分置循环发动机

摘要

一种分置循环发动机(4)，包括具有用于第一工作流体的第一容积(12)和用于第二工作流体的第二容积(14)的压缩汽缸(10)，该第一容积和第二容积通过压缩活塞(20)分开，具有用于第一工作流体的第一容积(52)和用于第二工作流体的第二容积(54)的膨胀汽缸(50)，该第一容积和第二容积通过膨胀活塞(60)分开，和在压缩汽缸(10)的第二容积14和膨胀汽缸(50)的第二容积(54)之间的流体耦合器(90)，其中两个第二容积(14、54)和流体耦合器(90)为第二工作流体提供闭合容积，其中流体耦合器(90)包括蓄热器(92)，蓄热器(92)布置成使得两个第二容积(14、54)是热去耦的。

权利要求

1.一种分置循环发动机，包括：

压缩汽缸，所述压缩汽缸包括：

用于第一工作流体的入口端口；

冷却剂进入端口；

用于所述第一工作流体和冷却剂的出口端口；和

压缩活塞，其具有正面和反面，所述压缩活塞布置在所述压缩汽缸内，使得所述压缩活塞将所述压缩汽缸的第一容积与所述压缩汽缸的第二容积分开，所述第一容积用于容纳所述第一工作流体，所述第二容积用于容纳第二工作流体，所述第一容积由所述正面和所述压缩汽缸的内壁界定并且包括所述入口端口、所述冷却剂进入端口和所述出口端口，并且所述第二容积由所述反面和所述压缩汽缸的所述内壁界定；

膨胀汽缸，所述膨胀汽缸包括：

用于所述第一工作流体的入口端口，所述入口端口布置成与所述压缩汽缸的出口端口流体连通；

燃料进入端口；

废气端口，其用于排出燃烧的废气产物；以及

膨胀活塞，其具有正面和反面，所述膨胀活塞布置在所述膨胀汽缸内，使得所述膨胀活塞将所述膨胀汽缸的第一容积与所述膨胀汽缸的第二容积分开，所述膨胀汽缸的第一容积用于容纳所述第一工作流体，所述膨胀汽缸的第二容积用于容纳所述第二工作流体，所述膨胀汽缸的第一容积由所述膨胀活塞的所述正面和所述膨胀汽缸的内壁界定并且包括所述膨胀汽缸的所述入口端口、所述燃料进入端口和所述废气端口，并且所述膨胀汽缸的第二容积由所述膨胀活塞的所述反面和所述膨胀汽缸的所述内壁界定；以及在所述压缩汽缸的第二容积和所述膨胀汽缸的第二容积之间的流体耦合器，其中两个第二容积和所述流体耦合器提供用于所述第二工作流体的闭合容积，其中所述流体耦合器包括蓄热器，所述蓄热器布置成使得所述两个第二容积是热去耦的。

2.根据权利要求1所述的分置循环发动机，其中，所述蓄热器布置成允许所述第二工作流体在两个第二容积之间流动，同时限制热量从所述流体耦合器的热膨胀侧传递到所述流体耦合器的冷压缩侧。

3.根据权利要求1或2所述的分置循环发动机，其中，所述膨胀汽缸设置有热套，以减少来自所述膨胀汽缸的热损失。

4.根据权利要求3所述的分置循环发动机，包括用于调节所述热套的温度的装置，以使所述膨胀汽缸的内表面上的温度维持在目标温度或维持接近目标温度。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述膨胀汽缸的所述废气端口经由废气耦合器流体地耦合到所述分置循环发动机的回热器，所述回热器布置成将来自所述压缩汽缸的第一工作流体热耦合到来自所述膨胀汽缸的热的废气气体，以将所述废气产物中的热量传递到所述第一工作流体。

6.根据权利要求3所述的分置循环发动机，其中，所述膨胀汽缸的所述废气端口经由废气耦合器流体地耦合到所述分置循环发动机的回热器，所述回热器布置成将来自所述压缩汽缸的第一工作流体热耦合到来自所述膨胀汽缸的热的废气气体，以将所述废气产物中的热量传递到所述第一工作流体。

7.根据权利要求5所述的分置循环发动机，其中，所述废气耦合器是主废气耦合器，并且所述回热器是主回热器，并且其中所述膨胀汽缸的所述废气端口经由辅助废气耦合器流体地耦合到布置成与所述膨胀汽缸的第二容积热连通的热侧热交换器，以将所述废气产物中的热量传递到所述膨胀汽缸的所述第二容积中的第二工作流体。

8.根据权利要求6所述的分置循环发动机，其中，所述废气耦合器是主废气耦合器，并且所述回热器是主回热器，并且其中所述膨胀汽缸的所述废气端口经由辅助废气耦合器流体地耦合到布置成与所述膨胀汽缸的第二容积热连通的热侧热交换器，以将所述废气产物中的热量传递到所述膨胀汽缸的所述第二容积中的第二工作流体。

9.根据权利要求7或8所述的分置循环发动机，包括用于控制所述废气产物向所述主回热器和/或所述热侧热交换器的流动的装置。

10.根据权利要求9所述的分置循环发动机，其中，用于控制所述废气产物的流动的所述装置包括布置成由所述分置循环发动机的控制器操作的阀。

11.根据权利要求10所述的分置循环发动机，其中，所述控制器配置成基于在所述分置循环发动机中感测到的温度来控制所述阀。

12.根据权利要求11所述的分置循环发动机，其中，所述感测到的温度是所述主回热器的膨胀侧的温度。

13.根据权利要求12所述的分置循环发动机，其中，所述控制器配置成：当所述感测到的温度低于基准温度时，控制所述阀以允许废气产物的穿过所述主废气耦合器的流动并且限制穿过所述辅助废气耦合器的流动。

14.根据权利要求12或13所述的分置循环发动机，其中，所述控制器配置成：当所述感测到的温度高于基准温度时，控制所述阀以允许废气产物的穿过所述主废气耦合器的流动以及穿过所述辅助废气耦合器的流动。

15.根据权利要求7-8和10-13中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述热侧热交换器的出口流体耦合到辅助回热器，所述辅助回热器布置在所述压缩汽缸的出口端口和所述主回热器之间，以在所述第一工作流体穿过所述主回热器之前，将所述废气产物中的残余热量耦合到所述第一工作流体。

16.根据权利要求9所述的分置循环发动机，其中，所述热侧热交换器的出口流体耦合到辅助回热器，所述辅助回热器布置在所述压缩汽缸的出口端口和所述主回热器之间，以在所述第一工作流体穿过所述主回热器之前，将所述废气产物中的残余热量耦合到所述第一工作流体。

17.根据权利要求14所述的分置循环发动机，其中，所述热侧热交换器的出口流体耦合到辅助回热器，所述辅助回热器布置在所述压缩汽缸的出口端口和所述主回热器之间，以在所述第一工作流体穿过所述主回热器之前，将所述废气产物中的残余热量耦合到所述第一工作流体。

18.根据权利要求6-8、10-13和16-17中任一项所述的分置循环发动机，包括旁路耦合器，以在不穿过所述回热器的情况下将所述压缩汽缸的出口端口流体地耦合到所述膨胀汽缸的入口端口。

19.根据权利要求5所述的分置循环发动机，包括旁路耦合器，以在不穿过所述回热器的情况下将所述压缩汽缸的出口端口流体地耦合到所述膨胀汽缸的入口端口。

20.根据权利要求9所述的分置循环发动机，包括旁路耦合器，以在不穿过所述回热器的情况下将所述压缩汽缸的出口端口流体地耦合到所述膨胀汽缸的入口端口。

21.根据权利要求14所述的分置循环发动机，包括旁路耦合器，以在不穿过所述回热器的情况下将所述压缩汽缸的出口端口流体地耦合到所述膨胀汽缸的入口端口。

22.根据权利要求15所述的分置循环发动机，包括旁路耦合器，以在不穿过所述回热器的情况下将所述压缩汽缸的出口端口流体地耦合到所述膨胀汽缸的入口端口。

23.根据权利要求18所述的分置循环发动机，包括用于控制所述第一工作流体穿过所述旁路耦合器和/或穿过所述回热器的流动的装置。

24.根据权利要求19-22中任一项所述的分置循环发动机，包括用于控制所述第一工作流体穿过所述旁路耦合器和/或穿过所述回热器的流动的装置。

25.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17和19-23中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩汽缸包括热套，以减少所述压缩汽缸的加热。

26.根据权利要求25所述的分置循环发动机，包括用于调节所述热套的温度的装置，以使所述压缩汽缸的内表面上的温度维持在目标温度或维持接近目标温度。

27.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23和26中任一项所述的分置循环发动机，包括冷侧热交换器，所述冷侧热交换器布置成与所述压缩汽缸的第二容积热连通以从所述压缩汽缸的所述第二容积移除热量。

28.根据权利要求27所述的分置循环发动机，其中，所述冷侧热交换器布置成从所述压缩汽缸的所述出口端口接收第一工作流体。

29.根据权利要求27所述的分置循环发动机，其中，所述冷侧热交换器布置成从冷却剂储器接收冷却剂。

30.根据权利要求28所述的分置循环发动机，其中，所述冷侧热交换器布置成从冷却剂储器接收冷却剂。

31.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述分置循环发动机包括用于将冷却剂在注入到所述压缩汽缸的第一容积中之前维持在液态的装置，所述冷却剂在常温和常压下是气体。

32.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩活塞和所述膨胀活塞的相位被设定成使得响应于所述压缩活塞和所述膨胀活塞的移动而在所述第二工作流体中产生功，使得所述功有助于所述压缩活塞和所述膨胀活塞的移动。

33.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩活塞和所述膨胀活塞机械地耦合，以便在所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间界定270°的相位关系，其中所述压缩活塞领先。

34.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩活塞和所述膨胀活塞机械地耦合，以便在所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间界定在180°和270°之间的相位关系，其中所述压缩活塞领先。

35.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩活塞和所述膨胀活塞机械地耦合，以便在所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间界定在270°和360°之间的相位关系，其中所述压缩活塞领先。

36.根据权利要求1-2、4、6-8、10-13、16-17、19-23、26和28-30中任一项所述的分置循环发动机，其中，所述压缩活塞和所述膨胀活塞通过机械耦合器而机械地耦合，所述机械耦合器允许所述压缩活塞和所述膨胀活塞之间的相位关系发生变化。

说明书

分置循环发动机

[0001] 本发明涉及一种分置循环发动机(split cycle engine)。

[0002] 在使用狄塞尔循环或奥托循环的内燃发动机中，进入的空气/燃料混合物在点燃之前被压缩。由于压缩期间的能量输入，进入的进料的压缩导致温度的相应增加。压缩和膨胀/燃烧都在同一汽缸中交替地发生，并且活塞来回地运动。

[0003] 分置循环发动机是往复活塞式发动机，其根本不同之处在于压缩和燃烧/膨胀发生在不同汽缸中。本文所描述的分置循环发动机包括容纳压缩活塞的压缩汽缸、容纳膨胀活塞的膨胀汽缸，该压缩汽缸具有准许诸如空气的工作流体进入的入口端口和与热交换器的第一路径连通的出口端口，该膨胀汽缸具有与热交换器的第一路径连通的入口端口和与热交换器的第二路径连通的出口端口，该第二路径与第一路径处于热交换关系中。

[0004] WO 2010/067080中描述了这种发动机的示例。

[0005] 本发明的方面和实施方案在权利要求中阐述。

[0006] 现在参考附图，将通过示例来描述各实施方案，在附图中：

[0007] 图1示出了分置循环发动机；

[0008] 图2示出了具有附加热管理特征的分置循环发动机；

[0009] 图3示出了分置循环发动机的发动机循环中的阶段的示例。

[0010] 分置循环回热发动机(split cycle recuperated engines)具有高制动效率，因为：i)在压缩后，废气产物中的热量被截获并重新引导回到工作气体中，从而减少了从该循环产生给定功输出所需的燃料量；ii)压缩汽缸中的准等温压缩减少了所需的压缩功；和iii)膨胀容积可以显著高于压缩容积，从而能够从燃烧气体中提取更多的功。与奥托循环发动机相比，系统的压缩侧的冷(或较冷)流体通过回热器(recuperator)与热的膨胀汽缸分开。这意味着与奥托循环发动机相比，膨胀汽缸可以保持在更高的温度。然而，随着膨胀汽缸的温度越高，损失到大气中的热损失量则越大。来自膨胀汽缸的热损失可能是经由废气浪费或者经由穿过汽缸壁的传导，例如传导到发动机冷却剂中以及传导到随着当活塞上下运动在汽缸体中循环的空气流。这种热损失是低效率的来源。

[0011] 本发明的实施方案提供了一种特别用于汽车应用的分置循环发动机，其克服、减少或减轻了上面所提及的问题中的至少一些问题。

[0012] 如本文所描述的，操作分置循环发动机的方法包括将液相冷却剂注入到压缩汽缸中，其中在第一工作流体被引入后或第一工作流体被引入期间，冷却剂具有仅作为低的温度或低温温度(cryogenic temperatures)下的液体的性质，使得冷却剂在压缩汽缸中从其液相沸腾到其气相，并与工作流体一起进入膨胀汽缸中。例如，冷却剂可以是液氮。当冷却剂沸腾时，其吸收由于压缩而产生的热量，使得压缩至少是准等温的。由于不存在温度上明显增加的事实，所以进行压缩所需的功显著减少。然后，冷却的压缩工作流体穿过压缩汽缸的出口端口流入热交换器或回热器的第一路径中，在该第一路径中，该冷却的压缩工作流体在流入膨胀汽缸中之前被加热到相当大的温度。然后燃料(通常为柴油燃料或天然气)被注入加热的压缩工作流体中并被点燃。燃料/工作流体混合物的燃烧驱动工作活塞的动力冲程以产生扭矩。在燃烧之后，膨胀汽缸的废气阀打开，并且热的废气产物从膨胀汽缸释放并被引导穿过热交换器，从而提供热源，该热源使供应到膨胀汽缸的高压工作流体的温度增加。因此，两个活塞有效地以两冲程模式运行，并且这一点，再加上大体上等温压缩和废气热能回收(exhaust heat energy recovery)，意味着发动机具有高的制动热效率。

[0013] 在实施方案中，分置循环发动机包括第二工作流体系统，第二工作流体系统包括布置在冷压缩汽缸和热膨胀汽缸之间的蓄热器(regenerator)。如本文所描述的，第二工作流体系统布置成捕获原本将消散的热量(例如，消散在损失的废气气体中，通过穿过膨胀汽缸壁或膨胀活塞的传导被消散或通过废气窜漏被消散)，并且使用该所捕获的热量来增加发动机产生的净扭矩。

[0014] 在实施方案中，包括蓄热器的第二工作流体系统设置在压缩活塞和膨胀活塞的非工作(正的)面之间，使得第二工作流体系统中的第二工作流体供应为活塞的往复移动提供动力的功。

[0015] 在实施方案中，废气气体(废气产物)的流动被管理以确保在回热器中不能有效地使用的废气热量被转移到第二工作流体系统的热侧，并且因此用于产生扭矩。

[0016] 通常，冷却剂是非氧化性的、不可燃的流体。在实施方案中，冷却剂是非氧化的、不可燃的低温流体。本文所用的术语低温流体是指在标准温度和压力下处于其气相中的流体，并且其必须冷却至低的温度，也就是冷却至低温温度，以便处于其液相中。在实施方案中，冷却剂以其液相(即作为液体)注入压缩汽缸中。在实施方案中，提供温度控制和压力受控的冷却剂储器，以用于将冷却剂保持在低温和任选的高压下，以便在注入压缩汽缸之前将冷却剂保持在其液相中。虽然冷却剂可以是诸如氦气或氩气的惰性气体，但优选使用氮气，具体是因为其容易从大气中获得。

[0017] 图1示出了分置循环发动机4的示例。分置循环发动机4包括压缩汽缸10、第一工作流体通道40、膨胀汽缸50、废气通道80、第二工作流体耦合器90和曲柄100。第一工作流体通道40和废气通道80包括(穿过)回热器45，回热器45布置成在第一工作流体通道40和废气通道80之间提供热耦合。第二工作流体耦合器90包括(穿过)蓄热器92。

[0018] 第一工作流体通道40经由回热器45使压缩汽缸的第一容积12流体地耦合到膨胀汽缸的第一容积52。废气通道经由回热器45使膨胀汽缸的第一容积52流体地耦合到大气(图1中的“废气”)。第二工作流体耦合器90经由蓄热器92使压缩汽缸的第二容积14流体地耦合到膨胀汽缸的第二容积54。

[0019] 压缩活塞20和膨胀活塞50各自耦合到设置在曲轴(未示出)上的曲柄100。该布置使得在使用中，曲柄100使两个活塞压缩活塞的往复(线性)运动以固定的相位关系相耦合，并将活塞的往复运动转化为曲轴中的旋转运动。

[0020] 压缩汽缸10包括入口端口30、冷却剂进入端口32、出口端口34和压缩活塞20。

[0021] 入口端口30布置成准许第一工作流体进入压缩汽缸10的第一容积12中。冷却剂进入端口32布置成准许冷却剂进入压缩汽缸10的第一容积12中。出口阀34布置成允许第一工作流体(和冷却剂)从压缩汽缸10的第一容积12离开。(尽管离开出口端口的流体可以包括在使用中在压缩期间与第一工作流体混合的冷却剂，但是为了简单起见，混合物在本文中将简称为第一工作流体。)

[0022] 压缩活塞20布置在压缩汽缸10内，使得活塞将压缩汽缸的内部容积分成第一容积12和第二容积14，并将第一容积12与第二容积14分开。压缩活塞20布置成用于朝向和远离端口30、32、34的线性移动，其中朝向端口的移动减小了第一容积12，并且与第一容积的减小成正比地使第二容积14增大。类似地，压缩活塞20远离端口30、32、34的移动增加了第一容积12并且与第一容积12的增加成正比地使第二容积14减小。压缩汽缸10的内表面提供滑动表面15，压缩汽缸20抵靠滑动表面15移动。穿过汽缸壁设置了一个或更多个润滑剂通道(未示出)，以将润滑剂从润滑剂储器提供到滑动表面15。

[0023] 膨胀汽缸50包括入口端口70、燃料进入端口72、出口端口74和膨胀活塞60。

[0024] 入口端口70布置成准许压缩的第一工作流体进入膨胀汽缸50的第一容积52中。燃料进入端口72布置成准许燃料进入膨胀汽缸50的第一容积52中。出口端口74布置成允许废气产物从膨胀汽缸50的第一容积52离开。

[0025] 膨胀活塞60布置在膨胀汽缸50内，使得活塞将膨胀汽缸50的内部容积分成第一容积52和第二容积54，并将第一容积52与第二容积54分开。膨胀活塞60布置成用于朝向和远离端口70、72、74的线性移动，其中朝向端口的移动使第一容积52减小并且与第一容积的减小成正比地使第二容积54增大。类似地，膨胀活塞60远离端口70、72、74的移动使第一容积52增大并且与第一容积52的增大成正比地使第二容积54减小。膨胀汽缸50的内表面提供滑动表面55，膨胀汽缸50抵靠滑动表面55移动。穿过汽缸壁设置了一个或更多个润滑剂通道(未示出)，以将润滑剂从润滑剂储器提供到滑动表面55。

[0026] 第二工作流体耦合器90在压缩汽缸10的第二容积14和膨胀汽缸50的第二容积54之间延伸并且使压缩汽缸10的第二容积14和膨胀汽缸50的第二容积54流体地耦合。第二工作流体耦合器90穿过蓄热器92。

[0027] 压缩汽缸10包括耐用的、耐热的且惰性的材料，例如钢。压缩汽缸10具有长形的周壁和两个端壁11、13，每个端壁11、13闭合周壁的相应端部。端壁11中的第一个包括入口端口30和出口端口34，并且在所示示例中，包括冷却剂进入端口32。在其它示例中，在第一端壁11中和/或压缩汽缸10的侧壁(周壁)中设置一个或更多个冷却剂进入端口。作为另一种可能性，端口32、34中的一个或更多个在第一端壁11附近穿过压缩汽缸侧壁被设置。

[0028] 压缩活塞20包括具有正面22和反面24的大致圆柱形的主体。正面或工作面22是面朝端口30、32、34的面，并且在压缩冲程期间将功传递到容纳在第一工作容积12中的第一工作流体和冷却剂。第一容积12在任何给定时间由第一端壁11、压缩活塞20的正面22以及在该时间点的第一端壁11和正面22中间的周壁的长度所包围的容积来界定。在活塞20的相对于正面22的相对侧上的反面24大致背离端口30、32、34，并且是与容纳在第二容积14中的第二流体接触的面。第二容积12在任何给定时间由第二端壁13、压缩活塞20的反面24以及在该时间点的第二端壁13和反面24中间的周壁的长度所包围的容积来界定。

[0029] 活塞20的圆周表面承载一个或更多个活塞环，该一个或更多个活塞环布置成在压缩活塞20和压缩汽缸10的周壁之间形成密封。密封减轻了从第一容积12进入到第二容积14中的流体泄漏，并且反之亦然，同时允许压缩活塞20在压缩汽缸10内的往复移动。密封有助于维持压缩冲程的效率，并且有助于维持第二容积14中的流体的质量和流体的纯度。活塞环被提供有润滑以减少摩擦阻力。

[0030] 一般来说，当在本文中使用时，术语“密封”是指两个表面之间的配合，或者是指布置成与另一个表面或元件形成配合以使得很少的流体或没有流体能够在两个表面或者元件之间穿过的表面或元件。

[0031] 第二容积14包括孔19。活塞杆26从压缩活塞20穿过孔19延伸，并且经由耦合到连杆28的枢转耦合器将活塞20机械地耦合到曲柄100。活塞杆26不可枢转地(non-pivotlly)连接到活塞20，使得活塞杆26的轴线保持与活塞20的往复移动的轴线方向对齐。这意味着活塞杆26在孔内不径向摆动。在活塞杆26和孔19之间设置密封件，以减轻流体穿过孔19从第二容积14泄漏或泄漏到第二容积14中。密封件设置在孔19上。作为另一种可能性，密封件可以设置在活塞杆26上或由活塞杆26和孔19的表面来提供。密封件被提供有润滑剂以减少摩擦阻力。一个或更多个润滑剂注入端口或通道或喷嘴可以穿过压缩汽缸壁或围绕孔19被设置，以用于将润滑剂配给到孔密封件上。

[0032] 冷却剂进入端口32包括一个或更多个注入喷嘴，该一个或更多个注入喷嘴布置成将液体冷却剂(例如液氮)注入到压缩汽缸10的第一容积12中。一个或更多个喷嘴与冷却剂储器(未示出)流体连通。冷却剂储器布置成提供低温、高压环境以使冷却剂保持液态。

[0033] 入口端口30包括可控制的阀。可控制的阀与第一工作流体的供应源流体连通。通常，第一工作流体包括空气，空气在被提供到入口端口之前被冷却并通过涡轮增压器升高到高压。

[0034] 出口端口34包括出口阀。由于在压缩汽缸内发生的高压变化，因此出口阀是压力补偿阀，其布置为响应于第一容积内的压力增加而打开，但用于调节流体从第一容积流出的速率。

[0035] 膨胀汽缸50包括耐用的、耐热的且惰性的材料，例如钢。膨胀汽缸50具有长形的周壁和两个端壁51、53，每个端壁闭合周壁的相应端部。端壁中的第一端壁51包括入口端口70、燃料进入端口72和出口端口74。作为另一可能性，一个或更多个端口70、72、74在第一端壁51附近穿过膨胀汽缸侧壁被设置。

[0036] 膨胀活塞60包括具有正面62和反面64的大致圆柱形的主体。正面或工作面62是面朝端口70、72、74的面，以及是在膨胀冲程期间在第一工作流体/燃料混合物燃烧和膨胀时由第一工作流体/燃料混合物将力施加至其的面。第一容积52在任何给定时间由第一端壁51、压缩活塞60的正面62以及在该时间点的第一端壁51和正面62中间的周壁的长度所包围的容积来界定。在活塞60的相对于正面62的相对侧上的反面64通常背离端口70、72、74，并且是与容纳在第二容积14中的第二流体接触的面。第二容积52在任何给定时间由第二端壁
53、压缩活塞60的反面64以及在该时间点的第二端壁53和反面64中间的周壁的长度所包围的容积界定。

[0037] 膨胀活塞60的圆周表面承载一个或更多个活塞环，该一个或更多个活塞环布置成在膨胀活塞60与膨胀汽缸50的周壁之间形成密封。密封减轻了从第一容积52到第二容积54中的流体泄漏，并且反之亦然，同时允许压缩活塞60在压缩汽缸50内进行必需的往复移动。密封有助于维持膨胀冲程的效率，并且有助于维持第二容积54中的流体的质量和流体的纯度。活塞环被提供有润滑以减少摩擦阻力。可以设置用于管理温度并因此管理润滑剂的粘度的装置。关于图2描述了一些示例。

[0038] 第二容积54包括孔59。活塞杆66从膨胀活塞60穿过孔59延伸，并且经由耦合到连杆68的枢转耦合器将膨胀活塞60机械地耦合到曲柄100。活塞杆66不可枢转地连接到活塞60，使得活塞杆66的轴线保持与膨胀活塞60的往复移动的轴线方向对齐。这意味着活塞杆
66在孔59内不径向摆动。在活塞杆66和孔59之间设置密封件，以减轻流体穿过孔59从第二容积54泄漏或泄漏到第二容积54中。密封件设置在孔59上。作为另一种可能性，密封件可以设置在活塞杆56上或者通过活塞杆56和孔59的表面来提供。密封件被提供有润滑剂以减少摩擦阻力。一个或更多个润滑剂注入端口或通道或喷嘴可以穿过压缩汽缸壁或围绕孔59被设置，以用于将润滑剂配给到孔密封件上。

[0039] 膨胀汽缸50的入口端口70包括可控制的阀，该可控制的阀布置成在一侧上与第一工作流体通道40流体连通并且在另一侧上与膨胀汽缸50的第一容积52流体连通。阀是压力补偿阀。

[0040] 燃料进入端口54包括燃料注入器，燃料注入器布置成与燃料储器流体连通并且是可控制的以将燃料注入到膨胀汽缸50的第一容积52中。

[0041] 膨胀汽缸50的出口端口74包括出口阀，该出口阀布置成在另一侧上与膨胀汽缸50的第一容积52流体连通并在另一侧上与废气通道80流体连通。阀是可控制的，以允许燃烧的废气产物从第一容积52排出到废气通道80中。

[0042] 第一流体通道40和废气通道80由耐热的、非反应性管道提供。

[0043] 回热器45提供了逆流型能量回收热交换器，其包括形成第一工作流体通道的一部分的第一流体路径和形成废气通道的一部分的第二流体路径。在使用中，第一工作流体在第一方向上(朝向膨胀汽缸)流过回热器45的第一流体路径，并且废气产物在与第一方向相反的第二方向上(远离膨胀汽缸)流过回热器45的第二流体路径。第一流体路径和第二流体路径布置成处于热连通，使得在使用中，热量从第二流体路径中流动的热的废气产物传递到第一流体路径中流动的冷的第一工作流体。

[0044] 第二工作流体耦合器90包括耐热的、非反应性管道。与第二容积12、52中的每一个相比，第二工作流体耦合器90的容积是小的，使得第二容积12、52的尺寸是第二工作流体闭合容积的总容积的比较大的比例，因此第二容积中的一个容积的在容积上的增加或减少对第二容积中存在的第二工作流体的压力或温度造成不可忽略的影响。也就是说，第二工作流体不可以通过排入第二工作流体耦合器中来避免容积变化的影响。

[0045] 蓄热器92是具有与蓄热介质热连通的流体路径的热交换器，该热交换器布置成使得蓄热介质：i)从自热(膨胀/燃烧)侧进入的流体吸收热量，使得冷的流体流出进入到蓄热器92的另一(冷)侧；和2)为从冷(压缩)侧进入的流体提供热量，使得热的流体流出进入到蓄热器92的另一(热)侧。因此，蓄热器92作为热的膨胀侧和冷的压缩侧之间的热障，保持热的膨胀侧和冷的压缩侧之间的热梯度。这意味着膨胀汽缸50的第二容积54保持是热的，而压缩汽缸54的第二容积14保持是冷的，即使在第二工作流体在第二容积54和14之间移动时也是如此，第二工作流体在第二容积54和14之间移动时，为活塞提供功。

[0046] 换句话说，蓄热器92布置成使得两个第二容积是热去耦的(thermally decoupled)，意味着它们之间没有直接的热关系，使得它们之间的热梯度被保持。在实践中，两个第二容积可以被认为是热独立的。

[0047] 蓄热器92可以布置在流体耦合器的中点处。

[0048] 压缩汽缸第二容积14、膨胀汽缸第二容积54和第二工作流体耦合器90(包括蓄热器92和容纳在容积和蓄热器92中的第二工作流体)提供第二工作流体系统。第二工作流体系统是闭合系统，其中第二工作流体容纳在由两个第二容积14、54和流体耦合器90界定的容积内，使得第二工作流体的质量保持恒定。通常，由于穿过系统中的连接部或密封部的流体泄漏的实际现实，系统将不是完全闭合的，并且本文所使用的术语“闭合”通常是指不与外部空间流体连通的系统或容积，尽管可能存在小程度的流体泄漏。

[0049] 曲柄100可以设置在本领域已知的曲轴上或形成本领域已知的曲轴的一部分。在所示的示例中，压缩活塞和膨胀活塞20、60耦合到同一曲柄100，但是在其它示例中，它们可以耦合到设置在同一曲轴上或设置在所连接的曲轴部分上的不同曲柄。在所示示例中，活塞20、60耦合到活塞杆26、66，活塞杆26、66相对于活塞不旋转或枢转，并且实现在线性运动和旋转运动之间的转化的枢转耦合器设置在活塞杆26、66和连杆28、68之间，连杆28、68直接连接到曲柄100。在其它示例中，枢转耦合器可以通过活塞杆到活塞的耦合来提供。在这样的示例中，应当理解，更大的孔将穿过相应的汽缸壁被设置以适应活塞杆的往复的、枢转的移动，并且适当的密封装置将围绕由往复的、枢转的活塞杆所勾画出来的体积被设置。

[0050] 在操作中，当压缩活塞20远离压缩汽缸端口30、32、34移动时，第一工作流体被允许穿过入口端口30进入压缩汽缸10的第一容积12中。在关闭入口端口30之后，冷的液体冷却剂穿过冷却剂进入端口32从冷却剂储器(未示出)注入，在冷却剂储器中，冷却剂在低温下保持处于其液相。在远离端口30、32、34完成其最大行程(traverse)之后，压缩活塞20的方向反转，并且其开始向端口30、31、34行进。当压缩活塞20如此做时，第一容积12的容积减小，并且容纳在其中的第一工作流体被压缩。这被称为发动机的压缩冲程。由压缩活塞20进行的压缩功作为热能从压缩活塞20的正面22传递到第一工作流体中，热能中的至少一些被冷却剂吸收。由于冷却剂是低温液体，因此所吸收的热量用于将冷却剂的相从液体改变到气体，而不是导致温度升高。因此，第一工作流体在压缩冲程结束时保持是冷的。由于压缩汽缸10的壁是导热的，所以冷却剂的添加也用于冷却压缩汽缸10本身。沿着汽缸壁的热传导意味着第二容积14同第一容积12一样也被冷却。这对于容纳在第二容积14中的第二工作流体具有冷却效果。

[0051] 压缩冲程完成后，出口端口32打开，允许冷的压缩的第一工作流体流入第一流体通道40中并穿过回热器45的第一流体路径。从回热器45，第一工作流体被提供到膨胀汽缸50的入口端口70。第一工作流体被准许穿过入口端口70进入第一容积52中。燃料穿过燃料进入端口72注入到第一容积52中，并且在该过程之前或该过程期间的某一时刻，入口端口
30关闭。当膨胀活塞处于或接近其距膨胀汽缸端口70、72、74的最小间隔(上止点(top dead center))时，即当第一容积52处于其最小值时，发生第一工作流体和燃料的进入。燃料/第一工作流体混合物燃烧。燃烧混合物膨胀并驱动膨胀活塞60远离端口70、72、74。这是发动机的膨胀冲程或动力冲程。在膨胀冲程期间，膨胀活塞60经由活塞杆66和连杆68将扭矩传递到曲柄100。扭矩中的一些作为发动机的有用输出(在汽车示例中，用以推进车辆)被提取，但是一些扭矩用于驱动压缩活塞20。膨胀活塞和压缩活塞的相对相位的示例如图3中所示。

[0052] 在膨胀冲程完成之后，也就是说，当膨胀活塞60已经完成其远离端口70、72、74的完全行程时，废气出口74打开，允许燃烧的热的废气产物离开膨胀汽缸第一容积52。废气产物流入废气通道80中并穿过回热器45的第二流体路径。在回热器45中，当第一工作流体流过第一路径时，废气产物在相反的方向上流过第二流体路径。热量从废气产物传递到第一工作流体。在下一个膨胀冲程前，膨胀活塞朝向端口70、72、74向回行进。这可称为“恢复冲程(recovery stroke)”。用于驱动恢复冲程的力由曲柄100提供。

[0053] 压缩活塞20和膨胀活塞60之间的相位应当使得导致响应于活塞20、60的移动而引起第二工作流体做功。如本文所描述的，压缩活塞20将被布置成领先(lead)。

[0054] 在压缩活塞20以大于180°且小于360°(例如270°)的相位角领先膨胀活塞的布置中，在第二工作流体中产生的功可以帮助活塞20、60的移动。

[0055] 应当理解，在发动机启动时，废气通道80中没有废气产物流动，并且在足够的热的废气产物可用于在回热器45中提供显著的热源之前必须完成数个发动机循环。一旦发动机4已经升温，可以在回热器45中通过第一工作流体从废气产物中提取大量的热量，从而显著提高第一工作流体的温度。第一工作流体以在与其离开回热器45的温度大体上相同的(高)温度供应到膨胀汽缸50的入口端口70。通过将至膨胀汽缸50的第一工作流体提供为热的，使燃烧更有效。

[0056] 由于膨胀汽缸50的壁是导热的，所以至第一容积52的热输入加热汽缸壁。因为周壁对于第一容积和第二容积52、54是共同的，并且因为周壁是导热的，所以第二容积54同第一容积52一样也被加热。这对容纳在第二容积54中的第二工作流体具有加热效果。

[0057] 同时在两个汽缸的第二容积14、54中，容积变化已经以与相应的第一容积12、52中所发生的那些容积变化相反的方式发生。也就是说，在压缩汽缸10的第一容积12减小的压缩冲程期间，第二容积14增加，而在压缩汽缸50的第一容积52增加的膨胀冲程期间，第二容积54减小。通过与曲柄机构100连接的活塞20和60的作用，14和54中的第二容积增加和减小。活塞运动的相位设定布置成使得第二工作流体的总容积能够增加和减小。当总容积最小时热量被添加，当总容积最大值时热量被提取。热量添加导致第二工作流体的压力增加并且从第二容积的热量提取导致压力降低。活塞20和60的相位布置成使得当总的第二容积增加时，发生第二工作流体的压力的增加，并且当总的第二容积减小时，压力减小。波动的压力和容积导致从第二工作流体中提取功。

[0058] 在理想化的模型中，两个汽缸的第二容积14、54和流体耦合器90将一起界定容纳第二工作流体的完全闭合的容积，这意味着不存在进入或离开该容积的流体泄漏，并且容纳在该容积中的第二工作流体的质量保持恒定。如所指出的，在实践中，系统将不是完全闭合的，因为在与活塞杆26、66一起的密封件周围以及活塞环周围可能会发生一些流体泄漏。泄漏可通过管理密封件和活塞环来减轻，例如，通过确保密封件和活塞环的充分润滑和/或滑动表面18、58的充分润滑来减轻。在假定无流体泄漏的理想模型中，在第二工作流体中发生的热力学过程可以描述为斯特林循环(Stirling cycle)的热力学过程。

[0059] 应当理解，维持第二工作流体耦合器的(热)膨胀侧和第二工作流体耦合器的(冷)压缩侧之间的温度差或梯度在第二工作流体中建立循环，从该循环中可以提取功。一般来说，热侧和冷侧之间的温差越大，则循环越有效，并且功的量越大。

[0060] 图2示出了包括另外的热管理特征的分置循环发动机4的示例。在图2中，分置循环发动机4的不同部分的相对温度由阴影线表示，其中较高的温度由更密集的阴影(更稠密的线)表示。隔热由交叉阴影线表示。

[0061] 除了图1的特征外，图2的分置循环发动机包括冷侧热交换器300和热侧热交换器400。冷侧热交换器300布置成与压缩汽缸10的第二容积14热连通。热侧热交换器400布置成与膨胀汽缸的第二容积热连通。回热器45包括主回热器46和辅助回热器48。压缩汽缸10和膨胀汽缸50各自设置有热套18、58。膨胀汽缸50还设置有隔热外层59。膨胀活塞60设置有隔热外层68。

[0062] 压缩汽缸10的热套18围绕压缩汽缸10的外表面布置，以减小压缩汽缸10的加热。在一个示例中，热套18包括隔热材料，隔热材料布置成限制进入到汽缸中的热传导。在另一示例中，热套包括流体套管，流体可以在流体套管中循环以从压缩汽缸10的表面移除热量。
可以提供用于管理热套18的温度的装置。

[0063] 膨胀汽缸50的热套58在滑动表面55附近围绕膨胀汽缸10的外表面的一部分布置，以控制膨胀汽缸壁在滑动表面55的区域中的温度。隔热外层59在端口70、72、74附近围绕膨胀汽缸10的外表面的一部分布置，以限制从第一容积52的端口端(燃烧端)的热量损失。

[0064] 在一个示例中，热套58包括隔热材料，隔热材料布置成限制自膨胀汽缸壁离开的热传导，以使膨胀汽缸50保持是热的。在另一个示例中，热套包括套管，该套管容纳流体，流体的温度可以被管理以控制汽缸壁在滑动表面55的区域中的温度。可以提供用于管理热套18的温度的装置。

[0065] 差的润滑剂性能可能降低发动机的效率。给定的润滑剂将通常具有工作温度范围，在该工作温度范围内，其粘度处在优选范围内，以允许活塞20、60在滑动表面15、55上的可接受的平滑移动。如果润滑剂变得太冷，则其可能会变得太粘稠，并增加活塞上的阻力，如果润滑剂变得太热，则其可能干燥并提供降低的润滑。因此，可以提供用于管理热套18、58的温度以使滑动表面15、55保持在允许可接受的润滑剂性能的温度的装置。视情况而定，这可以涉及从任一汽缸10、50的表面添加或去除热量。另外地或可选地，润滑剂性能可以通过管理注入温度和润滑剂注入速率来控制。来自发动机的热侧的热量可以耦合到用于压缩活塞20的润滑剂注入系统，以防止润滑剂变得太冷。来自发动机冷侧的冷的环境或流体可以耦合到用于膨胀活塞50的润滑剂注入系统，以防止润滑剂变得太热。

[0066] 压缩汽缸10的出口端口34流体地耦合到冷侧热交换器300的入口。冷侧热交换器300的出口流体地耦合到辅助回热器48的入口。辅助回热器48的出口流体耦合到主回热器
46的入口。主回热器46的出口流体地耦合到膨胀汽缸50的入口端口。流体耦合器由第一工作流体通道40提供，第一工作流体通道40在耦合到膨胀汽缸50的入口端口之前依次延伸穿过冷侧热交换器300、辅助回热器48和主回热器46。

[0067] 第一流体通道40包括穿过回热器45的热交换通道42和绕过回热器45的旁路通道44。第一流体通道40在辅助回热器46的入口之前(上游)分叉成热交换通道42和旁路通道
44，并在主回热器48的第一流体出口(下游)之后重新组合。

[0068] 旁路通道44具有阀43，阀43用于控制压缩的主流体流入到旁路通道44中。阀43布置成由控制器200控制。

[0069] 温度传感器49布置在主回热器48的出口处或布置在主回热器48的出口附近，以感测离开回热器45的第一工作流体的温度。温度传感器49耦合到控制器200。

[0070] 废气通道80包括主废气通道82和辅助废气通道84。废气通道80分叉成主废气通道82和辅助废气通道84。主废气通道82经由主回热器48从分叉部延伸到大气中。辅助废气通道84从分叉部延伸穿过热侧热交换器400，从热侧热交换器400延伸穿过辅助回热器47的废气路径，以及从辅助回热器延伸到大气中。

[0071] 在废气通道分叉部处设置阀83，以控制废气产物流入到主废气通道82和辅助废气通道84中。阀83布置成由控制器200控制。

[0072] 冷侧热交换器300包括流体管道，该流体管道布置成与压缩汽缸10的第二容积14的导热表面热连通。管道可以以经过第二容积14的表面的卷绕构造来提供，或者以其其它方式布置成与第二容积14的延伸的表面区域热连通。例如，管道可以布置成延伸经过压缩汽缸10的第二端壁13的至少一部分和/或延伸经过邻近第二端壁13的周壁。在使用中，冷侧热交换器300运送已经经过第二容积14的导热表面离开压缩汽缸10的第一容积12的冷的压缩流体，以从第二容积14移除热量。

[0073] 在另一示例中，除了接收来自压缩汽缸10的出口端口34的第一工作流体以外，或者替代接收来自压缩汽缸10的出口端口34的第一工作流体，冷侧热交换器300布置成从冷却剂储器接收冷却剂。

[0074] 类似地，热侧热交换器400包括流体管道，该流体管道布置成与膨胀汽缸50的第二容积54的导热表面热连通。管道可以以经过第二容积54的表面的卷绕构造来提供，或者以其它方式布置成与第二容积54的延伸的表面区域热连通。例如，管道可以布置成延伸经过膨胀汽缸50的第二端壁53的至少一部分和/或延伸经过邻近第二端壁53的周壁。在使用中，热侧热交换器300运送已经经过第二容积54的导热表面离开膨胀汽缸50的第一容积52的热的废气产物，以将热量添加到第二容积54。

[0075] 主回热器46在功能上与关于图1描述的回热器相同或相似，并且可以具有相同或大体上相同的结构。

[0076] 辅助回热器48在功能上与主回热器46相同或相似，并且可具有相同或大体上相同的结构。辅助回热器的目的是将来自已经穿过热侧热交换器的废气产物的剩余热量传递到主工作流体中。

[0077] 可以基于操作数据，诸如在回热器或热交换器的输入侧和输出侧处的操作温度和/或压力范围来选择穿过本文中所描述的回热器或热交换器中的任一个的流体路径的长度或构造。

[0078] 控制器200可以由发动机的发动机管理系统来提供或形成发动机的发动机管理系统的一部分，或者其可由单独的控制器来提供。例如，控制器200可由编程的可编程计算机来提供。

[0079] 温度传感器49可以包括任何适当的传感器，例如热电偶。在所示的示例中，温度传感器49设置在主回热器的出口处或设置在主回热器的出口附近，以感测离开回热器45并正被提供给膨胀汽缸50的第一工作流体的温度。在其它示例中，温度传感器49可以设置在膨胀汽缸50的输入端口70处或设置在膨胀汽缸50的输入端口70附近，或者设置在回热器45和入口端口70之间的第一流体路径40上或设置在回热器45和入口端口70之间的第一流体路径40附近。在其它示例中，可以在发动机内的一个或更多个位置处设置多个传感器。

[0080] (旁路)阀43包括选择性地可打开的阀。当打开时，第一工作流体可以穿过旁路通道44朝向膨胀汽缸50流动，代替流过热交换通道42或者也流过热交换通道42。当关闭时，所有第一工作流体必须穿过热交换通道42流到膨胀汽缸50。

[0081] (废气)阀83包括可控制的阀，可控制的阀构造成允许膨胀汽缸50的废气端口74与主废气通道82和辅助废气通道84中的一个或两个之间的流体连通。在所示的示例中，阀83包括可旋转的阻塞元件，该可旋转的阻塞元件可以旋转成与主废气通道82和辅助废气通道84中的一个对齐，但不与两个都对齐，以阻塞该通道，或者与该两个通道都不对齐以使该两个通道打开。在其它示例中，可以提供另一种阀类型。

[0082] 压缩汽缸10的隔热外层18布置在汽缸壁的外周表面上，以减少经过汽缸壁的热传递，以保持至少第一容积的低温。隔热外层可以包括。膨胀汽缸的隔热外层58可以类似地被设置以保持膨胀汽缸50的至少第一容积52的高温。

[0083] 隔热外层18、58还促进沿着相应汽缸壁的热传导，这可能倾向于促使相应的第二容积14、54的温度朝相应的第一容积12、52的温度接近。例如，在热汽缸中，从第一容积52到第二容积54的增加的热传导的效果是，第一容积52中的原本可能损失到大气中的热量被传递到第二容积54中并加热第二容积54。这支持经过第二工作流体耦合器90的温度梯度的维持。

[0084] 膨胀活塞60上的隔热外层68布置成减少穿过膨胀活塞60从第一容积52移除热量。这促进了维持第一容积52中的高温环境，有效和高效的燃烧需要该高温环境。在所示的示例中，隔热外层68设置在活塞的正面64和圆周表面上。在另一个示例中，可以提供其它的隔热布置。

[0085] 在操作中，离开压缩汽缸10的第一容积12的冷的压缩的第一工作流体流动穿过冷侧热交换器300，并从第二容积14移除热量。这有助于维持经过第二工作流体耦合器90的温度梯度，并且间接地有助于使压缩汽缸的第一工作容积12保持为冷的，以促进有效的压缩。

[0086] 温度传感器49感测离开回热器46、48即离开主回热器46的出口的第一工作流体的温度，并将所感测的温度传送到控制器200。控制器200将所感测的温度与基准温度进行比较。基准温度是提供到膨胀汽缸50的入口端口70的第一工作流体的目标温度，并且可以基于燃料的性质、第一工作流体的性质、膨胀汽缸的尺寸和发动机的操作参数中的至少一个。

[0087] 在启动时，当在回热器46、48中不存在热的废气产物时，控制器200防止冷却剂注入到第一工作流体32中并且控制阀43打开以允许第一工作流体绕过回热器，以避免在穿过回热器时本来可能出现的温度下降。在指定的时间量或发动机循环的数量之后或基于感测温度和基准温度之间的比较，控制器200允许将冷却剂引入到压缩汽缸中并且控制阀43关闭以封闭废气通道44，使得第一工作流体穿过回热器48、46流到膨胀汽缸50。

[0088] 控制器200基于所感测的温度与基准温度的比较来控制(废气)阀83，以便使离开回热器48、46的第一工作流体的输出温度保持在基准温度或保持接近基准温度。当所感测到的温度低于基准温度时，控制器200控制阀83关闭或阻塞辅助废气通道84，使得所有可用的废气产物被引导穿过主回热器46以使提供给主回热器46的热量最大化。当感测到的温度匹配或超过基准温度时，控制器200控制阀83开启或打开辅助废气通道84，以允许废气产物的至少一部分流到热侧热交换器400。这避免了供给到膨胀汽缸50的第一工作流体的过度加热，并且利用废弃产物的多余热量来维持第二容积54中的高温。废气产物从热侧热交换器400继续穿过主回热器48，在回热器48处，未传递到第二容积54的剩余热量在第一工作流体进入主回热器46之前被提供给第一工作流体。

[0089] 当基准温度被匹配或超过时，阀83可以被控制以允许同时穿过主废气通道82和辅助废气通道84的流动，或者交替地打开和关闭主废气通道82和辅助废气通道84，或者作为另一可能性，使用另一相位差打开和关闭主废气通道82和辅助废气通道84。

[0090] 图3示出了在压缩活塞20和膨胀活塞60以270°的相位角分开的示例中的以90°间隔的发动机循环中的阶段，其中压缩活塞20领先。曲柄100的位置在左手侧上表示。

[0091] 阶段2000示出了压缩活塞20，其处于压缩汽缸10内的最低位置处，处于其距压缩汽缸端口30、32、34最远的距离处。压缩汽缸第一容积12处于其最大值，并且压缩汽缸第二容积14处于其最小值。第一工作流体已经被准许进入第一容积12中，并且冷却剂在入口端口30关闭后已经被注入。因此，第一容积12容纳第一工作流体和冷却剂。

[0092] 膨胀活塞60已经行进到其朝向膨胀汽缸端口70、72、74的行程的中点，为进行膨胀冲程作准备。膨胀汽缸第一容积52处于其最大容积的一半并且正在减小，并且膨胀汽缸第二容积54处于其最大容积的一半并且正在增加。废气端口74打开以允许热的废气产物离开第一容积52。

[0093] 在阶段2000，压缩汽缸第二容积14已经减小到其最小值，迫使第二工作流体从第二容积进入第二工作流体耦合器90中并穿过第二工作流体耦合器90。朝向热侧的流动由膨胀汽缸第二容积54的增加的容积来辅助，这将第二工作流体吸入到第二容积54中。当第二工作流体从冷侧穿过蓄热器92时，第二工作流体获得热量。流体可经历恒定体积的热量添加或者经历近似恒定体积的热量添加。当流体离开蓄热器92进入热侧时，流体膨胀到较低压力的环境中。流体可经历等温膨胀或经历近似等温膨胀。该膨胀通过热侧上的膨胀的容积而进一步地被促进。膨胀的第二工作流体在膨胀活塞60的反面64上施加力，从而提供功的来源，其有助于将膨胀活塞60移动到其上止点位置，为进行膨胀冲程作准备。

[0094] 阶段2001示出了压缩活塞20，其已经运动到其朝向压缩汽缸端口30、32、34的路径的中点，已经完成了其压缩冲程的一半。压缩汽缸第一容积12处于其最大容积的一半并且正在减小，并且压缩汽缸第二容积14处于其最大容积的一半并且正在增加。在该阶段(压缩冲程)期间，随着冷却剂通过吸收由工作压缩活塞20供应到第一容积12的内容物的热能而从其液相沸腾到其气相，压缩汽缸第一容积12中的流体被近似等温压缩。

[0095] 膨胀活塞60已经到达其上止点位置，处在其距膨胀汽缸端口70、72、74的最小间隔处。膨胀汽缸第一容积54处于其最小值，并且膨胀汽缸第二容积54处于其最大值。第一工作流体已经被准许进入到第一工作容积52中(如箭头所示)，废气端口74关闭，并且燃料被注入到第一容积52中。燃烧发生。

[0096] 不存在第二工作流体穿过蓄热器92的流动或存在少量的第二工作流体穿过蓄热器92的流动。蓄热器92处于其最冷点，已经将其热量供应到先前阶段(见阶段1004)中进入热侧的第二工作流体。第二工作流体的净压力下降，因为总的第二工作流体闭合容积(包括两个第二容积14、54和第二工作流体耦合器90)的容积比阶段2000中大。

[0097] 阶段2002示出了压缩活塞20，压缩活塞20在其压缩冲程完成处，已经移动到最靠近压缩汽缸端口30、32、34的其最顶部位置。压缩汽缸第一容积12处于其最大值，并且压缩汽缸第二容积14处于其最小值。出口端口34已经打开，并且冷的压缩的第一工作流体离开压缩汽缸10并朝向热交换器进入第一工作流体通道40，以用于加热。

[0098] 膨胀活塞60已经完成了膨胀冲程的一半，膨胀活塞60已经通过膨胀汽缸第一容积52中膨胀的燃烧流体的力远离膨胀汽缸端口70、72、74被驱动。膨胀汽缸第一容积52处于其最大容积的一半并且正在增加，并且膨胀汽缸第二容积54处于其最大容积的一半并且正在减小。

[0099] 膨胀汽缸第二容积54的减小的容积迫使第二工作流体自膨胀汽缸第二容积54离开。第二工作流体从热侧被吸入到冷侧中。当来自热膨胀侧的热的流体穿过蓄热器92时，热量从流体中被移除。流体可经历恒定体积(等体积的)的除热或经历近似恒定体积(等体积的)的除热。由于热能的减少，因此当流体进入冷侧时，流体压力降低。压力的降低为膨胀活塞60提供了功的来源。

[0100] 阶段2003示出了压缩活塞20，其已经朝向压缩汽缸10的底部移动回到其远离压缩汽缸端口30、32、34的行程的中点，为进行下一个压缩冲程作准备。压缩汽缸第一容积12处于其最大容积的一半并且正在增加，并且压缩汽缸第二容积14处于其最大容积的一半并且正在减小。入口阀30是打开的，并且第二工作流体的新鲜供应被准许进入压缩汽缸第一容积12中，以用于下一个压缩冲程。出口端口34被关闭。

[0101] 膨胀活塞60在膨胀活塞60的膨胀冲程完成处，已经到达其最低部位置，处于其距膨胀汽缸端口70、72、74最大间隔处。膨胀汽缸第一容积52处于其最小值，并且膨胀汽缸第二容积54处于其最大值。

[0102] 不存在第二工作流体穿过蓄热器92的流动或存在少量的第二工作流体穿过蓄热器92的流动。蓄热器92处于其最热点，已经从在先前阶段(阶段1004)中从热侧流动的第二工作流体接收热量。第二容积工作气体的冷却和由此产生的压力下降使得功能够经由活塞20的向下运动从压缩汽缸中被提取。压缩汽缸第二容积14的减小的容积迫使第二工作流体离开第二容积并朝向热侧进入第二工作流体耦合器中。在阶段2002和阶段2003之间，随着压缩活塞和膨胀活塞10、60一直远离相应的端口沿相应的汽缸10、50向下运动，第二工作流体闭合容积的净容积一直减小。

[0103] 如所指出地，该循环重复。

[0104] 发动机操作步骤的其它相关的正时(timing)可以是可能的，例如汽缸中的端口的打开和关闭的相位设定(phasing)以及控制操作的正时。其它示例提供了与本文中所描述示例不同的活塞之间的相位间隔。在其它可能性中，可以提供180°和270°之间或270°和360°之间的相位间隔。通常，压缩活塞20布置成领先。