專利名稱：壓力平衡發(fā)動(dòng)機(jī)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力平衡閥；并且特別地，但不絕對地，涉及在跨接通道與膨脹汽缸之間的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的壓力平衡閥。
背景技術(shù)：
如在本發(fā)明中使用的術(shù)語"分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)"對發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域技術(shù)人員來說還沒有公知的固定意義。因此，為了清楚起見，應(yīng)用到現(xiàn)有技術(shù)中所公開的發(fā)動(dòng)機(jī)和本申請中所涉及的術(shù)語"分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)"定義如下
本文涉及的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)包括
可圍繞曲柄軸軸線旋轉(zhuǎn)的曲柄軸； 膨脹(動(dòng)力)活塞，其可滑動(dòng)地容納在膨脹汽缸內(nèi)，并操作性地連接到曲柄軸，使得膨脹活塞通過在曲柄軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
壓縮活塞，所述壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在壓縮氣缸內(nèi)并且操作性地連接到曲柄軸，使得壓縮活塞通過在曲柄軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；禾口
使膨脹氣缸和壓縮氣缸相互連接的跨接通道，所述跨接通道包括在其間限定壓力室的跨接壓縮(XovrC)閥和跨接膨脹(XovrE)閥。 參照現(xiàn)有技術(shù)，圖1顯示了分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)l，其具有通過受壓跨接通道4連接的分開的壓縮汽缸2和膨脹3(燃燒)汽缸。申請日為2001年7月20日、已授予給本發(fā)明的受讓人的Scuderi的美國專利6， 543， 225/225公開了另一實(shí)例，其全部內(nèi)容參照合并于此(專利'225)。圖1(以及專利'225)顯示了用于壓縮汽缸入口閥5、XovrE閥6和排放閥7的向內(nèi)開放的提升閥。XovrC閥8顯示為止回閥，但也可以具有其它任何適合的類型，包括與打開時(shí)朝向活塞運(yùn)動(dòng)的其它閥相似的向內(nèi)開放提升閥。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了向外開放的壓力平衡閥的多個(gè)實(shí)施例，其可用于諸如XovrC和XovrE閥以及其它用途的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的一個(gè)或多個(gè)位置。當(dāng)打開時(shí)，向外開放的閥運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離活塞和/或汽缸。在分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)中，它們可通過減小活塞到頭部的間隙量而有助于使壓縮與膨脹率最大。在所選實(shí)施例中，當(dāng)跨接通道具有較高壓力且壓縮或膨脹汽缸具有較低壓力時(shí)，壓力平衡閥提供用于減小致動(dòng)閥所需的作用力的方式，尤其是閥初始開啟時(shí)將克服的裂開壓力和作用力。 根據(jù)本發(fā)明，分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)包括可圍繞曲柄軸軸線旋轉(zhuǎn)的曲柄軸。壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在壓縮汽缸內(nèi)并操作性地連接到曲柄軸，使得壓縮活塞通過曲柄軸的一次旋轉(zhuǎn)
5期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。膨脹活塞可滑動(dòng)地容納在膨脹汽缸內(nèi)，并操作性地連接到曲柄軸，使得膨脹活塞通過曲柄軸的一個(gè)旋轉(zhuǎn)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？缃油ǖ朗古蛎浧着c壓縮汽缸相互連接。該跨接通道包括在其間確定了壓力室的跨接壓縮(XovrC)閥和跨接膨脹(XovrE)閥。XovrC閥與XovrE閥中的至少一個(gè)是平衡閥。流體壓力平衡裝置偏壓閥，用于平衡沿打開和關(guān)閉方向相對閥作用的流體壓力，減小致動(dòng)該閥所需的作用力。 在下述公開典型實(shí)施例中，本發(fā)明包括向外開放的XovrE閥，其控制從跨接通道
進(jìn)入分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹汽缸的填充空氣和/或燃料流的時(shí)間安排。 參照圖2-3，第一典型實(shí)施例包括具有安裝在閥桿的端部上的圓盤形提升頭部的
彈簧座提升閥，其由凸緣和搖桿機(jī)構(gòu)致動(dòng)。該閥頭具有上和下表面(面)。該上表面還可被稱作內(nèi)表面，因?yàn)槠涿嫦蚩缃油ǖ?，并且下表面還可被稱作外表面，因?yàn)槠浔硨缃油ǖ啦⒈辉O(shè)置在跨接通道的外部。平衡活塞還被安裝在提升閥的閥桿的中間區(qū)上，以形成提升閥組件。該平衡活塞可在由定時(shí)閥控制的封閉的平衡室內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以允許跨接通道壓力進(jìn)入到平衡活塞下方的平衡室中，以在閥打開前相對提升閥頭部的上表面(面)平衡跨接通道壓力。在打開后，該平衡室從跨接通道切斷，并且平衡壓力排出到大氣。然后，當(dāng)閥打開時(shí)，該提升閥通過頭部兩側(cè)上的相同壓力平衡。 參照圖4-5，第二典型實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似，除了用重新定位的空氣彈簧代替了第一實(shí)施例的螺旋彈簧。然而，如果適當(dāng)?shù)脑挘渌愋偷膹椈苫蜃皆O(shè)備可用在這些實(shí)施例的變型中。 參照圖6-8，第三典型實(shí)施例包括具有安裝在閥桿的端部上的圓柱形活塞頭的彈簧座提升閥(活塞閥組件)，其由凸緣和搖桿機(jī)構(gòu)致動(dòng)。該活塞頭被容納在汽缸凹陷中，其在凹陷的頭和端部之間形成平衡室。該活塞頭替換第一實(shí)施例的提升閥頭部和平衡活塞。在打開前，控制閥排放凹陷壓力。與提升閥的提升頭部形成直接對比，因?yàn)榭缃油ǖ缐毫H徑向應(yīng)用在活塞頭的均勻的圓柱形主體周圍，所以在初始打開時(shí)，該活塞頭并不受到過度裂開力。在打開后，控制閥使跨接通道壓力與平衡室相連，以平衡作用在活塞頭的下表面上的跨接通道壓力。 參照圖9-ll，第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的不同之處在于使用可選的諸如電、水壓氣動(dòng)或機(jī)械的平衡活塞閥致動(dòng)器。此外，在活塞閥和發(fā)動(dòng)機(jī)中的控制端口代替了控制跨接通道壓力排放和進(jìn)入到平衡室的控制閥。 參照圖12-14，在第五實(shí)施例中，平衡活塞和提升閥頭部替代用于第三實(shí)施例的活
塞頭?？刂崎y排放平衡活塞上方的平衡室，以便當(dāng)提升閥關(guān)閉或開始打開時(shí)，使作用在平衡
活塞的下表面與提升閥的上表面上的跨接通道壓力相等?？刂崎y使平衡室向跨接通道開
放，用以當(dāng)提升閥完全打開時(shí)，平衡作用在提升閥頭部的下表面上的跨接通道壓力。 參照圖15-17 ，在第六實(shí)施例中，平衡活塞和閥桿上的提升閥頭部替代用于第四實(shí)
施例的活塞頭。平衡活塞和發(fā)動(dòng)機(jī)中的端口采用與第四實(shí)施例的那些相同的方式工作。雖
然顯示了機(jī)械凸輪、搖桿和彈簧致動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以由任何其它適合的致動(dòng)機(jī)構(gòu)代替。 參照圖18-22，第七實(shí)施例公開了可使用提升閥組件(具有提升頭部和桿的提升
閥，其與平衡活塞組合)或活塞閥的幾種變型，然而僅顯示了提升閥組件。所有變型均具有
在發(fā)動(dòng)機(jī)中設(shè)置的平衡端口的共同特性，其在膨脹汽缸的燃燒室與平衡活塞上的平衡室之
6間提供流體連通。 參照圖18，在第一變型中，平衡端口一直打開。該提升閥組件在打開或者關(guān)閉位置中保持平衡?？梢允褂萌魏涡问降钠胶忾y致動(dòng)。 參照圖19，在第二變型中，該平衡端口包括控制閥，其可在燃燒期間關(guān)閉，以防止氣體在燃燒期間流入平衡室。 參照圖20-22，在第三變型中，第一平衡端口被設(shè)置在跨接通道與平衡室之間。類似于第一和第二變型的那些，第二平衡端口被設(shè)置在燃燒(膨脹)室與平衡室之間?？刂崎y在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞排氣沖程期間并通過發(fā)動(dòng)機(jī)閥的初始打開(裂開)關(guān)閉第一平衡端口并打開第二平衡端口。控制閥在處于或接近頂部死點(diǎn)并在燃燒和膨脹沖程期間打開第一平衡端口并關(guān)閉第二平衡端口。 因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)排放沖程期間并當(dāng)提升閥裂化打開時(shí)，該提升閥組件通過閥頭和平衡活塞的內(nèi)表面上的跨接通道壓力并通過在其外表面上的排放壓力獲得平衡，使得該提升閥的開放并不被不平衡的高裂化壓力阻止。當(dāng)提升閥完全打開時(shí)，跨接通道壓力與平衡活塞和閥頭兩者的內(nèi)和外表面連通，從而使閥組件完全壓力平衡。當(dāng)提升閥在膨脹沖程關(guān)閉時(shí)，在平衡室中的跨接通道壓力有助于在燃燒期間保持提升閥關(guān)閉。雖然顯示了機(jī)械閥致動(dòng)，可以使用任何形式的閥致動(dòng)。 參照圖23，在第八實(shí)施例中，與其中平衡端口分開地結(jié)合到發(fā)動(dòng)機(jī)中的第七實(shí)施例相反，平衡端口一體地結(jié)合到提升閥組件本身中。具體地，平衡端口從膨脹(燃燒)室延伸通過閥頭的中心并軸向地進(jìn)入到閥桿中。該端口繼續(xù)超過跨接通道，并通過閥桿中的側(cè)向開口與平衡室連接。因此，該平衡端口有助于使平衡室與膨脹室壓力一直相等。雖然第八實(shí)施例僅顯示了提升閥組件，還可使用活塞閥組件。 結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很清楚。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的示意橫截面視圖； 圖2和3是具有平衡提升閥組件的本發(fā)明第一典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，其被示出分別處于打開和關(guān)閉操作位置中； 圖4和5是類似于圖2和3的示意橫截面視圖，但顯示了具有空氣彈簧和平衡提升閥組件的本發(fā)明第二典型實(shí)施例，其被示出分別處于與第一實(shí)施例相似的操作位置；
圖6， 7和8是顯示具有可選的平衡汽缸活塞閥的本發(fā)明的第三典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，其被示出分別處于初始打開(裂開)、完全打開和關(guān)閉位置中；
圖9，10和ll是顯示本發(fā)明的第四典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，其具有可選的致動(dòng)器和在活塞頭中具有控制端口的平衡汽缸活塞閥，其被示出分別處于初始打開(裂開)、完全打開和關(guān)閉位置中； 圖12，13和14是顯示包括裝有閥的平衡端口的提升閥組件的本發(fā)明的第五典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，該提升閥組件被示出分別處于初始打開(裂開)、完全打開和關(guān)閉位置中； 圖15，16和17是顯示本發(fā)明的第六典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，其包括在提升閥組件的平衡活塞和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)具有平衡端口的提升閥組件，該提升閥組件被示出分別處于初始打開(裂開)、完全打開和關(guān)閉位置中； 圖18是本發(fā)明的第七典型實(shí)施例的第一變型的示意橫截面視圖，其中和其它變型一樣，第一變型具有提升閥組件和連接在平衡室與燃燒(膨脹)室之間的分開的平衡端□; 圖19是顯示本發(fā)明的第七典型實(shí)施例的第二變型的示意橫截面視圖，其中該平衡端口包括控制閥，其可在燃燒室中燃燒和/或膨脹期間關(guān)閉； 圖20，21和22是顯示本發(fā)明的第七典型實(shí)施例的第三變型的示意橫截面視圖，其包括在跨接通道與平衡室之間的第一裝有閥的平衡端口 ；和在燃燒室與平衡室之間的第二裝有閥的平衡端口 ；該提升閥組件被示出分別處于初始打開(裂開)、完全打開和關(guān)閉位置中；和 圖23是提升閥組件的本發(fā)明的第八典型實(shí)施例的示意橫截面視圖，其具有軸向延伸通過提升閥的閥桿和頭的一體的平衡端口。
具體實(shí)施例方式
首先參照圖2和3，附圖標(biāo)記IO通常指示例如在先前提到的美國專利號(hào)6， 542， 225中顯示的類型的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)部分的第一實(shí)施例。該實(shí)例發(fā)動(dòng)機(jī)10示意地顯示并且并不局限于此，以作為通常結(jié)構(gòu)。在多個(gè)實(shí)施例中，類似的附圖標(biāo)記表示類似或相似的部件。 發(fā)動(dòng)機(jī)10包括燃燒(膨脹)汽缸12，其中動(dòng)力(膨脹)活塞14和連接桿16被往復(fù)運(yùn)動(dòng)地連接到諸如未顯示的曲柄軸的輸出部件。在活塞14與汽缸12的封閉端之間的可變體積形成燃燒(膨脹)室20。該燃燒室通過閥座22中的開口與跨接通道24連通，跨接通道24存儲(chǔ)和運(yùn)送來自未顯示的壓縮汽缸的加壓空氣，用于運(yùn)送到燃燒室20。該跨接通道可保持在可變但提升的壓力下。 根據(jù)本發(fā)明，閥座22可向外形成角度，以通過具有桿30的向外開放的提升閥28的圓盤形提升頭部26提供接合。該提升頭部26可在跨接通道24內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并控制進(jìn)入燃燒室20，其中當(dāng)頭部26設(shè)置在閥座22上時(shí)，切斷到燃燒室20的空氣和/或燃料流。閥頭26具有上表面(面)61和下表面(面)62。該上表面61還可被稱作內(nèi)表面，因?yàn)槠涿嫦蚩缃油ǖ?4，同時(shí)下表面62還可稱作外表面，因?yàn)槠浔硨缃油ǖ啦⒈辉O(shè)置在跨接通道24的外部。 如期望地，通過任何適合的致動(dòng)機(jī)構(gòu)32，機(jī)械、電子、氣壓或其組合，對提升閥28進(jìn)行致動(dòng)。在圖2和3中，該閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)32由凸輪34表示，其被支撐在曲柄軸35上并驅(qū)動(dòng)接合在閥桿30上的致動(dòng)器配件38的可旋轉(zhuǎn)搖桿36。該配件38還用作閥彈簧40的保持器，該閥彈簧接合發(fā)動(dòng)機(jī)的固定部件42并沿關(guān)閉方向推動(dòng)閥28。 平衡活塞44 (例如 〃 流體壓力平衡器〃 )被支撐在閥頭26與致動(dòng)器配件38之間的閥桿30上。該閥頭26，桿30和平衡活塞44可被稱作提升閥組件46。該平衡活塞44可在跨接通道24上方間隔開的發(fā)動(dòng)機(jī)的封閉的單獨(dú)的平衡汽缸48內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在平衡活塞44下方的平衡汽缸48的部分可被稱作平衡室50。該平衡室24通過由諸如電磁閥或其它適合的閥的第一控制閥54(V1)控制的第一平衡端口 52與跨接通道24連通。由第二控制
8閥58(V2)控制的第二平衡端56用外部環(huán)境壓力連通平衡室50。該提升閥組件46、致動(dòng)機(jī) 構(gòu)32和相關(guān)聯(lián)的平衡室50，端口 52， 56和閥54 (VI)和58 (V2)可稱作平衡閥裝置60。
附圖的圖2顯示了當(dāng)提升閥組件46打開時(shí)裝置60的位置。該發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力活塞14 開始下降，同時(shí)加壓空氣負(fù)荷被強(qiáng)制經(jīng)過閥座22進(jìn)入燃燒室20。由于該閥頭26在上表面 61和下表面62上接受跨接通道壓力，第一控制閥54(V1)關(guān)閉，并且第二控制閥58(V2)打 開，平衡室50通向環(huán)境壓力。 圖3顯示了當(dāng)提升閥組件46關(guān)閉時(shí)裝置60的位置。第二控制閥58(V2)被關(guān)閉， 并且第一控制閥54 (VI)打開，將跨接通道壓力供應(yīng)到平衡室50，使得在閥頭26上的跨接壓 力得到平衡。從而減小了由致動(dòng)機(jī)構(gòu)施加以(初始)裂化打開閥頭26的打開作用力。
附圖的圖4和5顯示了類似于圖2和3的第一實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)68和平衡閥裝置 70的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例的平衡閥裝置70與第一實(shí)施例的平衡閥裝置60不同，在圖 2和3中所示的螺旋彈簧40的位置處由空氣彈簧74(在閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)72內(nèi))代替。該空氣 彈簧74也被重新定位以接合搖桿36，該接合與搖桿36與凸輪34的接合直接相對，但其功 能相同。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到如果適當(dāng)，任何其它適合的彈簧或致動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠用于操作本發(fā)明的平 衡閥組件46。此外，空氣彈簧能夠用于代替任何形式的機(jī)械致動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它彈簧。
圖6，7和8顯示了具有平衡閥裝置80的發(fā)動(dòng)機(jī)78的第三實(shí)施例。該閥裝置80 包括活塞閥(活塞閥組件)84，該活塞閥具有安裝在桿83上的圓柱形的活塞頭82。該活塞 閥84替換了第一實(shí)施例的提升閥組件46。該活塞閥84顯示具有機(jī)械致動(dòng)機(jī)構(gòu)32，但不局 限于此。該活塞閥84可在朝向跨接通道24開放的汽缸凹陷86中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但通過活塞頭 82從那里分離。 該活塞頭82可以是中空的以使其質(zhì)量最小。在活塞頭82的下部周圍上的斜面88 適配成位于閥座22上?；钊^82的頂部(內(nèi)表面)90和凹陷86的端部92形成平衡室 94(例如"流體壓力平衡裝置")。由第一控制閥(Vl)98控制的第一平衡端口 96使平衡室 94與跨接通道24連通。由第二控制閥(V2)102控制的第二平衡端口 100使平衡室與環(huán)境 壓力連通。 在操作中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力活塞14在其排放沖程期間上升并通過排放閥排放時(shí)，活 塞閥84關(guān)閉(位于閥座上)。當(dāng)已經(jīng)設(shè)置了活塞閥84時(shí)，跨接通道24中的壓力僅能夠徑 向作用在活塞頭82的圓柱形外部表面上。由于沒有跨接通道24的垂直分量作用在活塞頭 82上，跨接通道壓力沒有對在頭部的初始打開時(shí)必須克服的裂開力作出貢獻(xiàn)。
此外，在動(dòng)力活塞14的排放沖程期間，閥(Vl)98關(guān)閉并且閥(V2)102打開。因此， 在平衡室94中的環(huán)境壓力實(shí)質(zhì)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室20中的排放壓力。因此，如圖6所示，當(dāng) 活塞閥84裂化打開(開始打開)，該致動(dòng)機(jī)構(gòu)32通過僅克服彈簧40的就座力就能夠打開 活塞閥84。 如圖7所示，當(dāng)活塞閥84完全打開時(shí)，跨接通道壓力相對活塞頭82的底部(外部 表面)106作用。因此，閥V1(98)打開并且閥V2(102)關(guān)閉以將跨接通道壓力導(dǎo)向平衡室 94。然后，如圖8所示，在活塞閥84上的壓力保持平衡，直到活塞閥由閥彈簧40關(guān)閉為止。 這持續(xù)貫穿燃燒和膨脹沖程，同時(shí)在平衡室94中保持跨接通道壓力，有助于閥彈簧40相對 燃燒和膨脹壓力保持活塞閥84關(guān)閉。在下述排放沖程期間，如圖6所示，該活塞閥84再次裂化打開并且重復(fù)循環(huán)。
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圖9，10和11顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)108和平衡閥裝置110的第四實(shí)施例，類似于圖6， 7 和8的第三實(shí)施例的那些部件。它們的不同之處在于可選的閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)114表示示意顯 示的任何適合類型，諸如電-磁、氣動(dòng)、液壓、機(jī)械或其組合的閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)。具有桿117和修 改的活塞頭119的活塞閥116被設(shè)置在汽缸凹陷124中，限定了平衡室94。平衡室94中的 壓力由平衡端口 118(P1)，120(P2)和122(P3)控制。 端口 Pl和P2被分別設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)108和活塞頭119中，并且在活塞閥116完全 打開以將跨接通道24壓力連通到平衡室94時(shí)連接。此時(shí)，如圖10所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)108中 設(shè)置的端口 P3由活塞頭119阻塞，以保持平衡室壓力。當(dāng)活塞閥完全關(guān)閉(圖11)或裂化 打開(圖9)時(shí)，端口P1和P2保持未對準(zhǔn)，并且阻塞來自跨接通道24的空氣流，同時(shí)端口 P3打開并且使平衡室94通氣到環(huán)境壓力。端口 Pl和P2的布置可改變，使得端口 Pl， P2 先連接并且后斷開，以具有更長"平衡周期〃 。 圖12， 13和14顯示了具有平衡閥裝置130的發(fā)動(dòng)機(jī)128的第五實(shí)施例，其包括 由閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)32打開和關(guān)閉的提升閥組件132。該閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)32是機(jī)械的，雖然其并不限 制于此。 該提升閥組件132包括提升閥133，該提升閥具有在閥桿135的下端上設(shè)置的提 升頭部134。該提升閥組件132還包括在提升閥133的桿135的中間區(qū)上安裝的平衡活塞 136。平衡活塞136具有下表面(面)131和上表面(面)137。下表面131還可稱作內(nèi)表 面，因?yàn)槠涿嫦蚩缃油ǖ?4，并且上表面137還可稱作外表面，因?yàn)槠浔硨缃油ǖ啦⒈辉O(shè) 置在跨接通道24的外部。 平衡室94、平衡端口96，100和控制閥98，102類似，并采用了與具有相同附圖標(biāo)記 的前述部件類似的方式操作。相應(yīng)地，在動(dòng)力活塞14的排放沖程期間，閥(Vl)98關(guān)閉并且 閥(V2) 102打開。因此，在平衡室94中的環(huán)境壓力實(shí)質(zhì)使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室20中的排放壓力 平衡。此外，在提升頭部134的上表面(內(nèi)表面)129之上向下作用的跨接通道24壓力的 垂直分量通過相同的在平衡活塞136的下表面(內(nèi)表面)之上向上作用的跨接通道壓力保 持平衡。因此，如圖12所示，當(dāng)提升閥組件132裂化打開(開始打開)時(shí)，致動(dòng)機(jī)構(gòu)32通 過僅克服彈簧40的就座力就可以打開提升閥132。 如圖13所示，當(dāng)提升閥組件132完全打開時(shí)，跨接通道壓力相對提升頭部134的 下表面(外表面)139向上作用。因此，閥V1(98)打開并且閥V2(102)關(guān)閉，以將跨接通道 壓力導(dǎo)向平衡室94，并向下相對平衡活塞136的上表面(外表面)137作用。然后，在提升 閥組件132上的壓力保持平衡，直到如圖14所示，提升閥組件132由閥彈簧40完全關(guān)閉為 止。這持續(xù)貫穿燃燒和膨脹沖程，同時(shí)跨接通道壓力保持在平衡室94中，幫助閥彈簧40相 對燃燒和膨脹壓力保持提升閥132關(guān)閉。 在下述排放沖程期間，如圖12所示，該提升閥組件132再次裂化打開并且重復(fù)循 環(huán)。 圖15， 16和17顯示了具有平衡閥裝置140的發(fā)動(dòng)機(jī)138的第六實(shí)施例，其包括 由閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)32打開和關(guān)閉的提升閥組件142。該閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)32是機(jī)械的，雖然其并不局 限于此。 該提升閥組件142包括提升閥143，提升閥具有在閥桿145的下端設(shè)置的提升頭部 141。該提升閥組件142還包括在提升閥143的桿145的中間區(qū)上安裝的平衡活塞144。
10
在平衡活塞144中設(shè)置的端口 120 (P2)以及在發(fā)動(dòng)機(jī)138中設(shè)置的端118 (PI)和 122(P3)相似，并且采用了與具有相同附圖標(biāo)記的前述部件類似的方式操作。因此，當(dāng)提升 閥組件142完全打開以將跨接通道24壓力連通到平衡室94時(shí)，端口 PI和P2連接。此時(shí)， 如圖16所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)138中設(shè)置的端口 P3由平衡活塞144阻塞，以保持平衡室壓力。當(dāng) 提升閥組件142完全關(guān)閉(圖17)或裂化打開(圖15)時(shí)，端口 PI和P2未對準(zhǔn)，并且阻塞 來自跨接通道24的空氣流，同時(shí)端口 P3打開并且使平衡室94通氣到環(huán)境壓力。不論在什 么時(shí)間，跨接通道壓力分別相對提升頭部141和平衡活塞144的內(nèi)表面146和147保持平 衡。 參照圖18-22，本發(fā)明的第七實(shí)施例包括三種變型，所有變型都具有設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī) 148中的平衡端口 152的共同特性，其在發(fā)動(dòng)機(jī)148的平衡室94與燃燒室20之間提供流體 連通。雖然所有變型均顯示了提升閥組件149，應(yīng)該注意還可使用單個(gè)活塞閥(諸如第三 實(shí)施例的活塞閥84)。 圖18顯示了第一種變型，其中發(fā)動(dòng)機(jī)148包括具有提升閥組件149的平衡閥裝 置150。該提升閥組件149包括提升閥155，該提升閥具有分開的提升頭部157和平衡活塞 159。該提升頭部157和平衡活塞159中的每個(gè)都分別包括內(nèi)表面151和153，兩者都面向 跨接通道24。當(dāng)提升閥155關(guān)閉時(shí)，該閥頭157位于閥座22上，使跨接通道24與發(fā)動(dòng)機(jī)燃 燒室20分隔開。該平衡活塞159形成具有圓柱形凹陷86的端部92的平衡室94。
在第一變型中，發(fā)動(dòng)機(jī)148內(nèi)的平衡端口 152提供平衡室94與膨脹汽缸中燃燒室 20之間的流體連通。端152—直打開以平衡提升頭部157的外表面160與平衡活塞159的 外表面161上的燃燒室壓力。另外，相對平衡活塞159的內(nèi)表面153的跨接通道壓力的向 上垂直分量總是相對于相對提供頭157的內(nèi)表面151的跨接通道24壓力的向下垂直分量 保持平衡。 當(dāng)提升閥155打開時(shí)，壓力在所有表面151，153，160和161上趨向于相等。該提 升閥155由普通的閥致動(dòng)機(jī)構(gòu)114打開和關(guān)閉。 圖19顯示了第二變型，其包括在端口 152中的控制閥154。該閥154可在燃燒室 20中燃燒期間關(guān)閉，以避免由燃燒過程期間的燃燒生成物弄臟室并減小燃燒過程期間的壓 縮比。 圖20，21和22顯示了第三變型，其中平衡端口 152和控制閥154被保持，并且由 另一控制閥158(V1)控制的另外的平衡端口 156被加在跨接通道24與平衡室94之間。該 控制閥154的附圖標(biāo)記為V2。該閥VI (158)在動(dòng)力活塞14的排放沖程期間和在發(fā)動(dòng)機(jī)提 升閥155的裂化打開(初始打開)期間關(guān)閉。然而，控制閥Vl(158)在位于或接近動(dòng)力活 塞14的頂部死點(diǎn)處并在膨脹沖程期間打開。閥V2(154)在排放沖程期間和在提升閥裂化 打開期間打開，但當(dāng)提升閥155完全打開和在膨脹沖程期間關(guān)閉。 結(jié)果類似于第五實(shí)施例的那些。該提升閥155在動(dòng)力活塞14的排放沖程期間和 在其裂化打開期間(即提升閥打開開始時(shí))壓力平衡。在這些周期期間，平衡室94中的壓 力實(shí)質(zhì)與發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室20中的壓力平衡。另外，提升頭部的上表面(內(nèi)表面)上向下作用 的跨接通道24壓力的垂直分量通過相同的、平衡活塞的下表面(內(nèi)表面)上向上作用的跨 接通道壓力得到平衡。在燃燒室2通過跨接通道24壓力裝料期間，該閥155保持平衡。在 這種周期期間，該跨接通道24壓力相對閥頭的底部表面(外表面)向上作用，并且平衡室
1194中的相同壓力相對平衡活塞的上表面(外表面)向下作用。在該閥155已關(guān)閉以幫助偏 置燃燒室20中的燃燒壓力后，該跨接通道24壓力通過膨脹沖程保持在平衡室94中。
圖23顯示了第八實(shí)施例，其中發(fā)動(dòng)機(jī)168包括具有由普通的致動(dòng)機(jī)構(gòu)114致動(dòng) 的提升閥組件172的平衡閥裝置172。為了簡化制造，第八實(shí)施例包括平衡端178，其一體地 合并到提升閥組件172中，與其中平衡端口分開地合并到發(fā)動(dòng)機(jī)中的第七實(shí)施例相反。雖 然這個(gè)實(shí)施例顯示了提升閥組件172，應(yīng)該注意還可使用具有內(nèi)平衡端口的單個(gè)活塞閥 (類似活塞閥84)。 提升閥組件172包括提升閥173，該提供閥具有安裝到閥桿176的下端上的通常圓 盤形的提升頭部174。該提升閥組件172還包括在安裝到桿176的中間區(qū)的平衡活塞175。 該平衡活塞175在汽缸凹陷177中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并限定了平衡活塞175上方的平衡室182。
提升閥組件172包括內(nèi)平衡端口 178，其從膨脹室20軸向延伸通過平衡活塞175 上的閥頭部174和閥桿176。側(cè)向開180伸出內(nèi)平衡端178以提供與平衡室182的流體連 通。 相應(yīng)地，膨脹室20中的壓力總是分別在提升閥頭部174和平衡活塞175的外表面 188和190上保持壓力平衡。相應(yīng)地，跨接通道24中的壓力總是分別在提升閥頭部174和 平衡活塞175的內(nèi)表面184和186上保持壓力平衡。 雖然本發(fā)明已參照具體實(shí)施例進(jìn)行了描述，應(yīng)該理解在描述的發(fā)明概念的精神 和范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種改變。因此，期望的是本發(fā)明并不局限于描述的實(shí)施例，但它具有 由下述權(quán)利要求的文字所限定的完整范圍。
1權(quán)利要求
一種分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括可圍繞曲柄軸軸線旋轉(zhuǎn)的曲柄軸；壓縮活塞，所述壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在壓縮汽缸內(nèi)并操作性地連接到所述曲柄軸，使得壓縮活塞通過曲柄軸的一次旋轉(zhuǎn)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；膨脹活塞，所述膨脹活塞可滑動(dòng)地容納在膨脹汽缸內(nèi)，并操作性地連接到所述曲柄軸，使得膨脹活塞通過曲柄軸的一次旋轉(zhuǎn)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；使所述膨脹汽缸與所述壓縮汽缸相互連接的跨接通道，所述跨接通道包括在其間確定壓力室的跨接壓縮(XovrC)閥和跨接膨脹(XovrE)閥；XovrC閥與XovrE閥的至少一個(gè)是平衡閥；和流體壓力平衡裝置，其偏壓所述至少一個(gè)閥以用于平衡沿打開和關(guān)閉方向相對所述一個(gè)閥作用的流體壓力，減小致動(dòng)所述一個(gè)閥所需的力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中XovrC閥和XovrE閥中的至少一個(gè)向 外朝向跨接通道開放，并分別遠(yuǎn)離所述壓縮汽缸與所述膨脹汽缸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述XovrE閥包括桿，所述桿在遠(yuǎn)端處具有圓盤形提升頭部，所述提升頭部能夠與膨 脹汽缸入口閥座接合并具有面向所述跨接通道開放的內(nèi)表面；所述流體壓力平衡裝置是在所述提升閥的所述桿上的平衡活塞，并能夠在封閉的單獨(dú) 的平衡汽缸中活動(dòng)，該封閉的單獨(dú)的平衡汽缸與所述平衡活塞一起限定平衡室；所述平衡 室通過由第一控制閥控制的第一平衡端口與所述跨接通道流體連通，并且所述平衡室通過 由第二控制閥控制的第二平衡端口與外部環(huán)境壓力流體連通；禾口當(dāng)所述提升頭部從所述閥座脫離時(shí)，所述第一控制閥關(guān)閉并且所述第二控制閥打開； 當(dāng)所述提升頭部與所述閥座相接合時(shí)，所述第一控制閥打開并且所述第二控制閥關(guān)閉，從而作用在所述提升頭部上的所述跨接通道中的流體壓力得以被平衡以使所述提升 閥容易打開。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述XovrE閥包括能夠與膨脹汽缸入口端口閥座接合的活塞頭，所述活塞頭具有活塞 頭頂部和活塞頭底部，所述活塞頭頂部被容納在面向所述跨接通道開放的汽缸凹陷中；禾口所述流體壓力平衡裝置由所述活塞頭頂部和形成單獨(dú)的平衡室的所述汽缸凹陷所限 定，所述平衡室與所述跨接通道和外部環(huán)境壓力流體連通，以平衡作用在所述活塞頭上的 所述跨接通道中的流體壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括第一平衡端口 ，所述第一平衡端口由 第一控制閥控制使所述平衡室與所述跨接通道連通；和第二平衡端口 ，所述第二平衡端口 由第二控制閥控制使所述平衡室與外部環(huán)境壓力連通；其中當(dāng)所述活塞頭從所述閥座脫離時(shí)，所述第一控制閥打開并且所述第二控制閥關(guān) 閉；當(dāng)所述活塞頭與所述閥座接合時(shí)，所述第一控制閥關(guān)閉并且所述第二控制閥打開。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的第一平衡端口和 在所述活塞頭中的第二平衡端口 ，所述第一平衡端口和第二平衡端口合作地控制所述跨接 通道與所述平衡室的連通；和在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的第三平衡端口 ，所述第三平衡端口控制所 述平衡室與外部環(huán)境壓力的連通；其中所述閥頭的運(yùn)動(dòng)打開和關(guān)閉所述平衡端口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述XovrE閥包括桿，所述桿在遠(yuǎn)端處具有圓盤形提升頭部，所述提升頭部能夠與膨脹汽缸入口閥座接合并具有面向所述跨接通道開放的內(nèi)表面；禾口所述流體壓力平衡裝置是在所述提升閥的所述桿上的平衡活塞，并能夠在連接到所述跨接通道并從所述跨接通道延伸的汽缸凹陷中活動(dòng)；所述平衡活塞具有面向跨接通道開放的內(nèi)表面和與所述汽缸凹陷一起限定平衡室的外表面，所述平衡室與所述跨接通道和外部環(huán)境壓力流體連通，以平衡作用在所述提升頭部上的所述跨接通道中的流體壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括第一平衡端口 ，所述第一平衡端口由第一控制閥控制使所述平衡室與所述跨接通道連通；和第二平衡端口 ，所述第二平衡端口由第一控制閥控制使所述平衡室與外部環(huán)境壓力連通，其中當(dāng)所述提升頭部從所述閥座脫離時(shí)，所述第一控制閥打開并且所述第二控制閥關(guān)閉；當(dāng)所述提升頭部與所述閥座接合時(shí)，所述第一控制閥關(guān)閉并且所述第二控制閥打開。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的第一平衡端口和在所述平衡活塞中的第二平衡端口 ，所述第一平衡端口和第二平衡端口合作地控制所述跨接通道與所述平衡室的連通；和在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中的第三平衡端口 ，所述第三平衡端口控制所述平衡室與外部環(huán)境壓力的連通；其中所述平衡活塞的運(yùn)動(dòng)打開和關(guān)閉所述平衡端口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述XovrE閥包括桿，所述桿在遠(yuǎn)端處具有圓盤形提升頭部，所述提升頭部能夠與膨脹汽缸入口閥座接合并具有面向所述跨接通道開放的內(nèi)表面；禾口所述流體壓力平衡裝置是在所述提升閥的所述桿上的平衡活塞，并能夠在連接到所述跨接通道并從所述跨接通道延伸的汽缸凹陷中活動(dòng)；所述平衡活塞具有面向所述跨接通道開放的內(nèi)表面和與所述汽缸凹陷一起限定平衡室的外表面，所述平衡室經(jīng)由平衡端口與所述膨脹汽缸流體連通，以平衡作用在所述提升頭部上的所述跨接通道中的流體壓力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括用于控制通過所述平衡端口的流動(dòng)的在所述平衡端口中的控制閥。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述控制閥在至少一部分的燃燒過程期間關(guān)閉。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括由另一控制閥控制的另外的平衡端口 ，所述另外的平衡端口在所述平衡室與所述跨接通道之間提供流體連通。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述另一控制閥在所述膨脹活塞的排放沖程期間關(guān)閉，在所述膨脹活塞的膨脹沖程期間打開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述XovrE閥包括桿，所述桿在遠(yuǎn)端處具有圓盤形提升頭部，所述提升頭部能夠與膨脹汽缸入口閥座接合并具有面向所述跨接通道開放的內(nèi)表面；禾口所述流體壓力平衡裝置是在所述提升閥的所述桿上的平衡活塞，并能夠在連接到所述跨接通道并從所述跨接通道延伸的汽缸凹陷中活動(dòng)；所述平衡活塞具有面向跨接通道開放的內(nèi)表面和與所述汽缸凹陷一起限定所述平衡室的外表面，所述平衡室通過一體地合并到所述提升闊中的平衡端口與所述膨脹汽缸流體連通，以平衡作用在所述提升頭部上的所述跨接通道中的流體壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述平衡端口軸向延伸經(jīng)過所述閥頭和閥桿，并包括在所述膨脹汽缸與所述平衡室之間提供流體連通的側(cè)向開口。
全文摘要
分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)包括可圍繞曲柄軸軸線旋轉(zhuǎn)的曲柄軸。壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在壓縮汽缸內(nèi)并操作連接到曲柄軸，使得在曲柄軸的單次旋轉(zhuǎn)期間，壓縮活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程。膨脹活塞可滑動(dòng)地容納在膨脹汽缸內(nèi)，并操作連接到曲柄軸，使得在曲柄軸的單次旋轉(zhuǎn)期間，膨脹活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過膨脹沖程和排放沖程?？缃油ǖ老嗷ミB接膨脹與壓縮汽缸。該跨接通道包括跨接壓縮(XovrC)和跨接膨脹(XovrE)閥，在其間確定了壓力室。XovrC與XovrE閥至少之一是平衡閥。流體壓力平衡裝置偏轉(zhuǎn)該閥，用于平衡沿打開和關(guān)閉方向作用在閥上的流體壓力，減小致動(dòng)閥所需的力。
文檔編號(hào)F02B75/20GK101779019SQ200880025527
公開日2010年7月14日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者史蒂芬·P·史古德利, 理查德·美爾德雷斯 申請人:史古德利集團(tuán)有限責(zé)任公司