CN103216321A - 一种雾化润滑的自由活塞式发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种雾化润滑的自由活塞式发动机，包括液压泵体组件和气缸组件，气缸组件对置于液压泵体组件的两侧；气缸组件包括气缸衬套，在其周向方向上设置多个油雾孔；气缸与油雾孔相邻；设置于气缸中的外活塞；至少一个拉杆，拉杆的两端穿过液压泵体组件与外活塞连接，拉杆在液压泵体组件中形成外柱塞，在外柱塞的一端密封形成外泵腔，在外柱塞的另一端密封形成外耦合泵腔；设置于气缸中的内活塞；推杆，两端穿过液压泵体组件连接内活塞，在液压泵体组件中形成一内柱塞，、内柱塞的一端密封形成内泵腔，另一端密封形成内耦合泵腔；空气带，安装于气缸衬套上；油雾器，与空气带以及供油系统连接，油雾器与油雾孔连通。

Description

一种雾化润滑的自由活塞式发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机制造领域，尤其是一种雾化润滑的自由活塞式发动机。

背景技术

传统内燃机运行时，活塞的机械式运动方式是固定的。例如，常规车用发动机包括曲轴和数个连杆组件，机械式地确定了每个活塞在各自气缸内的运动。该类传统发动机是合理的，因为在发动机运行循环中，在任意给定时刻，每个活塞的位置都是可知的，这就简化了发动机的定时与运作。虽然近些年来，这类传统发动机在效率上已有了很大的改进，但由于该类发动机的本质特性，其效率仍受到了限制。特别是，因为活塞的机械固定的运行方式也固定了其压缩比，从而使发动机的功率密度受到了限制。此外，与活塞运动有关的所有运动件（也包括凸轮轴和发动机气门等）将会产生大量的摩擦，这需要花费发动机本身的能量来予以克服。较低的功率密度意味着发动机将比预期的更大、更重。另外，因为所有的连接必须为机械式的连接，这也会限制发动机设计与布置的灵活性。

出于环境保护和其它的考虑，自由活塞发动机则是具有更高功率密度的新型发动机。其具有质量相对更轻、布置外形更小及燃油效率更高等优点，这样的发动机在车辆与固定式发电生产的应用中，将具有很大的优势。在该发动机中，气缸内活塞的运动不是机械固定的。该运动是由在任意给定时刻，活塞所受的平衡力控制的。由于活塞的运动不是固定的，发动机可以具有可变的压缩比，这就允许在设计发动机的运行参数时，具有更大的灵活性。此外，因为不存在传统的曲轴及与曲轴相连的连杆，可以降低活塞的侧向力，因此在发动机运行期间，一般会产生较小的摩擦力。然而，采用自由活塞结构，发动机运作的复杂性大大增加，这使得这类发动机至今还没实现普遍应用。

对于这类发动机，如何向其气缸供给润滑油尤其值得关注。对于传统的曲轴式发动机，曲轴箱中用来润滑曲轴的润滑油，同样可以用来润滑气缸壁。但是，自由活塞发动机并不包括曲轴箱（因为没有曲轴），所以所需的润滑油必须通过其它一些手段来实现。

在专利CN1609415A（发明名称：往复活塞式发动机用真空供油循环润滑系统，公开日：2005年4月27日）公开了一种往复活塞式发动机的缸内润滑，该润滑系统包括往复活塞式发动机和真空泵，特别是在缸体内壁上的圆柱形活塞的上、下端活塞密封环位移止点间的部位处，环周壁布设着存油槽，存油槽上通出缸壁外的进、回油孔分别与安装在缸外壁上的配油盘上的进、回油管路连通，配油盘上接装着的回油管与真空泵的进口连接，再从泵的出口与润滑油箱内腔连通，进油管则直接插装在润滑油箱内。该系统利用负压，将润滑油箱中的油吸入油管中，顺油路流到各个润滑部位，然后工作过的润滑油又通过回油管返回到润滑油箱内，使得油流均匀、连续且可回收。

专利CN2680863Y(实用新型名称：往复活塞式发动机缸内循环等压润滑结构，公告日：2005年2月23日)公开了一种缸内润滑结构，包括气缸外套、气缸体、活塞和活塞密封环，在活塞体侧壁的上、下端头均配装置活塞密封环，并在两端活塞环槽件的部位至少开设着2条环形或螺旋形缓冲槽，在气缸外套体上，开设着与润滑油压力输入管路相连通的进油口和与回油管路相连通的出油口，在气缸体的内壁上开设着的“S”形的油槽与气缸外套上的进、出油口相连通。通过该结构可以使润滑油封闭在活塞在缸内的运动润滑取件内，实现了润滑油专线供给，减少杂质进入，减轻杆体磨损。

由上述可以看出，现有专利中一般都是采用专门配备的润滑油通道通过活塞对气缸进行润滑，其通过在活塞两端利用密封环形成密闭空间，然后通过在密封环和缸体上设置相应的与油箱连通的进油口和出油口确保活塞和气缸之间的润滑，这种润滑方式确保有足够的润滑油，但机油的消耗大，增加不必要的成本消耗，而且油口很容易因为长期使用杂质的残留而发生堵塞。因此，如何实现雾化润滑的自由活塞式发动机的使用，同时又能以最少量的机油消耗来实现对发动机气缸的足够润滑成为重要课题。

发明内容

针对现有存在的上述问题，现提供一种雾化润滑的自由活塞式发动机，解决了如何充分润滑发动机气缸壁的同时最大限度地减少了机油的消耗的技术问题。

具体技术方案如下：

一种雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，包括液压泵体组件，所述液压泵体组件的相对两侧分别设置有气缸组件，所述气缸组件位于同一直线上相对运动；

所述气缸组件包括气缸衬套，所述气缸衬套上设置多个油雾孔，所述油雾孔沿着所述气缸衬套的周向方向设置；在所述气缸衬套中设置有气缸，所述气缸的表面与所述油雾孔相邻；

还包括外活塞组件，所述外活塞组件包括分别设置于所述气缸中的外活塞，所述外活塞在所述气缸内伸缩滑动；所述外活塞包括朝向所述液压泵体组件的头部和相应的尾部；还包括至少一个拉杆，所述拉杆的两端穿过所述液压泵体组件分别与所述气缸中的外活塞连接，所述拉杆在所述液压泵体组件中形成外柱塞，所述外柱塞与所述液压泵体组件之间形成密封，在所述外柱塞的一端密封形成外泵腔，在所述外柱塞的另一端密封形成外耦合泵腔；

还包括内活塞组件，所述内活塞组件包括分别设置于所述气缸中的内活塞，所述内活塞包括一背向所述液压泵体组件的头部和相应的尾部；所述内活塞在所述气缸内伸缩滑动；还包括推杆，所述推杆的两端穿过所述液压泵体组件连接所述内活塞，所述推杆在所述液压泵体组件中形成一内柱塞，所述内柱塞与所述液压泵体组件之间形成密封，所述内柱塞的一端密封形成内泵腔，所述内柱塞的另一端密封形成内耦合泵腔；

还包括空气带，所述空气带安装于所述气缸衬套上；

还包括油雾器，所述油雾器与所述空气带以及供油系统连接，所述油雾器与油雾孔连通，所述油雾器向所述油雾孔提供油雾。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，所述气缸组件包括气缸套，所述气缸套安装在所述液压泵体组件上，所述气缸套围绕在所述气缸外，在所述气缸套的径向外侧设置有油雾环，所述油雾环靠近所述油雾孔，所述油雾环与所述油雾器连接。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，所述气缸组件还包括进油管，所述进油管穿过所述空气带并从所述空气带伸出，所述进油管与所述油雾器连接。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，所述油雾器包括一出口，所述出口与所述进油管连接，所述油雾器还包括一入口，所述入口与所述供油系统连接，所述供油系统与所述空气带的出油口连接，所述出油口与所述油雾环相通。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，所述气缸组件包括用于泵送空气的扫气泵，所述扫气泵包括扫气泵壳体，所述扫气泵壳体安装于所述空气带上，所述扫气泵壳体围绕在所述气缸衬套的一端，所述扫气泵包括主泵室，所述主泵室包括进气端口和出气端口，所述进气端口和所述出气端口分别与所述进气室和所述出气室连接。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，还包括扫气泵进口盖和入口簧片阀组件，所述扫气泵进口盖安装于所述进气室上，所述入口簧片阀组件安装于所述进气室中，用于控制空气从所述扫气泵单向进入所述进气室内。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，还包括扫气泵出口盖和出口簧片阀组件，所述扫气泵出口盖安装于所述出气室上，所述扫气泵出口盖与所述空气带连通，所述出口簧片阀组件安装于所述出气室中，用于控制空气从所述出气室单向流入扫气泵出口盖。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，还包括环槽组件，所述环槽组件包括第一环槽结构和第二环槽结构，在所述内活塞和所述外活塞上分别开设有第一环槽结构和第二环槽结构，所述第一环槽结构中设置有第一压缩环组件，所述第二环槽中设置有第二压缩环组件。

上述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其中，所述环槽组件还包括第三环槽结构和第四环槽结构，所述第三环槽结构和所述第四环槽结构分别设置于所述内活塞和所述外活塞的表面，所述第三环槽结构和所述第四环槽结构中分别设置有第一油环控制组件和第二油环控制组件。

上述技术方案的有益效果是：

本发明中实施例的一个优点是，发动机气缸壁可以被充分地润滑，同时最大限度地减少了机油的消耗。

本发明中实施例的另一优点是，机油雾代替机油被提供到发动机气缸中，在不增加机油消耗的情况下，油孔可以被做的更大。相对较大的孔，意味着不容易产生堵塞，从而最大限度的降低了发动机气缸润滑不足的可能性。

本发明中实施例的一个额外优点是，油雾出口允许一些机油返回一个油底壳，从而允许机油被重复用于润滑，这也进一步减少了发动机的机油消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的结构示意图。

图2为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的剖视图。

图3为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的端部视图。

图4为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的俯视图。

图5为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的又一俯视图。

图6为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的侧视图。

图7为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的又一侧视图。

图8为沿图4中的线5A-5A的剖视图。

图9为沿图5中的线5B-5B的剖视图。

图10为沿图6中的线6A-6A的剖视图。

图11为沿图7中线6B-6B的剖视图。

图12本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的一个实施例中的液压泵体组件和内活塞组件顶部的结构示意图。

图13本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的一个实施例中的液压泵体组件和内活塞组件底部的结构示意图。

图14本发明中的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的一个实施例中的第二气缸衬套的结构示意图。

图15为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的液压回路的示意图。

图16为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的的电子电路的示意图。

图17为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的一个实施例中的第一空气带的结构示意图。

图18为本发明的一种雾化润滑的自由活塞式发动机的一个实施例中的部分的机油供油系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1-18中所示，一自由活塞发动机10，包括一个液压泵体组件12，该液压泵体组件12包括第一气缸组件14和第二气缸组件16，其中，从液压泵体组件12延伸出的第一气缸组件14，及从液压泵体组件12反向延伸出的第二气缸组件16，因而，第一气缸组件14与第二气缸组件16保持直线分布且第一气缸组件14的定时与第二气缸组件16的定时相反。因此，在第一气缸组件14或第二气缸组件16位于上止点时，则第二气缸组件16或第一气缸组件14则位于下止点。此外，该第一气缸组件14和第二气缸组件16的运动是沿着或平行于单一的轴向运动。通过该结构的设置，可以实现发动机自身更好的自平衡性。

进一步地，该第一气缸组件14包括第一气缸套18，该第一气缸套18安装在液压泵体组件12上。第一气缸套18包括第一废气涡旋结构20，该第一废气涡旋结构20设置在第一气缸套18的一侧，该第一废气涡旋结构20靠近液压泵体组件12。第一废气涡旋结构20的内部设置有一个第一内排气道22，该第一内排气道22沿第一气缸套18的周向方向设置，并且沿径向延伸至第一排气法兰24。第一排气法兰24与一个在排气系统（图中未显示）相连，该排气系统用于在发动机运行期间排走废气。只要能充分处理并排出废气，排气系统可以是所需的任意类型。例如，排气系统可以包括，排气歧管，消音器，催化转换器，涡轮增压器，或这些部件的组合及和其它部件。

第一气缸套18还包括一个第一冷却进口26，该第一冷却进口26相邻于液压泵体组件12并延伸到一大致沿周向方向延伸的第一冷却通道28中。第一冷却进口26与一个冷却系统（图中未显示）相连接，例如，该冷却系统可能包括，热交换器，如用于去除发动机冷却液热量的散热器；在冷却系统中泵送冷却液的水泵；用来维持冷却液在所期望温度范围内的温度传感器和流体控制阀，冷却液在部件间线性流通，或在组件间的组合及其它可能的部件中。只要能从发动机排出适当量的热量，冷却系统可以是发动机所需的任意类型。

从第一气缸套18上与第一废气涡旋结构20相对的一侧设置有一第一进气环形带30，该第一进气环形带30沿着圆周方向延伸，该第一进气环形带30的内部设置有第一进气道31。

该第一气缸套18还包括一第一喷油器凸台32，该第一喷油器凸台32与第一进气环形带30相邻，第一喷油器34则被安装在该第一喷油器凸台32上。第一喷油器34还与电子控制器35相连，电子控制器35提供一个信号，来决定第一喷油器34的开启与持续时间。第一喷油器34同样也连接到燃油轨37上，燃油轨37与燃油系统39相连，通过燃油系统39提供燃油。实施中，该燃油系统39可能包括燃油箱，燃油泵，连接燃油轨的油管，或者是这些部件的组合和可能的其它部件。在预定的压力下，只要能对第一喷油器34提供足够量燃油的任何类型的燃油系统，通常都是可以接受的。在本发明的一个优选实施例中，该燃油轨37还包括一个油压传感器41，该油压传感器41与电子控制器35相连，其中，该电子控制器35包括带电池（未显示）的电力系统，发电机或交流发电机来提供能量。同样地，此处的电子控制器35可以是一个电子处理器，实施中根据需求，该电子控制器35也可以包括多个相互通信的电子处理器。

该第一气缸套18上还设置有一第一传感器安装凸台36，该第一传感器安装凸台36位于第一废气涡旋结构20和进气环形带30之间的中间部位，在该传感器安装凸台36中安装有一第一气缸压力传感器38。优选地，该第一气缸压力传感器38与控制器35相连接。该第一喷油器凸台32和传感器安装凸台36通过一第一气缸套18延伸至主孔40，从而延伸了第一气缸套18的长度。该第一冷却通道28，第一内排气道22及第一进气环形带30也都与主孔40相连通。

第一气缸组件14还包括第一气缸衬套42，该第一气缸衬套42延伸穿过该主孔40，优选地，该第一气缸衬套42以压紧的方式与第一气缸套18的主孔40来进行配合。第一气缸衬套42包括第一气缸44。该第一气缸44的中心轴线与其运动轴线方向一致。第一气缸衬套42还包括一系列在圆周方向间隔开的排气口46，该排气口46与发动机第一气缸44和第一气缸套18上的第一内排气道22连接。

第一气缸衬套42紧靠第一气缸套18上的第一冷却通道28，并且该第一气缸衬套42与第一排气口46相邻。第一冷却通道28与一系列间隔的，螺旋形的第一肋筋48相连接，这些第一肋筋48沿第一气缸衬套42径向向外延伸，并紧靠第一气缸套18的主孔40，形成了一系列的第一气缸冷却通道50。这些第一肋筋48中设置有一气缸压力接口凸台52，该气缸压力接口凸台52从第一气缸44延伸至第一气缸套18上的传感器安装凸台36。从而使得第一气缸压力传感器38暴露在第一气缸44中，同时将传感器38免于遭受发动机的冷却物质。

还包括喷油器孔54，该喷油器孔54与第一喷油器凸台32对齐，并沿着肋筋48延伸至第一气缸44，从而第一喷油器34直接将燃油喷进第一气缸44内。

第一气缸衬套42也具有一系列在圆周方向，相互隔开的进气口56，这些进气口56与在第一气缸套18上的第一进气环形带30相匹配，并且与第一气缸44相连通。还包括第一油雾孔58，该第一油雾孔58沿着第一气缸衬套42的周向方向设置，并且与进气口56相邻。

第一气缸组件14还包括一个第一空气带60。该第一空气带60安装在第一气缸衬套42上，并且与第一进气环形带30处的第一气缸套18相邻。一个进油管62，该进油管62从第一空气带60伸出并穿过该第一空气带60；还包括油雾环64，油雾环64紧靠并沿位于第一油雾孔58处的第一气缸衬套42的周向方向延伸，并且该油雾环64与第一空气带60连接。进油管62与油雾器61的一个出口相连，该油雾器61有一个连到油底壳63的入口。油雾器61可以用电能来驱动，也可以用发动机输出的能量来驱动。此外，油雾器61最好是可调的，以便控制油雾中机油对空气的比例。油底壳63有一个入口与第一空气带60上的一个出油口65相连，该出油口65延伸至油雾环64，出油口65允许一些油雾从油雾环64返回到油底壳63中。油雾器61向进油管62提供空气中的油雾混合物，并通过进油管62送入至油雾环64中。油底壳63可以是机油供油系统（图中未显示）的一部分。机油供油系统可能包括，像机油泵，油过滤器，机油冷却器及在系统中传输机油的油管，或是这些部件的组合及其它可能的部件。在发动机运行时，只要能配合发动机部件来充分的过滤和提供润滑油，机油供油系统可以为任意类型。

第一冷却液环66紧靠于该第一气缸衬套42并沿第一气缸衬套42的周向延伸。第一冷却液环66与第一气缸冷却通道50相连，同时该第一冷却液环66还与从第一空气带60延伸出的冷却液出口68相连。该冷却液出口68与上述的冷却液冷却系统（图中未显示）相连。第一空气带60同样具有一对第一拉杆通道70和第一进气通道72，该第一进气通道72与第一气缸套18上的第一进气环形带30相通。

第一气缸组件14还集成了一个第一扫气泵74。第一扫气泵74包括一个第一扫气泵壳体76，该第一扫气泵壳体76安装在第一空气带60上，并围绕在第一气缸衬套42的一端。第一扫气泵壳体76具有一个第一主泵室78，该第一主泵室78包括一进气端口80，该进气端口80通向进气室82和出气端口84，该出气端口84通向出气室86。在本发明的一个实施例中，该第一主泵室78是圆柱形状，具有椭圆形横截面。

进一步地，在进气室82上安装有一个入口簧片阀组件88与一个第一扫气泵进口盖90。第一扫气泵进口盖90包括一个气体入口92，该气体入口92最好与进气系统（图中未显示）相连接。进气系统可能包括，例如，可以从某些类型的涡轮增压器和机械增压器接收空气的进气歧管，空气节流阀，空气质量流量传感器，环境温度传感器，空滤器，或这些部件的组合及其它可能的部件。在特定条件下运行的发动机，只要能对气体入口92提供预定的空气与压力的进气系统可以是任何类型的系统。

在入口簧片阀组件88入口处设置有一入口簧片阀94，其允许空气从第一扫气泵进口盖90进入进气室中，并可以阻止空气反向流动。

进一步地，在出气室86上安装有出口簧片阀组件89和第一扫气泵出口盖91。第一扫气泵出口盖91包括一个进气道93，该进气道93通过第一空气带60上的进气通道72将出口簧片阀组件89的出口与第一气缸套18上的进气通道31相连通。出口簧片阀组件89出口处设置有出口簧片阀95，其允许空气流定向地从出气室86流向第一扫气泵出口盖91的进气道93，并防止空气反向流动。

第二气缸组件16包括一个第二气缸套118，该第二气缸套118安装在液压泵体组件12上。第二气缸套118包括一个与液压泵体组件12相邻的一个第二废气涡旋结构120。第二废气涡旋结构120中有一第二内排气通道122，该第二内排气通道122沿第二气缸套118的周向方向延伸，并径向向外延伸至第二排气法兰124。如上简述，第二排气法兰124与排气系统（图中未显示）相连。第二气缸套118还包括一个第二冷却入口126，第二冷却入口126相邻于液压泵体组件12，并大致沿周向方向延伸的第二冷却通道128。该第二冷却入口126与冷却系统（图中未显示）相连。

从第二气缸套118上与第二废气涡旋结构120的相对一端设置一沿圆周向延伸的第二进气环形带130，第二进气环形带130的内部设置有第二进气道131。该第二气缸套118还包括第二喷油器凸台132，该第二喷油器凸台132与第二进气环形带130相邻，第二喷油器134安装在该第二喷油器凸台132上。第二喷油器134与电子控制器35相连，由电子控制器35来发出控制该第二喷油器134的喷射定时与持续时间的信号。第二喷油器134还与燃油轨37相连，燃油轨37从燃油系统39中提供燃油。燃油系统39可能包括，例如，燃油箱，燃油泵和连接油轨的管路。燃油轨37最好还包括一个与电子控制器35相连的燃油压力传感器141。

在第二废气涡旋结构120和第二进气环形带130的中间部位，第二气缸套118设有一个第二压力传感器安装凸台136，第二气缸压力传感器138安装在该第二压力传感器凸台上136。第二喷油器凸台132和第二压力传感器安装凸台136延伸穿过第二气缸套118至第二主孔140，从而通过该第二主孔140延长了第二气缸套118。第二冷却通道128，第二内排气通道122和第二进气环形带130均与第二主孔140所连通。

第二气缸组件16还包括第二气缸衬套142，该第二气缸衬套142延伸并穿过第二主孔140，优选地，该第二气缸衬套142通过压紧的方式与第二气缸套118的第二主孔140进行配合。第二气缸衬套142还包括一个延伸穿过的发动机第二气缸144，该第二气缸144为一圆柱形气缸。第二气缸144的中心轴线与运动轴线一致运动。第二气缸衬套142还包括一系列在圆周方向间隔开的第二排气口146，该第二排气口146延伸并连接第二气缸144和第二气缸套118上的第二内排气通道122。

第二气缸衬套142紧靠第二气缸套118上的冷却通道128，第二气缸衬套142与第二排气口146相邻。该冷却通道128与一系列间隔的，螺旋形的第二肋筋148相连接，这些第二肋筋148沿第二气缸衬套142径向向外延伸，并紧靠第二气缸套118的第二主孔140，形成了一系列的第二气缸冷却通道150。这些第二肋筋148中设置有第二气缸压力接口凸台152，第二气缸压力接口凸台152从第二气缸144延伸至第二气缸套118上的第二传感器安装凸台136。从而使得第二气缸压力传感器138暴露在第二气缸144中，同时将第二传感器138免于遭受冷却物质。

还包括一喷油器孔，该喷油器孔与第二喷油器凸台132相一致，并通过第二肋筋148延伸至第二气缸144。第二喷油器134延伸至第二气缸144内并进行喷油。

第二气缸衬套142也具有一系列在圆周方向，相互隔开的进气口156，这些进气口156与在第二气缸套118上的第二进气环形带130相匹配，并且与第二气缸144相连通。还包括第二油雾孔158，该第二油雾孔158沿着第二气缸衬套142圆周方向相互间隔设置，并且与进气口156相邻。

第二气缸组件16也包括一个第二空气带160。第二空气带160安装在第二气缸衬套142上并紧靠第二气缸套118上的进气环形带130。一个第二进油管162，该第二进油管162从第二空气带160伸出并延伸穿过，并且与油雾环164相连接。油雾环164紧靠并沿周向延伸至位于第二油雾孔158处的第二气缸衬套142。为了给油雾环164供油，第二进油管162与油雾器61的一个出口相连。第二空气带160还包括与机油底壳63相连的第二出油口165，机油底壳63允许油雾环164中的一些油雾返回到该机油底壳63中。第二进油管162与第二出油口165可以分别连到油雾器和油底壳上，还可以共同连接从而尽量减少组件的数量。

第二冷却液环166紧靠并沿第二气缸衬套142的周向设置。第二冷却液环166与第二气缸冷却液通道150相连，还与第二空气带160延伸出的冷却液出口168相连。该冷却液出口168与上述的冷却液冷却系统（图中未显示）相连。第二空气带160同样具有一对第二拉杆通道170和第二进气通道172，该第二进气通道172与第二气缸套118上的第二进气环形带130相通。

第二气缸组件16还具有一个第二扫气泵174。该第二扫气泵174包括一个第二扫气室176，第二扫气室176安装在第二空气带160上，并围绕在第二气缸衬套142的一端。第二扫气室176有一个第二主泵室178，和通向入口室182的入口180，和通向出口室186的出口184。第二主泵室178的形状为圆柱形，具有一个椭圆形的横截面。第二入口簧片阀组件188和第二扫气泵进口盖190安装到入口室182上。该第二扫气泵进口盖190包括一个空气入口192，空气入口192优选地与进气歧管（未显示）相连，该进气歧管可以从一些类型的机械增压器和涡轮增压器（图中未显示）上接收空气。第二入口簧片阀组件188入口处的簧片阀194可以定向地使气流从第二扫气泵进口盖190流向入口室182，但阻止气流的反方向流动。

第二出口簧片阀组件189与第二扫气泵出口盖191都安装在出口室186上。第二扫气泵出口盖191包括一个进气道193，进气道193通过第二空气带160上的第二进气通道172将第二出口簧片阀组件189与第二气缸套118上的进气通道131相连通。第二出口簧片阀组件189中的簧片阀195定向地使空气流从出口室186流向进气道193，但防止气流在相反方向流动。

第一气缸组件14与第二气缸组件16包括两组活塞组件——内活塞组件200和外活塞组件250。在内活塞组件200中设置有四个第一环槽结构和两个第三环槽结构，其中第一环槽结构设置有第一压缩环组件，第三环槽结构中设置有第一控制油环组件，在外活塞组件200中设置有四个第二环槽结构和两个第四环槽结构，其中第二环槽结构中设置有第二压缩环组件，第四环槽结构中设置有第二控制油环组件，具体地，内活塞组件200包括安装在第一气缸44内的第一内活塞202，第一内活塞202的头部210背向液压泵体组件12，第一内活塞202的尾部朝向液压泵体组件12。安装在第一气缸44中的第一内活塞202的外径与发动机第一气缸44的缸壁之间具有很小的间隙。因此，优选地，在第一内活塞202的周边包括三个环槽，即第一环槽、第二环槽以及第三环槽，并在第一环槽中配有第一压缩环204，在第二环槽中配有第二压缩环206和在第三环槽中配有一个第一控制油环208。第一压缩环204，第二压缩环206和控制油环208排列起来以密封第一气缸44的气缸壁。

优选地，第一内活塞202还包括一系列轴向延伸的孔212，这些孔212从第一内活塞202的末端211延伸至第一内活塞202的前端210。每个孔212最好部分地填充一种钠化合物，并且具有一个用来密封孔212中钠化合物的盖子214。

内活塞组件200还包括安装在第二气缸144内的第二内活塞220，第二内活塞220的头部222背向液压泵体组件12，第二内活塞220的尾部223朝向液压泵体组件12。安装在第二气缸144中的第二内活塞220的外径与第二气缸144的气缸壁之间具有很小的间隙。因此，优选地，第二内活塞220的周边包括三个环槽，第三环槽，第四环槽以及第五环槽，并在第三环槽中配有第三压缩环224，在第四环槽中配有第四压缩环226和在第五环槽中配有一个第二控制油环228。该第三压缩环224，第四压缩环226和第二控制油228排列起来以密封发动机第二气缸144的气缸壁。

优选地，第二内活塞220还包括一系列沿轴向延伸的孔230，这些孔230从第二内活塞220的末端223延伸至第二内活塞220的前端222。每个孔230最好部分地填充一种钠化合物，并且具有一个用来密封孔230中钠化合物的盖子232。

第一内活塞202包括一个位于中心的，轴向延伸并穿过该第一内活塞202的孔216，该孔216与第一紧固件218相配合，第二内活塞220也包括一个位于中心的，轴向延伸穿过第二内活塞220的孔234，该孔234与第二紧固件236相配合。第一紧固件218和第二紧固件236与推杆240的各个末端分别螺纹连接，该推杆240延伸穿过液压泵体组件12。推杆240分别与第一内活塞202和第二内活塞220固定连接，使这两个第一内活塞202和第二内活塞220一致的运动，最好是沿轴线运动。推杆240还包括一直径扩大区域，该区域形成了内柱塞242。内柱塞242位于第一内活塞202和第二内活塞220之间的中间部位。

内活塞组件200还包括第一导向杆244和第二导向杆245，该第一导向杆244和第二导向杆245分别穿过液压泵体组件12与第一内活塞202的末端211和第二内活塞220的末端223之间的部分相连接。第一导向杆244和第二导向杆245在发动机运行期间，可以阻止内活塞组件200旋转。此外，第一导向杆244和第二导向杆245至少包含一个，更好地包含多个位置传感器，这些位置传感器能在发动机运行期间确定内活塞组件200的轴向位置。这些位置传感器可以是围绕固定在第一导向杆244上的第一套铜环246。优选地，第二导向杆245也包括位置传感器，例如，第二套铜环247。第二导向杆245可以作为位置校准传感器的一部分，用来确保第一导向杆244上的位置传感器准确读取内活塞组件200的轴向位置。

外活塞组件250包括安装在发动机第一气缸44内的第一外活塞252，第一外活塞252的头部254朝向第一内活塞202的头部210，第一外活塞252的尾部256朝向第一主泵室78。第一外活塞252安装在第一气缸44内，且第一外活塞252的外径与第一气缸44的气缸壁间具有较小的间隙。因此，第一外活塞252在其周边最好包括三个环槽，即第七环槽，第八环槽以及第九环槽，并在第七环槽配有第五压缩环258，在第八环槽配有第六压缩环260和在第九环槽配有一个第三控制油环262。第五压缩环258，第六压缩环260和第三控制油环262排列起来以密封第一气缸44的气缸壁。

第一活塞桥264安装在第一外活塞252的尾部256处。第一活塞桥264与第一外活塞252一起运动，形成了外活塞252的一部分。第一活塞桥264包括一个外部的，大致为椭圆形状的部分266，该部分266与第一扫气泵74中的第一主泵室78的室壁滑动接触，并密封该第一主泵室78的室壁。椭圆形的部分266的较小处的直径比第一外活塞252的头部254外径稍小，同时椭圆形的部分266的较大处的直径要明显大于头部254的外径。还包括第一拉杆凸台268和第二拉杆凸台269，其分别沿着第一外活塞252外径径向朝外方向，分布在椭圆形部分266的较大直径处上。

一个导杆凸台270位于第一活塞桥264的中心，第一导杆271与第一扫气泵壳体76固定连接，并从该第一扫气泵壳体76延伸出来。第一导杆271也在导杆凸台270内伸缩滑动。导杆凸台270在发动机运行期间沿着第一导杆271滑动，并维持在第一气缸44内滑动的第一外活塞252的正确定位。

外活塞组件250包括安装在第二气缸144内的第二外活塞275，第二外活塞275的头部276朝向第二内活塞220的头部222，第二外活塞275的尾部277朝向第二主泵室178。第二外活塞275安装在第二气缸144内，且第二外活塞275的外径与发动机第二气缸144的气缸壁间具有较小的间隙。因此，第二外活塞275在其周边最好包括三个环槽，并在该三个环槽中相应地设置有第五压缩环278，第六压缩环279和第四控制油环280。第五压缩环278，第六压缩环279和第四控制油环280排列起来以密封第二气缸144的气缸壁。

第二活塞桥282安装在第二外活塞275的末端277处。第二活塞桥282包括一个外部的，大致为椭圆形状的部位283，该部位283与第二扫气泵174中的第二主泵室178的室壁相滑动接触，并用来密封该第二主泵室178的室壁。椭圆形的部位283的较小的直径最好要比第二外活塞275的头部276外径稍小，同时椭圆形的部位283的较大的直径要明显大于头部276的外径。还包括第三拉杆凸台284和第四拉杆凸台285，分别沿着第二外活塞275外径径向朝外方向，分布在椭圆形的部位283的较大直径上。

一个导向杆凸台286位于第二活塞桥282的中心。第二导杆287与第二扫气壳体176固定连接，并从该第二扫气泵壳体176中延伸出来。第二导杆287也在导向杆凸台286内伸缩滑动。导向杆凸台286在发动机运行期间沿第二导杆287滑动，并维持在第二气缸144内滑动的第二外活塞275的正确定位。

第二导杆287也形成了位置传感器组件288的一部分。位置传感器组件288包括一个传感器杆289，该传感器杆289至少具有一个指示装置290，该指示装置290与第二外活塞275滑动固定连接。还包括一传感器291，安装在传感器杆289上，并穿过第二扫气泵壳体176，在第二扫气泵壳体176内，电子连接器292将传感器291连到电子控制器35上。电子控制器35可以利用传感器291的输出来确定外活塞组件250的位置与速度。

外活塞组件250还包括第一拉杆293和第二拉杆294。第一拉杆293将第一活塞桥264上的第一拉杆凸台268和第二活塞桥282上的第三拉杆凸台284连接起来。由于第一活塞桥264与第二活塞桥282是椭圆形的，第一拉杆293可以将他们耦合在一起，在不与发动机的气缸相干涉的情况下，可以实现第一活塞桥264和第二活塞桥282平行于轴线方向的运动。

第一拉杆293包括一个扩大的直径区域，该直径区域形成了第一外柱塞295。第一外柱塞295位于第一活塞桥264和第二活塞桥282之间的液压泵体组件12的中间部位。第一拉杆套筒272绕着第一拉杆293在液压泵体组件12和第一气缸油套18的部分延伸，且第二拉杆套筒273绕着第一拉杆293在液压泵体组件12和第二气缸油套118的部分延伸。第一拉杆套筒272和第二拉杆套筒273确保第一拉杆293完全被发动机部件所包围，从而可以避免污染物与第一拉杆293接触和干扰第一拉杆293的运行。

第二拉杆294将第一活塞桥264上的第二拉杆凸台269与第二活塞桥282上的第四拉杆凸台285连接起来。第二拉杆294包括一个扩大的直径区域，该直径区域形成了第二外柱塞296。第二外柱塞296位于在第一活塞桥264与第二活塞桥282之间的液压泵体组件12的中间部位。第三拉杆套筒274绕着第二拉杆294在液压泵体组件12与第一气缸油套18的部分延伸，优选地，一个位置感应拉杆套筒281绕着第二拉杆294在液压泵体组件12与第二气缸油套118的部分延伸。第三拉杆套筒274和位置感应拉杆套筒281确保第二拉杆294完全被发动机部件所包围，从而可以避免污染物与第二拉杆294接触和干扰第二拉杆294的运行。

另外，优选地，第二拉杆294包括间隔的铜环298，该铜环298安装在第二拉杆294上，位于位置感应拉杆套筒281之中。位置传感拉杆套筒281包括一个位于靠近铜环298的传感器组件297。传感器组件297与电子控制器35相连，探测铜环298的位置。电子控制器35可以用传感器组件297的输出来校准另一个传感器291，从而确保了对外活塞组件250位置与速度测量的准确性。

发动机10通过自平衡性来确保最佳的运行性能。为了发动机的自平衡性，外活塞组件250的全部质量（也就是与第一外活塞252和第二外活塞275一起运动的全部零部件）必须等同于内活塞组件200（也就是与第一内活塞202和第二内活塞220一起运动的全部零部件）。此外，对于自平衡性发动机，最好的情况是，推杆240上的内柱塞242的液压区域要等于第一拉杆292和第二拉杆294上的第一外柱塞295和第二外柱塞296液压区域的总和，且第一外柱塞295的液压区域等同于第二外柱塞296的液压区域。因此内活塞组件200和外活塞组件250的不同部分选择材料，来确保其有足够的热稳定性和强度特性，同时还能保持组件的质量平衡。例如，第一内活塞202和第二内活塞220及推杆240可以用铸铁来制作，第一拉杆293和第二拉杆294也可以由铸铁来制作，同时第一外活塞252和第二外活塞257的材料是铝，椭圆形的第一活塞桥264和第二活塞桥282由钢制作。其他合适材料也可以被采用。

如上所述，安装在第一气缸组件14和第二气缸组件16之间的液压泵组件12。其包括优选地由钢制成的泵体302，该泵体302内形成了各种液压接口和通道，冷却液通道和润滑油底壳和通道。

泵体302包括一个推杆孔304，推杆240穿过该推杆孔304。内柱塞242绕着推杆孔304周向密封。该推杆孔304的两端也对推杆240密封---每端用密封塞309来实现密封。这些密封件在内柱塞242的一端形成了一个内泵腔306，在内柱塞242的另一端形成了一个内耦合泵腔308。

泵体302还包括第一拉杆孔310和第二拉杆孔312，其中，第一拉杆293穿过第一拉杆孔310，第二拉杆294穿过第二拉杆孔312。第一外柱塞295绕着第一拉杆孔310进行周向密封，且第二外柱塞296绕着第二拉杆孔312进行周向密封。第一拉杆孔310的每端形成对第一拉杆293的密封，并且第一拉杆293的一端同样采用第一密封塞311来实现密封。第一拉杆孔310与第一拉杆293一同在第一外柱塞295的一端形成了第一外泵腔314，并且在第一外柱塞295的另一端形成第一外耦合泵腔316。第二拉杆孔312在每一端被塑造成型来密封第二拉杆294，第二拉杆294的一端同样采用第二密封塞313来实现密封。第二拉杆孔312与第二拉杆294一同，在第二外柱塞296的一端形成了第二外泵腔318，并且在第二外柱塞296的另一端形成第二外耦合泵腔320。

内耦合泵腔308和第一外耦合泵腔316由第一交叉通道322相连接。此外，内耦合泵腔308和第二外耦合泵腔320由第二交叉通道323相连接。因此，内耦合泵腔308，第一外耦合泵腔316及第二外耦合泵腔320总是能彼此开放流体流通。

带有第一限制部件326的低压通道324，从第二交叉连接通道323引导至第一耦合调节阀328。第一耦合调节阀328连接至液压系统329的低压腔330一侧。第一耦合调节阀328可以从第二交叉连接通道323连通至低压腔330的位置切换至阻止上述流体流向的位置。带有第二限制334的高压通道332，从第一交叉连接通道322引导至第二耦合调节阀336。第二耦合调节阀336连接至液压系统329的高压腔338侧。第二耦合调节阀336可以从第一交叉连接通道322连通至高压腔338的位置切换至阻止流体流向的位置。第一耦合调节阀328和第二耦合调节阀336与电子控制器35连接，并通过该电子控制器35来实现其运行。

谐振器通道340在第二交叉连接通道323和安装在泵体302上的赫尔姆霍茨谐振器342之间延伸。当流体在内耦合泵腔308，第一外耦合泵腔316及第二外耦合泵腔320间通过第一交叉连接通道322和第二交叉连接通道323来回流动时，赫尔姆霍茨谐振器则被调谐至阻尼脉冲状态。可选择地，发动机10中可以不设置赫尔姆霍茨谐振器342。

上述的第一交叉连接通道322和第二交叉连接通道323，以及与其相连的其它液压元件一起形成了一个液压回路，该回路将内活塞组件200与外活塞组件250的运动液压地连接在一起。当第一耦合调节阀328和第二耦合调节阀336关闭时，内耦合泵腔308，第一外耦合泵腔316和第二外耦合泵腔320，以及第一交叉连接通道322和第二交叉连接通道323中充满不可压缩的流体（如液压油），这个填充体积将保持恒定。此外，如上文所述，推杆240上的内柱塞242的流体体积的排量是第一拉杆293和第二拉杆294各自上的第一外柱塞295和第二外柱塞296流体体积排量的总和。因此，如果内活塞组件200向右移动一定距离，例如，一毫米，并从内耦合泵腔308中排出一定量的流体，那么，外活塞组件250则必须向左移动同样的一定距离，例如一毫米，为了使第一外耦合泵腔316和第二外耦合泵腔320来接收那一定量的流体。这就可以确保，即使内活塞组件200和外活塞组件250的运动没有机械地固定，他们仍将几乎确切地相互对立运动。因此，内活塞组件200和外活塞组件250可以分别同时到达上、下止点。

第一耦合调节阀328和第二耦合调节阀336可以在耦合器中添加或移除一些流体，任何密封处的流体渗漏都可能改变保持在耦合器中的流体体积。虽然内活塞组件200和外活塞组件250的液压系统被描述过了，如果有需要的话，其它能使内活塞组件200和外活塞组件250彼此做相对运动的机构也可以被采用。

液压泵体组件12还包括一对第一机油进口344和第二机油进口345，该对第一机油进口344和第二机油进口345延伸穿过泵体302直至位于泵体302底部的油底壳346。油底壳346与许多泵体组件12中的运动件相通从而可以对运动件进行飞溅润滑，特别是对第一内活塞202和第二内活塞220沿着第一气缸44与第二气缸144的部分滑动。作为一种代替方法，或额外的润滑，还包括油雾孔（图中未显示）可以位于邻近泵体302处的第一气缸衬套42和第二气缸衬套142上，且包括与油雾孔相邻近的油雾环（图中未显示）。与第一油雾孔58和第二油雾孔158对第一外活塞252和第二275的润滑方式相同，油雾进口和油雾出口（未显示）通过提供和去除油雾对第一内活塞202和第二内活塞220进行润滑。

油底壳346还包括一个回油出口348。第一机油进口344和第二机油进口345，及回油出口348都与机油供油系相连（图中未显示）。在发动机运行期间，当第一内活塞202和第二内活塞220做往复运动时，油底壳346允许空气在内活塞202和220后面来回地移动。

在泵体302的底部装有两个冷却液入口350。冷却液入口350与一系列的穿过泵体302的冷却液通道352相连通，该冷却液通道352与泵体302上部的两个冷却出口354相连接。冷却液入口350和冷却液出口354与冷却液冷却系统（图中未显示）相连。在泵体302里冷却液的流动可以确保运动件在发动机运行期间不会发生过热现象。

液压泵体组件12还包括一个安装在泵体302上部的低压轨356，该低压轨356包括一个通过液压管路与低压腔330相连接的低压轨道端口358。低压轨356与三套单向低压阀——一个内部低压单向阀360，第一外部低压单向阀362和第二外部低压单向阀363相通。内部低压单向阀360通过第一通道364与内泵腔306相连，该内部低压单向阀360仅允许流体从低压轨356流向内泵腔306。第一外部单向阀362通过第二通道365与第一外泵腔314相连，第二外部低压单向阀362仅允许流体从低压轨356流向第一外泵腔314。第二外部低压单向阀363类似地通过第三通道366与第二外泵腔318相连，第二外部低压单向阀363仅允许流体从低压轨356流向第二外部泵腔318。其中，内部低压单向阀360包括4个单独的阀，并且第一外部低压单向阀362和第二外部低压单向阀363分别包括2个阀，如果需要，可以分别选择使用不同数目单独的阀。优选地，内柱塞242的泵送体积是第一外柱塞295和第二外柱塞296的泵送体积的两倍一样，内部低压单向阀360两倍于第一外部低压单向阀362和第二外部低压单向阀363的开阀面积。

高压轨368安装在泵体302的底部，并包括一个通过液压管路连到高压腔338上的高压轨道端口369。高压轨368与3套高压止回阀——一个内部高压止回阀370，第一外部高压止回阀371和第二外部高压止回阀372。内部高压止回阀370通过第三通道373与内泵腔306相连，止回阀370允许流体从内泵腔306流向高压轨368。第一外部高压止回阀371通过第四通道374与第一外泵腔314相连，第一外部高压止回阀371允许流体从第一外泵腔314流向高压轨368。第二外部高压止回阀372通过第五通道375与第二外泵腔318相连，第二外部高压止回阀372仅允许流体从第二外泵腔318流向高压轨368。同样，内部高压止回阀370最好有两倍于第一外部高压止回阀371和第二外部高压止回阀372的开阀面积。

优选地，低压轨356包括一个安装其上的低压轨压力传感器376，该低压轨低压传感器376用来测量低压轨356中流体的压力。同样高压轨368也包括一个安装在其上的、用来测量高压轨368中流体压力的高压轨压力传感器377。该低压轨压力传感器376和高压轨压力传感器377都与电子控制器35相连，来接收和处理压力信号。

还包括一启动控制阀379，该启动控制阀379安装在泵体302顶部，与低压轨356相邻近。该启动控制阀379在本发明中仅是示意性地显示出，优选地为一液压阀。该启动控制阀379与泵体302上的4个接口接合，一个高压接口380，一个低压接口381，一个内泵腔接口382和一个外泵腔接口383。其中，高压接口口380通过流体通道与高压轨368连接，且低压接口381通过流体通道与低压轨356相连接。内泵腔接口382通过第一溢出流体通道384与内泵腔306相连，同时，外泵腔接口383通过第二溢出流体通道385与第第一外泵腔314和第二外泵腔318相连。

启动控制阀379可以液压地将高压接口380和内泵腔接口382相连，同时还将低压接口381和外泵腔接口383相连。启动控制阀379还能将低压接口381和内泵腔接口382相连，同时还将高压接口380与外泵腔接口383相连。在第三运行条件下，启动控制阀379阻止液压流体在高压接口380与低压接口381，以及内泵腔接口382与外泵腔接口383之间流动。电子控制器35最好来控制启动控制阀379上述的状态。

液压泵体组件12还可以包括活塞制动件，该活塞制动件设置了每个活塞行程末端的最大距离。其中，内活塞组件200的活塞中的制动件包括径向台阶部分388，隔开地位于推杆240上内柱塞242的两侧，还包括一与之相匹配的阻挡件389，该阻挡件389分别位于泵体302和密封塞309的中心孔304。阻挡件389与台阶部分388的相对位置将决定内活塞组件200在任一方向的最大行程。如果台阶部分388与阻挡件389相结合，在这个方向的活塞运动将停止。

优选地，外活塞组件250的活塞阻挡件包括径向的第一台阶结构390和第二台阶结构391，第一台阶结构390和第二台阶结构391分别隔开地位于第一拉杆293和第二拉杆294上的第一外柱塞295与第二外柱塞296的两侧。泵体302和第一密封塞311及第二密封塞313，与内活塞组件200相似的方式，包括相应的第一阻挡器392和第二阻挡器393，该第一阻挡器392和第二阻挡器393分别与第一台阶结构390和第二台阶结构391相匹配，该第一阻挡器392和第二阻挡器393分别位于第一拉杆孔310与第二拉杆孔312相对的两端。

作为一种替换方案，活塞阻挡件可以被取消。利用该配置，通过第一内活塞202的头部210撞击第一外活塞252的头部254的方式作为在一个方向上的阻止器，而第二内活塞220的头部撞击第二外活塞275的头部276的方式作为在另一个方向上的。活塞头部有相对大的面积用来接触，并且，在活塞像阻止器一样运行时，该时刻缸内压力将急剧上升仅次于碰撞时的压力，从而能减缓速度大影响。

液压泵体组件12最好还包括一对位置传感器，第一位置传感器395安装在围绕在第一导向杆244包括第一套铜环246区域的泵体302上。第二位置传感器396最好安装在围绕第二导向柱245包括第二组铜环247区域的泵体302上。第一位置传感器395和第二位置传感器396连接到电子控制器35上，并对其提供位置信号。利用从第一位置传感器395所提供的位置信号，电子控制器35可以确定内活塞组件200的位置和速度。第二位置传感器396所提供的信息用来校准第一位置传感器395。

以下是对发动机10运行的描述。发动机10是自由活塞发动机，活塞运动是由内活塞组件200和外活塞组件250作用的平衡力（相等）所决定的。例如，对置的第一气缸44和第二气缸144中的主要气缸压力，各种运动件产生的摩擦力，空气扫气，内活塞组件200和外活塞组件250的运动惯量及由内柱塞242，第一外柱塞295和第二外柱塞296所产生的任意负载。因此，内活塞组件200和外活塞组件250必须在适当的时间接收适当量的输入力，以便能引起并维持活塞的往复运动。这个往复运动必须足够充分，为了第一气缸44和第二气缸144中的燃烧来得到所需的压缩。采用输入来控制内活塞组件200和外活塞组件250的运动，特别是在每个冲程的行程末端，在活塞的上止点位置，因此，就实现了对压缩比的控制。此外，因为基于发动机运行条件，引起燃烧的压缩比可以有多样性，那么能使均质混合气压燃燃烧的压缩比多样性的这种能力将变得更可行。因为平衡力需要精确地定时和控制，电子控制器35对发动机各部件的控制，对维持并高效地使发动机运行至关重要。

在发动机10起动前，液压系统329上的高压腔338能对流体维持一个相对高的压力，例如，该压力可以是5000至6000磅每英寸（PSI）。液压系统329的低压腔330对流体维持一个相对低的压力，例如，该压力可以是50至60PSI。

在发动机10起动过程开始后，电子控制器35对启动控制阀379通电，使其在第一阀位置与第二阀位置间进行切换，在第一阀位置时，高压接口380与内泵腔接口382连通，并且低压接口381与外泵腔接口383连通，在第二阀位置时，高压接口380与外泵腔接口383连通，并低压接口381与内泵腔接口382连通。

在启动控制阀379的第一阀位置，高压腔中的流体将被推进内泵腔306中，来引起推杆240上的内柱塞242，乃至整个内活塞组件200开始向右侧移动（如这里图解所示）。

这将引起内耦合泵腔308中的流体通过第一交叉通道322与第二交叉通道323进入到第一外耦合泵腔316与第二外耦合泵腔320中。反过来，这将分别使第一拉杆293和第二拉杆294上的第一外柱塞295与第二外柱塞296，乃至整个外活塞组件250开始向左侧移动（如这里图解所示）。随着外活塞组件250向左侧移动，第一外泵腔314与第二外泵腔318中的流体将通过启动控制阀379被推进低压腔330中。

内活塞组件200和外活塞组件250的相对运动将引起在第一气缸44中的第一外活塞252和第一内活塞202，朝向它们的下止点位置同步地分离运动，同时在第二气缸144中的第二外活塞275与第二内活塞220，朝向它们的上止点位置同步地相向运行。内活塞组件200与外活塞组件250都沿着单一线性轴向做前后运动。如图10与图11上第一气缸44和第二气缸144中双箭头所示，该单一轴向运动穿过第一气缸44和第二气缸144的中心进行延伸运动。

在启动控制阀379的第二位置，高压腔338中的流体将被推进第一外泵腔314与第二外泵腔318中，将分别引起第一拉杆293和第二拉杆294上的第一外柱塞295与第二外柱塞296，乃至整个外活塞组件250开始向右侧移动。这将使第一外耦合泵腔316和第二外耦合泵腔320中的流体通过第一交叉通道322和第二交叉通道323进入内耦合泵腔308中。反过来，这将会使推杆240上的内柱塞242，乃至整个内活塞组件200开始向左侧移动。随着内活塞组件200向左侧移动，内泵腔306中的流体将通过启动控制阀379被推进低压腔330中。

内活塞组件200和外活塞组件250的相对运动将使在第一气缸44中的第一外活塞252与第一内活塞202，朝向它们的上止点相向运动，同时使在第二气缸144中的第二外活塞275与第二内活塞220，朝向它们的下止点分离运动。

通过对启动控制阀379的三个阀位置间进行精确快速地切换，内活塞组件200与外活塞组件250能在使第一气缸44中引起压缩和使第二气缸144种引起压缩两种状态间进行轮流的切换。电子控制器35通过对位置传感器组件288与第一位置传感器395的监控，来确定该内活塞组件200与外活塞组件250的位置和速度。电子控制器35将利用这些位置和速度信息来确定合适的启动控制阀379的切换时间，以达到第一气缸44和第二气缸144中所预期的压缩比。由上述可以看出，启动控制阀379在发动机启动时通过一种方法来控制内活塞组件200和外活塞组件250的运动，使内活塞组件200与外活塞组件250按发动机运行所需的形式进行。

发动机10作为一个两冲程发动机运行，没有任何独立的气门系统来打开和关闭第一气缸44和第二气缸144上的近排气道。因此，燃油/空气混合物的压缩，燃烧（包括点燃），碰撞，及换气（包括近排气）都在活塞的两个冲程内完成。这种安排将最大限度地减少运动件数量及最大限度减小发动机10的布置尺寸。

内活塞组件200的运动使第一内活塞202与第二内活塞220分别对第一气缸44与第二气缸144上的第一排气口46与第二排气口146有选择性地进行阻挡和打开。外活塞组件250的运动使第一外活塞252与第二外活塞275分别对第一气缸44的进气口与第二气缸144上的进气口156有选择性地进行阻挡与打开，并使第一活塞桥264与第二活塞桥282进行充气。外活塞组件250的运动也能使第一外活塞252与第二外活塞275分别对第一气缸44与第二气缸144上的第一喷油器34与第二喷油器134有选择地进行阻挡和打开。因此，由启动控制阀379引起的内活塞组件200与外活塞组件250的运动，对第一气缸44与第二气缸144提供了充气所需的运动，允许燃料进入气缸并与空气进行混合，并为产生燃烧提供足够的压缩。

燃烧过程最好在正常运行条件下运行，即均质充气压燃形式（HCCI），该类型可以利用发动机10可变压缩比的能力来实现非常高的燃烧效率。HCCI过程采用了一种均质空气/燃料充气混合由于高压比产生的自燃；即是燃料/空气预混合由于高压生热至自燃点（也叫自燃）。采用PCCI的自燃过程，通过燃料/空气混合物无数的点燃点来确保快速燃烧，因为没有火焰传播，这允许低当量比（实际的燃料-空气比的化学计量比的比率）被采用。这种改进了热效率同时降低气缸温度峰值的结果，与更传统类型的内燃机相比，更显著地降低了氮氧化物的形成。虽然，如果需要的话，发动机作为火花点燃发动机运行，火花塞可以在每个气缸上进行应用。

更具体而言，在正常HCCI发动机运行时，进气，压缩，燃烧和排气将在第一气缸44中被描述（同样适用于所述的第二气缸144）。第一外活塞252的运动来实现进气，同时决定进气口56的定时与持续打开时间，以及第一喷油器34对第一气缸44的开放时间。随着第一外活塞252朝向其上止点运行，第一扫气泵74上的第一主泵室78的体积增加，从而使空气从入口簧片阀94被吸入。

上止点后---特别是在燃烧发生后---第一外活塞252的运动将减小第一主泵室78的体积，而使空气被压缩并通过出口簧片阀95被强制排出至第一扫气泵出口盖91的进气道93与第一空气带60的进气通道72及进气道31中。随着第一外活塞252向其下止点运动，这将会打开进气口56，允许压缩空气从进气道31中进入第一气缸44中。第一喷油器34在此期间也对第一气缸44开放。电子控制器35将激活第一喷油器34，使其将燃油喷入进来的空气中。电子控制器35同时来利用传感器291和油压传感器41，在燃油喷射期间来确定定时和持续时间。

在到达下止点后，第一外活塞252又朝向上止点运动。在该运动期间，第一外活塞252将会关闭第一气缸44中的进气口56和燃油喷射孔54。空气燃料随着第一外活塞移向其上止点而被压缩。第一喷油器34直接喷向第一气缸44，但不直接对燃烧室打开，因为第一外活塞252在上止点或上止点附近时，其被第一外活塞252所覆盖。

在发动机运行期间，油雾器61将从油底壳63中抽取机油并使其与空气混合来形成油雾。用来与给定量的空气进行混合，被抽取机油的量最好通过油雾器61可以实现多样性，以满足在给定发动机运行条件下，对发动机气缸提供所需的润滑油。第一外活塞252的运动将引起第一气缸44上靠近油雾第一油雾孔58处的压力颤动。这个压力颤动将会使油雾在油雾环64与连通第一油雾孔58的第一气缸44间被抽进抽出。油雾中所带的机油将润滑第一气缸44的气缸壁。随着油雾器61将更多的油雾推进油雾环64中，一些油雾将通过出油口65被推出并回到油底壳63中，在这里机油可以被重新利用。由于进入第一气缸44中的机油可以通过调节油雾中机油的量来控制，那么油雾孔可以做的相对大些而不会引起过多的机油被抽进第一气缸44中。这将在不增加机油耗的情况下来最低限度地降低油雾孔堵塞的问题。同样，对于第二气缸144中的油雾也同样适合。

第一内活塞202的运动可以确定排气口46对第一气缸44打开的定时与持续时间。随着第一内活塞202从上止点移开---特别是在燃烧发生后---第一内活塞202将从排气口46移开，而允许废气通过排气口46排出。废气将会通过第一废气涡旋结构20并通过其它排气系统（未显示）而排出。在下止点后，第一内活塞202开始朝向上止点运动，并在该冲程的部分阶段，第一内活塞202将覆盖排气口46，有效地将其关闭。在这时段，任何废气都不能通过排气口46而排出，并将留在第一气缸44中，作为下一燃烧的内部废气再循环（EGR）。当第一内活塞继续向上止点移动，空气/燃料将会被压缩。

由于第二气缸144与第一气缸44相对置，在第一气缸44中的燃烧将会使第一内活塞202和第一外活塞252相反运行，同时在第二气缸144中的燃烧将会使第一内活塞202和第二外活塞252相向运行（引起第一气缸44中的压缩），因而保持发动机的连续运行。发动机10运行自身的维持，是通过对燃烧发生之前的燃油喷射的控制，并考虑发动机在该时刻运行时的各种运行条件。燃油喷射的控制可以被用来控制活塞冲程的长度，该活塞冲程长度必须获得燃烧所需的足够的压缩比，但能避免与活塞阻挡相碰撞。当然，允许瞬态条件，偶尔的非燃烧情况及其它因素，启动控制阀379在燃烧的燃料控制上，可以被多次运用来纠正活塞的运动。这就包括，对给定发动机运行条件，不仅要保证能达到合适的压缩比，还要使自燃发生在上止点或刚过上止点时，避免来改变内活塞组件200和外活塞组件250运动方向所用的燃烧能量。

在发动机10运行情况下，随着燃烧引起内活塞组件200和外活塞组件250的往复运动，推杆240和第一拉杆293与第二拉杆294将驱动内柱塞242，第一外柱塞295与第二外柱塞296在各自的推杆孔304，第一拉杆孔310与第二拉杆孔312中做前后运动。在内活塞组件200向右侧移动时（从图解中可知），内柱塞242的运动将导致内部低压单向阀360打开，允许流体从低压轨356被抽进内泵腔306中。从低压轨356流出的流体将会从低压腔330得到补充。保持低压轨356的流体量和低压腔330填充低压轨356的能力必须足够来保持流体流过低压单向阀。否则，可能发生汽蚀问题。

同时，外活塞组件250向左侧移动，第一外柱塞296与第二外柱塞296使第一外泵腔314与第二外泵腔318中的流体通过第一外部高压止回阀371与第二外部高压止回阀372被泵送到高压轨368中。这就向高压腔338排出流体。在高压腔338中所受压的流体，可以为发动机运行所储备的能量，也可以用来驱动其它零部件和系统。由于液压流体能量的获取是液压流的量与压力水平的一个作用，可以用这预期的能量输出来决定活塞的冲程，活塞的频率及最初布置发动机尺寸时液压柱塞的尺寸。一般地，对活塞频率来讲，运动活塞组件的质量越高，发动机最佳运行频率越低。

在使内活塞组件200相右侧移动的发动机冲程期间，内柱塞242将内耦合泵腔306中的流体泵送至第一外耦合泵腔316和第二外耦合泵腔320中。如上面所讨论过的，就将保持内活塞组件200和外活塞组件250间的相互对置的运动。如果位置传感器组件288和第一位置传感器395探测到发动机气缸中的内活塞组件200和外活塞组件250没有中心对齐，那么，第一耦合调节阀328和第二耦合调节阀336中的一个会被激活来校正这个偏移。

接下来的活塞冲程期间，内活塞组件200向左侧移动，由内柱塞242的流体压力将打开内部高压止回阀370，迫使流体流流向高压轨368和高压腔338中。外活塞组件250同时向右侧移动，且第一外柱塞295和第二外柱塞296使流体通过第一外部低压单向阀362与第二外部低压单向阀363被抽进低压轨356中。在该发动机冲程期间，第一外柱塞295与第二外柱塞296也将流体从第一外耦合泵腔316与第二外耦合泵腔320中泵送至内耦合泵腔306中。

相应地，由于内活塞组件200和外活塞组件250总是彼此相对运动---且因此内柱塞242与第一外柱塞295与第二外柱塞296也总是相对运动---发动机的每一冲程仅使内柱塞242或第一外柱塞295与第二外柱塞296为高压腔338泵送流体。在每个情况下，冲程的反方向运行将泵送流体围绕着耦合系统进行。在另一方面，如果想对内柱塞242和第一外柱塞295与第二外柱塞296在两个方向上都获得对高压蓄压器的泵送作用，那么，另一种不同类型的耦合系统应该被采用。

除了发动机内部子系统的操作外，当然，外部系统在发动机运行期间也将需要来维持发动机10的运行。因此，冷却系统将通过第一冷却通道28，第一气缸冷却通道50，第一冷却液环66，第二冷却通道128，第二气缸冷却通道150，第二冷却液环166及冷却液通道352运送所需的冷却液确保发动机部件不产生过热。此外，燃油系统39将储存并对第一喷油器34与第二喷油器134提供所需的压力。电力系统将对电子控制器35，传感器及其它需要电能来运行的部件提供电能。机油供给系统将对发动机需要润滑的特定部件提供机油。并且，进气系统在发动机运行期间将对气体入口92和空气入口192提供空气。

虽然能量存储介质和控制阀所用的流体已被公开采用为液压油，如果需要的话，其他合适的流体也可以被采用。例如，流体可以是一种气体，具有一个充气能量储存系统的腔。流体可以是液体或气体状态的制冷剂。在这两个例子里，由于流体不再是液体（通常不可压缩），耦合系统采用的，用来确保两活塞组件相对运动的也将改变。然而，OPOC自由活塞发动机的配置，特别是采用HCCI燃烧方式的，仍然可以用来生产可以存储在流体能量存储介质中的能力。

此外，虽然本发明的示例性实施案例中详细讨论的自由活塞发动机OPOC采用液压流体作为所述能量储存和控制介质，当然，第一扫气泵74与第二扫气泵174可以被采用来对OPOC自由活塞发动机气缸提供充气，OPOC自由活塞发动机采用线性交流发电机来对发动机控制和电能的产生。液压泵体组件可以被线性交流发电机组件所代替，拉杆和推杆来形成线性交流发电机组件的一部分，或用来驱动线性交流发电机。气缸组件---包括扫气泵---可以运行来从燃烧得到能量以驱动线性交流发电机。所以，HCCI形式的燃烧，配有较高质量的空气充量，仍然可以在耦合有线性交流发电机的OPOC自由活塞发动机上被采用，优选地最大限度地来提高发动机功率密度。

以上对发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，包括液压泵体组件，所述液压泵体组件的相对两侧分别设置有气缸组件，所述气缸组件位于同一直线上相对运动；

所述气缸组件包括气缸衬套，所述气缸衬套上设置多个油雾孔，所述油雾孔沿着所述气缸衬套的周向方向设置；在所述气缸衬套中设置有气缸，所述气缸的表面与所述油雾孔相邻；

还包括外活塞组件，所述外活塞组件包括分别设置于所述气缸中的外活塞，所述外活塞在所述气缸内伸缩滑动；所述外活塞包括朝向所述液压泵体组件的头部和相应的尾部；还包括至少一个拉杆，所述拉杆的两端穿过所述液压泵体组件分别与所述气缸中的外活塞连接，所述拉杆在所述液压泵体组件中形成外柱塞，所述外柱塞与所述液压泵体组件之间形成密封，在所述外柱塞的一端密封形成外泵腔，在所述外柱塞的另一端密封形成外耦合泵腔；

还包括内活塞组件，所述内活塞组件包括分别设置于所述气缸中的内活塞，所述内活塞包括一背向所述液压泵体组件的头部和相应的尾部；所述内活塞在所述气缸内伸缩滑动；还包括推杆，所述推杆的两端穿过所述液压泵体组件连接所述内活塞，所述推杆在所述液压泵体组件中形成一内柱塞，所述内柱塞与所述液压泵体组件之间形成密封，所述内柱塞的一端密封形成内泵腔，所述内柱塞的另一端密封形成内耦合泵腔；

还包括空气带，所述空气带安装于所述气缸衬套上；

还包括油雾器，所述油雾器与所述空气带以及供油系统连接，所述油雾器与油雾孔连通，所述油雾器向所述油雾孔提供油雾。

2.根据权利要求1所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，所述气缸组件包括气缸套，所述气缸套安装在所述液压泵体组件上，所述气缸套围绕在所述气缸外，在所述气缸套的径向外侧设置有油雾环，所述油雾环靠近所述油雾孔，所述油雾环与所述油雾器连接。

3.根据权利要求2所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，所述气缸组件还包括进油管，所述进油管穿过所述空气带并从所述空气带伸出，所述进油管与所述油雾器连接。

4.根据权利要求3所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，所述油雾器包括一出口，所述出口与所述进油管连接，所述油雾器还包括一入口，所述入口与所述供油系统连接，所述供油系统与所述空气带的出油口连接，所述出油口与所述油雾环相通。

5.根据权利要求4所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，所述气缸组件包括用于泵送空气的扫气泵，所述扫气泵包括扫气泵壳体，所述扫气泵壳体安装于所述空气带上，所述扫气泵壳体围绕在所述气缸衬套的一端，所述扫气泵包括主泵室，所述主泵室包括进气端口和出气端口，所述进气端口和所述出气端口分别与所述进气室和所述出气室连接。

6.根据权利要求5所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，还包括扫气泵进口盖和入口簧片阀组件，所述扫气泵进口盖安装于所述进气室上，所述入口簧片阀组件安装于所述进气室中，用于控制空气从所述扫气泵单向进入所述进气室内。

7.根据权利要求5所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，还包括扫气泵出口盖和出口簧片阀组件，所述扫气泵出口盖安装于所述出气室上，所述扫气泵出口盖与所述空气带连通，所述出口簧片阀组件安装于所述出气室中，用于控制空气从所述出气室单向流入扫气泵出口盖。

8.根据权利要求1-7任一所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，还包括环槽组件，所述环槽组件包括第一环槽结构和第二环槽结构，在所述内活塞和所述外活塞上分别开设有第一环槽结构和第二环槽结构，所述第一环槽结构中设置有第一压缩环组件，所述第二环槽中设置有第二压缩环组件。

9.根据权利要求8所述的雾化润滑的自由活塞式发动机，其特征在于，所述环槽组件还包括第三环槽结构和第四环槽结构，所述第三环槽结构和所述第四环槽结构分别设置于所述内活塞和所述外活塞的表面，所述第三环槽结构和所述第四环槽结构中分别设置有第一油环控制组件和第二油环控制组件。

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