專利名稱：自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機領(lǐng)域。
技術(shù)背景眾所周知，往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)動機已經(jīng)擁有一百多年的歷史，是一種非常成功 的熱功轉(zhuǎn)換機械。但目前人類所遇到的能源環(huán)境問題，對熱功轉(zhuǎn)換機械提出了 更高的要求。為此，往復(fù)式內(nèi)燃機就顯得體積大、重量大、效率低、低排放性 差。近些年來，人們開始特別注重自由活塞式發(fā)動機的研究和開發(fā)。與往復(fù)式 活塞發(fā)動機相比，自由活塞式發(fā)動機具有效率高、排放性好，體積小、重量輕 等優(yōu)點。但是，自由活塞發(fā)動機的行程和壓縮比的控制一直沒有得到解決，也 已成為自由活塞發(fā)動機商業(yè)化應(yīng)用的巨大障礙。為此需要發(fā)明一種排放量(行程)和幾何壓縮比可控可調(diào)的新型自由活塞 發(fā)動機，以提高自由活塞發(fā)動機的效率、低排放性和適用性。發(fā)明內(nèi)容傳統(tǒng)往復(fù)式發(fā)動機的最大缺陷是在爆炸沖程上止點，活塞對曲軸沒有力 矩，而且在相當(dāng)轉(zhuǎn)角內(nèi)力矩也較小，因而使氣缸內(nèi)的高溫高壓氣體維持時間過 長導(dǎo)致熱量損失大，氮氧化物形成多，效率低，排放差。而自由活塞式發(fā)動機 則不然，活塞在爆炸沖程開始時就具有很大的力矩，燃燒室內(nèi)氣體膨脹快，熱 量損失小，氮氧化物形成少，效率高，排放好。但是，自由活塞發(fā)動機的行程 和壓縮比的控制是十分困難的， 一直是自由活塞發(fā)動機商業(yè)化應(yīng)用的巨大障 礙。無論何種內(nèi)燃發(fā)動機都是一種熱功轉(zhuǎn)換機械。其效率的核心是氣缸內(nèi)燃燒 后的溫度和壓力，即燃燒后的工況。燃燒后的工況決定發(fā)動機的熱效率，而燃 燒后的工況基本上是由燃燒前的工況和空燃比決定的。所以燃燒前氣缸內(nèi)的壓 力、溫度和空燃比基本上決定了發(fā)動機的熱效率，而空氣的量決定發(fā)動機可能 實現(xiàn)的功率。原則上講，燃燒后的溫度越高壓力也就越大,效率也就越高。在考慮爆燃、材料的強度和材料的熱負(fù)荷等實際因素的前提下， 一種燃料只有一個 最佳工況，即一個最佳溫度值、最佳壓力值和最佳空燃比值，而且溫度、壓力 和空燃比中任何一個參數(shù)偏離此最佳值都會嚴(yán)重影響發(fā)動機的效率。由于發(fā)動 機的配氣機構(gòu)的節(jié)流效應(yīng)很大，所以當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變化時，單一吸氣沖 程吸入氣缸內(nèi)的空氣的量是不同的，由于傳統(tǒng)發(fā)動機的幾何壓縮比是定值，故 壓縮沖程完了時氣缸內(nèi)的溫度和壓力也是不同的。在柴油發(fā)動機中，因沒有節(jié) 氣門，轉(zhuǎn)速越低吸入的空氣越多，壓縮后的溫度和壓力也越高。而轉(zhuǎn)速低往往 是負(fù)荷小的時候，所以只能向氣缸內(nèi)噴入少量燃油，致使空燃比大幅度偏離最 佳值進而嚴(yán)重影響發(fā)動機的熱效率，而且由于大量剩余氧氣的存在導(dǎo)致大量氮 氧化物的生成污染環(huán)境。在汽油發(fā)動機中，由于考慮到汽油點燃的問題不得不 設(shè)置節(jié)氣門，使發(fā)動機在低速吋進氣量減少以使在噴入少量燃油時仍可點燃發(fā) 動機。然而，這導(dǎo)致汽油機在低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷時壓縮沖程完了吋的工況嚴(yán)重偏離 最佳值，發(fā)動機的效率也因此而大幅度下降。由此可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化時， 傳統(tǒng)發(fā)動機的工況和空燃比都會大幅度偏離最佳值，從而導(dǎo)致發(fā)動機的效率嚴(yán) 重下降，排放嚴(yán)重惡化。當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化時，如都能保持發(fā)動機的 最佳工況和最佳空燃比，則將大幅度提高發(fā)動機的效率和環(huán)保性。為實現(xiàn)這一 目的，必須使發(fā)動機氣缸的幾何壓縮比和排氣量同時可調(diào)。本發(fā)明的目的就是要公開一種排氣量(行程)和幾何壓縮比可控可調(diào)的新 型自由活塞發(fā)動機，可根據(jù)燃料不同和負(fù)荷變化調(diào)整排氣量(行程)和壓縮比， 即自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，以提高發(fā)動機的效率、低排放性和適用性。該 目的是這樣實現(xiàn)的一種自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，包括氣缸和自由活塞，分別在共軸線 設(shè)置的所述氣缸中設(shè)置所述自由活塞，所述自由活塞的背部經(jīng)連接件連接，在 所述共軸線設(shè)置的所述氣缸之間、所述氣缸的各自連接件之間、所述氣缸的各 自固定件之間或所述氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式距離控制裝置，在所述 自由活塞、所述自由活塞的各自連接件、所述自由活塞的各自固定件或所述自 由活塞的各自隨動件和與所述自由活塞相配裝的所述氣缸、所述氣缸的各自連 接件、所述氣缸的各自固定件或所述氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式行程控制裝置。所述可調(diào)式距離控制裝置設(shè)為機械可調(diào)式距離控制裝置，所述機械可調(diào)式 距離控制裝置設(shè)為由受控絲杠構(gòu)成的絲杠可調(diào)式距離控制裝置，或設(shè)為由受控 偏心軸構(gòu)成的偏心軸可調(diào)式距離控制裝置，或設(shè)為由受控凸輪構(gòu)成的凸輪可調(diào) 式距離控制裝置。通過所述受控絲杠、所述受控偏心軸和/或受控凸輪的轉(zhuǎn)動 實現(xiàn)兩氣缸間的距離的調(diào)整。所述可調(diào)式行程控制裝置設(shè)為機械可調(diào)式行程控制裝置，所述機械可調(diào)式行程控制裝置設(shè)為由連桿A、連桿B和受控端部銷軸構(gòu)成的二連桿可調(diào)式行程 控制裝置，或設(shè)為由所述連桿A、所述連桿B、連桿C和所述受控端部銷軸構(gòu) 成的三連桿可調(diào)式行程控制裝置。所述可調(diào)式距離控制裝置設(shè)為液壓可調(diào)式距離控制裝置，所述液壓可調(diào)式 距離控制裝置設(shè)為由液壓缸構(gòu)成的液壓缸可調(diào)式距離控制裝置。所述可調(diào)式行程控制裝置設(shè)為液壓可調(diào)式行程控制裝置，所述液壓可調(diào)式 行程控制裝置設(shè)為由端部銷軸、所述連桿A和液壓缸連桿A構(gòu)成的單液壓缸二 連桿可調(diào)式行程控制裝置，或設(shè)為由端部銷軸、所述液壓缸連桿A和液壓缸連 桿B構(gòu)成的雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置，或設(shè)為由端部銷軸、所述液 壓缸連桿A所述連桿A、和所述連桿B構(gòu)成的單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制 裝置，或設(shè)為由端部銷軸、所述液壓缸連桿A、所述連桿A和液壓缸連桿B構(gòu) 成的雙液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置。所述絲杠可調(diào)式距離控制裝置、所述偏心軸可調(diào)式距離控制裝置和所述凸 輪可調(diào)式距離控制裝置的控制動力設(shè)為液壓式或電動式。所述受控端部銷軸設(shè)為平移式受控端部銷軸或設(shè)為偏心軸式受控端部銷 軸，所述受控端部銷軸的控制動力設(shè)為液壓式或電動式。在所述二連桿可調(diào)式行程控制裝置，所述三連桿可調(diào)式行程控制裝置，所 述單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置，所述雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制 裝置，所述單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置和所述雙液壓缸三連桿可調(diào)式 行程控制裝置的所述連桿系統(tǒng)的連桿自由端或自由銷軸上設(shè)置銷軸彈簧，慣量 體，滑動慣量體，轉(zhuǎn)動慣量體和/或慣量體車，所述滑動慣量體與所述連桿系6統(tǒng)的連桿的固定端和/或自由端之間設(shè)置滑動慣量體調(diào)整彈簧，所述轉(zhuǎn)動慣量 體經(jīng)轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧與鄰近的連桿連接，所述慣量體車經(jīng)蓄能彈簧與車載 慣量體連接。所述可調(diào)式行程控制裝置部分或全部設(shè)置在真空箱體內(nèi)。本發(fā)明所公開的自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，通過在所述共軸線設(shè)置的所 述氣缸之間、所述氣缸的各自連接件之間、所述氣缸的各自固定件之間或所述 氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式距離控制裝置的結(jié)構(gòu)，使兩個氣缸間的距離實現(xiàn)可調(diào)；并通過在所述自由活塞、所述自由活塞的各自連接件、所述自由活 塞的各自固定件或所述自由活塞的各自隨動件和所述氣缸、所述氣缸的各自連 接件、所述氣缸的各自固定件或所述氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式行程控 制裝置的方式，使自由活塞的行程實現(xiàn)可調(diào)。從而實現(xiàn)所述自由活塞發(fā)動機氣 缸的幾何壓縮比和排氣量同時可調(diào)。距離控制裝置和行程控制裝置可設(shè)為多種 形式，如機械式、液壓式和電磁式。但機械式和液壓式應(yīng)更為簡捷有效。機械 可調(diào)式距離控制裝置、液壓可調(diào)式距離控制裝置、機械可調(diào)式行程控制裝置和 液壓可調(diào)式行程控制裝置可以設(shè)為許多種形式，也有許多種實現(xiàn)方式。在機械式可調(diào)行程控制裝置中，當(dāng)所述連桿系統(tǒng)的自由端處于共線點時， 所述自由活塞開始反向運動，此時所述連桿系統(tǒng)的自由端必須盡快離開共線 點，否則所述連桿系統(tǒng)將影響所述自由活塞離開上下止點的運動，影響所述自 由活塞式發(fā)動機在爆炸沖程開始時的對外輸出力矩，進而導(dǎo)致所述自由活塞式 負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機的效率下降。所謂共線點就是當(dāng)連桿系統(tǒng)的所有銷軸都處于同 一直線上吋，自由銷軸所處的點的位置。為了實現(xiàn)連桿系統(tǒng)的自由端能夠快速地離開共線點，本發(fā)明在連桿系統(tǒng)中 設(shè)置了各類慣量體。當(dāng)連桿系統(tǒng)的兩個端部向各自遠離的相反方向運動時，由 于二連桿、三連桿和多連桿系統(tǒng)中的自由部分存在慣量以及本發(fā)明中的各類慣 量體的設(shè)置，連桿系統(tǒng)的兩端將受到相反方向的拉力。同理，當(dāng)連桿系統(tǒng)的兩 個端部向各自靠近的相反方向運動時，由于二連桿、三連桿和多連桿系統(tǒng)中的 自由部分存在慣量以及本發(fā)明中的各類慣量體的設(shè)置，連桿系統(tǒng)的兩端將受到 相反方向的拉力。因此，自由端存在慣量的連桿系統(tǒng)可以控制連桿系統(tǒng)兩個端 部的運動，使兩個端部的運動更平穩(wěn)，即可以使所述自由活塞的運動更平穩(wěn)。調(diào)整連桿的長度或調(diào)整連桿系統(tǒng)端部的連接位置，便可調(diào)整自由活塞的行程。 換言之，本發(fā)明中的連桿系統(tǒng)及其連接結(jié)構(gòu)不但可以使所述自由活塞式負(fù)荷響 應(yīng)發(fā)動機的行程和幾何壓縮比可控可調(diào)，還可以使發(fā)動機運行更平穩(wěn)。所述三連桿結(jié)構(gòu)比所述二連桿結(jié)構(gòu)能使處于共線點的所述連桿系統(tǒng)的自 由端更快地離開共線點，但所述三連桿結(jié)構(gòu)比所述二連桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本 也高。無論在二沖程還是在四沖程所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機， 一個所述 自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機可以設(shè)置多個所述連桿系統(tǒng)，以滿足控制各個自由 活塞的需要。所述銷軸彈簧、所述慣量調(diào)整彈簧、所述慣量體、所述滑動慣量 體、所述滑動慣量體彈簧、所述轉(zhuǎn)動慣量體、所述轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧、所述 慣量車、所述經(jīng)蓄能彈簧和所述車載慣量體，可據(jù)情況設(shè)置一個或多個，也可 根據(jù)情況單獨使用或同時使用。所述銷軸彈簧就是設(shè)置在銷軸上的彈簧，它的設(shè)置會使連桿系統(tǒng)運行更加 平穩(wěn)，也會使所述自由銷軸可更快速地離開與端部銷軸的共線點，從而所述自 由活塞在爆炸沖程開始時對外的力矩更大，提高發(fā)動機的效率。所述慣量體就是具有一定慣量的物體，所述慣量體也可以設(shè)置在連桿的自 由端上，從而實現(xiàn)所述自由活塞發(fā)動機氣缸的幾何壓縮比和排氣量同時可調(diào)， 通過調(diào)整所述慣量體的質(zhì)量，會使連桿系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)。所述滑動慣量體調(diào)整彈簧是設(shè)置在連桿上的彈簧，滑動慣量體調(diào)整彈簧的 一端與連桿的固定端，也可與連桿的自由端連接，只要所述滑動慣量體調(diào)整彈 簧的作用是將所述滑動慣量體向連桿的固定端方向移動即可，所述滑動慣量體 調(diào)整彈簧的另一端作用于所述滑動慣量體，并使所述滑動慣量體具有遠離連桿 自由端的趨勢。由于慣性力的作用，這一結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在遠離共線點 時具有較大慣量，在共線點附近具有較小慣量。為此，會使所述連桿自由端可 更快速地離開共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開始時對外的力矩更大， 提高發(fā)動機的效率。所述轉(zhuǎn)動慣量體是設(shè)置在連桿自由端上或所述自由銷軸上的可以轉(zhuǎn)動的 偏心慣量體。所述轉(zhuǎn)動慣量體與所述轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧連接。由于慣性力的 作用，這一結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在處于共線點時，受到所述轉(zhuǎn)動慣量體經(jīng)所述轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧的間接作用獲得繼續(xù)向前的推力。為此，會使所述連桿 自由端可更快速地離開共線點，從而所述啟由活塞在爆炸沖程開始時對外的力 矩更大，提高發(fā)動機的效率。所述慣量體車是設(shè)置在連桿自由端上或所述自由銷軸上的慣量體裝載件。 所述慣量體車上設(shè)有所述蓄能彈簧，所述蓄能彈簧的一端與所述慣量體車連 接，所述蓄能彈簧的另一端與所述車載慣量體連接。由于慣性力的作用，這一 結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在處于共線點時，受到所述車載慣量體經(jīng)所述蓄能彈簧 的間接作用獲得繼續(xù)向前的推力。為此，會使所述連桿自由端可更快速地離開 共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開始時對外的力矩更大，提高發(fā)動機的 效率。所述可調(diào)式行程控制裝置部分或全部設(shè)置在真空箱體內(nèi)，由于在所述自由 活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機運行時，所述連桿系統(tǒng)的自由端會高速運動，通過真空 箱體的設(shè)置可以減少所述連桿系統(tǒng)的自由端高速運動的阻力，提高發(fā)動機的效率。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可控可調(diào)自由活塞發(fā)動機的排放量(行程)和幾何 壓縮比，使得自由活塞發(fā)動機的商業(yè)化發(fā)展成為可能；2、 本發(fā)明可大幅度提高發(fā)動機的效率和環(huán)保性。


圖1是自由活塞式負(fù)荷相應(yīng)發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是自由活塞式負(fù)荷相應(yīng)發(fā)動機的另一結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是絲杠可調(diào)式距離控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是偏心軸可調(diào)式距離控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是凸輪可調(diào)式距離控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是二連桿可調(diào)式行程控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是三連桿可調(diào)式行程控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是液壓可調(diào)式距離控制裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖;圖12是單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是雙液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是平移式受控端部銷軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是偏心軸式受控端部銷軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖16是設(shè)有銷軸彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是設(shè)有銷軸彈簧的另一結(jié)構(gòu)示意圖；圖18是設(shè)有慣量體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖19是設(shè)有慣量調(diào)整彈簧和滑塊慣量體的第一結(jié)構(gòu)實施例； 圖20是設(shè)有慣量調(diào)整彈簧和滑塊慣量體的第二結(jié)構(gòu)實施例； 圖21是設(shè)有慣量調(diào)整彈簧和滑塊慣量體的第三結(jié)構(gòu)實施例； 圖22是設(shè)有轉(zhuǎn)動慣量體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖23是設(shè)有慣量體車實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖24是可調(diào)式行程控制裝置設(shè)置在真空箱體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
附圖編號I. 氣缸 2.自由活塞 10.可調(diào)式距離控制裝置II. 機械可調(diào)式距離控制裝置1101. 受控絲杠1102. 受控偏心輪1103. 受控凸輪2101.連桿A 2102.連桿B3.連接件20. 可調(diào)式行程控制裝置21. 機械可調(diào)式行程控制裝置111. 絲杠可調(diào)式距離控制裝置112. 偏心軸式距離控制裝置113. 凸輪可調(diào)式距離控制裝置 2103.受控端部銷軸2104.連桿C211. 二連桿可調(diào)式行程控制裝置 212.三連桿可調(diào)式行程控制裝置 12.液壓可調(diào)式距離控制裝置 1201.液壓缸121. 液壓缸可調(diào)式距離控制裝置 22.液壓可調(diào)式行程控制裝置 2201.端部銷軸 2202.液壓缸連桿A 2203.液壓缸連桿B221. 單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置222. 雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置223. 單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置224. 雙液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置21031.平移式受控端部銷軸 21032.偏心軸式受控端部銷軸122. 連桿自由端 123.自由銷軸 12301.銷軸彈簧 12302.慣量體 12303.滑動慣量體 12304.轉(zhuǎn)動慣量體 12305.慣量體車 12306.滑動慣量體調(diào)整彈簧12307. 轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧12308. 儲能彈簧 12309.車載慣量體 12310.真空箱體下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的目的進行詳細說明 請參照圖1和圖2所示的自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，包括氣缸1和自 由活塞2，分別在共軸線設(shè)置的所述氣缸1中設(shè)置所述自由活塞2，所述自由 活塞2的背部經(jīng)連接件3連接，在所述共軸線設(shè)置的所述氣缸1之間、所述氣 缸1的各自連接件之間、所述氣缸1的各自固定件之間或所述氣缸1的各自隨 動件之間設(shè)置可調(diào)式距離控制裝置10，在所述自由活塞2、所述自由活塞2的 各自連接件3、所述自由活塞2的各自固定件或所述自由活塞2的各自隨動件 和與所述自由活塞2相配裝的所述氣缸1、所述氣缸1的各自連接件、所述氣 缸1的各自固定件或所述氣缸1的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式行程控制裝置 20。請參照圖3、圖4和圖5，所述可調(diào)式距離控制裝置10設(shè)為機械可調(diào)式距 離控制裝置11，所述機械可調(diào)式距離控制裝置11設(shè)為由受控絲杠1101構(gòu)成的絲杠可調(diào)式距離控制裝置111，或設(shè)為由受控偏心軸1102構(gòu)成的偏心軸可調(diào)式 距離控制裝置112，或設(shè)為由受控凸輪1103構(gòu)成的凸輪可調(diào)式距離控制裝置113。、:請參照圖6和圖7，所述可調(diào)式行程控制裝置20設(shè)為機械可調(diào)式行程控制 裝置21 ，所述機械可調(diào)式行程控制裝置21設(shè)為由連桿A2101 、連桿B2102和 受控端部銷軸2103構(gòu)成的二連桿可調(diào)式行程控制裝置211 ，或設(shè)為由所述連桿 A2101、所述連桿B2102、連桿C2104和所述受控端部銷軸2103構(gòu)成的三連桿 可調(diào)式行程控制裝置212。請參照圖8，所述可調(diào)式距離控制裝置10設(shè)為液壓可調(diào)式距離控制裝置 12,所述液壓可調(diào)式距離控制裝置12設(shè)為由液壓缸1201構(gòu)成的液壓缸可調(diào)式 距離控制裝置121。請參照圖9、圖10、圖11、圖12和圖13，所述可調(diào)式行程控制裝置20 設(shè)為液壓可調(diào)式行程控制裝置22，所述液壓可調(diào)式行程控制裝置22設(shè)為由端 部銷軸2201 、所述連桿A2101和液壓缸連桿A2202構(gòu)成的單液壓缸二連桿可調(diào) 式行程控制裝置221 ，或設(shè)為由端部銷軸2201 、所述液壓缸連桿A2202和液壓 缸連桿B2203構(gòu)成的雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置222，或設(shè)為由端部 銷軸220K所述液壓缸連桿A2202所述連桿A2101、和所述連桿B2102構(gòu)成的 單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置223，或設(shè)為由端部銷軸2201、所述液壓 缸連桿A2202、所述連桿A2101和液壓缸連桿B2203構(gòu)成的雙液壓缸三連桿可 調(diào)式行程控制裝置224。請參照圖14和圖15，所述受控端部銷軸2103設(shè)為平移式受控端部銷軸 21031或設(shè)為偏心軸式受控端部銷軸21032，所述受控端部銷軸2103的控制動 力設(shè)為液壓式或電動式。請參照圖16和圖17，在所述二連桿可調(diào)式行程控制裝置211，所述三連 桿可調(diào)式行程控制裝置212，所述單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置221， 所述雙液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置222，所述單液壓缸三連桿可調(diào)式行 程控制裝置223和所述雙液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置224的所述連桿系 統(tǒng)的連桿自由端122或自由銷軸123上設(shè)置銷軸彈簧12301。所述銷軸彈簧就12是設(shè)置在銷軸上的彈簧，它的設(shè)置會使連桿系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)，也會使所述自 由銷軸可更快速地離開與端部銷軸的共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開 始時對外的力矩更大，提高發(fā)動機的效率。所謂共線點就是當(dāng)連桿系統(tǒng)的所有 銷軸都處于同一直線上時，自由銷軸所處的點的位置。請參照圖18，在所述可調(diào)式行程控制裝置的所述連桿系統(tǒng)的連桿自由端 122或自由銷軸123上設(shè)置慣量體12302。所述慣量體就是具有一定慣量的物 體，所述慣量體也可以設(shè)置在連桿的自由端上,從而實現(xiàn)所述自由活塞發(fā)動機 氣缸的幾何壓縮比和排氣量同時可調(diào)，通過調(diào)整所述慣量體的質(zhì)量，會使連桿 系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)。請參照圖19、圖20和圖21，在所述可調(diào)式行程控制裝置的所述連桿系統(tǒng) 的連桿自由端122或自由銷軸123上設(shè)置滑動慣量體12303和滑動慣量體調(diào)整 彈簧12306。所述滑動慣量體調(diào)整彈簧是設(shè)置在連桿上的彈簧，滑動慣量體調(diào) 整彈簧的一端與連桿的固定端，也可與連桿的自由端連接，只要所述滑動慣量 體調(diào)整彈簧的作用是將所述滑動慣量體向連桿的固定端方向移動即可，所述滑 動慣量體調(diào)整彈簧的另一端作用于所述滑動慣量體，并使所述滑動慣量體具有 遠離連桿自由端的趨勢。由于慣性力的作用，這一結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在遠 離共線點時具有較大慣量，在共線點附近具有較小慣量。為此，會使所述連桿 自由端可更快速地離開共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開始時對外的力 矩更大，提高發(fā)動機的效率。請參照圖22，在所述可調(diào)式行程控制裝置的所述連桿系統(tǒng)的連桿自由端 122或自由銷軸123上設(shè)置轉(zhuǎn)動慣量體12304和轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧12307。 所述轉(zhuǎn)動慣量體是設(shè)置在連桿自由端上或所述自由銷軸上的可以轉(zhuǎn)動的偏心 慣量體。所述轉(zhuǎn)動慣量體與所述轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧連接。由于慣性力的作用， 這一結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在處于共線點吋，受到所述轉(zhuǎn)動慣量體經(jīng)所述轉(zhuǎn)動 慣量體調(diào)整彈簧的間接作用獲得繼續(xù)向前的推力。為此，會使所述連桿自由端 可更快速地離開共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開始時對外的力矩更 大，提高發(fā)動機的效率。請參照圖23，在所述可調(diào)式行程控制裝置的所述連桿系統(tǒng)的連桿自由端122或自由銷軸123上設(shè)置慣量體車12305，所述慣量體車12305經(jīng)蓄能彈簧 12308與車載慣量體12309連接。所述慣量體車是設(shè)置在連桿自由端上或所述 自由銷軸上的慣量體裝載件。所述慣量體車上設(shè)有所述蓄能彈簧，所述蓄能彈 簧的一端與所述慣量體車連接，所述蓄能彈簧的另一端與所述車載慣量體連 接。由于慣性力的作用，這一結(jié)構(gòu)會使連桿的自由端在處于共線點時，受到所 述車載慣量體經(jīng)所述蓄能彈簧的間接作用獲得繼續(xù)向前的推力。為此，會使所 述連桿自由端可更快速地離開共線點，從而所述自由活塞在爆炸沖程開始時對 外的力矩更大，提高發(fā)動機的效率。請參照圖24，所述可調(diào)式行程控制裝置20全部或部分設(shè)置在真空箱體 12310內(nèi)。由于在所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機運行時，所述連桿系統(tǒng)的自 由端會高速運動，通過真空箱體的設(shè)置可以減少所述連桿系統(tǒng)的自由端高速運 動的阻力，提高發(fā)動機的效率。
權(quán)利要求
1.一種自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，包括氣缸(1)，自由活塞(2)，其特征在于分別在共軸線設(shè)置的所述氣缸(1)中設(shè)置所述自由活塞(2)，所述自由活塞(2)的背部經(jīng)連接件(3)連接，在所述共軸線設(shè)置的所述氣缸(1)之間、所述氣缸(1)的各自連接件之間、所述氣缸(1)的各自固定件之間或所述氣缸(1)的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式距離控制裝置(10)，在所述自由活塞(2)、所述自由活塞(2)的各自連接件(3)、所述自由活塞(2)的各自固定件或所述自由活塞(2)的各自隨動件和與所述自由活塞(2)相配裝的所述氣缸(1)、所述氣缸(1)的各自連接件、所述氣缸(1)的各自固定件或所述氣缸(1)的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式行程控制裝置(20)。
2. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述可調(diào) 式距離控制裝置(10)設(shè)為機械可調(diào)式距離控制裝置(11)，所述機械可調(diào)式 距離控制裝置(11)設(shè)為由受控絲杠(1101)構(gòu)成的絲杠可調(diào)式距離控制裝置(111)，或設(shè)為由受控偏心軸(1102)構(gòu)成的偏心軸可調(diào)式距離控制裝置(112)， 或設(shè)為由受控凸輪(1103)構(gòu)成的凸輪可調(diào)式距離控制裝置(113)。
3. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述可調(diào) 式行程控制裝置(20)設(shè)為機械可調(diào)式行程控制裝置(21)，所述機械可調(diào)式 行程控制裝置(21 )設(shè)為由連桿A(2101 )、連桿B(2102)和受控端部銷軸(2103) 構(gòu)成的二連桿可調(diào)式行程控制裝置(211)，或設(shè)為由所述連桿A (2101)、所述 連桿B (2102)、連桿C (2104)和所述受控端部銷軸(2103)構(gòu)成的三連桿可 調(diào)式行程控制裝置(212)。
4. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述可調(diào) 式距離控制裝置(10)設(shè)為液壓可調(diào)式距離控制裝置(12)，所述液壓可調(diào)式 距離控制裝置(12)設(shè)為由液壓缸(1201)構(gòu)成的液壓缸可調(diào)式距離控制裝置(121)。
5. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述可調(diào)式行程控制裝置(20)設(shè)為液壓可調(diào)式行程控制裝置(22)，所述液壓可調(diào)式 行程控制裝置(22)設(shè)為由端部銷軸(2201 )、所述連桿A (2101)和液壓缸連 桿A (2202)構(gòu)成的單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置(221)，或設(shè)為由端部銷軸(2201 )、所述液壓缸連桿A (2202)和液壓缸連桿B (2203)構(gòu)成的雙 液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置,<222)，或設(shè)為由端部銷軸(2201 )v所述 液壓缸連桿A (2202)所述連桿A (210i)、和所述連桿B (2102)構(gòu)成的單液 壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置(223)，或設(shè)為由端部銷軸(2201 )、所述液 壓缸連桿A (2202)、所述連桿A (2101)和液壓缸連桿B (2203)構(gòu)成的雙液 壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置(224)。
6. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述絲杠 可調(diào)式距離控制裝置(111)、所述偏心軸可調(diào)式距離控制裝置(112)和所述 凸輪可調(diào)式距離控制裝置(113)的控制動力設(shè)為液壓式或電動式。
7. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述受控 端部銷軸(2103)設(shè)為平移式受控端部銷軸(21031)或設(shè)為偏心軸式受控端 部銷軸(21032)，所述受控端部銷軸(2103)的控制動力設(shè)為液壓式或電動式。
8. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于在所述二 連桿可調(diào)式行程控制裝置(211)，所述三連桿可調(diào)式行程控制裝置(212)，所 述單液壓缸二連桿可調(diào)式行程控制裝置(221)，所述雙液壓缸二連桿可調(diào)式行 程控制裝置(222)，所述單液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置(223)和所述 雙液壓缸三連桿可調(diào)式行程控制裝置(224)的所述連桿系統(tǒng)的連桿自由端(122)或自由銷軸(123)上設(shè)置銷軸彈簧(12301)，慣量體(12302)，滑動 慣量體(12303)，轉(zhuǎn)動慣量體(12304)和/或慣量體車(12305)，所述滑動慣 量體(12303)與所述連桿系統(tǒng)的連桿的固定端和/或自由端之間設(shè)置滑動慣量 體調(diào)整彈簧(12306)，所述轉(zhuǎn)動慣量體(12304)經(jīng)轉(zhuǎn)動慣量體調(diào)整彈簧(12307) 與鄰近的連桿連接，所述慣量體車(12305)經(jīng)蓄能彈簧(12308)與車載慣量體 (12309)連接。
9. 如權(quán)利要求1所述自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，其特征在于所述可調(diào) 式行程控制裝置(20)全部或部分設(shè)置在真空箱體(12310)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自由活塞式負(fù)荷響應(yīng)發(fā)動機，包括氣缸和自由活塞，分別在共軸線設(shè)置的所述氣缸中設(shè)置所述自由活塞，所述自由活塞的背部經(jīng)連接件連接，在所述共軸線設(shè)置的所述氣缸之間、所述氣缸的各自連接件之間、所述氣缸的各自固定件之間或所述氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式距離控制裝置，在所述自由活塞、所述自由活塞的各自連接件、所述自由活塞的各自固定件或所述自由活塞的各自隨動件和與所述自由活塞相配裝的所述氣缸、所述氣缸的各自連接件、所述氣缸的各自固定件或所述氣缸的各自隨動件之間設(shè)置可調(diào)式行程控制裝置。本發(fā)明可根據(jù)燃料不同和負(fù)荷變化調(diào)整排氣量和壓縮比，從而提高發(fā)動機的效率、低排放性和適用性。
文檔編號F02B71/00GK101555829SQ20081017754
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪