TWI351464B - Split-cycle engine with early crossover compressio - Google Patents

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1351464 九、發明說明 相關申請案的交互參考 本申請案請求2007年8月7日申請之第60/963,742 號美國暫時專利申請案的利益。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於內燃機，特別是關於一種具有一對活塞的 分離循環引擎。其中一個活塞用於進氣和壓縮行程，且另 一個活塞用於膨脹（或動力）和排氣行程。在曲柄軸的一 個迴轉中，完成四個行程中的每一者。 【先前技術】 爲了清楚，本申請案中所用的「習知（傳統）引擎（ conventional engine)」一詞，意指內燃機。其中熟知的 奧圖（Otto )循環之全部四個行程（亦即進氣、壓縮、膨 脹、和排氣行程）全部包含在引擎的每一活塞/汽缸的組 合內。此外，爲了清楚，下列關於「分離循環引擎」定義 可應用於先前技藝所揭露的引擎和本發明所指之「分離循 環引擎」一詞的意義。 此處提及的「分離循環引擎」包含： 可繞曲柄軸軸線旋轉的曲柄軸； 可滑動地容置在壓縮汽缸內且操作性地連接至曲柄軸 的壓縮活塞，使得在曲柄軸的單一旋轉中，壓縮活塞往復 地經過進氣行程和壓縮行程； -4- 1351464 可滑動地容置在膨脹汽缸內且操作性地連接至曲柄 的膨脹（動力）活塞，使得在曲柄軸的單一旋轉中，膨 活塞往復地經過膨脹行程和排氣行程；和 將膨脹和壓縮汽缸互連的跨越（crossover)通道， 跨越通道包括跨越壓縮氣門（XovrC)和跨越膨脹氣門 XovrE)，且界定壓力腔室在其間。 2003 年 4 月 8 曰頒給 Carmelo J. Scuderi 之 6 543 22 5號美國專利，包含分離循環和類似類型引擎的 泛討論。此外，該專利揭露先前版本之引擎的細節，本 明包含該引擎的進一步發展。 參考圖1，大致以數字10表示習知分離循環引擎槪 之例示實施例。分離循環引擎1 0取代習知四行程引擎 兩個相鄰汽缸，具有一個壓縮汽缸12和一個膨脹汽缸 的組合。在每一曲柄軸16迴轉中，這兩個汽缸12、14 行一次其各自的功能。經由典型的提動式進氣氣門18 進氣空氣和燃料加料（charge )抽入壓縮汽缸12內。壓 汽缸活塞2 0將加料加壓並驅動該加料經過跨越通道2 2 跨越通道22作爲膨脹汽缸14的進氣通道。 在跨越通道入口的止回式跨越壓縮（XovrC)氣門 ’用於防止從跨越通道22反向流動進入壓縮汽缸。亦 止回閥24只允許空氣從壓縮汽缸12進入跨越通道22 個方向流動。 在跨越通道22出口的跨越膨脹（XoveE)氣門26 控制已被加壓之進氣加料的流動，使得在膨脹活塞3 0 軸 脹 該 ( 第 廣 發 念 的 14 執 將 縮 〇 24 即 到 -5- 1351464 達其上死點位置後不久，加料完全進入膨脹汽缸14內。 在進氣加料進入膨脹汽缸14後不久，火星塞28被點火， 且結果（resulting)燃燒驅動膨脹汽缸活塞30向下朝向 下死點。廢氣經由提動排氣氣門32抽出膨脹汽缸》 參考圖2，其爲頒給Suh等人（下文稱Suh)的美國 第67895 1 4號專利所揭露之另一習知設計的分離循環引擎 33。如圖2所例示（對應於Suh的圖4a)，分離循環引擎 33包括被跨越通道36互連的壓縮汽缸34和膨脹汽缸35 。壓縮活塞37和膨脹活塞38分別在汽缸34、35內往復 運動。向內打開的提動式跨越壓縮氣門39和向內打開的 提動式跨越膨脹氣門40，控制已壓縮的燃料/空氣加料4 ! 之流動經過跨越通道36，並進入膨脹汽缸35。加料41在 膨脹汽缸35內被火星塞42點火。

Suh的分離循環汽缸33和Scuderl的分離循環汽缸1〇 ’至少有二點不同： (1 )燃料/空氣加料4 1在膨脹活塞3 8到達其上死點 位置之前被點火（見Suh的第14欄第39-41行），而不 是在到達上死點位置之後被點火。 (2) Suh的跨越壓縮氣門39是向內打開的提動式氣 門（見Suh的第14欄第29-30行），而不是止回閥。 參考圖3(對應於Suh的圖5) ，Suh類似於Scuderi ，因爲其藉由控制跨越壓縮氣門39的正時（timing )，使 跨越壓縮氣門39較晚打開（亦即當從汽缸34至通道36 有正壓力差時才打開）’而防止從跨越通道36反向流動 -6- 1351464 進入壓縮汽缸34。圖形43顯示跨越通道壓力（線44)對 壓縮汽缸壓力（線45)和跨越膨脹氣門打開正時（線46 )、跨越膨脹氣門關閉正時（線47 )、跨越壓縮氣門打開 正時（線48)、和跨越壓縮氣門關閉正時（線49)的關 係。因爲跨越壓縮氣門被正時成只在壓縮活塞37的上死 點之前約60度才打開，所以當壓縮汽缸壓力45大於跨越 通道壓力44時，可防止反向流動從跨越通道36至壓縮汽 缸34。 就分離循環引擎而言，尤其是就在膨脹活塞到達其上 死點位置之後才將進料點火的分離循環引擎（例如 Scuderi )而言，非常需要跨越氣門的動力致動。這是因爲 Scuderi之引擎10的跨越氣門24、28必須獲得充分的舉 升，以在（相對於習知引擎）非常短的曲柄軸旋轉時段（ 一般約爲30度的曲柄角度）內，充分傳輸燃料空氣進料 。習知引擎通常在180度至220度的曲柄角度之間致動氣 門。此意味著Scuderi的跨越氣門能夠比習知引擎的氣門 快約六倍地被致動。 被增加的氣門舉升和/或被增加的氣門致動期間時段 ，通常提升引擎效能，因其減少流動限制和泵送的功。但 是氣門舉升和致動時段通常被反向流動的可能性所限制， 該反向流動增加泵送的功和減少引擎效能。此外，氣門舉 升和致動時段被氣門列（train )動力學和氣門衝擊所限制 。此情況在具有快速作動跨越氣門之分離循環引擎時尤其 如此。因此，需要增加分離循環引擎之跨越氣門的舉升和 1351464 /或致動期間時段。 【發明內容】 本發明的分離循環引擎可包括： 曲柄軸，可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉； 壓縮活塞，可滑動地容置在壓縮汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該壓 φ 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程； 膨脹活塞，可滑動地容置在膨脹汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程；和 跨越通道，互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸，該跨越通 道包括跨越壓縮氣門和跨越膨脹氣門，且界定壓力腔室於 其間； 其中，當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣 # 門處之該跨越通道內上游壓力時，該跨越壓縮氣門被正時 成打開。 一種操作分離循環引擎的方法，該分離循環引擎包含 曲柄軸，可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉： 壓縮活塞，可滑動地容置在壓縮汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該壓 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程； 膨脹活塞，可滑動地容置在膨脹汽缸內，且操作性地 -8- 1351464 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程；和 跨越通道，互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸，該跨越通 道包括跨越壓縮氣門和跨越膨脹氣門，且界定壓力腔室於 其間； 該方法包括下列步驟= 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣門處之 φ 該跨越通道內上游壓力時，將該跨越壓縮氣門正時成打開 〇 其他的特徵可包括： 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越通道內上游壓 力至少5-15 bar時，該跨越壓縮氣門被正時成打開。 在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越通道內上游壓力 之前曲柄角度至少1.5-4.5度時，該跨越壓縮氣門被正時 成打開。 # 從本發明的下述詳細說明連同附圖，可更充分瞭解本 發明的這些和其他特徵及優點。 【實施方式】 詞彙 本文所使用的頭字語詞彙和術語的定義，提供於下列 做參考： 泵送功（或PV功）：泵送功的定義爲：將進氣運動 進入汽缸和將排氣運動離開汽缸，經過氣門所造成的壓力 -9- 1351464 降和氣體流動中之任何其他限制所 爲：壓力降乘以體積流動的積分。 爲「PV功」。 跨越壓縮氣門早期打開：跨越 義通常爲：在經過氣門的正壓力發 開。 引擎全負載或100%引擎負載 ，所能產生的最大扭矩。 指示扭矩：在計算引擎機械摩 ，引擎活塞頂的扭矩輸出。 制動扭矩：引擎輸出軸的扭矩 自然吸氣式引擎：自然吸氣式 渦輪增壓器（turbocharger)、增！ 或類似者增壓的引擎。 制動平均有效壓力：以平均有 動扭矩輸出。其等於制動引擎扭矩 指示平均有效壓力：其等於指 移容積。 上死點：在整個循環中，活塞 置。其提供最低的汽缸容積。 氣門打開：爲了本文的目的， 至少0.06毫米。 曲柄角度：曲柄軸的旋轉角度 現在詳細參考圖式中的圖4、 耗費的功。其通常計算 因此，此計算通常縮寫 壓縮氣門早期打開的定 展以前，任何的氣門打 :引擎在給定的速率時 擦和輔助系統損失之前 輸出。 引擎是進氣行程不藉由 g器（supercharger)、 效壓力値表不的引擎制 除以引擎位移容積。 示引擎扭矩除以引擎位 到達最接近汽缸蓋的位 氣門打開是指氣門舉升 5，數字5 0大致指示本 -10- 1351464 發明具有在跨越通道78中早期打開跨越壓縮氣門84之分 離循環引擎的例示實施例。如同本文將更詳細討論者，將 早期打開跨越壓縮氣門84正時成：當壓縮汽缸66內的壓 力小於跨越通道78內的壓力時（亦即經過跨越壓縮氣門 84有負壓力差），打開跨越壓縮氣門84。有利的是，早 期打開跨越壓縮氣門84提供較大時段的氣門致動和較大 的氣門舉升，其導致提升分離循環引擎50的效能。 引擎50包括可繞著圖中所示曲柄軸軸線54順時針方 向旋轉的曲柄軸52。曲柄軸52包括在角度上位移隔開的 相鄰前曲柄臂56和後曲柄臂58，該等曲柄臂分別連接至 連接桿60 ' 62。 引擎50另外包括汽缸體64，其界定一對相鄰汽缸。 特別是引擎50包括壓縮汽缸66和膨脹汽缸68’該兩汽缸 在相反於曲柄軸52之汽缸上端被汽缸蓋70封閉。 壓縮活塞72收納在壓縮汽缸66內’且連接至連接桿 62，用以使活塞72在上死點（TDC )和下死點（BDC )位 置之間往復運動。膨脹活塞74收納在膨脹汽缸68內’且 連接至連接桿60，用於類似的上死點（TDC ) /下死點（ BDC)位置之間的往復運動。 汽缸蓋提供氣體流入、流出汽缸及在各汽缸66、 68之間流動的構造。依氣體流動的順序’汽缸蓋70包括 進氣通道（埠）76、—對跨越（xovr )通道78、和排氣 通道80。進氣的空氣經由該進氣通道76被抽入壓縮汽缸 66。已壓縮的空氣從壓縮汽缸66經由跨越通道78傳輸至 -11 - 80 135.1464 膨脹汽缸68。已用過的氣體從膨脹汽缸經由排氣通道 排出。每一跨越通道78也界定壓力腔室81;當跨越氣 關閉時，已加壓的氣體被儲存在壓力腔室內。 進入壓縮汽缸66的氣體流動由向內打開的提動式 氣氣門82所控制。進入和流出每一跨越通道78的氣體 動，由一對向外打開的提動氣門（亦即在跨越通道之入 端的跨越壓縮（XovrC )氣門84和在跨越通道之出口端 φ 跨越膨脹（XovrE )氣門86 )所控制。自排氣通道80 出的廢氣（exhaust gas)，由向內打開的提動式排氣氣 8 8所控制。這些氣門8 2、8 4、8 6、8 8可以任何合適的 式致動，例如藉由機械式的驅動凸輪、可變化的氣門致 技術、或類似者。 每一跨越通道具有設置在其內的至少一個高壓燃料 射器9 0 »操作燃料噴射器以將燃料噴射變成在跨越通 78之壓力腔室81內的壓縮空氣加料。 # 引擎50也包括一或更多個火星塞92或其他點火裝 。火星塞92設在膨脹汽缸68端部中的適當位置，其中 在膨脹行程期間’混合燃料和空氣的加料可被點火和燃 〇 利用電腦硏究’以將分離循環引擎5 0的各種幾何 數最佳化，該等參數包括向外打開的跨越壓縮提動式氣 84的正時（timing)。關於跨越壓縮氣門84的最佳化 實際上全部的分離循環引擎技藝的教示爲：需要防止反 流動’以獲得最佳效能。此如同先前討論之習知技 門 進 流 P 的 流 門 方 動 噴 道 置 燒 參 門 j 向 藝 -12-

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Scuderi和Suh專利所例示者。 此外，先前並不知道反向流動（特別是經過薛 氣門84的反向流動）和分離循環引擎效能（例$丨 壓力、質量流動、和類似者）之間的關係》再者， 擎50包括向外打開的跨越壓縮氣門84其從壓縮 離開而打開，但是先前技藝的其他分離循環引擎利 閥（如在Scuderi專利中）或向內打開的提動式赛 在Suh專利中）其中任一，因此反向流動對分離初 50之效能的功效的不確定程度是複合的。尤其這运 項，所以電腦硏究包括對於跨越壓縮氣門84之名 打開正時的探討，該早期打開正時會誘發反向流重 硏究產生不可預期的結果，下文將詳細描述。 參考圖6’圖形100顯示電腦硏究對自然吸_ 循環引擎50在4000 RP Μ和100 %引擎負載時的 ，該結果爲分離循環引擎50「指示扭矩（indicate )」和「制動扭矩」相對在恆定峰値舉升之跨越愿 8 4的打開曲柄角度。畫線1 〇 2代表以牛頓—米（] 値的指示扭矩，畫線1 04代表以牛頓-米（N-m ) 制動扭矩。扭矩以曲柄角度每1.5度增量計算，J 膨脹活塞74的上死點位置，從上死點前曲柄角度 (亦即上死點後曲柄角度—18.5度）至上死點前由 5度。 跨越壓縮氣門84打開用的基線正時，是膨 上死點前曲柄角度9.5度（亦即指示扭矩用的參 ，越壓縮 ]扭矩、 因爲引 汽缸66 J用止回 L門（如 I環引擎 ^未知事 •種早期 丨。電腦 丨式分離 ί測結果 i torque ;縮氣門 J - m )計 計値的 .相對於 18.5 度 1柄角度 活塞之 ’點 10 6 -13- 1351464 和制動扭矩用的參考點1 08 )。亦即在上死點前曲柄角度 9.5度時，跨越壓縮氣門84被正時爲梢微早期打開，其中 經過跨越壓縮氣門84的反向流動最小但可偵測得到。 如同所預期地，稍後的正時導致扭矩減少。但是非可 預期地，較早的正時其影響可忽略，直到膨脹活塞74之 上死點曲柄角度14度（參考數字118和120)才有較明顯 的影響。亦即相對於膨脹活塞74之上死點前曲柄角度9.5 度的基線，當跨越壓縮氣門84在曲柄角度至少1.5度（ 參考點1 1 0和1 1 2 )早期打開、曲柄角度至少3.0度（參 考點1 1 4和1 1 6 )早期打開、或曲柄角度至少4 · 5度（參 考點1 1 8和1 2 0 )早期打開時，所預測的指示扭矩和制動 扭矩沒有大幅的改變。 參考圖7，圖形122顯示：當在上死點前曲柄角度 9.5度的基線點開始致動（曲線124 )和在曲柄角度4.5度 早期開始致動（曲線126)時，在跨越壓縮氣門84之恆定 峰値舉升的氣門舉升輪廓。注意在曲線126下的面積比在 曲線124下的面積大很多，此亦即在較早的致動跨越壓縮 氣門84之較大致動時段期間，有更多的開放容積供空氣 質量流動行經。 參考圖8，圖形128是質量流率對跨越壓縮氣門84之 曲柄角度的描繪，其中該跨越壓縮氣門84具有早期打開 正時提前達曲柄角度4.5度。如曲線130所描繪者，在膨 脹活塞74之上死點前曲柄角度14度和9.5度之間，有明 顯的反向流動，在此期間，經過跨越壓縮氣門84的壓力 -14 - 1351464 差是負的（亦即在壓縮汽缸68內的壓力小於在跨越通道 78內的壓力）。一旦到達上死點前曲柄角度9.5度，壓力 差變爲正的（亦即在壓縮汽缸68內的壓力超過在跨越通 道78內的壓力），且質量流率恢復成向前的方向。 參考圖9，圖形132是空氣流動對跨越壓縮氣門84在 恆定峰値舉升之打開正時的描繪。如曲線134所示，跨越 壓縮氣門再度以1.5度的增量步進，且從膨脹活塞74之 φ 上死點前曲柄角度5度至上死點前曲柄角度18.5度。曲 線1 3 4顯示：儘管具有早期氣門打開正時之起始反向流動 ，但是全部的氣體流動和上死點前曲柄角度9.5度（參考 點136)的基線正時相同。亦即，不論跨越壓縮氣門84是 否剛好（參考點1 3 6 )被早期打開、曲柄角度1 .5度（參 考點138)被早期打開、曲柄角度3.0度（參考點140) 被早期打開、曲柄角度4.5度（參考點142 )被早期打開 ，空氣流動都約爲132公斤/小時（kg/hr)。 # 參考圖1〇，圖形144顯示：在恆定峰値舉升提前正時 從上死點前9.5至14度，也降低兩個汽缸內的峰値汽缸 壓力，且對壓縮汽缸有較大的影響。亦即當正時提前從上 死點前9·5度至14度時，峰値壓縮汽缸壓力（顯示在曲 線145 )從52 bar掉到約48.5 bar，而峰値膨脹汽缸壓力 (顯示在曲線146)從約44.5 bar掉到約43 bar。下降的 汽缸壓力減少汽缸摩擦，此可解釋爲什麼正時提前就沒有 損失扭矩，即便是增加泵送反向起始流動，也一樣。 參考圖11 ’圖形147顯示：增加跨越壓縮氣門84打 -15- 1351464 開的期間，也允許額外增加峰値氣門舉升，從2.43毫米 (曲線148)至2.60毫米（曲線149)。亦即，假設氣門 舉升曲線148和149有相同的加速度和減速度率，則早期 打開氣門曲線1 49因具有較大的打開期間，所以可獲得較 高的峰値舉升2.60毫米，其大於基線氣門曲線148的 2.43毫米峰値舉升。 參考圖12，由於較高的峰値氣門舉升2.6毫米，所以 限制的結果（resulting )減少可減少泵送功和增加平均有 效壓力，且該增加延伸至較長的壓縮汽缸活塞行程和較大 的位移。此例示在圖形1 50中，其就2.43氣門舉升（曲 線152)和2.60氣門舉升（曲線154)，描繪制動平均有 效壓力對壓縮汽缸活塞行程；且就2.43氣門舉升（曲線 156 )和2.60氣門舉升（曲線158 )，描繪指示平均有效 壓力對壓縮汽缸活塞行程。汽缸壓力的減少和往復活塞之 摩擦的結果減少（沒有損失空氣流動和最大扭矩），提供 操作本發明分離循環引擎5 0增加效能之非可預期的利益 ◊ 參考圖12，圖形160顯示：所預測之跨越通道78、 壓縮汽缸66、和膨脹汽缸68之壓力對自然吸氣式最佳化 分離循環引擎50在4000 RPM和1 00% (全）引擎負載條 件下模擬的循環。顯示跨越壓縮氣門84、跨越膨脹氣門 86、火星塞92點火、噴射器90的開始噴射（SOI )範圍 、噴射器90的結束噴射（EOI )範圍、和壓縮行程的結束 之正時。線162代表壓縮汽缸66的壓力。線164代表跨 -16-

1351464 越通道上游的壓力，亦即在跨越通道78內緊鄰跨 氣門84提動式頭部之點所取的壓力。線166代表 道下游的壓力，亦即在跨越通道78內緊鄰跨越膨月 提動式頭部之點的壓力。最後，線168代表膨脹汽 的壓力。 注意，在正時線170跨越壓縮氣門早期打開，| 越壓縮氣門84有約20 bar的負壓力差。亦即膨脹、? 塞在上死點前曲柄角度14度（亦即上死點後曲柄， 14度；正時線170)時，壓縮汽缸壓力162比跨越引 游壓力164約小20 bar。 因此，較佳是當壓縮汽缸壓力162比在跨越壓糸 處之跨越通道上游壓力164小至少5 bar時（正時3 上的參考點172 )，跨越壓縮氣門84打開。此外，] 當壓縮汽缸壓力162比在跨越壓縮氣門處之跨越通J 壓力1 64小至少1 0 bar時（正時線1 70上的參考點 ，跨越壓縮氣門84打開。再者，最佳是當壓縮汽击 162比在跨越壓縮氣門處之跨越通道上游壓力164 ( 15 bar時（正時線170上的參考點176 )，跨越壓翁 84打開。 再度參考圖6和9，其顯示當跨越壓縮氣門打房 維持在膨脹汽缸上死點前9.5度至上死點前14度纪 內時，引擎扭矩和空氣流動兩者本質上都維持恆定。 文所強調的，跨越壓縮氣門提前正時，具有因增加跨 縮氣門打開時間而導致的利益。 I壓縮 I越通 I氣門 缸 68 E過跨 (缸活 I度_ i道上 i氣門 % 170 ί佳是 i上游 174 ) :壓力 、至少 Ϊ氣門 Ϊ正時 J範圍 如上 〖越壓 -17- 1351464 因此顯然地，較佳是在壓縮汽缸內的壓力162到達跨 越壓縮氣門84處之跨越通道內上游壓力164之前曲柄角 度至少1.5度時，跨越壓縮氣門84打開。此外，更佳是 在壓縮汽缸內的壓力162到達跨越壓縮氣門84處之跨越 通道內上游壓力164之前曲柄角度至少3度時，跨越壓縮 氣門84打開。再者，最佳是在壓縮汽缸內的壓力1 62到 達跨越壓縮氣門84處之跨越通道內上游壓力164之前曲 柄角度至少4.5度時，跨越壓縮氣門84打開。 雖然參考特定實施例描述本發明，但是應瞭解在所描 述之發明槪念的精神和範圍內，可做許多變化。因此，本 發明不欲受限於所述的實施例，而是具有下列請求項語言 所界定的全部範圍。 【圖式簡單說明】 圖1是和本發明引擎相關之習知分離循環引擎的橫剖 面視圖， 圖2是另一習知分離循環引擎的示意代表圖； 圖3是圖2引擎代表的壓力圖形； 圖4是本發明之例示分離循環引擎的橫剖面視圖； 圖5是穿過圖4之線5-5所取之分離循環引擎的剖面 上視圖，其具有加設在上面的燃料噴射器； 圖6是預測圖4和5之引擎在恆定峰値舉升時，在各 種跨越壓縮氣門打開曲柄角度之顯示扭矩和制動扭矩的圖 形； -18- 1351464 圖7是在恆定峰値舉升時基線和早期打開跨越氣門之 跨越氣門舉升對曲柄角度的圖形； 圖8是本發明具有起始反向流動之早期打開跨越壓縮 氣門的質量空氣流動率對曲柄角度的圖形； 圖9是在恆定峰値舉升時各種氣門打開正時値之空氣 流動對跨越壓縮氣門打開曲柄角度的圖形； 圖1〇是在恆定峰値舉升時在各種跨越壓縮氣門打開 φ 正時角度之壓縮和膨脹汽缸最大壓力的圖形： 圖11是具有各種峰値舉升之基線和早期打開跨越氣 門的跨越壓縮氣門舉升對曲柄角度的圖形； 圖12在一範圍內之壓縮汽缸活塞行程和位移內，比 較基本的和已增加的跨越壓縮氣門舉升之平均有效汽缸壓 力的圖形；和 圖13是本發明具有早期打開跨越壓縮氣門正時之自 然吸氣式最佳化分離循環引擎的預測壓力和正時之圖形。 【主要元件符號說明】 10 :習知分離循環引擎 1 2 :壓縮汽缸 1 4 :膨脹汽缸 1 6 :曲柄軸 18:提動式進氣氣門 20:壓縮汽缸活塞 22 :跨越通道 -19-

Claims (1)

1351464 ϊοα 5. 2 ό 萆月曰修(更)正替換頁 附件5 :第097125702號申請專利範圍修正本 民國100年5月20日修正 十、申請專利範圍 _ 1. 一種分離循環引擎，包含： 曲柄軸，可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋轉； 壓縮活塞，可滑動地容置在壓縮汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該壓 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程； 膨脹活塞，可滑動地容置在膨脹汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程； 跨越通道，互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸，該跨越通 道包括跨越壓縮（XovrC)氣門和跨越膨脹（XovrE)氣門 ，且界定壓力腔室於其間；和 其中，當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣 門處之該跨越通道內上游壓力時，該跨越壓縮氣門被正時 成打開。 2.如申請專利範圍第1項所述的分離循環引擎，其中 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣門處之該跨 越通道內上游壓力至少5 bar時，該跨越壓縮氣門被正時 成打開。 3 .如申請專利範圍第2項所述的分離循環引擎，其中 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣門處之該跨 越通道內上游壓力至少10 bar時，該跨越壓縮氣門被正時 1351464 u年、21修(更)正替換頁 成打開。 4. 如申請專利範圍第3項所述的分離循 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮 越通道內上游壓力至少15 bar時，該跨越壓 成打開。 5. 如申請專利範圍第1項所述的分離循 在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 通道內上游壓力之曲柄角度以前至少1.5度 ，該跨越壓縮氣門被正時成打開。 6. 如申請專利範圍第5項所述的分離循 在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 通道內上游壓力之前曲柄角度至少3.0度時 氣門被正時成打開。 7. 如申請專利範圍第6項所述的分離循 在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 通道內上游壓力之前曲柄角度至少4.5度時 氣門被正時成打開。 8 .如申請專利範圍第1項所述的分離循 該跨越壓縮氣門從該壓縮汽缸向外打開。 9. 一種操作分離循環引擎的方法，該 包含： 曲柄軸，可繞著該引擎的曲柄軸軸線旋i 壓縮活塞，可滑動地容置在壓縮汽缸內 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋 環引擎，其中 氣門處之該跨 縮氣門被正時 環引擎，其中 門處之該跨越 的曲柄角度時 環引擎，其中 門處之該跨越 ，該跨越壓縮 環引擎，其中 門處之該跨越 ，該跨越壓縮 環引擎，其中 分離循環引擎 轉； ，且操作性地 轉期間，該壓 • 2 - 1351464 100, 5. 2 0 年月曰修(更)正替換頁 縮活塞往復經過進氣行程和壓縮行程； 膨脹活塞，可滑動地容置在膨脹汽缸內，且操作性地 連接至該曲柄軸，使得在該曲柄軸的單一旋轉期間，該膨 脹活塞往復經過膨脹行程和排氣行程；和 跨越通道，互連該壓縮汽缸和該膨脹汽缸，該跨越通 道包括跨越壓縮（XovrC)氣門和跨越膨脹（XovrE)氣門 ，且界定壓力腔室於其間； 該方法包含： 當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮氣門處之 該跨越通道內上游壓力時，將該跨越壓縮氣門正時成打開 〇 I 〇.如申請專利範圍第9項所述的操作分離循環引擎 的方法，包括：當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓 縮氣門處之該跨越通道內上游壓力至少5 bar時，該跨越 壓縮氣門被正時成打開。 II .如申請專利範圍第1 0項所述操作分離循環引擎的 方法，包括：當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮 氣門處之該跨越通道內上游壓力至少10 bar時，該跨越壓 縮氣門被正時成打開》 1 2.如申請專利範圍第Π項所述操作分離循環引擎的 方法，包括：當在該壓縮汽缸內的壓力小於在該跨越壓縮 氣門處之該跨越通道內上游壓力至少15 bar時，該跨越壓 縮氣門被正時成打開。 1 3 .如申請專利範圍第9項所述操作分離循環引擎的 -3- 1351464 卑月曰修(更)正替换貞 方法，包括：在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 門處之該跨越通道內上游壓力之前曲柄角度至少1.5度時 ，該跨越壓縮氣門被正時成打開。 14. 如申請專利範圍第13項所述操作分離循環引擎的 方法，包括：在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 門處之該跨越通道內上游壓力之前曲柄角度至少3.0度時 ，該跨越壓縮氣門被正時成打開。 15. 如申請專利範圍第14項所述操作分離循環引擎的 方法，包括：在該壓縮汽缸內的壓力到達在該跨越壓縮氣 門處之該跨越通道內上游壓力之前曲柄角度至少4·5度時 ’該跨越壓縮氣門被正時成打開。 16. 如申請專利範圍第9項所述操作分離循環引擎的 方法，包括：將該跨越壓縮氣門從該壓縮汽缸向外打開。 -4-