CN102639842A

CN102639842A - 液压内燃机

Info

Publication number: CN102639842A
Application number: CN2010800546415A
Authority: CN
Inventors: O·E·史度曼; T·凯斯; S·E·梅西; D·德鲁利
Original assignee: Sturman Digital Systems LLC
Current assignee: Sturman Digital Systems LLC
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: DE112010004067T5; CN102639842B; JP2013507578A; WO2011046975A1; TW201124615A; US8596230B2; DE112010004067B4; US20110083643A1

Abstract

液压内燃机，该液压内燃机具有至少一个燃烧活塞，所述至少一个燃烧活塞不机械连接到曲轴或任何其它燃烧活塞，而是改为通过电子控制的阀门作用在液压柱塞上，以控制活塞位置和速度，典型地通过吸入冲程、压缩冲程、燃烧或动力冲程和排出冲程。电子控制的燃料喷射和电子控制的发动机阀在可以使用的运转周期中提供巨大灵活性，发动机泵送液压流体到高压蓄能器以便用于液压马达或其它液压设备。也公开使用高压空气喷射以维持燃烧的实施方式。

Description

液压内燃机

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月12日提交的美国临时专利申请No.61/250784，2010年1月26日提交的美国临时专利申请No.61/298479，2010年2月1日提交的美国临时专利申请No.61/300403和2010年4月5日提交的美国临时专利申请No.61/320943的优先权。

发明背景

技术领域

本发明涉及自由活塞发动机和用于它的动力传动系的领域。

背景技术

内燃机是通过燃烧用来将化学能转变为机械能的有用的装置。典型的内燃机通过使用受限制的燃烧产生的压力在燃烧气体膨胀时向下推动活塞并且利用曲轴将该运动转变为旋转运动，而将诸如汽油或柴油的石化燃料中的能量转变为旋转机械能。然而，活塞和曲轴机构的使用在发动机的操作中引入许多约束，这限制了可以从燃烧过程提取的有用机械能的量。

自由活塞发动机是线性的，在“无曲柄的”内燃机中活塞运动不受曲轴控制，而是通过来自燃烧室气体，回弹装置，和载荷装置的力的相互作用而确定。液压自由活塞发动机使用液压控制系统将燃烧活塞联结到充当载荷和回弹装置的液压缸。这给单元提供了操作灵活性。虽然现有技术中的液压自由活塞发动机的形式已经实现良好的操作灵活性，但希望提供一种具有更大操作灵活性和能量效率的液压自由活塞发动机。

附图说明

图1是根据本发明的发动机的一个汽缸的示意图。

图2示意性地示出可用于本发明的实施例的自由活塞位置传感系统。

图3是本发明的另一可能的一般实施方式的示意图。

图4是使用本发明的示例性车辆动力系统的方块图。

图5示出根据本发明的自由活塞发动机的四冲程运转周期。

图6是根据本发明的另一示例性自由活塞发动机/动力传动系的示意图。

图7是根据本发明的又一示例性自由活塞发动机/动力传动系的示意图。

图8以更多的物理实现显示图4的电动机-发电机。

图9是体现本发明的发动机的横截面。

图10是体现本发明的燃烧汽缸和液压组件的图示视图。

图11是图10的装置的图示视图，燃烧汽缸被移除以显示燃烧活塞。

图12是图10的装置中的燃烧活塞和液压柱塞的平面图。

图13是图10的装置沿截线13-13截取的剖视图。

图14是体现本发明的另一燃烧汽缸和液压组件的图示视图。

图15是图14的装置沿截线15-15截取的剖视图。

图16是图14的装置中的燃烧活塞和液压柱塞的平面图。

图17是根据本发明可以使用的阀和控制系统的示意图。

图18是根据本发明的可用于动力传动系的阀和控制系统的示意图。

图19是根据本发明的用于多汽缸发动机的示例性总控制系统的示意性方块图。

具体实施方式

这里公开的是自由活塞式液压内燃机，该自由活塞式液压内燃机具有完全可变的电子控制的液压阀门驱动（hydraulic valve actuation），高压电子控制的燃料喷射，和可与其一起使用的动力传动系。在下面的描述中，通过一个实施例公开了本发明的某些方面，该公开包括了将这些方面应用到其他实施例中的可能性。

图1中示意性地示出根据本发明的发动机的一个汽缸。发动机中的两个主要子组件（subassembly）包括汽缸盖组件和具有液压阀的活塞/柱塞组件。它们彼此相对独立并且将被分开描述。

在这个实施例中，汽缸盖组件包括使用增强型燃料喷射器的高压电子控制的燃料喷射器44，和美国专利No.6739293的通用型液压阀门驱动系统46。

活塞/柱塞组件取代传统发动机的活塞/连接杆/曲轴组件，并且将燃烧期间释放的化学能转换为液压能。通过适当定时的打开和关闭电致动的液压控制阀，利用将液压流体从低压容器有效地泵送到高压蓄能器（high pressureaccumulator）中以实现这种能量的转换。

活塞/柱塞组件可以被描述为如下。活塞20具有与液压柱塞22的底部配合表面。对于每一个活塞，存在许多柱塞，至少三个，可能更多，例如，为绕第七中心柱塞24均匀分布的六个（见图12）。柱塞的顶部被活塞20的底表面向下推（注意，如顶部，底部，上方，下方等的词为了方便起见以相对意义而不是绝对意义被使用，并且将不被解释为限制意义）。液压容积位于柱塞的底部。通过电致动的三路液压阀26，28和30（在这里称为柱塞阀），这些体积的每一个连接到低压（LP）轨道32（当柱塞阀处于关闭位置时），或连接到高压（HP）轨道34（当柱塞阀处于打开位置时）。柱塞体积也可以各通过止回阀36连接到LP轨道以增加从LP轨道到柱塞液压容积的流动面积而不增加控制阀流动面积和尺寸。

图1中示出的液压返回布置促进活塞20和柱塞22和24在吸入冲程期间返回到底部位置。液压返回是中心柱塞连接到活塞的原因。至少一个柱塞（优选地中心柱塞24）必须能够在吸入冲程期间不停地拉活塞以使其向下移动。如图1中示出的，中心柱塞的底部的直径上大于上部的直径，并且在这个实施例中该中心柱塞的底部始终联结到高压轨道。当中心活塞的底部联结到低压轨道时对中心活塞上提供向下的力以便活塞20返回，用于诸如吸入冲程，但当活塞20的底部通过阀26联结到高压轨道时对该中心活塞提供向上的力，可以在诸如压缩冲程期间或在动力冲程期间使用。并且，作为替代方案，中心柱塞24的扩大端部38上方的区域可以联结到控制阀以便被可控制地联结到高压轨道或低压轨道。需要注意地，在所有柱塞的所有情况中，低压轨道的压力应当足够高，以在柱塞离开各个柱塞的分别的液压流体入口端口时回填相应的液压容积。

为每一个发动机汽缸使用多个柱塞，这允许在整个发动机周期上匹配或平衡活塞的顶部上的压力与柱塞的底部上的液压压力，因此在燃烧周期的任何点促进受控制的活塞/柱塞速度，这反过来促进从化学能到液压能的高效率的转换。压力传感器25可以设置在燃烧室中以向控制器提供输入，如果需要的话，该控制器管理活塞/柱塞速度，但是监测液压控制阀位置和活塞位置，并且从活塞位置相对时间，活塞速度和加速度基本上能够提供所有需要的信息。

如果除了中心柱塞24外还使用六个柱塞22，两个在直径方向上相对的柱塞可以由一个阀（例如，阀26）控制，并且其它四个柱塞由阀30控制。如果中心柱塞38与其它六个柱塞具有相同的净尺寸，那么，例如在动力冲程期间，七个柱塞可以用来泵送液压流体到高压轨道（和高压蓄能器），然后六个柱塞（除了中心柱塞24外的所有柱塞），然后五个柱塞（四个柱塞加上中心柱塞24），然后四个柱塞（由所述阀的一个控制的四个柱塞），然后三个柱塞（由所述阀的一个控制的两个柱塞加上中心柱塞）等等可以用来泵送液压流体到高压轨道（和高压蓄能器），提供双重进程（binary progression）以良好地匹配需要的活塞力以始终对活塞位置和速度具有良好的控制。

可替代地，每一个柱塞可以具有其自身的控制阀，虽然在这种实施例中，用于在直径方向上相对的柱塞的控制阀将一致地操作，以避免活塞20中关于水平轴线的扭矩。因此，作为另外的替代方案，每一个阀可以控制相对的成对柱塞。而且，由于用于获得所需结果的阀切换减少，这种实施例使得较容易获得上述的双重进程。优选地应当使用明显高速度的，电子控制的，电致动的阀，同样优选地应当使用两级短管阀（two stage spool valve）以提供需要的流动面积。

在图1中示出的类型的发动机中，典型地将使用多个汽缸，每一个汽缸与图1中示出的汽缸相同。在这种发动机中，优选地使用如图所示的压缩点火，但是可替代地，如果需要可以使用火花点火，或者火花点火甚至可以作为具有压缩点火能力的发动机中的额外功能，利用或不使用向燃烧室中直接的燃料喷射，以允许发动机基于更大范围的燃料运转。可以使用常规四冲程操作周期，虽然两冲程操作也是可能的。在这方面，注意发动机可以以全输出方式运行，并且在一个周期内突然停止，之后在同一个周期内以全功率方式重新启动。

在自由活塞发动机中，按照定义不存在预先确定的活塞位置或运动，并且特别地，不存在预先确定的活塞速度和活塞极限位置，就像曲轴式发动机中的活塞具有这些一样。因此，有必要知道自由活塞发动机中的自由活塞的位置和速度，从而可以避免速度极限并且可以预先确定或者至少控制活塞极限位置。因此，图2示意性地示出可用于这个目的的自由活塞位置传感系统。特别地，在动力冲程上向下运动的自由活塞20使用可变数量的液压活塞泵送液压流体，以将液压流体泵送到高压轨道和蓄能器（如下面描述的）以控制自由活塞20的速度。另一方面，如前所述，中心液压活塞24提供上文所述的自由活塞返回能力以及吸入冲程能力。

然而，对于活塞位置传感，磁钢柱塞40与线圈42一起使用，该线圈通过相对高频交流信号被激励。线圈的阻抗将随着磁性柱塞40的位置而变化。虽然阻抗随柱塞位置的变化可能不是线性的，和/或用来感测阻抗的电路可能不是线性的，但可以容易地应用校准曲线来线性化关于活塞位置的输出信号。因此，由于自由活塞发动机是处理器控制的，所以通过模数转换器将非线性信号转换为数字信号，并且随后通过查表法将该数字信号线性化，从而以数字形式提供真实的活塞的位置，以便由自由活塞发动机数字控制器使用，由此可以在数字域中很容易地实现校准。显然，图2虽然是示意图，但是示出自由活塞位置传感器的原理。

现在参考图3，可以看到本发明的另一可能一般实施的示意图。在这个实施中，显示出六缸发动机，两个中心汽缸用于压缩COMP，并且位于发动机两端的两个汽缸用作燃烧汽缸COMB。来自燃烧汽缸的废气EXH在排出到大气ATM之前驱动涡轮增压器TURBO。在这个实施例中，涡轮增压器将吸入空气INT增加到大约4巴的压力，将涡轮增压的空气提供到所有六个汽缸上的吸入阀。为了起动发动机，以及其他任何需要涡轮增压器增压或者使用涡轮增压器增压是有利的时候，可以通过液压马达提供液压辅助，该液压马达由联结到压力Ps下的液压流体的源的控制阀来控制。在两个压缩汽缸COMP的情况下，通常每一个汽缸可能具有两个吸入阀和两个排出阀，该两个吸入阀和两个排出阀可以全部用作输入阀，并且在每一个压缩汽缸COMP中都具有止回阀C.V.，该止回阀C.V.用来将压缩空气从压缩汽缸COMP通过空气轨道排出到压力大约为200巴的空气箱中。

替代地，可以使用正动阀（positively actuated valve）。空气箱中的压力当然可以通过控制压缩活塞位置而控制，压缩汽缸COMP的吸入阀在该压缩活塞位置被关闭，这当然也控制着输送到空气箱的高压空气的体积。因此，需要注意的是，不管燃烧汽缸COMP可能自身以两周期，四周期，六周期还是一些其它模式操作，压缩汽缸COMP总是以两周期压缩模式操作。

来自空气箱的空气通过阀喷射到每一个燃烧室COMB中，该阀在优选实施方式中也通过电子控制器被液压地控制，并且当然被定时和设定尺寸等等，为被喷射到燃烧室中的空气提供所需的量和时间。因此，很显然，在空气喷射时空气箱的压力必须高于燃烧室中的压力，虽然在优选实施方式中，这通过实际上监视燃烧室中的压力（作为压力并且作为燃烧室中的点火和温度的指示）被容易地实现。需要注意的是，虽然用于从空气箱喷射空气的单个阀在图3中被示意性地表示出来，但也可以使用多个阀。

优选地，空气箱中的压力将通过控制压缩汽缸COMP上的吸入阀而被控制，以在空气喷射期间提供比燃烧室COMB中的压力高的压力，但不会过高以致耗散不必要的能量。因此，在空气箱中可获得的最高压力能够很容易地为压缩汽缸COMP而控制，这通过汽缸盖设计可以不同于并且特别地大于用于燃烧汽缸COMB的压缩比率。空气箱中的实际压力，以及被输送到空气箱的空气的体积可以通过控制压缩汽缸的吸入阀而很容易地控制。需要注意的是，通常空气箱中的空气由于其基本上被绝热地压缩所以是热的，可是通常这些能量不会过多损失，就像通常高压空气在热量损失之前就用于喷射。

现在参考图4，可以看到使用本发明的示例性车辆动力系统的方块图。这个图以及图5的四冲程运转周期是用于自由活塞发动机的，该自由活塞发动机也可以使用例如美国专利号6415749，美国专利申请公开号2007/0245982，2008/0264393和2009/0183699和美国专利申请号12/256296中描述的运转周期中的任意一个，这些文献的公开内容在这里通过引用并入，并且该自由活塞发动机可以使用多种燃料，该多种燃料包括但不限于使用压缩点火的柴油，生物柴油和氨燃料。另一个有利的燃料是乙醇。虽然乙醇是基于碳的，但它来源于玉米或其它植物，并且因此，乙醇中的碳来自植物吸收的二氧化碳，并且因此乙醇作为燃料是基本上碳中性的。实际上，通过引入到发动机的吸入歧管中，或者通过为了这个目的设置的阀直接引入到燃烧室中，甚至可以使用气态燃料。

类似于图3中示出的发动机，图4中示出的发动机使用两个燃烧汽缸和一个压缩汽缸，并且可以与图5中示出的运转周期共同运转。两个燃烧汽缸各以四冲程周期运转，压缩汽缸以两冲程周期运转。在每一个燃烧汽缸中和在压缩汽缸中，可以使用活塞位置传感器，诸如前面描述的，虽然根据需要也可以使用其它类型的传感器，诸如霍尔效应传感器。使用的活塞位置传感器可以是线性传感器或非线性传感器，诸如设计为在上死点和下死点活塞位置附近具有增加的灵敏度的传感器，这是由于在冲程的这些极限处具有较高的精度可能是有利的。（短语“上死点”和“下死点”取自标准曲轴式活塞发动机术语，并且在这里所描述的类型的自由活塞发动机中，实际上仅仅是在运转期间活塞的顶或最上位置和活塞的底或最下位置，这实际上可以每个周期都发生改变。）

空气箱是高压空气存储箱，该高压空气存储箱为压缩汽缸输出提供缓冲以供应空气，从而在适当的时间喷射（将要描述的例子）。由于燃烧汽缸在本说明书中以示例性的四冲程周期进行运转（见图5），燃烧汽缸包括吸入冲程，压缩冲程，动力冲程和排出冲程，并具有燃料喷射，在示例性周期中，所有燃料要在吸入冲程或压缩冲程早期被喷射以进行下面的动力冲程。吸入冲程期间的喷射保证良好的燃料空气混合，并且甚至可以发生在空气吸入期间以便最佳混合，在此之后可以打开排出阀或用于EGR（废气再循环）的阀。然而，需要注意的是，在吸入冲程期间吸入的空气的量被故意限制使得在点火时燃烧室中的富油混合气（fuel rich mixture）将不达到NO_X形成的温度，并且在极端情况中，可能不吸入空气，但在之后的压缩冲程的结束时的点火使用来自之前的动力冲程的剩余的残留喷射空气。

在点火之后在动力冲程期间发生的空气喷射出现在上死点位置或其附近。与燃烧汽缸的四冲程周期相比，压缩汽缸为两冲程周期运转，因此在点火之后喷射的空气的量可以大体上等于或者甚至略微大于在吸入冲程期间吸收的空气。当然，由于这是自由活塞发动机，所以假定压缩汽缸和燃烧汽缸以相同的频率运转，但这并不是本发明的限制，由于压缩汽缸可以以不同于燃烧汽缸的操作频率的频率操作，因此，当不需要动力时，诸如在车辆的滑行期间，所有汽缸可以停止直到又需要动力。

因此，需要注意的是，活塞可以基本以与运转速度为例如2400转每分钟的曲轴式发动机相对应的的活塞速度运转，但实际上可以在一些活塞位置上暂停，例如压缩汽缸和燃烧汽缸的下死点位置，在排出冲程之后并且在接下来的吸入冲程之前的上死点位置。因此，虽然活塞速度可以类似于以2400RPM运转的曲轴式发动机，但运转之间的暂停将允许自由活塞发动机中的活塞以任何较低的频率操作，基本上下至完全停止。

还需要注意的是，虽然压缩汽缸和燃烧汽缸可以以独立的频率操作，但汽缸的速度变化图也不由曲轴的约束设定，并且因此，可以为实现最佳效率而定制。因此，燃烧汽缸可以对不同的冲程使用不同的活塞速度变化图，并且实际上，吸入，压缩，动力和排出冲程可以全部彼此不同，并且当然不同于压缩汽缸的活塞速度变化图。

燃烧汽缸的燃料通过用来喷射的燃料系统（图4中未详细示出）而提供，例如，通过每一个燃烧汽缸上的增强式燃料喷射器。燃烧汽缸通过可控制的截止阀将净高压（net high pressure）液压流体提供到主高压蓄能器。自由活塞液压从提升泵被提供到低压管路，并且从高压蓄能器或高压轨道提供任何所需的高压液压流体。电控的减压阀可以将提升泵的输出联结回到低压容器，否则体积流量（压力）将过度，当提升泵不操作时可选的止回阀70保持低压管路中的压力。

高压液压流体也被提供到驱动泵马达，该驱动泵马达在示出的实施方式中通过可选的减速齿轮和普通设计的差速器驱动车辆的轮。可替代地，分离的驱动泵马达可以用于每一个驱动轮，或者可替代地用于车辆的所有轮（通过适当的通用接头联结器或通过每一个轮上的驱动泵马达）。

不是所有的装设阀（valving）（特别地用于压缩汽缸和三个燃烧汽缸）在图4中被示出。高压液压流体也可以被引导通过发电机泵-马达以操作电动机-发电机，以对电池组充电，驱动泵-马达和发电机泵-马达的低压液压流体输出返回到低压管路。因此，在高压液压流体没有被存储在主高压蓄能器或起动器高压蓄能器（starter high pressure accumulator）中的正常操作中，流过驱动泵-马达和发电机泵-马达的低压液压流体输出并返回到低压管路的流体流等于补充燃烧汽缸的液压活塞所需的流体流，使得提升泵不是非常活跃。如果需要，可以包括低压蓄能器以吸收所有三个活塞引起的低压管路中的脉动。

驱动车辆的轮的驱动泵-马达优选地是可逆的，即，可以用作双向马达和双向泵，以在制动时提供将液压流体泵送到主高压蓄能器中再生制动。为轮提供动力的驱动泵-马达优选地为可变泵-马达，诸如可以通过对其的压力（在高压和低压之间）液压流体供应的调制获得，该驱动泵-马达的低压输出在其高压液压流体联结回其输入的脉冲之间联结回其输入。

在一种模式中，电池组可以为电动机-发电机提供动力以转动发电机-马达，用来通过驱动泵-马达为车辆的轮提供动力或者用来充电高压蓄能器起动器以便起动自由活塞汽缸（只有当主高压蓄能器自身没有被加压时）。因此，高压蓄能器起动器是相对小的蓄能器，该蓄能器可以通过如上所述的电池组以充分的压力加压，以达到发动机起动的目的，或者该蓄能器可以仅仅以起动为目的存储充分的压力和体积的高压液压流体。当然，根据电池组，电动机-发电机和发电机泵-马达的尺寸，该系统可以用作与自由活塞发动机的混合系统，该混合系统能够在需要时为电池组再充电和为车辆提供动力。

在图5中示出的四冲程周期中，燃料喷射被示出为大约在压缩冲程的开始发生在下死点或其附近，压缩点火发生在上死点附近。在这个示例性实施方式中，所有燃料在压缩冲程的开始或在吸入冲程期间在下死点位置或其附近被喷射，留在汽缸中的热废气（通过或不通过EGR）将燃料转变为气态形式并且在点火之前与其混合。在点火时，各个燃烧汽缸中的氧气的量被限制以限制压力的上升，并且更重要地是限制温度的上升，将温度维持在NO_X形成的温度以下。

在点火之后并且在上死点之后，如前所述地喷射空气以维持燃烧并且消耗喷射的所有燃料以提供每一个燃烧汽缸的输出动力，该输出动力接近常规曲轴式活塞发动机的两个汽缸的输出动力。因此，这种自由活塞发动机的一个优点是，在上死点或其附近，活塞运动不受与活塞的轴线对齐的连接杆和曲轴的曲柄的限制，并且因此，活塞准备好在上死点位置并且贯穿活塞运动到下死点位置提供输出动力。

当然，任何其它运转周期也可以用于本发明的自由活塞发动机，包括但不限于上面引用的专利和申请中提及的那些。因此，根据前述专利和申请运转的发动机提供了很大的灵活性，该灵活性实际上被本发明的自由活塞发动机提高，该自由活塞发动机具有如现有技术中已知的电子控制的燃料喷射和液压阀门驱动，这是由于这种自由活塞发动机的基本上所有操作参数都可以改变以达到最高操作效率。

而且，通过提供对车辆的驱动轮的基本直接的液压驱动，车辆传动的消除（或者具有大大减小的复杂性的传动）和有效地立即开始和停止发动机的能力，结合再生操作，将为总体驱动系统提供非常高的效果。显然，也可以容易地包括其它特征或操作方法，诸如举例来说，使用比有效压缩冲程长的有效动力（膨胀）冲程（effective power stroke）。在任何情况中，自由活塞发动机与活塞速度，压缩比率等配合运转以达到最佳效率的能力，结合周期之间暂停的能力，允许自由活塞发动机以可能的最高效的操作参数进行运行，而与曲轴旋转的本来情况无关，并且与随后需要的动力输出无关。

现在将示出且描述根据本发明的自由活塞发动机和车辆驱动传动系的示例性物理结构的另一示意图。这些结构意图用于新的车辆和用于已有车辆的翻新。不管哪种情况，人们都相信，这种新技术的大多数实际引用是通过使用尽可能多的现有技术，同时在实践中仍然保留新技术的特征和优点。因此，本发明被保留的的一个方面是燃烧汽缸的操作频率与提供机械推进（或者在滑行期间或者在再生制动过程中的能量存储期间）的液压马达的旋转速度的完全脱离。

现在参考图6，可以看到另一示例性自由活塞发动机系统的示意图。在这个实施方式中，所有发动机汽缸都是燃烧汽缸。在这个实施方式中用来提供机械动力的液压马达使用常规活塞发动机的曲轴50，连接杆52以常规方式将活塞54连接到曲柄50。根据常规活塞设计所希望或要求的，活塞54可以与现有的发动机活塞相一致或者是现有的发动机活塞的特别替代。

活塞54上方的液压活塞56通过阀60以任何数值组合从蓄能器58中的高压液压流体操作以提供曲轴的输出所需的任何机械动力。阀60可以是二级阀，按照机械动力输出要求，第一级为电子（电）可控，从而根据机械动力输出的需要，分别液压地控制较大的阀以便用阀门调节从蓄能器58到活塞56或到开孔的或低压的容器的高压液压流体。较大的阀通过与高压蓄能器联结的管路的高压而被液压地控制。这个高压液压流体也通过燃烧汽缸20上方的电子控制的阀72用于液压阀门驱动和燃料喷射控制，而该阀72通过2级电控液压阀74被操作或操作液压汽缸22，其较大的阀也被较小的电子控制的阀利用管路62中的低压液压流体而被液压地控制。

因此，在图6中示出的实施方式中，控制阀/歧管组件76可以螺栓联结到其上方具有自由活塞液压发动机组件的常规活塞机体组件（piston engineblock assembly）的机体上。自由活塞发动机可以使用柴油，生物柴油或其它常规或非常规压缩点火燃料，在常规压缩点火周期运转。对这种发动机有利的一种燃料是作为无碳燃料的氨（NH₃）。本发明的发动机在不需要打开任何阀或者发生在上死点活塞位置的燃料喷射的周期上运转，本发明的发动机因为在先的燃料喷射而允许活塞运动达到很高的压缩比率，允许氨的压缩点火以便非常高效地将能量转化为液压能。在图示的发动机中，所有汽缸是相同的，虽然这并不是这个实施方式的限制。

图6的示意图使得全部的组件显得相对高。然而，由于顶置气门（overhead valve）和阀驱动系统给定常规发动机的高度，，通过图6中示出的组件的小心地包装，图6的自由活塞发动机系统的总高度可以接近常规压缩点火发动机的总高度。这种发动机可以使用常规的或者甚至目前存在的机体，到自由活塞发动机的转变基本上是螺栓紧固式转变。作为翻新，可以用直接紧固到曲轴的端部的传动轴替代离合器，或者替代地，通过移除离合器踏板将离合器留在适当位置，由于诸如图6中示出的自由活塞发动机可以提供或回收能量直到曲轴旋转速度为0，所以不需要离合器，由于通常不需要齿轮换挡，即使对于倒车档，并且曲轴可以通过对液压阀的适当控制而被沿任一方向液压地驱动，该液压阀控制液压马达柱塞上的液压。

如果实际上，发动机的总高度是问题，则本发明可以如图7中所示那样被包装，其中六汽缸发动机的三个汽缸用作用来产生液压能的自由活塞燃烧汽缸，并且三个汽缸用作将液压能转换为机械功的液压马达，两个汽缸用于转动车辆的轮，或通过固定的减速齿轮或两个或更多个速度传动或后端部，以及一个汽缸用于驱动附件。如前，自由活塞发动机部分的操作速度与液压马达部分的操作速度完全脱离，它们的任一个都可以操作到零速度，液压马达部分当在“制动”期间用于能量回收时能够回收车辆动能。

图8以更多的物理实现示出图4的电动机-发电机。而且，图8示出在每一个燃烧汽缸中包括空气存储箱和至少一个另外的电子控制的阀51，这允许将任意燃烧汽缸作为空气压缩机的操作，以便将高压空气存储在空气箱中；以及在用于燃烧汽缸的任意汽缸中使用空气喷射，以能够在其动力冲程期间贯穿自由活塞的较大运动维持燃烧。这允许在使用运转周期的任何一个时间将一些汽缸用作压缩汽缸并且一些其它汽缸作为燃烧汽缸（诸如，在至此称为专利和专利申请的文献中描述的）。再次，如果发动机的高度是问题，则图8中示出的类型的发动机可以如图7中所示的那样被包装。

因此，在图3，4和8的实施方式中，提供用来喷射到汽缸的燃烧室中的空气压缩，而在图6和7的实施例中，不提供空气喷射，因此使用更多常规运转周期。

图9示出体现本发明的内燃机的剖视图。这个图示出用于液压流体的贮器和蓄能器如何可以与其它发动机结构合并。

图10示出体现本发明的内燃机100的一部分的图示视图。发动机100包括燃烧汽缸体104，该燃烧汽缸体具有燃烧活塞102，该燃烧活塞在汽缸体中的燃烧汽缸内滑动。完整的发动机将包括汽缸盖，该汽缸盖联结到燃烧汽缸体104的上端部以提供吸入和排出阀，并且可能地提供诸如燃料喷射器和/或火花塞的部件。因此，图1中的喷射器44以及其它图中示出的喷射器可以被认为是用于燃料空气混合物的点火的火花塞的示意图。虽然由于更好的效率与使用的更高的压缩比率相关，所以压缩点火是优选的，但如果需要的话也可以使用火花点火。例如，对于如氨的燃料，通常难以获得压缩点火，除非使用如本发明的发动机，其中可获得的压缩比率可以非常高并且可控制，并且火花点火在曲轴式发动机的常规压缩比率下也是有点困难的，这是因为使得火花点火的燃料空气比率的范围窄。然而，使用本发明，可以使用比常规曲轴发动机高的压缩比率，这将大大加宽将在较高压缩温度下火花点火的燃空比（即，减小热释放要求以维持燃烧），因此允许使用诸如图5中所示的运转周期，其中可获得的较高的压缩比率将允许氨的喷射或汽化以在燃烧室中的形成高度富燃料的空燃比，该燃烧室充分地关闭到压缩点火温度以便借助火花塞被点火，空气在动力冲程期间被喷射以维持燃烧直到最初高度富燃料填充中的所有氨被消耗。

液压柱塞体106联结到燃烧汽缸体104。如下面进一步描述的，液压柱塞体106包括联结到燃烧活塞102的多个液压柱塞。如下面进一步描述的，多个液压控制阀110，112，120，122联结到液压柱塞。

图11示出内燃机100的一部分的图示视图，其中燃烧汽缸体被移除以允许看到发动机的另外细节。在示出的实施方式中，燃烧活塞102联结到六个液压柱塞201，202，203，204，205，206。六个液压柱塞滑动到液压柱塞体106中的六个对应的液压缸211，212，213，214，215，216中。燃烧活塞102在燃烧汽缸内沿中心轴线200滑动，该中心轴线是燃烧汽缸的对称轴线。

图12是示出燃烧活塞102和六个液压缸211-216的平面图。将看到，液压缸布置成对211-212，214-214，215-216。每一对液压缸的位于虚线指示的燃烧汽缸的直径上，该液压缸穿过燃烧汽缸的中心轴线200。一对中的每一个液压缸具有大体上相同的直径并且位于离中心轴线200的相同距离处。这允许燃烧活塞102由液压缸的一对中的两个液压柱塞支撑而不在燃烧活塞102上产生旋转力矩。

图13是允许看到发动机的另外细节的内燃机100的剖视图。在示出的实施方式中，液压控制阀包括控制短管式3通阀110，112的电操作的导向阀120，122。在如图所示的实施方式中，三个液压控制阀共享共同的阀体。在一个实施方式中的导向阀是美国专利No.5640987中示出普通型的短管阀，虽然非闭锁且弹簧返回的阀可以根据需要使用，优选地但不一定使用短管阀。

如在阀的右截面中看到的，阀芯432将液压缸405的下端部连接到单个连接件434或一对连接件436，438。该连接的一个连接到高压液压管路并且另一连接到低压液压管路。重要的是，液压阀的每一个与剩余的液压阀独立地被控制。这在发动机的运转中提供显著的灵活性。

如前所述，每一个两级阀将相应的液压缸的端部可控制地联结到高压液压管路或低压液压管路。短管阀在这种使用中具有的某些优点在于它们需要阀芯的最小运动以提供最大流动面积。而且，短管阀可以设计成可以说是先接后断（make before break）或先断后接（make after break）。就是说，三通短管阀可以设计成在打开从端口A到端口C的流动路径之前切断从端口A到端口B的流。在如本发明的系统中，这可能相当麻烦，因为可能会形成瞬时的液压锁，引起相当大的能量损失。在另一方面，在切断从端口A到端口B的流之前打开从端口A到端口C的流动路径，提供从高压液压管路到低压液压管路的瞬时的直接流动路径，也可能引起相当大的能量损失。在本发明中，部分地通过阀的速度，部分地通过液压流体的可压缩性，并且最重要地，通过设计第二级短管阀以在这些两个考虑因素之间的最高效折衷操作，以使这些效果最小化。

以截面示出的两个柱塞205，206包括扩大的下部，该下部产生上液压容积415，416，该上液压容积可以被加压以向着下死点驱动燃烧活塞102。上液压容积415，416可以连续地连接到高压供应装置，由于当高压连接到下液压容积时下液压容积405，406的较大的有效表面将产生净向上的力。

可以注意到，液压柱塞205，206通过提供小量游隙的连接联结到燃烧活塞102。这个游隙容纳燃烧活塞102和液压缸211-216之间的轻微不对齐。

图14示出本发明的另一实施例中的内燃机100的一部分的图示视图。发动机500包括燃烧汽缸体504，该燃烧汽缸体具有燃烧活塞502，该燃烧活塞在汽缸体中的燃烧汽缸内滑动。完整的发动机将包括联结到燃烧汽缸体504的上端部的汽缸盖以提供吸入和排出阀，并且可能地提供诸如燃料喷射器和/或火花塞的部件。

液压柱塞体506联结到燃烧汽缸体504。如下面进一步描述的，液压柱塞体506包括联结到燃烧活塞502的多个液压柱塞。如下面进一步描述的，多个液压控制阀510，512，514，520，522，524联结到液压柱塞。

图15是允许看到发动机的另外细节的内燃机500的剖视图。在这个实施例中，存在另外的液压柱塞607，该液压柱塞607滑动到沿燃烧汽缸的中心轴线600定位的单个液压缸617中。另外的液压控制阀512，522被设置用来将这个另外的液压缸连接到高压和低压液压管路。在燃烧活塞502和单个液压柱塞607之间可以施加力而不在燃烧活塞上产生旋转力矩，因为单个液压柱塞607沿燃烧汽缸的中心轴线600定位。在其它方面，本发明与上述实施方式相似。

该单个液压缸617在其下部扩大。液压柱塞的下端部624被类似地扩大。这产生两个相对的液压控制表面使得单个液压柱塞607可以推或拉燃烧活塞502。在燃烧周期期间，高压液压流体可以在液压柱塞的下方被引入到液压缸626中，以向上方推燃烧活塞502或抵抗燃烧活塞的向下运动。在吸入周期期间，高压液压流体可以在液压柱塞的扩大部分624的上方被引入到液压缸622中以向下方拉燃烧活塞502。

在一些实施例中，高压液压流体在液压柱塞的扩大部分的上方被连续地供应到液压缸622。当低压液压流体在液压柱塞下方被引入到液压缸626中时，液压柱塞607将向下方拉燃烧活塞502，因为作用在液压柱塞的上部的高压液压流体向下方产生的力大于作用在液压柱塞的下部的低压液压流体向上方产生的力。因此，存在净向下的力。当高压液压流体被供应到液压柱塞的上部和下部时，因为液压柱塞的下部的较大的面积，存在向上方的净力。在其它实施例中，两个三通阀用于在高压和低压液压流体之间切换液压柱塞的上部和下部。

图16是示出燃烧活塞502和七个液压缸611-617的平面图。将看到，液压缸中的六个成对611-612，613-614，615-616地布置。每一对液压缸都位于穿过燃烧汽缸的中心轴线600的虚线所指示的燃烧汽缸的直径上。一对中的每一个液压缸具有大体上相同的直径并且位于离开中心600的相同的距离的位置。这允许燃烧活塞502由成对液压缸的一对中的两个液压柱塞支撑而不会在燃烧活塞502上产生旋转力矩。如上所述，燃烧活塞502也可以由单个居中定位的液压柱塞617支撑而不在燃烧活塞502上产生旋转力矩。

图17是液压柱塞611-617，它们的相关联的电致动的液压控制阀711-717，和电子控制器736的示意图，该电子控制器产生致动控制阀的电信号701-707。液压控制阀711-717的每一个是三通阀。第一端口联结到高压液压流体供应管路730。第二端口联结到低压液压流体供应管路732。第三端口联结到每一个液压柱塞611-617下方的液压容积，以根据电子控制器736产生的电信号701-707供应低压或高压液压流体。

注意到，每一个液压控制阀711-717与其它控制阀独立地被控制，这在发动机的运转中提供相当大的灵活性。在燃烧活塞的膨胀冲程期间被转换到液压流体的加压的能量的量既不受曲轴和连接杆的机械布置的限制，也不受燃烧活塞的运动与发动机中的任何其它活塞的机械联结的约束。

电子控制器736从一个或更多个传感器734接收电输入，该一个或更多个传感器提供关于发动机情况的信号，诸如燃烧活塞位置，汽缸压力等等。电子控制器也接收与操作情况有关的其它输入，诸如蓄能器压力738。电子控制器736可以以多种方式的任何方式使用该输入来产生控制燃烧活塞的操作的电信号701-707。

一个或更多个液压柱塞617在上液压容积中接收高压液压流体以在燃烧活塞上产生向下的力。这允许燃烧活塞能够为了吸入冲程而从上死点移动到下死点。在示出的实施方式中，高压液压流体被连续地供应到上液压容积。液压柱塞617的上控制表面具有比下控制表面小的面积。因此，从低到高压液压流体切换下液压容积产生净向上的力。在其它实施方式中，另外三通控制阀用于将上液压容积从低切换到高压液压流体。

图18是液压柱塞56和它们的相关联的电致动的液压控制阀60的示意图，该液压控制阀可以与图6所示的用来将液压动力转换为机械动力的动力转换装置一起使用。将看到，这与用来控制上述液压动力的产生的上述装置几乎相同。

电子控制器836产生启动控制阀60的电信号801-806。电子控制器836从一个或更多个传感器834接收电输入，该一个或更多个传感器提供关于动力转换情况的信息，诸如驱动活塞位置，输出旋转速度等等。电子控制器也接收与运转条件有关的其它输入，诸如动力设定838（例如，加速器位置）。电子控制器836可以以多种方式中的任何方式使用该输入来产生控制燃烧活塞的运转的电信号801-806。用于动力转换器的电子控制器836可以与用于燃烧活塞控制的电子控制器736相同或者可以是分离的装置。因为需要以精确的定时要求产生的大量电信号，电子控制器736，836可以使用多个处理器来提供必要量的计算能力，从而以必要的精度和灵活性控制发动机。

图19给出用于根据本发明的多汽缸发动机的主控制器的总方块图，独立于发动机是否具有用于空气喷射的专用压缩汽缸并且独立于使用的发动机运转周期或使用的周期，如果使用火花点火，则将所述的燃料喷射器改为火花塞。如图19中示出的，在这个实施方式中，如果使用空气压缩和喷射，主控制器监视发动机中的每一个活塞的活塞位置以及高压蓄能器压力和空气轨道压力或空气箱压力（图3），并且提供控制信号到发动机阀门驱动系统，到燃料喷射器（或者如果使用火花塞的话，到火花塞），并且到图17的柱塞阀控制器。在这个实施方式中，图17的柱塞阀控制器假定与主控制器独立地操作，一旦启动，如果需要，主控制器就可将操作参数提供到柱塞阀控制器。因此，使用的系统控制的子部分的量（那些子部分存在的情况下）等等是设计选择问题并且不是本发明的一部分，虽然一些子部分（诸如刚才描述的子部分）可能对于解决问题目的来说是有利的，并且减小更换控制器的成本（如果实际上出现故障）。因此，如在这里和在下面的权利要求中使用的“控制器”和“电子控制器”等词语用于最一般的含义，以意指并且包括本发明的发动机和驱动系的控制装置任何和所有子部分，通常地但不必须地使用具有查表法的处理器控制，该查表法具有基于最近过去性能的迭代控制校正。如果使用空气压缩和喷射，则高压蓄能器压力和空气轨道压力或空气箱压力（图3）的监视是用来根据需要控制发动机的操作，以维持最佳高压蓄能器压力和空气轨道压力或空气箱压力。注意，空气压缩活塞可以独立于其它任何活塞，燃烧或空气压缩地操作。

前面注意到，活塞可以近似对应于以例如2400转每分钟运行的曲轴式发动机的运转的活塞速度运转，但实际上，根据那时需要的高压液压流体输送速率，可以在一些活塞位置的暂停持续适当的时间。因此，与曲轴发动机不同，活塞运动轨迹和速度可以被完全控制，并且根据需要可以对于四冲程操作（两冲程操作也是可能的）的压缩冲程，燃烧或动力冲程，和排出冲程和吸入冲程中的每一个冲程来说都是不同的，独立于任何其它燃烧活塞或压缩活塞（如果被使用）的运动。而且，每一个可以被定制用于发动机的当前需要。例如，汽缸壁的压缩和燃烧的热损失在处于怠速的常规发动机中或在缓慢转动的发动机中可能相当大。在根据本发明的发动机中，压缩和燃烧或动力冲程可以被故意地制成比吸入和排出冲程快（较高活塞速度）（除非例如需要全功率）以增加热效率。更具体地，可以选择压缩和动力冲程以在较高的活塞速度下平衡增加的热效率与减小的液压效率，从而为发动机提供最大效率运转点，根据需要在循环之间暂停。为了起动发动机，可以不考虑效率而将燃烧冲程的燃烧活塞速度最大化，以保证从压缩获得最大温度升高，即使使用吸入空气加热器。因此，所用的控制阀的运转速度以及在时间和数量方面控制本发明的发动机的所有方面的能力，这些在运转周期和可以使用的燃料中提供最大程度的灵活性，并且仍然实现高效的运转。因此，通常地，发动机控制器（诸如图19的主控制器和/或图17的柱塞阀控制器）将监视活塞位置和速度以便控制目的，并且也将监视液压控制阀设定和活塞加速度，以检测燃烧的开始和燃烧室中的压力升高的速率和量，并且在周期之间作出增加或迭代调节以精确地当希望时获得点火，并且如果需要可以通过平衡燃料喷射操作和发动机阀运转以平衡每一个燃烧汽缸的动力输出。

因此，本发明具有许多方面，这些方面可以根据需要单独地或者以各种组合或子组合被实施。虽然已经在这里为了说明的目的并且不是为了限制的目的公开并且描述本发明的优选实施例，但本领域技术人员将理解，在这里可以作出形式和细节的各种改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种内燃机，所述内燃机包括：

燃烧汽缸中的燃烧活塞，该燃烧汽缸中的燃烧活塞在燃烧活塞上方限定燃烧室，所述燃烧室具有电子控制的吸入和排出阀，所述燃烧活塞不机械连接到任何其它燃烧活塞或空气压缩活塞；

燃烧活塞位置传感器；

多个液压柱塞，每个液压柱塞在相应的液压缸中位于所述燃烧活塞下面，所述液压缸联结到电子控制的液压缸阀门（valving）以便将每一个液压缸可控制地联结到高压液压系统或低压液压系统；和

控制器，所述控制器响应于所述燃烧活塞位置传感器的输出，而控制所述电子控制的液压缸阀门和所述电子控制的吸入和排出阀，以控制所述燃烧汽缸中的燃烧活塞的向上和向下运动。

2.根据权利要求1所述的内燃机，还包括布置成可控制地将燃料喷射到所述燃烧室中的电子控制的燃料喷射器，所述控制器也控制所述电子控制的燃料喷射器。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述柱塞布置在所述燃烧汽缸的中心线周围的沿直径方向相对的位置中，并且由所述控制器控制的所述阀门将成对的沿直径方向相对的液压缸一致地联结到所述高压液压系统或低压液压系统。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其中所述多个液压柱塞包括沿所述燃烧汽缸的中心线布置的一个中心柱塞，所述中心柱塞连接到所述燃烧活塞并且具有扩大的下端部，能够在所述扩大的下端部上方施加液压力以将所述燃烧活塞向下拉。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其中每一个燃烧汽缸包括用来将高压空气从高压空气轨道喷射到所述燃烧室中的电子控制的阀，并且还包括：

空气压缩汽缸中的空气压缩活塞，该空气压缩活塞在空气压缩活塞上方限定空气压缩室，所述空气压缩室具有吸入阀和用来将高压空气输送到所述高压空气轨道的阀，所述空气压缩活塞不机械连接到任何其它燃烧活塞或空气压缩活塞；

空气压缩活塞位置传感器；

多个液压柱塞，每个液压柱塞在相应的液压缸中位于所述空气压缩活塞下面，所述液压缸联结到电子控制的阀门以将每一个液压缸可控制地联结到所述高压液压系统或所述低压液压系统；和

控制器，所述控制器控制所述电子控制的液压缸阀门和所述电子控制的吸入和排出阀，以控制在所述燃烧汽缸中的所述燃烧活塞的向上和向下运动，所述空气压缩活塞在所述空气压缩汽缸中的向上和向下运动响应于所述空气压缩活塞位置传感器的输出，并且所述控制器也控制所述电子控制的阀以便将高压空气从所述高压空气轨道喷射到所述燃烧室中。

6.根据权利要求5所述的内燃机，还包括布置成可控制地将燃料喷射到所述燃烧室中的电子控制的燃料喷射器，所述控制器也控制所述电子控制的燃料喷射器。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其中所述控制器使所述燃烧活塞连续地执行用于所述燃烧活塞的吸入冲程、压缩冲程、动力冲程和排出冲程并且连续地执行用于所述空气压缩活塞的吸入冲程和空气压缩冲程。

8.根据权利要求7所述的内燃机，其中所述控制器使所述电子控制的燃料喷射器在所述吸入冲程期间或所述压缩冲程的开始将燃料喷射到所述燃烧室中，并且在所述燃料压缩点火之后的所述动力冲程期间从所述空气轨道将空气而不是燃料喷射到所述燃烧室中以维持燃烧，直到之后所述燃烧室中的所有燃料被消耗。

9.根据权利要求7所述的内燃机，其中所有汽缸具有燃烧汽缸和空气压缩汽缸的结构，并且其中每一个汽缸能够被所述控制器操作，在一个时间作为空气压缩汽缸并且在另一时间作为燃烧汽缸。

10.根据权利要求7所述的内燃机，其中一个汽缸总是用作空气压缩汽缸并且另一汽缸总是用作燃烧汽缸。

11.根据权利要求6所述的内燃机，还包括：

输出活塞，所述输出活塞在输出汽缸中并且通过所述输出活塞下方的连接杆连接到曲轴；

多个输出液压柱塞，每个输出液压柱塞在相应的输出液压缸中位于所述输出活塞上方并且作用在所述输出活塞上，所述输出液压缸联结到电子控制的输出液压缸阀门，以便将每一个输出液压缸可控制地联结到高压液压系统或低压液压系统，以驱动所述曲轴旋转；

所述控制器也响应于动力设定而控制所述电子控制的输出液压缸阀门。

12.根据权利要求11所述的内燃机，其中所述控制器响应于所述高压液压系统中的压力而控制所述燃烧活塞。

13.根据权利要求1所述的内燃机，还包括：

14.根据权利要求13所述的内燃机，其中所述控制器响应于所述高压液压系统中的压力而控制所述燃烧活塞。

15.一种内燃机，所述内燃机包括：

燃烧汽缸；

所述燃烧汽缸中的燃烧活塞，该燃烧活塞在所述燃烧活塞的第一表面上方限定燃烧室，所述燃烧活塞的运动不被机械地紧固成与所述内燃机中的任何其它燃烧或压缩活塞一致地运动；

至少一对第一液压缸，每一对第一液压缸的第一液压缸位于离所述燃烧汽缸的中心轴线等距的所述燃烧汽缸的直径的相对侧上；

多个第一液压柱塞，所述多个第一液压柱塞中的每一个位于一个所述第一液压缸内并且相对于所述燃烧活塞的第二表面布置成与所述燃烧活塞一起往复运动；和

至少一个电致动的第一液压流体控制阀，所述第一液压流体控制阀联结到至少一个所述第一液压缸，以将每一对第一液压缸选择性地联结到高压液压管路或低压液压管路。

16.根据权利要求15所述的内燃机，还包括至少两个电致动的第一液压流体控制阀，每一个第一液压流体控制阀只与一个液压缸联结。

17.根据权利要求15所述的内燃机，还包括：

联结到液压缸的至少两个电致动的第一液压流体控制阀；

与所述燃烧汽缸的中心轴线对齐的中心液压缸；和

中心液压柱塞，所述中心液压柱塞联结到所述燃烧活塞的第二表面并且在所述中心液压缸中；

其中所述电致动的第一液压流体控制阀中的一个联结到所述中心液压缸，以与所述第一液压缸相独立地将所述中心液压缸选择性地联结到高压液压管路。

18.根据权利要求17所述的内燃机，其中所述中心液压柱塞提供两个相对的液压控制表面，所述两个相对的液压控制表面允许所述中心液压柱塞沿所述中心轴线推和拉所述燃烧活塞。

19.根据权利要求15所述的内燃机，还包括燃烧活塞位置传感器和控制器，该燃烧活塞位置传感器用于感测所述燃烧汽缸内的燃烧活塞的位置，所述控制器联结到所述位置传感器和所述至少一个电致动的第一液压流体控制阀，以响应于所述传感器向所述第一液压流体控制阀选择性地提供电信号，因此将所述第一液压缸联结到所述高压液压管路，并且在所述燃烧活塞上提供可变的且可逆的力，并且向燃料喷射器和吸入和排出阀提供电子控制。

20.根据权利要求15所述的内燃机，包括形成多汽缸发动机的多个内燃机。

21.根据权利要求15所述的内燃机，还包括：

空气轨道；

至少一个压缩汽缸，该至少一个压缩汽缸中具有压缩活塞，并在所述压缩活塞的第一表面上方限定压缩室；

联结到所述压缩室的电子控制的吸入阀；

至少一对第二液压缸，每一对第二液压缸的第二液压缸位于离所述压缩汽缸的中心轴线等距离的所述压缩汽缸的直径的相对侧上；

多个第二液压柱塞，所述多个第二液压柱塞中的每一个位于一个所述第二液压缸内并且相对于所述压缩活塞的第二表面布置成使所述压缩活塞往复运动；和

至少一个电致动的第二液压流体控制阀，所述第二液压流体控制阀联结到所述第二液压缸，以将每一对第二液压缸选择性地联结到高压液压管路或低压液压管路；

每一个燃烧汽缸具有电子控制的空气喷射阀，以将被所述压缩汽缸压缩的空气喷射到每一个燃烧汽缸中。

22.根据权利要求15所述的内燃机，对于每一个燃烧汽缸，还包括：

布置为将燃料喷射到所述燃烧室中的电子控制的燃料喷射器；

联结到所述燃烧室的电子控制的吸入和排出阀。

23.根据权利要求15所述的内燃机，还包括：

驱动汽缸；

驱动活塞，所述驱动活塞沿所述驱动汽缸的中心轴线在所述驱动汽缸内滑动；

曲轴，所述曲轴通过连接杆联结到所述驱动活塞的第一侧；

至少一对第三液压缸，每一对第三液压缸的第三液压缸位于离所述驱动汽缸的中心轴线等距离的所述驱动汽缸的直径的相对侧上；

多个第三液压柱塞，所述多个第三液压柱塞中的每一个位于一个所述第三液压缸内并且布置成压靠在所述驱动活塞的与所述第一侧相对的第二侧上；和

至少一个电致动的第三液压流体控制阀，所述第三液压流体控制阀联结到所述第三液压缸，以将每一对第三液压缸选择性地联结到高压液压管路或低压液压管路，由此所述多个第二液压柱塞使所述驱动活塞移动并且使所述曲轴旋转。

24.一种内燃机，所述内燃机包括：

燃烧汽缸；

所述燃烧汽缸中的燃烧活塞，该燃烧活塞在燃烧活塞的第一表面上方限定燃烧室，所述燃烧活塞的运动不被机械地紧固成与所述内燃机中的任何其它燃烧或压缩活塞一致地运动；

至少一对第一液压缸，每一对第一液压缸的第一液压缸位于离所述燃烧汽缸的中心轴线等距离的所述燃烧汽缸的直径的相对侧上；

多个第一液压柱塞，所述多个第一液压柱塞中的每一个位于一个所述第一液压缸内，并且相对于所述燃烧活塞的第二表面布置成与所述燃烧活塞一起往复运动；

至少两个电致动的第一液压流体控制阀，所述第一液压流体控制阀联结到至少一个所述第一液压缸，以将每一对第一液压缸选择性地联结到高压液压管路或低压液压管路；

与所述燃烧汽缸的中心轴线对齐的中心液压缸；和

中心液压柱塞，该中心液压柱塞联结到所述燃烧活塞的第二表面并且在所述中心液压缸中，所述中心液压柱塞提供两个相对的液压控制表面，所述两个相对的液压控制表面允许所述液压柱塞沿所述中心轴线推和拉所述燃烧活塞；

其中所述电致动的第一液压流体控制阀中的一个联结到所述中心液压缸，以与所述第一液压缸相独立地将所述中心液压缸选择性地联结到高压液压管路；

燃烧活塞位置传感器，所述燃烧活塞位置传感器用于感测所述燃烧汽缸内的所述燃烧活塞的位置；

控制器，所述控制器联结到所述位置传感器和至少一个所述电致动的第一液压流体控制阀，以响应于所述传感器向所述第一液压流体控制阀选择性地提供电信号，因此将所述第一液压缸联结到所述高压液压管路，并且在所述燃烧活塞上提供可变的且可逆的力，并且向燃料喷射器和吸入和排出阀提供电子控制；

空气轨道；

至少一个压缩汽缸，该至少一个压缩汽缸内具有压缩活塞，并在所述压缩活塞的第一表面上方限定压缩室；

联结到所述压缩室的电子控制的吸入阀；

多个第二液压柱塞，所述多个第二液压柱塞中的每一个位于一个所述第二液压缸内，并且相对于所述压缩活塞的第二表面布置成使所述压缩活塞往复运动；和

25.根据权利要求24所述的内燃机，还包括：

联结到所述燃烧室的电子控制的吸入和排出阀。

26.根据权利要求24所述的内燃机，还包括：

驱动汽缸；

曲轴，所述曲轴通过连接杆联结到所述驱动活塞的第一侧；

多个第三液压柱塞，所述多个第三液压柱塞中的每一个位于一个所述第三液压缸内，并且布置成压靠在所述驱动活塞的与所述第一侧相对的第二侧上；和

27.一种操作内燃机的方法，所述方法包括：

提供燃烧汽缸，在所述燃烧汽缸中具有燃烧活塞，在所述燃烧活塞的第一表面上方限定燃烧室，所述燃烧活塞的运动不被机械地紧固成与所述内燃机中的任何其它燃烧或压缩活塞一致地运动；

在压缩冲程中，选择性地操作至少一个电致动的第一液压流体控制阀以选择性地提供高压或低压液压流体到至少一对第一液压缸，作用在所述燃烧活塞的第二表面上以使所述燃烧活塞压缩所述燃烧室的包含物，

每一个第一液压缸包括第一液压柱塞，每一对所述第一液压缸分别在直径上大体上相等并且位于所述燃烧汽缸的直径上，与所述燃烧汽缸的中心相等地且相对地间隔开，并且

所述多个第一液压流体控制阀中的每一个联结到至少一个所述第一液压缸，以选择性地将沿直径方向相对的成对的所述第一液压缸独立于剩余的第一液压缸而联结到所述高压液压管路；

至少在所述燃烧室的包含物被压缩并且准备点火时将燃料和空气提供到所述燃烧室；和

在所述燃料点火之后在动力冲程期间，选择性地操作所述多个第一液压流体控制阀，以从联结到所述燃烧活塞的沿直径方向相对的成对的所述多个第一液压缸接收高压液压流体；

在所述压缩冲程和动力冲程期间，运转所述多个电致动的第一液压流体控制阀，以控制所述燃烧活塞的速度和行程极限。

28.根据权利要求27所述的方法，还包括供应高压液压流体到液压缸的上表面，以使联结到所述燃烧活塞的液压柱塞向着下死点中心位置移动所述燃烧活塞。

29.根据权利要求28所述的方法，还包括选择性地操作所述多个电致动的第一液压流体控制阀中的一个，以将高压液压流体供应到沿所述燃烧汽缸的中心轴线定位的中心液压缸的上表面。

30.根据权利要求29所述的方法，还包括选择性地操作所述多个电致动的第一液压流体控制阀中的一个，以将高压液压流体供应到至少一个所述液压缸的下表面，以使所述燃烧活塞执行压缩冲程。

31.根据权利要求27所述的方法，还包括响应于联结到所述燃烧汽缸的传感器选择性地操作所述多个电致动的第一液压流体控制阀以检测所述燃烧汽缸的操作状态。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述传感器检测所述燃烧活塞的位置。

33.根据权利要求27所述的方法，还包括在所述压缩冲程的开始或之前将燃料放置到所述燃烧室中。

34.根据权利要求33所述的方法，其中在所述动力冲程中的燃烧期间仅仅空气而不是燃料被喷射到所述燃烧汽缸中。

35.根据权利要求27所述的方法，还包括在所述动力冲程中的燃烧期间将空气喷射到所述燃烧汽缸中。

36.根据权利要求27所述的方法，其中所述燃料是氨。

37.根据权利要求34所述的方法，其中所述燃料是氨。

38.根据权利要求27所述的方法，还包括：

选择性地操作多个电致动的第二液压流体控制阀以将高压液压流体提供到多个第二液压缸，

每一对所述第二液压缸的直径大体上相等并且位于驱动汽缸的直径上，与所述驱动汽缸的中心相等地且相对地间隔开，

每一个第二液压缸包括被布置成压靠所述驱动汽缸内的驱动活塞的第一侧的第二液压柱塞，所述第二液压柱塞使所述驱动活塞旋转曲轴，该曲轴通过连接杆联结到所述驱动活塞的与所述第一侧相对的第二侧，并且

所述多个第二液压流体控制阀中的每一个分别联结到所述多个第二液压缸中的一个，以将所述第二液压缸独立于剩余的第二液压缸而选择性地联结到所述高压液压管路。

39.根据权利要求38所述的方法，还包括联结所述曲轴以旋转车辆的轮。