蒸汽增強的雙活塞循環發動機的制作方法

文檔序號：5247862閱讀：299來源：國知局

專利名稱：蒸汽增強的雙活塞循環發動機的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及內燃機，且更具體地涉及比常規內燃機更有效的蒸汽增強雙活塞循環發動機(SE-DPCE)。相關領域的說明可以理解，現今內燃機是普遍存在的且已經用了 100多年了。通常，內燃機包括一個或多個汽缸。每個汽缸包括執行四沖程的單個活塞，所述四個沖程通常稱為吸氣、壓縮、燃燒/動力、和排氣沖程，它們一起形成常規活塞的完整循環。常規內燃機的主要問題是燃油效率低。據估計常規發動機產生的一多半燃油潛在熱能通過發動機結構耗散而沒有增加任何有用的機械功。該熱能浪費的主要原因是常規發動機的基本冷卻需要。與實際上轉化成有用功的總熱量相比，冷卻系統(例如，散熱器)自身以較大的速度和較大的量耗散。常規內燃機的另一問題是在用熱再生或再循環方法來提供更高的燃燒溫度時，它們不能增加效率。常規發動機遇到效率問題的另一原因是吸氣和壓縮沖程期間汽缸內的高溫使得活塞運行更困難，因此在這些沖程中效率較低。關于現有內燃機的另一缺點是它們不能進一步增加燃燒溫度和提高壓縮比；盡管在動力沖程提高燃燒室溫度和增加壓縮比能改進效率。常規發動機的另一問題是它們的不完全化學燃燒過程產生有害的廢氣排放。盡管這些裝置可能適合于它們要解決的特定目的，但它們不像所提出的利用溫度區分的雙汽缸SE-DPCE那樣有效，后者將一個活塞的常規四沖程分成由相應雙活塞中的每個執行的兩個低溫沖程(吸氣和壓縮)和兩個高溫沖程(動力和排氣)，同時還利用高溫沖程產生的熱來產生蒸汽，蒸汽用于將附加熱能轉化成機械能。盡管其它文獻先前已揭示了雙活塞內燃機構造，但都沒有提供本發明的實質效率和性能改進。例如，授予Casaday的美國專利No. 1,372,216揭示了汽缸和活塞相應成對設置的雙活塞內燃機。燃燒汽缸的活塞先于壓縮汽缸的活塞移動。授予 Thurston等人的美國專利第3,880,126揭示了兩沖程循環分離汽缸內燃機。感應汽缸的活塞在動力汽缸的活塞之前稍微少于一半沖程移動。感應汽缸壓縮一次進料，并將進料轉移到動力汽缸，在那里進料與先前循環的燃燒產物的殘余進料混合，并在點燃之前進一步壓縮。授予Scuderi的美國專利申請No. 2003/0015171 Al揭示了一種四沖程循環內燃機。第一汽缸內的動力活塞連接到曲柄軸上并執行四沖程循環的動力和排氣沖程。第二汽缸內的壓縮活塞也連接到曲柄軸并在曲柄軸的同一旋轉期間執行同一四沖程循環的吸氣和壓縮沖程。第一汽缸的動力活塞先于第二汽缸的壓縮活塞移動。授予Suh等人的美國專利No. 6,880,501揭示了具有一對汽缸的內燃機，每個汽缸包含連接到一個曲柄軸的活塞。一個汽缸適于吸氣和壓縮沖程。另一汽缸適于動力和排氣沖程。授予Brackett的美國專利No. 5,546,897揭示了可執行兩個、四個或柴油機動力循環的多汽缸往復活塞內燃機。但是，這些資料沒有揭示怎樣區分汽缸溫度以有效地將燃燒(動力)汽缸與壓縮汽缸和周圍環境隔離。這些資料也沒有揭示怎樣使各汽缸與周圍環境之間的相互溫度影響最小。此外，這些資料也沒有揭示超出常規內燃機汽缸進一步升高燃燒汽缸的溫度并降低壓縮汽缸的溫度的發動機改進以增進發動機效率和性能。具體地說，使壓縮汽缸的溫度最小允許降低壓縮功投入，而增加動力汽缸的溫度允許增加熱量再生。此外，這些文獻中揭示的各分開的汽缸都通過輸送閥或某些類型的中間通道連接，它們在汽缸之間產生一定容積的"死空間"，使氣體能夠積聚在汽缸之間并進一步降低發動機的效率。此外，上述這些現有技術文獻都沒有教授一種相對的或"V"汽缸和曲柄軸構造，該構造使汽缸之間死空間最小，同時使各汽缸絕熱以維持汽缸之間增進的溫差。最后，這些現有技術文獻都沒有揭示將燃燒/動力室分成兩個分開的室體并利用外部室中的蒸汽能用于額外的發動機效率和功。此外，現有技術文獻都沒有揭示或提出包含主燃燒室的二級系統，它能將由熱室產生的過剩熱能轉化成額外的動能。授予Clarke的美國專利No. 5,623,894揭示了雙壓縮和雙膨脹內燃機。容納兩個活塞的內殼體在形成用于壓縮和膨脹的分開室體的外殼體內移動。但是，Clarke 包含了執行所有發動機沖程的單個室體，防止諸如本發明揭示的那些各缸體的隔離和/或提高溫差。Clarke也沒有揭示形成用于利用由過多的發動機熱產生的額外能量(例如，熱空氣或蒸汽)的分開的室。授予Thomas的美國專利No.3,959，974揭示了包括部分由可承受高溫的材料制成的燃燒汽缸的內燃機，該燃燒汽缸在無環部分包含動力活塞并連接到保持在較低溫度的包含另一活塞的環形部分。但是，整個Thomas發動機不僅在整個燃燒和排氣沖程，而且在部分壓縮沖程期間處于提高的溫度。此外，Thomas沒有揭示以相對的或"V"構造隔離發動機汽缸以能夠提高溫差的方法，并揭示了在連接汽缸的空氣吸氣口內包含相當大的死空間。最后，Thomas沒有揭示形成用于利用由過剩發動機熱產生的額外能量(例如，熱空氣或蒸汽)的分開的室。在這些方面，根據本發明的SE-DPCE基本上與現有技術的常規概念和設計背離，并這樣提供了比常規內燃機更有效的顯著改進的內燃機。發明內容考慮到現有技術中現在存在的已知類型內燃機的前述固有缺點，新提出的發明提供了 SE-DPCE內燃機，它利用比常規內燃機更有效地將燃油轉換成能量或功的溫差汽缸，并將過剩的發動機熱轉換成額外的有用功。在本發明一實施例中，蒸汽增強雙活塞循環發動機(SE-DPCE)利用比常規內燃機更有效地將燃油轉換成能量或功的溫差汽缸，如美國臨時申請第60/661,195 中描述的那樣，其全部內容以參見的方式納入本文，并通過利用發動機熱來產生蒸汽能和將其轉換成額外的有用發動機功而進一步增進DPCE裝置。在本發明的一實施例中，發動機包括與第二汽缸聯接的第一汽缸，第一活塞位于第一汽缸內并構造成執行吸氣和壓縮沖程，且第二活塞位于第二汽缸內并構造成執行動力和排氣沖程。或者，可以考慮第一和第二汽缸為具有在單個汽缸內彼此聯接的兩個分開室的單個汽缸，其中第一活塞位于第一室內且第二活塞位于第二室內。在又一實施例中，發動機還包括與第一汽缸聯接的吸氣閥，與第二汽缸聯接的排氣閥和將第一汽缸的內部室聯接到第二汽缸的內部室的級間閥。在又一實施例中，發動機包括兩活塞連接桿、壓縮曲柄軸、動力曲柄軸和兩曲柄軸連接桿。這些連接桿將相應活塞連接到它們相應的曲柄軸上。壓縮曲柄軸將旋轉運動轉換成第一活塞的往復運動。動力曲柄軸將第二活塞往復運動轉換成發動機旋轉輸出運動。曲柄軸連接桿將動力曲柄軸旋轉轉換成壓縮曲柄軸旋轉。在又一實施例中，發動機包括燃油噴射器、水/蒸汽入口閥和水/蒸汽排出閥。第一壓縮汽缸容納壓縮活塞、吸氣閥，和級間闊的一部分。第二動力汽缸包括兩個分開的汽缸外部汽缸和內部汽缸。在外部和內部汽缸中有雙活塞盤形內部活塞和環形外部活塞。此外，第二動力汽缸包括排氣閥、外部排氣殼(包裝的排氣管)、隔熱層、級間闊的一部分、燃油噴射器、火花塞、蒸汽/水閥(和/或噴射器)、以及蒸汽/水/空氣排出閥。第一壓縮活塞執行吸氣和壓縮發動機沖程。內部動力活塞執行燃油燃燒動力沖程和排氣(燃燒后的氣體)釋放沖程。外部動力活塞通過利用具有或沒有蒸汽/水的熱壓縮空氣產生動力并吸收發動機過剩熱。連接桿將壓縮活塞和兩個動力活塞都連接到它們相應的曲柄軸上。壓縮曲柄軸將旋轉運動轉換成壓縮活塞往復運動。動力曲柄軸將內部或外部動力活塞的往復運動轉換成發動機旋轉輸出運動。曲柄軸連接桿將動力曲柄軸旋轉轉換成壓縮曲柄軸旋轉。在另一實施例中，發動機吸氣閥包括具有錐形密封表面的軸，與大多數四沖程發動機中所用的相同。排氣閥包括具有錐形密封表面的軸，與大多數四沖程壓縮機中所用的相同。級間閥(在較佳實施例中)由具有錐形密封表面的軸組成。在另一實施例中，一種改進內燃機效率的方法包括將吸氣和壓縮室(冷沖程) 與燃燒和排氣室(熱沖程)分開，并因此能夠在吸氣和壓縮沖程降低溫度并在燃燒沖程增加溫度，由此提高發動機效率。在又一實施例中，一種改進發動機效率的方法包括使吸氣和壓縮沖程的溫度最小或降低。吸氣和壓縮空氣/進料溫度越低，發動機效率越高。在又一實施例中，改進壓縮機效率的方法包括再生和利用排氣熱能。在又一實施例中，提供一種雙活塞內燃機，它大大降低了外部冷卻需求，它又增加了動力沖程期間用于熱輸出功轉換的潛在可用熱，它還更有效地燃燒燃油并由此降低有害排放。在另一實施例中，一種提供改進效率的內燃機的方法包括在第一汽缸內進行吸氣和壓縮并在第二汽缸中執行動力和排氣沖程，其中第一汽缸保持在比第二汽缸低的溫度。在另一實施例中，該方法還包括從第一汽缸將壓縮空氣和燃油混合物噴射到第二汽缸內，由此冷卻第二汽缸。在另一實施例中，蒸汽增強雙活塞內燃機還包括燃燒汽缸內的環形室以容納壓縮氣體和/或液體，從而利用過剩發動機熱來產生額外功和增加發動機效率。在另一實施例中，蒸汽增強雙活塞內燃機還包括壓縮汽缸內的環形室以便于壓縮氣體和 /或液體有效地轉移到蒸汽室。在另一實施例中，蒸汽增強雙活塞內燃機包含兩個分開的動力產生系統，主系統利用燃油-空氣燃燒，且輔系統利用過剩的發動機熱進行蒸汽動力再生。

圖1是根據本發明一實施例的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為270度。圖2是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為315度。圖3是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為330度。圖4是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為O度。圖5是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為45度。圖6是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為90度。圖7是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為135度。圖8是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為180度。圖9是圖1的DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中曲柄軸角示出為225度。圖10是根據本發明一實施例具有空氣冷卻壓縮汽缸和排氣加熱動力汽缸的DPCE裝置的簡化側剖視圖。圖11是根據本發明一實施例具有水冷卻壓縮室汽缸和排氣加熱動力室的DPCE裝置的簡化側剖視圖。圖12是根據本發明一實施例的DPCE壓縮和動力活塞的3維(3D)簡化視圖。圖13是根據本發明一實施例的DPCE壓縮和動力曲柄軸的3維(3D)簡化視圖。圖14是根據本發明一實施例的DPCE壓縮和動力曲柄軸的3維(3D)簡化視圖。圖15是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，示出了曲柄軸連接桿。圖16是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，出了兩曲柄軸連接桿。圖17是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，示出了不同的曲柄軸角。圖18是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，具有與定時帶(或鏈或V形帶)結合的一個曲柄軸連接桿。圖19是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，僅具有定時帶(或鏈或V形帶).圖20是根據本發明一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，具有作為連接機構的曲柄軸齒輪。圖21是根據本發明另一實施例的DPCE曲柄軸系統的3維(3D)簡化視圖，具有作為連接機構的曲柄軸齒輪。圖22是根據本發明一實施例的級間閥的簡化剖視圖。圖23是根據本發明一實施例的簡化級間釋放閥剖視圖。圖24是根據本發明一實施例的半自動級間閥的簡化剖視圖。圖25是根據本發明一實施例的DPCE裝置的簡化剖視圖，具有增壓能力。圖26是根據本發明一實施例的DPCE裝置的3維簡化圖，具有壓縮汽缸和動力汽缸在不同平面上。圖27是根據本發明一實施例的DPCE裝置的3D簡化圖，其中兩汽缸相互平行且兩活塞以一前一后方式運動。圖28是根據本發明一實施例的SE-DPCE裝置的側簡化剖視圖。圖29是根據本發明一實施例的內部和外部動力汽缸的3D簡化剖視圖。圖30是根據本發明一實施例的動力活塞的3維簡化圖，還包括內部和外部活塞。圖31是根據本發明一實施例的內部和外部動力汽缸和相應內部和外部動力活塞的3D簡化剖視圖。圖32是根據本發明一實施例的具有兩個單獨的壓縮活塞的SE-DPCE裝置的側簡化剖視圖，其中一個活塞用于燃燒過程，另一活塞用于水/蒸汽室。圖33是根據本發明一實施例的使用兩分開輸出軸的SE-DPCE裝置的簡化側剖視圖，其中燃燒過程部分與蒸汽增強部分分開。圖34是根據本發明另一實施例的包括沸騰器室的SE-DPCE裝置的剖視圖。
具體實施方式
以下參照附圖詳細描述本發明，其中類似構件全部標以類似標號。應當理解附圖不一定是按比例繪制的。它們也不一定示出了所示各示例性實施例的所有細節。相反，它們僅示出了能夠說明本發明示例性實施例的某些特征和構件。參見圖1，根據本發明一實施例，DPCE汽缸包括壓縮汽缸01、動力汽缸 02、壓縮活塞03、動力活塞04、兩相應活塞連接桿05和06、壓縮曲柄軸07、動力曲柄軸08、曲柄軸連接桿09、吸氣閥IO、排氣閥11和級間閥12。壓縮汽缸Ol 是容納壓縮活塞03、吸氣閥IO和級間閥12的一部分的活塞發動機汽缸。動力汽缸02是容納動力活塞04、排氣閥11、級間閥12的一部分和位于動力活塞04表面前方的面向汽缸02的燃燒室的表面上的火花塞(未示出)的活塞發動機汽缸。壓縮活塞03用于吸氣和壓縮發動機沖程。動力活塞04用于動力和排氣沖程。連接桿 05和06將它們相應的活塞連接到它們相應的曲柄軸上。壓縮曲柄軸07將旋轉運動轉換成壓縮活塞03的往復運動。動力活塞04的往復運動轉換成動力曲柄軸08 的旋轉運動，它又轉換成發動機的旋轉運動或功(即，曲柄軸08用作DPCE輸出軸)。曲柄軸連接桿09將動力曲柄軸08的旋轉轉變成壓縮曲柄軸07的旋轉。在一實施例中，吸氣閥10由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數常規四沖程發動機中所用的吸氣閥相同。排氣閥11由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數常規四沖程發動機中所用的排氣閥相同。級間閥12也由具有錐形密封表面的軸組成。再參見圖1，在壓縮汽缸01內部室B內是壓縮活塞03。壓縮活塞03相對于壓縮汽缸01沿所示箭頭指出的方向移動。在動力汽缸02內部室C內是動力活塞 04。動力活塞04相對于動力汽缸02沿所示箭頭指出的方向移動。壓縮汽缸01和壓縮活塞03限定室B。動力汽缸02和動力活塞04限定室C。在較佳實施例中，動力活塞壓力表面具有補充室C的成形凹室26 (見圖12)，它在燃燒過程中用作附加燃燒室容積。室B通過級間機械操作閥12與室C流體連通。壓縮汽缸01具有吸氣閥10。室B通過吸氣閥10與汽化燃油/空氣進料A流體連通。動力汽缸02 具有排氣閥11。室C通過排氣閥11與環境空氣D流體連通。當在打開位置時，排氣閥11使廢氣能夠排出。在燃燒沖程期間，動力活塞04推動動力連接桿06、使動力曲柄軸08順時針旋轉。在排氣沖程，慣性力(由飛輪質量產生-未示出)使動力曲柄軸08繼續其順時針旋轉，并引起動力連接桿06移動動力活塞04，它又通過閥11排出燃油燃燒后的廢氣。動力曲柄軸08旋轉通過曲柄軸連接桿09與壓縮曲柄軸07鉸接以同步旋轉(即，兩曲柄軸以相同速度和動態角旋轉)。在一實施例中，兩活塞，即動力活塞04和壓縮活塞03同時經過它們的上死點(TDC)位, 并經過它們的下死點(BDC)位置。在另一實施例中，根據所要求的定時構造，動力活塞04和壓縮活塞03的相對位置可相位移動一所需的量，在一實施例中， DPCE雙汽缸裝置使用常規加壓冷卻和油潤滑方法和系統(未示出)。盡管在根據本發明的實施例中，動力室C結構部件(諸如汽缸02和活塞04)保持比常規內燃機高得多的溫度，在一實施例中，動力室C的部件用冷卻系統來進行溫度控制。此外，一些或所有部件可由耐高溫材料制成，諸如陶瓷、碳、或不銹鋼。在另一些實施例中，DPCE裝置可適用已知高電壓定時和火花塞電氣系統(未示出)以及電起動器電動機來控制火花塞點火、定時和發動機啟動旋轉。如圖1至9所示，當電起動器配合DPCE輸出軸6'(圖15)時，兩曲柄軸07 和08開始它們的順時針旋轉且兩活塞03和04開始它們的往復運動-如圖5所示，壓縮活塞03和動力活塞沿著增加室B和室C容積的方向移動。由于吸氣閥10在其打開位置且因為在該階段室B容積持續增加，汽化燃油或新鮮空氣進料(當使用燃油噴射系統時)從點A (表示化油器輸出口，例如)通過吸氣閥IO流到室B。相應地如圖6至8所示，室B容積增加而燃油-空氣進料流入。隨著壓縮活塞03 到達其BDC點，吸氣閥10關閉捕集室B的空氣-燃油進料內容物。同時曲柄軸順時針繼續旋轉，且分別如圖9和圖1至3所示，室b容積減小且其現在捕集的空氣 -燃油進料溫度和壓力上升。隨著壓縮活塞03接近預定點(圖3)，級間閥12打開且室B的空氣-燃油進料流入室C。隨著壓縮活塞接近其TDC點(根據一些實施例可能引入一些延遲或提前)，級間閥12同時關閉且火花塞點火。圖5-8示出了動力沖程。由于發生燃燒，室C壓力增加有力地推動動力活塞 04，它又移動連接桿06以旋轉動力曲柄軸08，它聯接到DPCE輸出軸06'。同時，由于壓縮活塞03從其TDC位置向回推，吸氣閥IO再打開使新空氣燃油進料A能夠吸入室B。當動力活塞04到達其BDC點時開始排氣沖程(圖8)。排氣閥11打開且室C 容積減小，燃燒后的廢氣從室C通過打開的排氣閥11推出進入周圍環境D。因此，DPCE發動機將由常規內燃機的一個活塞和汽缸執行的沖程分成兩個熱性能不同的汽缸，其中每個汽缸執行四沖程循環的一半。"冷"汽缸執行吸氣和壓縮沖程而隔熱的"熱"汽缸執行燃燒和排氣沖程。與常規發動機相比，該新型系統和過程使DPCE發動機能夠以較高的燃燒室溫度和以較低的吸氣和壓縮室溫度工作。采用較高的燃燒溫度，同時又保持較低的吸氣和壓縮溫度可減小發動機冷卻需求，降低了壓縮能量需求并因此提高發動機效率。此外，動力汽缸與外部環境隔熱限制了外部熱損失，使得同一熱量在下一沖程能再使用，并在每次循環中燃燒更少燃油。在一實施例中，壓縮汽缸01類似于常規活塞發動機汽缸，它容納壓縮活塞03、吸氣閥IO和級間閥12的一部分。壓縮汽缸01與壓縮活塞03聯合工作以吸入和壓縮進來的空氣和/或燃油進料。在較佳實施例中，冷卻壓縮汽缸。圖10示出了具有熱吸收和輻射肋20的空氣冷卻的壓縮汽缸。圖11示出了具有液體冷卻劑通道22 的液體冷卻壓縮汽缸。在較佳實施例中，冷卻空氣源或液體冷卻劑源可與現有技術中所已知的相同。在較佳實施例中，壓縮汽缸Ol和動力汽缸02應當相互隔熱并與周圍環境隔熱。圖26示出了兩汽缸構造在不同平面上的實施例，且因此在兩汽缸之間實現最小的相互導熱。動力汽缸02是容納動力活塞02、排氣閥ll、級間閥12的一部分、以及火花塞(未示出)的活塞發動機汽缸。動力汽缸02與動力活塞04聯合作用以燃燒汽缸 02的室內的壓縮空氣/燃油混合物并將產生的能量轉化成對動力曲柄軸08的機械功。在其往復運動循環的第二半，動力活塞04工作以排氣或通過排氣閥11將廢氣從汽缸02擠出。動力汽缸02容納位于動力活塞04的表面前部的面向汽缸02內燃燒室的火花塞。如圖12所示，在一實施例中，動力活塞具有成形凹室26，它用作燃燒室。在排氣沖程，動力活塞04通過排氣閥11將燃燒后的氣體推出汽缸02。在一較佳實施例中，動力汽缸02除了與外部隔熱之外還用廢氣加熱。圖10 和11示出了當廢氣在它們排氣流動過程中將熱傳導到動力汽缸加熱通道24內的廢氣熱利用。如上文所解釋的那樣，壓縮連接桿05連接壓縮曲柄軸07和壓縮活塞03，使得活塞03能夠相對于汽缸往復運動。動力連接桿06連接動力曲柄軸08與動力活塞04。在燃燒階段，動力連接桿06將活塞04運動轉送到動力曲柄軸08以使其旋轉。在排氣階段，動力曲柄軸08的旋轉和沖力向回推動動力活塞04朝向壓縮汽缸 01，它又通過排氣閥將燃燒后的氣體排出(排氣沖程)。參見圖13，壓縮曲柄軸07將旋轉運動轉換成壓縮活塞03往復運動。壓縮曲柄軸07將旋轉運動轉換成壓縮活塞03往復運動。壓縮曲柄軸07連接壓縮連接桿 05和曲柄軸連接桿09 (圖l)。曲柄軸連接桿09的運動引起壓縮曲柄軸07旋轉。壓縮曲柄軸07旋轉產生壓縮連接桿05的運動，它又將壓縮活塞03相對于其汽缸殼體01往復運動。在本發明的各實施例中，壓縮曲柄軸07和動力曲柄軸08結構構造可根據所要求的發動機構造和設計而不同。例如，一些曲柄軸設計因素是雙汽缸的數量、相對汽缸位置、曲柄軸齒輪機構、以及旋轉方向。例如，如果壓縮曲柄軸07和動力曲柄軸08沿相同方向旋轉，曲柄軸07和08的軸線應當彼此定位成180度，如圖 13所示。或者，如果壓縮和動力曲柄軸07和08分別沿相反方向旋轉，兩個曲柄軸軸線應當相對于彼此以同相定位，如圖14所示。動力曲柄軸08連接動力連接桿06和曲柄軸連接桿09。燃燒發生時，動力活塞04移動，通過其動力連接桿06，使也聯接到發動機輸出軸(未示出)的動力曲柄軸08旋轉，它使連接桿09旋轉壓縮曲柄軸07并產生壓縮活塞03的往復運動。曲柄軸連接桿09聯接動力曲柄軸08與壓縮曲柄軸07并因此提供兩曲柄軸的同步旋轉。圖15示出了根據本發明一實施例的聯接到相應曲柄軸07和08的曲柄軸連接桿09的立體圖。曲柄軸連接桿09的功能是連接動力曲柄軸08和壓縮曲柄軸07。在某些設計中，兩曲柄軸07和08可同步并分別相對于彼此旋轉(相同方向、相同角度)。在其它設計中，兩曲柄軸07和08可沿相反方向以預定相位角或不以預定相位角旋轉。圖17示出了聯接到相應曲柄軸07和08的連接桿09的立體圖，兩相應曲柄軸又聯接到相應活塞連接桿05和06，其中曲柄軸07和08相對于彼此定向成提供活塞03和04的其它同步運動之間的預定相位差。預定相位差意味著為了實現如圖4 所示的壓縮活塞TDC位置和動力活塞TDC位置之間的時間差，可將相對活塞相位延遲或提前引入每個活塞。圖17示出了活塞連接桿05和06相對于彼此異相以提供活塞03和04達到它們相應TDC位置時間之間的所要求的相位延遲或提前，在一實施例中，引入相位延遲使得動力汽缸的活塞稍微比壓縮汽缸的活塞提前移動，使壓縮的進料能夠幾乎在整個壓縮沖程下傳送，并使動力活塞能夠完成全排氣沖程。在授予Casaday的美國專利No. 1,372,216和授予Scuderi的美國專利申請No. 2003/0015171 Al中也描述了動力活塞領先壓縮活塞的相位延遲的一些優點。在另一實施例中，引入相反相位延遲使得壓縮活塞先于動力活塞移動，其中動力活塞還在點火前壓縮從壓縮汽缸來的進料。授予Thurston等人的美國專利No. 3,880,126 和授予Thomas的美國專利No. 3,959,974中討論了該方法的優點。在另外的實施例中，為了加強壓縮曲柄軸07和動力曲柄軸08的適當方向的旋轉，使用第二曲柄軸連接桿13，如圖16所示。參照圖18，可通過使一曲柄軸連接桿14與定時帶或鏈機構15結合來實施建立曲柄軸07和08的旋轉方向的另一裝置。如圖19所示，在另一實施例中，鏈機構或定時帶機構15可以本身用作上述曲柄軸連接機構中的任何一個的替代形式。圖20和21示出了替代曲柄軸連接桿09的另一機構。圖20示出了曲柄軸連接齒輪機構30，包括彼此嚙合的三個齒輪32。在該實施例中，兩個曲柄軸07和08 沿單側方向旋轉(使用3個齒輪)。圖21示出了具有相同數量的齒輪32的曲柄軸連接齒輪機構40和42的兩個實施例，由此構造成沿相反方向轉動曲柄軸07和08。在一實施例中，吸氣閥10由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數四沖程發動機中吸氣閥所使用的相同。當環境空氣或汽化空氣/燃油進料流入壓縮汽缸01時吸氣閥IO控制它們。壓縮汽缸Ol具有至少一個吸氣閥。在較佳實施例中，相對于壓縮活塞03瞬時位置，吸氣閥位置、功能、定時和操作可與常規四沖程內燃機的吸氣閥類似或相同。在一實施例中，排氣閥11由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數四沖程發動機中排氣閥所使用的相同。位于動力汽缸02上的排氣閥11控制燃燒后的氣體排出流。動力汽缸02具有至少一個排氣閥。在較佳實施例中，排氣閥位置、功能、定時和操作方法可與己知常規四沖程內燃機中發現的排氣閥類似或相同。參見圖22，在一實施例中，級間閥12由具有錐形密封表面的軸組成。級間閥控制壓縮空氣流或壓縮汽化空氣/燃油進料(本文統稱為"燃油"或"燃油混合物") 在它被推入動力汽缸02內的容積C時從壓縮汽缸01內容積B來的流率。級間'閥 12還防止燃油從容積C倒流到容積B的任何反向流動。當在打開位置時，級間閥 12使壓縮燃油能夠從壓縮汽缸01流入動力汽缸02。在燃燒和沿著動力沖程期間級間閥12保持關閉。在一實施例中，級間閥操作機構可與已知內燃機入口閥或排氣閥機構類似或相同。級間閥12的關閉或打開位置通過與動態DPCE軸/部件(例如，活塞03)之一機械連接配合或嚙合來操作。還應當理解，準確的閥定時取決于很多工程設計考慮；但是，作為一般規則，級間閥12應當在排氣閥11關閉時間附近打開并在動力沖程和至少大部分排氣沖程期間保持關閉。參見圖23，在另一實施例中，預加載彈簧操作釋放閥17用作級間閥12。該實施例提供了不需要任何基于鏈接的操作機構的自動閥。在吸氣和做功沖程，工作壓力和預加載彈簧16迫使閥莖17保持關閉和密封。在壓縮和排氣沖程，容積B內增加的壓縮燃油壓力與容積C內減小的排氣壓力一起克服閥預加載彈簧16力，并因此打開閥莖17，由此使壓縮燃油能夠流入動力汽缸02室C。圖24示出了燃燒室E與獨特的半自動級間閥的組合，級間閥包括具有圍繞塞閥19的圓柱形或環形部分的閥18。在該實施例中，燃燒室E由閥18與壓縮室B 密封分開來并由閥19與做功室C密封分開來。彈簧20同時推動兩閥18和19朝向它們相應的關閉位置。火花塞21位于燃燒室E空腔內部。燃燒室E和級間閥運行如下如階段J所示，在初始壓縮和排氣沖程期間，彈簧20推動閥莖18和閥莖 19，使兩閥保持在密封的關閉位置。在階段H，隨著壓縮沖程前進，其壓縮空氣/ 進料壓力上升且在在某一階段，該上升壓力作用在閥18上，克服彈簧20預加載力，由此迫使閥18打開且壓縮空氣/進料流入燃燒室E。在階段G，當壓縮和做功活塞接近它們的TDC位置時，火花塞21點火且動力活塞22的突出部分23機械地與閥 19配合，迫使它移動并打開閥19，它又與閥18配合并向其關閉位置推動閥18。另外，升高的燃燒容積壓力與動力活塞聯合作用以迫使閥18關閉。在階段F，當發生燃燒時，室E壓力立即劇烈地上升，閥18已經關閉且通過閥19的熱燃燒氣流推動動力活塞22離開閥19。當動力活塞22撤回(在動力沖程)時，由于室C高燃燒壓力與在現在處在吸氣階段的室B中存在的低得多的壓力之間存在的壓差，閥19保持打開。燃燒室和級間閥循環在動力沖程終止時終止。然后當動力活塞22開始其排氣沖程時，彈簧 20將閥19推回到其關閉位置。圖25示出了根據本發明一實施例具有增壓能力的DPCE雙汽缸構造。如圖25 所示，壓縮汽缸部分50比動力汽缸部分52大，因此使較大容積的空氣/燃油混合物能夠容納在壓縮室B中并在其中壓縮。在壓縮沖程完成時，壓縮室B內較大體積且增加壓力的壓縮空氣/燃油混合物(即"增壓"的燃油混合物)通過級間閥'12 射入燃燒室C。因此，較大量和/或較高壓力的燃油混合物可射入動力汽缸52的燃燒室C以在動力沖程中提供較大的爆炸，并因此產生更多的能量和功。如上所述，圖26示出了根據本發明一實施例的替代的DPCE雙汽缸構造，其中壓縮汽缸60從動力汽缸62偏移，以提供兩汽缸之間的最小導熱。在該實施例中，級間閥12位于兩汽缸之間的小交疊區域。圖27示出了根據本發明另一實施例的其中兩汽缸構造成相互平行且兩個活塞以一前一后的方式移動的DPCE雙汽缸構造。在該實施例中，吸氣、排氣和級間閥可以上述相同方式運行。但是，如圖27所示，級間閥位于聯接第一和第二汽缸的側向管道中。在根據本發明的替代性實施例中，蒸汽增強雙活塞循環發動機(SE-DPCE)構造成使用燃燒室中的過剩熱量來將加入的水轉換成蒸汽來增加發動機效率和輸出。像如上所述的DPCE那樣，將壓縮沖程位置與動力沖程位置分開使顯著更高的燃燒室溫度增加成為可能。在該實施例中，上述DPCE擴大到還包括位于燃燒室和排氣通道之間的獨特環形蒸汽汽缸。SE-DPCE使用位于燃燒室和排氣管殼的內表面之間區域上集中的熱，排氣管殼圍繞燃燒活塞汽缸盤繞。根據本發明一實施例，圖28示出了包括上述很多類似特征的SE-DPCE的剖視圖壓縮汽缸Ol、動力汽缸02、壓縮活塞03、動力活塞04、兩相應活塞連接桿 05和06、壓縮曲柄軸07、動力曲柄軸08、曲柄連接桿09、吸氣閥10、燃燒排氣閥11、以及級間閥12的一部分。壓縮汽缸Ol是容納壓縮活塞03、吸氣閥10和級間閥12的活塞發動機汽缸。動力汽缸02是容納動力活塞04、排氣閥ll、和級間閥12的一部分的活塞發動機汽缸。動力汽缸02還包括內部汽缸02a和外部汽缸 02b。動力活塞04還包括雙頭活塞，雙頭活塞還包括盤形內部活塞04a和環形外部活塞04b。動力汽缸02還包括位于外部動力汽缸02b內并延伸到壓縮汽缸01的壓縮空氣閥16、位于外部動力汽缸02b內的蒸汽/空氣排氣閥13、包括盤繞的排氣管14的外部排氣殼、以及絕熱層15。在一實施例中，動力汽缸02、 02a和02b用高導熱材料制成以進一步利用熱能。在一較佳實施例中，壓縮活塞03用于吸入和壓縮發動機沖程。內部動力活塞 04a用于燃油燃燒動力和排氣(燃燒后氣體)沖程。外部動力活塞04b產生額外的功率且同時通過使用具有或不具有蒸汽/水的熱壓縮空氣吸收發動機過剩熱能來用于冷卻室c和動力活塞04a。連接桿05和06將壓縮活塞03和兩個動力活塞04a 和04b連接到它們相應的曲柄軸07和08。壓縮曲柄軸07將旋轉運動轉換成壓縮活塞03往復運動。動力曲柄軸08將內部和外部動力活塞04a和04b往復運動轉換成發動機旋轉輸出運動。曲柄軸連接桿09將動力曲柄軸08旋轉轉換成壓縮曲柄軸 07旋轉。發動機吸入閥10由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數四沖程發動機中所使用的相同。排氣閥11由具有錐形密封表面的軸組成，與大多數四沖程發動機中所使用的相同。級間閥12由具有錐形密封表面的軸組成。圖29示出了動力汽缸02的剖視立體圖位于內部汽缸02a內的火花塞22、位于內部汽缸02a內的燃油噴嘴20、以及位于外部汽缸02b內的水/蒸汽噴嘴/閥21 。在其它實施例中，SE-DPCE裝置可另外使用電起動器、高壓油潤滑系統、受控的水/蒸汽系統以控制水量、壓力和溫度、已知高電壓定時和火花塞電子系統、以及輸出軸飛輪。燃燒排氣閥11包括具有錐形密封表面的軸，與大多數四沖程發動機中使用的相同。打開時，閥11能夠使燃燒后的熱氣體排出燃燒室且使蒸汽進入排氣盤繞殼14。級間閥12由具有錐形密封表面的軸組成。打開時，級間閥12使壓縮進料(燃油空氣混合物)能夠從壓縮室推入燃燒室。蒸汽/水出口閥13構造成可機械地打開和關閉。打開時，閥13使膨脹的蒸汽水混合物能夠由動力活塞4b推出并從輔動力室E排出返回到供水封閉循環系統(未示出)或完全排出發動機。動力汽缸02還包括壓縮空氣連接閥16，它還構造成可機械地打開和關閉。打開時，閥16使壓縮熱空氣能夠從發動機壓縮室推入輔動力室E。隔熱層15是防止熱能逃逸的外部隔熱護罩。通過使用該護罩15，大多數發動機過剩熱量被迫留在發動機內部結構內，并因此由輔動力室E轉換成額外的有用功。燃油噴嘴20是包括燃油噴射嘴的機械操作閥。在一實施例中，通過預定發動機循環時間帶操作的直接加受壓燃油噴射系統將燃油推入燃燒室。使用該系統是對普通的化油器燃油供應系統的替代形式，其中燃油在發動機進氣供應或在發動機壓縮沖程期間提前噴入。動力汽缸02還包括水噴射閥21，構造成可機械地打開和關閉并還包括水噴射嘴。通過預定發動機循環時間帶操作的受壓水噴射系統將水推入輔動力室E。水蒸發成壓縮的熱蒸汽并因此產生升高的壓力并同時冷卻汽缸2a。火花塞22用于觸發燃油空氣壓縮混合物爆炸。最后，圖29示出排氣通道23的剖視圖，排氣通道23 圍繞輔動力汽缸周界盤繞以保持動力汽缸的熱量并對其提供額外熱量。再參見圖28，當兩壓縮活塞03和動力活塞04都在它們TDC位置時，汽缸01 的室B內的可用容積最小。在TDC，汽缸02a和02b還具有它們對應包含的室C 和E中的最小容積。在一實施例中，動力曲柄軸08順時針旋轉并帶動連接桿09 運動并使壓縮曲柄軸07順時針旋轉。曲柄軸07和08的旋轉致動兩活塞03和04 以進行對稱同步往復運動，其中壓縮活塞03和動力活塞04對稱地向內和向外以等間隔方式運動。在根據本發明的替代性實施例中，可引入壓縮活塞03和內部動力活塞04a或外部動力活塞04b或兩者的相對位置之間的相位滯后或相位提前。在根據本發明的一實施例中，當壓縮活塞經過其TDC且吸氣閥10打開時， SE-DPCE循環開始。環境空氣流入壓縮汽缸01室B。壓縮曲柄軸07旋轉且壓縮活塞03運動直到它到達BDC，在該點吸氣閥10關閉。然后壓縮活塞03執行其往復運動向TDC返回，引起室B內的空氣壓力和溫度上升。在各預定點，級間閥12 和連接閥16中的一個或兩個打開。連接閥16使壓縮空氣能夠從相對高的壓力室B 推入當時壓力較低的燃燒室C并進入環形空氣/水/蒸汽室E。在一實施例中，當壓縮活塞03和動力活塞04到達它們的TDC時，壓縮空氣基本上轉移到動力汽缸02。這時，完成壓縮空氣到動力汽缸02的轉移，級間閥12和壓縮空氣閥16關閉。弊油通過燃油噴嘴20噴入室C且溫度受控制的水通過水噴射閥21噴入和/或射入室 E (圖29)。溫度受控制的水可在閥12和16已經完成關閉之前、之中或之后加入室E。火花塞22 (圖29)點火，使燃燒發生，它有力地將內部動力活塞04a推向其BDC。同時，室E內的噴射水和壓縮空氣膨脹并蒸發成蒸汽，它又顯著地增加室E內的壓力。增加的壓力有力地將外部動力活塞04b推向BDC。在水向蒸汽轉化(相變)期間，在室C內燃燒期間產生的發動機過剩熱量有效率地并可生產地移到室E。當動力活塞04開始向TDC移回時，SE-DPCE循環終止。同時，排氣閥11打開，高溫燃燒產物從排氣閥11導入端口 19并然后在圍繞外部汽缸02b盤繞的管道內推進并通過區域D排出，由此加熱汽缸02。這時或接近這時，排氣閩ll打開，蒸汽出口閥13打開且室E的先前提取的產物(蒸汽、水、空氣)再循環進入供水封閉循環系統。在一實施例中，蒸汽出口閥13打開且室E的先前提取的產物(蒸汽、水、空氣)排出并流出發動機而不將任何水或蒸汽再循環以進一步能源再生。在另一實施例中，為了節約能量，水和/或蒸汽再循環且室E內的再循環液體可用于預熱進入的噴射水。在動力活塞04到達TDC之前，排氣閥11和蒸汽排除閥13 再次關閉。當壓縮活塞03向其BDC撤回時，新的循環開始，且吸氣閥IO再打開。在一實施例中，外部動力汽缸02外周界由隔熱材料層15覆蓋，以使SE-DPCE熱能損失最小。在一實施例中，如圖30所示，活塞04包括熱部分30，它與燃燒產物和更熱的汽缸表面相鄰和/或直接接觸。熱部分30由像碳或陶瓷的耐溫材料制成。該活塞部分僅承載縱向力。輔滑盤36接納大部分滑動側摩擦力。部分30是活塞04的熱部件，且它用少量的水和蒸汽泄漏來冷卻和潤滑。部分32是活塞04的較冷部件且它使用已知的活塞發動機潤滑方法進一步冷卻和潤滑。盤38將油潤滑的較冷部分 32與較熱的活塞蒸汽潤滑部分30分開。動力連接桿06將活塞耳34連接到動力曲柄軸08。圖31示出了根據本發明一方面的動力活塞04的構造和潤滑。在一實施例中，直接與燃燒過程配合的動力汽缸02和活塞04、 04a和04b表面覆有陶瓷。動力汽缸02和活塞04、 04a和04b的陶瓷表面是水/蒸汽冷卻和潤滑的。當外部動力活塞 (Hb接近BDC時，小量蒸汽通過噴嘴釋放到動力活塞04和內部及外部動力活塞 04a和04b之間的區域。熱活塞部分側的力被附加活塞滑盤36吸收，該滑盤承載大部分的活塞側應力并使用已知方法進行油潤滑。活塞滑盤36將圍繞曲柄軸08 的區域與動力汽缸02內其余區域分開并將其密封。因此，通過使用本發明的新型冷卻和潤滑方面，SE-DPCE可在較高溫度下運行。油分離盤36接受大部分活塞04側滑動摩擦力，在發動機曲柄軸旋轉期間，使機油能夠流向汽缸表面48 (汽缸02和活塞04之間)。在一實施例中，發動機通用密封環42可以圍繞盤36的周界安裝。活塞和汽缸滑動表面46和50使用水和蒸汽作為冷卻和潤滑液體，然后這些物質通過排水口 44排出汽缸02。圖32示出了根據本發明的另一實施例，其中SE-DPCE包括拼合式壓縮活塞 03。壓縮活塞03分成內部壓縮活塞03a和外部壓縮活塞03b。內部壓縮活塞03a 通過吸氣閥54吸收含有或沒有汽化燃油的環境空氣，并通過級間閥12將其壓縮進入燃燒室C。外部壓縮活塞03b通過吸氣閥10吸收環境空氣并通過連接吸氣閥16 將其壓縮進入空氣蒸汽室E。在一實施例中，還將水加入吸氣空氣室F并然后通過連接吸氣閥16將其壓縮進入室E，或者替代地，可通過水噴嘴21將水直接噴入室 E (圖29)。分裂的壓縮活塞構造使發動機能夠利用吸入室G的汽化燃油。此外，分裂的壓縮活塞和室構造使SE-DPCE能夠設計成使總的進入空氣在室F和G之間按容積劃分且可獨立確定每個室F和G的容積。圖33示出了根據本發明的另一實施例，其中SE-DPCE包括兩個分開的動力發生器，其中主燃燒系統使用燃油-空氣燃燒過程，而輔水-蒸汽-空氣系統使用過剩的發動機熱能。在該實施例中，主燃燒系統包括壓縮活塞03a、動力活塞04a、吸氣閥54、排氣閥ll、級間閥12和輸出軸08。在一實施例中，來自排氣閥ll的廢氣輸入汽缸加熱端口 19以加熱汽缸02b，如上所述。輔水-蒸汽-空氣系統包括壓縮活塞03b、動力活塞04b、吸氣閥IO、級間閥16、蒸汽/空氣排氣閥13和輔動力輸出軸60。主燃燒系統將燃油和空氣轉化成發動機功，如上所述。在一實施例中的輔水-蒸汽-空氣系統使用基本上與主燃燒系統相同的活塞往復運動、連接桿運動和曲柄軸旋轉。但是，在輔水-蒸汽-空氣系統中，加熱的空氣、水、和/或蒸汽可用于產生發動機功。每個動力產生系統致動其自身的操作閥。在一實施例中，主燃燒系統致動閥54、 12和11、以及可選燃油噴射系統。在該實施例中，輔系統致動閥16 和13并可選地致動水室E直接噴射系統(噴嘴24，圖29)。根據以上討論，在一些實施例中，主壓縮活塞03a和主動力活塞04a構造成以不同的相位差運行，使得它們在不同時間到達它們的TDC位置。類似地，輔壓縮活塞03b和輔動力活塞04b 還可構造成相對于彼此以一相位差運行。在一實施例中，SE-DPCE使用以下動力部件，它們用于輔動力輸出(壓縮和動力活塞運動，它們使用發動機熱以產生額外的發動機動力輸出)。輔動力輸出包括兩個活塞、兩壓縮連接桿70、壓縮曲柄軸68、動力曲柄軸60、動力曲柄軸連接桿64和曲柄軸連接桿66，其中兩個活塞包括環壓縮活塞03b和環輸出活塞04b。連接桿將相應活塞連接到它們相應的曲柄軸上。壓縮曲柄軸68將旋轉運動轉換成壓縮環活塞03b的往復運動。輸出動力曲柄軸60將輸出動力環活塞04b往復運動轉換成輔輸出60旋轉運動。曲柄軸連接桿66將使用曲柄軸62的輸出動力曲柄軸 60旋轉轉換成壓縮曲柄軸68旋轉。在一實施例中，在主軸08和輔軸60之間沒有發動機內部配合。在該實施例中，每個系統是獨立的，每個軸的功率和速度取決于發動機工作狀態和發動機輸入參數。在另一實施例中，SE-DPCE能夠接受汽化燃油/空氣進料以及執行燃燒的燃油噴射方法。以及，在又一其它實施例中，SE-DPCE能夠接受空氣和水以及隨著直接噴入室E內的噴射水進入的空氣。在根據本發明的另一實施例中，SE-DPCE使用電子優化管理計算機(未示出)，它監測發動機溫度、RPM、發動機轉矩、燃油消耗、噴射水溫度以及水量。計算機分析這些各式各樣的發動機物理參數，相應地調節用于最佳性能的噴射水量、溫度和噴射燃油量。；在根據本發明的各種其它實施例中，SE-DPCE可具有幾個附加特征中的任何幾個。在一實施例中，水-蒸汽室E用水和/或蒸汽代替壓縮空氣進行操作。當活塞到達TDC時，水和/或蒸汽射入室E。燃燒活塞03僅通過級間閥12將壓縮空氣轉移到室C內。上述水冷卻和產生功的功能用噴入室E內的水和伴隨的變為蒸汽的相變執行。在活塞縮回期間，當活塞移向TDC時，室E蒸汽和/或水通過蒸汽/空氣排出閥13排出。在另一實施例中，可將蒸汽加熱到較高溫度以得到更好的發動機性能。在另一替代性實施例中，水和/或蒸汽可用另一種液體或氣體替代，諸如氨水、氟利昂、乙醇或任何其它適當的可膨脹液體(包括氣態的)。在另一實施例中，僅壓縮空氣而不是水或蒸汽被噴入室E。在另一實施例中，沸騰器層71包括用于將流體和/或氣體保持在其中的多個通道71，其中沸騰器層71圍繞燃燒室殼體02的至少一部分盤繞。如圖34所示，在一實施例中，沸騰器層/通道71由盤繞的排氣管14的通道14圍繞，兩者都被絕熱層/隔熱層15圍繞。應當理解，僅為了說明目的，通道71和14的剖視圖分別示出為方形和圓形。在實際實施中，對這些通道可使用任何要求的形狀。在另一實施例中，通道71和/或通道14可各構造為用于將流體和/或氣體保持在其中的圍繞燃燒室殼體盤繞的單個較大通道或溝道。在一實施例中，來自外部源(未示出)的加壓水或其它適當流體可通過液壓泵(未示出)經由入口端72壓入沸騰器通道71。由于燃燒室C、汽缸02和內部盤繞的排氣層14溫度非常高，流入或噴入入口端72 的任何水(或任何其它液體)會迅速轉變成高壓蒸汽。在一實施例中，然后將高壓蒸汽從蒸汽輸出口 74向外部蒸汽活塞發動機(未示出)或汽輪機(未示出)引導，它將蒸汽能轉換成額外的有用機械功，諸如轉動發電機或機械地配合SE-DPCE主輸出軸08。絕熱層15將大部分SE-DPCE熱能保持在發動機結構內。當動力活塞 04開始其排氣沖程時，熱燃燒氣體通過排氣閥11流入入口排氣盤繞口 19，由此加熱內部盤繞的排氣層14。在將它們熱能的一部分轉移到水/蒸汽盤繞管14之后，廢氣通過輸出口 D從發動機排出。通過實施上述方法和裝置，SE-DPCE實施例通過使用先前未使用的熱能來產生和利用蒸汽能。然后產生的蒸汽能用于產生額外的機械功。在一實施例中，蒸汽能被輔助蒸汽發動機或汽輪機所使用，然后它將蒸汽能轉化成額外功。也可能有其中發動機吸氣和壓縮活塞與燃燒和排放高溫影響物理分開的其它實施例，如閱讀本說明書時對本技術領域的技術人員顯而易見的那樣。盡管已示出和描述了本發明的各種實施例，本技術領域的普通技術人員會理解各實施例的以上說明僅是示例性的且本發明可用上述裝置和技術的更改和改變形式來實踐。本技術領域的普通技術人員會直到，或只是使用常規試驗就能夠確定本文所述發明的具體實施例的多種等價形式。在以下權利要求書中闡述的本發明的精神和范圍內考慮了這種更改、改變和同等物。
權利要求
1.一種用于內燃機的雙活塞裝置，包括第一汽缸，在其中容納有第一活塞，其中所述第一活塞僅執行吸氣和壓縮沖程；第二汽缸，在其中容納有第二活塞，其中所述第二活塞僅執行動力和排氣沖程；第三活塞，也容納在所述第二汽缸中并與所述第二活塞聯接，其中所述第三活塞利用由所述第二活塞產生的熱能來執行額外的動力沖程。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二活塞包括盤形內部燃燒活塞，所述盤形內部燃燒活塞包括側向圓柱形表面并形成所述第二汽缸內的第一內部室；以及所述第三活塞包括環形外部動力活塞，所述動力活塞圍繞所述第二活塞的側向圓柱形表面并形成所述第二汽缸內的第二內部室，其中所述第二內部室至少部分圍繞所述第一內部室。
3. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一汽缸是相對第二汽缸絕熱的，且在運行時所述第一汽缸保持在比所述第二汽缸更低的溫度。
4. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括吸氣閥，聯接到所述第一汽缸以使燃油混合物進入所述第一汽缸；燃燒排氣閥，聯接到所述第二汽缸的所述第一內部室以使廢氣能夠排出所述第二汽缸；以及級間閥，將所述第一汽缸的內部室聯接到所述第二汽缸的所述第一內部室。
5. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括吸氣閥，聯接到所述第一汽缸以使燃油混合物能夠進入所述第一汽缸；連接閥，將所述第一汽缸的內部室聯接到所述第二汽缸的所述第二內部室，其中所述連接閥將壓縮空氣、液體或氣體轉移到所述第二汽缸的所述第二內部室；以及出口閥，聯接到所述第二汽缸的所述第二內部室，以使一定體積的空氣、液體或氣體能夠排出所述第二汽缸的所述第二內部室。
6. 如權利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括聯接到所述第二汽缸的所述第二內部室以將液體或氣體噴入所述第二汽缸的所述第二內部室的噴嘴。
7. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括吸氣閥，聯接到所述第一汽缸以使燃油混合物能夠進入所述第一汽缸；噴嘴，聯接到所述第二汽缸的所述第二內部室，以將液體或氣體噴入所述第二汽缸的所述第二內部室；以及出口閥，聯接到所述第二汽缸的所述第二內部室，以使液體或氣體能夠排出所述第二汽缸的所述第二內部室。
8. 如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述液體或氣體分別包括水或蒸汽。
9. 如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述噴射的液體或氣體包括水、蒸汽、氨水、氟利昂或乙醇中的至少一種。
10. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括設置在所述第二汽缸殼體的所述外表面上的外部排氣殼，其中所述外部排氣殼構造成將所述第二汽缸保持在升高的溫度。
11. 如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述外部排氣殼包括絕熱層；以及盤繞的排氣管，其中所述盤繞的排氣管圍繞所述第二汽缸殼體的所述外表面盤繞，并還包括用于利用由所述第二活塞排出的廢氣提供的熱進一步加熱所述第二汽缸的多個廢氣加熱通道。
12. 如權利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括沸騰器層，在所述盤繞的排氣管下面圍繞所述第二汽缸殼體的所述外表面盤繞；以及入口端，聯接到所述沸騰器層，以使流體能夠進入沸騰器層，其中所述流體由于升高的溫度而轉化成氣體。 '
13. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括聯接到所述第二汽缸的殼體的沸騰器層，用于由于所述第二汽缸殼體升高的溫度而將流體轉化成氣體。
14. 一種用于內燃機的雙活塞裝置，包括第一汽缸，在其中容納有第一活塞，其中所述第一活塞僅執行吸氣和壓縮沖程，其中所述第一活塞包括盤形內部壓縮活塞，形成所述第一汽缸的內側內部室；環形外部壓縮活塞，聯接到并圍繞所述盤形內部壓縮活塞，其中所述外部壓縮活塞形成所述第一汽缸的外側內部室；以及第二汽缸，在其中容納有第二活塞，其中所述第二活塞僅執行動力和排氣沖程。
15. 如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述第二活塞包括盤形內部燃燒活塞，形成所述第二汽缸的內側內部室；以及環形外部動力活塞，聯接到并圍繞所述盤形內部燃燒活塞，其中所述外部動力活塞形成所述第二汽缸的外側內部室。
16. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括吸氣閥，聯接到所述第一汽缸以使燃油混合物能夠進入所述第一汽缸；燃燒排氣閥，聯接到所述第二汽缸的所述內側內部室，以使廢氣能夠排出所述第二汽缸；以及級間閥，將所述第一汽缸的所述內側內部室聯接到所述第二汽缸的所述內側內部室。
17. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括吸氣閥，聯接到所述第一汽缸，以使燃油混合物能夠進入所述第一汽缸；連接閥，將所述第一汽缸的所述外側內部室聯接到所述第二汽缸的所述外側內部室，其中所述連接閥將包括氣體或液體中至少一種的一定容積轉移到所述第二汽缸的所述外側內部室；以及出口閥，聯接到所述第二汽缸的所述外側內部室，以使一定容積的氣體能夠排出所述第二汽缸的外側內部室。
18. 如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述第一汽缸的所述外側內部室的外部的容積與所述第一汽缸的所述內側內部室的容積不同。
19. 如權利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括沸騰器層，聯接到所述第二汽缸殼體，用于由于所述第二汽缸殼體升高的溫度而將流體轉化成氣體。
20. —種用于內燃機的雙活塞裝置，包括第一汽缸，容納盤形內部壓縮活塞和環形外部壓縮活塞，其中所述內部和外部壓縮活塞僅執行吸氣和壓縮沖程，且其中所述內部壓縮活塞形成所述第一汽缸的內側內部室，且所述外部壓縮活塞形成所述第一汽缸的外側內部室；以及第二汽缸，容納盤形內部燃燒活塞和環形外部動力活塞，其中所述內部燃燒活塞和外部動力活塞僅執行動力和排氣沖程，且其中所述內部燃燒活塞形成所述第二汽缸的第一內部室，且所述外部動力活塞形成所述第二汽缸的第二內部室。
21. 如權利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括第一主曲柄軸，聯接到所述內部壓縮活塞；第二主曲柄軸，聯接到所述內部燃燒活塞；以及主曲柄軸連接機構，聯接到所述第一和第二主曲柄軸上并構造成在所述第一和第二主曲柄軸之間傳遞運動。
22. 如權利要求21所述的裝置，其特征在于，還包括第一輔曲柄軸，聯接到所述外部壓縮活塞；第二輔曲柄軸，聯接到所述外部動力活塞；以及輔曲柄軸聯接機構，聯接到所述第一和第二輔曲柄軸上并構造成在所述第一和第二輔曲柄軸之間的傳遞運動。
23. 如權利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第二輔曲柄軸以與所述第二主曲柄軸不同的速率運動。
24. 如權利要求22所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二輔曲柄軸構造成提供所述外部壓縮活塞和所述外部動力活塞之間的相位差。
25. 如權利要求2I所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二主曲柄軸構造成提供所述內部壓縮活塞和所述內部燃燒活塞之間的相位差。
26. 如權利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括沸騰器層，該沸騰器層聯接到所述第二汽缸殼體，用于由于所述第二汽缸殼體升高的溫度而將流體轉化成氣體。
全文摘要
一種使用獨特雙活塞裝置的蒸汽增強雙活塞循環發動機，包括將第一活塞容納在其中的第一汽缸，其中第一汽缸僅執行吸氣和壓縮沖程；將內部動力活塞容納在其中的第二汽缸，所述內部動力活塞形成第二汽缸的內側內部室，以及圍繞內部動力活塞的任一環形外部動力活塞，其中外部動力活塞形成第二汽缸的外側內部室，并構造成將發動機熱能轉換成額外功，和/或構造成產生蒸汽以轉化成額外功的外部沸騰器。
文檔編號F02B25/00GK101253316SQ200680018410
公開日2008年8月27日申請日期2006年4月18日優先權日2005年4月18日
發明者B·H·托爾, O·托爾申請人:托爾發動機股份有限公司

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