專利名稱：自由活塞發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種自由活塞發(fā)動機。
背景技術(shù)：
自由活塞發(fā)動機效率高，為此，關(guān)于自由活塞發(fā)動機的研究開發(fā)日益活躍，但是由于自由活塞發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和活塞的運動規(guī)律使自由活塞發(fā)動機難以穩(wěn)定工作，經(jīng)常發(fā)生熄火。為了解決這一問題，經(jīng)常使用電或液壓進行拖動，使控制機構(gòu)復(fù)雜。為此，需要發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單的高效自由活塞發(fā)動機。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了以下方案
一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機A和自由活塞發(fā)動機B，所述自由活塞發(fā)動機A的活塞和所述自由活塞發(fā)動機B的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體連接，所述活塞對外輸出動力。一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機A和自由活塞發(fā)動機B，所述自由活塞發(fā)動機A的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體與慣量體連接，所述慣量體經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體與所述自由活塞發(fā)動機B的活塞連接。一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞作功機構(gòu)和高壓工質(zhì)源，所述高壓工質(zhì)源經(jīng)控制閥與所述自由活塞作功機構(gòu)的氣缸連通，在所述氣缸上設(shè)排氣門。所述自由活塞作功機構(gòu)的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體與慣量體連接。所述自由活塞作功機構(gòu)的活塞經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體與機體連接；和/或所述慣量體經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體與機體連接。兩個所述自由活塞作功機構(gòu)的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體連接；或一個所述自由活塞作功機構(gòu)的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體與慣量體連接，所述慣量體經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體與另一個自由活塞作功機構(gòu)的活塞連接。一個所述高壓工質(zhì)源經(jīng)所述控制閥或分別經(jīng)所述控制閥與兩個或兩個以上所述自由活塞作功機構(gòu)的氣缸連通。所述活塞對發(fā)電機的動子輸出動力，或所述活塞對液壓泵輸出動力。所述慣量體對發(fā)電機的動子輸出動力，或所述慣量體對液壓泵輸出動力。所述高壓工質(zhì)源設(shè)為內(nèi)燃高壓工質(zhì)源或外燃高壓工質(zhì)源。一個所述自由活塞發(fā)動機A和一個所述自由活塞發(fā)動機B構(gòu)成一個自由活塞組， 在由兩個或多個所述自由活塞組組成的多缸所述自由活塞發(fā)動機中，調(diào)整某個所述自由活塞組的燃料供給量進而調(diào)整這個所述自由活塞組的頻率和相位實現(xiàn)由所有所述自由活塞組構(gòu)成的所述自由活塞發(fā)動機動量平衡，消除振動。在由兩個或多個所述自由活塞作功機構(gòu)構(gòu)成的發(fā)動機中，控制所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的壓力和/或控制每次導(dǎo)入某個所述氣缸內(nèi)高壓工質(zhì)的量，進而控制這個所述自由活塞作功機構(gòu)的頻率和相位實現(xiàn)由所有所述自由活塞作功機構(gòu)構(gòu)成的所述自由活塞發(fā)動機動量平衡，消除振動。在設(shè)有所述彈性結(jié)構(gòu)體和所述所述慣量體的結(jié)構(gòu)中，所述彈性結(jié)構(gòu)體和所述所述慣量體構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)；在所述活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體與另一個所述活塞連接的結(jié)構(gòu)中，所述活塞和所述彈性結(jié)構(gòu)體構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)。所述慣量體的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。一種提高所述自由活塞發(fā)動機的效率和環(huán)保性的方法，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MI^以上，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2700K以下，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。本發(fā)明中，所謂的自由活塞作功機構(gòu)是指氣缸內(nèi)沒有燃燒室，將所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的工質(zhì)按正時關(guān)系導(dǎo)入氣缸，即在活塞處于排氣沖程完了時將所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的一部分工質(zhì)導(dǎo)入所述氣缸內(nèi)，關(guān)閉所述控制閥，導(dǎo)入氣缸內(nèi)的工質(zhì)在所述氣缸內(nèi)膨脹推動所述活塞對外作功，當(dāng)作功沖程完了時，所述活塞開始改變運動方向進入排氣沖程，進而進入下一個循環(huán)的裝置。本發(fā)明中，所謂的高壓工質(zhì)源是指能為所述自由活塞作功機構(gòu)提供氣體工質(zhì)的系統(tǒng)(所謂的氣體工質(zhì)一般說來是高溫高壓氣體工質(zhì))；所謂的高壓工質(zhì)源可以是外燃高壓工質(zhì)源，即液體汽化器(例如鍋爐)，液體在液體汽化器內(nèi)氣化產(chǎn)生高溫高壓氣體工質(zhì)(此氣體工質(zhì)經(jīng)所述控制閥按正時關(guān)系間歇導(dǎo)入所述氣缸內(nèi))；所謂的高壓工質(zhì)源也可以是內(nèi)燃高壓工質(zhì)源，即燃燒室(所述燃燒室產(chǎn)生的氣體工質(zhì)經(jīng)所述控制閥按正時關(guān)系間歇導(dǎo)入所述氣缸內(nèi))。本發(fā)明中，所謂的彈性結(jié)構(gòu)體是指具有彈性的結(jié)構(gòu)體，例如彈簧以及彈簧的組合機構(gòu)等。本發(fā)明中，所謂的慣量體是指具有一定慣量的質(zhì)量塊，其功能是和所述彈性結(jié)構(gòu)體相互作用蓄積一定能量，以維持自由活塞發(fā)動機的正常工作，其作用類似于發(fā)動機的飛輪；在具體設(shè)計發(fā)動機中，應(yīng)根據(jù)發(fā)動機的具體情況確定所述彈性結(jié)構(gòu)體的虎克系數(shù)和所述慣量體的質(zhì)量。在本發(fā)明中，所述慣量體的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。本發(fā)明中，在所述活塞經(jīng)所述彈性結(jié)構(gòu)體與另一所述活塞連接的結(jié)構(gòu)中，以及在設(shè)有所述彈性結(jié)構(gòu)體和所述慣量體的結(jié)構(gòu)中，其工作原理是利用所述彈性結(jié)構(gòu)體和質(zhì)量塊 (所謂的質(zhì)量塊是指另一個所述活塞和所述慣量體)所構(gòu)成的系統(tǒng)在運動速度以及運動方向發(fā)生變化時的蓄能作用，防止發(fā)動機的熄火，維持發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)，即當(dāng)某一活塞改變運動方向或改變運動速度時，所述彈性結(jié)構(gòu)體和質(zhì)量塊構(gòu)成的蓄能系統(tǒng)像旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機中的飛輪那樣維持發(fā)動機的正常工作。本發(fā)明中，所謂發(fā)電機的動子是指通過其本身運動作用產(chǎn)生發(fā)電作用的運動體， 設(shè)置在自由活塞發(fā)動機的活塞上或受自由活塞發(fā)動機的活塞作用的具有發(fā)電作用的運動體一般說來只作直線運動不作旋轉(zhuǎn)運動，所以本發(fā)明中稱其為動子不稱其為轉(zhuǎn)子，但是其作用相當(dāng)于由旋轉(zhuǎn)動力發(fā)電的發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。在傳統(tǒng)具有曲柄連桿機構(gòu)的發(fā)動機中，為了實現(xiàn)各缸運動件之間的動平衡，通常是使各缸的曲柄軸頸處于不同的相位，進而使各缸活塞及其連桿之間處于相互平衡的相位關(guān)系。然而在自由活塞發(fā)動機中，由于沒有曲軸存在，所以多缸自由活塞發(fā)動機中的活塞之間的相位是不固定的，如果采用其他機構(gòu)固定活塞之間的相位，以達到動平衡，就必然要喪失自由活塞的優(yōu)越性。本發(fā)明中，采取了通過調(diào)整所述燃燒室產(chǎn)生的高壓工質(zhì)或調(diào)整所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的高壓工質(zhì)對某一活塞的作功力度使各缸頻率相同，相位相互平衡，從而實現(xiàn)各缸活塞動量相互平衡，消除振動。本發(fā)明中，由于質(zhì)量塊和彈性體的存在，所以不僅可以制造二沖程自由活塞發(fā)動機，也可以制造四沖程自由活塞發(fā)動機。本發(fā)明中，由于活塞往復(fù)運動的頻率根據(jù)負(fù)載和工作條件可能隨時發(fā)生變化，為了使所述振蕩系統(tǒng)的固有頻率與所述活塞的運動頻率相匹配，需要調(diào)整所述振蕩系統(tǒng)的頻率；可以通過調(diào)整所述彈性結(jié)構(gòu)體的虎克系數(shù)(如改變彈簧與質(zhì)量塊的連接點)和質(zhì)量塊的位置和質(zhì)量，實現(xiàn)所述振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)。本發(fā)明中，所謂的彈性結(jié)構(gòu)體包括預(yù)壓縮彈性結(jié)構(gòu)體，所謂預(yù)壓縮彈性結(jié)構(gòu)體是指由伸長長度限定結(jié)構(gòu)和彈簧構(gòu)成的彈性結(jié)構(gòu)體，所謂的伸長長度限定結(jié)構(gòu)是指只允許彈簧在一定范圍內(nèi)伸長的結(jié)構(gòu)，例如繩、索、桿、套管等。本發(fā)明中，所謂的輸出動力包括以直接連接的方式以及以間接連接的方式輸出動力。本發(fā)明中，圖31是氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖，O-A-H所示曲線是通過狀態(tài)參數(shù)為^SK和0. IMPa的0點的氣體工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線；B點為氣體工質(zhì)的實際狀態(tài)點，E-B-D所示曲線是通過B點的絕熱關(guān)系曲線，A點和B點的壓力相同；F-G所示曲線是通過^OOK和IOMPa (即目前內(nèi)燃機中即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)點)的工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線。本發(fā)明中，圖31中的尸= 中的尤是氣體工質(zhì)絕熱指數(shù)5是氣體工質(zhì)的壓力甲是氣體工質(zhì)的溫度’是常數(shù)。本發(fā)明中，所謂的類絕熱關(guān)系包括下列三種情況1.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線上，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點在圖31中 O-A-H所示曲線上；2.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線左側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點在圖31中O-A-H所示曲線的左側(cè)；3.氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即工質(zhì)的溫度和壓力)點在所述工質(zhì)絕熱關(guān)系曲線右側(cè)，即氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)點在圖31中O-A-H所示曲線的右側(cè)，但是氣體工質(zhì)的溫度不高于由此氣體工質(zhì)的壓力按絕熱關(guān)系計算所得溫度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加 450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K 的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、 加120K的和、加IlOK的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如圖31所示，所述氣體工質(zhì)的實際狀態(tài)點為B點，A點是壓力與B點相同的絕熱關(guān)系曲線上的點，A點和B點之間的溫差應(yīng)小于 1000K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、 300Κ、250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、 60Κ、50Κ、40Κ、30Κ 或小于 20Κ。
本發(fā)明中，所謂類絕熱關(guān)系可以是上述三種情況中的任何一種，也就是指即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)點在如圖31所示的通過B點的絕熱過程曲線E-B-D的左側(cè)區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明中，所謂的即將開始作功的氣體工質(zhì)是即將膨脹推動所述活塞對外作功的氣體工質(zhì)。本發(fā)明中，將即將開始作功的氣體工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(即氣體工質(zhì)的溫度和壓力)符合類絕熱關(guān)系的發(fā)動機系統(tǒng)(即熱動力系統(tǒng))定義為低熵發(fā)動機。本發(fā)明中，調(diào)整進入所述內(nèi)燃高壓工質(zhì)源(即燃燒室)內(nèi)的原工質(zhì)的溫度、壓力和流量，調(diào)整向所述燃燒室導(dǎo)入燃料的量，調(diào)整所述燃燒室導(dǎo)出氣體工質(zhì)的量，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。本發(fā)明中，調(diào)整進入所述外燃高壓工質(zhì)源(即鍋爐)內(nèi)的原工質(zhì)的溫度、壓力和流量，調(diào)整向所述鍋爐的加熱強度，調(diào)整所述鍋爐導(dǎo)出氣體工質(zhì)的量，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。本發(fā)明中，所謂原工質(zhì)是指流入燃燒室的工質(zhì)。本發(fā)明中，根據(jù)發(fā)動機領(lǐng)域的公知技術(shù)，應(yīng)在必要的地方設(shè)置必要的部件、單元或系統(tǒng)，如噴油器、火花塞、傳感器等。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明具有控制機構(gòu)簡單、成本低、效率高的優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5和圖6為本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7和圖8為本發(fā)明實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為本發(fā)明實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10和圖11為本發(fā)明實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12和圖13為本發(fā)明實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖14和圖15為本發(fā)明實施例10的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖16為本發(fā)明實施例11的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖17為本發(fā)明實施例12的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖18至圖25為本發(fā)明實施例13的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖26、27和圖28為本發(fā)明實施例14的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖四和圖30為本發(fā)明實施例15的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖31是氣體工質(zhì)的溫度T和壓力P的關(guān)系圖， 圖中
1自由活塞發(fā)動機A、2自由活塞發(fā)動機B、3彈性結(jié)構(gòu)體、4慣量體、5活塞、6自由活塞作功機構(gòu)、7高壓工質(zhì)源、8控制閥、9氣缸、10氣門、11機體、12發(fā)電機、13動子、14液壓泵、701內(nèi)燃高壓工質(zhì)源、702外燃高壓工質(zhì)源。
具體實施例方式實施例1
如圖1所示的自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機Al和自由活塞發(fā)動機B2，所述自由活塞發(fā)動機Al的活塞5和所述自由活塞發(fā)動機B2的活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3連接，所述活塞5對外輸出動力。在所述活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3與另一個所述活塞5連接的結(jié)構(gòu)中， 所述活塞5和所述彈性結(jié)構(gòu)體3構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)。為了提高所述自由活塞發(fā)動機的效率和環(huán)保性，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MPa以上，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2700K以下，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。實施例2
如圖2所示的自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機Al和自由活塞發(fā)動機B2，所述自由活塞發(fā)動機Al的活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3與慣量體4連接，所述慣量體4經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3與所述自由活塞發(fā)動機B2的活塞5連接；所述慣量體4的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2000K以下，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MPa以上，使將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。實施例3
如圖3所示的自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞作功機構(gòu)6，高壓工質(zhì)源7，所述高壓工質(zhì)源7經(jīng)控制閥8與所述自由活塞作功機構(gòu)6的氣缸9連通，在所述氣缸9上設(shè)排氣門10 ； 通過控制所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的壓力，和每次導(dǎo)入所述氣缸內(nèi)高壓工質(zhì)的量，可以控制所述自由活塞作功機構(gòu)的頻率和相位，以此實現(xiàn)所述自由活塞發(fā)動機的動量平衡，消除振動。調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2000K以下，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MPa以上，使將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。實施例4
如圖4所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于所述自由活塞作功機構(gòu)6的活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3與慣量體4連接。在設(shè)有所述彈性結(jié)構(gòu)體3和所述所述慣量體4的結(jié)構(gòu)中，所述彈性結(jié)構(gòu)體3和所述所述慣量體4構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)。所述慣量體4的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。實施例5
如圖5和圖6所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例4的區(qū)別在于所述自由活塞作功機構(gòu)6的活塞5經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3與機體11連接(如圖5所示);或所述慣量體4經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3與機體11連接(如圖6所示)。所述慣量體4的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。具體實施時，可選擇地，所述自由活塞作功機構(gòu)6的活塞5經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3 與機體11連接和所述慣量體4經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3與機體11連接。實施例6
如圖7所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于兩個所述自由活塞作功機構(gòu)6的活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3連接；本方案還可按圖8所示，由一個所述自由活塞作功機構(gòu)6 的活塞5經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體3與慣量體4連接，所述慣量體4經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體3與另一個自由活塞作功機構(gòu)6的活塞5連接。所述慣量體4的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。實施例7
如圖9所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于一個所述高壓工質(zhì)源7經(jīng)所述控制閥8，或分別經(jīng)所述控制閥8與兩個所述自由活塞作功機構(gòu)6的氣缸9連通。通過控制所述高壓工質(zhì)源7內(nèi)的壓力和控制每次導(dǎo)入某個所述氣缸內(nèi)高壓工質(zhì)的量，進而控制這個所述自由活塞作功機構(gòu)的頻率和相位，實現(xiàn)所述自由活塞發(fā)動機動量平衡，消除振動。具體實施時，可選擇地，一個所述高壓工質(zhì)源7經(jīng)所述控制閥8，或分別經(jīng)所述控制閥8與兩個以上所述自由活塞作功機構(gòu)6的氣缸9連通。實施例8
如圖10和圖11所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于所述活塞5對發(fā)電機12的動子13輸出動力(如圖10所示)，或所述活塞5對液壓泵14輸出動力(如圖11所示)。實施例9
如圖12和圖13所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例4的區(qū)別在于所述慣量體4對發(fā)電機12的動子13輸出動力(如圖12所示)，或所述慣量體4對液壓泵14輸出動力(如圖13 所示)。實施例10
如圖14和圖15所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于所述高壓工質(zhì)源設(shè)為內(nèi)燃高壓工質(zhì)源701 (如圖14所示)或外燃高壓工質(zhì)源702 (如圖15所示)。通過調(diào)整所述自由活塞組的燃料供給量，進而調(diào)整這個所述自由活塞組的頻率和相位，實現(xiàn)由所有所述自由活塞組構(gòu)成的自由活塞發(fā)動機的動量平衡，消除振動。實施例11
如圖16所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于一個所述自由活塞發(fā)動機 Al和一個所述自由活塞發(fā)動機B2構(gòu)成一個自由活塞組，所述自由活塞組設(shè)置在等徑氣缸內(nèi)。實施例12
如圖17所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于所述活塞5對發(fā)電機12的動子13輸出動力，所述發(fā)電機12的電源輸出端口 1201對外輸出電能。實施例13
如圖18、19、20、21、22、23、M和圖25是所述自由活塞發(fā)動機的所述活塞5處于不同位置和運動狀態(tài)時，由所述彈性結(jié)構(gòu)體3和所述慣量體4構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的工作過程圖。利用所述彈性結(jié)構(gòu)體3和所述慣量體4所構(gòu)成的系統(tǒng)在運動速度以及運動方向發(fā)生變化時的蓄能作用，可以防止發(fā)動機熄火，維持發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。即當(dāng)活塞改變運動方向或改變運動速度時，所述彈性結(jié)構(gòu)體3和慣量體4構(gòu)成的蓄能系統(tǒng)像旋轉(zhuǎn)動力發(fā)動機中的飛輪那樣維持發(fā)動機的正常工作。所述慣量體4的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并可由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。
實施例14
如圖26、27和圖28所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于一個所述自由活塞發(fā)動機Al和一個所述自由活塞發(fā)動機B2構(gòu)成一個自由活塞組，在由兩個或多個所述自由活塞組組成的多缸所述自由活塞發(fā)動機中，通過調(diào)整燃料供給量，調(diào)整所述燃燒室產(chǎn)生的高壓工質(zhì)，或調(diào)整所述高壓工質(zhì)源內(nèi)的高壓工質(zhì)對某一活塞的作功力度，使各缸頻率相同，相位相互平衡，從而實現(xiàn)各缸活塞動量相互平衡，消除振動。其中，圖26中相鄰兩缸的工作相位不同，圖27中中間相鄰兩缸的工作相位相同，兩側(cè)兩缸的工作相位相同但中間兩缸和兩側(cè)兩缸工作相位相反；圖觀中兩個所述自由活塞發(fā)動機對置設(shè)置。實施例15
如圖四和圖30所示的自由活塞發(fā)動機，其與實施例3的區(qū)別在于在由兩個或多個所述自由活塞作功機構(gòu)6構(gòu)成的發(fā)動機中，通過控制所述高壓工質(zhì)源7內(nèi)的壓力和/或控制每次導(dǎo)入某個所述氣缸9內(nèi)高壓工質(zhì)的量，進而控制這個所述自由活塞作功機構(gòu)6的頻率和相位，實現(xiàn)由所有所述自由活塞作功機構(gòu)6構(gòu)成的所述自由活塞發(fā)動機的動量平衡，消除振動。其中，圖四中兩個所述自由活塞發(fā)動機并聯(lián)設(shè)置；圖30中兩個所述自由活塞發(fā)動機對置設(shè)置。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本發(fā)明所公開的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機A (1)和自由活塞發(fā)動機B (2)，其特征在于所述自由活塞發(fā)動機A (1)的活塞(5)和所述自由活塞發(fā)動機B (2)的活塞(5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)連接，所述活塞(5)對外輸出動力。
2.一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機A (1)和自由活塞發(fā)動機B (2)，其特征在于所述自由活塞發(fā)動機A(I)的活塞(5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)與慣量體(4)連接，所述慣量體(4)經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體(3)與所述自由活塞發(fā)動機B (2)的活塞(5)連接。
3.—種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞作功機構(gòu)(6)和高壓工質(zhì)源(7)，其特征在于 所述高壓工質(zhì)源(7)經(jīng)控制閥(8)與所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的氣缸(9)連通，在所述氣缸(9)上設(shè)排氣門(10)。
4.如權(quán)利要求3所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的活塞 (5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)與慣量體(4)連接。
5.如權(quán)利要求4所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的活塞 (5)經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體(3)與機體(11)連接；和/或所述慣量體(4)經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體(3)與機體(11)連接。
6.如權(quán)利要求3所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于兩個所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的活塞(5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)連接；或一個所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的活塞(5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)與慣量體(4)連接，所述慣量體(4)經(jīng)另一個彈性結(jié)構(gòu)體(3)與另一個自由活塞作功機構(gòu)(6)的活塞(5)連接。
7.如權(quán)利要求3、4、5或6所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于一個所述高壓工質(zhì)源(7) 經(jīng)所述控制閥(8)或分別經(jīng)所述控制閥(8)與兩個或兩個以上所述自由活塞作功機構(gòu)(6) 的氣缸(9)連通。
8.如權(quán)利要求1至6任意之一所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述活塞(5)對發(fā)電機(12)的動子(13)輸出動力，或所述活塞(5)對液壓泵(14)輸出動力。
9.如權(quán)利要求2、4、5或6所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述慣量體(4)對發(fā)電機 (12)的動子(13)輸出動力，或所述慣量體(4)對液壓泵(14)輸出動力。
10.如權(quán)利要求3、4或6所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述高壓工質(zhì)源(7)設(shè)為內(nèi)燃高壓工質(zhì)源(701)或外燃高壓工質(zhì)源(702)。
11.如權(quán)利要求1或2所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于一個所述自由活塞發(fā)動機A (1)和一個所述自由活塞發(fā)動機B (2)構(gòu)成一個自由活塞組，在由兩個或多個所述自由活塞組組成的多缸所述自由活塞發(fā)動機中，調(diào)整某個所述自由活塞組的燃料供給量進而調(diào)整這個所述自由活塞組的頻率和相位實現(xiàn)由所有所述自由活塞組構(gòu)成的所述自由活塞發(fā)動機動量平衡，消除振動。
12.如權(quán)利要求3所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于在由兩個或多個所述自由活塞作功機構(gòu)(6)構(gòu)成的發(fā)動機中，控制所述高壓工質(zhì)源(7)內(nèi)的壓力和/或控制每次導(dǎo)入某個所述氣缸(9)內(nèi)高壓工質(zhì)的量，進而控制這個所述自由活塞作功機構(gòu)(6)的頻率和相位實現(xiàn)由所有所述自由活塞作功機構(gòu)(6)構(gòu)成的所述自由活塞發(fā)動機動量平衡，消除振動。
13.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或12所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于在設(shè)有所述彈性結(jié)構(gòu)體(3)和所述所述慣量體(4)的結(jié)構(gòu)中，所述彈性結(jié)構(gòu)體(3)和所述所述慣量體(4) 構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)；在所述活塞(5)經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體(3)與另一個所述活塞(5)連接的結(jié)構(gòu)中，所述活塞(5)和所述彈性結(jié)構(gòu)體(3)構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的固有頻率可調(diào)。
14.如權(quán)利要求2、4、6或12所述自由活塞發(fā)動機，其特征在于所述慣量體(4)的位置或質(zhì)量是可調(diào)的，并由此調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率。
15.一種提高如權(quán)利要求1、2或3所述自由活塞發(fā)動機的效率和環(huán)保性的方法，其特征在于調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的壓力到15MPa以上，調(diào)整即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度到2700K以下，使即將開始作功的氣體工質(zhì)的溫度和壓力符合類絕熱關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自由活塞發(fā)動機，包括自由活塞發(fā)動機A和自由活塞發(fā)動機B，所述自由活塞發(fā)動機A的活塞和所述自由活塞發(fā)動機B的活塞經(jīng)彈性結(jié)構(gòu)體連接，所述活塞對外輸出動力。本發(fā)明具有控制機構(gòu)簡單、成本低、效率高的優(yōu)勢。
文檔編號F01B17/04GK102374021SQ201110301500
公開日2012年3月14日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪