CN1440489A - 自由活塞发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自由活塞发动机，它具有能被级差液压活塞驱动的发动机活塞。液压活塞的较大直径在压缩缸中引导，而较小直径设置在做功缸中。在压缩冲程中，压缩缸与高压蓄能器连接，做功缸与低压蓄能器或高压蓄能器连接。在一个膨胀冲程中，高压蓄能器由来自缸室的压力介质充能。

Description

自由活塞发动机

本发明涉及如权利要求1的导言所述的自由活塞发动机。

自由活塞发动机从根本上是根据2-循环方法做功的燃烧发动机，没有曲轴驱动但具有液压回路，其中包括循环泵作为其随后布置的驱动轮系。为了达到这一目的，发动机活塞连接到液压缸上，从而发动机做功循环过程中产生的平移能量直接供给到液压做功介质，而没有借助曲轴驱动的旋转运动。所设计的随后布置的、具有储存能力的液压回路可吸收输出动力并将其储存，根据动力需求将输出动力供应到液压输出单元，如轴向活塞发动机。

在DE4024591A1中描述了一种一般类型的自由活塞发动机，它也被公知为BRANDL自由活塞发动机。在这一概念中，发动机活塞的压缩运动通过与液压活塞的合作而进行，液压活塞可以通过2/3-路切换阀与高压蓄能器或低压蓄能器连接。在压缩冲程的开始，通过将高压蓄能器中的压力施加到液压缸来加速发动机的活塞。一旦达到预定的发动机活塞速度，通过切换阀将液压缸连接到低压蓄能器，进行发动机活塞的进一步压缩冲程以克服来自做功气体压缩压力的有效力。当达到外死点(AT)时，点燃做功气体，发动机活塞朝内死点(IT)加速。在活塞从AT运动到IT的过程中，通过切换阀控制打开与高压蓄能器的连接，从而发动机活塞减速，其动能转换为液压势能，将高压蓄能器充能。尽管切换阀的响应时间为毫秒级，但在切换阀控制高压蓄能器打开和关闭时造成的节流损失可能为发动机功率的10％。

BRANDL自由活塞发动机的这些缺点可以在另外自由活塞的设计中克服，这种被称为INNAS发动机，在例如WO 96903576 A1中有描述。

在INNAS自由活塞发动机中，液压活塞被设计为级差活塞，具有两个有效表面，较大的第一个安排在压缩缸中，而较小的第二个形成泵的做功室或做功缸。大表面能承受压缩缸中的压力，而做功缸可以通过止回阀连接到高压蓄能器或低压蓄能器。这种INNAS自由活塞发动机与BRANDL自由活塞发动机相比，结构更加复杂，从而设备技术的支出相当高。

考虑到上述问题，本发明立足于进一步开发同种的自由活塞发动机，目的是将设备技术的支出降到最低程度。

这一目的是通过具有权利要求1特征的自由活塞发动机实现的。

本发明自由活塞发动机具有级差活塞，其较大的端面在压缩缸中导引，较小端面在做功缸中。做功缸和压缩缸都可以连接到公共的高压蓄能器，用于启动压缩冲程或在膨胀冲程中充能。与开始描述的INNAS自由活塞发动机相比，这一变化的优点在于仅仅有两个压力蓄能器，即低压蓄能器和高压蓄能器，就足以进行工作，而在同类的INNAS自由活塞发动机中需提供三个压力蓄能器及相关的管线。因此本系统建造得很紧凑并且设备技术的支出较低，从而与开始描述的方案相比，降低了自由活塞发动机的生产成本。

另一个优点是，液压活塞或发动机活塞分别具有内死点位置，在压力条件下可自动达到这一位置。在高压蓄能器的高压作用下，发动机活塞在膨胀冲程中必须做功克服此高压，从而由于力的平衡，与高压蓄能器的低压作用相比，膨胀冲程在较早点结束。由于死点位置的移动，在下一个循环的压缩冲程中可用的加速距离相应缩短。由于高压蓄能器的压力在压缩冲程中作用在较大端面上，因此较高的压力补偿了缩短的加速距离，从而发动机活塞加速到与较长加速距离低压条件下的速度大约相同的速度。从而对发动机活塞提供的能量约等于在高压蓄能器的低压条件下及较长加速距离条件下提供给活塞的能量。

本发明解决方案的另一个本质优点在于，在液压活塞从其死点位置的返回运动过程中实际上沿着液压活塞的整个路径进行压力介质的吸入，而在开始描述的BRANDL自由活塞发动机中，仅在液压活塞达到预定的加速度后进行压力介质从低压蓄能器的吸入。

在本发明技术方案中，在没有达到发动机活塞内死点的条件下，例如，作为不点火的结果，可以通过将低压蓄能器的压力施加到做功缸达到内死点。

在优选实施例中，较大端面形成的压缩室和环形面形成的做功室在压缩冲程中都连接到液压蓄能器。在压缩冲程中，压力介质由高压蓄能器提供，并且与此同时压力介质从做功缸返回到高压蓄能器，这样沿着压缩方向作用的活塞面积对应于优选为差压活塞形式的活塞较大端面与环形面间的面积差。作为这些变化的结果，与传统解决方案相比，可以充分减小穿过用于控制高压蓄能器连接打开和关闭的启动阀的压力介质流动。

包括差压活塞的发动机本质上具有比INNAS自由活塞发动机小的结构长度，因为本发明的解决方案中，压缩缸同时用于在压缩冲程中产生压力以及为高压蓄能器充能。

不采用差压缸，也可以使用包括套环以及活塞杆在做功缸中导向并在压缩缸中具有较大直径活塞部分的活塞。为了启动压缩冲程，级差活塞的环形端面与高压蓄能器连接，其中低压蓄能器的压力作用在活塞杆较小端面上，从而压缩冲程由从低压蓄能器中吸入的压力介质支撑。

在有益的发展中，级差活塞具有控制肩台，从而在压缩冲程中可以控制与高压蓄能器连接的打开，这样在经过液压活塞预定的加速距离后，压力介质绕过启动阀直接从高压蓄能器送入压缩缸中。由于压力介质的主流动不需要经过启动阀，因此进一步减小节流损失。

在特别优选的变化中，自由活塞发动机包括方向控制阀，在其帮助下可以控制打开围绕启动阀的启动管线，从而在启动发动机时提供大面积的横截面用于加速自由活塞。在自由活塞发动机工作期间此方向控制阀保持打开。

在这个变化中，优选地，方向控制阀是具有级差逻辑活塞的逻辑阀。逻辑活塞较小面积的横截面能借助上游排泄阀承受高压蓄能器的压力，而逻辑活塞较大面积的横截面承受压缩缸的压力。

排泄阀优选地设计为3/2-路方向控制阀，通过它可以选择较小面积的横截面承受高压蓄能器的压力或者罐压力。

当由于不点火或某些其它故障造成发动机活塞不能返回到其外死点位置时，自由活塞发动机可以具有回程装置。这里压缩缸可以通过活塞回程装置连接到一个罐，从而朝外死点方向作用的活塞端面的压力减轻。

在一个特别优选的应用实施例中，活塞回程装置具有关闭阀，在关闭阀处于打开位置时，做功缸与压缩缸连接。

活塞回程装置还包括活塞回程阀，以它作为中介压缩缸可以连接到罐。

根据本发明，关闭阀与液压活塞一体形成在一起。这个方案的优点在于节流损失是最小的，因为压缩缸与做功缸之间的连接路径短。并且这种布置具有非常紧凑的结构，因为不需要为活塞回程装置提供单独的接收位置。如果止回阀也与液压活塞一体形成在一起还可进一步提高紧凑程度。

止回阀集成和关闭阀一体形成的一个可能性在于液压活塞设计成具有套环和活塞杆的两部分，其中套环设计成在滑动套的带动下能在活塞杆上滑移。套环封闭平移位置中的控制截面，从而控制关闭压缩缸和做功缸之间的连接。在其止回位置，相应地控制打开控制截面。

在这种结构的方案中，当处于压缩缸低压下的弹性偏压的原始位置时，关闭体在活塞杆的一个端部内轴向滑动阻挡套环中的凹坑。当压缩缸中的压力增大时关闭体升高，从而通过套环的上述轴向移动仅仅再次关闭压缩缸与做功缸之间的连接。

在故障的情况下，当朝外死点方向作用的环形端面受到高压蓄能器的压力时，级差活塞可以主动地朝外死点方向移动，其中至少一个朝相反方向作用的表面减轻压力。如果在发动机活塞一侧的环形端面设计成具有比级差活塞朝内死点方向作用的环形端面大的面积，则返回特别容易。

为了在一定程度上影响压缩压力，在低压通道中可设有通向低压蓄能器的旁路管线，从而可以绕过位于此处的止回阀。此旁路管线可以由计量阀关闭。

本发明的进一步优势发展是其它从属权利要求的涉及内容。

下面参考附图更详细地解放本发明的优选的应用实施例，在附图中：

图1表示自由活塞发动机的应用实施例，其中包括设计为差压活塞的液压活塞；

图2和3表示图1中的自由活塞发动机的不同工作位置；

图4表示图1的自由活塞发动机，其中具有调节压缩压力的装置；

图5表示图1的自由活塞发动机，其中包括活塞回程装置；

图6表示自由活塞发动机的应用实施例，其中具有设计为级差活塞的液压活塞；

图7表示图6所示的应用实施例的一个变化，其中包括活塞回程装置；

图8表示自由活塞发动机的应用实施例，其中具有部分一体形成在液压活塞上的改进启动装置和活塞回程装置；

图9表示图8的液压活塞的结构方案。

图1示意性表示自由活塞发动机1的第一应用实施例。它具有发动机外壳2，在其燃烧缸4中引导发动机活塞6。发动机活塞6与轴向孔10中同轴布置的液压活塞8工作连接。液压活塞8的环形端面12形成做功缸14，而液压活塞8的较大端面16形成压缩缸18。

压力通道20和低压通道22都与做功缸14相通。低压通道与低压蓄能器24相连，其中止回阀26防止压力介质从做功缸14向低压蓄能器24流动。

压缩缸18通过高压通道28与高压蓄能器30相连，其中在设计为2/2-路方向控制阀的启动阀32的帮助下控制高压通道28的打开和关闭。压力通道20与高压通道28相通。通过中间的另一个止回阀34，可以防止压力介质从高压蓄能器30流入做功缸14。

燃烧缸4具有出口通道36，通过它废气可以从燃烧室38中排出，发动机活塞6形成燃烧室38。

发动机活塞6朝向液压活塞8的后侧形成入口室40，在图示的发动机活塞6的内死点中心位置具有最小的体积，入口室40通过溢流通道42与燃烧室38相连。

在发动机活塞6的压缩冲程，通过入口通道44供应新鲜空气，入口通道44包括入口阀46。自由活塞发动机的点燃是通过在燃烧缸中开口的喷射器48喷射燃料实现的。

下面，解释图1所示的自由活塞发动机的功能。在循环的开始，燃烧室38充满新鲜空气，启动阀32关闭，发动机活塞6和液压活塞8位于其死点位置(IT)，如图1所示。

为了启动压缩冲程，启动阀32打开，从而高压蓄能器30与压缩缸18连接。由于压力作用在较大端面16上，液压活塞从其死点位置加速，并且此加速传递到发动机活塞6。做功缸14中的压力介质通过止回阀34和压力通道20流回到压力通道28。即，液压活塞8的端面16和环形端面12受到高压蓄能器30的压力，从而与活塞杆区域对应的端面朝外死点(AT)方向作用。低压蓄能器24的连接被止回阀26阻挡。

根据图2，新鲜空气在发动机活塞6的压缩冲程中通过入口通道44和打开的入口阀46被吸入到增大的入口室40内。发动机活塞6的加速克服燃烧缸38中新鲜空气压缩压力渐热地增大。此后发动机活塞6减速并在外死点(AT)达到静止。

一旦发动机活塞6减速到其AT，则通过喷射器48喷射燃料并且在新鲜空气的高温作用下点燃，从而发动机活塞6，根据图3所示，在燃烧室38中的燃烧压力作用下从AT朝IT加速。此加速传递到液压活塞8，从而后者在图3中向左朝其IT处运动。由于做功缸14环形空间的合成尺寸增大，通过低压通道22和止回阀26从低压蓄能器24吸入压力介质。与此同时，压缩缸18中的压力介质流入高压通道28，液压蓄能器30充能。即，在图1到3所示的应用实施例中，液压蓄能器30的充能与从低压蓄能器辅助地吸入压力介质同时进行。由于此辅助吸入在液压活塞8的整个返回运动中进行，因此做功室14中不会出现空穴现象。

在返回运动过程中，与高压蓄能器30中的蓄能器压力相比，发动机活塞6和液压活塞8的动能降低，直到它们减速到IT。在此过程中，新鲜空气通过溢流通道42从吸入室40中流入使燃烧缸38换气。发动机活塞6和液压活塞8到达其IT后，启动阀32进入其阻挡位置，自由活塞发动机1准备下一个循环。

图4表示压缩冲程中的自由活塞发动机，其中在上述应用实施例中补充了计量压缩能量的装置。此装置具有旁路管50，通过它可以绕过低压通道22中的止回阀26。在旁路管50中具有设计为2/2-路方向控制阀的计量阀52，当其处于阻挡位置时阻挡旁路管50。

当计量阀52处于阻挡位置时，图4所示的应用实施例与上述附图中的一个对应。打开与发动机控制相通的计量阀52，做功室14可以直接与低压蓄能器24连接，从而环形端面12受到低压蓄能器24的压力。因此液压活塞8在压缩冲程中的加速不需要克服高压蓄能器30的压力，从而，例如在压缩冲程的开始，可以增大所提供的压缩能量。

在控制自由活塞发动机出现故障时，例如，在不点火的情况下，可能发生发动机活塞6和液压活塞8不能恰当地返回到IT。为了返回到IT，自由活塞发动机1应包括活塞回程系统，如图5中所示的变化。例如，此活塞回程系统可以包括布置在压力通道20中的活塞回程阀54。在图中a所示的活塞回程阀54的原始位置，压力通道20按上述方式与高压通道28相通，因此其功能对应于上述应用实施例中的一个。当出现故障时，启动阀32被控制关闭，活塞回程阀54进入到图中b所示的位置，使高压通道28与罐T连接。接着压缩缸18中的压力介质朝罐T卸压，从而液压活塞8和发动机活塞6在施加到工作室14的低压蓄能器24的压力作用下，可以返回其内死点位置。

图6表示自由活塞发动机1的应用实施例，其中液压活塞具有级差活塞的形式，它具有两个活塞杆56、58和一个环形套环60。在此应用实施例中，做功缸14由右侧活塞杆56的端面62形成，如图6所示。压缩缸18由朝向活塞杆56的环形套环60的环形端面64形成。液压活塞8的活塞杆58和左侧环形端面66形成轴向孔10的环形缸68，轴向孔10中容纳液压活塞8。低压蓄能器34与上述应用实施例相似，通过低压通道22和止回阀26连接到活塞杆56附近的做功缸14。在此做功缸14中，还具有压力通道20，它与高压蓄能器30连接并包括止回阀34。

高压蓄能器30还通过高压通道28连接到由右侧环形端面64形成的压缩缸18。在高压通道28中设有启动阀32。可以通过旁路通道72绕过启动阀32，旁路通道72具有设于其中的止回阀70，允许压力介质从压缩缸18返回到高压蓄能器30。

通过环形套环60的环形端面64的外围边缘，可以控制压力管74打开，压力管74与高压通道28在止回阀70的下游位置连通。

至于其余部分，图6中所示的自由活塞发动机与上述应用实施例中的相应，因此省去进一步的描述。

为了启动压缩冲程，启动阀32从其阻挡位置进入传输位置，从而高压蓄能器30通过压力通道28与压缩缸18连接。由于压力作用在环形端面64上，液压活塞8加速，发动机活塞6朝其AT运动，压缩燃烧缸38中的新鲜空气。液压活塞8完成预定的轴向位移后，环形端面64的外围边缘控制打开压力管74，从而压力介质可以直接进入压缩缸18并绕过启动阀32。这样将穿过启动阀32的节流损失减小到最低程度，因为压力介质仅仅在压缩冲程开始时流过启动阀32。在压缩冲程中，通过低压通道22和打开的止回阀26从低压蓄能器34中将压力介质吸入做功缸14中。在AT处由于燃烧室38中压缩压力增大，发动机活塞6减速。启动阀32关闭，喷射器48喷射燃料，从而点燃形成的混合物。发动机活塞6和液压活塞8从AT向IT加速，在液压活塞8返回运动过程中控制压力管74关闭。相对做功缸14和压缩缸18中的压力进行膨胀运动，从而高压蓄能器30分别通过压力通道20或高压通道28充能，此时止回阀34打开。

图7表示图6所示自由活塞发动机的一个变化，其中液压活塞8为级差活塞的形式，后者装有活塞回程系统，允许发动机活塞6和液压活塞8在故障时返回到其IT位置。在图7所示的应用实施例中，活塞回程系统包括与高压蓄能器30相通的回程通道76，该通道70与环形缸68相通。在设计为2/2路方向控制阀的切换阀78的作用下，环形缸68和高压蓄能器30之间的连接可以关闭或打开。当出现故障时，例如不点火，环形缸68可以通过切换阀78连接到高压蓄能器30，从而环形端面66受到朝IT方向使用的压力。在图7所示的应用实施例中，移动的活塞杆58的面积小于活塞杆56的移动面积，从而同时作用在环形套环60的端面66、64的合力指向IT方向。

做功缸14的压力可以通过与做功缸14相连的释放通道80减小，其中部分低压通道22位于止回阀26的下游。此释放通道可以通过控制阀82控制打开和关闭。即，活塞回程一启动，控制阀82就进入其打开位置，从而在液压活塞8返回运动过程中，通过释放通道80做功缸14将压力介质排入低压蓄能器24。

液压活塞8的环形端面66还可以通过通道84连接到另一个包括释放通道80的切换阀86上，并从而直接连接到低压蓄能器24，因此，例如，在压缩冲程过程中，液压活塞8的后侧可以受到较低的压力。此时控制阀82进入其阻挡位置。

图8示意性表示自由活塞发动机1具有液压活塞8部分的范围，液压活塞8用于驱动装在其中的发动机活塞(未示出)。在图8所示的应用实施例中，与图4所示的应用实施例相似，低压蓄能器24通过止回阀26与做功缸14的环形做功室连接。通过包括计量阀52的旁路管50可以绕过止回阀26，从而通过直接施加到低压蓄能器24可以影响在压缩冲程开始提供的压缩能量。

高压蓄能器30通过高压通道28和启动阀32以及压力通道20连接到压缩缸18。在图示的应用实施例中，止回阀34一体形成在液压活塞8上。

与图5所示的实施例相似，自由活塞发动机包括活塞回程组件84，但在图示的实施例中组件84包括关闭阀86和回程阀88。关闭阀86也一体形成在液压活塞8上。回程阀88是2/2路方向控制阀的形式，在其弹性偏压的原始位置处阻挡在罐通道90和压力通道20之间延伸的通道92，并在其切换位置打开此连接。

通过方向控制阀94以及同时绕过启动阀32，高压通道28可以直接连接压缩缸18，方向控制阀94一体形成在自由活塞发动机1的发动机外壳2上。在图8所示的应用实施例中，方向控制阀94是具有级差逻辑活塞96的逻辑阀(2/2路筒式阀)。逻辑活塞96具有较大面积截面的端面偏压在阀座100上。在此阀座100的范围内形成径向口102，通过旁路管104与高压通道28连接。即，当逻辑活塞96放在阀座100上时，阻挡旁路管104与压缩室18之间的连接。

逻辑活塞96具有较小面积截面的另一端部在控制室108中引导，通过控制通道110和释放阀112可以与罐通道90连接或与高压通道28连接。在图示的应用实施例中，释放阀112为3/2路方向控制阀的形式，当处于其弹性偏压的原始位置时，将高压通道28与控制通道110连接。在切换位置，阻挡与高压通道28的连接，控制通道110与罐通道90连接。

除了在控制室108中产生的压力外，弹簧113的力也将逻辑活塞96朝关闭方向偏压到阀座104。

为了启动自由活塞发动机，释放阀112进入其切换位置，较小面积的截面106受到罐压力。在启动发动机时弹簧113的设计使控制初始静止的活塞被偏压到阀座100上。启动阀32打开，压缩缸18受到高压蓄能器的压力，增大的压力加速液压活塞8。这使作用在逻辑活塞96的较大面积截面98上的压力升高，逻辑活塞96打开，从阀座100上升起，径向端口102以及因而与高压蓄能器30的连接打开，从而完全打开逻辑阀94。

在这个变化中的优点在于逻辑活塞96通过其本身的控制肩台接收能量以实现打开，从而不需要控制阀。打开动作是非常快速的，因此压缩缸18中的压力可以在高动态性能下增大，在自由活塞发动机1工作过程中，逻辑活塞96保持在其打开位置。

为了关闭自由活塞发动机，关闭启动阀32，释放阀112切换到其原始位置，从而逻辑活塞96的较小面积截面106受到高压蓄能器的压力，自由活塞发动机1接着达到静止状态，而启动阀32和逻辑阀94关闭。即，在上述的技术方案中，逻辑阀94也作为止回阀，从而控制打开从压缩缸18到高压蓄能器30之间的连接。

从图8所示的示意性结构可以看出，关闭阀86受到关闭弹簧114在关闭方向上的作用力以及压缩缸18在打开方向上的压力。当关闭阀86打开时，做功缸14通过止回阀34与压缩缸18连接。因此，在上述的压缩缸18内压力增大过程中，关闭阀86进入打开位置，从而在压缩冲程中为了给高压蓄能器30充能，做功缸14的压力增大可以通过止回阀34和高压通道28完成。

图9表示将止回阀84和关闭阀86一体形成在液压活塞8中的一种可能结构方案。相应地，后者具有分流活塞的形式，包括套环116和活塞杆118，与套环116的外径相比活塞杆118具有较小的直径。套环116和活塞杆118通过滑动套120互相连接在一起。对轴向连接，活塞杆118具有位于滑动套120内部的较大直径端部122。在图示的停止位置，后停止表面124接触滑动套120的停止环126。端部122设计有导孔128，关闭体130在其中被轴向滑动地导引。后者通过压缩弹簧132被偏压到套环116上。套环116具有杯形结构并且在其底面134上具有凹槽137。在图示的原始位置，这个凹槽137被偏压在上面的关闭体130关闭，从而阻挡压缩缸18与做功缸14之间的连接。关闭体130因此成为套环116的支座136。

根据图9，关闭体130具有补偿孔138，通过它压力介质可以从做功缸18进入弹簧室140。关闭体130具有导向心轴142，密封性地插在活塞杆118的轴孔144中。选择压缩弹簧132的作用力以及左侧、阀座一侧端面和右侧、弹簧室一侧环形端面之间的面积差，从而当做功缸18的压力低于低压蓄能器24的压力时，关闭体130仍被偏压在其关闭位置。做功缸18一达到较高压力，关闭体130就克服压缩弹簧132的作用力向右移动，直到它接触停止肩146。通过做功缸18的压力，套环116也沿轴向相对活塞杆118向右移动直到接触关闭体130，从而阻挡凹槽137。如果在压缩冲程中做功缸14的压力升高到大于/等于压缩缸18的压力，则套环116在作用在其端面的压力差作用下从关闭体130上升起，控制打开做功缸14与压缩缸18之间的连接，高压蓄能器30被充能。即，在此应用实施例中，套环116作为止回阀，用于控制打开做功缸14与压缩缸18之间的连接。关闭体130和压缩弹簧132实际上作为关闭阀，当压缩缸18的压力增大时进入其打开位置。仅仅在压缩缸18的压力低于低压蓄能器24的压力时此关闭阀关闭。无论何时自由活塞只要移动回其启动位置时，就建立这种低压。

特别是，上述方案的特征是极其紧凑的结构，其中由于做功缸14和压缩缸18直接连接，节流损失降低到最低程度。从根本上，图8和9中所示的方案也可以按照上述应用实施例实现。

上述应用实施例中所用的额外设备基本上可以应用于上述两个具有级差活塞或差压活塞的变化形式中，或者是单独应用，或者是联合应用。

除了图5所示的3/2路方向控制阀以外，也可以使用2/2路方向控制阀作为活塞回程阀54，在这种情况下，止回阀34也应采用可闭锁的。

本发明涉及的是自由活塞发动机，包括能被级差液压活塞驱动的发动机活塞。液压活塞的较大直径处于压缩缸中，而较小直径处于做功缸中。在压缩冲程，压缩缸与高压蓄能器连接，做功缸与低压蓄能器或高压蓄能器连接。在一个膨胀冲程中，高压蓄能器由来自缸室的压力介质充能。

参考标记列表

1    自由活塞发动机

2    发动机外壳

4    燃烧缸

6    发动机活塞

8    液压活塞

10   轴向孔

12   环形端面

14   做功缸

16   端面

18   压缩缸

20  压力通道

22  低压通道

24  低压蓄能器

26  止回阀

28  高压通道

30  高压蓄能器

32  启动阀

34  止回阀

36  出口通道

38  燃烧室

40  入口室

42  溢流通道

44  入口通道

46  入口阀

48  喷射器

50  旁路管

52  计量阀

54  活塞回程阀

56  活塞杆

58  活塞杆

60  环形套环

62  小的端面

64  右侧环形端面

66  环形端面

68  环形缸

70  止回阀

72  旁路通道

74  压力管

76  回程通道

78  切换阀

80   释放通道

82   控制阀

84   活塞回程装置

86   关闭阀

88   回程阀

90   罐通道

92   通道

94   方向控制阀

96   逻辑活塞

98   较大面积截面

100  阀座

102  径向端口

104  旁路管

106  较小面积截面

108  控制室

110  控制通道

112  释放阀

113  弹簧

114  关闭弹簧

116  套环

118  活塞杆

120  滑动套

122  端部

124  停止表面

126  停止环

128  导孔

130  关闭体

132  压缩弹簧

134  底面

136  支座

137  凹槽

138  补偿孔

140  弹簧室

142  导向心轴

144  轴孔

146  停止肩

Claims (15)

1.一种自由活塞发动机，包括能被级差液压活塞(8)驱动的发动机活塞(6)，液压活塞(8)具有位于做功缸(14)中的较小直径部分以及位于压缩缸(18)中的较大直径部分，在压缩冲程中通过启动阀(32)能够承受压力介质蓄能器(30)的压力介质作用，其中，压力介质从低压蓄能器(24)中被吸入到所述做功缸(14)内，同时在膨胀冲程中使用所述缸(14，18)中一个的压力介质为压力介质蓄能器充能，其特征在于，所述压力介质蓄能器是高压蓄能器(30)，高压蓄能器(30)与所述做功缸(14)和所述压缩缸(18)都连接。

2.如权利要求1所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述活塞(8)的较大端面(16)可与所述高压蓄能器连接，所述活塞(8)的较小环形端面(12)可通过止回阀(34)与所述高压蓄能器(30)连接或者通过第二止回阀(26)与所述低压蓄能器(24)连接。

3.如权利要求1所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述液压活塞(8)是级差活塞(8)，具有在所述做功缸(14)中引导的活塞杆(56)和在所述压缩缸(18)引导的具有较大直径的活塞部分(60)。

4.如权利要求2或3所述的自由活塞发动机，包括压力管(74)，压力管(74)一方面连接到启动阀(32)和高压蓄能器(30)之间的所述高压通道(28)的范围内，另一方面与压缩缸(18)连接，并且在所述液压活塞(8)的压缩冲程中能被控制打开，其中在所述高压通道(28)内所述启动阀(32)和所述高压蓄能器(30)之间的部分通过包括止回阀(70)的管线与所述压力管(74)连接。

5.如权利要求3或4所述的自由活塞发动机，其特征在于，包括切换阀(78)的回程通道(76)从所述高压通道(28)中分支出来而连接到环形缸(68)，另一个活塞杆(58)穿过所述环形缸(68)，从而当控制打开所述切换阀(78)时，压力介质朝所述发动机活塞(8)的内死点方向施加给环形端面(66)。

6.如权利要求5所述的自由活塞发动机，其特征在于，在发动机活塞一侧的活塞杆(58)的直径比另一活塞杆(56)的直径小。

7.如权利要求2所述的自由活塞发动机，其特征在于，包括方向控制阀(94)，其活塞(96)允许控制打开绕过所述启动阀(32)的旁路管(104)。

8.如权利要求7所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述方向控制阀(94)是逻辑阀，具有阶梯结构的逻辑活塞(96)，其中较小面积截面(106)通过释放阀(112)受到所述高压蓄能器(30)内的压力，较大面积截面(98)受到所述压缩缸(18)内的压力。

9.如权利要求8所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述释放阀(112)是3/2路方向控制阀，在切换位置将所述高压蓄能器(30)的压力或者罐通道(90)的压力施加给较小面积截面(106)。

10.如上述权利要求任一项所述的自由活塞发动机，其特征在于，包括活塞回程阀装置(54)，由此所述压缩缸与所述罐(T)连接或者与所述高压蓄能器(30)连接。

11.如权利要求10所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述活塞回程装置(54)包括关闭阀(86)和回程阀(88)，关闭阀(86)用于连接所述做功缸(14)和所述压缩缸(18)，回程阀(88)用于连接所述压缩缸(18)和所述罐(90)，其中所述关闭阀(86)一体形成在所述液压活塞(8)内。

12.如权利要求11所述的自由活塞发动机，其特征在于，所述与所述高压蓄能器(30)相连的所述止回阀(34)也一体形成在所述液压活塞(8)内。

13.如权利要求12所述的自由活塞发动机，其特征在于，形成较大活塞直径的液压活塞(8)的套环(160)通过滑动套(120)与活塞杆(118)连接，所述活塞杆(118)通过端部(122)轴向可移动地在所述滑动套(120)中引导，其中所述套环(116)在一个平移位置关闭控制截面，从而中断所述压缩缸(14)和所述做功缸(18)的连接。

14.如权利要求13所述的自由活塞发动机，其特征在于，在压缩弹簧(132)作用下偏压在所述套环(116)底面(134)内凹槽上的关闭体(130)位于所述端部(122)中，所述压缩缸(18)的压力通过所述关闭体(130)的补偿孔(138)作用在所述压缩弹簧(132)的弹簧室(140)中，向关闭方向作用的所述关闭体(130)的表面小于向打开方向作用的所述关闭体(130)的端面。

15.如上述权利要求任一项所述的自由活塞发动机，其特征在于，在所述做功缸(14)和所述低压蓄能器(24)之间的低压通道(22)中，设有绕过所述止回阀(26)的旁路管(50)，在计量阀(52)的作用下能阻挡所述旁路管(50)。

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