[发明专利]一种设有活塞导向装置的自由活塞式发动机

说明书

技术领域

本发明涉及自由活塞式发动机，具体来说是涉及一种设有活塞导向装置的自由活塞式发动机。

背景技术

按照惯例，内燃机在工作时活塞的运动是机械固定式的运动。例如，汽车的传统发动机包括曲轴和数个连杆组件，这些就决定了每一个活塞在它各自的气缸中机械地运动。这种发动机活塞运动方式是所期望的，因为在发动机循环中活塞在任何给定点的位置是确切可知的，这就简化了发动机的定时和运动。尽管近些年来，这种常规类型的发动机在效率方面已经有了巨大的改进，但是这种传统发动机的自身特性仍然限制了其效率的发挥。尤其因为活塞机械地固定地运动固定了压缩比，因此发动机的功率密度也受到了限制。此外，所有驱动活塞运动的运动件（也包括凸轮轴和发动机气门）产生了大量的摩擦，这需要发动机本身的能量来克服。这就导致了发动机较低的功率密度，也意味着发动机会又大又重。另外，因为需要采用机械连接，也限制了发动机设计和布置的灵活性。处于环境保护和其他某些原因，期望有一种比传统发动机有更高的功率密度的发动机。在汽车和固定电站应用中，其相对较轻的重量、较小的外形尺寸和较少的燃油消耗都将是很大的优势。

另外一种内燃机是一种自由活塞式发动机。这样的发动机，其活塞在气缸中的运动不是机械固定式的运动。在任何给定的时刻，活塞的运动是由每个活塞受到的力的平衡来控制的。既然这种运动没有被固定，这种发动机就能实现变压缩比，因此在设计发动机的运行参数时的灵活性就更大。既然没有传统的机轴和连杆装在曲轴上，在发动机运行当中这就降低了活塞的侧向力，也就减少了摩擦力。然而，这种类型的发动机还没有得到普遍应用，因为自由活塞式发动机运行的复杂程度大大增加了。

尤其值得关注的一点是，如何将润滑机油供应到发动机气缸。在传统的有曲轴的发动机当中，在曲轴箱中的机油润滑曲轴，同时也润滑了气缸壁。但是自由活塞式发动机没有曲轴箱（因为没有曲轴），所以所需要的润滑油必须通过其他方式来供给。为了保证充足的润滑，机油可以通过一个机油口由泵抽到气缸中。虽然这种布置可以实现足够的润滑，但是机油的消耗量要比想象中的高很多。

另外，曲轴式的发动机导致了活塞的侧向力，这种侧向力也会反作用于气缸壁上。当发动机运行的时候，这不但需要大量的润滑油润滑气缸壁，而且发动机必须克服由此产生的摩擦力。此外，如果要保证活塞在气缸中做往复运动时与气缸壁没有侧向接触，这就要求活塞与气缸一开始就要有一个精密的对中，并且在发动机运行的时候也必须要维持这种对中。

中国专利CN1263207A公开了一种导向式活塞发动机，导向式活塞发动机的活塞不承受侧压力，则活塞无磨损，活塞环的磨损也从根本上得到减轻，从而改善了发动机的使用耐久性。这种发动机经强化后具有体积小、重量轻、耗油低、效率高、马力强劲，工作可靠等特点。机动车辆采用这种发动机做动力有最佳的经济性，但此专利使用的是传统内燃机，所要解决的是发电机动力的经济性，这与本申请采用自由活塞式发动机存在显著区别，所要达到的技术效果也都不相同。

中国专利CN201559168U公开了一种发动机活塞连杆的安装导向装置，所述的安装导向装置有一通口，所述的通口是上端直径大，下端直径小，形成一喇叭形状，所述下端直径与发动机缸径大小一致，发动机有气环和油环，气环与油环在自由状态是比发动机缸径大，通过所述的活塞连杆安装导向装置，把活塞从所述通口的上端压至下端，从而进入缸套里，实现活塞快速安装。可广泛适用于各种类型的发动机安装工艺过程中，此专利与本申请的结构以及适用的发动机类型均不相同，两者存在显著的区别。

发明内容

针对现有的自由活塞式发动机存在的上述问题，本发明提供一种能保证活塞与气缸精密对中的设有活塞导向装置的自由活塞式发动机。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：