CN102562291B - 对置式自由活塞线性交流发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对置式自由活塞线性交流发电机。一种自由活塞式线性交流发电机包括气缸，该气缸具有一对弹力室、一对扫气室、一对对置的活塞以及在对置活塞之间设置的燃烧室。活塞相对于彼此轴向对置并且当每个活塞线性移动时产生电流。每个弹力室被放置于相应的一个活塞和相应的一个气缸外端之间并且包括被配置为在燃烧后将相应的一个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置的充分受约束的空气。
Description
交叉引用的相关申请
本申请要求于2010年11月4日提交的美国临时申请No.61/410340的权益，并通过参考将其结合于此。
技术领域
本公开涉及采用对置式自由活塞的线性交流发电机。
背景技术
在这一部分的描述仅提供了与本公开相关的背景信息。从而，这样的描述并非意图构成对现有技术的承认。
交流发电机是将机械输入转换成电流的装置。已知，例如，采用皮带驱动轴提供该交流发电机的输入。交流发电机利用感应来产生电力。已知，例如，为了产生电流，利用永久磁体和导电线的绕组(即，线圈)之间的相对运动来产生电流。磁体和绕组的多种不同配置被用于对生成的电流产生不同的作用。
一个示例性线性交流发电机包括固定气缸以及气缸内的移动活塞。通过将一个或多个磁体放置在气缸壁和活塞这两者之中的一个之上、将绕组放置在气缸壁和活塞这两者之中的另一个之上，活塞的线性移动产生感应并且由此在绕组中产生电流。
对置式活塞发动机包括位于两个活塞之间的燃烧室。随着燃烧在燃烧室中的发生，活塞被向外驱动。接着活塞朝向设备的中心返回以为下一个燃烧事件作准备。对置式活塞发动机的示例性实施例包括不具有固着在活塞上的机轴的自由活塞式发动机。
发明内容
自由活塞式线性交流发电机包括气缸，该气缸具有一对弹力室(bouncechambers)、一对扫气室、一对对置的活塞以及在对置的活塞之间设置的燃烧室。活塞相对于彼此轴向对置并且当每个活塞线性移动时产生电流。每个弹力室被放置于相应的一个活塞和相应的气缸外端之间并且包括被配置为在燃烧后将相应的一个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置的充分受约束的空气。
本发明还提供了以下方案：
1.一种自由活塞式线性交流发电机，包括：
气缸，所述气缸包括一对弹力室、一对扫气室、一对对置的活塞以及在所述对置的活塞之间设置的燃烧室；
所述活塞彼此轴向对置，并且当每个活塞线性移动时产生电流；以及
每个弹力室置于相应的一个活塞和相应的气缸外端之间，并且所述弹力室包括充分受约束的空气，其被配置为在燃烧后将相应的一个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置。
2.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中所述燃烧发生在两冲程循环中，并且每个活塞的所述线性移动包括每个活塞由所述燃烧从相应的第一位置驱动至相应的第二位置的相应的第一冲程以及每个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置从而为接下来的燃烧事件做准备的第二冲程。
3.如方案2所述的自由活塞式线性交流发电机，其中相应的第一位置对应于每个活塞处于相应的内止点中心位置，以及所述相应的第二位置对应于每个活塞处于相应的外止点中心位置。
4.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中对置活塞的每个包括自由活塞，当相应的弹力室中的充分受约束的空气没有被压缩时，所述自由活塞具有自然静止位置。
5.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中当相对应的活塞从相应的第一位置向相应的第二位置移动时，每个弹力室中的充分受约束的空气被压缩，并且所述被压缩的充分受约束的空气对相对应的活塞施加返回力从而使所述相对应的活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置。
6.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中每个活塞包括线性交流发电机的相应的第一元件，所述相应的第一元件与位于气缸外壁上的线性交流发电机的相应的第二元件相互作用，其中每个活塞在相应的第一位置和相应的第二位置之间的移动产生电流。
7.如方案6所述的自由活塞式线性交流发电机，其中第一元件包括永磁体和绕组之中的一个，并且第二元件包括永磁体和绕组之中的另一个。
8.如方案1所示的自由活塞式线性交流发电机，其中对置活塞的每个具有相应的头部部分以及相应的滑动部分，所述燃烧室设置在所述对置活塞的相应滑动部分的相应的近端之间。
9.如方案8所述的自由活塞式线性交流发电机，其中每个扫气室被设置在气缸外壁、各个活塞的相应滑动部分的相应外壁和各个活塞的相应头部部分的相应近端之间，各个活塞的相应头部部分具有邻近于相应扫气室的相应的近端以及邻近于相应弹力室的相应的远端，从而在相应的扫气室和相应的弹力室之间形成支座。
10.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中当相对应的活塞从相应的第一位置向相应的第二位置移动时每个扫气室通过至少一个相应的扫气进气口抽吸进气，当相对应的活塞从相应的第二位置向相应的第一位置移动时每个扫气室将抽吸的进气通过至少一个相应的扫气出气口输送至所述燃烧室中。
11.如方案10所述的自由活塞式线性交流发电机，其中每个扫气室将抽吸的进气通过至少一个相应的扫气出气口输送至储气室中，所述储气室将每个扫气室流体连通至所述燃烧室。
12.如方案10所述的自由活塞式线性交流发电机，其中被抽吸的进气包括自然送入的环境空气和通过涡轮增压器和增压器中的一个充入的环境空气之中的一种。
13.如方案1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中所述燃烧室内的期望压缩比是通过调节返回力所影响的，所述返回力是由充分受约束的空气提供的。
14.如方案13所述的自由活塞式线性交流发电机，其中调节由充分受约束的空气所提供的返回力包括增加在至少一个弹力室内的被约束空气质量和减少在至少一个弹力室内的被约束空气质量中的一种。
15.一种用于控制自由活塞式线性交流发电机的方法，所述自由活塞式线性交流发电机具有气缸，所述气缸包括一对扫气室、一对对置的活塞、一对弹力室以及设置于所述对置活塞之间的燃烧室，所述弹力室的每个被设置在相应的一个活塞和相应的气缸外端之间，所述方法包括：
通过所述燃烧室内的燃烧事件，将每个活塞从相应的内止点中心位置向外驱动至相应的外止点中心位置；
在各个弹力室中产生相应返回力以将每个活塞从相应的外止点中心位置返回至相应的内止点中心位置以准备接下来的燃烧事件；以及
当每个活塞在相应的内止点中心位置和相应的外止点中心位置之间移动时产生电流，每个活塞包括线性交流发电机的永磁体和绕组中的一个，并且与位于气缸壁上的线性交流发电机的永磁体和绕组中的另一个相互作用。
16.如方案15所述的方法，其中在各个弹力室中产生相应返回力包括当相应活塞从内止点中心位置向相应的外止点中心位置移动时，压缩相应弹力室内的充分受约束的空气量。
17.如方案15所述的方法，进一步包括通过调节至少一个弹力室内的受约束空气质量来实现燃烧室内期望的压缩比。
18.如方案15所述的方法，进一步包括：
当活塞从相应的内止点中心位置向相应的外止点中心位置移动时，抽吸进气至相应的扫气室；
当活塞从相应的外止点中心位置向相应的内止点中心位置移动时，将抽吸的进气从扫气室输送至储气室；以及
当活塞处于外止点中心位置时，将所述储气室内的进气抽吸至所述燃烧室。
19.一种自由活塞式交流发电机，包括：
包括一对弹力室的气缸；
一对扫气室；
具有相应的头部和滑动部分的一对活塞，每个活塞彼此轴向对置并且当在气缸内线性移动时产生电流；
设置于所述滑动部分的近端之间的燃烧室；
每个扫气室设置在气缸外壁、相应活塞的滑动部分的外壁以及相应活塞的头部部分的近端之间；以及
每个弹力室设置在气缸的相应的外端与相应活塞的头部部分的相应远端之间，每个弹力室包括充分受约束的空气。
附图说明
以下将通过示例的方式结合附图描述一个或多个实施例，其中：
图1示出了根据本公开的采用对置活塞和弹力室的示例性自由活塞式线性交流发电机的部分横截面视图；
图2示出了根据本公开的在活塞由燃烧事件从第一位置向第二位置驱动的第一冲程期间的图1的自由活塞式线性交流发电机；以及
图3示出了根据本公开的在活塞由相应弹力室中的压缩所提供的返回力从第二位置向第一位置返回的第二冲程期间的图1的自由活塞式线性交流发电机。
具体实施方式
现在参看附图，其中示图仅用于示例某些示例性实施例，而并非用于对其进行限制，图1示出了示例性的自由活塞式线性交流发电机(FPLA)100的部分横截面视图，自由活塞式线性交流发电机(FPLA)100包括气缸120，该气缸120包括分别的第一和第二弹力室400、402，分别的第一和第二扫气室201、202，分别的第一和第二对置活塞301、302，以及设置在对置活塞301、302之间的燃烧室160。活塞301、302彼此轴向对置并且被配置为当每个活塞301、302线性移动时产生电流。每个弹力室400、402设置在相应的一个活塞301、302，以及相应的气缸120封闭外端150、152之间。每个弹力室400、402包括充分受约束的空气，其被配置为在燃烧室160内的燃烧事件结束之后将相应的一个活塞301、302从第二位置(例如，外止点中心)返回至第一位置(例如，内止点中心)。弹力室400、402在此可进一步被称为气体弹簧。
燃烧室160中的燃烧事件发生在两冲程循环中，并且每个活塞301、302的所述线性移动包括每个活塞由所述燃烧事件从第位置驱动至第二位置的第一冲程以及每个活塞301、302从第二位置至第一位置以准备下一个燃烧事件的第二冲程。第二冲程采用弹力室400、402中储存的能量以将各个活塞301、302从第二位置推动并返回至第一位置。
参看图2，根据本公开的示例性实施例，示出了在第一冲程期间朝向第二位置移动的每个活塞301、302。由燃烧事件驱动的活塞301、302向第二位置移动。每个活塞301、302由燃烧事件产生的燃烧驱动力401驱动。每个活塞301、302的第二位置对应于外止点中心位置。在第一冲程期间，当每个活塞由所述燃烧事件驱动从第一位置移动至第二位置时，每个弹力室400、402中的充分受约束的空气被压缩。
参看图3，根据本公开的示例性实施例，示出了在第二冲程期间朝向第一位置移动的每个活塞301、302。在第二冲程期间活塞从第二位置至第一位置的移动或返回通过由各个弹力室400、402中的压缩所提供的返回力305实现。换句话说，在每个弹力室400、402中的被压缩的充分受约束的空气被用于向各个活塞301、302施加返回力305，从而将各个活塞301、302从第二位置返回至第一位置。每个活塞301、302可为自由活塞，由此，每个活塞可不连接至曲轴。每个活塞301、302的第一位置可对应于内止点中心位置(即，第一位置)，其中内止点中心位置是当各个弹力室400、402中的充分受约束的空气没有被压缩时的自然静止位置。
如图1中所示，一对对置活塞301、302中的每个都具有相应的头部部分310、320以及相应的滑动部分309、319。燃烧室设置在各个滑动部分309、319的相应的近端311、313之间。第一扫气室201设置在气缸外壁122、第一活塞301的滑动部分309的外壁315以及第一活塞301的头部部分310的近端331之间。第一活塞301的头部部分310具有邻近于第一扫气室201的近端331和邻近于第一弹力室400的远端333，由此能够在第一扫气室201和第一弹力室400之间形成支座。类似地，第二扫气室202设置在气缸外壁122、第二活塞302的滑动部分319的外壁317以及第二活塞302的头部部分320的近端321之间。第二活塞302的头部部分320具有邻近于第二扫气室202的近端321和邻近于第二弹力室402的远端323，由此能够在第二扫气室202和第二弹力室402之间形成支座。由此，每个扫气室201、202被设置于汽缸壁122、各个活塞301、302的相应的滑动部分309、319的相应的外壁315、317以及各个活塞301、302的相应的头部部分310、320的相应的近端331、321之间。各个活塞301、302的头部部分310、320具有邻近于相应扫气室201、202的相应的近端331、321和邻近于相应弹力室400、402的相应的远端333、323，由此在相应的一个扫气室201、202和相应的一个弹力室400、402之间形成支座。
每个扫气室201、202包括至少一个相应的进气口130、131、150、151以接收和引导进入相应扫气室201、202的进气。每个扫气室201、202包括至少一个相应的出气口140、141、160、161以输送进气从而用于燃烧室160的最终燃烧。进气和出气口均可包括配置为允许进气进入每个扫气室201、202和配置为将进气从每个扫气室201、202输送出的止回阀4。
参看图1和2，当第一冲程期间第一活塞301从第一位置移动至第二位置时，第一扫气室201通过至少一个相应的扫气进气口130和/或131抽吸进气602。类似地，当第一冲程期间第二活塞302从第一位置移动至第二位置时，第二扫气室202通过至少一个相应的扫气进气口150和/或151抽吸进气602。在一个实施例中，抽吸的进入第一和第二扫气室201、202的进气602可为自然送入的环境空气。在另一个实施例中，进气602可由涡轮增压器或增压器充入从而增加进气的压力并且给发动机提供增压压力，由此增加可由FPLA 100实现的输出。充入的进气可由充入空气冷却器冷却从而增加空气的密度。
参看图1和图3，当第一活塞301在第二冲程期间从第二位置移动至第一位置时，第一扫气室201输送进气(例如，被输送的进气604)经过至少一个相应的扫气出气口140、141从而用于燃烧室160内的最终燃烧。类似地，当第二活塞302在第二冲程期间从第二位置移动至第一位置时，第二扫气室202输送抽吸的进气(例如，被输送的进气604)经过至少一个相应的扫气出气口160、161输出从而用于燃烧室160的最终燃烧。
在参考图1-3的示例性实施例中，当每个活塞从第二位置移动至第一位置时，每个扫气室201、202将抽吸的进气输出或泵送经过至少一个相应的扫气出气口140、141、160、161至储气室540。储气室540将每个扫气室201、202与燃烧室160的至少一个燃烧室进气口560流体连通。当活塞位于第二位置时，在扫气周期期间，储气室540中传输的进气604可作为增压空气被抽吸至燃烧室160。当活塞301、302位于第二位置时，扫气周期将来自每个扫气室201、202的增压空气通过储气室540提供给燃烧室160。本公开不限于单一的储气室540，并且可包括多于一个的储气室。在替换性实施例中，取代储气室540，可采用进气歧管将每个扫气室201、202与燃烧室160流体连通。
可以理解，活塞301、302的动作提供了废气的排出和进气的进入。新鲜的进气602被抽吸入扫气室201、202的扫气配置可允许这里描述的活塞301、302的冷却，然后接着通过储气室540将气体作为增压空气抽吸入燃烧室160。活塞301、302可被配置为当活塞301、302在第二冲程期间由返回力305返回或者向内推动时压缩相各个扫气室201、202中所抽吸的进气602，由此用作增压器。因此，参看图3，每个扫气室201、202通过至少一个相应的扫气出气口140、141、160、161输送或者泵送进气(例如，抽吸的进气604)至储气室540。可以理解，储气室540中压缩的被输送的进气604的压力高于在前一个第一冲程期间被抽吸入每个扫气室201、202的进气的压力。
FPLA 100包括一个或多个燃料喷射器600。在被配置为通过直接喷射操作的发动机中，燃料喷射器600通过燃料轨道或其它设备被供应高压燃料。在直接喷射发动机中，燃料直接喷洒入燃烧室160中。还已知其他配置，其中燃料被喷射入一个或多个输入口并且与进气一起被抽吸入燃烧室160。例如，燃料可在燃烧室进气口560或在储气室540的某些位置喷射。燃料喷射器被配置为喷洒或雾化燃料，从而利于在燃烧室160中有效的混合和燃烧燃料。
燃烧室160包括一个或多个进气口560。燃烧室160进一步包括一个或多个排气口580。通常，进气口通道引导充入空气(例如进气)通过储气室540进入燃烧室160，其中充入空气是由于活塞的移动而将每个扫气室201、202中的进气进行增压、压缩和输送的气体。排气口接收在燃烧事件之后来自燃烧室160的废气并且引导废气例如通过排气歧管进入排气系统。
图1中示出的燃烧室160由气缸120的内壁124以及各个活塞301、303的滑动部分309、319的各近端311、313所限定。每个滑动部分309、319分别可包括位于相应近端311、313的塞状部分以将燃烧室160与气缸120中的其余区域间隔开来。换句话说，每个塞状部分用作密封表面以用于密封燃烧室160中的燃烧事件。在扫气期间，当活塞301、302位于第二位置时，进气(例如增压空气)从储气室540被抽吸入燃烧室160。在示例性实施例中，燃料被喷射入燃烧室160中。可替换地，燃料可在燃烧室进气口560处或者在储气室540内的位置喷射。接着，燃料气体供给由返回的活塞301、302进行压缩，其中活塞301、302的返回是由每个弹力室400、402(即图3)中被压缩的充分受约束的空气施加的返回力305所实施的。FPLA100被配置为以使得当燃料气体供给被压缩时发生燃烧。在本公开的示例性实施例中，来自各滑动部分309、319的漏气被扫气至相应的一个扫气室201、202，或者储气室540，并且随后被抽吸入燃烧室160中。
现有技术中已知多种燃烧模式，并且FPLA 100可期望采用任意数量的燃烧模式。FPLA可被配置为采用柴油燃料以用于燃烧。柴油燃料的燃烧可通过压缩点火进行控制，其中燃料气体供给被压缩至不需用火花就可点燃供给气体的一点处。这样的配置众所周知还包括电热塞用以在温度或者其他因素可能导致的失火或者供给气体不完全燃烧的情况中进行辅助。另外，已知柴油发动机采用包括能够增加发动机的燃料经济性的供给气体和燃料的高比例或者稀燃操作(lean operation)的预混合压缩点火模式(PCCI)。可替代地，也可采用包括汽油或者乙醇混合燃料的其他燃料和发动机。如图1中所述，这样的配置可包括火花塞620以在特定的时间点提供火花以点燃供给气体。另外，已知的包括分层混合火花点燃模式以及均质充量压缩点燃模式(HCCI)的燃烧模式。分层混合火花点燃模式可采用在燃烧室160中的特定部分中的集中燃料结合来自火花塞的定时火花以提供有效的燃烧并且施加力至活塞。HCCI模式包括高气体燃料比的操作或者稀薄操作以增加发动机的燃料经济性。多种燃料和燃烧模式可在发动机中采用。本公开并不意图限制于这里提供的特定示例性实施例。
排气系统接收来自排气口580的作为废气流的废气。废气流的特征在于废气的温度、废气的压力以及废气质量流量比。废气流可被直接从排气系统中排出至大气。在另一实施例中，可采用再处理设备来处理废气流中可能存在的包括NOx，CO以及微量烃的成分。另外，废气流可用在涡轮机中以将废气流中的压力转换为机械能。
如前所述，一对对置活塞301、302在每个第一和第二冲程期间产生电流。FPLA 100的活塞301、302包括位于与气缸120的外壁122上的第二元件9相互作用的第一元件7，其中每个活塞在第一位置和第二位置之间的移动产生电流。可以理解每个活塞在第一位置和第二位置之间的移动也包括在第二位置和第一位置之间的产生电流的移动。在本公开的示例性实施例中，第一元件7分别位于每个活塞301、302的头部部分310、320。在本公开的示例性实施例中，如图1所示，第一元件7包括永磁体、第二元件9包括绕组。绕组包括从绕组伸出的导线以用于将电流传输至相关的整流器700。整流器700电连接至用于储存生成的电流的电池800。通过将永磁体放置在活塞301、302上，不需要将导线固着在移动活塞上。在替代的实施例中，第一元件7包括绕组，第二元件9包括永磁体。换句话说，FPLA 100的第一元件7包括永磁体和绕组中的一个，FPLA 100的第二元件9包括永磁体和绕组中的另一个。
在燃烧室160产生热。高温可能对永磁体产生不利影响。由此，配置活塞以使得永磁体(即，第一元件7)不被暴露在高温中是有利的。这样的配置具有多种实施例。例如，如图1所示的，活塞301、302被设置以与抽吸入FPLA 100的扫气室201、202的输入空气的大量空气流相互作用并且压缩该空气流。前述的扫气配置可采用抽吸入每个扫气室201、202的抽吸的大量进气流，以通过流经扫气室201、202的空气流来冷却各个活塞301、302以及永磁体(即第一元件7)。可选择活塞的特性以使得来自活塞的热量最大化地向进气传递。在本公开的示例性实施例中，各个活塞301、302的相应头部部分310、320的相应的外壁316、318很薄从而最大化的传递第一元件7(例如永磁体)的热量。在另一实施例中，每个活塞301、302基本上中空以最大化的传递第一元件7的热量以及减少每个活塞301、302的质量。在另一个示例性实施例中，采用耦合至各个活塞301、302的相应的远端321、331的一系列散热片来最大化或者有利于从每个活塞301、302的散热，各个活塞301、302与每个扫气室201、202中的抽吸的进气相互作用。进一步，发动机冷却剂或者其他流体可被用于包覆FPLA100的换热器设计中以用于对FPLA 100进行额外的散热。另外，可选择用于活塞的材料以用于影响各活塞301、302的散热性能。在一个示例性实施例中，可采用钢。在一个替代性实施例中，可采用铝。在另一个替代性实施例中，可采用陶瓷材料以减小从燃烧室160传递至第一元件7(例如永磁体)的热量。应当理解，可使用多种不同的材料，并且本公开并不意图受限于这里所描述的特定示例性实施例。
自由活塞式发动机的燃烧室160中不包括当活塞连接至曲轴时的大的侧向力。由此，可采用活塞设计的特定实施例，其在活塞301、302之间以及内外气缸壁124、122之间不需要密封或者活塞环。这样的实施例额外的减小了FPLA中产生的热量并且可以减小永磁体所承受的温度。
活塞的质量可影响FPLA 100的操作。例如，驱动每个活塞301、302所需的燃烧力401以及活塞301、302中的振荡频率受到活塞质量的影响。并且，将各活塞返回至内止点中心(例如，第一位置)所需的返回力305也受活塞质量影响。
如前所述，在FPLA中产生的电流在图1所示的绕组(即，第二元件9)中产生。图1示出的导线将电流传输至整流器700。在FPLA 100中产生的电流产生为交流电流。可采用整流器700将该电流从交流转换为直流并且由此作为能量储存在电池800中。
在本公开的示例性实施例中，通过调节由弹力室400、402中的被压缩的充分受约束的空气提供的返回力305可影响燃烧室160中的压缩比。在一个示例性实施例中，返回力305可通过改变在至少一个弹力室400、402中的受约束空气的质量(即，被约束空气量)来调节和改变。在一个实施例中，调节在至少一个弹力室400、402中的被约束气体量可包括在各个弹力室400、402中增加气体。在另一个实施例中，调节在至少一个弹力室400、402中的被约束气体量可包括从各个弹力室400、402中释放一部分基本被约束气体。
在另一个示例性实施例中，至少一个活塞301、302的线性移动的相位可根据燃烧室160中的压缩比的影响进行调节，通过调节返回力305可影响燃烧室160中的压缩比，通过改变至少一个弹力室400、402中的被约束气体质量可调节返回力305。
可采用控制模块500或模块来控制FPLA的不同部分。控制模块500可控制进入燃烧室160的燃料流比率、影响FPLA的输出。控制模块500可增加或减少施加至电路的电阻，由此影响从FPLA中抽吸的电流量。从FPLA抽吸的电流的这样的调节可影响传输至整流器700的电能。进一步，调节从FPLA抽吸的电流可调节由活塞301、302上的感应产生的力，由此影响活塞301、302的冲程周期以及燃烧室160中的燃烧。例如，施加至活塞的燃烧力401和偏置力305可影响燃烧室160的压缩比。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示一个或多个特定应用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选为微处理器)以及相应的存储器和执行一个或多个软件或者固件编程和程序的储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、适当的信号调理和缓冲电路、以及其他提供所述功能的元件中的任意一个或者多个的不同组合。软件、固件、编程、指令、程序、代码、算法和类似术语表示包括校验和查找表的任意控制器可执行指令组。控制模块具有一组执行以用于提供期望功能的控制程序。程序被通过例如中央处理单元执行，并且可用于检测来自传感设备和其他网络控制模块的输入并且执行控制和诊断程序以控制致动器的运行。程序可有规律的间隔执行，例如，在发动机前进以及车辆运行期间，每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒执行。另外，程序也可响应于一个事件的发生而执行。
在本公开的示例性实施例中可单独采用一个所描述的FPLA 100。在替代性实施例中，可采用成对或成组的FPLA。依赖于整个配置的整体需求，单独的FPLA或者一组FPLA可被选择性的激活或者失效。由于对置活塞的同等操作和相对移动，每个FPLA可独立平衡，由此可采用这样的配置而不要求保持成对的FPLA同时操作。
FPLA 100比其他已知的发动机配置包括更少的移动部件。进一步，如在这里所述的，这样的配置不需要活塞环。由于移动部件更少并且不需要活塞环，可减小在FPLA中产生的热量以及增加发动机的效率。
本公开描述了特定的优选实施例以及对其所作的改动。基于阅读和理解说明书可实施其他的修改和改动。由此，本公开并不意图限制于作为实施本公开最优模式所完成的被公开的特定实施例，本公开还将包括落入附加的权利要求保护的范围内的所有实施例。
Claims (19)
1.一种自由活塞式线性交流发电机，包括：
气缸，所述气缸包括一对弹力室、一对扫气室、一对对置的活塞以及在所述对置的活塞之间设置的燃烧室；
所述活塞彼此轴向对置，并且包括滑动部分和具有近端和远端的头部部分；
扫气室配置成在活塞远离燃烧室线性移动时抽吸进气，每个扫气室设置在气缸外壁、相应活塞的滑动部分的外壁以及相应活塞的头部部分的近端之间；
活塞的头部部分包括直接设置在头部部分上的第一元件，以最大化从第一元件到抽吸到相应扫气室中的进气的热传递，第一元件与位于气缸的外壁上的相应第二元件相互作用，以在活塞线性移动时产生电流；以及
每个弹力室置于相应的一个活塞的头部部分的远端和相应的气缸封闭外端之间，并且所述弹力室包括充分受约束的空气，其被配置为在燃烧后将相应的一个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置。
2.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中所述燃烧发生在两冲程循环中，并且每个活塞的所述线性移动包括每个活塞由所述燃烧从相应的第一位置驱动至相应的第二位置的相应的第一冲程以及每个活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置从而为接下来的燃烧事件做准备的第二冲程。
3.如权利要求2所述的自由活塞式线性交流发电机，其中相应的第一位置对应于每个活塞处于相应的内止点中心位置，以及所述相应的第二位置对应于每个活塞处于相应的外止点中心位置。
4.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中对置活塞的每个包括自由活塞，当相应的弹力室中的充分受约束的空气没有被压缩时，所述自由活塞具有自然静止位置。
5.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中当相对应的活塞从相应的第一位置向相应的第二位置移动时，每个弹力室中的充分受约束的空气被压缩，并且所述被压缩的充分受约束的空气对相对应的活塞施加返回力从而使所述相对应的活塞从相应的第二位置返回至相应的第一位置。
6.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中每个活塞在相应的第一位置和相应的第二位置之间的移动产生电流。
7.如权利要求6所述的自由活塞式线性交流发电机，其中第一元件包括永磁体和绕组之中的一个，并且第二元件包括永磁体和绕组之中的另一个。
8.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中，所述燃烧室设置在所述对置活塞的相应滑动部分的相应的近端之间。
9.如权利要求8所述的自由活塞式线性交流发电机，其中，各个活塞的相应头部部分具有邻近于相应扫气室的相应的近端以及邻近于相应弹力室的相应的远端，从而在相应的扫气室和相应的弹力室之间形成支座。
10.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中当相对应的活塞从相应的第一位置向相应的第二位置移动时每个扫气室通过至少一个相应的扫气进气口抽吸进气，当相对应的活塞从相应的第二位置向相应的第一位置移动时每个扫气室将抽吸的进气通过至少一个相应的扫气出气口输送至所述燃烧室中。
11.如权利要求10所述的自由活塞式线性交流发电机，其中每个扫气室将抽吸的进气通过至少一个相应的扫气出气口输送至储气室中，所述储气室将每个扫气室流体连通至所述燃烧室。
12.如权利要求10所述的自由活塞式线性交流发电机，其中被抽吸的进气包括自然送入的环境空气和通过增压器充入的环境空气之中的一种。
13.如权利要求1所述的自由活塞式线性交流发电机，其中所述燃烧室内的期望压缩比是通过调节返回力所影响的，所述返回力是由充分受约束的空气提供的。
14.如权利要求13所述的自由活塞式线性交流发电机，其中调节由充分受约束的空气所提供的返回力包括增加在至少一个弹力室内的被约束空气质量和减少在至少一个弹力室内的被约束空气质量中的一种。
15.一种用于控制自由活塞式线性交流发电机的方法，所述自由活塞式线性交流发电机具有气缸，所述气缸包括一对扫气室、一对对置的活塞、一对弹力室以及设置于所述对置活塞之间的燃烧室，所述弹力室的每个被设置在相应的一个活塞和相应的气缸外端之间，所述方法包括：
通过所述燃烧室内的燃烧事件，将每个活塞从相应的内止点中心位置向外驱动至相应的外止点中心位置，每个活塞包括滑动部分和具有近端和远端的头部部分；
在活塞远离燃烧室线性移动时抽吸进气到扫气室中，每个扫气室设置在气缸外壁、相应活塞的滑动部分的外壁以及相应活塞的头部部分的近端之间；
在各个弹力室中产生相应返回力以将每个活塞从相应的外止点中心位置返回至相应的内止点中心位置以准备接下来的燃烧事件；
当每个活塞在相应的内止点中心位置和相应的外止点中心位置之间移动时产生电流，每个活塞的头部部分包括直接设置在头部部分上的永磁体，以最大化从永磁体到抽吸到相应扫气室中的进气的热传递，并且与位于气缸壁上的线性交流发电机的绕组相互作用，以产生电流；以及
使用抽吸到相应扫气室中的进气来冷却每个永磁体。
16.如权利要求15所述的方法，其中在各个弹力室中产生相应返回力包括当相应活塞从内止点中心位置向相应的外止点中心位置移动时，压缩相应弹力室内的充分受约束的空气量。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括通过调节至少一个弹力室内的受约束空气质量来实现燃烧室内期望的压缩比。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
当活塞从相应的内止点中心位置向相应的外止点中心位置移动时，抽吸进气至相应的扫气室；
当活塞从相应的外止点中心位置向相应的内止点中心位置移动时，将抽吸的进气从扫气室输送至储气室；以及
当活塞处于外止点中心位置时，将所述储气室内的进气抽吸至所述燃烧室。
19.一种自由活塞式交流发电机，包括：
包括一对弹力室的气缸；
一对扫气室；
一对活塞，每个活塞彼此轴向对置并且包括滑动部分和具有近端和远端的头部部分；
设置于所述滑动部分的近端之间的燃烧室；
扫气室配置成在活塞远离燃烧室线性移动时抽吸进气，每个扫气室设置在气缸外壁、相应活塞的滑动部分的外壁以及相应活塞的头部部分的近端之间；以及
每个弹力室设置在气缸的相应的封闭外端与相应活塞的头部部分的相应远端之间，每个弹力室包括充分受约束的空气；
活塞的头部部分包括直接设置在头部部分上的第一元件，以最大化从第一元件到抽吸到相应扫气室中的进气的热传递，第一元件与位于气缸的外壁上的相应第二元件相互作用，以在活塞线性移动时产生电流。
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