專利名稱：分開循環(huán)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分開循環(huán)(split-cycle)發(fā)動(dòng)機(jī)，本發(fā)明具體地涉及一 種分開循環(huán)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在申請(qǐng)中所使用的術(shù)語分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還沒有被接受為發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域 的技術(shù)人員通常己知的固定意思。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(qǐng)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 曲軸，可以圍繞曲軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；
動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)并且操作性地連 接到曲軸，從而所述動(dòng)力活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的動(dòng)力(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 接到曲軸，從而所述壓縮活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程 和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；和
使動(dòng)力氣缸和壓縮氣缸相互連接的氣體通道，所述氣體通道包括在其 間限定壓力室的進(jìn)氣閥與排氣(隔斷)閥。
全都受讓于本發(fā)明的受讓人的美國專利No.6，543,225、 No.6，609,371和 No.6,952,923公開了本文所定義的分開循環(huán)內(nèi)燃機(jī)的示例。這些專利包含 在這些專利的授權(quán)中引用為背景技術(shù)的很多美國和外國專利和公開物。因 為它們經(jīng)過兩個(gè)專用缸(一個(gè)氣缸專用于高壓壓縮沖程，而另一個(gè)氣缸專 用于高壓動(dòng)力沖程)確切地將傳統(tǒng)壓力/體積奧托(Otto)循環(huán)的四個(gè)沖程 (即，進(jìn)氣、壓縮、動(dòng)力和排氣)分開，所以用于這些發(fā)動(dòng)機(jī)的術(shù)語為"分 開循環(huán)(split-cycle)"。
使用星形發(fā)動(dòng)機(jī)用于航空應(yīng)用的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)在本領(lǐng)域中是已知的。例如，星形發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于二戰(zhàn)時(shí)的飛行器和早期的模型商用飛行器中。 目前在一些螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛行器中仍舊使用星形發(fā)動(dòng)機(jī)。
星形發(fā)動(dòng)機(jī)不同于其它普通的內(nèi)燃機(jī)，如在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的布置中的直 列型或V型發(fā)動(dòng)機(jī)。在星形發(fā)動(dòng)機(jī)中，氣缸和相應(yīng)的活塞以圓形圖案繞發(fā) 動(dòng)機(jī)曲軸徑向布置。
星形發(fā)動(dòng)機(jī)用于飛行器應(yīng)用中是有利的，因?yàn)樗鼈兛梢援a(chǎn)生大量動(dòng)
力，它們具有相對(duì)較低的最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度(rpm)，這避免了對(duì)用于驅(qū)動(dòng)螺
旋槳的減速齒輪的需要，并它們適于空氣冷卻，這消除了對(duì)水冷卻系統(tǒng)的 需要。
雖然星形發(fā)動(dòng)機(jī)己經(jīng)是可靠的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，并且比其它類型的飛行 器發(fā)動(dòng)機(jī)更便宜，但是已經(jīng)基本上減少了在飛行器中對(duì)星形發(fā)動(dòng)機(jī)的使 用。傳統(tǒng)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)往往有噪音，并且比其它發(fā)動(dòng)機(jī)更耗油。而且，傳 統(tǒng)的星形發(fā)動(dòng)機(jī)具有機(jī)械問題，如在不使用發(fā)動(dòng)機(jī)期間油會(huì)漏到下面的氣 缸內(nèi)。在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前必需通過手翻轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)而從氣缸將此油移除，這 對(duì)于飛行員或地勤人員來說是不方便的。
使用水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)在本領(lǐng)域是已知的，并且被已 知為"拳師"型發(fā)動(dòng)機(jī)，以驅(qū)動(dòng)飛行器的螺旋槳。箱型發(fā)動(dòng)機(jī)與其它內(nèi) 燃機(jī)的不同在于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸以水平相對(duì)關(guān)系布置。
水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)是比其它發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊并且具有 更低的重心。水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，如星形發(fā)動(dòng)機(jī)潛在地可以被空氣冷卻， 這消除了對(duì)單獨(dú)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的需要，從而減小了發(fā)動(dòng)機(jī)的總體重 量。因此，水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)適于飛行器應(yīng)用。水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)還被很 好的平衡，因?yàn)槊恳粋€(gè)活塞的動(dòng)量被與其相對(duì)的活塞的運(yùn)動(dòng)平衡。這減少 或者甚至可以消除對(duì)曲軸上的平衡軸或平衡物的需要，從而進(jìn)一步減小發(fā) 動(dòng)機(jī)的總體重量。
然而，水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)通常比其它發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)(如v型發(fā)動(dòng)機(jī)和直
線型發(fā)動(dòng)機(jī))噪音更大。而且，水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)更難于配合到發(fā)動(dòng)機(jī)室， 因?yàn)樗较鄬?duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)往往比其它發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更寬。
在航空學(xué)中還已知的是在飛行器中經(jīng)常使用壓縮空氣。然而，傳統(tǒng)的 飛行器缺少便利和有效的壓縮空氣源，從而使壓縮空氣的這些潛在使用不
8可行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛行器的各種分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置，所 述分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)裝置能夠存儲(chǔ)壓縮空氣，并將壓縮空氣輸回到飛行器的 發(fā)動(dòng)機(jī)或其它部件。
在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)包括繞曲 軸軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性 地連接到曲軸，使得動(dòng)力活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排 氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在壓縮氣缸內(nèi)，并且操作性地 連接到曲軸，使得壓縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮 沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道使壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸操作性地相互連 接。氣體跨接通道包括在其之間限定壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥?？諝鈨?chǔ)蓄 器在壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥之間的位置處通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連 接到壓力室?？諝鈨?chǔ)蓄器選擇性地可操作以接收來自于壓縮氣缸的壓縮空 氣并輸送壓縮空氣到動(dòng)力氣缸，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間在將動(dòng)力傳遞給曲 軸時(shí)使用?？諝鈨?chǔ)蓄器也可以將壓縮空氣輸送給飛行器的其它部件。閥選 擇性地控制流入和流出壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸以及空氣儲(chǔ)蓄器的氣體流。發(fā) 動(dòng)機(jī)安裝到飛行器，并且空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在飛行器中?？蛇x擇地，空氣儲(chǔ) 蓄器可以位于飛行器的機(jī)翼內(nèi)、飛行器的后機(jī)身內(nèi)或者同時(shí)位于飛行器的 機(jī)翼和飛行器的后機(jī)身內(nèi)。用于空氣儲(chǔ)蓄器的可選位置也在本發(fā)明的保護(hù) 范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，提供了一種可以用于飛行器應(yīng)用的分開 循環(huán)水平相對(duì)的("拳師")發(fā)動(dòng)機(jī)。分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)允許動(dòng)力 氣缸在曲軸的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)而不是每隔一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火一次，并允許壓縮氣缸在 曲軸的每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間壓縮裝載空氣。分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)還允許 壓縮氣缸與動(dòng)力氣缸相比在更大直徑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，以增加吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi) 的空氣的體積，從而允許在不使用外部增壓器的情況下給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的分開循環(huán)水平相對(duì)的("拳師")發(fā)動(dòng)機(jī)包括 繞軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。分開循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)還包括在曲軸的任一側(cè)上的一對(duì)水平相對(duì)的動(dòng)力氣缸。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)， 并且操作性地連接到曲軸，使得動(dòng)力活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨 脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分開循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)還包括在曲軸的任 一側(cè)上的一對(duì)水平相對(duì)的壓縮氣缸。壓縮活塞可滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮 氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到曲軸，使得壓縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道使每一個(gè)壓縮氣缸 與相關(guān)聯(lián)的軸向鄰近的動(dòng)力氣缸相互連接。氣體跨接通道包括在其之間限 定壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥。閥控制流入壓縮氣缸和流出動(dòng)力氣缸的氣體 流?？諝鈨?chǔ)蓄器在每一個(gè)壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥之間的位置處通過儲(chǔ)蓄 器通道操作性地連接到壓力室?？諝鈨?chǔ)蓄器可選擇性地操作以接收和輸送 壓縮空氣。
在本發(fā)明的又一種實(shí)施例中，提供了一種可以用于飛行器應(yīng)用的分開 循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)。分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)允許氣缸連續(xù)點(diǎn)火，這增加了發(fā)動(dòng) 機(jī)的扭矩。分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)還允許發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 偏離，從而進(jìn)一步增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩且減小了活塞裙摩擦。而且，分開 循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)能夠吸入更大體積的裝載吸入空氣，這提高了發(fā)動(dòng)機(jī)在空 氣更加稀薄的高海拔處的性能。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)包括繞曲軸軸線可轉(zhuǎn)動(dòng) 的曲軸。動(dòng)力組包括繞所述曲軸徑向設(shè)置的多個(gè)動(dòng)力氣缸。動(dòng)力活塞可滑 動(dòng)地容納在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到所述曲軸，使得每一 個(gè)動(dòng)力活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往 復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮組軸向鄰近所述動(dòng)力組。所述壓縮組包括繞所述曲軸徑向設(shè) 置并且數(shù)量等于所述動(dòng)力氣缸的數(shù)量的多個(gè)壓縮氣缸。壓縮活塞可滑動(dòng)地 容納在每一個(gè)壓縮氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到所述曲軸，使得每一個(gè)壓 縮活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn) 動(dòng)。每一個(gè)壓縮氣缸與相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力氣缸配對(duì)。每一個(gè)壓縮與動(dòng)力氣缸對(duì) 包括使所述一對(duì)壓縮氣缸和所述動(dòng)力氣缸相互連接的氣體跨接通道。氣體 跨接通道包括在其之間限定壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥。還設(shè)置閥以控制流 入壓縮氣缸和流出所述動(dòng)力氣缸的氣體流?？諝鈨?chǔ)蓄器可以在每一個(gè)壓力 室的所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間的位置處通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到所述壓力室。所述空氣儲(chǔ)蓄器可選擇性地操作以接收和輸送壓縮空 氣。
參照附圖從本發(fā)明的以下詳細(xì)說明中更全面地理解本發(fā)明的這些和 其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的包括分開循環(huán)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮空氣箱的飛 行器的示意性側(cè)視圖2是圖1的飛行器的示意性俯視圖3是沿線3-3截得的飛行器的剖視圖4是根據(jù)本發(fā)明的具有空氣存儲(chǔ)箱的分開循環(huán)水平相對(duì)("拳師")
的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖，其中，所述分開循環(huán)水平相對(duì)("拳師")的發(fā)動(dòng)機(jī)，
其中圖示了在上死點(diǎn)周圍的活塞；
圖5是沿圖4中的線5-5截得的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖； 圖6是沿圖4中的線6-6截得的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖； 圖7是圖4的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的另一示意圖，其中圖示了在
下死點(diǎn)周圍的活塞；
圖8是沿圖7中的線8-8截得的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖； 圖9是沿圖7中的線9-9截得的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)的剖視圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明的具有空氣存儲(chǔ)箱的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)的示意
圖11是圖10的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮組的示意圖；以及
圖12是圖10的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力組的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參照附圖，數(shù)字10整體表示螺旋槳驅(qū)動(dòng)飛行器。如圖l-3 中所示，飛行器10具有一對(duì)機(jī)翼12、在機(jī)翼12中的翼梁14、駕駛艙16、 尾翼18和后機(jī)身20。飛行器10可以具有橫越兩個(gè)機(jī)翼12的一個(gè)翼梁14， 或者單獨(dú)的翼梁可以位于每一個(gè)機(jī)翼12中。根據(jù)本發(fā)明的分開循環(huán)發(fā)動(dòng)
ii機(jī)22在駕駛艙16的前方安裝在飛行器10中以驅(qū)動(dòng)螺旋槳24?？諝獯鎯?chǔ) 箱26可以位于翼梁14、后機(jī)身20中，或者位于翼梁14和后機(jī)身20中。 空氣存儲(chǔ)箱(一個(gè)或多個(gè))也可以位于在機(jī)身IO中的任何其它適當(dāng)?shù)奈?置中，例如，位于除翼梁14之外機(jī)翼12中的適當(dāng)位置。
轉(zhuǎn)到圖4-9，在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)22可以是水 平相對(duì)("拳師")型分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。分開循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)22包括可 繞軸線30轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸28。分開循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)22還包括在曲軸28的 任一側(cè)上的一對(duì)水平相對(duì)的動(dòng)力氣缸34。動(dòng)力活塞36可滑動(dòng)地容納在每 一個(gè)動(dòng)力氣缸34內(nèi)，并操作性地連接到曲軸28，從而每一個(gè)動(dòng)力活塞36 通過在曲軸28的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分開 循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)22還包括在曲軸28的任一側(cè)上的水平相對(duì)的壓縮氣缸 40。壓縮活塞42可滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮氣缸40內(nèi)并操作性地連接到 曲軸28，使得每一個(gè)壓縮氣缸42通過在曲軸28的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖 程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道44使每一個(gè)壓縮氣缸40與相關(guān) 聯(lián)的軸向相鄰的動(dòng)力氣缸34相互連接。氣體跨接通道44包括在其之間限 定壓力室50的進(jìn)氣閥46和排氣閥48。在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)期間壓力室50 內(nèi)的空氣壓力保持在升高的最小壓力。閥52控制流進(jìn)壓縮氣缸40和流出 動(dòng)力氣缸34的氣體流。閥44、 46、 52可以是止回閥、提升閥或任何其它 適當(dāng)?shù)拈y。閥44、 46、 52可以被凸輪致動(dòng)、電氣致動(dòng)、氣動(dòng)致動(dòng)、或液 壓致動(dòng)?？諝鈨?chǔ)蓄器26在每一個(gè)壓力室50的進(jìn)氣閥46與排氣閥48之間 的位置處可以通過儲(chǔ)蓄器通道54操作性地連接到壓力室50。空氣儲(chǔ)蓄器 26可選擇性地操作以接收并輸送壓縮空氣。
圖4-9中所示的分開循環(huán)拳師型發(fā)動(dòng)機(jī)22包括一對(duì)動(dòng)力氣缸34和一 對(duì)壓縮氣缸40總共四個(gè)氣缸。如果期望額外的馬力，另一對(duì)動(dòng)力氣缸和 壓縮氣缸可以增加為總共八個(gè)氣缸。然而，應(yīng)該理解的是發(fā)動(dòng)機(jī)22可以 具有任何數(shù)量的氣缸，只要具有偶數(shù)個(gè)動(dòng)力氣缸、偶數(shù)個(gè)壓縮氣缸以及相 等數(shù)量的動(dòng)力氣缸和壓縮氣缸(因?yàn)槊恳粋€(gè)動(dòng)力氣缸必須與壓縮氣缸配 對(duì))。
動(dòng)力氣缸34可以設(shè)置在壓縮氣缸40的前面，以有利于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 期間較熱的動(dòng)力氣缸34的空氣冷卻。每一個(gè)壓縮氣缸40和每一個(gè)動(dòng)力氣缸34的縱向軸線56可與曲軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線30偏離。氣缸軸線56與曲 軸軸線30的偏離允許更多的機(jī)械優(yōu)點(diǎn)和增加扭矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)22的每一側(cè) 上， 一對(duì)水平相對(duì)的氣缸中的一個(gè)被升高到曲軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線30以上， 而另一個(gè)被下降到曲軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線30以下。此外，因?yàn)閴嚎s氣缸40 與動(dòng)力氣缸34分離，所以壓縮氣缸40可以被設(shè)計(jì)成比動(dòng)力氣缸34具有 更大的直徑。這導(dǎo)致壓縮氣缸40比動(dòng)力氣缸34具有更大的體積，從而在 不使用外部增壓器的情況下允許給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這 也可以通過允許發(fā)動(dòng)機(jī)吸入更大體積的稀薄空氣而提高發(fā)動(dòng)機(jī)在更高海 拔處的效率。動(dòng)力活塞36也可以被設(shè)計(jì)成與壓縮活塞42相比具有用于更 長沖程的在曲軸28上更長的行程(throw),從而過膨脹動(dòng)力氣缸34內(nèi)的 氣體并提供增加的效率，即，密勒效應(yīng)。
壓縮活塞42稍微滯后(曲柄角度轉(zhuǎn)動(dòng)的度數(shù))于動(dòng)力活塞136。這與 其中相鄰一對(duì)活塞曲柄角度180度分開的傳統(tǒng)的水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)相反。 在發(fā)動(dòng)機(jī)22的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，當(dāng)壓縮活塞42到達(dá)上死定點(diǎn)(TDC)時(shí)，動(dòng)力 活塞36己經(jīng)達(dá)到TDC并且己經(jīng)開始動(dòng)力沖程。在與動(dòng)力氣缸34相關(guān)聯(lián) 的動(dòng)力活塞36已經(jīng)到到達(dá)其上死點(diǎn)位置后，燃料在5-40度曲柄角度
(ATDC度)的范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸34內(nèi)被點(diǎn)燃。優(yōu)選地，燃料在 10-30度ATDC范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸34內(nèi)被點(diǎn)燃。
圖4-6圖示了在TDC位置附近處的壓縮活塞42和遠(yuǎn)離TDC向下死點(diǎn)
(BDC)移動(dòng)的動(dòng)力活塞36。曲軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(圖5)和動(dòng)力活塞36 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(圖6)由附圖中與它們相對(duì)應(yīng)的部件相關(guān)聯(lián)的箭頭表示。圖 7-9圖示了在BDC位置附近的壓縮活塞42和遠(yuǎn)離BDC向TDC移動(dòng)的動(dòng) 力活塞36。曲軸28的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(圖8和圖9)與壓縮活塞42和動(dòng)力活塞 36的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(圖7和圖9)由附圖中與它們相對(duì)應(yīng)的部件相關(guān)聯(lián)的箭頭 表不。
動(dòng)力活塞36可以通過相對(duì)于曲軸軸線30分開180度的分離曲柄銷/ 軸頸43操作性地連接到曲軸28。配對(duì)的動(dòng)力活塞36因此同時(shí)到達(dá)上死點(diǎn)。 同樣，壓縮活塞42可以通過相對(duì)于曲軸軸線30也分開180度的分離曲柄 銷/軸頸43操作性連接到曲軸28。配對(duì)的壓縮活塞42因此也同時(shí)到達(dá)上 死點(diǎn)。
13火花塞(未示出)也可以延伸到動(dòng)力氣缸34中的每一個(gè)內(nèi)，用于通 過點(diǎn)火控制(也未示出)在精確時(shí)間點(diǎn)燃空氣-燃料裝料。應(yīng)該理解的是如 果期望，發(fā)動(dòng)機(jī)22可以被制成為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在不需要火花塞的情
況下可以操作。而且，發(fā)動(dòng)機(jī)22可以被設(shè)計(jì)成以用于通常的往復(fù)活塞發(fā)
動(dòng)機(jī)的任何適當(dāng)?shù)娜剂?如，氫氣、天然氣或生物柴油)運(yùn)轉(zhuǎn)。
在使用空氣儲(chǔ)蓄器26的情況下，分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)22可以用作混合動(dòng) 力發(fā)動(dòng)機(jī)。壓縮氣缸40則可被可選擇性地控制以將壓縮活塞42置于壓縮 模式或空轉(zhuǎn)模式。類似地，動(dòng)力氣缸34可被選擇性地控制以將動(dòng)力活塞 36置于動(dòng)力模式或空轉(zhuǎn)模式。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)22可以在至少三個(gè)模式下可 運(yùn)轉(zhuǎn)，所述至少三個(gè)模式包括內(nèi)燃機(jī)模式(ICE)、空氣壓縮機(jī)(AC)模 式和預(yù)壓縮空氣動(dòng)力(PAP)模式。在ICE模式下，壓縮活塞42和動(dòng)力 活塞36處于它們各自的壓縮模式和動(dòng)力模式下，其中，壓縮活塞42吸入 空氣并壓縮吸入的空氣用于在動(dòng)力氣缸34中使用，并且壓縮空氣與燃料 一起進(jìn)入動(dòng)力氣缸34，在膨脹沖程開始時(shí)，燃料在動(dòng)力活塞36的同一膨 脹沖程期間被點(diǎn)燃、燃燒和膨脹，從而將動(dòng)力傳遞給曲軸28，并且燃燒產(chǎn) 物在排氣沖程期間被排放。在AC模式下，壓縮活塞42處于壓縮模式下， 并且壓縮活塞42吸入并壓縮空氣，所述空氣存儲(chǔ)在空氣儲(chǔ)蓄器26中，如 下詳細(xì)所述的，用于后續(xù)使用在動(dòng)力氣缸或其它飛行器部件中。在PAP模 式下，動(dòng)力氣缸34處于動(dòng)力模式下，并接收來自空氣儲(chǔ)蓄器26的、在動(dòng) 力活塞36的膨脹沖程期間被膨脹的壓縮空氣，從而將動(dòng)力傳遞給曲軸28， 并且膨脹空氣在排氣沖程期間被排放。
可選擇地，在PAP模式下，燃料在膨脹沖程開始時(shí)與壓縮空氣混合， 并且混合物可以在動(dòng)力活塞36的同一膨脹沖程期間被點(diǎn)燃、燃燒并膨脹， 從而將動(dòng)力傳遞給曲軸28，并且燃燒產(chǎn)物可以在排氣沖程期間被排放?？?選地，在PAP模式下，進(jìn)入動(dòng)力氣缸34的壓縮空氣可以在不添加燃料或 沒有開始燃燒的情況下被膨脹。
過量的壓縮空氣，即，在動(dòng)力氣缸34中沒有用于燃燒的空氣經(jīng)由儲(chǔ) 蓄器通路54從壓力室50傳送給空氣存儲(chǔ)箱(一個(gè)或多個(gè))26。存儲(chǔ)的壓 縮空氣可以用于各種應(yīng)用。這些應(yīng)用可以包括但不限于a)代替電啟動(dòng) 器啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；b)艙室增壓；c)在受壓飛行器中給可充氣門密封件充氣；
14d) 通過致動(dòng)制動(dòng)靴和/或通過受壓空氣相對(duì)旋轉(zhuǎn)輪子的主動(dòng)阻力制動(dòng)輪子;
e) 在沒有將燃料注入到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)(見上面的PAP模式)的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)螺 旋槳，用于滑行短距離；f)在沒有啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和沒有使螺旋槳旋轉(zhuǎn)(允許 安全滑行)的情況下驅(qū)動(dòng)飛行器的輪子，以使飛行器滑行；g)在著陸之 前，向上旋轉(zhuǎn)飛行器的輪子，因此在著陸期間當(dāng)輪胎接觸地面時(shí)它們沒有 受到很多摩擦破損；h)除了飛行器的傳統(tǒng)制動(dòng)之外，在飛行器的輪子上 提供用于快速停止的制動(dòng)力；i)當(dāng)壓縮氣缸在空轉(zhuǎn)模式(見上面的PAP 模式)下時(shí)利用壓縮空氣使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；j)操作使用陀螺儀的飛行儀器； k)在燃料泵發(fā)生故障時(shí)提供燃料壓力；1)致動(dòng)飛行控制和著陸裝置，例 如，空氣壓力調(diào)節(jié)閥可以用于在控制表面上提供精細(xì)調(diào)整的平衡壓力，并 且可以操作前緣縫翼；m)從飛行器的機(jī)翼除冰；n)給用于防墜毀裝置的 安全氣袋充氣；o)代替火箭發(fā)動(dòng)機(jī)打開整個(gè)飛行器降落傘回收系統(tǒng)的整 個(gè)飛行器回收降落傘；p)操作緊急疏散滑槽；q)配置來自于特殊飛行器 使用的殺蟲劑、阻燃劑、閃光、軍需品、和其它物品；r)從水陸兩用飛行 器的飛行器浮子和機(jī)身噴射水；以及s)從機(jī)翼的頂部中的孔排放空氣， 以模擬在慢速下漩渦發(fā)生器的作用。
可選擇地，發(fā)動(dòng)機(jī)22也可以在至少第四模式(這里被指定為高動(dòng)力 (HP)模式)下可運(yùn)轉(zhuǎn)。在HP模式下，壓縮氣缸40可選擇地被控制， 以實(shí)際上作為具有代替進(jìn)氣沖程和壓縮沖程的膨脹沖程和排氣沖程的附 加動(dòng)力氣缸而運(yùn)轉(zhuǎn)。
在HP模式期間，沒有外界空氣通過吸氣閥52吸入到壓縮氣缸40內(nèi)。 而是，壓縮氣缸40和動(dòng)力氣缸36都從空氣儲(chǔ)蓄器26接收壓縮空氣，所 述壓縮空氣在壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸的各自膨脹沖程期間被膨脹，并在它們 各自的排氣沖程期間被排放。
在HP模式的一種優(yōu)選實(shí)施例中，在通過在沒有燃燒的情況下膨脹來 自空氣儲(chǔ)蓄器26的空氣的過程壓縮活塞42將動(dòng)力傳遞給曲軸28的同時(shí)， 通過燃燒過程動(dòng)力活塞36將動(dòng)力傳遞給曲軸28。 g卩，在動(dòng)力氣缸34中， 在膨脹沖程開始時(shí)，燃料與壓縮空氣混合，混合物在動(dòng)力氣缸34的同一 膨脹沖程期間點(diǎn)燃、燃燒和膨脹。同時(shí)，在壓縮氣缸40中，進(jìn)入壓縮氣 缸40內(nèi)的壓縮空氣在不需要添加燃料或沒有開始燃燒的情況下在壓縮氣缸40的膨脹沖程期間膨脹。
使發(fā)動(dòng)機(jī)22在HP模式下運(yùn)轉(zhuǎn)將可用于飛行器的動(dòng)力沖程的數(shù)量增加
了一倍，只要空氣儲(chǔ)蓄器26保持有足夠的空氣壓力以保持HP模式。此模 式在臨界短期運(yùn)轉(zhuǎn)期間(如增加海拔以飛過山或迅速加速到用于起飛的高 速)對(duì)于增加動(dòng)力給飛行器是有用的。而且，空氣儲(chǔ)蓄器可以在地面上通 過外部壓縮機(jī)過增壓，以能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)22在起飛期間在HP模式下運(yùn)轉(zhuǎn)更 長的時(shí)間周期。
回到圖10-12，在本發(fā)明可選的實(shí)施例中，分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)122可以 是徑向型分開循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)122包括可繞曲軸軸線 130轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸128。發(fā)動(dòng)機(jī)122具有動(dòng)力組132，所述動(dòng)力組包括繞曲軸 128徑向設(shè)置的多個(gè)動(dòng)力氣缸134。動(dòng)力活塞136可滑動(dòng)地容納在每一個(gè) 動(dòng)力氣缸134內(nèi)，并操作性地連接到曲軸128，使得每一個(gè)動(dòng)力活塞136 通過在曲軸128的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮 組138軸向鄰近動(dòng)力組132。壓縮組138包括多個(gè)壓縮氣缸140，所述壓 縮氣缸繞曲軸128徑向設(shè)置，并在數(shù)量上等于動(dòng)力氣缸134的數(shù)量。壓縮 活塞142可滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮氣缸140內(nèi)，并操作性地連接到曲軸 128，使得每一個(gè)壓縮活塞142通過在曲軸128的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖 程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。每一個(gè)壓縮氣缸140與相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力氣缸134 配對(duì)。每一個(gè)壓縮氣缸140和動(dòng)力氣缸134對(duì)包括相互連接所述一對(duì)壓縮 氣缸140和動(dòng)力氣缸134的氣體跨接通道144。、氣體跨接通道144包括在 其之間限定壓力室150的進(jìn)氣閥146和排氣閥148。閥152還被設(shè)置成控 制流進(jìn)壓縮氣缸140和流出動(dòng)力氣缸134的氣體流。閥144、 146、 152可 以是止回閥、提升闊、或任何其它適當(dāng)?shù)拈y。閥144、 146、 152可以被凸 輪致動(dòng)、電氣致動(dòng)、氣動(dòng)致動(dòng)、或液壓致動(dòng)?？諝鈨?chǔ)蓄器126在每一個(gè)壓 力室150的進(jìn)氣閥146與排氣閥148之間的位置處可以通過的儲(chǔ)蓄器通道 154操作性地連接到壓力室150。空氣儲(chǔ)蓄器126可選擇性地操作以接收 并輸送壓縮空氣。
動(dòng)力組132可以設(shè)置在壓縮組138的前面，以便于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間 更熱的動(dòng)力組132的空氣冷卻。壓縮組138的壓縮氣缸140可以相對(duì)于動(dòng) 力組132的動(dòng)力氣缸134轉(zhuǎn)動(dòng)。換句話說，壓縮氣缸140不直接與動(dòng)力氣缸134成直線，而是可以基本相對(duì)于曲軸128轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度，從而增加壓
縮氣缸140上的空氣流。此外，每一個(gè)壓縮氣缸140的縱向軸線156可以 與曲軸128的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線130偏離。類似地，每一個(gè)動(dòng)力氣缸134的縱向軸 線156也可以與曲軸128的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線130偏離。壓縮氣缸140比動(dòng)力氣缸 134具有更大的直徑，從而允許更大體積的吸入空氣。壓縮活塞142也可 以比動(dòng)力活塞136具有更短的沖程。
動(dòng)力活塞136中的一個(gè)可以通過第一固定主桿(masterrod) 158操作 性地連接到曲軸128，而動(dòng)力活塞136中剩余的可以通過致動(dòng)桿160操作 性地連接到第一主桿158。第一主桿158在一端處具有轂161 (因此所述 第一主桿詞定到轂161)。致動(dòng)桿160通過關(guān)節(jié)銷或其它合適的裝置樞轉(zhuǎn)地 連接到轂。類似地，壓縮活塞142中的一個(gè)可以通過第二固定主桿162操 作性地連接到曲軸128，而壓縮活塞142中剩余的可以通過致動(dòng)桿164操 作性地連接到第二主桿162。第二主桿在一端處具有轂166 (因此所述第 二主桿固定到轂166)。致動(dòng)桿164通過關(guān)節(jié)銷或其它合適的樞轉(zhuǎn)連接裝置 樞轉(zhuǎn)地連接到轂166。然而，應(yīng)該理解的是，動(dòng)力活塞和壓縮活塞可以通 過其它機(jī)械裝置操作性地連接到曲軸。
分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)122可以包括3-9個(gè)動(dòng)力氣缸和相等數(shù)量的壓縮 氣缸。在圖中所示的實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)122具有五個(gè)動(dòng)力氣缸134和五個(gè) 壓縮氣缸140。然而，應(yīng)該理解的是分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)不限于任何具體 數(shù)量的動(dòng)力氣缸和壓縮氣缸，只要?jiǎng)恿飧着c壓縮氣缸的數(shù)量相等，并且 具有至少三個(gè)動(dòng)力氣缸和三個(gè)壓縮氣缸。
如果期望額外的動(dòng)力，分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)122也可以可選擇地包括 第二動(dòng)力組和軸向鄰近第二動(dòng)力組的第二壓縮組，所述動(dòng)力組具有繞曲軸 徑向設(shè)置的多個(gè)動(dòng)力氣缸，而所述壓縮組包括繞曲軸徑向設(shè)置并在數(shù)量上 等于動(dòng)力氣缸的數(shù)量的壓縮氣缸。第二動(dòng)力組可以以四個(gè)組成行對(duì)齊的這 樣的方式軸向鄰近第一壓縮組。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在第二動(dòng)力組的每 一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)，并操作性地連接到曲軸，使得每一個(gè)動(dòng)力活塞通過在曲 軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。同樣，壓縮活塞可 滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮氣缸內(nèi)，并操作性地連接到曲軸，使得每一個(gè)壓 縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第
17二壓縮組的每一個(gè)壓縮氣缸與第二動(dòng)力組的相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力氣缸配對(duì)。第二 壓縮組和第二動(dòng)力組中的每一個(gè)壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸對(duì)包括相互連接所 述一對(duì)壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸的氣體跨接通道。氣體跨接通道包括在其之間 限定壓力室的進(jìn)氣閥和排氣閥。閥還控制流進(jìn)第二壓縮組的壓縮氣缸和流 出第二動(dòng)力組的動(dòng)力氣缸的氣體流。應(yīng)該理解的是，分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī) 122可以具有任何數(shù)量的組，只要?jiǎng)恿M與壓縮組的數(shù)量相等。
壓縮活塞142稍微滯后(曲柄角度轉(zhuǎn)動(dòng)的度數(shù))于動(dòng)力活塞136。在 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，當(dāng)壓縮活塞142到達(dá)上死定點(diǎn)(TDC)時(shí)，動(dòng)力活塞 136已經(jīng)達(dá)到TDC并且已經(jīng)開始動(dòng)力沖程。在與動(dòng)力氣缸134相關(guān)聯(lián)的動(dòng) 力活塞136已經(jīng)到到達(dá)其上死點(diǎn)位置后，燃料在5-40度曲柄角度(ATDC 度)的范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸134內(nèi)被點(diǎn)燃。優(yōu)選地，燃料在10-30度 ATDC范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸134內(nèi)被點(diǎn)燃。動(dòng)力氣缸134可以被布置 成當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)順序點(diǎn)火。此外，曲軸128每回轉(zhuǎn)一次，每一個(gè)動(dòng)力氣缸 134點(diǎn)火一次。這與傳統(tǒng)的四沖程星形發(fā)動(dòng)機(jī)相反，在所述傳統(tǒng)的四沖程 星形發(fā)動(dòng)機(jī)中，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每隔一個(gè)氣缸點(diǎn)火，使得對(duì)于曲軸的每兩 個(gè)回轉(zhuǎn)來說，每一個(gè)氣缸點(diǎn)火一次。曲軸128的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由圖10-12中與 曲軸相關(guān)聯(lián)的箭頭表示。
可以設(shè)置具有延伸到動(dòng)力氣缸134中的每一個(gè)中的電極的火花塞 168，用于通過點(diǎn)燃控制器(未示出)在精確時(shí)間點(diǎn)燃加載的空氣-燃料混 合物。應(yīng)該理解的是，如果期望，發(fā)動(dòng)機(jī)122可以被制造為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)， 并且在沒有火花塞的情況下可以被操作。
雖然己經(jīng)參照具體實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是在不脫離 所述本發(fā)明的概念的精神和保護(hù)范圍的情況下可以進(jìn)行大量改變。因此， 目的不是將本發(fā)明限于所述實(shí)施例，而是使本發(fā)明具有由以下權(quán)利要求的 語言限定的全部保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，包括曲軸，所述曲軸能夠繞曲軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞能夠滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到所述曲軸，使得所述動(dòng)力活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓縮活塞，所述壓縮活塞能夠滑動(dòng)地容納在壓縮氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到所述曲軸，使得所述壓縮活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；氣體跨接通道，所述氣體跨接通道使所述壓縮氣缸和所述動(dòng)力氣缸操作性地相互連接，所述氣體跨接通道包括進(jìn)氣閥和排氣閥，在所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間限定壓力室；空氣儲(chǔ)蓄器，所述空氣儲(chǔ)蓄器在所述壓力室的所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間的位置處通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到所述壓力室，所述空氣儲(chǔ)蓄器在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間能夠選擇性地操作，以接收來自所述壓力氣缸的壓縮空氣和將壓縮空氣輸送給所述動(dòng)力氣缸，以便在將動(dòng)力傳遞給所述曲軸時(shí)使用該壓縮空氣；以及多個(gè)閥，所述閥選擇性地控制流入和流出所述壓縮氣缸、所述動(dòng)力氣缸和所述空氣儲(chǔ)蓄器的氣體流，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到飛行器，并且所述空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在所述飛行器中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所 述飛行器具有機(jī)翼，所述空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在所述機(jī)翼內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述飛行器具有在每一個(gè)機(jī)翼內(nèi)的翼梁，所述空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在所述翼梁中 的至少一個(gè)內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所 述飛行器具有駕駛艙、尾翼和鄰近所述尾翼的后機(jī)身，所述空氣儲(chǔ)蓄器設(shè) 置在所述后機(jī)身內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所 述空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在所述尾翼附近。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述壓縮氣缸能夠被選擇性地控制以將所述壓縮活塞置于壓縮模式或i轉(zhuǎn)模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所 述動(dòng)力氣缸能夠被選擇性地控制以將所述動(dòng)力活塞置于動(dòng)力模式或空轉(zhuǎn) 模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在至少三個(gè)模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，所述至少三個(gè)模式包括內(nèi)燃機(jī)(ICE)模式、空氣壓縮(AC)模式和預(yù)壓縮空氣動(dòng)力(PAP)模式，其中在所述ICE模式下，所述壓縮活塞和所述動(dòng)力活塞處于其各自的壓縮 模式和動(dòng)力模式下，其中，所述壓縮活塞吸入空氣并壓縮吸入的空氣用于 在所述動(dòng)力氣缸中使用，并且壓縮空氣與燃料一起進(jìn)入所述動(dòng)力氣缸，在 膨脹沖程開始時(shí)，所述燃料在所述動(dòng)力氣缸的同一膨脹沖程期間被點(diǎn)燃、 燃燒并膨脹，從而將動(dòng)力傳遞給所述曲軸，并且燃燒產(chǎn)物在所述排氣沖程 期間被排放；在所述AC模式下，所述壓縮活塞處于所述壓縮模式下，并吸入和壓縮存儲(chǔ)在所述空氣儲(chǔ)蓄器內(nèi)用于后續(xù)使用在所述動(dòng)力氣缸中的空氣；以及 在所述PAP模式下，所述動(dòng)力氣缸處于所述動(dòng)力模式下，并接收來自 于所述空氣儲(chǔ)蓄器的壓縮空氣，所述壓縮空氣在所述動(dòng)力活塞的所述膨脹 沖程期間膨脹，從而將動(dòng)力傳遞給所述曲軸，并且所述膨脹空氣在所述排 氣沖程期間被排放。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在 所述PAP模式下，燃料在所述膨脹沖程開始時(shí)與所述壓縮空氣混合，并且 混合物在所述動(dòng)力活塞的同一膨脹沖程期間被點(diǎn)燃、燃燒和膨脹，從而將 動(dòng)力傳遞給所述曲軸，并且燃燒產(chǎn)物在所述排氣沖程期間被排放。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 在所述PAP模式下，進(jìn)入所述動(dòng)力氣缸的所述壓縮空氣在沒有增加燃料或沒有開始燃燒的情況下被膨脹。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 所述發(fā)動(dòng)機(jī)在至少第四高壓(HP)模式下能夠這轉(zhuǎn)，在所述HP模式下所述壓縮氣缸能夠被選擇性地控制以作為具有膨脹沖程和排氣沖程 的動(dòng)力氣缸運(yùn)轉(zhuǎn)；所述動(dòng)力氣缸和所述壓縮氣缸都接收來自于所述空氣儲(chǔ)蓄器的壓縮 空氣，所述壓縮空氣在所述壓縮氣缸和所述動(dòng)力氣缸各自的膨脹沖程期間 被膨脹，并在所述壓縮氣缸和所述動(dòng)力氣缸各自的排氣沖程期間被排放。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中 在所述動(dòng)力氣缸中，燃料在所述膨脹沖程開始時(shí)與所述壓縮空氣混合，并且混合物在所述動(dòng)力氣缸的同一膨脹沖程期間被點(diǎn)燃、燃燒和膨脹； 和在所述壓縮氣缸內(nèi)，進(jìn)入所述壓縮氣缸的壓縮空氣在沒有增加燃料或 沒有開始燃燒的情況下在所述壓縮氣缸的所述膨脹沖程期間被膨脹。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 在所述動(dòng)力活塞己經(jīng)到達(dá)其上死點(diǎn)(TDC)位置后，燃料在5-40度曲柄角 度(CA)的范圍內(nèi)被點(diǎn)燃。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的分開循環(huán)混合動(dòng)力飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 在所述動(dòng)力活塞已經(jīng)到達(dá)其上死點(diǎn)(TDC)位置后，燃料在10-30度曲柄角 度(CA)的范圍內(nèi)被點(diǎn)燃。
15. —種分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，包括 曲軸，所述曲軸能夠繞曲軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)力組，所述動(dòng)力組包括繞所述曲軸徑向設(shè)置的多個(gè)動(dòng)力氣缸；動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞能夠滑動(dòng)地容納在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且 操作性地連接到所述曲軸，使得每一個(gè)動(dòng)力活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；壓縮組，所述壓縮組軸向鄰近所述動(dòng)力組，所述壓縮組包括繞所述曲 軸徑向設(shè)置并且數(shù)量等于所述動(dòng)力氣缸的數(shù)量的多個(gè)壓縮氣缸；壓縮活塞，所述壓縮活塞能夠滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮氣缸內(nèi)，并且 操作性地連接到所述曲軸，使得每一個(gè)壓縮活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；每一個(gè)壓縮氣缸與相關(guān)聯(lián)的動(dòng)力氣缸配對(duì)；每一個(gè)壓縮與動(dòng)力氣缸對(duì)都包括使所述一對(duì)壓縮氣缸和所述動(dòng)力氣 缸相互連接的氣體跨接通道，所述氣體跨接通道包括進(jìn)氣閥和排氣閥，在所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間限定壓力室；以及多個(gè)閥，所述閥控制流入所述壓縮氣缸和流出所述動(dòng)力氣缸的氣體流。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述壓縮組的所述壓縮氣缸相對(duì)于所述動(dòng)力組的動(dòng)力氣缸形成角度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每一個(gè)壓縮 氣缸的縱向軸線與所述曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每一個(gè)動(dòng)力 氣缸的縱向軸線與所述曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述壓縮活塞比所述動(dòng)力活塞具有更短的沖程。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述壓縮氣缸比所述動(dòng)力氣缸具有更大的直徑。
21. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述動(dòng)力氣缸被布置成當(dāng)所述曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)按順序點(diǎn)火。
22. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在與所述動(dòng) 力氣缸相關(guān)聯(lián)的所述動(dòng)力活塞已經(jīng)達(dá)到其上死點(diǎn)位置之后，燃料在5-40度' 曲柄角度的范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)被點(diǎn)燃。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的分開循環(huán)星形發(fā)動(dòng)機(jī)，包括空氣儲(chǔ)蓄器， 所述空氣儲(chǔ)蓄器在每一個(gè)壓力室的所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間的位置 處通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到所述壓力室，所述空氣儲(chǔ)蓄器能夠選擇 性地操作以接收和輸送壓縮空氣。
24. —種分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括 曲軸，所述曲軸能夠繞曲軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 在所述曲軸的任一側(cè)上的一對(duì)水平相對(duì)的動(dòng)力氣缸；動(dòng)力活塞，所述動(dòng)力活塞能夠滑動(dòng)地容納在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到所述曲軸，使得每一個(gè)動(dòng)力活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；在所述曲軸的任一側(cè)上的一對(duì)水平相對(duì)的壓縮氣缸；壓縮活塞，所述壓縮活塞能夠滑動(dòng)地容納在每一個(gè)壓縮氣缸內(nèi)，并且 操作性地連接到所述曲軸，使得每一個(gè)壓縮活塞通過在所述曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)；氣體跨接通道，所述氣體跨接通道使每一個(gè)壓縮氣缸與相關(guān)聯(lián)的、軸 向相鄰的動(dòng)力氣缸相互連接，所述氣體跨接通道包括進(jìn)氣閥和排氣閥，在 所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間限定壓力室；以及多個(gè)閥，所述閥控制流入所述壓縮氣缸和流出所述動(dòng)力氣缸的氣體流。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每一 個(gè)壓縮氣缸的縱向軸線與所述曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，每一個(gè)動(dòng)力氣缸的縱向軸線與所述曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線偏離。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，所述 壓縮氣缸比所述動(dòng)力氣缸具有更大直徑。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 一對(duì)壓縮活塞同時(shí)達(dá)到上死點(diǎn)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中， 一對(duì)動(dòng)力活塞同時(shí)達(dá)到上死點(diǎn)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括空氣儲(chǔ) 蓄器，所述空氣儲(chǔ)蓄器在每一個(gè)壓力室的所述進(jìn)氣閥與所述排氣閥之間的 位置處通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到所述壓力室，所述空氣儲(chǔ)蓄器能夠 選擇性地操作以接收和輸送壓縮空氣。
31. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的分開循環(huán)水平相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其中，在與所述動(dòng)力氣缸相關(guān)聯(lián)的所述動(dòng)力活塞已經(jīng)達(dá)到上死點(diǎn)位置之后，燃料在 5-40度曲柄角度的范圍內(nèi)在每一個(gè)動(dòng)力氣缸內(nèi)被點(diǎn)燃。
全文摘要
分開循環(huán)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)包括繞曲軸軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到曲軸，使得動(dòng)力活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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軸，使得壓縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道使壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸操作性地相互連接?？諝鈨?chǔ)蓄器通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到氣體跨接通道?？諝鈨?chǔ)蓄器可選擇性地操作以接收和輸送壓縮空氣。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到飛行器，并且空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在飛行器中。分開循環(huán)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)包括繞曲軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到曲軸，使得動(dòng)力活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。壓縮活塞能夠滑動(dòng)地容納在壓縮氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到曲軸，使得壓縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道使壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸操作性地相互連接。空氣儲(chǔ)蓄器通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到氣體跨接通道?？諝鈨?chǔ)蓄器可選擇性地操作以接收和輸送壓縮空氣。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到飛行器，并且空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在飛行器中。分開循環(huán)飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)包括繞曲軸軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸。動(dòng)力活塞可滑動(dòng)地容納在動(dòng)力氣缸內(nèi)，并且操作性地連接到曲軸，使得動(dòng)力活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的膨脹沖程和排氣沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。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軸，使得壓縮活塞通過在曲軸的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)期間的進(jìn)氣沖程和壓縮沖程而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣體跨接通道使壓縮氣缸和動(dòng)力氣缸操作性地相互連接。空氣儲(chǔ)蓄器通過儲(chǔ)蓄器通道操作性地連接到氣體跨接通道?？諝鈨?chǔ)蓄器可選擇性地操作以接收和輸送壓縮空氣。發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到飛行器，并且空氣儲(chǔ)蓄器設(shè)置在飛行器中。
文檔編號(hào)F02G3/00GK101512135SQ200780033574
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者克利福德·D·希頓 申請(qǐng)人:史古德利集團(tuán)有限責(zé)任公司