自由活塞装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自由活塞装置，其设置有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，活塞腔(24)包括由内壁(32)界定的燃烧室(50)，其中，自由活塞装置(10)包括设置在活塞腔(24)处的冷却装置(74)，该冷却装置用于冷却内壁(32)。为了更好地冷却，冷却装置(74)具有从径向外侧设置在内壁(32)处的用于冷却介质的冷却通道(76)，该冷却通道在排气口(36)的在轴向上彼此相对的侧具有第一冷却区域(78)和第二冷却区域(80)。冷却通道(76)还具有至少一个第三冷却区域(82)，该第三冷却区域沿着排气室(92)的轴向延伸将第一冷却区域(78)和第二冷却区域(80)彼此流动连接，并且至少部分地位于排气室(92)的径向外侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自由活塞装置
本专利技术涉及一种自由活塞装置，其包括活塞腔，在该活塞腔中设置有至少一个活塞组件，该活塞组件具有能沿轴线往复运动的活塞，其中，活塞腔包括或形成由内壁限定的燃烧室，在该内壁上，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口和用于排出废气的至少一个排气口，其中，自由活塞装置包括安装在活塞腔处的冷却装置，该冷却装置用于冷却内壁。
技术介绍
在这种通常两冲程运行的自由活塞装置中，活塞组件在活塞腔中来回摆动。在气体-燃料混合物在燃烧室内燃烧的过程中，活塞从上止点移动到下止点。当处于下止点时，至少一个进气口和至少一个排气口打开，并且新鲜气体可以流入燃烧室。废气可以从燃烧室中排出。活塞可以作用为阀体，通过该活塞，在处于下止点时，至少一个进气口或至少一个排气口至少部分地开放，并在活塞向上运动时再次被封锁。活塞的向上运动在自由活塞装置的用于活塞组件的复位弹簧装置的作用下进行。复位弹簧装置例如包括气体弹簧，该气体弹簧具有可通过活塞组件压缩的气体。在气体膨胀时，活塞组件沿相反方向移动，以使活塞向上运动。替代地或附加地，可以设置机械复位弹簧装置。在此，“新鲜气体”理解为用于燃烧室中的内燃的气体或气体混合物(特别是空气)，其中，该气体也可以与燃料混合。因而在此，“新鲜气体”也可以指气体-燃料混合物，其可以通过至少一个进气口流入燃烧室。“废气”在此是指内燃的燃烧产物。在通用的自由活塞装置中，由于用于进气和排气的开口在轴向上相互间隔开，从而形成了扫气压差，并且为进行换气沿轴向对燃烧室吹扫(所谓的“纵向扫气”)。在此，“轴向”和“径向”关系到由活塞腔所限定的轴线，活塞组件沿着该轴线移动。在此，“轴向”包括平行于轴(轴向平行)的走向。由于扫气压差，进气侧和排气侧的内壁温度存在相当大的差异。在至少一个排气口的区域，温度通常可以是例如约1000℃，这限制或妨碍了所用材料的选择和适配。在此，特别是，这种不期望的加热对于自由活塞装置的其他部件来说也可能是存在问题的。在此，特别是应提到对于自由活塞装置所包括的能量耦合装置的不期望的加热，通过这样的加热可能限制该能量耦合装置的功能。通用的自由活塞装置包括位于活塞腔处的冷却装置，该冷却装置用于在内壁区域冷却活塞腔。冷却装置能够加载冷却介质，特别是水。
技术实现思路
本专利技术的任务在于提供一种本文开头所述类型的自由活塞装置，其中实现了对活塞腔的冷却的改良。在根据本专利技术的自由活塞装置中，该任务由此得以实现，即，冷却装置包括或形成从径向外侧设置在内壁处并且在轴线的圆周方向上至少部分地围绕该内壁的用于冷却介质的冷却通道，该冷却通道在至少一个排气口的在轴向上彼此相对的侧面具有第一冷却区域和第二冷却区域；活塞腔包括或形成从外侧设置在内壁处的、用于通过至少一个排气口排出的废气的排气室；并且冷却通道具有至少部分地在轴线的圆周方向上延伸的至少一个第三冷却区域，该第三冷却区域沿着排气室的轴向延伸将第一冷却区域和第二冷却区域彼此流动连接，并且至少部分地位于排气室的径向外侧。在根据本专利技术的自由活塞装置中设置为，冷却通道具有多个冷却区域。第一冷却区域和第二冷却区域在轴向上设置在至少一个排气口旁边，并在径向上至少部分地围绕内壁。在第一冷却区域和第二冷却区域之间设置有用于废气的排气室，废气通过至少一个排气口进入该排气室。例如有用于自由活塞装置的废气的排气管道连接到排气室。为了在排气室的区域中也实现对活塞腔的有效冷却，设置有至少一个第三冷却区域。这形成了沿排气室的轴向延伸从第一冷却区域到第二冷却区域的流动连接。至少一个第三冷却区域位于排气室的径向外侧，并且至少部分地沿轴线的圆周方向延伸。这使得首先可以在排气室中收集流出的废气并通过排气管道排出，与此同时，通过至少一个第三冷却区域实现排气室的径向外壁的有效冷却。由此可以显著减少向自由活塞装置的其他部件的热输出，这些部件在至少一个排气口区域中设置在活塞腔的侧向旁。这在有利的实施方式中例如有利于位于活塞腔的侧向旁的能量耦合装置的功能，这在下文中仍将进行说明。在根据本专利技术的自由活塞装置的有利实施方式中，例如每分钟约5升至约10升流过冷却通道。冷却介质(特别是水)的始流温度例如可以是约80℃至约95℃。证明为有利的是，冷却通道具有两个第三冷却区域，该第三冷却区域关于轴线彼此相对地设置在活塞腔上。这例如对于各个能量耦合装置或其部分位于轴线的相对侧的设置是有利的，特别是对于自由活塞装置的扁平结构来说。有利的是，至少一个第三冷却区域具有轴向延伸的冷却通道区段，该冷却通道区段在径向上设置在排气室的外壁的旁边。热量可以通过由活塞腔形成的外壁传递到冷却通道，并可以被冷却介质有效地带走。在径向外侧，冷却通道区段可以由通道壁界定。在通道壁的与冷却通道区段相对的一侧例如设置有用于能量耦合装置的容置空间。至少一个第三冷却区域优选包括轴向邻近排气室的、横向于或倾斜于轴线延伸的冷却通道区段，该冷却通道区段用于与第一冷却区域流动连接。例如，该冷却通道区段横向于轴线，并且将第一冷却区域与前述径向邻近排气室的外壁的冷却通道区段相连接。有利的是，至少一个第三冷却区域包括轴向邻近排气室的、横向于或倾斜于轴线延伸的冷却通道区段，该冷却通道区段用于与第二冷却区域流动连接。在有利的实施方式中，该冷却通道区段相对于轴线倾斜，并且将前述径向邻近排气室的外壁的冷却通道区段与第二冷却区域相连接。有利的是，在至少一个第三冷却区域处的冷却通道至少在径向邻近排气室处构造为扁平通道。在此，特别是应理解为，扁平通道的宽侧在轴线的圆周方向上延伸或者与排气室的外壁相切。冷却介质优选轴向地流过扁平通道。在有利的实施方式中，有利的是，在至少一个第三冷却区域处的冷却通道的宽度至少在径向邻近排气室处至少约等于燃烧室的直径。例如，设置有分布在内壁的圆周上的多个排气口。排气室可以在圆周方向上围绕内壁。若在至少一个第三冷却区域处的冷却通道的宽度至少对应于燃烧室的直径，则由此可以实现对围绕内壁的排气室的有效冷却。“宽度”在此指的是垂直于轴线的横截面，其中，如上所述，特别是可以设置扁平通道，其定向在轴线的圆周方向上或切向上。优选地，至少一个第三冷却区域可以至少在径向上邻近排气室地在轴线的圆周方向上覆盖大约45°至大约60°的角度范围。可以有利地设置为，第一冷却区域和/或第二冷却区域处的冷却通道为环形通道。在此，“环形通道”表示在轴线的圆周方向上闭合的通道，在此不需要为圆环形状。流体能够在轴向上、在轴线的圆周方向上或者倾斜于轴线地流过环形通道。冷却通道可以通过将至少一个冷却区域构造成环形通道而全部或部分地形成内壁的冷却罩。也可以设置为，至少一个第三冷却区域设计为环形通道。在内壁中优选形成多个排气口，燃烧室通过该排气口连通到排气室，其中，在轴线的圆周方向上相邻的排气口分别通过内壁的壁段相互分离，其中，冷却通道至少在壁段的一部分中包括或形成冷却通道区段，该冷却通道区段将第一冷却区域与第二冷却区域流动连接。如上所述，燃烧室可以通过多个排气口连通到排气室，例如可以通过至少一个连接到该排气室的排气通道将废气排出该排气室。至少一个第三冷却区域实现了从径向外侧对排气室的外壁的有效冷却。此外，在该有利的实施方式中设置有冷却通道区段，其将第一冷却区域与第二冷却区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由活塞装置，其包括活塞腔(24)，在所述活塞腔中设置有至少一个活塞组件(38)，所述活塞组件具有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，所述活塞腔(24)包括或形成由内壁(32)限定的燃烧室(50)，在所述内壁中，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口(34)和用于排出废气的至少一个排气口(36)，其中，所述自由活塞装置(10)包括设置在所述活塞腔(24)处的冷却装置(74)，所述冷却装置用于冷却所述内壁(32)，其特征在于，所述冷却装置(74)包括或形成从径向外侧设置在所述内壁(32)处并且在所述轴线(26)的圆周方向上至少部分地围绕所述内壁的用于冷却介质的冷却通道(76)，所述冷却通道在所述至少一个排气口(36)的在轴向上彼此相对的侧具有第一冷却区域(78)和第二冷却区域(80)，所述活塞腔(24)包括或形成从外侧设置在所述内壁(32)处的、用于通过所述至少一个排气口(36)排出的废气的排气室(92)，并且所述冷却通道(76)具有至少部分地在所述轴线(26)的圆周方向上延伸的至少一个第三冷却区域(82)，所述第三冷却区域沿着所述排气室(92)的轴向延伸将所述第一冷却区域(78)和所述第二冷却区域(80)彼此流动连接，并且至少部分地位于所述排气室(92)的径向外侧。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.17 DE 102016109046.81.一种自由活塞装置，其包括活塞腔(24)，在所述活塞腔中设置有至少一个活塞组件(38)，所述活塞组件具有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，所述活塞腔(24)包括或形成由内壁(32)限定的燃烧室(50)，在所述内壁中，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口(34)和用于排出废气的至少一个排气口(36)，其中，所述自由活塞装置(10)包括设置在所述活塞腔(24)处的冷却装置(74)，所述冷却装置用于冷却所述内壁(32)，其特征在于，所述冷却装置(74)包括或形成从径向外侧设置在所述内壁(32)处并且在所述轴线(26)的圆周方向上至少部分地围绕所述内壁的用于冷却介质的冷却通道(76)，所述冷却通道在所述至少一个排气口(36)的在轴向上彼此相对的侧具有第一冷却区域(78)和第二冷却区域(80)，所述活塞腔(24)包括或形成从外侧设置在所述内壁(32)处的、用于通过所述至少一个排气口(36)排出的废气的排气室(92)，并且所述冷却通道(76)具有至少部分地在所述轴线(26)的圆周方向上延伸的至少一个第三冷却区域(82)，所述第三冷却区域沿着所述排气室(92)的轴向延伸将所述第一冷却区域(78)和所述第二冷却区域(80)彼此流动连接，并且至少部分地位于所述排气室(92)的径向外侧。2.根据权利要求1所述的自由活塞装置，其特征在于，所述冷却通道(76)具有两个第三冷却区域(82)，所述第三冷却区域关于所述轴线(26)彼此相对地设置在所述活塞腔(24)处。3.根据权利要求1或2所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个第三冷却区域(82)具有轴向延伸的冷却通道区段(108)，所述轴向延伸的冷却通道区段在径向上设置在所述排气室(92)的外壁(94)的旁边。4.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个第三冷却区域(84)包括轴向邻近所述排气室(92)的、横向于或倾斜于所述轴线(26)延伸的冷却通道区段(106)，所述冷却通道区段用于与所述第一冷却区域(78)流动连接，和/或所述至少一个第三冷却区域(82)包括轴向邻近所述排气室(92)的、横向于或倾斜于所述轴线延伸的冷却通道区段(110)，所述冷却通道区段用于与所述第二冷却区域(80)流动连接。5.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，在所述至少一个第三冷却区域(82)处的所述冷却通道(76)至少在径向邻近所述排气室(92)处构造为扁平通道。6.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，在所述至少一个第三冷却区域(82)处的所述冷却通道(76)的宽度至少在径向邻近所述排气室(92)处至少约等于所述燃烧室(50)的直径。7.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，所述至少一个第三冷却区域(82)至少在径向上邻近所述排气室(92)处在所述轴线(26)的圆周方向上覆盖45°至60°的角度范围。8.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，所述第一冷却区域(78)和/或所述第二冷却区域(80)处的所述冷却通道(76)为环形通道。9.根据前述权利要求的任一项所述的自由活塞装置，其特征在于，在所述内壁(32)中形成多个排气口(36)，所述燃烧室(50)通过所述排气口连通到所述排气室(92)，其中，在所述轴线(26)的圆周方向上相邻的排气口(36)分别通过所述内壁(32)的壁段(100)相互分离，并且，所述冷却通道(76)至少在所述壁段(100)的一部分中包括或形成冷却通道区段(104)，所述冷却通道区段将所述第一冷却区域(78)与所述第二冷却区域(80)流动连接，所述冷却通道区段(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·施奈德斯，
申请(专利权)人：德国航空航天中心，
类型：发明
国别省市：德国,DE