为了清楚的目的，对可能会在现有技术中应用和在本申请中涉及的术 语“分开式循环发动机”提供了如下定义。
在此涉及的分开式循环发动机包括：
曲轴，可以围绕曲轴轴线转动；
压缩活塞，所述压缩活塞可滑动地容纳在压缩汽缸内并且可操作地连 接到曲轴，使得压缩活塞通过在曲轴的单个转动期间通过进气冲程和压缩 冲程而往复运动；
膨胀(动力)活塞，可滑动地容纳在膨胀汽缸内并且可操作地连接到曲 轴，使得膨胀活塞通过在曲轴的单个转动期间的膨胀冲程和排气冲程而往 复运动；和
使膨胀汽缸和压缩汽缸相互连接的交换通道，交换通道包括在其间限 定压力室的交换压缩(XovrC)阀与交换膨胀(XovrE)阀。
2003年4月8日授权给Carmelo J.Scuderi(米卡罗·J·史古德利)的美 国专利No.6,543,225(在此称为Scuderi)包含对分开式循环及类似类型的发 动机所展开的讨论。此外，该专利公开了本发明对其进一步改进的发动机 的现有方案的细节。
参照图1，附图标记10大体上示出在Scuderi中所描述类型的现有的 分开式循环发动机的构思的示例性实施方式。分开式循环发动机10用一 个压缩汽缸12和一个膨胀汽缸14的组合代替传统的四冲程发动机的两个 相邻的汽缸。曲轴16每回转一次，这两个汽缸12、14执行各自的功能一 次。入口空气和燃料进料(fuel charge)通过典型的提升型进气阀18吸入 压缩汽缸12。压缩汽缸活塞20对所述进料进行加压，并驱动所述进料通 过交换通道22，该交换通道22用作膨胀汽缸14的进气口。
交换通道入口处的止回型交换压缩(XovrC)阀24用来防止从交换通道 22反向流入压缩汽缸12中。在交换通道22出口处的交换膨胀(XovrE)阀 26控制加压的进气(intake charge)的流量，使得所述进气在膨胀活塞30 到达它的上止点(TDC)位置之后很短的时间内完全地进入膨胀汽缸14。火 花塞28在所述进气进入膨胀汽缸14不久之后点火，并且所产生的燃烧驱 动膨胀汽缸活塞30向下朝向下止点(BDC)运动。废气通过提升排气阀 32泵出膨胀汽缸。
采用这种分开式循环发动机构思，压缩和膨胀汽缸的几何发动机参数 (即，内径、冲程、连杆长度、压缩比等)通常彼此独立。例如，每个汽缸 的曲柄34、36可能具有不同的半径，并且彼此相位分开，膨胀汽缸活塞 30的上止点(TDC)先于压缩汽缸活塞20的TDC出现。这种独立性使得分 开式循环发动机能够可能实现比典型的四冲程发动机更高的效率水平和 更大的转矩。
然而，与传统的四冲程发动机不同，分开式循环发动机的交换膨胀阀 具有非常小的致动定时窗口(大约30曲柄角度)，在该窗口中打开和释放湍 动的高压空气/燃料进料进入发动机膨胀汽缸，用于在汽缸中点火、燃烧和 膨胀。考虑到所涉及的高压和小的致动定时，为了发动机阀的致动，以及 特别是为了交换膨胀阀的致动，期望替换机械的阀致动。

本发明提供了液压机械阀致动系统，其被设计为用于致动高压向外打 开发动机阀，如分开式循环发动机的交换阀，特别是交换膨胀阀，所述交 换膨胀阀必须在湍流的情况下快速地将加压的空气/燃料混合进料推动进 入膨胀汽缸，以确保进料的快速燃烧。
根据本发明的系统可以包括：
液压机械系统，用于致动发动机的向外打开阀，系统包括：
主体，所述主体具有柱塞汽缸，所述柱塞汽缸与阀门汽缸进行液压流 体连通；
柱塞，所述柱塞在所述柱塞汽缸中并且能够往复运动以将液压流体移 动到所述阀门汽缸中；
向外打开发动机阀，所述向外打开发动机阀能够在所述主体中往复运 动，并且与所述阀门汽缸中的阀门活塞连接，所述发动机阀由通过所述柱 塞移动到所述阀门汽缸中并且作用于所述阀门活塞的所述液压流体打开；
致动器，所述致动器用于使所述活塞进行往复运动；和
阀弹簧，所述阀弹簧用于使所述发动机阀返回，以接合向外朝向的阀 座，从而关闭由所述发动机阀控制的所述发动机的气体通道。
另外，根据本发明的液压机械阀致动系统与分开式循环发动机的结合 可以包括：
上述说明的液压机械系统与分开式循环发动机结合，所述分开式循环 发动机包括：
曲轴，所述曲轴能够围绕曲轴轴线转动；
压缩活塞，所述压缩活塞可滑动地容纳在压缩汽缸中，并且可操作地 连接至所述曲轴，使得所述压缩活塞在所述曲轴的单次转动期间往复通过 进气冲程和压缩冲程；
膨胀(动力)活塞，所述膨胀活塞可滑动地容纳在膨胀汽缸中，并且 可操作地连接至曲轴，使得所述膨胀活塞在所述曲轴的单次转动期间往复 通过膨胀冲程和排气冲程；和
交换通道(端口)，相互连接所述压缩汽缸和所述膨胀汽缸，该交换 通道包括交换压缩(XovrC)阀和交换膨胀(XovrE)阀，在所述交换压缩 (XovrC)阀和所述交换膨胀(XovrE)阀之间限定有压力室；
其中，所述液压机械系统致动所述XovrE阀。
而且，具有液压机械阀致动系统的分开式循环发动机可以还包括：
液压蓄能器，具有空气弹簧，作用于蓄能器活塞以将蓄积的液压流体 中储存的能量返回到主室中，用于将柱塞复位到最初位置；
定时电磁阀，用于控制由柱塞的移动产生的并且作用于阀门活塞上的 液压致动压力的周期；和
锁定电磁阀，用于锁定阀门活塞和减少寄生的液压损失。
根据本发明的下述与附图一起进行的详细说明，将会更全面地理解本 发明的这些和其它特征和优点。

图1为与本发明的发动机相关的现有的分开式循环发动机的横截面示 图；
图2为根据本发明的分开式循环发动机的横截面示图；
图3是沿图2的线3-3截取的具有附加的燃料喷射器的分开式循环发 动机的横截面顶视图；
图4是本发明的具有机械阀回位弹簧的液压机械阀致动系统的基本实 施例的横截面示图；
图5是与图4相似的视图，但是显示出本发明的用于与分开式循环发 动机一起使用的液压机械阀致动系统的改进实施例的空气弹簧(air spring) 和附加特征；和
图6-21示意性地说明了图5的液压机械阀致动系统的顺序操作。

分开式-循环发动机
现在详细地参照附图2和3，数字50大致表示本发明的分开式循环发 动机的图示。发动机50包括可以沿如图所示的顺时针方向围绕曲轴轴线 54旋转的曲轴52。曲轴52包括相邻的成角度地错开的引导曲柄56和从 动曲柄58，它们分别连接至连杆60、62。
发动机50还包括限定一对相邻的汽缸的气缸体64，特别地，该对相 邻的汽缸为压缩汽缸66和膨胀汽缸68，压缩汽缸66和膨胀汽缸68在所 述汽缸的与曲轴52相对的顶端处由气缸盖70封闭。
压缩活塞72容纳在压缩汽缸66中，并连接至连杆62，用于使活塞 72在上止点(TDC)位置和下止点(BDC)位置之间进行往复运动。膨胀活塞 74容纳在膨胀汽缸68中，并连接至连杆60，用于类似的TDC/BDC往复 运动。汽缸和活塞的直径以及活塞的冲程和它们的排量不需要相同。
在示例性实施例中，汽缸盖70提供了用于气体流入、流出汽缸66、 68和它们之间的结构。为了气体流动，气缸盖包括进气口口76、一对交 换(Xovr)通道78(至少需要一个通道)和排气口80，其中，进口空气通过进 气口76吸入压缩汽缸66，压缩空气(气体)通过该对交换(Xovr)通道78从 压缩汽缸66传输至膨胀汽缸68，废气通过排气口80从膨胀汽缸排出。每 个交换通道78还限定了压力室81，在膨胀活塞74的在发动机的一个循环 (曲柄旋转)时的膨胀冲程期间的交换膨胀(XovrE)阀86的关闭和在压缩活 塞72的发动机随后的循环(曲柄旋转)时的压缩冲程期间的交换压缩 (XovrC)阀84的打开之间，压缩气体储存在压力室81中。
在所选择的实施例中，进入压缩汽缸66的气流由向内打开进气阀82 控制，该进气阀82可以由诸如进气凸轮(未显示)的任何合适的发动机 驱动机构启动。进出每个交换通道78的气流可以由一对向外打开的阀控 制，即由每个交换通道入口端处的交换压缩(XovrC)阀84和每个交换通道 出口端处的交换膨胀(XovrE)阀86控制。
XovrC阀84可以以任何合适的方式启动。然而，根据本发明，至少 XovrE阀86，且优选地阀84和86两者都通过液压机械阀致动系统100启 动，随后详细说明。
流出排气口80的废气通过向内打开排出阀88控制，向内打开排出阀 88例如通过排气凸轮(未显示)致动。所述凸轮可以是机械地发动机驱动 的，或者通过任何其它合适的发动机驱动机构操作，所期望的定时与曲轴 52或可替换的扭矩输出装置的瞬时角位置相关。
每个交换通道78具有设置在其中的至少一个高压燃料喷射器90。燃 料喷射器用于可操作地将燃料喷射到交换通道78的压力室81中的压缩空 气进料中。
发动机50还包括一个或多个火花塞92或其它点火装置。火花塞92 位于膨胀汽缸68的端部上的合适位置处，其中混合燃料和空气供送可以 在该膨胀汽缸中被点燃，并且在膨胀冲程期间燃烧。可选择地，发动机50 也可以设置为压缩点火发动机，而不是火花点火发动机，并且仍然在本发 明保护范围内。
液压机械阀致动系统
现在参照图4和5，附图标记99和100指示液压机械系统的不同实施 例，用于致动向外打开发动机阀，如分开式循环发动机50的交换通道阀 84和86。图4说明本发明液压机械系统的基本实施例99。图5说明改进 实施例100，包括在基本实施例99中看不见的附加特征改进。两个实施例 99、100在一起说明，其中相同的附图标记指示这两个实施例的相同特征。
实施例100、99中的每一个都包括包含在主体102(图5)、103(图4) 中或由主体102(图5)、103(图4)支撑的机构。主体102、103可以做成单 个件，如发动机汽缸盖或隔离块，或者可以做成固定在一起形成整体102、 103的两个或者多个分离的组件。
每个主体102、103包括带有柱塞106的柱塞汽缸104。活塞回位弹簧 108可以被使用在柱塞汽缸104中并且在活塞返回方向中向上偏置柱塞 106。诸如发动机驱动凸轮110的发动机驱动致动器接合凸轮从动件112。 凸轮从动件112包括接合凸轮110的挺杆114和接合柱塞106的柱塞轴 116，用于向下致动柱塞106。从动件回位弹簧118保持从动件112一直抵 靠在凸轮110上。
柱塞汽缸104与主室120流体连通，主室120延伸穿过主体102，但 仅仅部分地穿过主体103。主室120与阀门汽缸122连通，阀门汽缸容纳 在其中进行往复运动的阀门活塞124在阀门汽缸中往复运动。阀门活塞 124固定在向外打开XovrE阀86的杆126上(并且可选地在向外打开XovrC 阀84上)。XovrE阀86具有阀头130，其关闭分开式循环发动机50的汽 缸盖70中的交换通道78(未显示)中的向外朝向的阀座132。
座式控制装置或者制动器138形成在主体102、103中，在到阀门活 塞124的底端的油通道140中。通道140中的止回阀142在阀关闭期间关 闭，并且引导流体通过诸如座式控制排放口144的受限制的返回通道，所 述排放口144与阀门汽缸122中的阀门活塞间隙146一起控制阀座速率。
在基本实施例99(图4)中，主室120被供给液压油，所述液压油通过 压力控制阀149以受控制的压力从外部源(未显示)或者相关发动机的油 供应装置(未显示)到达进口150。在当前的改进实施例100(图5)中，止 回阀148设置在进口150中，以接收补允油(makeup oil)进入主室120并且 防止反向流出进口。
在两个实施例100、99中，发动机阀86以随后说明的方式通过液压 油打开。在基本实施例99(图4)中，在弹簧室153中的机械弹簧151以机 械的关闭作用力接合阀门活塞124或者杆126。在改进的实施例100(图5) 中，安装在阀杆126上的空气活塞152在空气汽缸154中往复运动，以响 应空气弹簧压力而关闭阀86，随后将对此进行更全面的说明。
在实施例100的主体102(图5)中看见、在实施例99中所没有的附加 特征包括：设置在阀式空气汽缸154的顶部处的全升程液压升程制动器 156。制动器156包括液压汽缸158，其带有能够往复运动的制动器活塞 160，所述活塞160能够通过发动机阀杆126接合在阀86的全升程位置附 近。允许补充油输入流的全升程止回阀162和诸如限制油流出的排放口 164的受限制的返回通道结合，以减缓全升程之前的阀运动。
主体102(图5)还包括位于柱塞106和XovrE阀86之间的液压超行 程蓄能器166，以存储和回收液压能。另外，显示在图5的关闭位置处的 锁定电磁阀168位于蓄能器166和XovrE阀86之间，以锁定阀门活塞124 并且允许能量回收，因而减少寄生的液压损失。
定时电磁阀170定位在主室120的出口末端172处，远离XovrE阀 86。定时电磁阀170控制由柱塞106的移动产生的、作用在阀门活塞124 上的液压致动压力的周期。即，虽然凸轮110可以提供长周期的高压并且 因而提供长周期的阀86升程，但是，定时电磁阀168的打开可以将XovrE 阀86升程周期缩短到标称凸轮110周期的一部分。以这种方式，液压机 械系统“空转”，因为当定时电磁阀168打开时，凸轮110的连续的升程 停止在阀门活塞上产生任何液压压力，并且因而，除了惯性运动外，XovrE 阀86停止继续移动。
蓄能器166包括蓄能器汽缸174，蓄能器活塞176在蓄能器汽缸中往 复运动。固定在弹簧座180上的机械蓄能器回位弹簧178可以朝向汽缸末 端182向下推活塞176，汽缸末端182通过开口184与主室120中的油连 通。任选地，蓄能器汽缸174可以通过开口186与空气压力源连通以形成 空气弹簧188，该空气弹簧188将蓄能器活塞推向汽缸末端182。
进一步参照图5，来自外部压力源的空气压力通过空气管道190和压 力控制阀192、194供给进蓄能器汽缸174，以在蓄能器汽缸中形成空气弹 簧188，并且供给进阀空气汽缸154，以在空气汽缸中形成空气弹簧198。
图5还公开了来自油罐202的示例性油供应源200，如发动机油箱， 或者来自使用诸如液压流体或者类似物的不同流体的分离系统。液压泵 204从容器202抽油并且通过油管206泵送到位于主室120的入口150中 的止回阀148，以在其中保持满的充油(oil charge)。连接到油管206的油 压蓄能器208减少油管中的压力变化。油管206另外还延伸到全升程止回 阀162，以向全升程制动器156的液压制动器汽缸158供应补充油。
液压机械系统100的操作顺序
Xovr阀84、86逆着保持在Xovr通道78中的高压空气打开，并且XovrE 阀86快速地打开仅仅大约30度曲柄角。为了在允许的压力和时间间隔内 成功地致动这些阀，具体地，为了致动XovrE阀，已经改进了上述液压 机械阀致动系统实施例100。实施例100也允许交换阀的升程和定时的变 化。
参照图6至21，接下来说明实施例100XovrE阀致动系统操作。为了 提供对阀定时和阀升程的调节，凸轮110被设计以在比打开发动机阀所需 要的冲程大的冲程中致动柱塞106；因而提供了空转系统。
在图6中所示的初始位置中，柱塞106在其上止点位置并且进口止回 阀148打开。蓄能器166是空的，并且锁定电磁阀168和定时电磁阀170 打开。XovrE阀86被关闭，并且座式控制止回阀142被关闭。
转到图7-9，凸轮沿顺时针方向转动。当转动凸轮110的圆形突出部 接合凸轮从动件112(图9)时，柱塞106开始从其上止点位置下降，将油压 出柱塞汽缸104进入主室120，并且通过室出口端172压出主室120，其 中油在室出口端被排入油罐箱202中(由箭头所示)。进口止回阀148从打 开位置移动到关闭位置。座式控制止回阀142保持关闭，锁定电磁阀168 和定时电磁阀170保持打开，并且蓄能器166保持为空。XovrE阀86也 保持为关闭。
转到图10，当凸轮110继续其顺时针旋转时，柱塞106继续下降，并 且定时电磁阀170关闭。定时电磁阀170的关闭堵住主室出口172，并且 通过打开座式控制止回阀142而将油推压通过阀门活塞油通道140。油从 阀门活塞油通道140流通到在阀门活塞124底部处的阀门汽缸122，猛烈 地打开XovrE阀86。锁定电磁阀168保持打开，进口止回阀148保持关 闭，并且蓄能器166保持为空。
在图11中，凸轮110进一步以顺时针方向转动，并且，凸轮圆形突 出部在凸轮从动件112的作用力继续使柱塞106下降。锁定电磁阀168现 在被关闭，并且该锁定电磁阀的关闭阻碍油流动到XovrE阀86的活塞 124，结束被迫的升程。然而，XovrE阀86的惯性使该XovrE阀继续向上 运动，并且阀杆126接合全升程制动器156的升程制动器活塞160。来自 被锁定电磁阀168阻碍的剩余的油由于柱塞106的继续行进而进入蓄能器 166以储存能量(如由箭头所示)。进口止回阀148和定时电磁阀170保持 关闭，而座式控制止回阀142保持打开。
转向图12和13，当阀杆126移动全升程制动器156的活塞160时， 油被推压通过排放口164，因而减缓了XovrE阀86的向上运动。XovrE 阀86在全升程处停止移动，从而全升程制动器156被接合，并且座式控 制止回阀142关闭。柱塞106还继续下降，使油继续流入蓄能器166(如由 箭头所示)，以储存能量。定时电磁阀170、锁定电磁阀168和进口止回阀 148保持关闭。
如图14所示，当凸轮110已经从它的最初位置转动到它的最高点时 (在圆形突出部的顶部)，柱塞106达到它的下止点位置。最大量的能量现 在已经储存在蓄能器166中。定时电磁阀170打开，允许油从阀门汽缸122 排出(如箭头所示)，并且允许在阀空气汽缸154中的加压的空气通过向下 推压活塞152而开始关闭XovrE阀86。然而，定时电磁阀170可以不依 赖于凸轮110的旋转位置而打开。换而言之，定时电磁阀170不必正好在 定时凸轮110达到最高点时打开。在图14中还显示，开始通过制动器止 回阀162将油移动到阀升程制动器汽缸158。锁定电磁阀168、进口止回 阀148和座式控制止回阀142保持关闭。
转向图15和16，当柱塞106开始从它的下止点位置返回时，蓄能器 166开始排空(如由箭头所示)。空气压力向下推蓄能器活塞176，从蓄能器 166返回油到柱塞汽缸104，并且释放储存能量，以缩回柱塞106和驱动 凸轮旋转。全升程制动器156完成补充，并且制动器止回阀162关闭。关 闭座式控制止回阀142导致油被转移到排放口144，减缓了XovrE阀86 与阀座132的接合。在图16中，XovrE阀86已经关闭。定时电磁阀170 保持打开，并且锁定电磁阀168和进口止回阀148保持关闭。
转向图17-19，当凸轮110继续顺时针旋转时，柱塞106继续朝向它 的上止点位置返回。蓄能器166继续排空，将油返回到柱塞汽缸104(如由 箭头所示)。在图19中，蓄能器166已经为空。锁定电磁阀168、进口止 回阀148、座控制止回阀142和XovrE阀86保持关闭。定时电磁阀170 保持打开。
如图20所示，当凸轮110转动以将柱塞106带回到它的TDC位置并 且蓄能器为空时，进口止回阀148打开，允许油补充到主室120。锁定电 磁阀168、座式控制止回阀142和XovrE阀86保持关闭，同时定时电磁 阀170保持打开。蓄能器166为空。
最后转到图21，凸轮110继续朝向它的最初开始位置沿顺时针方向转 动返回，以完成360度旋转。锁定电磁阀168打开，并且主室120填充油 (如由箭头所示)，所述油根据需要通过操作将油从油罐202输送通过打开 的进口止回阀148的液压泵204而连续地提供。定时电磁阀170保持打开， 同时座式控制止回阀142和XovrE阀86保持关闭。柱塞106保持在它的 上止点位置，并且蓄能器166保持为空。所述循环然后重复自身，首先返 回到图6所示的步骤。
在可替换的实施例99中，柱塞106和阀门活塞124以及具有止回阀 142的座式控制装置138的操作本质上如上述说明一样。然而，省略了蓄 能器166、锁定电磁阀168和定时电磁阀170，并且阀门活塞空气弹簧198 被机械弹簧151代替。因而，XovrE阀定时和升程将被固定，并且机械弹 簧151将吸收阀升程控制作用力。然而，如果需要，可以增加缺少的定时 装置和蓄能器，并且机械弹簧可以代替空气弹簧作为XovrE阀关闭器和升 程控制装置。如果需要，也可以增加蓄能器并且使用机械的回位弹簧。
虽然已经通过参照具体实施例说明了本发明，但应理解在所说明的独 创性的构思的精神和范围内可以进行多种变化。因而，目的是本发明不被 限制为所说明的实施例，而是具有由如下权利要求的语言所限定的全部范 围。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2007年8月7日递交的美国临时专利申请 No.60/963,742的优先权。