对置活塞对置气缸自由活塞发动机制造技术

自由活塞由一对位于流体泵总成相对侧的对置发动机气缸构成。内活塞总成包括一对内活塞，分别可操作地位于各自的发动机气缸内，由推杆在内活塞之间连接。推杆穿过流体泵总成的内泵室延伸，并在该室中形成流体柱塞。外活塞总成包括一对外活塞，分别可操作地位于各自的发动机气缸内，由至少一个拉杆在外活塞之间连接。拉杆穿过流体泵总成的外泵室延伸，并在该室中形成流体柱塞。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及自由活塞发动机，特别涉及具有对置活塞对置气缸结构的自由活塞发动机。
技术介绍
照惯例，内燃机随着机械固定的活塞的运动而运行。例如，传统的机动车的内燃机包括机械地确定每个活塞在其各自的气缸内的运动的曲轴与连接杆总成。这种类型的发动机之所以比较理想是因为对于发动机周期中的任何给定点，每个活塞的位置都是已知的，其简化了发动机的时机和运行。虽然上述传统类型的发动机近年来在效率上具有值得注意的重要进步，但是由于发动机的性质，其效率仍然受限制。特别是由于活塞机械地固定的运动固定了压缩率，故动力密度受限制。此外，所有引导活塞移动的移动部件(以及凸轮轴和发动机阀)产生大量要用从发动机自身得到能量来克服的摩擦。最终得到的低动力密度意味着发动机要比需要的大且重。另外，因为必须制造的所有机械连接，发动机设计和包装的灵活性受到限制。因而，由于环境和其他原因，需要具有比上述传统发动机的动力密度高的发动机。轻的相对重量，更小的包装尺寸和提加的燃料效率等优点可能是车辆和固定动力生产应用的重要的优点。另一种类型的内燃机是自由活塞发动机。这是一种气缸内活塞的移动不是机械固定的发动机。该移动由在任何给定时刻作用于每个活塞上的力的平衡控制。由于动作不固定，发动机能够具有可变的压缩率，其在发动机运行参数的设计中允许更大的灵活性。另外，由于没有导致活塞侧力的传统的曲轴和装在曲轴上的杆，在发动机运行时产生的摩擦一般来说较少。然而，上述类型的发动机还没有普遍应用，因为如采用自由活塞，而发动机运行的复杂性显著加大。在对付自由活塞发动机的复杂运行的尝试中，有人将线性发电机与自由活塞发动机连接起来。这样的安排允许发电机产生可存储的电力，同时用发电机帮助控制自由活塞上力的平衡。然而，线性发电机在产生动力上不是显著地有效——特别是与传统的转子发电机相比。因此，需要一种内燃机，其能克服现有技术的发动机的缺点，提供一种低重量，高动力密度的发动机，可用于有效地产生用于许多不同的应用的能量。
技术实现思路
在其实施例中，本专利技术构思的发动机包括流体泵总成，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，内流体泵室和外流体泵室，可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对低压的流体的容器，以及可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对高压的流体的的容器。在该发动机中，第一燃烧气缸总成位于邻近流体泵总成的第一侧，包括确定以运动轴线为中心的第一发动机气缸的第一气缸套，第二燃烧气缸总成位于邻近流体泵总成的第二侧，包括确定以运动轴线为中心的第二发动机气缸的第二气缸套。该发动机还包括内活塞总成，具有带第一内活塞头的第一内活塞和带第二内活塞头的第二内活塞，上述第一内活塞装配于第一发动机气缸，使得第一内活塞头背对第一侧，并在第一发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，第二内活塞装配于第二发动机气缸使得第二内活塞头背对第二侧，并在第二发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，内活塞总成进一步包括推杆，其具有固定于第一内活塞的第一端部，固定于第二内活塞的第二端部和穿过流体泵总成的内流体泵室延伸的中间部分。发动机包括外活塞总成，其具有带有第一外活塞头的第一外活塞和带有第二外活塞头的第二外活塞，上述第一外活塞装配于第一发动机气缸，使得第一外活塞头朝向第一内活塞头，第二外活塞装配于第二发动机气缸，使得第二外活塞头朝向第二内活塞头，，内活塞总成进一步包括第一拉杆，其具有固定于第一外活塞的第一端部，固定于第二外活塞的第二端部和穿过流体泵总成内的外流体泵室延伸的中间部分。本专利技术一本专利技术的实施例还构思一种操作发动机的方法，包括以下步骤提供流体泵总成，其具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，内流体泵室和外流体泵室，可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对低压的流体的第一容器，以及可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对高压的流体的第二容器；提供邻近流体泵总成的第一侧的第一燃烧气缸总成，包括确定以运动轴线为中心的第一发动机气缸的第一气缸套；提供邻近流体泵总成的第二侧的第二燃烧气缸总成，包括确定以运动轴线为中心的第二发动机气缸的第二气缸套；提供内活塞总成，其具有带第一内活塞头的第一内活塞和带第二内活塞头的第二内活塞，上述第一内活塞装配于第一发动机气缸，使得第一内活塞头背对第一侧，并在第一发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，第二内活塞装配于第二发动机气缸使得第二内活塞头背对第二侧，并在第二发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，内活塞总成进一步包括推杆，其具有固定于第一内活塞的第一端部，固定于第二内活塞的第二端部和穿过流体泵总成内的内流体泵室延伸的中间部分；提供外活塞总成，具有带有第一外活塞头的第一外活塞和带有第二外活塞头的第二外活塞，上述第一外活塞装配于第一发动机气缸，使得第一外活塞头朝向第一内活塞头，并在第一发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，第二外活塞装配于第二发动机气缸使得第二外活塞头朝向第二内活塞头，并在第二发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，内活塞总成进一步包括第一拉杆，其具有固定于第一外活塞的第一端部，固定于第二外活塞的第二端部和穿过流体泵总成内的外流体泵室延伸的中间部分；将燃料和空气送进第一发动机气缸；以及使第一内活塞和第一外活塞互相朝相方反向移动，直至在第一气缸内发生燃料和空气的自燃。本专利技术一实施例的优点在于自由活塞发动机的对置活塞、对置气缸(opposed piston，oposed cylinde，以下简称OPOC)的结构比自由活塞发动机的其他可能的结构有更好的固有平衡。本专利技术一实施例的另一优点在于本专利技术的点火气缸的燃烧能用于直接压缩下一个气缸的充量以点火。本专利技术一实施例的另一优点在于本专利技术是OPOC结构的自由活塞发动机，具有较少的主要移动部件，在发动机运行中，要克服的全部摩擦一般来说要比曲轴发动机少。本专利技术一实施例的另一优点在于从发动机中输出的能量不仅作为加压流体存储，而且在运行中该流体可用于开启或控制发动机的平衡。存储于流体中的能量可用于给其他部件，例如，比如车辆的驱动轮，或者流体发电机提供能量。此外，可以并行使用多个OPOC自由活塞发动机，每一个都向能量存储装置提供加压流体。本专利技术一实施例的其他优点在于可变的压缩率不仅对于均质充量燃烧点火(homogeneous charge，combustion ignition，以下简称HCCI)发动机运行更加有益，而且其也使得发动机控制策略适合于用于燃烧的大范围的不同燃料。OPOC自由活塞发动机能够达到HCCI燃烧需要的压缩能量，而比曲轴发动机更容易除去早期点火产生的负周期工作。采用HCCI燃烧能够制成比传统的火花塞点火类型的发动机动力密度更高的发动机。本专利技术一实施例还有一个优点在于由于其迅速改变方向的能力，OPOC发动机有效地产生液压能量使零速度和输出的时间极小化。此外，在每个周期的活塞总行程的运行速度的一半时，其产生液压能量，因为每个泵室仅系于燃烧室活塞总成中的一个，因此仅通过发动机总行程的一半运行。当发动机的动力密度被允许的最大抽吸速度限制时，在发动机行程的的一半进行抽吸的能力是十分关键的。附图说明图1是根据本专利技术的带液压控制和输出的对置活塞、对置气缸、自由活塞发动机的透视图。图2是图1所示的发动机的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机，其特征是包括流体泵总成，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，内流体泵室和外流体泵室，可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对低压的流体的第一容器，以及可选择地与内流体泵室和外流体泵室流体连通的、容纳相对高压的流体的第二容器；　　　　邻近流体泵总成的第一侧的第一燃烧气缸总成，包括确定以运动轴线为中心的第一发动机气缸的第一气缸套；　　　　邻近流体泵总成的第二侧的第二燃烧气缸总成，包括确定以运动轴线为中心的第二发动机气缸的第二气缸套；　　　　内活塞总成具有带第一内活塞头的第一内活塞和带第二内活塞头的第二内活塞，上述第一内活塞装配于第一发动机气缸使得第一内活塞头背对第一侧，并在第一发动机气缸内沿运动轴线可伸缩的滑动，第二内活塞装配于第二发动机气缸使得第二内活塞头背对第二侧，并在第二发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，内活塞总成进一步包括推杆，其具有固定于第一内活塞的第一端部，固定于第二内活塞的第二端部和穿过流体泵总成内的内流体泵室延伸的中间部分；以及　　　　外活塞总成，具有带有第一外活塞头的第一外活塞和带有第二外活塞头的第二外活塞，上述第一外活塞装配于第一发动机气缸使得第一外活塞头朝向第一内活塞头，并在第一发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，第二外活塞装配于第二发动机气缸使得第二外活塞头朝向第二内活塞头，并在第二发动机气缸内沿运动轴线可伸缩地滑动，内活塞总成进一步包括第一拉杆，其具有固定于第一外活塞的第一端部，固定于第二外活塞的第二端部和穿过流体泵总成内的外流体泵室延伸的中间部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得霍夫鲍尔，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]