双活塞循环引擎中的交换阀.pdf

《双活塞循环引擎中的交换阀.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双活塞循环引擎中的交换阀.pdf（65页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 104302886 A (43)申请公布日 2015.01.21 C N 1 0 4 3 0 2 8 8 6 A (21)申请号 201280066985.7 (22)申请日 2012.11.30 61/565,286 2011.11.30 US 61/714,039 2012.10.15 US F02B 33/22(2006.01) F16K 21/04(2006.01) F02B 19/18(2006.01) (71)申请人托尔发动机股份有限公司 地址美国加利福尼亚州 (72)发明人胡戈本亚明托尔 奥代德托尔 吉拉德托尔 (74)专利代理机构北京律盟知识产权代理有。

2、限 责任公司 11287 代理人路勇 (54) 发明名称 双活塞循环引擎中的交换阀 (57) 摘要 一种内燃机，其包含：燃烧腔室，其具有第一 孔口；压缩腔室，其具有第二孔口；以及交换阀， 其包括内部腔室、第一和第二阀座、阀头，以及所 述阀头上的第一和第二阀面，其中所述第一孔口 允许所述燃烧腔室与所述内部腔室之间的流体连 通，所述第二孔口允许所述压缩腔室与所述内部 腔室之间的流体连通，所述第一阀面耦合到所述 第一阀座以堵塞所述第一孔口，且所述第二阀面 耦合到所述第二阀座以堵塞所述第二孔口。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.07.14 (86)PCT国际申请的申。

3、请数据 PCT/US2012/067477 2012.11.30 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/082553 EN 2013.06.06 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书38页 附图25页 (19)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1页 说明书38页 附图25页 (10)申请公布号 CN 104302886 A CN 104302886 A 1/1页 2 1.一种内燃机，其包括： 燃烧腔室，其具有第一孔口； 压缩腔室，其具有第二孔口；以及 交换阀，其包括内部腔室、第一和第二阀座、阀头，以及所述阀头上的第一和第二阀面， 其中 所述第一孔。

4、口允许所述燃烧腔室与所述内部腔室之间的流体连通， 所述第二孔口允许所述压缩腔室与所述内部腔室之间的流体连通， 所述第一阀面耦合到所述第一阀座以堵塞所述第一孔口， 所述第二阀面耦合到所述第二阀座以堵塞所述第二孔口；且 所述阀头在所述内部腔室内移动以使得所述交换阀交替地堵塞所述第一孔口和所述 第二孔口；以及 偏置件，其提供力以帮助所述阀头在所述内部腔室内在所述第一和所述第二孔口的方 向上移动，其中所述偏置件进一步包括凸轮轴、凸轮轴随动器、摇臂、回动弹簧以及推杆。 2.根据权利要求l所述的引擎，其中所述交换阀头在至少一个尺寸上比所述内部腔室 小，以允许当所述阀头定位于所述内部腔室内且不堵塞所述第一孔。

5、口和所述第二孔口时所 述压缩腔室与燃烧腔室之间流体连通。 3.根据权利要求l所述的引擎，其中所述燃烧腔室包括活塞且所述活塞包括活塞头上 的突出部，其中所述突出部经配置以部分地占据所述第一孔口。 4.根据权利要求l所述的引擎，其中所述压缩腔室包括活塞且所述活塞包括活塞头上 的突出部，其中所述突出部经配置以部分地占据所述第二孔口。 5.根据权利要求l所述的引擎，其进一步包括差压均衡器阀，所述差压均衡器阀耦合 所述燃烧腔室与所述交换阀的所述内部腔室。 6.根据权利要求5所述的引擎，其中所述差压均衡器阀包括具有表面积比所述交换阀 头的表面积小的差压均衡器阀头。 7.根据权利要求l所述的引擎，其中所述阀。

6、头包括至少一个孔口，所述至少一个孔口 经配置以分别与所述第一和第二孔口处的第一至少一个堵塞和第二至少一个堵塞配合。 8.根据权利要求7所述的引擎，其中所述阀头包括选自由方形板配置和同心板配置组 成的群组的一者。 9.根据权利要求l所述的引擎，其中所述压缩腔室和燃烧腔室彼此热隔离。 10.根据权利要求l所述的引擎，其中所述燃烧腔室与周围环境热隔离，使得所述燃烧 腔室在操作期间维持在比所述周围环境热的温度。 11.根据权利要求l所述的引擎，其中所述压缩腔室包括位于所述压缩腔室的外部表 面上的多个空气冷却肋部。 12.根据权利要求l所述的引擎，其中所述压缩腔室在其外壳内包括多个液体冷却通 路。 13。

7、.根据权利要求l所述的引擎，其中所述燃烧腔室包括多个排气加热通路，用于利用 由所述燃烧腔室排出的废气所提供的热来进一步加热所述燃烧腔室。 权 利 要 求 书CN 104302886 A 1/38页 3 双活塞循环引擎中的交换阀 0001 相关申请案的交叉参考 0002 本申请案主张2011年11月30日申请的第61/565,286号美国临时申请案和2012 年10月15日申请的第61/714,039号美国临时申请案的权益，以上两个美国临时申请案的 揭示内容以全文引用方式并入本文。 技术领域 0003 本发明大体上涉及分循环内燃机，也称为分循环引擎，且更具体来说涉及双活塞 循环引擎(DPCE)，。

8、其比常规燃机更高效。 背景技术 0004 常规内燃机包含一或多个气缸。每一气缸包含单个活塞，其执行四个冲程，通常称 为进气、压缩、燃烧/动力/膨胀，和排气冲程。这四个冲程一起形成常规内燃机的完整循 环。然而，单个气缸无法在同一时间和空间经优化既作为压缩器(需要冷环境来得到最佳 效率性能)又作为燃烧器(需要热环境和工作流体的最佳膨胀来得到最佳效率性能)。 0005 常规内燃机具有低燃料效率，估计常规引擎产生的潜在热能的一半以上通过引擎 结构和排气出口而耗散，而并不增加任何有用的机械功。常规内燃机中的热浪费的主要原 因是基本冷却系统(例如，辐射器)，其以比实际上变换为有用功的总热量更大的速率和量 。

9、单独耗散热量。此外，常规内燃机能够通过在气缸和活塞中采用低排热方法而仅在低程度 上增加效率。 0006 在进气和压缩冲程期间气缸中的高温导致另外的低效。此高温降低了引擎体积效 率，使活塞工作更难，且因此在这些冲程期间降低效率。 0007 理论上，比压缩比大的膨胀比将大大增加内燃机中的引擎效率。在常规内燃机中， 膨胀比较大地取决于压缩比。而且，使引擎膨胀比大于压缩比(例如，米勒和阿特金森循 环)的常规方式比效率增加更低效，这在所有四个冲程未在单个气缸中执行的情况下是可 能的。 0008 常规内燃机的另一问题是不完整的化学燃烧过程，其降低效率且造成有害的废气 排放。 0009 为了解决这些问题，其。

10、它人先前已揭示了双活塞燃机配置。举例来说，颁与卡萨迪 的第1,372,216号美国专利揭示了一种双活塞燃机，其中气缸和活塞成相应的对布置。点 火气缸的活塞在压缩气缸的活塞之前移动。颁与色斯顿等人的第3,880,126号美国专利 揭示了两冲程循环分气缸内燃机。引入气缸的活塞在动力气缸的活塞之前在小于二分之 一冲程的某种程度上移动。引入气缸压缩进料，且将进料传送到动力气缸，在此处其与来 自先前循环的燃烧产物的残余进料混合，且在点燃之前进一步压缩。颁与苏德里等人的第 2003/0015171 A1号美国专利申请案揭示了四冲程循环内燃机。第一气缸内的动力活塞连 接到曲柄轴，且执行四冲程循环的动力和排气。

11、冲程。第二气缸内的压缩活塞也连接到曲柄 轴，且在曲柄轴的同一旋转期间执行同一四冲程循环的进气和压缩冲程。第一气缸的动力 说 明 书CN 104302886 A 2/38页 4 活塞在第二气缸的压缩活塞之前移动。颁与苏等人的第6,880,501号美国专利揭示了一种 内燃机，其具有一对气缸，每一气缸含有连接到曲柄轴的活塞。一个气缸针对进气和压缩冲 程而适配。另一气缸针对动力和排气冲程而适配。颁与布拉齐特的第5,546,897号美国专 利揭示了一种多气缸往复活塞内燃机，其可执行两个、四个或柴油机动力循环。 0010 然而，这些参考案未能揭示如何区分气缸温度以有效地隔离点火(动力)气缸与 压缩气缸和周。

12、围环境。另外，这些参考案未能揭示如何最小化气缸与周围环境之间的互相 温度影响。此外，这些参考案未能揭示通过升高动力气缸温度且降低压缩气缸温度而增强 常规内燃机效率和性能的引擎改进。具体来说，增加动力气缸温度允许增加的动能功提取， 同时最小化压缩气缸温度允许减少的能量投资。另外，这些参考案中揭示的单独气缸全部 通过某种传送阀或中间通路(连接管)而连接，其在气缸之间产生实质体积的“死空间”。 0011 颁与克拉克的第5,623,894号美国专利揭示了双压缩和双膨胀内燃机。含有两个 活塞的内部外壳在外部外壳内移动，因此形成用于压缩和膨胀的单独腔室。然而，克拉克案 含有执行所有引擎冲程的单个腔室。如上。

13、所述，单个腔室防止例如本发明的实施例中揭示 的那些气缸的隔离和/或改进的温度区分。 0012 颁与托马斯的第3,959,974号美国专利揭示了一种内燃机，其包含部分地由能够 耐高温的材料构造的燃烧气缸以及也能够耐高温的具有无环区段的动力活塞，所述活塞连 接到维持相对低温的有环区段。然而，整个托马斯引擎中升高的温度不仅在整个燃烧和排 气冲程中驻留，而且在压缩冲程的部分期间驻留。 发明内容 0013 鉴于现在现有技术中存在的已知类型的内燃机中固有的前述缺点，本发明的实施 例包含DPCE燃机，其利用温度差动气缸，其以比常规内燃机更有效的方式将燃料转换为能 量或功。本发明的一些实施例利用新颖的阀，用于。

14、促进工作流体从DPCE的压缩腔室到燃烧 腔室的有效且可靠传送。 0014 在本发明的示范性实施例中，DPCE引擎包含：第一气缸，其耦合到第二气缸；第一 活塞，其定位在第一气缸内且经配置以执行进气和压缩冲程而不是排气冲程；以及第二活 塞，其定位在第二气缸内且经配置以执行动力和排气冲程而不是进气冲程。或者，第一和第 二气缸可视为两个单独腔室，其可通过交换阀的打开而直接耦合，其中第一活塞驻留于第 一腔室中且第二活塞驻留于第二腔室中。 0015 在又一示范性实施例中，DPCE引擎进一步包含：进气阀，其耦合到第一气缸；排气 阀，其耦合到第二气缸；以及交换阀，其将第一气缸的内部腔室耦合到第二气缸的内部腔 。

15、室。 0016 在又一示范性实施例中，引擎包含两个活塞连接杆、压缩曲柄轴、动力曲柄轴和两 个曲柄轴连接杆。连接杆将相应活塞连接到其相应曲柄轴。压缩曲柄轴将旋转运动转换为 第一活塞的往复运动。动力曲柄轴将第二活塞往复运动转换为引擎旋转输出运动。压缩曲 柄轴相对角度关于动力曲柄轴相对角度通过实施相位角延迟(相位滞后)彼此不同，使得 动力气缸的活塞在压缩气缸的活塞之前移动。曲柄轴连接杆将动力曲柄轴旋转传送到压缩 曲柄轴旋转中。或者，两个活塞和两个气缸可以彼此成直列式(平行)设计，其中单个曲柄 轴将连接到两个活塞。单个曲柄轴将旋转运动转换为两个活塞的往复运动。在一个此实施 说 明 书CN 104302。

16、886 A 3/38页 5 例中，可例如安装低热传导材料的绝缘层以分离相对冷压缩气缸与相对热动力气缸，如此 项技术中所常见。 0017 在又一示范性实施例中，DPCE引擎进一步包含：进气阀，其耦合到第一气缸；排气 阀，其耦合到第二气缸；以及交换阀，其将第一气缸的内部腔室耦合到第二气缸的内部腔 室。 0018 在一些示范性实施例中，机械致动单向关-开-关交换阀(SDCOC交换阀)可由若 干组件构造：首先，阀体。其次，双面轴向提升(DSAP)阀，其能够通过在任一侧上密封SDCOC 交换阀而解耦两个腔室。更具体来说，第一关闭位置(关闭1)，其中DSAP阀通过放置于位于 动力气缸壁或动力气缸头的表面上。

17、的阀座上而密封；打开位置，其中DSAP阀未放置于任何 气缸壁或气缸头上的任何阀座上，且工作流体可通过DSAP阀周围的开口从压缩气缸经过 到动力气缸；以及第二关闭位置(关闭2)，其中DSAP阀通过放置于位于压缩气缸壁或压缩 气缸头的表面上的阀座上而密封。第三，DSAP致动推杆，其在一个示范性实施例中是DSAP 的一体金属零件。第四，交换阀回动弹簧。第五，摇臂。第六，凸轮随动器/升降器。第七， 专用SDCOC交换阀凸轮。 0019 其它实施例可包含上述的一或多者，以及如本文描述的其它特征组件。 0020 在进一步示范性实施例中，当动力活塞朝向其上死点移动时，DSAP阀可在其动力 气缸侧上密封，原因。

18、在于SDCOC交换阀凸轮设定的动作和阀复位弹簧力以及压缩气缸中的 压力积累。 0021 在进一步示范性实施例中，当动力活塞接近上死点时，排气阀关闭，且SDCOC交换 阀打开。这可经由推动凸轮随动器和摇臂的凸轮旋转移动执行，所述推动又拉动阀致动杆 且将DSAP组件从其阀座(关闭1位置)提升。 0022 SDCOC交换阀初始打开可减少两个气缸之间的压力差，因此减小保持SDCOC交换 阀处于关闭位置的压缩力的大部分。此压力调平减少了继续且打开阀且将其从关闭1位置 经由打开位置转变到关闭2位置所需的力。 0023 在进一步示范性实施例中，SDCOC交换阀在关闭2位置关闭，如凸轮轴控制的机械 致动机构规。

19、定。这可在压缩活塞到达其TDC时且在几乎所有工作流体均传送到动力气缸之 后发生。另外，在SDCOC交换阀在关闭2位置处关闭之前短时间，动力气缸中的压力可超 过压缩气缸中的压力(由于初始燃烧状态且在此期间)，因此帮助在移动的相同方向上将 DSAP阀推动更远，且通过将DSAP阀放置于相对的阀座密封表面上、即压缩气缸壁或压缩气 缸头的表面上(关闭2位置)而密封SDCOC交换阀。在一些示范性实施例中，偏置机构可 增加朝向关闭2位置作用的额外力。作为用于此偏置机构的实例，摇臂17也可用作柔性偏 置装置，从而增加预定足够预加载力且因此帮助阀120抵靠密封表面122密封。在一些示 范性实施例中，在DSAP阀。

20、正从关闭1位置移动到关闭2位置时燃烧发生。 0024 在进一步示范性实施例中，在引擎的排气冲程的开始处，在排气阀打开时，动力气 缸压力急剧减小。因此，用以将DSAP阀保持在关闭2位置的力也可减小。在引擎的排气冲 程的开始之后，凸轮控制的机械致动机构可用以(能够)将DSAP阀移动回到(复位到)其 初始密封表面，即较靠近动力气缸的一个表面(关闭1位置)。在循环的此阶段，压缩活塞 可处于或围绕靠近其BDC或压缩的开始的预定范围。此关闭2经由打开位置到关闭1位置 的转变可经定时以在排气压力稍微高于或等于压缩气缸压力时发生，且因此在此复位阶段 说 明 书CN 104302886 A 4/38页 6 期间。

21、当交换阀打开时没有大量工作流体预期经过交换阀。另外，如果需要，可与SDCOC交换 阀串联添加止回阀以防止在此打开周期期间从动力气缸到压缩气缸的排出的工作流体传 送。 0025 在一个示范性实施例中，进气阀由具有圆锥形密封表面的轴组成，与在大多数四 冲程引擎中的进气阀中使用的相同。排气阀可由具有圆锥形密封表面的轴组成，如此项技 术中通常所知。在一个实施例中，交换阀包含双面轴向(圆锥形)提升阀(DSAP阀)，其中 驻留在对应阀座上的密封表面中的每一者密封共同流体通路且因此解耦两个气缸。 0026 在进一步示范性实施例中，交换阀包含用以打开偏置机构的推动(或拉动)以及 用以关闭偏置机构的推动(或拉动。

22、)，包含例如推拉杆。偏置机构的一个实例是弹簧。另一 实例是基于凸轮轴的致动组件。在不偏离本发明的范围的情况下可使用其它偏置机构。 0027 在一些示范性实施例中，级间阀可由若干组件构造：首先，阀体。其次，双面轴向 提升(DSAP)阀，其能够通过在任一侧上密封级间阀而解耦两个腔室。更具体来说，第一关 闭位置，其中DSAP阀通过放置于位于动力气缸壁或动力气缸头的表面上的阀座上而密封； 打开位置，其中DSAP阀未放置于任何气缸壁或气缸头上的任何阀座上，且工作流体可通过 DSAP阀周围的开口从压缩气缸经过到动力气缸；以及第二关闭位置，其中DSAP阀通过放置 于位于压缩气缸壁或压缩气缸头的表面上的阀座上。

23、而密封。第三，弹簧柱塞组件(SPC)，其 在一些实施例中由盘簧组成，但可为任何偏置元件。第四，额外偏置机构组件(BMC)，其偏置 DSAP阀以在动力气缸壁或动力气缸头上关闭。其它实施例可包含上述的一或多者，以及如 本文描述的其它特征组件。 0028 在进一步示范性实施例中，当动力活塞朝向其上死点移动时，DSAP阀组件在动力 气缸侧上密封，原因在于BMC的动作和压缩气缸中的压力积累。 0029 在进一步示范性实施例中，当动力活塞接近或到达上死点时，其产生与SPC的柱 塞组件的接触且推动柱塞。此推动压缩SPC的弹簧组件，其预加载弹簧。 0030 在进一步示范性实施例中，在压缩SPC的弹簧组件之后，。

24、且仍在动力活塞到达上 死点之前，动力活塞到达且推动DSAP阀，从而迫使级间阀打开。级间阀初始打开减少两个 气缸之间的压力差，因此减小保持级间阀处于关闭位置的压缩力的大部分。此压力调平使 得弹簧柱塞(SPC)能够膨胀且进一步推动DSAP阀，这朝向较为打开的状态提升级间阀。 0031 在进一步示范性实施例中，当动力气缸中的压力超过压缩气缸中的压力(由于初 始燃烧状态且在此期间)时级间阀关闭，因此在移动的相同方向上将DSAP阀推动更远，且 通过将DSAP阀放置于相对的阀座密封表面上、即压缩气缸壁或压缩气缸头的表面上而密 封级间阀。 0032 在进一步示范性实施例中，在引擎的排气冲程的开始处，在排气阀。

25、打开时，动力气 缸压力急剧减小。因此，预加载的BMC推动DSAP阀以移动回到其初始密封表面(即，较靠 近动力气缸的密封表面)。在一些实施例中，级间阀到其初始关闭位置的关闭可通过机械偏 置来辅助。 0033 在一个示范性实施例中，进气阀由具有圆锥形密封表面的轴组成，与在已知四冲 程引擎中的常规进气阀类似。排气阀由具有圆锥形密封表面的轴组成，如此项技术中通常 所知。在一个实施例中，级间阀包含双面轴向(圆锥形)提升阀(DSAP阀)，其中密封表面 中的每一者当驻留在其对应阀座上时密封共同流体通路且因此解耦两个气缸。 说 明 书CN 104302886 A 5/38页 7 0034 在进一步示范性实施例。

26、中，级间阀包含用以打开偏置机构的推动以及用以关闭偏 置机构的推动。例如偏置机构的一个群组是各种弹簧组件的群组。 0035 在一些示范性实施例中，改善燃机效率的方法包含分离进气和压缩腔室(冷冲 程)与燃烧和排气腔室(热冲程)，且因此实现进气和压缩冲程期间的降低温度以及燃烧冲 程期间的增加温度，进而增加引擎效率。 0036 在一些示范性实施例中，改善引擎效率的方法包含最小化或降低在进气和压缩冲 程期间的温度。传入且经压缩空气/进料温度越低，引擎效率就将越高。 0037 在一些示范性实施例中，改善引擎效率的方法包含绝缘且热强制动力活塞和气缸 在较高温度下操作。 0038 在一些示范性实施例中，改善引。

27、擎效率的方法包含动力气缸的外部隔离。 0039 在一些示范性实施例中，提供DPCE引擎，其大大减少外部冷却要求，这增加了在 动力冲程期间可用于热输出功转换的潜热。因此，燃料更有效地燃烧，进而增加总体效率且 减少有害排放。 0040 在一些示范性实施例中，提供改善效率燃机的方法包含在第一气缸中执行进气和 压缩但不是排气冲程，且在第二气缸中执行动力和排气冲程而不是进气冲程，其中第一气 缸维持在比第二气缸冷的温度。 0041 在一些示范性实施例中，提供较有效内燃机的方法包含在第一气缸中执行进气和 压缩冲程但不是排气冲程，且在第二气缸中执行动力和排气冲程而不是进气冲程，其中第 一气缸体积比第二气缸体积。

28、小。此些示范性实施例具有大于压缩比的膨胀比，类似于阿特 金森或米勒循环，但具有在专用气缸中发生的压缩和膨胀且不在与常规4冲程引擎中相同 的气缸处，所述常规4冲程引擎在最佳压缩与最佳膨胀之间强加折中。相异气缸体积提供 了燃烧腔室中的额外能量转换。 0042 (注意：以下示范性实施例涉及第一、第二等等。阶层是用于交叉参考目的且不应 解释为更改先前所述示范性实施例中的任一者或经构造以暗示优选的一或多个实施例。) 0043 在第一实施例中，一种内燃机包括：燃烧腔室，其具有第一孔口；压缩腔室，其具 有第二孔口；以及交换阀，其包括内部腔室、第一和第二阀座、阀头，以及所述阀头上的第一 和第二阀面，其中所述第。

29、一孔口允许所述燃烧腔室与所述内部腔室之间的流体连通，所述 第二孔口允许所述压缩腔室与所述内部腔室之间的流体连通，所述第一阀面耦合到所述第 一阀座以堵塞所述第一孔口，且所述第二阀面耦合到所述第二阀座以堵塞所述第二孔口。 0044 在第二实施例中，第一实施例的引擎，其中所述阀头在所述内部腔室内移动以使 得所述交换阀交替地堵塞所述第一孔口和所述第二孔口。 0045 在第三实施例中，第二实施例的引擎，其中所述交换阀头在至少一个尺寸上比所 述内部腔室小，以允许当所述阀头定位于所述内部腔室内且不堵塞所述第一孔口和所述第 二孔口时允许所述压缩腔室与燃烧腔室之间的流体连通。 0046 在第四实施例中，第一到第。

30、三实施例中的任一者的引擎，进一步包括偏置件，其提 供力以帮助所述阀头在所述内部腔室内在所述第一和所述第二孔口的方向上移动。 0047 在第五实施例中，第四实施例的引擎，其中所述偏置件进一步包括凸轮轴、凸轮轴 随动器、摇臂、回动弹簧以及推杆。 0048 在第六实施例中，第一到第五实施例中的任一者的引擎，其中所述燃烧腔室包括 说 明 书CN 104302886 A 6/38页 8 活塞且所述活塞包括活塞头上的突出部，其中所述突出部经配置以部分地占据所述第一孔 口。 0049 在第七实施例中，第一到第六实施例中的任一者的引擎，其中所述压缩腔室包括 活塞且所述活塞包括活塞头上的突出部，其中所述突出部经。

31、配置以部分地占据所述第二孔 口。 0050 在第八实施例中，第一到第七实施例中的任一者的引擎，其进一步包括差压均衡 器阀，所述差压均衡器阀耦合所述燃烧腔室与所述交换阀的所述内部腔室。 0051 在第九实施例中，第八实施例的引擎，其中所述差压均衡器阀包括具有比所述交 换阀头的表面积小的表面积的差压均衡器阀头。 0052 在第十实施例中，第一到第九实施例中的任一者的引擎，其中所述阀头包括至少 一个孔口，所述至少一个孔口经配置以分别与所述第一和第二孔口处的第一至少一个堵塞 和第二至少一个堵塞配合。 0053 在第十一实施例中，第十实施例的引擎，其中所述阀头包括选自由方形板配置和 同心板配置组成的群组。

32、的一者。 0054 在第十二实施例中，第一到第十一实施例中的任一者的引擎，其中所述压缩腔室 和燃烧腔室彼此热隔离。 0055 在第十三实施例中，第一到第十二实施例中的任一者的引擎，其中所述燃烧腔室 与周围环境热隔离，使得所述燃烧腔室在操作期间维持在比所述周围环境热的温度。 0056 在第十四实施例中，第一到第十三实施例中的任一者的引擎，其中所述压缩腔室 包括位于所述压缩腔室的外部表面上的多个空气冷却肋部。 0057 在第十五实施例中，第一到第十四实施例中的任一者的引擎，其中所述压缩腔室 在其外壳内包括多个液体冷却通路。 0058 在第十六实施例中，第一到第十五实施例中的任一者的引擎，其中所述燃。

33、烧腔室 包括多个排气加热通路，用于利用由所述燃烧腔室排出的废气所提供的热来进一步加热所 述燃烧腔室。 0059 在第十七实施例中，第一到第十六实施例中的任一者的引擎，其中所述交换阀进 一步包括：第一接触元件，其相对于阀头可移动；第二接触元件，其相对于阀头固定；第一 偏置件，其包括两个末端，其中一个末端耦合到阀体且另一末端耦合到阀头；以及第二偏置 件，其包括两个末端，其中一个末端耦合到阀头且另一末端耦合到第一接触元件。 0060 在第十八实施例中，第十七实施例的引擎，其中燃烧腔室的边界包括燃烧活塞，其 在引擎的热力循环期间可释放地接触第一和第二接触元件，其中燃烧活塞、第一接触元件 和第二接触元件。

34、经布置以使得燃烧活塞在接触第二接触元件之前接触第一接触元件。 0061 在第十九实施例中，第十八实施例的引擎，其中燃烧活塞和第二接触元件经布置 以使得当燃烧活塞接触第二接触元件时第一阀头从第一阀座脱离。 0062 在第二十实施例中，第十七到第十九实施例中的任一者的引擎，其进一步包括选 自由压缩腔室压力释放阀和燃烧腔室压力释放阀组成的群组的至少一者，其中所述压缩腔 室压力释放阀和燃烧腔室压力释放阀不同于交换阀，压缩腔室压力释放阀允许当压缩腔室 内的压力超过第一预定值时压缩与燃烧腔室之间的流体连通，且燃烧腔室压力释放阀允许 当燃烧腔室内的压力超过第二预定值时燃烧与压缩腔室之间的流体连通。 说 明 。

35、书CN 104302886 A 7/38页 9 0063 在第二十一实施例中，第一到第二十实施例中的任一者的引擎，其中交换阀进一 步包括：接触元件，其相对于阀头可移动；第一偏置件，其包括两个末端，其中一个末端耦 合到阀体且另一末端耦合到阀头；第二偏置件，其包括两个末端，其中一个末端耦合到阀头 且另一末端耦合到接触元件，其中第一阀面与第二阀面之间的第一距离大于第一阀座与第 二阀座之间的第二距离，其中所述第一和第二距离是在形成燃烧腔室的边界的燃烧活塞的 运动方向上测量。 0064 在第二十二实施例中，第二十一实施例的引擎，其中燃烧活塞在引擎的热力循环 期间可释放地接触所述接触元件。 0065 在第。

36、二十三实施例中，第二十二实施例的引擎，其中燃烧活塞包含用于可释放地 接触所述接触元件的突出部。 0066 在第二十四实施例中，第一到第二十三实施例中的任一者的引擎，其中所述燃烧 腔室和压缩大体上平行且并排定向。 0067 在第二十五实施例中，第二十四实施例的引擎，其中所述交换阀进一步包括：第一 接触元件，其相对于阀头可移动；第二接触元件，其相对于阀头固定；第一偏置件，其包括 两个末端，其中一个末端耦合到阀体且另一末端耦合到阀头；以及第二偏置件，其包括两个 末端，其中一个末端耦合到阀头且另一末端耦合到第一接触元件。 0068 在第二十六实施例中，第二十五实施例的引擎，其中压缩活塞在与压缩活塞的运。

37、 动方向垂直的方向上移动第一和第二接触元件。 0069 在第二十七实施例中，第一到第二十六实施例中的任一者的引擎，其中所述压缩 腔室包括第三孔口，且所述引擎进一步包括：第二燃烧腔室，其包括第四孔口；以及第二交 换阀，其包括第二内部腔室、第三和第四阀座、第二阀头，以及所述第二阀头上的第三和第 四阀面，其中所述第三孔口允许所述压缩腔室与所述第二内部腔室之间的流体连通，所述 第四孔口允许所述第二燃烧腔室与所述第二内部腔室之间的流体连通，所述第三阀面耦合 到所述第三阀座以堵塞所述第三孔口，且所述第四阀面耦合到所述第四阀座以堵塞所述第 四孔口。 0070 在第二十八实施例中，第二十七实施例的引擎，其进一。

38、步包括与所述压缩腔室、燃 烧腔室和第二燃烧腔室中的每一者相关联的活塞，其中每一活塞连接到相应曲柄轴，其中 相应曲柄轴中的每一者连接到相应齿轮，且其中与压缩腔室相关联的齿轮耦合到与燃烧腔 室和第二燃烧腔室中的每一者相关联的齿轮。 0071 在第二十九实施例中，第二十八实施例的引擎，其中与压缩腔室相关联的齿轮具 有与燃烧腔室和第二燃烧腔室相关联的齿轮中的每一者的一半的齿数。 0072 在第三十实施例中，第一到第二十九实施例中的任一者的引擎，其中压缩腔室的 边界由压缩气缸和其中的压缩活塞的表面形成，其中燃烧腔室的边界由燃烧气缸和其中的 燃烧活塞的表面形成，其中燃烧气缸包含耦合到燃烧活塞的第三活塞，其。

39、中第三活塞利用 由燃烧活塞产生的热能来执行动力冲程。 0073 在第三十一实施例中，第三十实施例的引擎，其中燃烧活塞包括圆盘形内部燃烧 活塞，其包括横向圆柱形表面且在燃烧气缸内形成第一内部腔室；且第三活塞包括环形外 部动力活塞，其围绕燃烧活塞的横向圆柱形表面且在燃烧气缸内形成第二内部腔室，其中 第二内部腔室至少部分地围绕第一内部腔室。 说 明 书CN 104302886 A 8/38页 10 0074 在第三十二实施例中，一种内燃机包括：燃烧腔室，其具有第一孔口；压缩腔室， 其具有第二孔口；以及交换阀，其包括内部腔室、阀头、第一关闭位置以及第二关闭位置，其 中第一关闭位置堵塞第一孔口且第二关闭。

40、位置堵塞第二孔口，阀头在内部腔室内在一个方 向上从第一关闭位置移动到第二关闭位置，阀头在内部腔室内在一个方向上从第二关闭位 置移动到第一关闭位置，第一孔口允许燃烧腔室与内部腔室之间的流体连通，且第二孔口 允许压缩腔室与内部腔室之间的流体连通。 0075 在第三十三实施例中，第三十二实施例的引擎，其中所述交换阀头在至少一个尺 寸上比所述内部腔室小，以允许当所述交换阀不处于第一关闭位置和第二关闭位置时允许 所述压缩腔室与燃烧腔室之间的流体连通。 0076 在第三十四实施例中，第三十二和三十三实施例中的任一者的引擎，进一步包括 偏置件，其提供力以帮助所述阀头在所述内部腔室内在所述第一和所述第二关闭位。

41、置的方 向上移动。 0077 在第三十五实施例中，第三十四实施例的引擎，其中所述偏置件进一步包括凸轮 轴、凸轮轴随动器、摇臂、回动弹簧以及推杆。 0078 在第三十六实施例中，第三十二到三十五实施例中的任一者的引擎，其中所述阀 头包括至少一个孔口，所述至少一个孔口经配置以分别与所述第一和第二关闭位置处的第 一至少一个堵塞和第二至少一个堵塞配合。 0079 在第三十七实施例中，第三十六实施例的引擎，其中所述阀头包括选自由方形板 配置和同心板配置组成的群组的一者。 0080 在第三十八实施例中，第三十二到三十七实施例中的任一者的引擎，其中所述压 缩腔室和燃烧腔室彼此热隔离。 0081 在第三十九实。

42、施例中，第三十二到三十八实施例中的任一者的引擎，其中所述交 换阀进一步包括：第一接触元件，其相对于阀头可移动；第二接触元件，其相对于阀头固 定；第一偏置件，其包括两个末端，其中一个末端耦合到阀体且另一末端耦合到阀头；以及 第二偏置件，其包括两个末端，其中一个末端耦合到阀头且另一末端耦合到第一接触元件。 0082 在第四十实施例中，第三十九实施例的引擎，其中燃烧腔室的边界包括燃烧活塞， 其在引擎的热力循环期间可释放地接触第一和第二接触元件，其中燃烧活塞、第一接触元 件和第二接触元件经布置以使得燃烧活塞在接触第二接触元件之前接触第一接触元件。 0083 在第四十一实施例中，第四十实施例的引擎，其中。

43、燃烧活塞和第二接触元件经布 置以使得当燃烧活塞接触第二接触元件时第一阀头离开第一关闭位置。 0084 在第四十二实施例中，一种操作内燃机的方法，其中所述引擎包括燃烧活塞、压缩 气缸、压缩活塞、燃烧气缸以及压缩气缸与燃烧气缸之间的交换阀，其中所述交换阀具有第 一关闭位置和第二关闭位置，其中燃烧活塞和燃烧气缸界定燃烧腔室，且其中压缩活塞和 压缩气缸界定压缩腔室，所述方法包括：在燃烧腔室中的排气阀打开时的时间将交换阀置 于第一关闭位置，其中如果阀防止燃烧气缸与交换阀的内部腔室之间的流体连通，那么交 换阀处于第一关闭位置；维持交换阀处于第一关闭位置直到燃烧活塞到达至少上死点；在 燃烧活塞移动远离上死点。

44、时的时间将交换阀置于打开位置，其中当阀允许燃烧气缸与压缩 气缸之间的流体连通时交换阀处于打开位置；在压缩活塞处于上死点时的时间将交换阀置 于第二关闭位置，其中当阀防止压缩气缸与阀的内部腔室之间的流体连通时交换阀处于第 说 明 书CN 104302886 A 10 9/38页 11 二关闭位置；以及在压缩腔室中的进气阀关闭时的时间将交换阀置于复位位置，其中当阀 防止燃烧腔室与交换阀的内部腔室之间的流体连通以及压缩腔室与交换阀的内部腔室之 间的流体连通时交换阀处于复位位置。 附图说明 0085 图1是根据本发明的示范性实施例的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲 柄轴角度说明为在压缩活塞到达。

45、其上死点(TDC)之前115度处，且动力曲柄轴角度说明为 在动力活塞到达其TDC之前65度处。 0086 图2是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前82度处，且动力曲柄轴角度说明为在动力活塞到达其TDC之前32度处。 0087 图3是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前77度处，且动力曲柄轴角度说明为在动力活塞到达其TDC之前27度处。 0088 图4是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前70度处，且动力曲柄轴角度说明为在动力活塞到达其TDC之前20度处。 0089 图。

46、5是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前50度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC处。 0090 图6是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前36度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之后14度处。 0091 图7是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前25度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之后25度处。 0092 图8是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在上死 点(TDC)处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之后50度处。 0093 图9是。

47、图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之后45度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之后95度处。 0094 图10是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之后80度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之后130度处。 0095 图11是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在130 度处，且动力曲柄轴角度说明为在下死点(BDC)处。 0096 图12是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC(BDC)之后180度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之前130度处。。

48、 0097 图13是图1的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩曲柄轴角度说明为在其 TDC之前120度处，且动力曲柄轴角度说明为在其TDC之前70度处。 0098 图14A是展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。 图14B是展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。图14C是 展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。 0099 图15是DPCE设备的简化横截面侧视图，具有交换阀差压均衡器。 0100 图16是根据本发明的示范性实施例的DPCE设备的简化横截面侧视图，其中压缩 曲柄轴角度说明为在压缩活塞到达其上死点(TDC)之。

49、前25度处，且动力曲柄轴角度说明为 在动力活塞到达其TDC之后a5度处。 说 明 书CN 104302886 A 11 10/38页 12 0101 图17A是展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。 图17B是展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。图17C是 展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截面说明。 0102 图18A是展示平行方板阀(PSP阀)的简化3D横截面说明。图18B是展示PSP阀 的简化3D横截面说明。图18C是展示PSP阀的简化3D横截面说明。 0103 图19A是展示平行同心板阀(PCP阀)的简化3D横截面说明。图19B是展示PCP 阀的简化3D横截面说明。图19A到19C是展示PCP阀的简化3D横截面说明。 0104 图20A是展示根据本发明的各种示范性实施例的交换阀操作的简化横截。