自由活塞燃烧发动机中的能量储存和转换制造技术

本公开的各个实施例涉及自由活塞燃烧发动机。如在此所述的那样，驱动段可以设置在自由活塞燃烧发动机中，用于在膨胀冲程期间储存能量。驱动段可以构造成储存足够的能量以执行后续冲程。在一些实施例中，驱动段可以构造成储存足够的能量，以便使得发动机在没有电能输入的情况下能够贯穿多个发动机循环连续地操作。线性电磁机可以设置在自由活塞燃烧发动机中，用于将活塞组件的动能转换成电能。

Energy storage and conversion in free piston combustion engine

【技术实现步骤摘要】
自由活塞燃烧发动机中的能量储存和转换本申请是专利技术名称为“自由活塞燃烧发动机中的能量储存和转换”、国际申请日为2016年1月12日的国际申请PCT/US2016/013083进入中国国家阶段的中国专利技术专利申请号201680015658.7的分案申请。
本公开涉及一种自由活塞燃烧发动机，更特别地，本公开涉及自由活塞燃烧发动机中的能量储存和转换。
技术实现思路
在一些实施例中，提供了一种自由活塞燃烧发动机系统，其包括：气缸，所述气缸包括燃烧段；至少一个自由活塞组件，所述自由活塞组件与燃烧段接触；至少一个驱动段，所述至少一个驱动段与所述至少一个自由活塞组件接触；至少一个线性电磁机，其用于在所述至少一个自由活塞组件的动能和电能之间进行直接转换；和处理电路，为了避免在活塞循环的后续冲程中净电能输入，所述处理电路致使所述至少一个驱动段在膨胀冲程期间从所述至少一个自由活塞组件储存至少足够量的能量，以执行活塞循环的后续冲程。在一些实施例中，提供了一种自由活塞燃烧发动机系统，其包括：气缸，所述气缸包括燃烧段；至少一个自由活塞组件，其与燃烧段接触；至少一个驱动段，其与所述至少一个自由活塞组件接触，其中，所述至少一个驱动段构造成在活塞循环的膨胀冲程期间从所述至少一个自由活塞组件储存能量；至少一个线性电磁机，用于在所述至少一个自由活塞组件的动能和电能之间进行直接转换；和处理电路，所述处理电路需要致使所述至少一个驱动段在膨胀冲程期间从所述至少一个自由活塞组件储存至少足够量的能量，以在活塞循环的后续冲程中没有净电能输入的情况下执行活塞循环的后续冲程。在一些实施例中，提供了一种用于控制自由活塞燃烧发动机的系统，所述自由活塞燃烧发动机包括：至少一个自由活塞组件，其与相应至少一个驱动段接触；和至少一个线性电磁机，其用于将所述至少一个自由活塞组件的动能直接转换成电能，所述系统包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器联接到自由活塞燃烧发动机，用于测量发动机的相应至少一个操作特性以及用于输出相应至少一个传感器信号；至少一个控制机构，用于基于相应至少一个控制信号调节自由活塞燃烧发动机的相应至少一个操作特性；和处理电路，所述处理电路把至少一个传感器信号作为输入并且输出所述至少一个控制信号，所述处理电路构造成：处理所述至少一个传感器信号，以便使用控制机构致使所述至少一个驱动段在膨胀冲程期间从所述至少一个自由活塞组件储存足够量的能量，以在活塞循环的后续冲程中没有净输入电能的情况下执行活塞循环的后续冲程。在一些实施例中，提供了一种控制自由活塞燃烧发动机的方法，所述自由活塞燃烧发动机包括：至少一个自由活塞组件，其与相应至少一个驱动段接触；和至少一个线性电磁机，其用于将所述至少一个自由活塞组件的动能直接转换成电能，所述方法包括：接收自由活塞燃烧发动机的至少一个操作特性；使用处理电路处理所述至少一个操作特性，以便致使所述驱动段在活塞循环的膨胀冲程期间从所述至少一个自由活塞组件储存至少足够量的能量，以执行活塞循环的后续冲程；和使用处理电路致使在没有净电能输入到发动机的情况下执行活塞循环的后续冲程。结合附图，从以下详细描述其它特征和方面将变得显而易见，所述附图以示例的方式示出了根据各个实施例的特征。该
技术实现思路
并不旨在限制本专利技术的范围，本专利技术的范围仅由附属权利要求限定。附图说明参照下面的图详细描述了根据一个或者多个不同实施例的本公开。附图的提供仅为了说明性目的，附图仅仅描绘了典型或者示例性实施例。这些附图的提供有助于理解在此公开的构思并且不应视为限制这些构思的广度、范围或者适用性。应当注意的是，为了清楚和易于说明，这些附图不必要按照比例绘制。图1是说明性自由活塞燃烧发动机构造的简图；图2是示出了根据本公开的一些实施例的双活塞、单燃烧段、集成气体弹簧和分离的线性电磁机发动机的横截面图；图3是示出了根据本公开的一些实施例的图2的双活塞、集成气体弹簧发动机的双冲程活塞循环的简图；图4是示出了根据本公开的一些实施例的替换的双活塞、分离的气体弹簧和分离的线性电磁机发动机的横截面图；图5是示出了根据本公开的一些实施例的单活塞、集成内部气体弹簧发动机的横截面图；图6是示出了根据本公开的一些实施例的气体弹簧杆的实施例的横截面图；图7是示出了根据本公开的一些实施例的双活塞、集成内部气体弹簧发动机的横截面图；图8是示出了根据本公开的一些实施例的具有进气口的气体弹簧的横截面图，所述进气口具有被动进气阀；图9是示出了根据本公开的一些实施例的具有进气口的气体弹簧的横截面图，所述进气口具有主动进气口；图10是示出了根据本公开的一些实施例的具有进气口的气体弹簧的横截面图；图11是示出了根据本公开的一些实施例的具有可调节头部的气体弹簧的横截面图；图12是示出了根据本公开的一些实施例的具有可调节部件的气体弹簧的横截面图；图13是示出了根据本公开的一些实施例的自由活塞发动机在压缩冲程和膨胀冲程中的位置、力和功率曲线图；图14是示出了根据本公开的一些实施例的自由活塞发动机在压缩和膨胀冲程中的位置、力和功率曲线图；图15是根据本公开的一些实施例的说明性活塞发动机系统的框图；图16示出了根据本公开的一些实施例的用于控制自由活塞发动机的说明性步骤的流程图。这些图不意欲具有排外性或者不意欲将本公开限制为所公开的精确形式。应当理解，可以修改地和替代地实践所公开的构思和实施例，并且本公开仅由权利要求及其等同限制。具体实施方式本公开的各个实施例涉及一种自由活塞、线性燃烧发动机，其特征在于高热效率。在至少一个实施例中，发动机包括：(i)气缸，所述气缸包括燃烧段；(ii)至少一个自由活塞组件，其与燃烧段接触；(iii)至少一个驱动段，所述至少一个驱动段与所述至少一个自由活塞组件接触，所述至少一个驱动段在发动机膨胀冲程期间储存能量；和(iv)至少一个线性电磁机(LEM)，所述至少一个线性电磁机在所述至少一个自由活塞组件的动能和电能之间进行直接转换。然而，应当注意的是，另外的实施例可以包括上述特征和物理特性的各种组合。通常，自由活塞燃烧发动机构造可以分成三类：1)两个相对活塞、单个燃烧室；2)单个活塞、两个燃烧室；和3)单个活塞、单个燃烧室。在图1中示出了三个常见自由活塞燃烧发动机构造的简图。在2014年3月4日提交的题目为“High-efficiencylinearcombustionengine”的美国专利号8,662,029中示出了线性自由活塞燃烧发动机的若干说明性实施例，该专利的全部内容在此以引用的方式并入本公开。应当理解的是，尽管本公开是在线性自由活塞燃烧发动机的某些说明性实施例的上下文中给出的，但是在此公开的构思能够应用于任何其它适合的自由活塞燃烧发动机，包括例如非线性自由活塞发动机。自由活塞发动机通常包括一个或者多个自由活塞组件，所述一个或者多个自由活塞组件没有将活塞组件的线性运动转换成旋转运动的机械联动装置(例如，曲柄滑块机构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由活塞燃烧发动机系统，包括：/n气缸，所述气缸包括燃烧段；/n与所述燃烧段接触的至少一个自由活塞组件；/n与所述至少一个自由活塞组件接触的至少一个驱动段，其中，所述至少一个驱动段构造成在活塞循环的膨胀冲程期间储存来自所述至少一个自由活塞组件的能量；/n至少一个线性电磁机，用于在所述至少一个自由活塞组件的动能与电能之间进行直接转换；和/n处理电路，所述处理电路需要致使所述至少一个驱动段在所述膨胀冲程期间储存来自所述至少一个自由活塞组件的至少足够量的能量，以在所述活塞循环的后续冲程中没有净电能输入的情况下执行所述活塞循环的后续冲程。/n

【技术特征摘要】
20150115 US 14/598,1731.一种自由活塞燃烧发动机系统，包括：
气缸，所述气缸包括燃烧段；
与所述燃烧段接触的至少一个自由活塞组件；
与所述至少一个自由活塞组件接触的至少一个驱动段，其中，所述至少一个驱动段构造成在活塞循环的膨胀冲程期间储存来自所述至少一个自由活塞组件的能量；
至少一个线性电磁机，用于在所述至少一个自由活塞组件的动能与电能之间进行直接转换；和
处理电路，所述处理电路需要致使所述至少一个驱动段在所述膨胀冲程期间储存来自所述至少一个自由活塞组件的至少足够量的能量，以在所述活塞循环的后续冲程中没有净电能输入的情况下执行所述活塞循环的后续冲程。


2.根据权利要求1所述的自由活塞燃烧发动机系统，其中，所述膨胀冲程是做功冲程和进气冲程之一，并且其中，所述后续冲程是压缩冲程和排气冲程之一。


3.根据权利要求1所述的自由活塞燃烧发动机系统，其中，所述线性电磁机构造成在所述活塞循环的所述后续冲程期间将储存在所述驱动段中的能量中的至少一些转换成电能。


4.根据权利要求1所述的自由活塞燃烧发动机系统，其中，在所述活塞循环的所述后续冲程期间，所述线性电磁机构造成大致将所述膨胀冲程期间储存在所述驱动段中的能量的量与所述足够量的能量之差转换成电能。


5.根据权利要求1所述的自由活塞燃烧发动机系统，其中，所述线性电磁机构造成在所述膨胀冲程期间将与在所述后续冲程期间大致相同量的动能转换成电能。


6.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·嘎达，M·罗勒，A·辛普森，
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