當然不同於用於該壓縮汽缸的該等活塞速度 分佈。 用於該等燃燒汽缸之燃料係透過在圖4中未詳細顯示的 一燃料系統提供，該燃料系統用於諸如藉由各個燃燒汽缸 上的一增強器類型燃料噴射器而喷射。該等燃燒汽：：供 151499.doc 201124615 :淨高壓液壓流體穿過該可控制關斷閱至該主高塵集液 器。自由活塞液麼壓力係自該提升果提供至一低壓線，且 需要的任何高塵液壓流體係自該高壓集液器或高麼軌道提 供。當容積流量（壓力）或者將會過大時—電操作釋壓闊可 耗合該提升泵之該輸出回到該低壓儲液器，而當該提升系 未操作時一可選止回閥70保持該低壓線中的該壓力\ ’ 高壓㈣流體亦提供至㈣料馬達，其在顯示的該實 施例中透過-τ選齒輪減速並透過普通設計卜差速器而 驅動該車輛之車H選擇為，—分離㈣㈣料用 :各個驅動輪’或另一選擇為透過適當萬向接頭聯結器或 由各個車輪上之-驅動泵馬達而用於該車輛之所有車輪。 圖4中並未顯示所有閥，尤其係該壓縮汽缸及該三燃燒 汽缸之閥。高Μ液壓流體亦可經㈣穿過發電駭馬達以 操作電動馬達發電機以充電電池組，而該驅動栗馬達及該 發電機泵馬達之該低壓液壓流體輸出返回至該低壓線。因 此’在正常操作中，#無高壓液壓流體儲存於該主高壓集 液器或該起動器高壓集液器中時’返回至該低壓線之流過 該驅動录馬達之該低壓液壓流體冑出之該流體等於需要用 於補充該等燃燒汽缸之該等液壓活塞之流體，使得該提升 泵並不極作用。視需要可併入一低壓集液器以吸收起因於 所有二個活塞的該低壓線中之脈動。 驅動該車輛之該等車輪之該驅動泵馬達較佳係可逆的， 亦即，可作為一雙向馬達以及一雙向泵以提供再生性煞 車，用於當煞車時泵送液壓流體進入該主高壓集液器内。 151499.doc • 14- 201124615 供電该等車輪之該驅動泵馬達較佳係一可變泵馬達，諸如 可藉由調變供應至其的液壓流體之壓力（在高壓與低壓之 間）而獲得，其中該驅動泵馬達之該低壓輸出係經耦合以 在至其輸入之高壓液壓流體之脈衝之間回到其輸入。 上在一模式中，該電池組可供電該電動馬達發電機以轉動 該發電機馬達，以用於透過該驅動泵馬達供電該車輛之該 等車輪或用於充電該高壓集液器起動器以用於若且當該主 鬲壓集液器自身未經加壓時起動該自由活塞引擎。因此， 該高壓集液器起動器係、-相料集液器，其可用適當壓力 透過如所述的該電池組加壓以用於引擎起動目的，或其可 簡單地儲存足夠壓力及高壓液壓流體之容積以用於起動目 的。當然視該電池組、電動馬達發電機與發電機泵馬達的 大小而^，該系統可操作為具有當需要時再充電該電池組 並供電該車輛之該自由活塞引擎之—混合系統。 在圖5繪示的該四衝程循環中’顯示燃料噴射發生於大 約該壓縮衝程開料之下死點處或其料，而㈣點火發 生於上死點附近。在此例示性實施例中，所有燃料係在該 壓縮衝程開始時或該進氣衝程期間噴射於該下死點位置處 或其附近，該汽缸中剩餘之熱排氣將該燃料轉為—氣體形 式並在點火之前在或不在EGR下與該燃料混合。在點火 時，該各別燃燒汽缸中的氧氣量係受限制使得壓力上升受 限制，且更重要地’溫度上升受限制，保持該溫度低二 NOx形成之溫度。 在點火之後且在上死點之後 空氣係如先前所解釋經喷 151499.doc •15· 201124615 射以維持燃燒並消耗經喷射的所有燃料以提供各個燃燒汽 ^之一輸出功率，其接近—習知曲柄軸類型活塞引擎之二 :缸的輸出功率。在此點上，此一自由活塞引擎之優點之 一係在上死點處或其附近，活塞移動並非由該連桿及與該 活塞之軸對齊的_曲柄軸之曲柄限制，且因此，該活塞備 於在該上死點位置處及至該下死點位置之整個活塞運動提 供輸出功率。 u:任何其他操作循帛亦可與本發明之該等自由活塞 引擎連用，包含（但不限於）該等上文引用的專利及申請案 中提到的此等引擎。在此點上，根據該等先前專利及申請 作的引擎提供極大彈性，此彈性實際上係由具有如先 刖技術中已知的電子控制燃料喷射及液壓閥致動之本發明 之該等自由活塞引擎增強’因為大體上此_自由活塞引擎 之所有操作參數可為該最高操作效率而變化。 亦藉由基本上提供直接液壓驅動至該車輛之該等驅動車 輪，車輛變速之消除（或具有大幅降低複雜性之一變速）及 耦合再生性操作而有效地即時起動及停止引擎之能力將為 該整體驅動系統提供極高效率。明顯地，其他特徵或操作 方法亦可容易地併入，諸如作為實例，使用相較於該有效 壓縮衝程較長之一有效動力（膨脹）衝程，無論如何，該自 由活塞引擎在針對最佳效率之活塞速度、壓縮比等等下操 作之忐力與在循環之間暫停之能力耦合，會容許該自由活 塞引擎用可能的最有效操作參數（獨立於或者將係一曲柄 轴之旋轉並獨立於該接著需要的功率輸出）下之操作。 151499.doc -16- 201124615 現將顯示及描述根據本發明之自由活塞引擎及車輛驅動 系之例不性實體組態之進一步示意性繪示。此等組態意欲 用於新穎車輛及現有車輛之改裝兩者。在任一情況下，據 2新賴技術之最實際引進係經由如报多先前存在技術一 枚實際在使用而仍保存新穎技術的特徵及優點。在此點 上，保存之本發明之一態樣係該等燃燒汽缸之操作頻率之 總體去耦，而該液壓馬達之旋轉速度提供機械推進（或在 滑行期間或在回生煞車期間之能量儲存期間）。 現參考圖6，可見另一例示性自由活塞引擎之一示意性 繪示。在此實施例中，所有引擎汽缸係燃燒汽缸。用於提 供機械動力之該液壓馬達在此實施例中使用一習知活塞引 擎之該曲柄軸50，而連桿52以一習知方式連接活塞M至該 曲柄軸50。視該習知活塞設計而定，該等活塞“視需要或 所需可根據本引擎活塞或本引擎活塞之特別替代。 /舌塞54上方的液壓活塞56係由呈任何數目組合之集液器 58中的同壓液壓流體穿過閥6〇而操作以提供該曲柄軸的輸 出需要的機械動力。閥60可係2級閥，該第一級係可電子 (電）控制以當需要該機械動力輸出時，每一者液壓控制用 於閥控自忒集液器58至活塞56或至一排放或低壓儲液器之 咼壓液壓流體之一較大閥。該等較大閥係使用來自耦合至 該高壓集液器的一線之該高壓力控制。此高壓液壓流體亦 用於液壓閥致動及藉由該等燃燒汽缸2〇上方的電子控制閥 72之燃料喷射控制，該等燃燒汽缸接著被操作或透過2級 電控液壓閥74操作液壓汽缸22，該等燃燒汽缸之該較大閥 151499.doc 201124615 亦係由-較小電子控制閥使用線62中的該㈣液壓流體液 壓控制。 因此，在圖6中顯示的該實施例中，一控制閱/歧管總成 76可螺接至—習知活塞引擎體總成之本體，而該自由活塞 液壓引擎總成在該本體上方。該自由活塞引擎可使用柴 油、生物柴油或其他習知或非習知壓縮點火燃料而在一習 知壓縮點火播環中操作。在此—引擎中受關注之_燃料係 作為一無碳燃料之氨（NH3)。在不需要開啟任何閥或在上 死點活塞位置處出現燃料喷射之循環上操作之本發明因為 燃料之先前喷射而料絲移料極高㈣比，容許氨之 壓縮點火用於極有效率之能量轉換為Μ能。在顯示的該 引擎中’所有汽缸均相同’雖然此並非此實施例之一限 制。 圖6之該示意圓使該總體總成看似相當高 '然而，給定 習知引擎的高度，歸因於頂置閥及閥驅動系統，藉由小心 地封裝圖6中顯示的該總成’圖6之該自由活塞引擎系統可 具有接近一習知塵縮點火引擎之總體高度之一總體高度。 此引擎可使用一習知或甚至目前存在引擎體，而至自由 活塞5ί擎之-轉換基本上係一鎖接式㈣㈣類型轉換。 種改裝’可使用直接緊固至該曲柄軸之端的一傳動 ==合器’或者’保留該離合器在適當位置但移除離 踏板，因為一自由活塞引擎（諸如圖6中顯示的引擎）可 j或回復直到零曲柄轴旋轉速率之能量，使得不需要離 ^ ’同時大致不需要齒輪變速，甚至對於反轉亦然，且 151499.doc •18- 201124615 该曲柄軸可在任-方向藉由控制該等液壓馬達柱塞之液塵 壓力之該液壓閥控之適當控制而液壓驅動。 右實際上該引擎的她贈古疮总 gn U冋度係一問題，則本發明可如圖 7所不封裝，其六個汽缸引擎之三個汽虹係用作用於 產生液壓能之自由活塞燃燒汽缸，且三個汽虹係用作一液 壓馬達以將該液麼能轉換為機械功，其中兩個汽紅轉動一 車輛之該等車輪，或透過一固定齒輪減速或-兩或更多個 後端’且一個汽缸驅動附件。如之前，該自由活塞 引擎4之操作速率係與該液璧馬達區段之操作速率完全去 耦敏i速度可#作下至零速率，而該液屋馬達部當在 」_詩能量回復時可_作以回復車輛動能。 圖8以一更實體實現顯示圖4之該電動馬達發電機。此 圖8、..曰不包含一空氣儲存箱及在該等燃燒汽缸之每一 者中的至少—額外電子控制閥5卜此容許任何該等燃燒汽 2細作作為一空氣麼縮機’用於在該空氣箱中儲存高壓 …及使用進入用於—燃燒汽缸之任何汽缸内之空氣喷 射以在該引擎的動力衝程期間維持整個該自由活塞之一較 大運動之燃燒。此容許在使用操作循環（諸如迄今來考專 利及專㈣請案描述之循環）之任—時間使用—气 為壓縮汽虹並使用-些其他汽㈣為燃燒汽紅。;次」 =引擎的高度係一問題，則圖8中顯示的該類型引擎可如 圖7所示封裝。 ^實施例中’提供用於喷 進 W之該燃燒室内之空氣壓縮，而在圖6及圖7之 I51499.doc -19- 201124615 該專實施例中*未提供办名〇*· _ 不托1,、二氣喷射，因此使用更為習知之操 作循環。 圖9顯示體現本發明之一内燃機之一截面圖。此圖顯示 用於該液壓流體之該等儲液器及集液器可如何與該等其他 引擎結構合併。 圖10顯示體現本發明之—内燃機100之-部之-圖像視 圖。該引擎1GG包含-燃燒汽缸體刚，其具有在該汽缸體 中的一燃燒汽缸内滑動之-燃燒活塞1G 2。-完整引擎將 包含耗合至該燃燒汽紅體1〇4之該上端以提供進氣閥及排 氣閥的-汽缸蓋及可能零件(諸如一燃料喷射器及/或一火 花塞）。在此點上’圓！中的喷射器44以及其他圖中顯示的 該等喷射器可被認為代替用於―燃料空氣混合物之點火之 火化塞之不意性表示。儘管I縮點火因為與使用的較高屋 縮比相關聯的較大效率而較佳，但視需要可使用火花點 火。作為實例，對於如氨之一燃料，通常困難的是獲得壓 縮點火除非使用如本發明之—引擎，其中可獲得之壓縮比 可係極高的且可控制，且火花點火在曲柄軸類型引擎之習 知壓縮比下因為將火花點火之燃料空氣比之窄範圍而亦係 稍困難的。然@ ’使用本發明，相較於習知曲柄軸引擎可 使用較高㈣比，此應廣泛地加寬在該等較高麼縮溫度下 將火花點火之該等燃料空氣比（即，降低保持燃燒之熱量 釋放要求）’藉此容許使用操作循環（諸如圖5中顯示的循 環）’其中可獲得之該等較高塵縮比將容許氨之喷射或化 油作用以在充分接近待使用一火花塞點火之該壓縮點火溫 151499.doc -20· 201124615 度之該燃燒室内形成一高度富燃料之空氣燃料比，而空氣 在。玄動力衝程期間喷射以保持燃燒直到耗盡起初高度富燃 料供給中的所有氨。 液壓柱塞汽红體106係麵合至該燃燒汽缸體1 04。該液 壓柱塞汽紅體106包含耦合至該燃燒活塞1 02的複數個液壓 柱塞’如下文進一步所述。複數個液壓控制閥11 0、11 2、 120、122係耦合至該等液壓柱塞，如下文進一步所述。 圖11顯示該内燃機1〇〇之一部之一圖像視圖，而該燃燒 汽缸體被移除以容許可見到該引擎之額外細節。在顯示的 該實施例中，該燃燒活塞102係耦合至六個液壓柱塞2〇1、 202、203、204、205、206。該六個液壓柱塞滑動入該液 壓柱塞汽缸體1 〇6中的六個相對應液壓汽紅2丨1、2丨2、 213、214、21 5、21 6内。該燃燒活塞1 〇2沿著一中心軸 2〇〇(其係該燃燒汽缸之該對稱軸）在該燃燒汽缸内滑動。 圖12係顯示該燃燒活塞1 〇2及該六個液壓汽缸2丨丨至2 } 6 之一平面圖。可見的是該等液壓汽缸係成對配置2丨j _ 212、213-214，215-216。各對液壓汽缸位於如由通過該燃 燒汽缸之該中心軸200之虛線指示之該燃燒汽缸之一直徑 上。在一對中的各個液壓汽缸具有大體上相同直徑並係經 定位距該中心軸200距離相同。此容許該燃燒活塞！ 〇2由該 寻對液麼八缸之一者中的二個液麼柱塞支撑·而無需在該燃 燒活塞102上建立一旋轉動量。 圖13係容許可見該引擎之進一步細節之該内燃機1〇〇之 一截面圖。在顯示的該實施例中，該等液壓控制閥包含一 151499.doc •2】· 201124615 電操作先導閥120、122，其控制一滑軸類型3向閥11〇、 Π2。在顯示的該實施例中，三個液壓控制閥共用一共同 本體。該等先導閥在一實施例中係美國專利第5,640,987號 中顯示的一般類型滑軸閥，雖然視需要可使用非閂鎖且彈 簧回動閥’但較佳而非必需為滑軸閥。 如在該右手截面閥中所見，該滑轴432連接該液壓汽缸 4〇5之該下端至一單一連接處434或一對連接處436、438。 該等連接處之一者係連接至一高壓液壓管線且另一者係連 接至一低壓液壓管線。重要的是該等液壓閥之每一者係獨 立於該等剩餘液壓閥而控制。此在該引擎之操作中提供充 分彈性。 如先前所陳述，各個二級閥可控制地耦合一各別液壓汽 缸之端至該高壓液壓管線或該低壓液壓管線。滑軸閥在此 使用中具有之特定優點在於其需要該滑軸之最小運動以提 供一最大流動面積。此外，例如，滑軸閥可經設計以在暫 停之前製造或在暫停之後製造。亦即，三向滑軸閥可經設 計以在開啟自埠A至埠C之一流徑之前關斷自埠A至埠B之 流°在如本發明之一系統中’此可係相當麻煩的，因為可 引起一瞬間液壓鎖定，導致大量能量損失。在另一方面， 在關斷自埠A至埠B之流前開啟自埠A至埠C之一流徑提供 自3亥面壓液壓管線至該低壓液壓管線之一瞬間直接流徑， 亦可能導致大量能量損失。在本發明中，此等效果係部分 由s亥等閥的速率、部分由該液壓流體的可壓縮性、且最重 要地由第二級滑軸閥之設計而最小化以在此二種考慮之間 151499.doc •22- 201124615 之最有效率折衷下操作。 以戴面囷顯示的該二柱塞205、206包含一放大下部，其 建立可經加壓以驅動該燃燒活塞1〇2朝向下死點之一上液 壓谷積415、416。該上液壓容積415、416可連續連接至該 南壓供應’因為當高壓連接至該下液壓容積時該下液壓容 積405、406之該較大作用表面將建立一淨向上力。 可注意的是該等液壓柱塞205、206係以提供一小量遊隙 之一連接處耦合至該燃燒活塞丨〇2。此遊隙容納該燃燒活 塞1 02與該等液壓汽缸211至21 6之間之稍許不對齊。 圖14顯示在本發明之另一實施例中之一内燃機5 〇〇之一 部之一圖像視圖。該引擎5〇〇包含一燃燒汽缸體5〇4，其具 有在該汽缸體中的一燃燒汽缸内滑動之一燃燒活塞5〇2。 一完整引擎將包含耦合至該燃燒汽缸體5〇4之該上端的一 紅蓋以供進氣閥及排氣閥及可能諸如一燃料喷射器及/ 或一火花塞之零件。 一液壓柱塞體506係麵合至該燃燒汽缸體5〇4。該液壓柱 塞體506包含耦合至該燃燒活塞5〇2的複數個液壓柱塞，如 下文進一步所述。複數個液壓控制閥51〇 ' 512、514、 520、522、524係耗合至該等液壓柱塞，如下文進一步所 述。 圖15容δ午可見該引擎之進一步細節之該内燃機5〇〇之一 截面圖。在此實施例中’存在滑動進入沿著該燃燒汽缸之 中心軸600定位的一單一液壓汽缸617内之額外液壓柱塞 607。額外液壓控制閥512 ' 522係經提供以連接此額外液 151499.doc •23· 201124615 壓汽缸至高壓液壓管線及低壓液壓管線。諸力可施加於該 燃燒活塞502與該等單一液壓柱塞6〇7之間而無需在該燃燒 活塞上建立一旋轉動量，因為該單一液壓柱塞6〇7沿著該 燃燒汽缸之該中心軸600定位。在其他態樣中，此實施例 係如上文描述的該實施例。 該單一液壓汽缸617在其下部中放大。該液壓柱塞之該 下端624係類似地放大。此建立兩個相對液壓控制表面， 使得該單一液壓柱塞607可推動或拉動該燃燒活塞5〇2。高 壓液壓流體可引進入該液壓柱塞下方的該液壓汽缸626内 以在一向上方向推動該燃燒活塞5〇2或在一燃燒循環期間 抵抗該燃燒活塞之一向下移動。高壓液壓流體可引進入該 液壓柱塞之該放大部624上方的該液壓汽缸622内以在一進 氣循環期間在一向下方向中拉動該燃燒活塞5〇2。 在一些貫施例中，該高壓液壓流體係連續供應至該液壓 柱塞之該放大部上方的該等液壓汽缸622。當低壓液壓流 體係引進入該液壓柱塞下方的該液壓汽缸626内時該液壓 柱塞607將在一向下方向拉動該燃燒活塞5〇2，因為作用於 該液壓柱塞之該上部上的該高壓液壓流體在該向下方向建 立相較於作用於該液壓柱塞之該下部上的該低壓液壓流體 在該向上方向所建立之力較大之一力。因此，存在一淨向 下力。當高壓液壓流體供應至該液壓柱塞之該等上部及下 部兩者時，因為該液壓柱塞之該下部上的該較大面積而在 該向上方向存在一淨力。在其他實施例中，二個三向闊用 於在高壓液壓流體與低壓液壓流體之間切換該液壓柱塞之 151499.doc •24· 201124615 該上部及下部兩者。 圖16係顯示該燃燒活塞502及該七個液壓汽缸611至617 之一平面圖。可見的是該等液壓汽缸中的六個係成對配置 611-612、613-614、615-616。各對液壓汽缸位於如由通過 該燃燒汽紅之該中心軸600之虛線指示之該燃燒汽缸之一 直徑上。在一對中的各個液壓汽缸具有大體上相同直徑並 係經定位距該中心軸600距離相同。此容許該燃燒活塞5〇2 由該等對液壓汽缸之一者中的二個液壓柱塞支撐而無需在 該燃燒活塞502上建立一旋轉動量。該燃燒活塞5〇2亦可由 該單一中心定位之液壓柱塞617支撐而無需在該燃燒活塞 502上建立一旋轉動量’如上文所述。 圖17係該等液壓柱塞611至617、其相關電致動液壓控制 閥711至717、及產生致動該等控制閥之電信號7〇1至7〇7之 電子控制器736之一示意圖。該等液壓控制閥711至717 之每者係二向閥。一第一埠係耦合至一高壓液壓流體 供應線73G 〇 -第二埠係、搞合至—低壓液壓流體供應線 732。一第三埠係耦合至該等液壓柱塞611至617之每一者 下方的一液壓容積以根據由該電子控制器736產生的該等 電信號701至707供應低壓液壓流體或高壓液壓流體。 應注意該等液壓控制閥711至717之每一者係獨立於其他 控制閥而控制’此在該引擎之操作中提供相當大彈性。在 該燃燒活塞之該膨脹衝程期間轉換為該液錢體之加壓之 能量並不受—曲柄轴及連桿之該機械配置約束亦不受該姆· 燒活塞至該引擎中的任何其他活塞之運動之機械搞合約 151499.doc -25- 201124615 束。 該，子控制器736自提供關於引擎狀況（諸如燃燒活塞位 置、汽缸壓力及類似物）之—個或多個感測器W接收電輪 入。該電子控制器亦接收與操作狀況有關的其他輸入二 如集液器壓力738)。該電子控制器736可以任何各種方式

使用該等輸入以產生控制該燃燒活塞之操作之該等電传^ 701 至 707 〇 ° J 一個或多個液塵柱塞617接收一上液壓容積中的高壓液 壓流體以在該燃燒活塞上建立一向下力。此容許該燃燒活 塞自上死點移動至下死點以用&一進氣衝程。纟繪示的該 實施例中，高壓液麼流體係連續供應至該上液厘容積。該 液壓柱塞617之5亥上控制表面具有一相較於該下控制表面 較小之面積。因此，將該下液壓容積自低壓液壓流體切換 至高壓液壓流體會建立一淨向上力。在其他實施例中，一 額外之三向控制閥用於將該上液壓容積自低壓液壓流體切 換至高壓液壓流體。 圖1 8係該等液壓柱塞56及其相關電致動液壓控制閥的之 一不意圖，該等液壓控制閥可與用於將液壓動力轉換為圖 6中顯示的機械動力之該動力轉換器配置連用。將會見到 此幾乎相同於用於控制上文描述的液壓動力之產生之上文 描述的該配置。 一電子控制器836產生致動該等控制閥60之該等電信號 801至806。該電子控制器836自提供關於該動力轉換器狀 況（諸如驅動活塞位置、輸出轉速及類似物）之一個或多個 151499.doc •26- 201124615 感測器834接收電輸入。該電子控制器亦接收與操作狀況 有關的其他輸入（諸如功率設定838(例如加速器位置））。該 電子控制器836可以任何各種方式使用該等輸人以產生控 制該燃燒活塞之操作之該等電信號8〇1至8〇卜用於該動力 轉換器之該電子控制器836可與用於燃燒活塞控制之該電 子控制器736相同或其可係—分離裝置。因為需要在精確 時序要求下產生之大量電信號，該等電子控制器、8% 可使用複數個處理器以提供必要量的計算能力以在必要精 確度及彈性下控制該引擎。 圖19呈現用於根據本發明之一多缸引擎之一主控制器之 一總體方塊圖，其獨立於該引擎是否具有用於空氣喷射之 專用壓縮汽缸且獨立於使用的該或該等引擎操作循環，雖 然若使用火花點火，則詞語燃料噴射器應變為火花塞。如 圖19所不’在此實施例中，若使用空氣壓縮及噴射，則— 主控制器監測該引擎中的各個活塞之該活塞位置以及該高 壓集液H壓力及空氣軌道壓力或空氣箱壓力（圖3)，並提供 控制信號至該引擎閥致動系统、至該等燃料喷射器（或若 使用則至火花塞）及至圖17之該等柱塞閥控制器。在此實 施例中’假定圖17之該等柱塞閥控制器一旦起始之 於該，控制器操作’雖'然該主控制器視需要可提供操作參 數至該等柱塞閥控制器。在此點上，纟中發生細分之使用 的系統控制之此細分之量料係設計選擇的問題而非本發 明之-部A ’雖然某些細分（諸如剛剛描述的細分）可有利 於故障排除之目的且若實際上確實有些故障則降低一替代 15I499.doc •27- 201124615 控制益之成本。因此，如本文及下列申請專利範圍中所使 之"司控制器及電子控制器係以一最通用意義使用以意 才曰並ι3本發明之一引擎及驅動系之控制之任何及所有細 刀通*但未必使用具有查找表並具有基於最近性能的反 覆控制校正之處理器控制。若使用空氣壓縮及噴射則該高 壓木液益壓力及空氣軌道壓力或空氣箱壓力（圖3)之監測視 需要係控制該引擎的操作以保持該最佳高壓集液器壓力及 空氣執道壓力或空氣箱壓力。注意該等空氣壓縮活塞可獨 立於任何其他活塞、燃燒或空氣壓縮而操作。 先别提及該等活塞可在近似大致對應於以舉例而言每分 鐘2400轉運行之一曲柄轴類型引擎之操作之活塞速度下操 乍仁實際上視接著需要的該高壓液壓流體輸出率而定對 於任何適當時間可在某一活塞位置處暫停。在此點上，不 像-曲柄轴引擎，該等活塞運動分佈及速度可完全受控， 並視需要可對於-四衝程操作（項程操作亦為可能）之一 Μ縮衝程、—燃燒或動力衝程、及排氣衝程及—進氣衝程 ^每者而不同’而獨立於任何其他燃燒活塞或麼縮活塞 (右使用）之運動。此外，每__者可經修整用於該引擎之當 前，求。作為實例，該等汽缸壁之壓縮及燃燒之熱量損2 在〜速之S知引擎中或在緩慢轉動引擎中可能係大量的。 在根據本發明之引擎中，該等塵縮衝程及燃燒或動力衝程 可有意地相較於該等進氣衝程及排氣衝程較快（較高活塞 速度)(除非譬如需要全功率)以增加熱效率。更明確言之， 該等壓縮衝程及動力衝程可經選擇以在較高活塞速率下平 15I499.doc -28- 201124615 衡曰加的熱效率與降低的液壓效率以提供該引擎之-最大 力率操作點’並視需要包含介於循環之間的暫停。對於起 動亥引擎，適當的是獨立於效率考慮而最大化該壓縮衝程 之°亥燃燒'舌塞速率，以確保產生自壓縮之最大溫度上升， 卩使使用進氣空氣加熱器。在此點上，提供操作循環及可 使用燃料之極度彈性但仍達成高度有效操作的是所使用該 等控制閥之操作速率以及在時序及數量兩者上控制本發明 之°玄等引擎之所有態樣之能力。在此點上，通常該等引擎 f制器（諸如圖19之該主控制器及/或圖17之該柱塞閥控制 ::)為了控制目的將監測活塞位置及速度並亦將監測液 壓控制閥設定及活塞加速度以感測燃燒之起始及該燃燒室 中之壓力上升之速率及量，且將作出逐循環的遞增或反覆 調整以在需要時獲得準綠點火並視需要藉由平衡該燃料喷 射益#作及引擎閥操作而平衡各個燃燒汽缸之功率輸出。 因此，本發明具有許多態樣，其態樣視需要可單獨實踐 或以各種組合或子組合實踐。儘管為了繪示之目的而非為 了限制之目的已在本文中揭示及描述本發明之較佳實施 例，但熟習此項技術者應瞭解其中可作出形式及細節上的 . 各種變化而不背離本發明之精神及範圍。 【圖式簡單說明】 圖1係作為根據本發明之一引擎之一汽缸之示意性表 7]\ ° 圖2示意性地繪示可與本發明之一實施例連用之一自由 活塞位置感測系統。 151499.doc -29^ 201124615 圖3係本發明之另一可能一般實施之—示意圖。 圖4係使用本發明之一例示性車輛動力系統之一方塊 圖。 圖5繪示根據本發明之一自由活塞引擎之一四衝程操作 循環。 、 圖6係根據本發明之另一例示性自由活塞引擎/動力傳動 糸之另一不意性繪示。 圖7係根據本發明之另一例示性自由活塞引擎/動力系之 又另一示意性繪示。 圖8顯示實體實現圖4之該電動馬達發電機。 圖9係體現本發明之一引擎之一截面圖。 圖10係體現本發明之一燃燒汽缸及液壓總成之一圖像視 圖。 圖11係圖1G之該裝置移除該燃燒汽紅以顯示該燃燒活塞 之一圖像視圖。 圖12係圖10之該裝置中的該燃燒活塞及液壓柱塞之一平 面圖。 圖13係沿著截面線13_13取得的圖1〇之該裝置之一截面 圖。 圖14係體現本發明之另一燃燒汽缸及液壓總成之一圖像 視圖0 圖15係沿著截面線15_15取得的圖14之該裝置之一截面 圖。 圖16係圖14之該裝置中的該燃燒活塞及液壓柱塞之一平 151499.doc -30· 201124615 面圖。 圖1 7係根據本發明可使用之該等閥及 k制系統之一示意 圖。 圖18係可與根據本發明之一動力系；查田 / ^ 勃刀糸連用之該等閥及控制 系統之一示意圖。 圖19係根據本發明之—各、、与 / ^ /lj虹引擎之一例示性總體控制 系統之一示意方塊圖。 【主要元件符號說明】 20 活塞 22 液壓柱塞 24 柱塞 25 壓力感測器 26 液壓閥 28 液壓閥 30 液壓閥 32 低壓軌道 34 高壓軌道 36 止回閥 38 放大端 40 柱塞 42 線圈 44 喷射器 46 液壓閥致動系統 50 曲柄軸 151499.doc -31 - 201124615 51 電子控制閥 52 連桿 54 活塞 56 液壓柱塞 58 集液器 60 控制閥 62 線 70 止回閥 72 電子控制閥 74 液壓閥 76 控制閥/歧管總成 100 内燃機 102 燃燒活塞 104 燃燒汽缸體 106 液壓柱塞汽缸體 110 液壓控制閥 112 液壓控制閥 120 液壓控制閥 122 液壓控制閥 200 中心軸 201 液壓柱塞 202 液壓柱塞 203 液壓柱塞 204 液壓柱塞 151499.doc -32- 201124615 205 液壓柱塞 206 液壓柱塞 211 液壓汽缸 212 液壓汽缸 213 液壓汽缸 214 液壓汽缸 215 液壓汽缸 216 液壓汽缸 405 下液壓容積 406 下液壓容積 415 上液壓容積 416 上液壓容積 432 卷軸 434 連接處 436 連接處 438 連接處 500 内燃機 502 燃燒活塞 504 燃燒汽缸體 506 液壓柱塞汽缸體 510 液壓控制閥 512 液壓控制閥 514 液壓控制閥 520 液壓控制閥 151499.doc •33- 201124615 522 液壓控制閥 524 液壓控制閥 600 中心軸 607 液壓柱塞 611 液壓汽缸 612 液壓汽缸 613 液壓汽缸 614 液壓汽缸 615 液壓汽缸 616 液壓汽缸 617 液壓汽缸 622 液壓汽缸 624 放大部 626 液壓汽缸 701 電信號 702 電信號 703 電信號 704 電信號 705 電信號 706 電信號 707 電信號 711 液壓控制閥 712 液壓控制閥 713 液壓控制閥 151499.doc 201124615 714 715 716 717 730 732 734 736 738 801 802 803 804 805 806 834 836 838 液壓控制閥 液壓控制閥 液壓控制閥 液壓控制閥 高壓液壓流體供應線 低壓液壓流體供應線 感測器 電子控制器 集液器壓力 電信號 電信號 電信號 電信號 電信號 電信號 感測器 電子控制器 功率設定 151499.doc -35-

Claims (1)

1. 201124615 七、申請專利範圍： 1. 一種内燃機，其包括： 在一燃燒汽缸中之一燃燒活塞，該燃燒汽缸在該燃燒 活塞上方界定一燃燒室’該燃燒室具有電子控制進氣閥 及排氣間’該燃燒活塞並不與任何其他燃燒活塞或空氣 ' 壓縮活塞機械地連接； 一燃燒活塞位置感測器； 在該燃燒活塞下方之複數個液壓柱塞，每一柱塞在一 各別液壓汽缸中，該等液壓汽缸係耦合至電子控制液壓 /飞紅閥控以用於可控制地將各個液麗汽紅麵合至一高壓 液壓系統或一低壓液壓系統；及 控制器，S亥控制器控制該電子控制液壓汽缸閥控及 3亥4電子控制進氣閥及排氣閥以回應於該燃燒活塞位置 感測器之一輸出來控制該燃燒活塞在該燃燒汽缸中之向 上運動及向下運動兩者。 2·如請求項1之内燃機，其進一步包括經安置以可控制地 將燃料噴射進入該燃燒室内的一電子控制燃料喷射器， S亥控制器亦控制該電子控制燃料噴射器。 3. 如請求項1之内燃機，其中該等柱塞係經安置於圍繞該 燃燒汽缸之一中心線之直徑相對位置中，且該閥控當由 °玄控制器控制時統一地將成對之直徑相對液壓汽缸耦合 至該高壓液壓系統或一低壓液壓系統。 4. 如請求項1之内燃機，其中該複數個液壓柱塞包含沿著 該燃燒汽缸之一中心線安置的一中心柱塞，該中心柱塞 151499.doc 201124615 連接至該燃燒活塞並具有一放大下端，在該下端上方可 施加一液壓力以向下拉動該燃燒活塞。 5'如請求項1之内燃機’其中各個燃燒汽缸包含用於自一 间壓空氣執道喷射高壓空氣進入該燃燒室内之一電子控 制閥，且進一步包括： 在一空氣壓縮汽缸中之一空氣壓縮活塞，該空氣壓縮 κ缸在該空氣壓縮活塞上方界定一空氣壓縮室，該空氣 壓縮室具有一進氣閥及用於輸送高壓空氣至該高壓空氣 軌道之一閥’該空氣壓縮活塞並不與任何其他燃燒活塞 或空氣壓縮活塞機械地連接； 一空氣壓縮活塞位置感測器； 在該空氣壓縮活塞下方之複數個液壓柱塞，每一柱塞 在一各別液壓汽缸中，該等液壓汽缸係耦合至電子控制 間控以用於可控制地將各個液壓汽缸耦合至該高壓液壓 系統或該低壓液壓系統；及 該控制器，其控制該電子控制液壓汽缸閥控及該等電 子控制進氣閥及排氣閥以回應於該空氣壓縮活塞位置感 别器之一輸出而控制該燃燒活塞在該燃燒汽缸中之向上 運動及向下運動兩者，控制該空氣壓縮活塞在該空氣壓 縮汽缸中向上運動及向下運動兩者，且亦控制用於自該 高壓空氣軌道喷射高壓空氣進入該燃燒室内之該電子控 制閥。 6·如請求項5之内燃機，其進一步包括經安置以可控制地 將燃料喷射入該燃燒室内的一電子控制燃料噴射器，該 151499.doc 201124615 控制器亦控制該電子控制燃料嘴射器。 7‘ 機’其中該控制器歧該燃燒活塞依 人地執仃該燃燒活塞之一進氣衝程、一壓縮衝程、一動 f衝程及-排氣衝程並依次地執行該空氣壓縮活塞之進 軋衝程及空氣壓縮衝程。 :月求項7之内燃機’其中該控制器致使該電子控制燃 =射器在4進氣衝程期間或在該壓縮衝程開始時將燃 ;射進人該燃燒至内，並在該燃料之壓縮點火之後之 該動力衝程期間將來自該空氣軌道之空氣而非燃料噴射 入該燃燒室内以維持燃燒直到消耗當時在該燃燒室内的 所有燃料。 9.如請求項7之内燃機，其中所有汽缸兼具燃燒汽… 軋壓縮汽缸兩者之一構造’ 。。 且〒各個 >飞缸可由該控制 益_間作為一空氣壓縮汽飯操作而在另一時間則作 為一燃燒汽虹操作。 1 〇.如請求項7之内燃機，其中一屿 士 、肀/飞缸始終作為一空氣壓縮 '缸細作而另一汽紅則始終作為一燃燒汽红操作。 11.如請求項6之内燃機，其進一步包括： 一輸出活塞，其在一蚣Ψ、士 4 + 2 Λ ^ 輸出/飞缸中並透過該輸出活夷下 方之一連桿連接至一曲柄軸； ·" 複數個輸出㈣柱塞，其在該輸出活塞上方並作用於 該輸出活塞上，各個柱塞在一各別輸出液磨汽虹中’今 4輸出液塵汽缸係轉合至電子控制輸出液壓汽缸閥控以/ 用於可控制地將各個輸出液虔汽缸耗合至一高堡液塵系 151499.doc 201124615

   壓汽缸閥控。

   系統中的該壓力來控制該燃燒活塞。 13.如請求項1之内燃機，其進一步包括： 回應於該高壓液壓 一輸出活塞，其在一 一輸出汽缸中並透過該輸出活塞 活塞下 方之一連桿連接至一曲柄軸；

   用於可控制地將各個輸出液壓汽缸耦合至一高壓液壓系 統或一低壓液壓系統以驅動該曲柄軸旋轉； 該控制器亦回應於一功率設定控制該電子控制輸出液 壓汽缸閥控。 14.如請求項13之内燃機，其中該控制器回應於該高壓液壓 系統中的該壓力來控制該燃燒活塞。 15· —種内燃機，其包括： 一燃燒汽缸； 在該燃燒汽缸中之一燃燒活塞，該燃燒汽缸在該燃燒 活塞之一第一表面上方界定一燃燒室，該燃燒活塞的運 動未機械地緊固以與該内燃機中之任何其他燃燒活塞或 壓縮活塞統一地移動； 至少一對第一液壓汽缸，各對第一液壓汽缸之該等第 151499.doc 201124615 一液壓汽缸位於該燃燒汽缸距該燃燒汽缸之一中心軸等 距之一直徑之相對側上； 複數個第一液壓柱塞，該複數個第一液壓柱塞之每一 者在該等第一液壓汽缸之一者内並相對於該燃燒活塞之 一第二表面安置以與該燃燒活塞往復運動；及 至少一電致動第一液壓流體控制閥，其耦合至該等第 一液壓汽缸之至少一者以選擇性地將各對第一液壓汽缸 麵合至一高壓液壓管線或一低壓液壓管線。 16. 如請求項15之内燃機，其進一步包括至少兩個電致動第 一液壓流體控制閥，各個第一液壓流體控制閥經耦合至 正好一液壓汽缸。 17. 如請求項15之内燃機，其進一步包括： 至少兩個電致動第一液壓流體控制閥，其耦合至液壓 汽缸； 一中心液壓汽缸，其與該燃燒汽缸之該中心軸對齊；及 一中心液壓柱塞，其耦合至該燃燒活塞之該第二表面 並在該中心液壓汽虹中； 其中該等電致動第一液壓流體控制閥之一者係耦合至 該中心液壓汽缸以獨立於該等第一液壓汽缸選擇性地將 該中心液壓汽紅耦合至一高壓液壓管線。 18. 如請求項17之内燃機，其中該中心液壓柱塞提供容許該 中心液壓柱塞沿著該中心軸推動及拉動該燃燒活塞之兩 個相對液壓控制表面。 19. 如明求項15之内燃機，其進一步包括一燃燒活塞位置感 151499.doc 201124615 測器以感測該燃燒活塞在該燃燒汽缸内之位置；及—抑 制器，其係麵合至該位置感測器及該至少一電致動第一 液壓流體控制閥以回應於該感測器選擇性地提供電信號 至該等第一液壓流體控制閥並藉此將該等第一液屋汽缸 耦合至該高壓液壓管線及在該燃燒活塞上提供一可變且 可逆力，並對該等燃料喷射器及進氣閥及排氣閥提供電 子控制。 20. 如請求項1 5之内燃機，其包括形成一多缸引擎之複數個 該等内燃機。 21. 如請求項15之内燃機，其進一步包括： 一空氣軌道； 至夕、壓縮K紅，其具有在該壓縮汽虹中之一壓縮活 塞，該壓縮汽缸在該壓縮活塞之一第一表面上方界定一 壓縮室； 一電子控制進氣閥，其耗合至該壓縮室； 至少一對第二液壓汽缸，各對第二液壓汽缸之該等第 二液壓汽缸位於該壓縮汽缸距該壓縮汽缸之一中心軸等 距之一直徑之相對側上； 複數個第二液壓柱塞，該複數個第二液壓柱塞之每一 者在該等第二㈣汽缸之—者内並相對於該壓縮活塞之 一第二表面安置以致使該壓縮活塞往復運動；及 至父電致動第二液壓流體控制閥，其麵合至該等第 二液壓汽缸以選擇性地將各對第二液壓汽缸耦合至一高 壓液壓管線或一低壓液壓管線； 151499.doc 201124615 各個燃燒汽缸具有一電子控制空氣喷射閥以用於將 έ玄壓縮汽缸壓縮的空氣喷射入各個燃燒汽缸内。、 22. 23. 24. 如請求項15之内燃機，其針對各個燃燒汽缸 ^ . % 一步包 一電子控制燃料喷射器，其經安置以將燃料噴射進 該燃燒室内； Α 電子控制進氣閥及排氣閥，其耦合至該燃燒室。 如請求項15之内燃機，其進一步包括： 一驅動汽缸； 一驅動活塞，其沿著該驅動汽缸之一中心軸在該驅動 汽缸内滑動； 一曲柄軸，其由一連桿耦合至該驅動活塞之一第— 側； 至少一對第三液壓汽缸，各對第三液壓汽缸之該等第 二液Μ汽缸位於該驅動汽缸距該驅動汽缸之__心轴等 距之一直徑之相對側上； 之每一 複數個第三液壓柱塞 者在該等第三液壓汽缸之一者内並經配置以壓抵於該驅 動活塞相對於該第一側之一第二側；及 至少一電致動第三液壓流體控制閥，其耦合至該等第 三液壓汽缸以選擇性地將各對第三液壓汽缸耦合至一高 壓液壓管線或一低壓液壓管線，藉此第二複數個液壓柱 塞移動該驅動活塞並致使該曲柄軸旋轉。 一種内燃機，其包括： 151499.doc 201124615 一燃燒汽缸； 在》亥燃燒，飞缸中之一燃燒活塞，該燃燒汽缸在該燃燒 活塞之-第一表面上方界定一燃燒室，該燃燒活塞的運 動未機械地緊固以斑該内揪她击 一邊門燃機中之任何其他燃燒活塞或 壓縮活塞統一地移動； 至少一對第一液壓汽紅，各對第一液壓汽缸之該等第 一液壓汽缸位於該燃燒汽缸距該燃燒汽缸之一中心軸等 距之一直徑之相對側上； 複數個第一液壓柱塞，該複數個第一液壓柱塞之每一 者在該等第-液壓汽缸之—者内並相對於該燃燒活塞之 一第二表面安置以與該燃燒活塞往復運動； 至少兩個電致動第一液壓流體控制閥，其耦合至該等 第一液壓汽缸之至少一者以選擇性地將各對第一液壓汽 缸耦合至一高壓液壓管線或一低壓液壓管線； 一中〜液壓汽虹’其與該燃燒汽缸之該中心轴對齊；及 一中心液壓柱塞，其耦合至該燃燒活塞之該第二表面 並在該中心液壓汽缸中，該中心液壓柱塞提供容許該液 壓柱塞沿著該中心軸推動及拉動該燃燒活塞之兩個相對 液壓控制表面； 其中該等電致動第一液壓流體控制閥之一者係耦合至 該中心液壓汽缸以獨立於該等第一液壓汽缸選擇性地將 該中心液壓汽缸耦合至一高壓液壓管線； 一燃燒活塞位置感測器，其感測該燃燒活塞在該燃燒 汽缸内之位置； 151499.doc 201124615 一控制器，其耦合至該位置感測器及該至少一電致動 第一液壓流體控制閥以回應於該感測器選擇性地提供電 信號至該等第一液壓流體控制閥，並藉此將該等第一液 壓Ά缸耦合至該高壓液壓管線及在該燃燒活塞上提供一 可變且可逆力，並對該等燃料噴射器及進氣閥及排氣閥 提供電子控制； 一空氣執道； 至 >、壓縮A紅，其具有在該壓縮汽缸中之一壓縮活 塞，該壓縮汽缸在該壓縮活塞之一第一表面上方界定一 壓縮室； 一電子控制進氣閥，其耦合至該壓縮室； 至少一對第二液壓汽缸’各對第二液壓汽缸之該等第 二液壓汽缸位於該壓縮汽缸距該壓縮汽缸之一中心軸等 距之—直徑之相對側上； 複數個第二液壓柱塞，該複數個第二液壓柱塞之每— ^在該等第二液壓汽缸之—者内並相對於該壓縮活塞之 一第二表面安置以導致該壓縮活塞往復運動；及 至少-電致動第三液壓流體控制閥，其#合至該等第 二液壓汽缸以選擇性地將各對第二液壓汽缸耦合至—高 壓液壓管線或一低壓液壓管線； ^ 25. 各個燃燒汽缸具有-電子控制空氣嘴射間以用於將由 該壓縮汽缸壓縮的空氣噴射進入各個燃燒汽缸内。 如請求項24之内燃機，其進一步包括： 一電子控制燃料噴射器，其經安置以將燃料嘴射進入 151499.doc -9- 201124615 該燃燒室内； 電子控制進氣閥及排氣閥，其麵合至該燃燒室 26.如請求項24之内燃機，其進一步包括： 一驅動汽缸；

   一驅動活塞， 汽缸内滑動； 一曲柄軸，其由 一連桿耦合至該驅動活塞之一第

   — …”〜…叫·此极雕動汽缸之一 _心軸等 距之一直徑之相對側上； 複數個第三液壓柱塞，該複數個第三液壓柱塞之每— 者在該等第三液壓汽缸之-者内並經配置以壓抵於該驅 動活塞相對於該第一側之一第二側；及 至少一電致動第三液壓流體控制閥，其耦合至該等第 三液壓汽缸以選擇性地將各對第三液壓汽缸耦合至一高 壓液壓管線或一低壓液壓管線，藉此該第二複數個液壓 柱塞移動該驅動活塞並導致該曲柄軸旋轉。 27.—種操作一内燃機之方法，其包括‘： 提供一燃燒汽缸’其具有在該燃燒汽缸中之一燃燒活 塞’該燃燒汽缸在該燃燒活塞之一第一表面上方界定一 燃燒室’該燃燒活塞的運動未機械地緊固以與該内燃機 中之任何其他燃燒活塞或壓縮活塞統一地移動； 選擇性地操作至少一電致動第一液壓流體控制閥以選 151499.doc 201124615 &么、向壓液壓流體或低壓液壓流體至作用於該燃 燒活塞之帛二表面上之至少―對第―液壓汽紅，以導 致該燃燒在—壓縮衝程中壓縮該燃燒室之内含物， 各個第液壓汽缸包含一第一液壓柱塞，各對該等 液墾汽虹直控上實質上相等並位於該燃燒汽缸距 °亥燃燒K &之—中^等距iU目對隔開之-直徑上，且 °玄複數個第一液壓流體控制閥之每一者耦合至該等 第-液壓汽缸之至少一者以選擇性地將成直徑上相對 的成對之該等第一液壓汽缸耗合至該高壓液壓管線而 與该等剩餘第一液壓汽缸無關； 至少在該燃燒室之該等内含物經壓縮並準備點火時提 供燃料及空氣至該燃燒室；及 選擇性地操作該複數個第一液壓流體控制閥以在繼該 燃料點火後之—動力衝程期間自耗合至該燃燒活塞的直 徑上相對的成對之該複數個第一液壓汽缸接收高壓液壓 流體； 该複數個電致動第一液壓流體控制閥係經操作以在該 壓縮衝程及動力衝程期間控制該燃燒活塞速度及行程之 極限。 28. 如請求項27之方法，其進一步包括供應高壓液壓流體至 一液壓汽缸之一上表面以導致耦合至該燃燒活塞的一液 壓柱塞移動該燃燒活塞朝向一下死點位置。 29. 如請求項28之方法，其進一步包括選擇性地操作該複數 個電致動第一液壓流體控制閥之一者以供應高壓液壓流 151499.doc 201124615 Μ #著㈣燒汽缸之該甲心軸定位的—中心液壓汽缸 之該上表面。 30.如。月求項29之方法，其進一步包括選擇性地操作該複數 個電致動第一液壓流體控制閥之一者以供應高壓液壓流 體至-亥等液壓〉飞缸之至少一者之一下表面以致使該燃燒 活塞執行一壓縮衝程。 3 1 ·如咐求項27之方法，其進一步包括回應於耦合至該燃燒 /飞缸以感測该燃燒汽缸之__操作狀況的__感測器而選擇 性地操作該複數個電致動第一液壓流體控制閥。 月求項3 1之方法，其中該感測器感測該燃燒活塞之位 置。 33·如a求項27之方法’其進—步包括在該壓縮衝程開始時 或之前將燃料置於該燃燒室内。 34. 如請求項33之方法，其中在該動力衝程中之燃燒期間僅 空氣而非燃料被喷射入該燃燒汽缸内。 35. 如請求項27之方法’其進一步包括在該動力衝程中之燃 燒期間將空氣喷射入該燃燒汽缸内。 36·如請求項27之方法，其中該燃料係氨。 3 7·如请求項34之方法，其申該燃料係氨。 3 8.如請求項27之方法，其進_步包括： 選擇性地操作複數個電致動第二液麗流體控制間以提 供咼壓液壓流體至複數個第二液壓汽缸， 各對該等第H狂直徑實質上㈣並位於-驅 動α缸之一直徑上與該驅動汽缸之一中心等距並相對 151499.doc 12 201124615 地隔開， 各個第_液m包含經配置以壓抵於該驅動汽缸 内之一驅動活塞之-第—側的一第二液壓柱塞，該等 第二液塵柱塞致使該驅動活塞旋轉由一連桿耗合至該 驅動活塞之相對於該第—側之—第二側的—曲柄袖，且 4複數個第二液壓流體控制閥之每-者耦合至該複 ㈣第二液1汽缸之-者以選擇性地將該等第二液壓 汽缸耦合至該高壓液壓管線而與該等剩餘第二液壓汽 缸無關。 39.如請求項38之方法，其進一步包括將該曲柄轴輕合以旋 轉一車輛之諸車輪。 151499.doc • η· s