[发明专利]自由活塞装置和自由活塞装置的操作方法

说明书

本发明涉及一种自由活塞装置和一种操作方法，其设置有能沿轴线(26)往复运动的活塞(42)，其中，活塞腔(24)包括或形成由内壁(32)限定的燃烧室(50)，在该内壁上，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口(34、80、86、88、90)和用于排出废气的至少一个排气口(36)。自由活塞装置(10)包括用于新鲜气体的流入装置(78)，该流入装置具有至少一个进气口(34、80、86、88、90)并且设计为，流入燃烧室(50)的新鲜气体被引至燃烧室(50)内的流入区域(84)，该流入区域设置为相对于至少一个进气口(34、80、86、88、90)向着至少一个排气口(36)的方向轴向地偏移，该流入区域相对于轴线(26)偏心设置。

技术领域

本发明涉及一种自由活塞装置，其包括活塞腔，在该活塞腔中设置有至少一个活塞组件，该活塞组件具有能沿轴线往复运动的活塞，其中，活塞腔包括或形成由内壁限定的燃烧室，在该内壁上，在轴向上相间隔地设置有用于输送新鲜气体的至少一个进气口和用于排出废气的至少一个排气口。

此外，本发明还涉及一种用于操作这种类型的自由活塞装置的方法。

背景技术

在这种通常两冲程运行的自由活塞装置中，活塞组件在活塞腔中来回震荡。在气体-燃料混合物在燃烧室内燃烧的过程中，活塞从上止点移动到下止点。当处于下止点时，至少一个进气口和至少一个排气口打开，并且新鲜气体可以流入燃烧室。废气可以从燃烧室中排出。活塞可以作用为阀体，通过该活塞，在处于下止点时，至少一个进气口或至少一个排气口至少部分地开放，并在活塞向上运动时再次被封锁。活塞的向上运动在自由活塞装置的用于活塞组件的复位弹簧装置的作用下进行。复位弹簧装置例如包括气体弹簧，该气体弹簧具有可通过活塞组件压缩的气体。在气体膨胀时，活塞组件沿相反方向移动，以使活塞向上运动。替代地或附加地，可以设置机械复位弹簧装置。

在此，“新鲜气体”理解为用于燃烧室中的内燃的气体或气体混合物(特别是空气)，其中，该气体也可以与燃料混合。因此，在此，“新鲜气体”也可以指气体-燃料混合物，其可以通过至少一个进气口流入燃烧室。“废气”在此是指内燃的燃烧产物。

在通用的自由活塞装置中，由于用于进气和排气的开口在轴向上相互间隔开，从而形成了扫气梯度，并且为进行换气沿轴向对燃烧室吹扫(所谓的“纵向吹扫”)。在此，“轴向”和“径向”关系到由活塞腔所限定的轴线，活塞组件沿着该轴线移动。

自由活塞装置可以自行点火或由外源点火，其中，在燃烧室处设置点火装置。实践证明，在相应的混合物以及外源点火或自行点火方面优化流入燃烧室的新鲜气体的流入情况是有利的。例如，已知在自由活塞装置中，对于自行点火操作，新鲜气体相对于轴线径向地流入。这样，在燃烧室中形成气流的螺旋运动。然而，这种气流被证明较不适合外源点火操作。

发明内容

本发明的任务在于提供一种本文开头所述类型的自由活塞装置，其中特别是在外源点火操作方面优化了新鲜气体的流入。

在根据本发明的自由活塞装置中，该任务由此得以实现，即，自由活塞装置包括用于新鲜气体的流入装置，该流入装置具有至少一个进气口并且设计为，流入燃烧室的新鲜气体被引至燃烧室内的流入区域，该流入区域设置为相对于至少一个进气口向着至少一个排气口的方向轴向地偏移，该流入区域相对于轴线偏心设置。

在根据本发明的自由活塞装置中，设置有径向地位于轴线侧旁并且轴向地相对于至少一个进气口偏移的流入区域，流入的新鲜气体指向该流入区域。由此，流至流入区域的新鲜气体的量大于向着燃烧室的关于轴线的相对侧的量。其结果是相对于轴线的不对称流动，这种流动在燃烧室内壁的临近流入区域的一侧引起涡流。围绕轴线的螺旋运动就得以避免。当活塞向上运动压缩新鲜气体时，涡流形成较小的涡旋并导致更强的湍流。燃烧中的湍流火焰速度增加，使得燃料更快地转化并且在更低排放的情况下实现更高的效率。由此可以避免点火之后火焰的熄灭，如在外源点火操作中新鲜气体发生螺旋运动的情况下可能发生的。