專(zhuān)利名稱(chēng)：自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的鈉冷卻活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，特別是自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
按照傳統(tǒng)技術(shù)，內(nèi)燃機(jī)隨著機(jī)械固定的活塞的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)行。例如，傳統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車(chē)的內(nèi)燃機(jī)包括機(jī)械地確定每個(gè)活塞在其各自的氣缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的曲軸與連接桿總成。這種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)之所以比較理想是因?yàn)閷?duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)周期中的任何給定點(diǎn)，每個(gè)活塞的位置都是已知的，其簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)機(jī)和運(yùn)行。雖然上述傳統(tǒng)類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)近年來(lái)在效率上具有值得注意的重要進(jìn)步，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的性質(zhì)，其效率仍然受限制。特別是由于活塞機(jī)械地固定的運(yùn)動(dòng)固定了壓縮率，故動(dòng)力密度受限制。此外，所有引導(dǎo)活塞移動(dòng)的移動(dòng)部件(以及凸輪軸和發(fā)動(dòng)機(jī)閥)產(chǎn)生大量要用從發(fā)動(dòng)機(jī)自身得到能量來(lái)克服的摩擦。最終得到的低動(dòng)力密度意味著發(fā)動(dòng)機(jī)要比需要的大且重。另外，因?yàn)楸仨氈圃斓乃袡C(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和包裝的靈活性受到限制。
因而，由于環(huán)境和其他原因，需要具有比上述傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力密度高的發(fā)動(dòng)機(jī)。輕的相對(duì)重量，更小的包裝尺寸和提高的燃料效率等優(yōu)點(diǎn)可能是車(chē)輛和固定動(dòng)力生產(chǎn)應(yīng)用的重要的優(yōu)點(diǎn)。
另一種類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)是自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。這是一種氣缸內(nèi)活塞的移動(dòng)不是機(jī)械固定的發(fā)動(dòng)機(jī)。該移動(dòng)由在任何給定時(shí)刻作用于每個(gè)活塞上的力的平衡控制。由于動(dòng)作不固定，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠具有可變的壓縮率，其在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)中允許更大的靈活性。另外，由于沒(méi)有導(dǎo)致活塞側(cè)力的傳統(tǒng)的曲軸和裝在曲軸上的桿，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的摩擦一般來(lái)說(shuō)較少。然而，上述類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)還沒(méi)有普遍應(yīng)用，因?yàn)槿绮捎米杂苫钊?，而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的復(fù)雜性顯著加大。
特別需要關(guān)注的是確保足夠的熱量從每個(gè)活塞傳送到其氣缸壁。如果不是這樣，可能會(huì)在自由活塞總成上有過(guò)熱的位置。曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)固有地引起活塞的側(cè)負(fù)荷。由上述側(cè)負(fù)荷引起的接觸使得許多的熱量從每個(gè)活塞傳送到其氣缸壁。但是在自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中，不需要也不必要側(cè)負(fù)荷，從而消除活塞裙和氣缸壁之間的接觸。雖然這樣減小了活塞和氣缸之間的摩擦，并減少了氣缸壁需要的潤(rùn)滑油的量，其也減少了傳送熱量的接觸區(qū)域。充分冷卻活塞的能力對(duì)具有鄰近上述氣缸的排氣口運(yùn)行的活塞的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)尤其重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)提供改良的活塞總成和具有上述活塞總成的發(fā)動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的圓柱燃燒缸的活塞總成，其中燃燒缸以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心，上述活塞總成包括具有頂部、相對(duì)的底部和在其之間延伸的柱形側(cè)壁的主體，頂部處于基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直的方向，而柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，其特征是主體包括至少一個(gè)從鄰近頂部位置延伸至鄰近底部位置的冷卻孔，液體鈉化合物包含于其中并至少充滿(mǎn)每個(gè)冷卻孔的一部分。
主體可以有多個(gè)互相間隔的第一冷卻孔，每個(gè)冷卻孔從鄰近頂部位置延伸至鄰近底部位置的冷卻孔，并且至少部分充滿(mǎn)液體鈉化合物。
每個(gè)冷卻孔可以與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)基本平行地延伸。
每個(gè)冷卻孔可以從鄰近底部的第一端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸至鄰近頂部的第二端部。
活塞總成可以進(jìn)一步包括主體中的多個(gè)第二冷卻孔，其中每個(gè)都部分填充液體鈉化合物，第二冷卻孔可以與多個(gè)第一冷卻孔交錯(cuò)，可以從鄰近底部的第一端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸至鄰近頂部的第二端部。
活塞總成可以進(jìn)一步包括沿柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近頂部的第一圓形活塞環(huán)，沿柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近底部的第二圓形活塞環(huán)。
活塞總成可以進(jìn)一步包括沿位于第一活塞環(huán)和第二活塞環(huán)之間的并與它們隔開(kāi)的柱形側(cè)壁延伸的第三圓形活塞環(huán)。
活塞總成可以進(jìn)一步包括具有固定于主體的第一部分和間隔開(kāi)的、接合自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的能量產(chǎn)生和控制總成的第二部分的桿。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是上述發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的能量產(chǎn)生和控制總成，第一燃燒缸總成位于鄰近能量產(chǎn)生和控制總成的第一側(cè)，包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的第一氣缸套，第二燃燒缸總成位于鄰近能量產(chǎn)生和控制總成的第二側(cè)，包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的第二氣缸套，內(nèi)活塞總成具有帶第一內(nèi)活塞頭的第一主體的第一內(nèi)活塞，相對(duì)的第一底部和在其之間延伸的第一柱形側(cè)壁，第一頂部基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，而第一柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，第二內(nèi)活塞具有帶第二頂部，相對(duì)的第二底部和在其之間延伸的第二柱形側(cè)壁的第二主體，第二頂部基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，而第二柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，推桿具有固定于第一內(nèi)活塞的第一端部，固定于第二內(nèi)活塞的第二端部和可操作地接合能量產(chǎn)生和控制總成的中間部分，其中第一主體包括包含于其中并基本從鄰近第一頂部延伸至鄰近第一底部的至少一個(gè)冷卻孔，第二主體包括基本從鄰近第二頂部延伸至鄰近第二底部的至少一個(gè)冷卻孔，液體鈉化合物包含于其中并至少充滿(mǎn)第一和第二主體中的每個(gè)冷卻孔的一部分。
在第一主體中可以有多個(gè)互相間隔的第一冷卻孔。
在第二主體中可以有多個(gè)互相間隔的第二冷卻孔。
每個(gè)冷卻孔可以與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)基本平行延伸。
第一和第二主體中的至少一個(gè)可以進(jìn)一步包括與多個(gè)第一冷卻孔交錯(cuò)的多個(gè)第二冷卻孔，多個(gè)第二多個(gè)冷卻孔可以從鄰近各自底部的第一端部至鄰近頂部的第二端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸，并至少部分充滿(mǎn)液體鈉化合物。
發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)一步包括沿第一柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近第一頂部的第一圓形活塞環(huán)，沿第一柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近底部的第二圓形活塞環(huán)。
發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)一步包括沿位于第一柱形側(cè)壁延伸的第三圓形活塞環(huán)，第三活塞環(huán)位于第一氣缸環(huán)和第二氣缸環(huán)之間并與它們隔開(kāi)。
每個(gè)冷卻孔都可以從鄰近各自底部的第一端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸至鄰近頂部的第二端部。
能量產(chǎn)生和控制總成可以是流體泵總成，其具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，內(nèi)流體泵室和外流體泵室，可選擇地與內(nèi)流體泵室和外流體泵室流體連通的、容納相對(duì)低壓的流體的第一容器，以及可選擇地與內(nèi)流體泵室和外流體泵室流體連通的、容納相對(duì)高壓的流體的第二容器，鄰近流體泵總成的第一側(cè)的第一燃燒缸總成，可以包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的第一氣缸套，鄰近流體泵總成的第二側(cè)的第二燃燒缸總成，包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的第二氣缸套，內(nèi)活塞總成可以包括具有以第一頂部，相對(duì)的第一底部和在其之間延伸的第一柱形側(cè)壁為第一主體的第一內(nèi)活塞，其中第一頂部基本沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的法線(xiàn)方向，第一柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，第一主體可以包括包含于其中并基本從鄰近第一頂部位置延伸至鄰近第一底部位置的多個(gè)冷卻孔，第二內(nèi)活塞可以具有以第二頂部，相對(duì)的第二底部和在其之間延伸的第二柱形側(cè)壁為第二主體，其中第二頂部基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，第二柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，第二主體可以包括包含于其中并基本從鄰近第二頂部位置延伸至鄰近第二底部位置的第二多個(gè)冷卻孔，推桿具有固定于第一內(nèi)活塞的第一端部，固定于第二內(nèi)活塞的第二端部和可操作地接合能量產(chǎn)生和控制總成的中間部分，液體鈉化合物包含于其中并可以充滿(mǎn)每個(gè)多個(gè)冷卻孔的一部分。
本發(fā)明一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有更容易地改變自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的對(duì)置活塞、對(duì)置氣缸(OPOC)構(gòu)造的固有能力，這樣就能制成在保持均質(zhì)充量燃燒點(diǎn)火(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的同時(shí)具有更好的固有平衡的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠以相對(duì)較少的主要移動(dòng)部件運(yùn)行，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，要克服的全部摩擦一般來(lái)說(shuō)要比曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)少。
本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于自由活塞的一側(cè)不以負(fù)荷對(duì)抗氣缸壁，從而減少活塞與氣缸壁之間的摩擦。此外，由于活塞一側(cè)不以負(fù)荷對(duì)抗氣缸壁，故沿氣缸壁需要的潤(rùn)滑油較少。
本發(fā)明一實(shí)施例的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于孔中的鈉化合物將幫助熱量更好地從每個(gè)活塞頭傳送到活塞環(huán)，也將更好地平衡每個(gè)環(huán)之間的熱量傳送，從而改進(jìn)從活塞至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁的整個(gè)熱傳導(dǎo)。


現(xiàn)在參照附圖，用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶液壓控制和輸出的對(duì)置活塞、對(duì)置氣缸、自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的透視圖；圖2是圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的端視圖；圖3A和3B是圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的右和左設(shè)計(jì)圖；圖4A和4B是圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的左和右側(cè)視圖；圖5A是發(fā)動(dòng)機(jī)沿圖3A中的線(xiàn)5A-5A的剖面圖；圖5B是發(fā)動(dòng)機(jī)沿圖3B中的線(xiàn)5B-5B的剖面圖；圖6A是發(fā)動(dòng)機(jī)沿圖4A中的線(xiàn)6A-6A的剖面圖；圖6B是發(fā)動(dòng)機(jī)沿圖4B中的線(xiàn)6B-6B的剖面圖；圖7是圖1所示的發(fā)動(dòng)機(jī)的部分透視圖，更確切地，是液壓泵體總成和內(nèi)活塞總成的頂端透視圖；圖8是與圖7類(lèi)似的透視圖，但表示液壓泵體總成和內(nèi)活塞總成的底部；
圖9是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套的透視圖；圖10是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓回路的示意圖；圖11是圖1所示發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的一些電路的示意圖；圖12是圖1所示的發(fā)送機(jī)的內(nèi)部活塞總成的透視圖，為清楚表示冷卻孔而沒(méi)有活塞環(huán)；圖13是沿圖12的線(xiàn)13-13的部分剖面；以及圖14是沿圖12的線(xiàn)14-14的部分剖面。
具體實(shí)施例方式
圖1-11表示對(duì)置活塞、對(duì)置氣缸、液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)10。該發(fā)動(dòng)機(jī)10包括液壓泵體總成12，以及從該處延伸的第一活塞/氣缸總成14和從液壓泵體總成12反向延伸的第二活塞/氣缸總成16，這樣它們成排成一行。第一活塞/氣缸總成14的時(shí)機(jī)與第二活塞/氣缸總成16相反。因此，當(dāng)一個(gè)在上止點(diǎn)時(shí)，另一個(gè)在下止點(diǎn)。此外，該運(yùn)動(dòng)是沿著或平行于單一的運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)。自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的上述結(jié)構(gòu)能使發(fā)動(dòng)機(jī)的固有平衡更好。
另外，以下的說(shuō)明揭示了一種發(fā)動(dòng)機(jī)，其不僅存儲(chǔ)由發(fā)動(dòng)機(jī)以加壓流體的形式產(chǎn)生的能量，而且使用一些上述加壓流體以開(kāi)啟，且有時(shí)幫助控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和維持發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡。
第一活塞/氣缸總成14包括裝配到液壓泵體總成12的第一缸套18。第一缸套18具有限定第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸地氣缸套42，并包括位置接近于液壓泵體總成12的第一排氣葉輪20。第一排氣葉輪20的內(nèi)部確定了繞第一缸套18圓周延伸且朝第一排氣套24徑向向外的內(nèi)排氣通道22。上述排氣套24用于連接排氣系統(tǒng)(圖中未示)以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)向外排氣。
只要足以處理且向帶走廢氣，上述排氣系統(tǒng)可以是任何需要的形式。其可以包括例如排氣管，消聲器，催化劑轉(zhuǎn)化器，渦輪增壓器，或者是上述組件和可能的其他組件的結(jié)合。
第一缸套18還具有冷卻劑入口26，其位置接近于液壓泵體總成12，并延伸至基本上圓周延伸的冷卻劑通道28。冷卻劑入口26連接冷卻劑冷卻系統(tǒng)(圖中未示)，其可以包括從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑中除去熱量的例如散熱器的加熱交換器，通過(guò)冷卻系統(tǒng)抽吸冷卻劑的水泵，維持冷卻劑在需要的溫度范圍的溫度傳感器和流動(dòng)控制閥，或者在上述總成之間延伸的冷卻管線(xiàn)，或在上述組件和其他可能的組件的結(jié)合。只要從發(fā)動(dòng)機(jī)中消散合適量的熱量，冷卻系統(tǒng)可以是任何形式的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。
圓周延伸的進(jìn)氣環(huán)面30在第一缸套18與排氣葉輪20的相對(duì)端，其內(nèi)部確定了入口溝道31。第一缸套18在鄰近進(jìn)氣環(huán)面30形成噴油嘴套32，其中裝配了第一噴油嘴34。第一噴油嘴34電連接至為確定噴油嘴開(kāi)放的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間提供信號(hào)的電子控制器35。第一噴油嘴34還連接從燃料系統(tǒng)39(僅在示意圖中示出)中提供燃料的噴油嘴油軌37。燃料系統(tǒng)39可以包括例如燃料箱，燃料泵或通向分油管的燃料管線(xiàn)，或上述組件和其他可能的組件的結(jié)合。
任何可以在需要的壓力下向噴油嘴34提供足夠量的燃料的燃料系統(tǒng)總的說(shuō)來(lái)都可接受。噴油嘴油軌37最好還包括電連接至控制器35的燃料壓力傳感器41。
控制器35最好由帶有電池(圖中未示)、發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)的電氣系統(tǒng)提供電力，發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī)最好由發(fā)動(dòng)機(jī)10輸出的能量或其他一些足夠的電力供應(yīng)源提供動(dòng)力。同時(shí)，雖然控制器35在此被單獨(dú)地提到，但是如果需要的話(huà)，其可以包括多個(gè)互相連接的電子處理器。
在第一排氣葉輪20和進(jìn)氣環(huán)面30的中間，第一缸套18形成壓力傳感器裝配套36，其中裝配有第一氣缸壓力傳感器38。第一氣缸壓力傳感器38最好電連接控制器35。噴油嘴套32和傳感器裝配套36穿過(guò)第一缸套18延伸至延伸第一缸套18的長(zhǎng)度的主孔40。冷卻劑通道28，內(nèi)排氣通道22和進(jìn)氣環(huán)面30也都在主孔40內(nèi)開(kāi)口。
第一活塞/氣缸總成14還包括第一氣缸套42，其穿過(guò)第一缸套18的主孔40延伸并最好是合適地壓接于其內(nèi)部。第一氣缸套42包括穿過(guò)其延伸以確定第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的柱狀主孔。第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的中心軸線(xiàn)最好是沿著運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)。第一氣缸套42還包括一系列的圓周間隔的排氣口46，其在第一缸套18的第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和內(nèi)排氣通道22之間延伸并連接它們。
在鄰近排氣口46處，第一氣缸套42鄰接第一缸套18內(nèi)的冷卻劑通道28。上述冷卻劑通道28連接一系列間隔的螺旋肋48，其從第一氣缸套42徑向向外延伸并且鄰接第一缸套18的主孔40，形成一系列氣缸冷卻劑通道50。在上述肋48中，氣缸壓力塞套52從第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44延伸至第一缸套18上的傳感器裝配套36。這使得第一氣缸壓力傳感器38暴露于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44，卻將傳感器38封閉，不接觸發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。
噴油嘴孔54與噴油嘴套32成一行，且穿過(guò)肋48延伸至第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44。這使得第一噴油嘴34能直接將燃料噴入第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44。
第一氣缸套還有一系列圓周間隔的進(jìn)氣口56，其與第一缸套18的進(jìn)氣環(huán)面30成一行，并且在第一氣缸44內(nèi)部開(kāi)口。鄰近進(jìn)氣口56的是一系列間隔的繞第一氣缸套42圓周分布的油霧孔58。
第一活塞/氣缸總成14還包括第一氣帶60。上述氣帶60裝配在第一氣缸套42附近，在進(jìn)氣環(huán)面30處鄰接第一缸套18。燃料進(jìn)口管62從第一氣帶60凸出并穿過(guò)其延伸，連接至油霧環(huán)面64。油霧環(huán)面64在油霧孔58的位置鄰接第一氣缸套42并繞其圓周延伸。進(jìn)油管62最好與油料霧化器(圖中未示)相連接，其具有連接油源的入口，向油霧環(huán)面64提供燃油和空氣的混合物。燃油的來(lái)源可以是燃料供應(yīng)系統(tǒng)(圖中未示)的一部分。燃油供應(yīng)系統(tǒng)可以包括例如燃油泵，燃油過(guò)濾器，燃油冷卻器，油箱，或者穿過(guò)系統(tǒng)運(yùn)送燃油的燃油管線(xiàn)，或上述組件和其他可能的組件的結(jié)合。該燃油供應(yīng)系統(tǒng)可以是任何這樣的可以與發(fā)動(dòng)機(jī)組件配合以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)充分地為其過(guò)濾和提供潤(rùn)滑油的系統(tǒng)。
冷卻劑環(huán)面66還鄰接第一氣缸套42并繞其圓周延伸。冷卻劑環(huán)面66連接氣缸冷卻劑通道50和從第一氣帶60延伸的冷卻劑出口68。上述冷卻劑出口68連接前面討論的冷卻劑冷卻系統(tǒng)(圖中未示)。第一氣帶60還具有與第一缸套18的進(jìn)氣環(huán)面30連接的一對(duì)拉桿通道70和一個(gè)進(jìn)氣通道72。
第一活塞/氣缸總成14還具有第一掃氣泵74。掃氣泵74包括在第一氣帶60且繞第一氣缸套42端部裝配的掃氣泵外殼76。掃氣泵外殼76具有主泵室78，通往入口室82的進(jìn)口80，和通往出口室86的出口84。主泵室78的形狀是橫截面基本上為橢圓的圓柱。
裝配于入口室82的是進(jìn)口簧片閥總成88和掃氣泵進(jìn)口蓋90。進(jìn)口蓋90包括最好是連接進(jìn)氣系統(tǒng)(圖中未示)的進(jìn)氣口92。進(jìn)氣系統(tǒng)可以包括例如最好從某些種類(lèi)的渦輪增壓器或機(jī)械增壓器接收空氣的入口歧管，節(jié)流閥，空氣流量傳感器，周?chē)鷼鉁貍鞲衅鳎蚩諝膺^(guò)濾器，或者是上述組件和可能的其他組件的結(jié)合。進(jìn)氣系統(tǒng)可以是任何能根據(jù)具體的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，在所需的壓力下向進(jìn)氣口92提供所需體積的空氣的系統(tǒng)。
入口簧片閥總成88中簧片閥94的方向使得空氣能從入口蓋90流入入口室82而防止空氣以相反方向流動(dòng)。出口簧片閥總成89和掃氣泵出口蓋91裝配于出口室86。出口蓋91包括進(jìn)氣通道93，其通過(guò)第一氣帶60中的進(jìn)氣通道72從出口簧片閥總成89通向第一缸套18的進(jìn)氣溝道31。出口簧片閥總成89中簧片閥95的方向使得空氣從出口室86流出至進(jìn)氣通道93而防止空氣以相反方向流動(dòng)。
第二活塞/氣缸總成114包括裝配于液壓泵體總成12的第二缸套118。第二缸套118包括位置鄰近于液壓泵體總成12的第二排氣葉輪120。第二排氣葉輪120的內(nèi)部確定了繞第二缸套118圓周延伸且在第二排氣套124徑向向外延伸的內(nèi)排氣通道122。上述排氣套124用于連接上面已簡(jiǎn)要討論的排氣系統(tǒng)(圖中未示)。第二缸套118還有鄰近液壓泵體總成12并延伸入基本上圓周延伸的冷卻劑通道128的冷卻劑入口126。冷卻劑入口126連接冷卻劑冷卻系統(tǒng)(圖中未示)。
在第二缸套118與排氣葉輪120的相對(duì)端是圓周延伸的進(jìn)氣環(huán)面130，其內(nèi)部確定了入口溝道131。第二缸套118在鄰近進(jìn)氣環(huán)面130形成噴油嘴套132，其中裝配了第二噴油嘴134。第二噴油嘴134電連接至為確定噴油嘴開(kāi)放的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間提供信號(hào)的電子控制器35。第二噴油嘴134還連接從燃料系統(tǒng)39中提供燃料的噴油嘴油軌37。燃料系統(tǒng)39可以包括例如燃料箱，燃料泵，通向燃料軌的燃料管線(xiàn)。噴油嘴油軌37最好還包括電連接至控制器35的燃料壓力傳感器141。
在第二排氣葉輪120和進(jìn)氣環(huán)面130的中間，第二缸套118形成壓力傳感器裝配套136，其中裝配有第二氣缸壓力傳感器138。噴油嘴套132和傳感器裝配套136穿過(guò)第二缸套118延伸至延伸第二缸套118的長(zhǎng)度的主孔140。冷卻劑通道128，內(nèi)排氣通道122和進(jìn)氣環(huán)面130也都在主孔140內(nèi)打開(kāi)。
第二活塞/氣缸總成114還包括第二氣缸套142，其穿過(guò)第二缸套118的主孔140延伸并最好是合適地壓接于其內(nèi)部。第二氣缸套142包括穿過(guò)確定了第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144延伸的柱狀主孔。第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的中心軸線(xiàn)最好是沿著運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)。第二氣缸套142還包括一系列的間隔的圓周排氣口46，其在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144和第二缸套18的內(nèi)排氣通道122之間延伸并連接它們。
在鄰近排氣口146處，第二氣缸套142鄰接第二缸套118內(nèi)的冷卻劑通道128。上述冷卻劑通道128連接一系列間隔的螺旋肋148，其從第二氣缸套142軸向向外延伸并且鄰接第二缸套118的主孔140，形成一系列氣缸冷卻通道150。在上述肋148中，氣缸壓力塞套152從第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144延伸至第二缸套118上的傳感器裝配套136。這使得第二氣缸壓力傳感器138暴露于第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144，卻將傳感器138封閉，不接觸發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。
噴油嘴孔與噴油嘴套132對(duì)準(zhǔn)成一行，且穿過(guò)肋148延伸至第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144。這使得第二噴油嘴134穿過(guò)并朝向第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144和其噴油嘴延伸。
第二氣缸套142還有一系列圓周間隔的進(jìn)氣口156，其與第二缸套118的進(jìn)氣環(huán)面130對(duì)準(zhǔn)成一行，并且在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)部開(kāi)口。鄰近進(jìn)氣口156的是一系列間隔的繞第二氣缸套142圓周分布的油霧孔158。
第二活塞/氣缸總成114還包括第二氣帶160。上述氣帶160裝配在第二氣缸套142附近，在進(jìn)氣環(huán)面130處鄰接第二缸套118。進(jìn)油管162從第二氣帶160凸出并穿過(guò)其延伸，連接至油霧環(huán)面164。油霧環(huán)面164在油霧孔158的位置鄰接第二氣缸套142并繞其圓周延伸。為了向油霧環(huán)面164提供燃油和空氣混合物，進(jìn)油管162最好接入油霧(圖中未示)。
冷卻劑環(huán)面166還鄰接第二氣缸套142并繞其圓周延伸。冷卻劑環(huán)面166連接氣缸冷卻劑通道150和從第二氣帶160延伸的冷卻劑出口168。上述冷卻劑出口168連接前面討論的冷卻劑冷卻系統(tǒng)(圖中未示)。第二氣帶160還具有與第二缸套118的空氣進(jìn)入環(huán)面130連接的一對(duì)拉桿通道170和進(jìn)氣通道172。
第二活塞/氣缸總成114還具有第二掃氣泵174。掃氣泵174包括在第二氣帶160且繞第二氣缸套142端部裝配的掃氣泵外殼176。掃氣泵外殼176具有主泵室178，通往入口室182的進(jìn)口180，和通往出口室186的出口184。主泵室178的形狀是橫截面基本為橢圓的圓柱。裝配于入口室182的是進(jìn)口簧片閥總成188和掃氣泵入口蓋190。入口蓋190包括最好是連接進(jìn)氣系統(tǒng)(圖中未示)的進(jìn)氣口192，進(jìn)氣系統(tǒng)最好從某些種類(lèi)的渦輪增壓器或機(jī)械增壓器(圖中未示)接收空氣。入口簧片閥總成188中簧片閥194的方向使得空氣從入口蓋190流入入口室182而防止空氣以相反方向流動(dòng)。
出口簧片閥總成189和掃氣泵出口蓋191裝配于出口室186。出口蓋191包括進(jìn)氣通道193，其通過(guò)第二氣帶160中的進(jìn)氣通道172從出口簧片閥總成189通向第二缸套118的進(jìn)氣溝道131。出口簧片閥總成189中簧片閥195的方向使得空氣從出口室186流至進(jìn)氣通道193而防止空氣以相反方向流動(dòng)。
包含于兩個(gè)活塞/氣缸總成14和16的是兩個(gè)活塞總成，一個(gè)內(nèi)活塞總成200和一個(gè)外活塞總成250。內(nèi)活塞總成200有第一內(nèi)活塞202，其具有帶有裝配于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的柱形側(cè)壁的主體，第一內(nèi)活塞202的頭210背對(duì)液壓泵體總成12，其底211面向液壓泵體總成12。第一內(nèi)活塞202在第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)部裝配，其外徑與第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁之間有小的余隙。因此，第一內(nèi)活塞202最好還包括其外圍的三個(gè)環(huán)狀凹槽，其第一凹槽接收第一壓縮環(huán)204，第二凹槽接收第二壓縮環(huán)206，第三凹槽接收燃油控制環(huán)208。所有上述三個(gè)環(huán)204，206和208的大小都能夠封閉第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁。
第一內(nèi)活塞202最好還包括第一組間隔的基本軸向延伸的冷卻孔212，從活塞202的底端211朝向活塞頭210。每個(gè)孔212最好部分填充鈉化合物且有封閉孔212內(nèi)的鈉化合物的帽蓋214。鈉化合物最好是與一些高性能發(fā)動(dòng)機(jī)中用于冷卻排氣閥的鈉化合物相同或類(lèi)似的液體。最好也改良兩個(gè)帽蓋219以接收和保持引導(dǎo)桿(下面再討論)。第一內(nèi)部活塞220也最好包括與第一組冷卻孔212交錯(cuò)的第二組冷卻孔213。第二組冷卻孔213最好從活塞202的底端211朝頭210徑向向內(nèi)延伸。每個(gè)孔都最好至少部分充滿(mǎn)鈉化合物217，并且一個(gè)帽蓋214封閉孔213中的鈉化合物。通過(guò)讓第二組冷卻孔213與第一組冷卻孔212的方向不同，應(yīng)該相信可以讓熱量更好地從頭210所有部分徑向向外或徑向向內(nèi)地抽出。然而，如果需要的話(huà)，兩組冷卻管212和213在活塞202中也可以方向相同。
內(nèi)活塞總成200進(jìn)一步包括第二內(nèi)活塞220，其具有帶有裝配于第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的柱形側(cè)壁的主體，第二內(nèi)活塞220的活塞頭222背對(duì)液壓泵體總成12，其底端223面向液壓泵體總成12。第二內(nèi)活塞220在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)部裝配，其外圓周與第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壁之間有小的余隙。因此，第二內(nèi)活塞220最好還包括其外圍的三個(gè)環(huán)狀凹槽，其第一凹槽接收第一壓縮環(huán)224，第二凹槽接收第二壓縮環(huán)226，第三凹槽接收燃油控制環(huán)228。所有上述三個(gè)環(huán)224，226和228的大小能夠封閉第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壁。
第二內(nèi)活塞220最好還包括第一組間隔的基本上從活塞220的底端223朝向活塞頭222軸向延伸的冷卻孔230。每個(gè)孔230最好部分填充鈉化合物且有封閉孔230內(nèi)的鈉化合物的帽蓋232。鈉化合物最好是與一些高性能發(fā)動(dòng)機(jī)中用于冷卻排氣閥的鈉化合物相同或類(lèi)似的液體。其最好也包括與第一組冷卻孔230交錯(cuò)的第二組冷卻孔231，第二組冷卻孔231最好從底端223朝第二內(nèi)部活塞220的頭222徑向向內(nèi)延伸。
第一內(nèi)活塞202包括位于中央、并穿過(guò)中央徑向延伸的孔216，以接收緊固件218，而第二內(nèi)活塞220也包括位于中央、并穿過(guò)中央徑向延伸的孔234，以接收緊固件236。緊固件218和236分別螺固于推桿240的各個(gè)端點(diǎn)，該推桿穿過(guò)液壓泵體總成12延伸。固定于每個(gè)內(nèi)活塞202和220的推桿240使得兩個(gè)活塞202和220最好沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)一起運(yùn)動(dòng)。推桿240固定于每個(gè)內(nèi)部活塞202和220，導(dǎo)致兩個(gè)活塞202和220一起移動(dòng)，最好沿著運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)。推桿240也包括形成內(nèi)柱塞242的擴(kuò)大的直徑區(qū)域。內(nèi)柱塞242位于兩個(gè)活塞202和220中間。內(nèi)柱塞242的用途將隨下面的液壓泵體總成12討論。
內(nèi)活塞總成200最好還包括第一引導(dǎo)桿244和第二引導(dǎo)桿245，其中每個(gè)都穿過(guò)液壓泵體總成12延伸以在第一和第二內(nèi)活塞202和220的底端表面211和223之間連接。引導(dǎo)桿244和245在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)保持內(nèi)活塞總成200不旋轉(zhuǎn)。最好的是至少一個(gè)，更好的是兩個(gè)引導(dǎo)桿244和245包括可以用以確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)活塞總成200的軸向位置的位置傳感器指標(biāo)。上述指標(biāo)可以通過(guò)繞第一引導(dǎo)桿244固定的第一組銅環(huán)246的形式獲得。第二導(dǎo)引桿245最好也包括指標(biāo)，例如第二組銅環(huán)247。那么第二引導(dǎo)桿245可以用作位置校準(zhǔn)傳感器的一部分以保證第一引導(dǎo)桿244的位置傳感器正確讀取內(nèi)活塞總成200的徑向位置。
外活塞總成250有裝配于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)的第一外活塞252，第一外活塞252的活塞頭254面向第一內(nèi)活塞202的頭210，其底端256面向第一掃氣泵主要室78。第一外活塞252在第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)部裝配，其外圓周與第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁之間有小的余隙。
因此，第一外活塞252最好還包括其外圍的三個(gè)環(huán)狀凹槽，其第一凹槽接收第一壓縮環(huán)258，第二凹槽接收第二壓縮環(huán)260，第三凹槽接收燃油控制環(huán)262。所有上述三個(gè)環(huán)258，260和262的大小能夠封閉第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁。
第一活塞橋264裝配于第一外活塞252的底部256。第一活塞橋264與第一外活塞252一起運(yùn)動(dòng)且實(shí)質(zhì)上形成為其的一部分。第一活塞橋264包括外部基本橢圓部分266，其滑行接觸并封閉第一掃氣泵74的主泵室78的壁。橢圓部分266的小徑最好稍小于第一外活塞252的活塞頭254的直徑，而橢圓部分266的大徑最好比活塞頭254的直徑大許多。第一拉桿套268和第二拉桿套269的位置是沿橢圓部分266的大徑的，朝第一外活塞252的外部直徑徑向向外。
引導(dǎo)柱套270位于第一活塞橋264的中心。第一引導(dǎo)柱271固定于第一掃氣泵外殼76并從該處延伸。第一引導(dǎo)柱271具有以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿其平行延伸的基本柱狀的外表面。為了使得引導(dǎo)柱套270可伸縮地沿第一引導(dǎo)柱270滑動(dòng)，上述外表面在引導(dǎo)柱套270內(nèi)伸縮滑動(dòng)。由于第一引導(dǎo)柱271是固定的，其位置相對(duì)于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44相對(duì)精確。而后將使得第一活塞橋264，從而使得第一外部活塞252相對(duì)于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44十分精確地定位。
在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，引導(dǎo)柱套270在引導(dǎo)柱271上滑動(dòng)，當(dāng)?shù)谝煌饣钊?52在第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)維持其適當(dāng)?shù)姆轿?，使得僅活塞環(huán)258，260和262接觸第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁。這樣一般來(lái)說(shuō)僅活塞環(huán)258，260和262以及引導(dǎo)柱270滑動(dòng)接觸外表面，故僅產(chǎn)生相對(duì)少量的摩擦，第一外活塞252的外表面移動(dòng)而不接觸第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壁。
外活塞總成250還有裝配在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)的第二外活塞275，其中第二外活塞275的活塞頭276面向第二內(nèi)活塞220的活塞頭222，其底部277面向第二掃氣泵主室178。第二外活塞275在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)部裝配，其外圓周與第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壁之間有小的余隙。因此，第二外活塞275最好還包括其外圍的三個(gè)環(huán)狀凹槽，其第一凹槽接收第一壓縮環(huán)278，第二凹槽接收第二壓縮環(huán)279，第三凹槽接收燃油控制環(huán)280。所有上述三個(gè)環(huán)278，279和280的大小能夠封閉第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壁。圖中沒(méi)有表示第一外活塞252和第二外活塞275的鈉冷卻溝道，然而，如果需要的話(huà)，可以用與其在內(nèi)活塞中的使用相似的方式使用溝道。
第二活塞橋282裝配于第二外活塞275的底部277。第二活塞橋282包括外部基本橢圓部分283，其滑行接觸第二掃氣泵174的主泵室178的壁并封閉它。橢圓部分283的小徑最好稍小于第二外活塞275的活塞頭276的直徑，而橢圓部分283的大徑最好比頭276的直徑大許多。第一拉桿套284和第二拉桿套285的位置是沿橢圓部分283的大徑，朝第二外活塞275的外部直徑徑向向外。
引導(dǎo)柱套286位于第二活塞橋282的中心。第二引導(dǎo)柱287固定于第二掃氣泵外殼176并從該處延伸。第二引導(dǎo)柱287具有以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿其平行延伸的基本柱狀的外表面。外表面在引導(dǎo)柱套286中滑動(dòng)。第二引導(dǎo)柱287相對(duì)于第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144固定，其與第二活塞橋282精確地對(duì)準(zhǔn)成一行，從而使得第二外活塞275相對(duì)于第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的情況也一樣。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，引導(dǎo)柱套286在引導(dǎo)柱287上滑動(dòng)，當(dāng)?shù)诙饣钊?75在第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)維持其適當(dāng)?shù)姆轿唬沟没钊h(huán)278，279和280接觸第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壁。在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞也得到合適引導(dǎo)的同時(shí)，摩擦將再減少。
第二引導(dǎo)柱套287還形成部分位置傳感器總成288。位置傳感器總成288包括具有至少一個(gè)指標(biāo)位置290的傳感器桿289，固定于第二外活塞275并可隨其滑動(dòng)。傳感器291裝配于傳感器桿289并穿過(guò)第二掃氣泵外殼176延伸，其中電連接器292將傳感器291連接至電子控制器35?？刂破?5可以利用從傳感器291中的輸出來(lái)決定外活塞總成250的位置和速度。
外活塞總成250還包括第一拉桿293和第二拉桿294。第一拉桿293連接第一活塞橋264上的第一拉桿套268和第二活塞橋282上的第一拉桿套284。由于橋264和282都是橢圓的，第一拉桿293可以連接它們并使其平行于運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向移動(dòng)而不會(huì)防礙發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的運(yùn)行。
第一拉桿293包括形成第一外部柱塞295的擴(kuò)大的直徑區(qū)域。第一外部柱塞295位于液壓泵體總成12的第一活塞橋264和第二活塞橋282中間。第一拉桿套管272在液壓泵體總成12和第一缸套18之間的第一拉桿293周?chē)由?，第二拉桿套管273在液壓泵體總成12和第二缸套118之間的第一拉桿293周?chē)由?。拉桿套管272和273確定第一拉桿293被發(fā)動(dòng)機(jī)組件完全封裝，因此防止污染物接觸和防礙第一拉桿293的運(yùn)行。
第二拉桿294連接第一活塞橋264的第二拉桿套269和第二活塞橋282的第二拉桿套285。第二拉桿294包括形成第二外部柱塞296的擴(kuò)大的直徑區(qū)域。第二外部柱塞296位于液壓泵體總成12的第一活塞橋264和第二活塞橋282中間。第三拉桿套管274在液壓泵體總成12和第一缸套18之間的第二拉桿294周?chē)由?，最好是位置感?yīng)拉桿套管281在液壓泵體總成12和第二缸套118之間的第二拉桿294周?chē)由臁＠瓧U套管274和281確定第二拉桿294被發(fā)動(dòng)機(jī)組件完全封裝，因此防止污染物接觸和防礙第二拉桿294的運(yùn)行另外，第二拉桿294最好包括裝配于其上并位于位置感應(yīng)拉桿套管281中的間隔銅環(huán)298。位置感應(yīng)拉桿套管281最好包括位置緊密地接近銅環(huán)298的傳感器總成297。然后，傳感器總成297連接控制器35并檢測(cè)銅環(huán)298的位置。于是，控制器35可以利用傳感器總成29的輸出來(lái)校準(zhǔn)其他傳感器291，從而確保對(duì)外活塞總成250的位置和速度的正確測(cè)量。
為了確保最佳運(yùn)行特性，發(fā)動(dòng)機(jī)10最好是平衡的。為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)平衡，外活塞總成250的總數(shù)，即所有隨外活塞252和275運(yùn)轉(zhuǎn)的部分，必須等于內(nèi)活塞總成200的總數(shù)，即所有隨內(nèi)活塞202和220運(yùn)轉(zhuǎn)的的部分。對(duì)于平衡的發(fā)動(dòng)機(jī)，推桿240的內(nèi)柱塞242的液壓區(qū)域最好還等于拉桿292和294的外柱塞295和296的液壓區(qū)域之和，其中第一外柱塞295的液壓區(qū)域等于第二外柱塞296的液壓區(qū)域。因此，選擇活塞總成200和250的不同組件的材料以確保足夠的熱量和力量特性，但是還要平衡總成的質(zhì)量。例如內(nèi)活塞202和220，以及推桿240可以由鑄鐵制造，拉桿293和294也由鑄鐵制造，但是外活塞253和275由鋁制造，橢圓橋264和282由鋼制造。然而，如果需要的話(huà)，也可以使用其他合適的材料。
如上面所討論的，液壓泵體總成12裝配于第一活塞/氣缸總成14和第二活塞/氣缸總成16之間。其包括泵體302，最好由鋼制造，其中形成有多種液壓口和通道，冷卻劑通道和潤(rùn)滑油箱和通道。
泵體302包括推桿240，推桿孔304穿過(guò)其延伸。內(nèi)柱塞242圓周封閉推桿孔304。中間的孔304的兩端也由推桿240封閉，一個(gè)端部使用封閉塞子309來(lái)造成封閉。上述封閉在內(nèi)柱塞242的一端形成內(nèi)泵室306，而在內(nèi)柱塞242的另一端形成內(nèi)連接泵室308。
泵體302還包括第一拉桿孔310，第一拉桿293穿過(guò)其延伸，第二拉桿294穿過(guò)第二拉桿孔312延伸。第一外柱塞295圓周密封第一拉桿孔310，且第二外柱塞296圓周密封第二推桿孔312。第一拉桿孔310的形狀是在每一端都封閉第一拉桿293，其中一個(gè)密封端使用封閉塞311。連接第一拉桿293的拉桿孔310在第一外柱塞295的一側(cè)形成第一外泵室314，在第一外柱塞295的另一側(cè)形成第一外連接泵室316。第二拉桿孔312的形狀是在每一端都封閉第二拉桿294，其中一個(gè)封閉端又使用封閉塞313。連接第二拉桿294的第二拉桿孔312在第二外柱塞296的一側(cè)形成第二外泵室318，在第二外柱塞296的另一側(cè)形成第二外連接泵室320。
內(nèi)連接泵室308和第一外連接泵室316都與第一交叉連接通道322連接。另外，內(nèi)連接泵室308和第二外連接室320都與第二交叉連接通道323連接。從而，三個(gè)連接泵室.308，316和320都總是互相開(kāi)放流體連接。
低壓通道324和節(jié)流器326從第二交叉連接通道323通向第一連接調(diào)節(jié)閥328。第一連接調(diào)節(jié)閥328連接至液壓系統(tǒng)329的低壓油箱330側(cè)。允許流體從第二交叉連接通道323流向低壓油箱330的位置和阻塞上述流體流動(dòng)的位置之間可以互相轉(zhuǎn)換。高壓通道332和節(jié)流器334從第一交叉連接通道322通向第二連接調(diào)節(jié)閥336。第二連接調(diào)節(jié)閥336連接至液壓系統(tǒng)329的高壓油箱338側(cè)。允許流體從第一交叉連接通道322流向高壓油箱338的位置和阻塞上述流體流動(dòng)的位置之間可以互相轉(zhuǎn)換。第一和第二連接調(diào)節(jié)閥328和336電連接至電子控制器35并由其操作。
共鳴器通道340在第二交叉連接通道323和裝配于泵體302的赫姆霍茨共鳴器342。調(diào)節(jié)赫姆霍茨共鳴器342以抑制震動(dòng)，其在流體穿過(guò)交叉連接通道322和323在連接泵室308、316和320之間往復(fù)流動(dòng)時(shí)發(fā)生。如果需要的話(huà)，赫姆霍茨共鳴器342可以從發(fā)動(dòng)機(jī)10中取消。
上述交叉連接通道322和323，以及連接它們的液壓組件形成液壓回路，其液壓連接內(nèi)活塞總成200隨外活塞總成250的運(yùn)轉(zhuǎn)。因?yàn)殡S著連接調(diào)節(jié)閥328和336的關(guān)閉，連接泵室308，316和320，以及交叉連接通道322和323的容積充滿(mǎn)基本不可壓縮的液體(例如液壓油)，上述容積將保持不變。如上面指出的，推桿240的內(nèi)柱塞242的大小可以移置流體體積(每次線(xiàn)性移動(dòng)的量)的兩倍，分別如同推桿293和294的外柱塞295和296。因而，如果內(nèi)活塞總成200向右移動(dòng)1毫米，從內(nèi)連接泵室308移置流體，而為了接收大量流體進(jìn)入兩個(gè)外連接泵室316和320，外活塞總成250必須向左移動(dòng)1毫米。這確保了盡管內(nèi)活塞總成200和外活塞總成250的運(yùn)動(dòng)都不是機(jī)械確定的，但是事實(shí)上它們互相精確的反向運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，同時(shí)到達(dá)兩個(gè)活塞總成200和250上止點(diǎn)和下止點(diǎn)位置。
第一和第二連接調(diào)節(jié)閥328和336使得一旦任何封閉發(fā)生泄漏，保持于連接器中的流體體積發(fā)生變化時(shí)，可以在連接器中增加或移除一些流體。雖然說(shuō)明的是為連接活塞總成200和250的該液壓系統(tǒng)，但是如果需要的話(huà)，可使用其他機(jī)械以確?；钊偝?00和250朝另一個(gè)的反向運(yùn)轉(zhuǎn)。
液壓泵體總成12還包括一對(duì)穿過(guò)泵體302朝向位于泵體302下方的油槽346延伸的燃料入口344和345。油槽346向泵體總成12的多種運(yùn)轉(zhuǎn)組件開(kāi)放，其目的是允許在運(yùn)轉(zhuǎn)組件——特別是氣缸壁44和144中第一和第二內(nèi)活塞202和220沿其滑動(dòng)的部分飛濺潤(rùn)滑油。油槽346還包括燃料返回出口348。燃料入口344和345，以及燃料返回出口348連接至燃料供應(yīng)系統(tǒng)(圖中未示)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，油槽346也允許在內(nèi)活塞202和220互換時(shí)，空氣在內(nèi)活塞202和220后面往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
兩個(gè)冷卻劑入口350裝配于泵體302的底部。冷卻劑入口350連接至一系列的穿過(guò)泵體302延伸的冷卻劑通道352，然后其連接至兩個(gè)裝配于泵體302的頂部的冷卻劑出口354。冷卻劑入口350和冷卻劑出口354連接至冷卻劑系統(tǒng)(圖中未示)。冷卻劑穿過(guò)泵體302流動(dòng)以確保運(yùn)轉(zhuǎn)部件在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)不會(huì)過(guò)熱。
液壓泵體總成12還包括裝配在泵體302頂部的低壓軌356，其包括穿過(guò)液壓管線(xiàn)連接至低壓油箱330的低壓軌口358。低壓軌356朝三組單向低壓止回閥，即內(nèi)組360，第一外組362和第二外組363開(kāi)放。內(nèi)止回閥組360穿過(guò)通道364連接至內(nèi)泵室306，其中閥組360只允許流體從低壓軌356朝向內(nèi)泵室306流動(dòng)。第一外部檢查組閥362穿過(guò)通道365連接至第一外泵室314，其中閥組362只允許流體從低壓軌356朝向第一外泵室314流動(dòng)。第二外止回閥組363同樣穿過(guò)通道366連接至第二外泵室318，其中閥組363只允許流體從低壓軌356向第二外泵室318流動(dòng)。雖然內(nèi)止回閥組360包括四個(gè)獨(dú)立閥，每個(gè)外止回閥組362和363包括兩個(gè)閥，如果需要的話(huà)可以使用不同數(shù)量的獨(dú)立閥。但是由于內(nèi)柱塞242有如同外柱塞295和296的任一個(gè)兩倍大的抽吸容量，內(nèi)組360最好提供如同每個(gè)外閥組362和363兩倍大的閥開(kāi)放區(qū)域。
高壓軌368裝配于泵體302的底部，并包括穿過(guò)液壓線(xiàn)連接至高壓油箱338的高壓軌口369。高壓軌368向三個(gè)單向高壓止回閥，內(nèi)止回閥370，第一外止回閥371和第二外止回閥372開(kāi)放。內(nèi)止回閥370通過(guò)流體通道373連接至內(nèi)泵室306，而止回閥370僅允許流體從內(nèi)泵室306向高壓軌368流動(dòng)。第一外止回閥371通過(guò)流體通道374連接至第一外泵室314，而止回閥371僅允許流體從第一外泵室314向高壓軌368流動(dòng)。第二外止回閥372通過(guò)流體通道375連接至第二外泵室318，而止回閥372僅允許流體從第二外泵室318向高壓軌368流動(dòng)。此外，內(nèi)止回閥370最好具有兩倍于每個(gè)外止回閥371和372的開(kāi)放區(qū)域。
低壓軌356最好包括在裝配于該處的測(cè)量低壓軌356內(nèi)的流體壓力的壓力傳感器376。同樣，高壓軌368最好包括在裝配于該處的測(cè)量高壓軌368內(nèi)的流體壓力的壓力傳感器377。壓力傳感器376和377電連接至接收和處理壓力信號(hào)的電子控制器35。
液壓開(kāi)啟和控制閥379裝配于泵體302頂部，鄰近低壓軌356。上述液壓開(kāi)啟和控制閥379僅在此示意性地表示，但是最好液壓閥，例如由紐約東奧羅拉的Moog公司制造的型號(hào)為35-196-4000-I-4PC-2-VIT的Moog液壓控制閥零件?？刂崎y379進(jìn)入泵體302的四個(gè)口，高壓口380，低壓口381，內(nèi)泵室口382和外泵室口383。高壓口380穿過(guò)流體通道連接至高壓軌368，低壓口381穿過(guò)流體通道連接至低壓軌356。內(nèi)泵室口382穿過(guò)第一開(kāi)啟/泄漏流體通道384連接至內(nèi)泵室306，而外泵室口383穿過(guò)第二開(kāi)啟/泄漏流體通道385連接至兩個(gè)外泵室314和318。
控制閥379可以液壓連接高壓口380和內(nèi)泵室口382，而同時(shí)連接低壓口381和外泵室口383?？刂崎y379還可以液壓連接低壓口381和內(nèi)泵室口382，同時(shí)連接高壓口380和外泵室口383。在第三種運(yùn)行情況下，控制閥379將阻止液壓流體在高和低壓口380和381以及內(nèi)和外泵室口382和383的流動(dòng)。電子控制器最好控制控制閥379所在的運(yùn)行狀態(tài)。
液壓泵體總成12還可以包括在活塞的每個(gè)行進(jìn)端設(shè)置最大距離的活塞擋圈。由于活塞運(yùn)動(dòng)是由力的平衡確定，所以對(duì)于自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，需要的可能是上述擋圈而不是通路。內(nèi)活塞總成200的活塞擋圈最好包括間隔推桿240的內(nèi)柱塞242的任一側(cè)徑向階梯部分388，而匹配擋圈389位于泵體302和密封塞309的中心孔304的每一個(gè)端部。階梯部分388的擋圈389的位置將在任一方向確定內(nèi)活塞總成200的最大行程。如果階梯部分388與擋圈389接合，在其方向的活塞運(yùn)動(dòng)將停止。
外活塞總成250的活塞擋圈最好包括分別在第一和第二拉桿293和294的外柱塞295和296的任一側(cè)部間隔的徑向階梯部分390和391。泵體302和封閉塞311和313，與內(nèi)活塞總成200相似，將包括分別位于第一和第二拉桿孔310和312的相反端部的匹配擋圈392和393。
或者也可以取消活塞擋圈。采用上述結(jié)構(gòu)，撞擊第一外活塞252的活塞頭254的第一內(nèi)活塞202的活塞頭210將作為一個(gè)方向的擋圈，而撞擊第二外活塞275的活塞頭276的第二內(nèi)活塞220的活塞頭222將作為另一個(gè)方向的擋圈。雖然這樣初看似乎不太好，但是活塞頭具有相對(duì)大的接觸表面區(qū)域，并且以活塞作為擋圈的氣缸內(nèi)的壓力將在碰撞之前上升很高，從而降低撞擊時(shí)的速度。
液壓泵體總成12最好還包括一對(duì)活塞傳感器。第一位置傳感器395裝配于圍繞包括第一組銅環(huán)246的部分第一引導(dǎo)桿244的泵體302。第二位置傳感器396最好是裝配于圍繞包括第二組銅環(huán)247的部分第二引導(dǎo)桿245的泵體302。位置傳感器395和396電連接至電子控制器35并向其提供位置信號(hào)。由于第一位置傳感器395的傳感器信息，電子控制器35可以確定內(nèi)活塞總成200的位置和速度。第二位置傳感器396的信息最好用于校準(zhǔn)第一位置傳感器395。
現(xiàn)在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。因?yàn)樯鲜霭l(fā)動(dòng)機(jī)10是自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，故由作用于活塞總成200和250的力的平衡(均衡)確定活塞運(yùn)動(dòng)。例如，主要力基本是對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144的氣缸內(nèi)壓力，各移動(dòng)部分的摩擦力，氣體清除，移動(dòng)的活塞總成200和250的惰性，以及柱塞242、295與296產(chǎn)生的充量。其結(jié)果是，為了引起持續(xù)的交互的活塞移動(dòng)，活塞總成200和250的每一個(gè)都必須以合適的時(shí)間和量接收輸入力。上述交互的運(yùn)動(dòng)必須足以獲得燃燒過(guò)程所需的氣缸內(nèi)44和144的壓縮。通過(guò)使用輸入可以控制活塞總成200和250，特別是在每次行程的接近進(jìn)程末端，活塞上止點(diǎn)位置，從而控制壓縮率。而且，由于引起燃燒所需的壓縮率可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況改變，因此改變壓縮率的能力使得HCCI燃燒更加可行。因?yàn)楸仨毦_地同步和控制力的平衡，電子控制器35監(jiān)控并開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)組件，其對(duì)有效的和持續(xù)不變的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)很重要。
發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟之前，液壓系統(tǒng)329的高壓油箱338在相對(duì)高壓下保留液壓流體，其可以是例如34.5和41.5MPa(5000和6000磅每平方英寸，psi)。
液壓系統(tǒng)329的低壓油箱330在相對(duì)低壓下保留液壓流體，其可以是例如0.345和0.415MPa(50和60psi)。
在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟過(guò)程的開(kāi)始，電子控制器35給開(kāi)啟和控制閥379上電，在向內(nèi)泵體室口382開(kāi)口的高壓口380和在向外泵體室口383開(kāi)口的低壓口381的第一閥位置，以及在向外泵體室口383開(kāi)口的高壓口380和在向內(nèi)泵體室口382開(kāi)口的低壓口381的第二閥位置之間交互。
在控制閥379的第一個(gè)閥的位置，高壓油箱338的流體將被推入內(nèi)泵室306，因而其導(dǎo)致內(nèi)柱塞242的推桿240和全部的內(nèi)活塞總成200開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)(如多個(gè)圖中所示)。這將導(dǎo)致內(nèi)連接泵室308內(nèi)的流體被推進(jìn)以穿過(guò)第一和第二交叉連接通道322和323，以及第一和第二外連接泵室316和320。這將依次導(dǎo)致第一和第二拉桿293和294的第一和第二外柱塞295和296，以及全部的內(nèi)活塞總成250開(kāi)始向左移動(dòng)(如多個(gè)圖中所示)。當(dāng)外活塞總成250向左移動(dòng)時(shí)，從第一和第二外泵室314和318將穿過(guò)控制閥379被推入低壓油箱330。
兩個(gè)活塞總成200和250的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致第一外活塞252和第一內(nèi)活塞202同時(shí)朝向它們?cè)诘谝话l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)的下止點(diǎn)位置分離移動(dòng)，而第二外活塞275和第二內(nèi)活塞220將與另一個(gè)同時(shí)朝向它們?cè)诘诙l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)的上止點(diǎn)移動(dòng)?；钊偝?00和250沿一個(gè)單一的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)往復(fù)移動(dòng)。單一的運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)穿過(guò)兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144的中心延伸，其由顯示于圖10和圖11的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144的兩個(gè)箭頭表示。
在控制閥379的第二個(gè)閥的位置，高壓油箱338的流體將被推入第一和第二外泵室314和318，導(dǎo)致第一和第二拉桿293和294的第一和第二外柱塞295和296，以及全部外活塞總成250分別開(kāi)始向右移動(dòng)。這將導(dǎo)致第一和第二外連接泵室316和320的流體將穿過(guò)第一和第二交叉連接通道322和323被推入內(nèi)連接泵室308。這將依次導(dǎo)致推桿240的內(nèi)柱塞242，以及全部?jī)?nèi)活塞總成200將開(kāi)始向左移動(dòng)。當(dāng)內(nèi)活塞總成200向左移動(dòng)時(shí)，內(nèi)泵室306的流體將穿過(guò)控制閥379被推入低壓油箱330。
兩個(gè)活塞總成200和250的相對(duì)移動(dòng)將導(dǎo)致第一外活塞252和第一內(nèi)活塞202同時(shí)朝向它們?cè)诘谝话l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44內(nèi)的上止點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)，而第二外活塞275和第二內(nèi)活塞220將與另一個(gè)同時(shí)朝向它們?cè)诘诙l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144內(nèi)的上止點(diǎn)分離移動(dòng)。
通過(guò)在上述開(kāi)啟和控制閥379的三個(gè)閥位置之間精確和迅速地轉(zhuǎn)換，可以使得活塞總成200和250用以導(dǎo)致第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的壓縮和導(dǎo)致第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的壓縮之間的交替地轉(zhuǎn)換。電子控制器35通過(guò)檢測(cè)位置傳感器288和395來(lái)確定活塞總成200和250的位置和速度。然后為了引起發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144所需要的壓縮率的量，控制器35使用位置和速度信息來(lái)確定開(kāi)啟和控制閥379轉(zhuǎn)換的合適時(shí)機(jī)。
從上述討論中可以看出，上述開(kāi)啟和控制閥379在發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)控制活塞總成200和250的移動(dòng)，其將引起發(fā)動(dòng)機(jī)總成200和250以發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的方式移動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)10作為兩個(gè)行程發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，而不需任何單獨(dú)的閥系統(tǒng)以開(kāi)放和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144的進(jìn)氣和排氣口。因此，燃料/空氣混合物的壓縮，包括點(diǎn)火的燃燒，包括進(jìn)氣和排氣的氣體交換越過(guò)活塞的兩次行程完成。上述安排使得移動(dòng)部分最小化，也使得發(fā)動(dòng)機(jī)10的全部包裝尺寸最小化。
內(nèi)活塞總成200的移動(dòng)導(dǎo)致內(nèi)活塞202和220可選擇地阻塞并分別開(kāi)放排氣口46和146朝向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144。外活塞總成250的移動(dòng)導(dǎo)致外活塞252和275可選擇地阻塞并分別開(kāi)放進(jìn)氣口56和156朝向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144，也導(dǎo)致活塞橋264和282裝滿(mǎn)進(jìn)入的空氣。外活塞總成250的移動(dòng)還導(dǎo)致外活塞252和275可選擇地阻塞并分別暴露噴油嘴34和134朝向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144。因而，由開(kāi)啟和控制閥379引起的內(nèi)、外活塞總成200和250的運(yùn)動(dòng)提供了發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44和144內(nèi)充量空氣所需要的移動(dòng)，允許供應(yīng)燃料進(jìn)入氣缸以混合充量空氣，并提供足以產(chǎn)生燃燒的壓縮。
在正常運(yùn)行情況下的燃燒過(guò)程最好是均勻的充量，壓縮點(diǎn)火(HCCI)類(lèi)型，其充分利用上述發(fā)動(dòng)機(jī)10可變的壓縮率性能實(shí)現(xiàn)燃燒的高效率。該HCCI過(guò)程使用均勻的空氣/燃料充量混合物，其由于高壓縮率而自動(dòng)點(diǎn)火；即每個(gè)混合的燃料/空氣充量都是加熱到自動(dòng)點(diǎn)火(也稱(chēng)為自燃)點(diǎn)的壓縮。隨著由HCCI過(guò)程導(dǎo)致的自動(dòng)點(diǎn)火，遍及燃料/空氣混合物的無(wú)數(shù)點(diǎn)火點(diǎn)確保迅速燃燒，因?yàn)椴恍杌鹧鎮(zhèn)鞑?，故其考慮到使用低等同比(實(shí)際燃料—空氣比與計(jì)量比的比)。上述結(jié)果增加熱量效率而減少最高的氣缸溫度，相對(duì)于更加傳統(tǒng)的類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)，氮氧化物的形成顯著地減少。盡管如果需要的話(huà)，可以在每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中使用火花塞，其中發(fā)動(dòng)機(jī)象火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)一樣操作。
下面對(duì)在正常的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的進(jìn)氣，壓縮，燃燒和排氣事件進(jìn)行更加具體的說(shuō)明，其同樣應(yīng)用于第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144。第一外活塞252的移動(dòng)充入空氣，并確定進(jìn)氣口56和第一噴油嘴34向第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44開(kāi)啟的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間。當(dāng)?shù)谝煌饣钊?52朝向其上止點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)，第一掃氣泵74的主泵室78的體積增加，導(dǎo)致空氣被穿過(guò)入口簧片閥94吸入。
在上止點(diǎn)中心之后，典型的在燃燒事件之后，第一外活塞252的移動(dòng)減少了主泵室78的體積，導(dǎo)致空氣穿過(guò)出口簧片閥95被壓縮并通過(guò)出口簧片閥78推出，進(jìn)入進(jìn)氣通道93和72以及進(jìn)氣溝道31。當(dāng)?shù)谝煌饣钊?52繼續(xù)朝向其下止點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)，其將暴露進(jìn)氣口56，使得壓縮空氣從進(jìn)氣溝道31流入第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44。此時(shí)，第一噴油嘴34也暴露于第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44?？刂破?5將激活第一噴油嘴34，導(dǎo)致燃料被噴入引入空氣充量。為了確定噴油嘴激活的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間，控制器35使用外活塞位置傳感器291，以及燃料壓力傳感器41。
在到達(dá)下止點(diǎn)之后，第一外活塞252又朝上止點(diǎn)位置移動(dòng)。在上述移動(dòng)中，第一外活塞252將關(guān)閉第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的進(jìn)氣口56和噴油嘴孔54。當(dāng)?shù)谝煌饣钊?52繼續(xù)朝上止點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)壓縮空氣/燃料充量。應(yīng)當(dāng)知道第一噴油嘴34直接噴入第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44，但是由于當(dāng)活塞252在或臨近上止點(diǎn)時(shí)被第一外活塞252封閉，其不直接暴露燃燒。
第一內(nèi)活塞202的移動(dòng)確定排氣口46朝第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44開(kāi)放的時(shí)機(jī)和持續(xù)時(shí)間。當(dāng)?shù)谝粌?nèi)活塞202遠(yuǎn)離上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，典型的在燃燒事件發(fā)生后，活塞202將移動(dòng)越過(guò)排氣口46，允許廢氣流過(guò)排氣口46。廢氣將流過(guò)第一排氣葉輪20并穿過(guò)其余排氣系統(tǒng)(圖中未示)流出。在下止點(diǎn)之后，第一內(nèi)活塞202朝上止點(diǎn)移動(dòng)，且該行程穿過(guò)路徑的一部分將封閉排氣口46，有效地關(guān)閉它們。任何在此時(shí)流過(guò)排氣口46的廢氣將再下一個(gè)燃燒期間作為內(nèi)部廢氣再循環(huán)(EGR)保持在氣缸44中。當(dāng)?shù)谝粌?nèi)活塞202繼續(xù)朝上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，壓縮空氣/燃料充量。
在第一內(nèi)活塞202往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別在冷卻孔212和213內(nèi)的鈉化合物21和217來(lái)回飛濺。由于這是暴露于燃燒的表面，并且也接近排氣口46，所以熱量在第一內(nèi)活塞202在或鄰近頭210處顯著增加。因此，鈉化合物215和217移近頭210時(shí)將試圖吸收熱量，而其在向底211移動(dòng)時(shí)將試圖散發(fā)熱量。上述熱量的重新分配將促進(jìn)向環(huán)204，206和208熱傳送，也將更均等的熱量穿過(guò)所有三個(gè)活塞環(huán)204，206和208向第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44壁傳送。
因?yàn)榈诙l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144的運(yùn)行與第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸相反，第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸44的燃燒時(shí)間將導(dǎo)致第一內(nèi)、外活塞202和252被推動(dòng)分離，而第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸144將導(dǎo)致第一內(nèi)、外活塞202和252朝向另一個(gè)移動(dòng)，導(dǎo)致第一氣缸44內(nèi)的壓縮，因而繼續(xù)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行循環(huán)持續(xù)。然后，發(fā)動(dòng)機(jī)10的自主持續(xù)運(yùn)行由每個(gè)燃燒時(shí)間之前，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)10當(dāng)時(shí)的各種運(yùn)行情況，控制噴油嘴來(lái)維持。噴油嘴控制可用于控制活塞行程的長(zhǎng)度，其必須足以獲得燃燒所需的壓縮率，而避免活塞擋圈的碰撞。當(dāng)然，為了允許瞬時(shí)情況，偶然不燃燒時(shí)間，系統(tǒng)不平衡和其他因素，有時(shí)可以使用開(kāi)啟和控制閥379，以結(jié)合燃料控制來(lái)糾正活塞運(yùn)動(dòng)。為了避免浪費(fèi)的燃燒能量改變活塞總成200和250的運(yùn)動(dòng)方向，其包括不僅確保為達(dá)到給定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況的合適的壓縮率，也確保在上止點(diǎn)或之后發(fā)生自動(dòng)點(diǎn)火。
在正常發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)燃燒事件導(dǎo)致活塞總成200和250互換時(shí)，推桿240和拉桿293和294將在柱塞242，295和296各自的孔304，310和312被往復(fù)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)活塞總成200向右移動(dòng)時(shí)，如圖中所示，內(nèi)柱塞的移動(dòng)將導(dǎo)致低壓止回閥360的內(nèi)組開(kāi)放，允許流體從低壓軌356被汲取入內(nèi)泵室306。從低壓油箱330中補(bǔ)充離開(kāi)低壓軌356的流體。維持在低壓軌356內(nèi)的流體數(shù)量和低壓油箱330重新填充低壓軌356的能力必須足以保持流體流過(guò)低壓止回閥組。否則可能發(fā)生氣穴現(xiàn)象的問(wèn)題。
同時(shí)，外活塞總成250向左移動(dòng)，外柱塞295和296導(dǎo)致在第一和第二外泵室314和318中的流體穿過(guò)第一和第二外高壓止回閥371和372被抽入高壓軌368。其將流體置換入高壓油箱338。然后，在高壓油箱338的壓力下的流體也可用作發(fā)動(dòng)機(jī)，以及其他組件和系統(tǒng)運(yùn)行的儲(chǔ)備能源。
因?yàn)榭捎玫囊簤毫黧w能量是液壓流體流動(dòng)的壓力水平和數(shù)量的函數(shù)，因此，在初始時(shí)確定了發(fā)動(dòng)機(jī)大小時(shí)，可以在判定活塞行程，活塞頻率和/或液壓流體柱塞的大小時(shí)使用所需的能量輸出。對(duì)于活塞頻率，一般來(lái)說(shuō)，移動(dòng)活塞總成的質(zhì)量越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳運(yùn)行頻率越低。
在導(dǎo)致內(nèi)活塞總成200朝右移動(dòng)的活塞行程中，內(nèi)柱塞242從內(nèi)連接泵室306中將流體抽入兩個(gè)外交換泵室316和320。如上面討論的，這使得上述兩個(gè)活塞總成200和250維持與對(duì)方反向的運(yùn)動(dòng)。如果位置傳感器288和395探測(cè)到兩個(gè)活塞總成200和250漂移出中心，則可以激活一個(gè)交換調(diào)節(jié)閥328和336以改正偏移量。
在隨后的發(fā)動(dòng)機(jī)行程中，內(nèi)活塞總成200向左移動(dòng)，由內(nèi)柱塞242產(chǎn)生的液壓將開(kāi)放內(nèi)高壓止回閥370，促使流體向高壓軌368和高壓油箱338流動(dòng)。外活塞總成250同時(shí)向右移動(dòng)，外柱塞295和296導(dǎo)致將流體從低壓軌356汲取出第一和第二外低壓止回閥組362和363。在該發(fā)動(dòng)機(jī)行程中，外柱塞295和296還將流體從外連接泵室316和320抽入內(nèi)連接泵室306。
因而，由于內(nèi)活塞總成200和外活塞總成250總是朝對(duì)方反向移動(dòng)，因此內(nèi)柱塞242總是朝兩個(gè)外柱塞295和296反向移動(dòng)，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的行程僅提供給任一內(nèi)柱塞242或外柱塞295和296以將流體抽吸入高壓油箱338。每種情形的反向行程方向?qū)⒃诮粨Q系統(tǒng)周?chē)槲黧w。
另一方面，如果要得到使內(nèi)和外柱塞242，295和296從兩個(gè)方向高壓油箱的抽吸作用，應(yīng)該使用不同類(lèi)型的連接系統(tǒng)。
除了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部子系統(tǒng)的運(yùn)行，當(dāng)然，由于需要維持發(fā)動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行，外部系統(tǒng)還將在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)起作用。因此，為了確保發(fā)動(dòng)機(jī)組件不會(huì)過(guò)熱，冷卻系統(tǒng)將穿過(guò)需要的冷卻劑通道28，50，66，128，150，166和352吸入冷卻劑。燃料系統(tǒng)39還將在所需的壓力下存儲(chǔ)和向噴油嘴34和134提供燃料。電力系統(tǒng)將為控制器35，傳感器和其他要求電力來(lái)運(yùn)行的組件提供電力。油料供應(yīng)系統(tǒng)將向發(fā)動(dòng)機(jī)提供需要的潤(rùn)滑油，來(lái)為確定組件的提供潤(rùn)滑。而且，進(jìn)氣系統(tǒng)將在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)向其他進(jìn)氣口92和192提供需要的空氣。
盡管披露了為能量存儲(chǔ)媒質(zhì)和控制閥使用的流體是液壓油，如果需要的話(huà)，其他合適的流體也可以使用。例如，該流體可以是氣體，加上油箱用的風(fēng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)。該流體可以是液態(tài)或氣態(tài)的制冷劑。在上述實(shí)施例中，因?yàn)榱黧w不再是液體(一般來(lái)說(shuō)不可壓縮)，所以確保兩個(gè)活塞總成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所用的連接系統(tǒng)也要改變。然而，OPOC自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是使用HCCI燃燒的結(jié)構(gòu)的這類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然可以用于產(chǎn)生存儲(chǔ)于流體能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量。
此外，盡管在此詳細(xì)討論的OPOC自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施例使用潤(rùn)滑油作為能量存儲(chǔ)和控制媒質(zhì)，OPOC自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)可以使用線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和產(chǎn)生電能。液壓泵體總成可以代替線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)總成，其中拉、推桿形成部分線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)的組件?；钊?氣缸總成包括掃氣室，其可操作地從燃燒事件產(chǎn)生能量以驅(qū)動(dòng)線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)。所以需要的大量交換空氣的HCCI燃燒仍然能夠用于連接線(xiàn)性交流發(fā)電機(jī)的OPOC自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，是使活塞動(dòng)力密度最大化的優(yōu)選方案。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道盡管本發(fā)明由上述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描述，其不限于揭露的實(shí)施例，可以構(gòu)造上述被揭露的實(shí)施例或其他實(shí)施例的改變，而不背離本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.用于發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的圓柱燃燒缸的活塞總成(200)，其中燃燒缸以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心，上述活塞總成(200)包括具有頂部(210；222)、相對(duì)的底部(211；223)和在其之間延伸柱形側(cè)壁的主體，適合的頂部(210；222)基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，而適合的柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，其特征是上述主體包括至少一個(gè)從鄰近頂部(210；222)位置延伸至鄰近底部(211；223)位置的冷卻孔(212，213；230，231)，液體鈉化合物(215；217)包含于其中并至少充滿(mǎn)每個(gè)冷卻孔(212，213；230，231)的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞總成，其特征是主體有互相間隔的多個(gè)第一冷卻孔(212，213；230，231)，每個(gè)冷卻孔(212，213；230，231)從鄰近頂部(210；222)位置延伸至鄰近底部(211；223)位置，并且至少部分充滿(mǎn)液體鈉化合物(215；217)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞總成，其特征是每個(gè)冷卻孔(212；230)與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)基本平行地延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活塞總成，其特征是每個(gè)冷卻孔(213；231)從鄰近底部(211，223)的第一端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸至鄰近頂部(210，222)的第二端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活塞總成，其特征是活塞總成進(jìn)一步包括主體中的多個(gè)第二冷卻孔(213；231)，其中每個(gè)都部分填充液體鈉化合物(217)，第二冷卻孔(213；231)可以與多個(gè)第一冷卻孔(212；230)交錯(cuò)，可以從鄰近底部的第一端部以基本徑向向內(nèi)的角度延伸至鄰近頂部的第二端部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的活塞總成，其特征是活塞總成進(jìn)一步包括沿柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近頂部(210；222)的第一圓形活塞環(huán)(204；224)，沿柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近底部(211；223)的第二圓形活塞環(huán)(206；226)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的活塞總成，其特征是活塞總成進(jìn)一步包括沿位于第一活塞環(huán)(204；224)和第二活塞環(huán)(206；226)之間的并與它們隔開(kāi)的柱形側(cè)壁延伸第三圓形活塞環(huán)(208；228)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的活塞總成，其特征是活塞總成進(jìn)一步包括具有固定于主體的第一部分和間隔開(kāi)的、接合自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)(10)的能量產(chǎn)生和控制總成(12)的第二部分(242)的桿(240)。
9.一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是發(fā)動(dòng)機(jī)(10)包括具有第一側(cè)和與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的能量產(chǎn)生和控制總成(12)，第一燃燒缸總成(14)位于鄰近能量產(chǎn)生和控制總成的第一側(cè)，包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第一發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(44)的第一氣缸套(42)，第二燃燒缸總成(16)位于鄰近能量產(chǎn)生和控制總成的第二側(cè)，包括確定以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心的第二發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(144)的第二氣缸套(142)，內(nèi)活塞總成(200)具有帶第一頭部(210)的第一主體的第一內(nèi)活塞(202)，相對(duì)的第一底部(211)和在其之間延伸的第一柱形側(cè)壁，第一頂部(210)基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，第一柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，第二內(nèi)活塞(220)具有帶第二頂部(222)，相對(duì)的第二底部(223)和在其之間延伸的第二柱形側(cè)壁的第二主體，第二頂部(222)基本與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)相垂直，第二柱形側(cè)壁基本以運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)為中心并沿運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)的方向延伸，推桿(240)具有固定于第一內(nèi)活塞(202)的第一端部，固定于第二內(nèi)活塞(222)的第二端部和可操作地接合能量產(chǎn)生和控制總成(12)的中間部分(242)，其中第一主體包括包含于其中并基本從鄰近第一頂部(210)延伸至鄰近第一底部(211)的至少一個(gè)冷卻孔(212，213)，第二主體包括基本從鄰近第二頂部(222)延伸至鄰近第二底部(223)的至少一個(gè)冷卻孔(230，231)，液體鈉化合物(215，217)包含于其中并至少充滿(mǎn)第一和第二主體中的每個(gè)冷卻孔(212，213；230，231)的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在第一主體中有多個(gè)互相間隔的第一冷卻孔(212，213)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是在第二主體中有多個(gè)互相間隔的第一冷卻孔(230，231)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是每個(gè)第一冷卻孔(212，230)與運(yùn)動(dòng)軸線(xiàn)基本平行的延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是第一和第二主體中的至少一個(gè)進(jìn)一步包括與多個(gè)第一冷卻孔交錯(cuò)多個(gè)第二冷卻孔(213，231)，多個(gè)第二冷卻孔(213；231)從鄰近各自底部(211，223)的第一端部至鄰近頂部的第二端部(210；222)以基本徑向向內(nèi)的角度延伸，并至少部分充滿(mǎn)液體鈉化合物(215，217)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括沿第一柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近第一頂部(210；222)的第一圓形活塞環(huán)(204；224)，沿第一柱形側(cè)壁基本平行地延伸并鄰近底部(211；223)的第二圓形活塞環(huán)(206；226)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步包括沿位于第一柱形側(cè)壁延伸的第三圓形活塞環(huán)(208；228)，第三活塞環(huán)(208；228)位于第一氣缸環(huán)(204；224)和第二氣缸環(huán)(206；226)之間并與它們隔開(kāi)。
全文摘要
自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由一對(duì)位于流體泵總成相對(duì)端的對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸構(gòu)成。至少一個(gè)活塞(202，220)包括一個(gè)或多個(gè)基本軸向延伸的部分填充鈉化合物(215，217)的孔(212，213；230，231)。在每個(gè)活塞(202，220)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鈉(215，217)在每個(gè)冷卻孔(212，213；230，231)內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，因此更好地分配活塞(202，220)的熱量。
文檔編號(hào)F02B71/04GK1957163SQ200580016691
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者彼得·霍夫鮑爾, 艾德瑞安·圖斯內(nèi)安 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司