本发明专利技术的各种实施例涉及一种线性内燃机，其包括：具有汽缸壁和一对末端的汽缸，该汽缸包括设在汽缸中间部分的燃烧段；一对相对设置的活塞组件，其适于在汽缸内线性运动，各个活塞组件与另一活塞组件相对地设在燃烧段的一侧上，各活塞组件包括弹簧杆和活塞，所述活塞包括位于燃烧段附近的实心前段和气体段；以及一对线性电磁电机，其适于直接将活塞组件的动能转换成电能，并且适于直接将电能转换成活塞组件的动能以用于在压缩行程期间提供压缩功。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】 本申请是名称为"高效率的线性内燃机"、国际申请日为2011年11月17日、国际 申请号为PCT/US2011/061145、国家申请号为201180062604. 3的专利技术专利申请的分案申 请。 阳〇〇引相关申请参考 本申请是2011年11月16日提交的13/298, 206号美国专利申请的继续部分申 请，13/298, 206号申请是2011年5月6日提交的13/102, 916号美国专利申请的继续部分 申请，13/102, 916号申请是2010年11月23日提交的12/953, 277号和12/953, 270号美国 专利申请的继续部分申请，所有运些文献均全文并入W作为参考。
本专利技术设及高效率的线性内燃机，更具体地，一些实施例设及通过利用与用于提 取功的线性电磁电机结合的自由活塞发动机结构和一种创新的燃烧控制策略能够达到高 的压缩/膨胀比的高效率的线性内燃机。
技术介绍
阳0化]发动机功率的密度及发射在过去30年中已得到改善；然而总效率仍保持相对不 变。在发动机界公知的是，提高发动机的几何压缩比提高了发动机的理论效率极限。此外， 提高发动机的几何膨胀比使得其大于压缩比更进一步地提高了它的理论效率极限。为了简 洁起见，"压缩比"和"膨胀比"分别被用于指"几何压缩比"和"几何膨胀比"。 图1(现有技术）示出了内燃机中常用的两种循环-Otto和Atkinson-的理论效率 极限。具体地，图1是随压缩比变化的、Otto和Atkinson循环的理想效率之间的比较。该 模型的假设包括：（i)下止点（"抓C")处的压力等于一个大气压；W及（ii)预混的、化学 计算的、理想的气体甲烧和包括可变的性质的空气，离解的产物，并且在膨胀过程中均衡。 如图1所示，运两种循环的理论效率极限随着压缩比增大而显著提高。理想的 化to循环被分解为Ξ个阶段：1)等赌压缩，2)绝热的等体积燃烧，W及3)等赌膨胀至抓C 处的原始体积。化to循环的膨胀比等于其压缩比。理想的Atkinson循环也被分解为Ξ个 阶段：1)等赌压缩，2)绝热的等体积燃烧，W及3)等赌膨胀至原始的抓C压力（在该实例 中等于一个大气压）。Atkinson循环的膨胀比总是大于其压缩比，如图1所示。尽管在给 定压缩比下，Atkinson循环的理论效率极限高于化to循环，但是它具有明显较低的能量密 度（单位质量的功率）。在实际应用中，在效率和能量密度之间存在折衷。[000引 目前市场上设计/制造良好的发动机通常获得介于其理论效率极限的70-80%之 间的制动效率。图2(现有技术）中示出了几种市场上可购得的发动机的效率。确切地说， 图2为理想的化to循环效率极限与目前市场上可购得的几种发动机之间的比较。模型假 设包括预混的、化学计算的、理想的气体甲烧和包括可变的性质的空气，离解的产物，并且 在膨胀过程中均衡。有效的压缩比被定义为上止点（"TDC")处的气体密度与抓C处的气 体密度之比。有效的压缩比提供了在公平竞争环境下将增压发动机与自然吸气式发动机机 作比较的手段。为使具有类似的良好设计的发动机具有高于50%的制动效率（即其理论效 率的至少70% )，按照化to循环工作的发动机必须具有大于102的压缩比，按照Atkinson 循环工作的发动机必须具有大于14的压缩比，其对应于54的膨胀比，如图1中所示。 在常规的曲柄滑块的往复式发动机常规发动机"）中，由于其内在结构，难W达 到高的压缩/膨胀比（高于30)。图3(现有技术）中示出了一个示意图，其说明了常规发 动机的结构W及限制它们达到高压缩比的问题。典型的内燃（"1C")发动机具有0.5-1. 2 的缸径-行程比W及 8-24 的压缩比。（Heywood,J. (1988).InternalCombustionlingine 化ndamentals.McGraw-Hill)。在提高发动机的压缩比同时保持相同的缸径-行程比时，上 止点（TDC)处的面容比增大，溫度升高且压力变大。它具有Ξ个主要后果：1)来自燃烧室 的热传递增大，2)燃烧定相变得困难，W及3)摩擦和机械损耗变大。热传递增大的原因是 热边界层在总体积中占据更大比例（即TDC处的高宽比变小）。高宽比被定义为缸径与燃 烧室长度的比值。燃烧定相和实现完全燃烧比较困难的原因是在TDC处实现的体积小。增 大的燃烧室压力直接转化成增大的力。运种大的力会使机械连杆和活塞环过载。 尽管自由活塞内燃机并不是新颖的，但是除了Sandia国家实验室的工作之外，它 们通常不被利用或研制W用于实现高于30:1的压缩/膨胀比。参见第6, 199, 519号美国专 利。围绕自由活塞发动机具有大量的文献和专利。然而，运种文献设及具有短行程长度的 自由活塞发动机，因此在追求高的压缩/膨胀比时具有与往复式发动机类似的问题一即燃 烧控制问题和大的热传递损耗。自由活塞发动机构造可W分成Ξ类：1)两个相对的活塞， 单个燃烧室，2)单个活塞，两个燃烧室，W及3)单个活塞，单个燃烧室。图4(现有技术）是 示出了Ξ种常见的自由活塞发动机构造的示意图。单个活塞、双燃烧室的自由活塞发动机 构造在压缩比上受限，因为在高压缩比下承受的大力不能被平衡，运会导致机械不稳定。 如前面提及的那样，在研究和专利文献中已经提出了几种自由活塞发动机。在 所提出的大量自由活塞发动机中，（就我们所知）实际上只在物理上实现了几种。在西 弗吉尼亚大学、Sandia国家实验室和瑞典的皇家技术研究所，Mikalsen和Roskilly的 研究描述 了自由活塞发动机。M;LkalsenR.，RoskillyA.Previewoffree-piston enginehistoryandapplications.AppliedThermalEngineering, 2007 ;27 :2339 - 2352。据报导，在CzechTechnicalUniversity化ttp://www.Iceproject.org/en/)、荷 兰的INNASBV(ht1:p: //www.innas.com/)和澳大利亚的化mpekSystems(ht1:p: //丽w. 化eepisto吨ower.com/)进行着其它研究努力。所有已知的物理上实现的自由活塞发动机 具有短的行程长度，因此在追求高的压缩/膨胀比时具有与往复式发动机类似的问题一即 燃烧控制问题和大的热传递损耗。此外，除了Sandia国家实验室的原型机（Aichlmayr. Η.Τ. .VanBlarigan.P.ModelingandExperimentalCharacterizationofaPermanent MagnetLinearAlernatorforFree-PostonEngineApplicationsASMEEnergy Sustain油ilityConferenceSanRranciscoCA,July19-232009)和OPOC研制的原型机 (InternationalPatentApplicationWO03/07883?5)之外，所有发动机均具有单个活塞、 双燃烧室构造，且因而在压缩比上受限，因为在高压缩比下承受的大力不能被平衡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种线性燃烧式发动机，所述线性燃烧式发动机包括：汽缸，所述汽缸包括燃烧段；所述汽缸外部的壳体，所述壳体包括驱动器段，所述驱动器段包括的气体用作飞轮以提供用于压缩行程的至少一部分能量；活塞组件，所述活塞组件包括：第一活塞，所述第一活塞包括与所述燃烧段接触的第一活塞面，和第二活塞，所述第二活塞刚性地联接到所述第一活塞并且包括与所述驱动器段接触的第二活塞面，以及线性电磁电机，所述线性电磁电机将所述活塞组件的动能转换成电能。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·辛普森，S·米勒，M·斯维塞克，
申请(专利权)人：埃塔热发电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。