均分循环发动机活塞中的新月形凹口.pdf

1、10申请公布号CN102066712A43申请公布日20110518CN102066712ACN102066712A21申请号201080001924322申请日2010032961/167,27020090407US61/169,39520090415US12/722,50020100311USF02B3/0620060171申请人史古德利集团有限责任公司地址美国马萨诸塞72发明人福特菲利普斯74专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人孙纪泉54发明名称均分循环发动机活塞中的新月形凹口57摘要本发明提供均分循环发动机膨胀活塞顶部或冠部中的凹口，以用于改善燃料在膨胀/动力汽缸中

2、的分布，而改善火花塞上的空气/燃料比。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010122386PCT申请的申请数据PCT/US2010/0290292010032987PCT申请的公布数据WO2010/117713EN2010101451INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书10页附图5页CN102066722A1/3页21一种发动机10，包括曲轴16，其可绕曲轴轴线17转动；膨胀汽缸14，包括中心线轴线62；膨胀活塞30，其可滑动地容纳在所述膨胀汽缸14内且可操作地连接至所述曲轴16，从而所述膨胀活塞30可操作以在所述曲轴16的单次转动期间往复通

3、过膨胀冲程和排气冲程，所述膨胀活塞30包括顶表面50和外周界74；汽缸盖33，其设置在所述膨胀汽缸14上，从而所述汽缸盖33的底表面52面向所述膨胀活塞30的所述顶表面50，所述汽缸盖33包括设置在其中的交叉通道出口27和排气口入口53，所述排气口入口53和所述交叉通道出口27每一个均邻近所述膨胀汽缸14；交叉通道22，其经由所述交叉通道出口27将高压气体源12/20连接至所述膨胀汽缸14；交叉膨胀阀XOVRE阀26，其设置在所述交叉通道出口27中，所述XOVRE阀26可操作以允许在所述膨胀冲程的一部分期间在所述交叉通道22与所述膨胀汽缸14之间流体连通；排气阀34，其设置在所述排气口入口53

4、中，所述排气阀34可操作以允许在所述排气冲程的一部分期间经由所述排气口入口31到所述膨胀汽缸14或从所述膨胀汽缸14流体连通；凹口60，其设置在所述膨胀活塞30的所述顶表面50中，所述凹口60包括底表面64；膨胀活塞间隙80，其为当所述膨胀活塞30处于其上死点TDC位置时所述膨胀活塞30的所述顶表面50与所述汽缸盖33的所述底表面52之间沿着平行于所述中心线轴线62的线的最短距离；凹口深度82，其为所述凹口60的所述底表面64与所述膨胀活塞30的所述顶表面50之间的沿平行于所述中心线轴线62的线的最短距离；膨胀比，其为当所述膨胀活塞处于其下死点BDC位置时所述膨胀汽缸中的封闭容积与当所述膨胀活

5、塞处于其TDC位置时所述膨胀汽缸中的封闭容积的比；其中，所述凹口60的一部分与所述交叉通道出口27的一部分重叠；其中，所述排气口入口31的一部分不与所述凹口60的任何部分重叠；且其中，所述凹口深度82是在所述膨胀活塞间隙80的10到30倍之间。2如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述膨胀比至少为201，优选至少为301，更优选至少为401。3如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述发动机10可操作以当所述膨胀活塞30从其TDC位置向其BDC位置下降时在所述膨胀汽缸14中开始燃烧事件，优选在经过所述膨胀活塞30的TDC位置后曲轴16转动10与25度之间，更优选在经过所述膨胀活塞30

6、的TDC位置后曲轴16转动10与20度之间时开始燃烧事件。4如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述凹口60没有任何部分与所述排气口入口31的任何部分重叠。5如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述凹口60的部分与至少一个点权利要求书CN102066712ACN102066722A2/3页3火装置32重叠，优选与至少两个点火装置32重叠。6如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述凹口深度82是在所述膨胀活塞间隙80的20到30倍之间。7如权利要求1所述的发动机10，其特征在于，所述排气口入口31的总面积的20或更少，优选10或更少，与所述凹口60重叠。8一种发动机10，包括曲

7、轴16，其可绕曲轴轴线17转动；膨胀汽缸14，包括中心线轴线62；膨胀活塞30，其可滑动地容纳在所述膨胀汽缸14内且可操作地连接至所述曲轴16，从而所述膨胀活塞30可操作以在所述曲轴16的单次转动期间往复通过膨胀冲程和排气冲程，所述膨胀活塞30包括顶表面50和外周界74；汽缸盖33，其设置在所述膨胀汽缸14上，从而所述汽缸盖33的底表面52面向所述膨胀活塞30的所述顶表面50，所述汽缸盖33包括设置在其中的交叉通道出口27和排气口入口53，所述排气口入口53和所述交叉通道出口27每一个均邻近所述膨胀汽缸14；交叉通道22，其经由所述交叉通道出口27将高压气体源12/20连接至所述膨胀汽缸14；

8、交叉膨胀阀XOVRE阀26，其设置在所述交叉通道出口27中，所述XOVRE阀26可操作以允许在所述膨胀冲程的一部分期间在所述交叉通道22与所述膨胀汽缸14之间流体连通；排气阀34，其设置在所述排气口入口53中，所述排气阀34可操作为允许在所述排气冲程的一部分期间经由所述排气口入口31到所述膨胀汽缸14或从所述膨胀汽缸14流体连通；凹口60，其设置在所述膨胀活塞30的所述顶表面50中，所述凹口60包括底表面64；膨胀活塞间隙80，其为当所述膨胀活塞30处于其上死点TDC位置时在所述膨胀活塞30的所述顶表面50与所述汽缸盖33的所述底表面52之间沿着平行于所述中心线轴线62的线的最短距离；凹口深度

9、82，其为在所述凹口60的所述底表面64与所述膨胀活塞30的所述顶表面50之间的沿平行于所述中心线轴线62的线的最短距离；膨胀比，其为当所述膨胀活塞处于其下死点BDC位置时所述膨胀汽缸中的封闭容积与当所述膨胀活塞处于其TDC位置时所述膨胀汽缸中的封闭容积的比；其中，所述膨胀比至少为201；且其中，所述凹口深度82大于或等于所述膨胀活塞间隙80。9如权利要求8所述的发动机10，其特征在于所述凹口60的一部分与所述交叉通道出口27的一部分重叠；且所述排气口入口31的一部分不与所述凹口60的任何部分重叠。10如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述凹口深度82是在所述膨胀活塞间隙80的10到3

10、0倍之间，优选在20到30倍之间。权利要求书CN102066712ACN102066722A3/3页411如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述膨胀比为至少301，优选为至少401。12如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述发动机10可操作为当所述膨胀活塞30从其TDC位置向其BDC位置下降时在所述膨胀汽缸14中开始燃烧事件，并优选在经过所述膨胀活塞30的TDC位置后曲轴16转动10与20度之间时开始燃烧事件。13如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述凹口60没有任何部分与所述排气口入口31的任何部分重叠。14如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述凹口60的部分

11、与至少一个点火装置32重叠，优选与至少两个点火装置32重叠。15如权利要求8所述的发动机10，其特征在于，所述排气口入口31总面积的20或更少，优选10或更少，与所述凹口60重叠。权利要求书CN102066712ACN102066722A1/10页5均分循环发动机活塞中的新月形凹口技术领域0001本发明大致涉及一种活塞顶部的凹口。尤其是，本发明涉及一种在均分循环发动机的膨胀活塞的顶部中的新月形凹口。背景技术0002为清楚起见，本申请中使用的术语“传统发动机”是指这样一种内燃机，其中在发动机的每个活塞/汽缸组合中包含著名的奥托循环的所有四个冲程进气、压缩、膨胀和排气冲程。每个冲程需要曲轴一半旋转

12、180度曲柄角，CA，而且需要曲轴两个完整旋转720度，CA以在传统发动机每个汽缸中完成完整的奥托循环。0003又，为清楚起见，对术语“均分循环发动机”采用了如下定义，这种定义可以应用于现有技术中揭示的发动机，也可以指本申请中的发电机。0004均分循环发动机包括0005可绕曲轴轴线转动的曲轴；0006压缩活塞，其可滑动地容纳在压缩汽缸内且可操作地连接至曲轴，以使得压缩活塞在曲轴单次转动期间往复通过进气冲程和压缩冲程；0007膨胀动力活塞，其可滑动地容纳在膨胀汽缸内且可操作地连接至曲轴，以使得膨胀活塞在曲轴单次转动期间往复通过膨胀冲程和排气冲程；以及0008交叉通道，其使压缩汽缸和膨胀汽缸互连，

13、所述交叉通道包括在其间限定了压力腔的交叉压缩XOVRC阀和交叉膨胀XOVRE阀。0009在2003年4月8日授予CARMELOJSCUDERI的美国专利6,543,225SCUDERI专利以及在2005年10月11日授予DAYIDPBRANYON等人的美国专利BRANYON专利6,952,923每一个都包括对均分循环和相似类型发动机的详细论述。另外，SCUDERI和BRANYON专利揭示了现有发动机型号的细节，本发明包括对上述发动机的进一步改进。SCUDERI和BRANYON专利全文都以引用的方式并入本文中。0010参照图1，与在BRANYON和SCUDERI专利中描述的那些发动机类型相似的现

14、有技术均分循环发动机整体以附图标记8示出。均分循环发动机8用一个压缩汽缸12和一个膨胀汽缸14的组合代替传统发动机的两个相邻汽缸。汽缸盖33通常设置在膨胀和压缩汽缸12、14的开口端上以覆盖和密封汽缸。0011奥托循环的四个冲程在两个汽缸12和14上“均分”，以使得压缩汽缸12以及它的相关压缩活塞20执行进气和压缩冲程，而膨胀汽缸14以及它的相关膨胀活塞30执行膨胀和排气冲程。因此，每一次曲轴16绕曲轴轴线17旋转360度CA，则在两个汽缸12、14中完成奥托循环。0012在进气冲程期间，进气通过设置在汽缸盖33中的进气口19被吸入压缩汽缸12中。向内打开向汽缸内打开的提升阀进气阀18控制进气

15、口19与压缩汽缸12之间的流体连通。0013在压缩冲程期间，压缩活塞20对充气加压并将充气驱动进交叉通道或口22说明书CN102066712ACN102066722A2/10页6中，交叉通道22通常设置在汽缸盖33中。这就意味着压缩汽缸12和压缩活塞20是到交叉通道22的高压气体源，交叉通道22充当膨胀汽缸14的进气通道。在一些实施例中，两个或两个以上交叉通道22使压缩汽缸12和膨胀汽缸14互连。0014均分循环发动机8且通常用于均分循环发动机的压缩汽缸12的容积压缩比在本文中称为均分循环发动机的“压缩比”。均分循环发动机8且通常用于均分循环发动机的膨胀汽缸14的容积压缩比在本文中称为均分循环

16、发动机的“膨胀比”。汽缸容积压缩比在本领域中熟知为当在其中往复运动的活塞处于其下死点BDC位置时汽缸包括所有凹处中的封闭捕获容积与当所述活塞处于其上死点TDC位置时汽缸中的封闭容积也就是余隙容积的比。特别对于本文限定的均分循环发动机而言，当XOVRC阀关闭时，确定了压缩汽缸的压缩比。也特别针对本文限定的均分循环发动机而言，当XORVE阀关闭时，确定了膨胀汽缸的膨胀比。0015由于非常高的压缩比例如401、801或更高，在交叉通道进口25处的向外打开远离汽缸向外打开的提升阀交叉压缩XOVRC阀24用来控制从压缩汽缸12到交叉通道22内的流动。由于非常高的膨胀比例如401、801或更高，在交叉通道

17、22的出口27处的向外打开的提升阀交叉膨胀XOVRE阀26控制从交叉通道22到膨胀汽缸14内的流动。如下文更详细论述的那样，定时XOVRC和XOVRE阀24、26的致动率和相位调整，以在奥托循环的所有四个冲程期间将交叉通道22中的气压维持在高的最小压力在全负载运行过程中通常为20巴绝对值或更高。0016对应于XOVRE阀26打开，至少一个燃料喷射器28在交叉通道22的出口端将燃料喷射进加压空气中，上述阀打开在膨胀活塞30到达其上死点位置不久前出现。空气/燃料填料通常在膨胀活塞30到达其上死点TDC位置后不久进入膨胀汽缸14，虽然它在某些运行状况下可稍微在TDC前开始进入。当活塞30开始从它的上

18、死点位置下降时，且当XOVRE阀26仍打开时，包括突入到汽缸14内的火花塞尖端39的火花塞32点火，以点起在绕火花塞末端39周围的区域中的燃烧。当膨胀活塞在越过其上死点TDC位置1到30度CA之间时，可开始燃烧。更优选地，当膨胀活塞在越过其上死点TDC位置5到25度CA之间时，可开始燃烧。还更优选地，当膨胀活塞越过其上死点TDC位置10到25度CA之间时，可开始燃烧。更优选地，当膨胀活塞在越过其上死点TDC位置10到20度CA之间时，可开始燃烧。另外，可通过其他点火装置和/或方法诸如利用电热塞、微波点火装置或通过压缩点火方法开始燃烧。0017当开始燃烧后，但在最终的燃烧事件能进入交叉通道22之

19、前，XOVRE阀26关闭。燃烧事件在动力冲程中将膨胀活塞30向下驱动。0018在排气冲程期间，排气通过设置在汽缸盖33中的排气口35泵送出膨胀汽缸14。设置在排气口35的进口31中的向内开口的提升阀排气阀34控制膨胀汽缸与排气口35之间的流体连通。排气阀34和排气口35与交叉通道22分离。也就是说，排气阀34和排气口35不与交叉通道22接触。0019利用均分循环发动机概念，压缩汽缸12和膨胀汽缸14的发动机几何参数亦即孔径、冲程、连接杆长度、容积压缩比等通常相互独立。举例而言，压缩汽缸12和膨胀汽缸14的曲柄行程36、38分别可具有不同半径，且相位可相互隔开，从而膨胀活塞30的上死点TDC在压

20、缩活塞20的TDC之前出现。这种独立会使均分循环发动机8比典型的四冲说明书CN102066712ACN102066722A3/10页7程发动机，潜在地实现更高的效率水平和更大的扭矩。0020均分循环发动机8中发动机参数的几何独立也是如上文论述的那样在交叉通道22中能维持压力的主要原因之一。具体地说，在压缩活塞经过离散的相位角通常在10到30曲柄角度数之间到达其上死点位置之前，膨胀活塞30到达其上死点位置。这个相位角以及XOCRC阀24与XOVRE阀26的恰当定时一起，使均分循环发动机8在它的压力/容积循环的所有四个冲程期间能够将交叉通道22中的压力维持在高的最小压力在全负载运行过程中通常为20

21、巴绝对值或更高。也就是说，均分循环发动机8可操作为定时XOVRC阀24和XOVRE阀26，使得XOVRC和XOVRE阀都打开了一段实质性时期或曲柄转动周期，在这期间膨胀活塞30从它的TDC位置朝向它的BDC位置下降，而压缩活塞20同时从它的BDC位置朝向它的TDC位置上升。在交叉阀24、26都打开的时期或曲柄转动期间，基本相同质量的气体从压缩汽缸12传输1到交叉通道22中且2从交叉通道22传输到膨胀汽缸14中。因此，在此期间，交叉通道中的压力被防止跌落到预定最小压力在全负载运行过程中通常为20、30或40巴绝对值或更高。此外，在进气和排气冲程的实质部分通常为整个进气和排气冲程的90或更大期间，

22、XOVRC阀24和XOVRE阀26两者都关闭以将交叉通道22中捕获的气体质量维持在大体恒定的水平。结果，在发动机的压力/容积循环的所有四个冲程期间，交叉通道20中的压力被维持在预定的最小压力。0021出于本文中的目的，在膨胀活塞30从TDC下降且压缩活塞20向TDC上升的同时打开XOVRC阀24和XOVRE阀26，以将基本相同的气体质量传输进和传输出交叉通道22的方法，在本文中称为气体传输的推拉方法。当发动机在全负载下运行时，推拉方法使均分循环发动机8的交叉通道22中的压力能够在发动机循环的所有四个冲程期间通常维持在20巴或更高。0022如上文中论述的那样，排气阀34设置在汽缸盖33的排气口3

23、5中并与交叉通道22分开。优选地，排气阀34的结构配置不设置在交叉通道22中，因此排气阀不会与交叉通道22共享任何共用部分，从而在排气冲程期间维持交叉通道22中捕获的气体质量。因此，防止了大循环压力降，这种压力降可能使交叉通道中的压力低于预定最小压力。0023尤其分别利用平顶压缩活塞20和平顶膨胀活塞30，实现了压缩汽缸12内的高压缩比以及膨胀汽缸14内的高膨胀比。也就是说，在现有技术均分循环发动机中，压缩活塞20和膨胀活塞30的顶部或顶表面亦即，面向汽缸盖33的大致圆形侧大体上是平坦表面。汽缸盖33也通常具有面向压缩汽缸12和膨胀汽缸14中每一个的平坦底表面亦即，汽缸盖33的面向压缩和膨胀活

24、塞顶表面的表面，从而当活塞20、30分别处于其上死点TDC位置时，这些汽缸中的容积被最小化。0024XOVRE阀26在膨胀活塞30到达其上死点位置不久前打开。此时，由于交叉通道22中的最小压力通常为20巴绝对值或更高，而排气冲程期间膨胀汽缸中的压力通常为约12巴绝对值，因此交叉通道22中压力与膨胀汽缸14中压力的压力比较高。换言之，当XOVRE阀26打开时，交叉通道22中的压力明显比膨胀汽缸14中的压力更高通常约201或更大。此高压比会导致空气和/或燃料填料开始高速流入膨胀汽缸14中。这些高速流可达到声速，被称为声速流。此声速流对均分循环发动机8尤其有利，因为它导致了快速燃烧事件，这使得即使在

25、膨胀活塞30从它的上死点位置下降时开始点火的情况下，均分循环发动机8也能维持高燃烧压力。说明书CN102066712ACN102066722A4/10页80025然而，进入膨胀汽缸14内的高速且尤其是声速流形成压力波，这会移动穿过膨胀活塞30的顶表面的空气/燃料填料。压力波可导致膨胀汽缸14的壁处或附近的压力和/或温度峰值。此压力和/或温度峰值可具有负面效应，诸如导致在火花点火之前提早指示空气/燃料填料亦即，预点火。因为排气阀34具有膨胀汽缸14中的最热表面之一，所以如果压力阀峰值靠近排气阀34，那么预点火风险可加重。因此，需要在均分循环发动机中引导压力波所携带的空气/燃料填料，以使得任何压力

26、和/或温度峰值不会导致预点火。0026参照图2，示出了当均分循环发动机8的膨胀活塞30大约处于其上死点位置时XOVRE阀26的位置。XOVRE阀26包括大致盘形阀头40，大致圆柱形阀头杆部41从阀头40向外伸出。当活塞30达到其TDC位置时，XOVRE阀26的头部40在汽缸盖33中升高到其闭合或坐落位置上。帘区42和44是流体可流经的局部最小截面区。换言之，帘区42和44是当膨胀活塞30处于或靠近其上死点位置时最可能限制交叉通道42与膨胀汽缸14之间的空气/燃料流动的区域。0027从交叉通道22流入膨胀汽缸14内的空气/燃料填料必须经过帘区42，所述帘区42在XOVRE阀26的头部40与汽缸盖

27、33之间成截头圆锥形下文简称“截锥”形。从交叉通道22流入膨胀汽缸14的大多数空气/燃料填料也必须经过膨胀活塞30与汽缸盖33之间的圆柱形帘区44。截锥形帘区42与交叉通道22的出口27之间的区域已知为XOVRE阀26的阀口袋46。更具体地说，阀口袋46是XOVRE阀26的头部40、汽缸盖33、截锥形帘区42和交叉通道22的出口27所围的区域。0028当膨胀活塞30处于或靠近其上死点位置时，膨胀活塞间隙48亦即，膨胀活塞30的顶表面50与汽缸盖33的底表面或点火板52之间的间隙深度，该底表面面向膨胀汽缸14内部可以是非常小，例如10、09、08、07或06毫米，或更小。XOVRE阀26远离其坐

28、落位置打开的距离已知为XOVRE阀26的阀升程。明显地，膨胀活塞间隙48可与XOVRE阀26阀升程相当或甚至比之更小。这就意味着，圆柱形帘区44在面积上可与截锥形帘区42相当或甚至比之更小。这个小圆柱形帘区44可导致实质性的压力降和流量的减少。换言之，当圆柱形帘区44在面积上与截锥形帘区42相当时，圆柱形帘区44可防止适当量的空气/燃料填料在适当的时间界限内进入膨胀汽缸14。当圆柱形帘区44小于截锥形帘区42时，这种情况尤为突出，因为这种情况下，当膨胀活塞30处于或靠近上死点时，圆柱形帘区44是从交叉通道22到膨胀汽缸14内的空气/燃料流中最有限制性的区域。0029上述压力降和/或流量减少是有

29、问题的，因为它们会降低发动机效率。因此，需要增大在均分循环发动机汽缸盖与膨胀活塞之间形成的帘区44的大小，只要这样做而产生的效率增加大于膨胀汽缸中导致的膨胀比下降所引发的效率损失就可以。0030XOVRE阀26必须达到充分提升，从而相对于传统汽缸而言在非常短的曲柄16转动通常在约30至60度CA范围内时期内完全传输空气/燃料填料，这通常会在180至220度CA内致动阀。这就意味着，XOVRE阀26的致动必须比传统发动机阀快4到6倍。与XOVRE阀26致动定时为同步，燃料被喷射到交叉通道22的出口端内。火花塞32点火以在之后立刻启动燃烧优选在膨胀活塞30的上死点后1到30度CA之间，更优选在膨胀

30、活塞30的上死点后5到25度CA之间，最优选在膨胀活塞30的上死点之后10到20度CA之间。说明书CN102066712ACN102066722A5/10页90031鉴于上述限制，空气/燃料混合以及贯穿膨胀汽缸14的分布必须在非常短的时期或曲柄转动内进行。燃料贯穿膨胀汽缸14的合适分布以及火花塞32上优选空气/燃料比应该导致点火的改善，并导致更多可用燃料燃烧。因此，需要引导均分循环发动机中的燃料分布以贯穿膨胀汽缸适当地分布燃料，并改善火花塞上的空气/燃料比。发明内容0032对于上述的引导压力波、增大膨胀活塞与汽缸盖之间的帘区大小以及引导均分循环发动机中的燃料分布等问题，本发明提供了解决方案。具

31、体地说，本发明通过在均分循环发动机膨胀活塞顶部中设置凹口而解决这些问题。0033本发明的一个示例性实施例通过提供一种发动机10而实现了这些和其他优点，该发动机10包括0034曲轴16，其可绕曲轴轴线17转动；0035膨胀汽缸14，包括中心线轴线62；0036膨胀活塞30，其可滑动地容纳在膨胀汽缸14内且可操作地连接至曲轴16，从而膨胀活塞30可操作为在曲轴16的单次转动期间往复通过膨胀冲程和排气冲程，膨胀活塞30包括顶表面50和外周界74；0037汽缸盖33，其设置在膨胀汽缸14上，从而汽缸盖33的底表面52面向膨胀活塞30的顶表面50，汽缸盖33包括设置在其中的交叉通道出口27和排气口入口5

32、3，排气口入口53和交叉通道出口27每一个均邻近膨胀汽缸14；0038交叉通道22，其经由交叉通道出口27将高压气体源12/20连接至膨胀汽缸14；0039向外打开的交叉膨胀阀XOVRE阀26，其设置在交叉通道出口27中，XOVRE阀26可操作为允许在膨胀冲程一部分期间交叉通道22与膨胀汽缸14之间流体连通；0040排气阀34，其设置在排气口入口53中，排气阀34可操作为允许在排气冲程一部分期间经由排气口入口31到或从膨胀汽缸14流体连通；0041凹口60，其设置在膨胀活塞30的顶表面50中，凹口60包括底表面64；0042膨胀活塞间隙80，其为当膨胀活塞30处于其上死点TDC位置时在膨胀活塞

33、30的顶表面50与汽缸盖33的底表面52之间沿着平行于中心线轴线62的线的最短距离；0043凹口深度82，其为在凹口60的底表面64与膨胀活塞30的顶表面50之间的沿平行于中心线轴线62的线的最短距离；0044其中，凹口60的一部分与交叉通道出口27的一部分重叠；0045其中，排气口入口31的一部分不与凹口60的任何部分重叠；且0046其中，凹口深度82是在膨胀活塞间隙80的10到30倍之间。0047膨胀比可以至少为201，优选至少为301，更优选为至少401。发动机10可操作为当膨胀活塞30从其TDC位置向其BDC位置下降时在膨胀汽缸14中开始燃烧事件，优选在经过所述膨胀活塞30的TDC位置

34、后曲轴16转动10与25度之间，且说明书CN102066712ACN102066722A6/10页10优选在经过所述膨胀活塞30的TDC位置后曲轴16转动10与20度之间。凹口60没有任何部分与排气口入口31的任何部分重叠。凹口60的部分可与至少一个点火装置32重叠，优选与至少两个点火装置32重叠。凹口深度82可以是膨胀活塞间隙80的20到30倍。排气口入口31的总面积的20或更少，优选10或更少，可与凹口60重叠。0048在本发明的另一个示例性实施例中，发动机10包括0049曲轴16，其可绕曲轴轴线17转动；0050膨胀汽缸14，包括中心线轴线62；0051膨胀活塞30，其可滑动地容纳在膨胀

35、汽缸14内且可操作地连接至曲轴16，从而膨胀活塞30可操作为在曲轴16的单次转动期间往复通过膨胀冲程和排气冲程，膨胀活塞30包括顶表面50和外周界74；0052汽缸盖33，其设置在膨胀汽缸14上，从而汽缸盖33的底表面52面向膨胀活塞30的顶表面50，汽缸盖33包括设置在其中的交叉通道出口27和排气口入口53，排气口入口53和交叉通道出口27每一个均邻近膨胀汽缸14；0053交叉通道22，其经由交叉通道出口27将高压气体源12/20连接至膨胀汽缸14；0054交叉膨胀阀XOVRE阀26，其设置在交叉通道出口27中，XOVRE阀26可操作为允许在膨胀冲程一部分期间交叉通道22与膨胀汽缸14之间流

36、体连通；0055排气阀34，其设置在排气口入口53中，排气阀34可操作为允许在排气冲程一部分期间经由排气口入口31到或从膨胀汽缸14流体连通；0056凹口60，其设置在膨胀活塞30的顶表面50中，凹口60包括底表面64；0057膨胀活塞间隙80，其为当膨胀活塞30处于其上死点TDC位置时在膨胀活塞30的顶表面50与汽缸盖33的底表面52之间沿着平行于中心线轴线62的线的最短距离；0058凹口深度82，其为在凹口60的底表面64与膨胀活塞30的顶表面50之间的沿平行于中心线轴线62的线的最短距离；0059膨胀比，其为当膨胀活塞处于其下死点BDC位置时膨胀汽缸中的封闭容积与当膨胀活塞处于其TDC位

37、置时膨胀汽缸中的封闭容积的比；0060其中，膨胀比至少为201；且0061其中，凹口深度82大于或等于膨胀活塞间隙80。0062凹口60的一部分可与交叉通道出口27的一部分重叠，且排气口入口31的一部分不与凹口60的任何部分重叠。凹口深度82可以是膨胀活塞间隙80的10到30倍之间，优选在20到30倍之间。膨胀比可以为301，优选至少为401。发动机10可操作为当膨胀活塞30从其TDC位置向其BDC位置下降时在膨胀汽缸14中开始燃烧事件，优选在经过所述膨胀活塞30的TDC位置后曲轴16转动10与20度之间。凹口60没有任何部分与排气口入口31的任何部分重叠。凹口60的部分可与至少一个点火装置3

38、2重叠，优选与至少两个点火装置32重叠。排气口入口31总面积的20或更少，优选10或更少，可与凹口60重叠。说明书CN102066712ACN102066722A7/10页110063从下文对本发明的详细描述，以及参考附图，将更充分理解本发明的这些和其他优点。附图说明0064图1是现有技术均分循环发动机的示例性实施例的横截面图；0065图2是当膨胀活塞处于其上死点TDC位置时图1的交叉膨胀阀XOVRE的横截面图；0066图3是根据本发明的均分循环发动机的膨胀汽缸的透视部分剖切图；0067图4是图3的均分循环发动机组件在与均分循环发动机膨胀汽缸中心轴线垂直的投影平面上的正交投影图；和0068图5

39、是图3的均分循环发动机的膨胀汽缸的侧视图。具体实施方式0069图3、4和5示出了根据本发明的均分循环发动机10的示例性实施例的多个视图或投影。均分循环发动机10与图1和2中示出且描述的现有技术均分循环发动机8相似。因此，出于对均分循环发动机8和10进行比较的目的，相同的附图标记表示相同的组件。0070根据本发明，示例性均分循环发动机10包括设置在膨胀活塞30顶表面50中的创新凹口60。如本文将更详细描述的那样，凹口60通过缓解交叉通道22与膨胀汽缸14之间的流动限制而提高了从交叉通道22到膨胀汽缸14的流动。此外，凹口60大致沿火花塞32的方向引导空气/燃料混合物，且大体上引导空气/燃料混合物

40、流远离排气阀34并远离膨胀汽缸14的汽缸壁。另外，凹口60增加了在膨胀活塞30与汽缸盖33之间形成的圆柱形帘区44，而不会使膨胀比下降到足以超过所导致的流动提高的好处的程度。0071图3是示例性均分循环发动机10的膨胀汽缸的透视的部分剖切图。均分循环发动机10包括两个交叉通道22。这两个交叉通道22中的每一个都包括图1所示类型的XOVRC阀24，其控制压缩汽缸12最佳如图1所示与交叉通道22之间通过交叉通道入口25最佳如图1所示的流体连通。这两个交叉通道22中的每一个进一步包括XOVRE阀26，其控制交叉通道22与膨胀汽缸14之间通过交叉通道出口27的流体连通。两个XOVRE阀26中的每一个都

41、包括阀头40和阀杆41。0072均分循环发动机10还包括一对点火装置在此例中为火花塞32，上述点火装置每一个都设置在汽缸盖33中。点火装置32中的每一个都包括点火装置尖端39，其是每个点火装置32的伸进膨胀汽缸14中并产生开始燃烧过程所需要的能量的那一部分。更具体的说，在此例中，火花塞尖端39通常包括一或多个侧或接地电极。火花塞尖端39通常还包括中心电极43最佳如图4所示，其设计成喷射电子或阴极，从而开始燃烧事件。其他实施例可利用除了点火塞32以外的点火方法或装置。例如，其他实施例可利用电热塞、微波点火装置、用于柴油机燃烧其中不需要点火装置的压缩点火方法或任何其他适当的点火方法或装置。0073

42、汽缸盖33包括单个排气口35，该排气口35具有设置在单个排气口35的入口31中的排气阀34。大致新月形的凹口60设置在膨胀活塞30的顶表面50中。膨胀汽缸14的中心线轴线62垂直延伸穿过膨胀汽缸14的中心，并且是动作线，膨胀活塞30往复通过所说明书CN102066712ACN102066722A8/10页12述动作线。0074图4是均分循环发动机10的组件在垂直于膨胀汽缸14的中心线轴线62的任何投影平面上的正交投影图。在示例性实施例中，这个投影平面与膨胀活塞30的顶表面50平行或大体平行。0075凹口60包括底表面64，其大致沿着垂直于中心线轴线62的平面。凹口60包括垂直延伸的壁68在图5

43、中最清楚地示出。凹口60包括整体连接底表面64与垂直延伸壁68的弯曲过渡部分66最佳如图5所示。垂直延伸壁68包括凹边缘部分70和凸边缘部分72。0076顶表面50通常是平的并且是沿着大体垂直于膨胀汽缸14的中心线轴线62的平面。顶表面50包括大致圆形的外周界。顶表面50进一步包括设置在1顶表面50的外周界74与2凹口60的壁68的凸边缘部分72之间的边界区域76。0077出于本文所述的目的，例如凹口、出口、通道、表面、周界、边界区域、边缘部分、过渡部分、壁、阀、火花塞、活塞等第一组件或其一部分与第二组件或其一部分在第一组件或其一部分与第二组件或其一部分在任何上述投影平面中共用相同坐标时“重叠

44、”。在图4中详细描述了彼此重叠的均分循环发动机10的组件或其部分。0078每个交叉通道22的交叉通道出口27的部分与凹口60的部分重叠。更具体的说，出口27的部分与底表面64、过渡部分66和壁68每一个的部分重叠。每个交叉通道22的出口27的部分也与顶表面50的部分重叠。更具体的说，每个出口27的部分与顶表面50的边界区域76的部分重叠。0079排气口35的入口31与膨胀活塞30的顶表面50的一部分重叠。然而，入口31没有任何部分与凹口60的任何部分重叠。在其他实施例中，可允许凹口60的一部分与入口31的一部分之间有一些少量重叠。举例而言，可允许排气口35的入口31的总面积的25、20、15、

45、10或更少与凹口60重叠。然而，在这个备选实施例中，本领域普通技术人员将认识到防止设置在入口31中的排气阀35的最热的部分通常为排气阀35的中心和/或入口31的中心与凹口60的任何部分重叠的愿望。0080每个点火装置32的至少一部分与凹口60的部分重叠。更优选地，每个点火装置尖端39整体与凹口60重叠。具体地说，在本例中，每个火花塞尖端39整体与凹口60重叠。更优选地，每个中心电极43整体与凹口60重叠。在利用火花塞以外的点火方法或点火装置的其他实施例中，本领域普通技术人员将认识到提供凹口60一部分与燃烧开始的区域之间的重叠的愿望。0081参照图5，示出了当膨胀活塞30位于其上死点TDC位置时

46、膨胀汽缸14和一些周围的组件例如两个交叉通道22中的一个的侧视图。膨胀活塞间隙80是当膨胀活塞处于其TDC位置时膨胀活塞30的顶表面50与汽缸盖33的底表面或点火板52之间的最短间隙距离沿平行于膨胀汽缸14的中心线轴线62的线测得。示例性实施例中的膨胀活塞间隙80优选非常小例如10、09、08、07、06毫米或更小。0082凹口深度82是凹口60的底表面64与膨胀活塞30的顶表面50之间的最短距离沿平行于膨胀汽缸14的中心线轴线62的线测得。为了增大圆柱形帘区44的大小并显著减小交叉通道22与膨胀汽缸14之间的流动限制，凹口深度82优选设计成等于或大于膨胀活塞间隙80的一半05倍。更优选地，凹

47、口深度82等于或大于膨胀活塞间隙80的1说明书CN102066712ACN102066722A9/10页13倍、2倍、25倍或3倍。然而，需要特别注意的是，凹口深度82必须保持足够小，而使得由于凹口深度82增加而产生的效率增加大于由引起的膨胀比减小导致的效率损失。优选地，凹口深度82应足够小，以提供201或更大的膨胀比，优选301或更大的膨胀比，最好401或更大的膨胀比。0083具有为活塞间隙80的一倍或多倍的凹口深度82同时保持至少201或更大的膨胀比的组合，仅仅在下述情况是可能的，所述下述情况为倘若凹口60不设置在活塞30中时膨胀比将变得非常大，例如是401、801或更大。难以在传统发动机

48、中实现这些大膨胀比，因为必须维持实质性的余隙容积，从而在传统发动机活塞抵达TDC之前适当开始燃烧。然而，均分循环发动机10利用气体传输推拉方法如上文所述，以使得在膨胀活塞抵达TDC后燃烧能够开始。因此，在均分循环发动机10中不再需要膨胀汽缸14中的大余隙容积，因此可实现201、401或更大的膨胀比，甚至在凹口60深度设置在活塞30中也是如此。0084图5中最佳示出了凹口60的弯曲过渡部分66以及垂直延伸壁68。另外，先前描述的出口27的部分与均分循环发动机10的其他各种组件之间的重叠可在此侧视图中更详细地看到。顶表面50的边界区域76的一部分示出为与交叉通道22的出口27的一部分重叠。有利地，

49、当膨胀活塞30处于或靠近TDC时，边界区域76与出口27之间的重叠创建了流动限制，所述流动限制倾向于引导流远离膨胀汽缸14的壁并朝向火花塞32。又，凹口60的底表面64、弯曲过渡部分66和垂直延伸壁68的部分示出为与交叉通道的出口27的部分重叠。值得注意的是，交叉通道出口27的部分与凹口60的部分之间的重叠在本文中示出为增大了圆柱形帘区44的大小，以促进流体进入凹口60中并朝向火花塞32。0085在发动机工作过程中，XOVRE阀26在膨胀活塞30的上死点前BTDC不久打开例如膨胀活塞30的520度BTDC。排气阀34在XOVRE阀26打开例如膨胀活塞30的545度BTDC的同时或之后立刻或不久之前关闭。其后，紧接着排气阀34靠近TDC关闭后剩余在膨胀汽缸14中的任何气体的压力实质性小于两个交叉通道22中的空气/燃料压力。0086通过交叉通道出口27靠近膨胀活塞30的TDC进入膨胀汽缸14的空气/燃料填料沿着阻力最小的路径。这里，阻力最小的路径是到凹口60内并朝向火花塞32。这是因为交叉通道出口27与1顶表面50的边界区域76的部分以及2凹口60的部分重叠而引起的情况。因此，凹口60与出口27之间的重叠区域提供了流动限制最小的路径，以在活塞30靠近其上死点位置时，开始引导空气/燃料填料流入凹口60中并朝向火花