用于管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的間隙的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括能夠從所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分例如燃燒段向外傳輸熱量的加熱管。加熱管可以被包括作為活塞組件、氣缸或上述兩者的一部分。加熱管可以充注有合適的、能夠經(jīng)歷相變的加熱管流體，例如水、乙醇、氨水、鈉、其他的流體或其組合。流體在加熱管中的沸騰和冷凝可以利用流體在傳熱期間的潛熱。在某些情況下可以使用多根加熱管。
【專利說明】用于管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的間隙的方法和系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0001]隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比增加,在保持特定的缸徑行程比(bore-to-stroke rat1)的同時(shí)，在上止點(diǎn)(TDC)處的面容比(surface to volume rat1)增加、溫度升高且壓力升高。這樣具有三種主要的后果:1)來(lái)自燃燒室的傳熱增加，2)燃燒定相變得困難，以及3)摩擦和機(jī)械損失增加。因?yàn)闊徇吔鐚与S著在TDC處的縱橫比(也就是缸筒直徑與燃燒室的長(zhǎng)度之比)變小而變成總?cè)莘e的更大的一部分，所以傳熱增加。燃燒定相和實(shí)現(xiàn)完全燃燒都因?yàn)樵赥DC處實(shí)現(xiàn)的小容積而存在挑戰(zhàn)。燃燒室壓力的升高直接轉(zhuǎn)化為作用在發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的作用力的增大。這些大的作用力可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)械連接件(例如活塞銷、活塞桿、曲軸)和受壓自緊密封環(huán)過載，由此導(dǎo)致摩擦、磨損和/或故障的增加。
[0002]與線性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的主要挑戰(zhàn)在于將活塞的動(dòng)能高效地轉(zhuǎn)化為機(jī)械功和/或電能?；钊蜌飧妆谥g的空間(在本文中稱作“間隙”)是保持活塞對(duì)正、避免活塞和氣缸壁接觸以及相關(guān)的摩擦損失并且控制經(jīng)過活塞的氣體泄漏(例如竄漏氣體)的關(guān)鍵所在。間隙可以通過作用在活塞上的不平衡作用力、熱致膨脹或收縮(例如固體變形)、變化的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)或其他的相關(guān)因素而受到影響。間隙、活塞溫度、氣缸溫度或其組合的管理在某些應(yīng)用中可以是合乎需要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在某些實(shí)施例中，一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括活塞和氣缸組件，所述活塞和氣缸組件可以在氣缸的缸筒和活塞組件之間的間隙中包括流體軸承?；钊M件能夠在缸筒中軸向平移，并且活塞面可以面向氣缸的一端接觸氣缸的燃燒段。至少一個(gè)軸承元件可以提供向缸筒和活塞組件之間的間隙中流動(dòng)的軸承流體以形成流體軸承。在某些實(shí)施例中，軸承元件可以是活塞組件的一部分，提供軸承流體的徑向向外的流動(dòng)，并且活塞組件可以包括用于引導(dǎo)軸承流體的流體通道。在某些實(shí)施例中，軸承元件可以是氣缸的一部分，提供軸承流體的徑向向內(nèi)的流動(dòng)，并且氣缸可以包括用于引導(dǎo)軸承流體的流體通道。軸承元件可以包括孔、噴射面、任意其他合適的流體出口或其任意組合以用于向間隙提供軸承流體。
[0004]在某些實(shí)施例中，一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括活塞和氣缸組件，所述活塞和氣缸組件包括具有自居中特征的活塞和氣缸?；钊梢员粯?gòu)造成在氣缸的缸筒中軸向平移。
[0005]在某些實(shí)施例中，活塞可以是在氣缸的缸筒中軸向平移的活塞組件的一部分。氣缸可以包括能夠包含燃燒產(chǎn)物的燃燒段。來(lái)自燃燒段的竄漏氣體可以從燃燒段軸向流出，經(jīng)過活塞面，流過活塞和氣缸之間的間隙。自居中特征可以利用竄漏氣體的流動(dòng)在活塞上提供自居中的作用力。自居中特征可以是臺(tái)階、一個(gè)或多個(gè)槽式凹口、漸縮部、任意其他合適的特征或其任意組合。
[0006]在某些實(shí)施例中，一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括具有一根或多根加熱管的活塞組件。活塞組件可以被構(gòu)造成在氣缸的缸筒中軸向平移。氣缸可以包括能夠包含燃燒產(chǎn)物的燃燒段，并且相應(yīng)地活塞組件的活塞面可以經(jīng)受溫度的升高。在某些實(shí)施例中，加熱管可以與活塞面熱接觸，并且還能夠從活塞面向熱容器傳輸熱量。加熱管的第一部分可以從活塞面接收熱量，并且加熱管的第二部分可以向熱容器傳輸熱量。加熱管可以包括流體例如水、乙醇、氨水或者可以經(jīng)歷氣相-液相轉(zhuǎn)換的鈉。
[0007]在某些實(shí)施例中，一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括被構(gòu)造成同軸地定位在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中的氣缸套。氣缸套可以包括能夠與能在氣缸套中軸向平移的活塞組件形成間隙的內(nèi)表面。氣缸套還可以包括與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸對(duì)接的外表面。外表面和氣缸之間的對(duì)接可以包括可用作壓力受控的流體所用管道的流體通道。氣缸套可以被構(gòu)造成至少部分地基于壓力受控的流體徑向收縮或膨脹，并且由此可以調(diào)節(jié)間隙。
[0008]在某些實(shí)施例中，一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括一條或多條流體通道，被構(gòu)造成為氣缸提供局部的、選擇性的、快速響應(yīng)的、或以其他方式受控的加熱或冷卻。提供給流體通道的流速、溫度、壓力或其組合可以由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)以控制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。在某些實(shí)施例中，氣缸可以包括一個(gè)或多個(gè)局部熱源例如可以由控制系統(tǒng)控制以提供局部加熱的一個(gè)或多個(gè)電加熱器。
[0009]在某些實(shí)施例中，可以控制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中同軸的活塞組件和氣缸之間的間隙?？梢岳靡粋€(gè)或多個(gè)傳感器檢測(cè)至少一種指標(biāo)例如溫度、壓力、功相互作用(workinteract1n)和/或間隙的其他合適的指標(biāo)?？刂祈憫?yīng)可以由處理設(shè)備至少部分地基于所述指標(biāo)來(lái)確定。處理設(shè)備可以使用控制接口以至少部分地基于控制響應(yīng)向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)輔助系統(tǒng)提供控制信號(hào)。至少一個(gè)輔助系統(tǒng)可以至少部分地基于控制信號(hào)調(diào)節(jié)間隙。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本公開的上述和其他特征、其實(shí)質(zhì)和各種優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)合附圖考慮以下的詳細(xì)說明之后變得更加顯而易見，在附圖中:
[0011]圖1根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件、氣體彈簧和作為氣缸的一部分被包括在內(nèi)的集成的線性電磁機(jī)器(LEM)；
[0012]圖2根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件、氣體彈簧和集成的線性電磁機(jī)器(LEM)；
[0013]圖3根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括兩個(gè)活塞的活塞組件、單獨(dú)的氣體彈簧和集成的LEM ；
[0014]圖4根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)活塞組件、單獨(dú)的氣體彈簧和兩個(gè)集成的LEM ；
[0015]圖5根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的具有自居中特征的一部分的透視圖；
[0016]圖6根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中竄漏氣體來(lái)自于燃燒段；
[0017]圖7根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了圖6中的示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中活塞組件是偏心的；
[0018]圖8根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了圖6中的示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中活塞組件是居中的；
[0019]圖9根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件，所述活塞組件具有可以幫助其居中的特征；
[0020]圖10根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的其活塞組件具有凹口式自居中特征的一部分的截面圖；
[0021]圖11根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的其活塞組件具有臺(tái)階式自居中特征的一部分的截面圖；
[0022]圖12根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的其活塞組件具有漸縮式自居中特征的一部分的截面圖；
[0023]圖13根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的其軸承元件具有孔的一部分的透視圖；
[0024]圖14根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的具有多孔軸承元件的一部分的透視圖；
[0025]圖15根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的截面圖，其中流體軸承貫芽活塞組件；
[0026]圖16根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中流體軸承貫芽活塞組件；
[0027]圖17根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中流體軸承貫穿氣缸；
[0028]圖18根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞組件和氣缸的示范性裝置的截面圖，其中具有流體軸承和包括流體通道的平移件；
[0029]圖19根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞組件和氣缸的示范性裝置的截面圖，其中具有流體軸承和止回閥；
[0030]圖20根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中加熱管作為活塞組件的一部分被包括在內(nèi)；
[0031]圖21根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的截面圖，其中加熱管由內(nèi)部的空隙形成；
[0032]圖22根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)包括活塞組件以及具有冷卻劑通道和加熱管的氣缸；
[0033]圖23根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中氣缸具有可變形的氣缸套；
[0034]圖24根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了圖23中的示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中可變形的氣缸套經(jīng)歷變形；
[0035]圖25根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件和氣缸的截面圖，其中氣缸具有分段的可變形氣缸套；
[0036]圖26根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，其中活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有可變形的氣缸套；
[0037]圖27根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的具有局部冷卻劑通道的一部分的截面圖；
[0038]圖28根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的具有局部冷卻劑通道的一部分的截面圖；
[0039]圖29根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的具有局部熱源的一部分的截面圖，所述局部熱源包括電加熱器；
[0040]圖30根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分的截面圖，其中包括可以被用于加熱、冷卻或上述兩種用途的流體通道；
[0041]圖31根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件的具有軸承元件和自居中特征的一部分的透視圖；
[0042]圖32根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的截面圖，其中的活塞組件具有軸承元件、加熱管和自居中特征，并且其中的氣缸具有可變形的氣缸套和冷卻劑通道；
[0043]圖33是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的示范性控制裝置的方塊圖；
[0044]圖34是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙的示范性步驟的流程圖；以及
[0045]圖35是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種或多種性質(zhì)的示范性步驟的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]本公開涉及管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙和/或其他性質(zhì)。盡管在自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的背景下進(jìn)行討論，但是本文公開的技術(shù)和裝置能夠應(yīng)用于非自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)或其他合適的機(jī)械系統(tǒng)。本文中的術(shù)語(yǔ)“活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)”應(yīng)該表示自由活塞式和非自由活塞式的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0047]利用任意合適的熱力學(xué)循環(huán)工作的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括用于實(shí)現(xiàn)位移做功的活塞和氣缸組件?；钊蜌飧卓梢酝ㄟ^相對(duì)較小的間隙分離，并且活塞在氣缸的缸筒內(nèi)軸向平移。在某些實(shí)施例中，活塞可以被包括作為“活塞組件”的一部分，活塞組件還可以包括一個(gè)或多個(gè)活塞密封件(例如活塞環(huán))、軸承元件、框架、活塞桿、平移件和/或其他部件，這些部件能夠統(tǒng)一地作為基本剛性的組件至少部分地在缸筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)。間隙沿活塞組件或其部件的徑向周邊可以是恒定或變化的(例如間隙可以通過厚度值、數(shù)值曲線或值域、和/或?qū)ΨQ的量度來(lái)描述)。氣缸可以包括燃燒段，可以將氧化劑(例如空氣、污濁空氣、氧氣)和燃料(例如氣態(tài)或液態(tài)的烴類燃料)分別地或作為預(yù)先混合的混合物送入燃燒段中。高溫燃燒產(chǎn)物的膨脹促使活塞位移?？梢岳脵C(jī)械連接件(例如利用活塞桿和曲軸的組件)、電磁相互作用(例如利用如本公開中所述的具有平移件和定子的線性電磁機(jī)器(LEM))、氣壓連接件(例如利用通過中間的氣體容積相互作用的兩個(gè)活塞)、任意其他合適的做功技術(shù)、或其任意組合來(lái)通過活塞的運(yùn)動(dòng)做功。通過活塞-氣缸組件對(duì)空氣和/或燃料的壓縮也可以利用活塞的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，壓縮功可以由氣體驅(qū)動(dòng)裝置、LEM或上述兩者來(lái)提供。
[0048]圖1-4示出了可以受益于本公開的教導(dǎo)的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。應(yīng)該理解的是除了附圖中示出和本文中介紹的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)以外，本公開的教導(dǎo)也可以應(yīng)用于任意其他合適的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。還應(yīng)該理解的是盡管在圖1-4中并未示出，但是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以包括一種或多種子系統(tǒng)例如冷卻子系統(tǒng)、空氣輸送系統(tǒng)、燃料輸送系統(tǒng)、點(diǎn)火子系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)和/或其他合適的子系統(tǒng)，并且術(shù)語(yǔ)“活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)”可以表示合適的部件和子系統(tǒng)的集合。
[0049]圖1根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)100的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件110、氣體彈簧148和集成的線性電磁機(jī)器(LEM) 160?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)100包括具有缸筒134和燃燒段130的氣缸140以及活塞組件110。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件110包括兩個(gè)活塞面112、活塞密封件114和115以及平移件116。盡管在圖1中并未示出，但是活塞組件110可以包括軸承元件、活塞桿、任意其他合適的部件或其任意的組合。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件110完全位于氣缸140的缸筒134內(nèi)，并且被構(gòu)造成基本上沿軸線150平移。如圖1所示，氣缸140包括排氣/噴射端口 170 (用于排出廢氣和/或噴射反應(yīng)物)、進(jìn)氣端口 180 (用于輸入空氣和/或空氣/燃料混合物)以及驅(qū)動(dòng)氣體端口 190 (用于供給和/或排出驅(qū)動(dòng)氣體)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)100可以利用雙沖程循環(huán)、四沖程循環(huán)、任意其他合適的循環(huán)或其任意的組合來(lái)工作。在某些實(shí)施例中可以包括沖擊板108以有助于例如在燃燒期間抵抗沖擊。閥和/或其他的流體部件可以但并非必須地用于任意或全部的端口 170、180和190以控制流體向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)100的流入和從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)100的流出。
[0050]氣缸140可以包括能夠在其中進(jìn)行燃燒、氣體膨脹和排氣的分部132、能夠在其中進(jìn)行電磁功相互作用的部分168以及能夠在其中起到氣體驅(qū)動(dòng)和氣體彈簧作用的部分178。各個(gè)部分132、168和178可以取決于氣缸140的構(gòu)造以及活塞組件110在氣缸140的缸筒134中的位置。如圖1所示，用于通過平移件116的運(yùn)動(dòng)做電磁功的定子162可以被包括作為氣缸140的一部分。
[0051]在活塞組件110于氣缸140內(nèi)的膨脹沖程期間，由于氧化劑和燃料在燃燒段130中的燃燒，平移件116可以平移穿過定子162。平移器116相對(duì)于定子162的運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生電流并對(duì)應(yīng)于電功。LEM 160可以包括永磁電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、任意其他合適的電磁機(jī)器或其任意組合。例如，平移件116可以包括永磁體，且定子162可以包括線圈，線圈可以傳導(dǎo)通過平移件116的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。
[0052]圖2根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)200的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件210、氣體彈簧248和LEM260?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)200包括具有缸筒234的氣缸240、活塞組件210和燃燒段230。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件210包括活塞面212、活塞密封件214 (例如活塞環(huán)，密封面)、平移件216和活塞桿218。盡管在圖2中并未示出，但是活塞組件210可以包括軸承元件、任意其他合適的部件或其任意的組合。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件210部分地位于氣缸240的缸筒234內(nèi)，并且被構(gòu)造成基本上沿軸線250平移。如圖2所示，氣缸240包括氣體密封件242 (用于減少或避免氣體泄漏同時(shí)允許相對(duì)的活塞運(yùn)動(dòng))、排氣/噴射端口 270 (用于排出廢氣和/或噴射反應(yīng)物)、進(jìn)氣端口280 (用于輸入空氣和/或空氣/燃料混合物)以及驅(qū)動(dòng)氣體端口 290 (用于供給和/或排出驅(qū)動(dòng)氣體)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)200可以利用雙沖程循環(huán)、四沖程循環(huán)、任意其他合適的循環(huán)或其任意的組合來(lái)工作。在某些實(shí)施例中可以包括沖擊板208。
[0053]氣缸240可以包括能夠在其中進(jìn)行燃燒、氣體膨脹和排氣的部分232以及能夠在其中起到氣體驅(qū)動(dòng)和氣體彈簧作用的部分278。部分268可以獨(dú)立于氣缸240而被包括在內(nèi)，并且可以包括能夠用于進(jìn)行電磁功相互作用的LEM 260。各個(gè)部分232、268和278可以取決于氣缸240的構(gòu)造以及活塞組件210在氣缸240的缸筒234中的位置。如圖2所示，用于通過平移件216的運(yùn)動(dòng)做電磁功的定子262可以但并非必須地獨(dú)立于氣缸240。
[0054]圖3根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)300的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括兩個(gè)活塞311和313的活塞組件310、單獨(dú)的氣體彈簧340和LEM360。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)300包括分別具有缸筒334和335的氣缸340和341、活塞組件310和燃燒段330。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件310包括活塞面312、平移件316、活塞密封件314和315以及活塞桿318。盡管在圖3中并未示出，但是活塞組件310可以包括軸承元件、任意其他合適的部件或其任意的組合。在圖示的實(shí)施例中，活塞組件310部分地位于氣缸340的缸筒334內(nèi)，并且部分地位于氣缸341的缸筒335內(nèi)，并且被構(gòu)造成基本上沿軸線350平移。如圖3所示，氣缸340包括氣體密封件342 (用于減少或避免氣體泄漏同時(shí)允許相對(duì)的活塞運(yùn)動(dòng))、排氣/噴射端口 370 (用于排出廢氣和/或噴射反應(yīng)物)、進(jìn)氣端口 380 (用于輸入空氣和/或空氣/燃料混合物)以及氣體端口 395 (用于排出竄漏氣體或者供給空氣)。如圖3所示，氣缸341包括氣體密封件343 (用于減少或避免氣體泄漏同時(shí)允許相對(duì)的活塞運(yùn)動(dòng))、驅(qū)動(dòng)氣體端口 390 (用于供給和/或排出驅(qū)動(dòng)氣體)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)300可以利用雙沖程循環(huán)、四沖程循環(huán)、任意其他合適的循環(huán)或其任意的組合來(lái)工作。在某些實(shí)施例中可以包括沖擊板308。
[0055]氣缸340可以包括能夠在其中進(jìn)行燃燒、氣體膨脹和排氣的部分332。氣缸341可以包括能夠在其中起到氣體驅(qū)動(dòng)和氣體彈簧作用的部分378。部分368可以被包括在氣缸340和341之間，并且可以包括能夠用于進(jìn)行電磁功相互作用的LEM。各個(gè)部分332、368和378可以取決于氣缸340和341的構(gòu)造以及活塞組件310在相應(yīng)的氣缸340和341的缸筒334和335中的位置。如圖3所示，用于通過平移件316的運(yùn)動(dòng)做電磁功的定子362可以但并非必須地獨(dú)立于氣缸340和341。
[0056]圖4根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)400的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有兩個(gè)活塞組件410和411、單獨(dú)的氣體彈簧448和449以及兩個(gè)LEM 460和461。如圖所示，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)400基本上等價(jià)于具有單個(gè)燃燒室的、關(guān)于排氣/噴射端口 370對(duì)稱的兩臺(tái)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)300。應(yīng)該理解根據(jù)本公開也可以實(shí)現(xiàn)其他的、可以但并非必須是對(duì)稱的雙活塞式裝置，并且活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)400是一個(gè)示范性的示例。
[0057]在Simpson等人的申請(qǐng)?zhí)枮?2/953,270的美國(guó)專利申請(qǐng)、Simpson等人的申請(qǐng)?zhí)枮?2/953，277的美國(guó)專利申請(qǐng)、Simpson等人的申請(qǐng)?zhí)枮?3/102,916的美國(guó)專利申請(qǐng)和Roelle等人的申請(qǐng)?zhí)枮?3/028,053的美國(guó)專利申請(qǐng)中包括關(guān)于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)例如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)100、200、300和400及其操作和特征的更多細(xì)節(jié)，因此通過全文引用將所有的上述專利申請(qǐng)并入本文。
[0058]【自居中式活塞】
[0059]在某些實(shí)施例中，活塞可以包括相對(duì)于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸提供自居中的一種或多種特征。
[0060]圖5根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件500的具有自居中特征506的一部分的透視圖?；钊M件500可以包括活塞面502、元件504、自居中特征506、任意其他合適的部件(未示出)或其任意組合。在某些實(shí)施例中，自居中特征506可以是元件504的一部分。例如，元件504可以是軸承元件(例如空氣靜壓軸承)，且自居中特征506可以是機(jī)械加工的臺(tái)階或軸承元件中的其他合適的特征。在某些實(shí)施例中，自居中特征506可以是活塞面502的一部分。例如，自居中特征506可以是臺(tái)階、一個(gè)或多個(gè)槽式凹口、漸縮部或活塞組件500中所包括的其他特征。在某些實(shí)施例中，活塞組件可以包括有助于活塞組件居中的一個(gè)或多個(gè)特征、部件或上述兩者。例如，活塞組件可以包括自居中特征和能夠有助于平衡活塞組件的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面上的壓力從而能夠有助于活塞居中的特征。盡管在圖5中并未示出，但是活塞組件500能夠可選地包括活塞桿、平移件、活塞環(huán)、流體軸承、任意其他合適的部件或其任意的組合。
[0061]圖6根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞組件610和氣缸620的示范性裝置600的截面圖，其中竄漏氣體(以箭頭640示出)來(lái)自于燃燒段630。在某些實(shí)施例中，活塞面602可以接觸燃燒段630(圖6中示范性地示出)、氣體驅(qū)動(dòng)段(圖6中未示出)、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中任意其他合適的區(qū)段(未示出)或其任意組合。竄漏氣體可以從燃燒段630流出，圍繞活塞面602并沿活塞組件610軸向流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，竄漏氣體和自居中特征616的相互作用可以用于使活塞組件610居中。例如，可以在活塞組件610和氣缸620之間的間隙中生成用于使活塞組件610居中的壓力分布。竄漏氣體可以從燃燒段、氣體驅(qū)動(dòng)段或者在任意合適的壓力下工作(例如在20-800bar的壓力或其他合適的壓力下工作)的其他合適的區(qū)段提供給間隙。
[0062]圖7根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件610和氣缸620的截面圖，其中活塞組件610是偏心的。氣缸620的中心軸線750表示氣缸620的缸筒的幾何中心軸線。當(dāng)活塞組件610在氣缸620中偏心時(shí)，如圖7所示，在相對(duì)于活塞組件的柱面坐標(biāo)系中，沿活塞組件610的橫向側(cè)面(也就是在可以隨著Θ和z而改變的半徑R處)的壓力場(chǎng)P1O?, θ，ζ)在指定的軸向位置Z處可以是周向(也就是沿Θ的方向)不均勻的。
[0063]圖8根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件610和氣缸620的截面圖，其中活塞組件610相對(duì)于中心軸線750是居中的。當(dāng)活塞組件610在氣缸620中居中時(shí)，如圖8所示，活塞組件610的P2(R，θ，ζ)在指定的軸向位置Z處可以是周向基本均勻的。在某些實(shí)施例中，居中活塞的壓力場(chǎng)可以是不均勻的，但是當(dāng)集成在活塞的側(cè)面上時(shí)，給出基本為零的合力。例如，具有槽式凹口的活塞組件可以由于凹口而具有不均勻的周向壓力場(chǎng)，但是可以提供零合力。
[0064]圖9根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)900的一部分的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有活塞組件910，所述活塞組件910具有可以幫助其居中的特征912。在某些實(shí)施例中，例如特征912這樣的特征可以與自居中特征(例如圖10-12中任意的自居中特征)一起被包括在活塞組件中。如圖9所示，特征912可以包括圍繞活塞組件910的整個(gè)周邊延伸的一個(gè)或多個(gè)凹槽，其可以有助于平衡圖9的間隙950中的壓力場(chǎng)。特征912也可以用作直通的迷宮式密封件以減小間隙950中的軸向流速。盡管在圖9中示范性地圖示為凹槽，但是任意合適的特征或其組合均可根據(jù)本公開被用于幫助實(shí)現(xiàn)居中。
[0065]圖10根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)1000的一部分的截面圖，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)1000包括具有凹口式自居中特征1012和一個(gè)或多個(gè)狹槽1014的活塞組件1010。自居中特征1012可以包括一個(gè)或多個(gè)凹口，每個(gè)凹口部分地圍繞活塞組件1010的周邊延伸。狹槽1014可以包括一個(gè)或多個(gè)狹槽(例如對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)凹口)，其可以用作供竄漏氣體流入凹口內(nèi)的引導(dǎo)件。盡管圖示成位于活塞組件1010的側(cè)面上，但是在某些實(shí)施例中，狹槽也可以被包含在活塞組件的內(nèi)部并且可以從任意合適的來(lái)源進(jìn)料。例如，自居中特征1012可以包括三個(gè)槽式凹口，每一個(gè)的中心在周邊上間隔120度且每一個(gè)沿周邊的延伸小于120度，還包括三個(gè)對(duì)應(yīng)的狹槽1014，其可以允許流體從相對(duì)高壓的區(qū)域1060流入凹口。根據(jù)本公開可以使用包括任意合適數(shù)量的凹口的、分段式凹口的任意合適的設(shè)置。
[0066]圖11根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)1100的其活塞組件1110具有臺(tái)階式自居中特征1112的一部分的截面圖。自居中特征1112可以包括圍繞活塞組件1110的整個(gè)周邊延伸的臺(tái)階。臺(tái)階可以包括任意合適的絕對(duì)和/或相對(duì)尺寸。在圖示的示例中，臺(tái)階中的(也就是相對(duì)更加靠近活塞面1102的)間隙可以是在活塞組件的較大直徑區(qū)域處的間隙的兩倍的數(shù)量級(jí)。在某些實(shí)施例中，活塞組件可以包括分段式臺(tái)階，其設(shè)置方式類似于圖10中的槽式凹口，但是其中凹口延伸穿過活塞面1102，并且因此不需要包括狹槽。
[0067]圖12根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)1200的其活塞組件1210具有漸縮式自居中特征1212的一部分的截面圖。自居中特征1212可以包括圍繞活塞組件1210的整個(gè)周邊延伸的漸縮部，其中在活塞面1202處的直徑相對(duì)收縮。漸縮部可以包括任意合適的絕對(duì)和/或相對(duì)尺寸。在圖示的示例中，在漸縮部的小直徑處的(也就是相對(duì)更加靠近活塞面1202的)間隙可以是在活塞組件的較大直徑區(qū)域處的間隙的兩倍的數(shù)量級(jí)。在某些實(shí)施例中，活塞組件可以圍繞周邊包括多于一個(gè)漸縮段，其設(shè)置方式類似于圖10中的槽式凹口，其中漸縮部延伸穿過活塞面1102。
[0068]在某些實(shí)施例中，任意或全部的自居中特征1012、1112和1212、特征912以及其他合適的自居中特征或者其他特征可以進(jìn)行組合。例如，活塞組件可以包括漸縮部、臺(tái)階和一系列凹槽(例如迷宮)以提供居中。自居中特征可以在與燃燒段、氣體驅(qū)動(dòng)段、氣體彈簧段相接觸的活塞面、允許竄漏氣體流過活塞面的任意其他合適的活塞面或其任意組合的附近使用。例如，對(duì)于圖3中標(biāo)記的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)300，自居中特征可以被包含在任意的活塞面312附近。
[0069]【非接觸式軸承】
[0070]在某些實(shí)施例中，可以在活塞和對(duì)應(yīng)的氣缸之間使用非接觸式軸承。非接觸式軸承可以包括例如空氣靜壓軸承、液體靜壓軸承或其他合適的可為運(yùn)動(dòng)或靜止的非接觸式軸承。非接觸式軸承可以包括分離活塞和氣缸壁以減小摩擦和相關(guān)功損失的流體薄膜。在某些實(shí)施例中，空氣靜壓軸承的使用可以允許活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞和氣缸組件的無(wú)油操作，并且相應(yīng)地活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不需要輔助機(jī)油系統(tǒng)，這樣可以簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)的某些方面。在某些實(shí)施例中，非接觸式軸承可以包括機(jī)油作為軸承流體。軸承流體可以包括例如空氣、氮?dú)?、廢氣、機(jī)油、液態(tài)水、水蒸氣、液態(tài)二氧化碳、氣態(tài)二氧化碳、液壓流體、任意其他合適的流體或其任意組合。在流體軸承中使用的流體可以通過活塞組件、氣缸或上述兩者來(lái)提供。
[0071]圖13根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件1300的其軸承元件1310具有孔1312的一部分的透視圖?？?312可以設(shè)置為一定的模式、隨機(jī)地設(shè)置或者是上述設(shè)置方式的任意組合。孔1312可以具有任意合適的尺寸。例如，在某些實(shí)施例中，孔1312的尺寸范圍可以幾千分之一英寸或更小到八分之一英寸或更大。在某些實(shí)施例中，孔1312的尺寸可以根據(jù)孔對(duì)于一種或多種其他流量限制或有效面積的相對(duì)流量限制或有效面積來(lái)進(jìn)行選擇。例如，孔可以成形為提供與孔1310下游的軸承流體的排出路徑的流量限制相同數(shù)量級(jí)的流量限制。隨著活塞組件1300由于活塞面1302或者活塞組件1300的其他合適的活塞面(未示出)上的作用力而在合適的氣缸的缸筒中平移，軸承元件可以幫助保持居中。流體可以如箭頭1322所示從任意合適的流體源提供，并且可以在活塞組件1300中經(jīng)內(nèi)部流體通道(未示出)分配到孔1312。在離開孔1312之后，流體可以流過間隙，并且沿至少一部分的活塞組件1300流動(dòng)。如箭頭1320所示的流體從軸承元件1310向外的流動(dòng)可以幫助避免和/或減少活塞組件-氣缸間的接觸。
[0072]盡管在圖13中示為孔，但是任意合適的端口均可用于向間隙提供流體以用作流體軸承。例如，配合部件之間的縫隙可以被用于向間隙提供流體。在進(jìn)一步的示例中，部分地或完全地圍繞活塞組件的周邊延伸的環(huán)形孔口可以被用于向間隙提供流體。在某些實(shí)施例中，軸承元件1310可以包括足夠小的端口(例如比軸承流體的平均自由路徑更小)以允許泄流。
[0073]圖14根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件1400的具有多孔軸承元件1410的一部分的透視圖。隨著活塞組件1400由于活塞面1402或者活塞組件1400的其他合適的活塞面(未示出)上的作用力而在合適的氣缸的缸筒中平移，軸承元件可以幫助保持居中。流體可以如箭頭1422所示從任意合適的流體源提供，并且可以在活塞組件1400中經(jīng)內(nèi)部流體通道(未示出)分配，并且隨后可以流過軸承元件1410的任意合適的部分中的空隙空間。軸承元件1410可以具有任意合適的孔隙度和孔隙尺寸。在離開軸承元件1410的側(cè)面之后，氣體可以流過間隙，并且沿至少一部分的活塞組件1400流動(dòng)。如箭頭1420所示的流體從軸承元件1410向外的流動(dòng)可以幫助避免和/或減少活塞組件-氣缸間的接觸。軸承元件1410可以由任意合適的其孔隙度能夠允許流體流動(dòng)的材料構(gòu)成。例如，多孔軸承元件可以由石墨、燒結(jié)金屬(例如鐵，鋼，青銅)、燒結(jié)或以其他方式處理的多孔陶瓷(例如碳化硅，氧化鋁，氧化鎂)、任意其他合適的燒結(jié)或以其他方式處理的材料或其任意組合構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，軸承元件1410可以具有尺寸足夠小的孔隙(例如比軸承流體的平均自由路徑更小)以允許泄流。
[0074]圖15根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件1500的截面圖，其中流體軸承1510貫穿活塞組件1500?；钊M件1500可以包括活塞面1502、軸承元件1510、框架1550、緊固件1590、圖15中未示出的任意其他合適的部件或其任意組合?；钊M件1500可以構(gòu)造成裝配在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的缸筒中，并且可以構(gòu)造成基本上沿著在缸筒中心線上或者在缸筒中心線附近的軸線平移。軸承元件1510包括流體通道1560，流體通道1560可以如箭頭1522所示將軸承流體從一個(gè)或多個(gè)輸入端口 1512分配至一個(gè)或多個(gè)端口或表面從而徑向向外流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，軸承元件1510可以包括多個(gè)部件的組件。在某些實(shí)施例中，活塞1502可以可選地包括自居中特征或其他合適的特征(未示出)。
[0075]圖16根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件1610和氣缸1620的截面圖，其中流體軸承1612(例如位于至少部分地源自軸承元件1618的間隙中的流體層)貫穿活塞組件1610?；钊M件1610包括可以接收軸承流體1616的內(nèi)部通道1614。軸承元件1618是活塞組件1610的包括孔或多孔部的部分，軸承流體可以從這里流入流體軸承1612。軸承元件1618可以是活塞的集成部件(如圖16所示)、活塞組件1610的另一部分、(例如通過壓裝或者用緊固件安裝而)裝配至活塞組件1610的獨(dú)立部件、具有任意其他合適的設(shè)置方式或其任意組合。流體軸承1612可以幫助活塞組件1610圍繞軸線1650居中，軸線1650表示氣缸1620的缸筒的中心。
[0076]圖17根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件1710和氣缸1720的截面圖，其中流體軸承1712貫穿氣缸1720。氣缸1720包括可以接收軸承流體1716的內(nèi)部通道1714。軸承元件1718是氣缸1720中包括孔或泄流面的部分，流體可以從這里流入位于活塞組件1710和氣缸1720之間的合適的間隙中的流體軸承1712。軸承元件1718可以是氣缸1720的集成部件(如圖17所示)、裝配至氣缸1720的獨(dú)立部件(例如是插件或氣缸套)、具有任意其他合適的設(shè)置方式或其任意組合。流體軸承1712可以幫助活塞組件1710圍繞軸線1750居中，軸線1750表示氣缸1720的缸筒的中心。在某些實(shí)施例中，氣缸可以包括能夠向一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的流體軸承提供軸承流體的一個(gè)或多個(gè)軸承元件。例如，在某些實(shí)施例中，氣缸的缸筒可以包括多個(gè)軸承元件，每一個(gè)都具有單獨(dú)和可控的流體源從而可以向氣缸的缸筒內(nèi)的多個(gè)位置輸送軸承流體。
[0077]在某些實(shí)施例中，竄漏氣體可以被引導(dǎo)以減少或阻止竄漏氣體在軸承元件附近的間隙部分中流動(dòng)。例如，竄漏氣體可以被引導(dǎo)流過氣缸、活塞組件或上述兩者，以使竄漏氣體的流動(dòng)基本上不會(huì)改變軸承流體在間隙中的流動(dòng)。軸承氣體的流動(dòng)通過例如其他的譬如竄漏氣體的流動(dòng)而造成的某些改變可以不利地影響軸承流體阻止活塞-氣缸接觸的能力。竄漏氣體的引導(dǎo)例如可以允許軸承流體的排放壓力相對(duì)地遠(yuǎn)低于流體進(jìn)給壓力(例如允許軸承流體有更大的壓降)，這樣可以提供所需的流動(dòng)特性和軸承特性。
[0078]圖18根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞組件1810和氣缸1820的示范性裝置1800的截面圖，其中具有軸承元件1812和1813以及包括流體通道1875的平移件1814?；钊?802可以接觸裝置1800的氣體彈簧(例如氣體驅(qū)動(dòng)段)，而活塞面1804可以接觸裝置1800的燃燒段。裝置1800可以包括定子1815，其可以與平移件1814以電磁方式相互作用。
[0079]在圖示的實(shí)施例中，軸承流體1874被供應(yīng)至管道1870，管道1872經(jīng)由密封件1871連接至管道1870。如圖18所示，密封件1871可以允許包括管道1872的活塞組件1810圍繞軸線1850平移同時(shí)保持在管道1870和1872之間的加壓密封。管道1872的內(nèi)部被耦合至位于平移件1814內(nèi)的流體通道1875，軸承流體1874可以從這里流入通道1816。通道1816向軸承元件1812和1813輸送軸承流體1874，軸承流體1874從這里流入位于活塞組件1810和氣缸1820之間的間隙中的流體軸承。在某些實(shí)施例中(未示出)，管道1870、管道1872或上述兩者可以是柔性的以允許相對(duì)運(yùn)動(dòng)。例如，在某些實(shí)施例中(未示出)，管道1870可以是經(jīng)由合適的軟管接頭(例如并且相應(yīng)地不必包括管道1872)直接連接至平移件1814的柔性軟管。
[0080]圖19根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞組件1910和氣缸1920的示范性裝置1900的截面圖，其中具有軸承元件1912和1913以及閥1970?；钊?902可以接觸裝置1900的氣體彈簧(例如氣體驅(qū)動(dòng)段)，而活塞面1904可以接觸裝置1900的燃燒段。裝置1900可以包括定子1915，其可以與平移件1914以電磁方式相互作用。
[0081]在圖示的實(shí)施例中，氣體彈簧1976中的至少一部分流體經(jīng)由位于活塞面1902中的閥1970(例如由箭頭1974所示)而供應(yīng)至通道1916以作為軸承流體。閥1970可以包括主動(dòng)閥或被動(dòng)閥或者其他合適的在一個(gè)或多個(gè)方向上提供流體流量控制的多路換向裝置。例如，閥1970可以包括簧片閥、球閥、針閥、止回球閥、止回隔膜閥、在管道中對(duì)不同的流動(dòng)方向提供不同阻力的靜態(tài)流量限制裝置、任意其他合適的閥、電子控制器或其他的主動(dòng)定位系統(tǒng)、任意其他合適的裝置或其任意組合。通道1916向軸承元件1912和1913輸送軸承流體1974，軸承流體1974從這里流入位于活塞組件1910和氣缸1920之間的間隙中的流體軸承。在某些實(shí)施例中，閥1970可以是止回閥。因此，隨著活塞組件1910沿軸線1950平移，并且隨著流體經(jīng)由端口 1990(例如其中可以包括一個(gè)或多個(gè)閥)供應(yīng)至氣體彈簧1976和/或從氣體彈簧1976排出，氣體彈簧1976中的壓力可以達(dá)到開啟壓力，然后流體可以即可經(jīng)過閥1970流入通道1916。閥1970的開啟壓力可以是任意合適的值，并且在某些實(shí)施例中可以是主動(dòng)可調(diào)的。在某些實(shí)施例中，閥1970可以是主動(dòng)可控的，并且沿任一方向的流量可以通過控制孔板或閥1970中的其他流量限制件來(lái)進(jìn)行控制。
[0082]在某些實(shí)施例中，軸承元件可以是活塞的集成部件。例如，活塞可以具有向間隙提供軸承流體的機(jī)械加工的通道和孔的集合。在某些這樣的實(shí)施例中，活塞可以但并非必須地是活塞組件的一部分。軸承元件可以包括石墨元件、具有機(jī)械加工特征的金屬元件、燒結(jié)金屬元件、多孔陶瓷元件、非多孔陶瓷元件、任意其他合適的適當(dāng)材料構(gòu)成的元件或其任意組合。
[0083]【氣缸和/或活塞的溫度管理】
[0084]在某些實(shí)施例中，可以控制或以其他方式管理活塞(或其組件)、氣缸或上述兩者的溫度。活塞(或其組件)和/或氣缸的溫度管理可以有助于通過管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)部件的熱變形來(lái)保持或以其他方式管理間隙。
[0085]在某些實(shí)施例中，一根或多根加熱管可以被用于影響活塞組件的傳熱。加熱管可以包括構(gòu)造成幫助例如向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的部件傳熱和從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的部件傳熱的流體管道?；钊M件的活塞面可以經(jīng)歷由于燃燒造成的溫度升高。加熱管的使用可以有助于從活塞面、活塞組件的任意其他合適的部分或任意其他合適的部件向外傳熱以降低部件的工作溫度。例如，加熱管可以從活塞面向熱容器例如軸承元件、間隙、氣缸的缸筒表面、通過冷卻劑冷卻的活塞桿、任意其他合適的熱容器或其任意組合傳熱。
[0086]加熱管可以包括流體管道，其中可以充注合適的流體例如水、乙醇、氨水、鈉或任意其他合適的流體或混合物。與流體的相變相關(guān)聯(lián)的潛熱通常遠(yuǎn)大于因溫差造成的可測(cè)的能量傳輸。另外，流體的相變可以在基本恒定或以其他方式受限的溫度下(該溫度可以取決于壓力和存在的任何雜質(zhì))進(jìn)行，這樣可以有助于減小活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)相對(duì)較大的溫度梯度。加熱管可以設(shè)置為活塞組件中與活塞組件的活塞面熱接觸的部件。在某些實(shí)施例中，具有加熱管的活塞組件的線性運(yùn)動(dòng)可以有助于在加熱管內(nèi)傳輸流體，由此有助于從活塞面到活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度相對(duì)較低的部分的傳熱。
[0087]應(yīng)該理解的是在部件之間用到的術(shù)語(yǔ)“熱接觸”是指在部件之間有效傳熱的能力。例如，加熱管可以設(shè)置為與活塞面接觸，并且可以傳輸來(lái)自活塞面的熱量，并且因此可以與活塞面“直接地”熱接觸。在另一個(gè)示例中，加熱管可以與活塞框架接觸，活塞框架可以與活塞面接觸，并且加熱管可以傳輸來(lái)自活塞框架的熱量，活塞框架可以傳輸來(lái)自活塞面的熱量，并且因此加熱管可以與活塞面“間接地”熱接觸。
[0088]圖20根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2000的示范性活塞組件2010和氣缸2020的截面圖，其中加熱管2080作為活塞組件的一部分被包括在內(nèi)。加熱管2080可以是管路或其他的流體管道，其中可以包括能夠在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2000運(yùn)行期間經(jīng)歷氣相-液相轉(zhuǎn)換的流體2082?？梢栽诎l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行從燃燒段2030到活塞面2002的(由箭頭2024示出的)傳熱?？梢赃M(jìn)一步進(jìn)行從活塞面2020到加熱管2080的一部分2084的(由箭頭2024示出的)傳熱，這樣可以有助于降低、保持或者降低和保持活塞面2020的溫度。可以進(jìn)行從加熱管2080的一部分2084到加熱管2080的另一部分2086的加熱管2080內(nèi)的傳熱。所述部分2086可以向活塞組件2010的遠(yuǎn)離活塞面2002的部分例如氣缸2020的遠(yuǎn)離燃燒段2030且相對(duì)靠近所述部分2086的端部傳出熱量。例如，加熱管2080可以有助于從燃燒段2030徑向向外地向軸承面、間隙并隨后向氣缸傳輸熱量2024，在氣缸處熱量可以例如經(jīng)由冷卻劑通道中的冷卻劑而進(jìn)一步傳輸。在另一個(gè)示例中，加熱管2080可以有助于從燃燒段2024向氣缸2020的氣體驅(qū)動(dòng)段2040傳熱。
[0089]圖21根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件2100的截面圖，其中加熱管2180由內(nèi)部的空隙形成?；钊M件2100可以包括活塞2102、元件2110、框架2150、緊固件2190、圖21中未示出的任意其他合適的部件或其任意組合。活塞組件2100可以構(gòu)造成裝配在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的缸筒中，并且可以構(gòu)造成基本上沿著在缸筒中心線上或者在缸筒中心線附近的軸線平移。元件2110可以包括(盡管并未示出)軸承元件(例如具有軸承通道)、活塞環(huán)、框架、任意其他合適的部件、任意其他合適的特征或其任意組合。加熱管2180內(nèi)的流體可以利用端口 2182充注、排放或以其他方式調(diào)節(jié)，端口 2182可以包括閥(例如止回閥或截止閥)、插塞或其他部件。在某些實(shí)施例中，具有端口 2182的加熱管2180可以在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行充注、排放或以其他方式調(diào)節(jié)。在某些實(shí)施例中，具有端口 2182的加熱管2180無(wú)需在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行充注、排放或以其他方式調(diào)節(jié)，并且可以相應(yīng)地在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)并未運(yùn)行時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0090]在某些實(shí)施例中，在活塞組件周邊附近的直徑上可以包括多根加熱管以幫助從活塞面向間隙和氣缸內(nèi)壁傳熱。在圖示的示例中，六根至十二根加熱管可以軸向取向，設(shè)置在活塞組件周邊附近的直徑上，不過也可以用這樣的環(huán)形設(shè)置方式使用任意合適數(shù)量的加熱管。在某些實(shí)施例中，活塞組件中可以包括環(huán)形加熱管以有助于向間隙傳熱。例如，活塞組件內(nèi)的環(huán)形空隙可以注有適當(dāng)?shù)牧黧w并且在運(yùn)行期間被密封。
[0091]圖22根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2200的截面圖，所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)包括活塞組件2210以及具有冷卻劑通道2222和2238與加熱管2224的氣缸2220。在某些實(shí)施例中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2200可以包括冷卻劑通道2222以有助于控制或以其他方式限制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2200的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度。溫度控制也可以被用于(例如通過控制熱變形來(lái))控制氣缸缸筒的尺寸和/或形狀，這樣可以改善或以其他方式調(diào)節(jié)竄漏氣體的特性和/或軸承性能。正如圖22示范性示出的那樣，氣缸2220可以包括通過一個(gè)或多個(gè)端口進(jìn)給的內(nèi)部通道，這樣可以分別如箭頭2230和2234以及箭頭2232和2236所示供給和返回冷卻流體。如圖所示，冷卻劑通道2222和冷卻劑通道2238包括環(huán)形空隙，不過根據(jù)本公開可以使用任意合適的設(shè)置方式。在某些實(shí)施例中，冷卻劑例如乙二醇、丙二醇、水、酒精、空氣、任意其他合適的流體或其任意組合(例如用水稀釋的乙二醇)可以提供給冷卻劑通道2222和2238。在某些實(shí)施例中(未示出)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2200可以包括冷卻劑子系統(tǒng)，其中可以包括泵、散熱器、溫度調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器、流體調(diào)控管道、任意其他合適的部件或其任意組合。在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道2222和冷卻劑通道2238可以在氣缸2220內(nèi)互連并且相應(yīng)地可以作為單一的管道集合進(jìn)行控制。在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道2222和冷卻劑通道2238不必在氣缸2220內(nèi)互連并且可以單獨(dú)控制。例如，在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道2222和冷卻劑通道2238可以有助于選擇性冷卻氣缸2220的不同區(qū)域，并且因此每個(gè)區(qū)域可以單獨(dú)冷卻。在示范性的示例中，控制系統(tǒng)可以在活塞位于燃燒段2270中時(shí)判定活塞組件2210和氣缸2220之間的間隙是否過大。因此，提供給與冷卻劑通道2238相比更接近于TDC的冷卻劑通道2222的冷卻劑的流速可以增加以冷卻氣缸并(通過熱收縮)減小缸筒，從而因此減小間隙。根據(jù)本公開，任意合適數(shù)量的單獨(dú)的冷卻劑通道均可被用于提供選擇性冷卻，設(shè)置為任意合適的結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，氣缸2220可以包括一根或多根加熱管2224以幫助控制或以其他方式限制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2200的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度。氣缸2220中可以包括以任意合適的設(shè)置方式設(shè)置的一根或多根加熱管2224，并且加熱管中可以包括任意合適的加熱管流體。例如，一根或多根加熱管2224可以包括軸向設(shè)置在以氣缸2220的缸筒的中心為圓心的直徑上的多根加熱管。在另一個(gè)示例中，一根或多根加熱管2224可以包括氣缸2220內(nèi)的環(huán)形空隙。加熱管2226在某些實(shí)施例中可以被用于供給、排出或以其他方式控制一根或多根加熱管2224內(nèi)的流體。例如，加熱管2226可以包括閥、調(diào)節(jié)器、孔板、任意其他合適的特征或裝置或其任意組合以控制一根或多根加熱管2224或者其中包含的流體的性質(zhì)。在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道2222和/或冷卻劑通道2238可以直接接觸(未示出)一根或多根加熱管2224，并且可以提供相對(duì)增強(qiáng)的來(lái)自于一根或多根加熱管2224的熱量傳輸。盡管圖22中使出了冷卻劑通道2222和2238以及一根或多根加熱管2224，但是(圖22并未示出的)某些實(shí)施例可以包括冷卻劑通道和一根或多根加熱管之一且相應(yīng)地?zé)o需兩者都包括。將冷卻劑通道2222和2238以及一根或多根加熱管2224 —起使用在某些裝置中可以提供與單獨(dú)使用一者相比相對(duì)增強(qiáng)的傳熱。例如，熱量可以從氣缸2220的缸筒經(jīng)由間隙傳輸至一根或多根加熱管2224,并且一根或多根加熱管2224可以將這些熱量中的至少一部分傳輸至冷卻劑通道2222和/或冷卻劑通道2238內(nèi)的冷卻劑(例如傳熱可以包括經(jīng)過一部分氣缸2220的傳導(dǎo))。
[0092]在某些實(shí)施例中，提供給任何端口 2250的流體均可被用于冷卻活塞組件2210或其中的各個(gè)部分。例如，來(lái)自活塞組件2210的活塞面的熱量可以被輸送至活塞組件2210的活塞桿，并且送往任何端口 2250的流體可以對(duì)流地冷卻活塞組件2210的活塞桿。
[0093]在某些實(shí)施例中，流體軸承可以幫助冷卻活塞組件、氣缸、其中的部件、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中任意其他合適的部件或其任意組合。軸承流體可以被提供給軸承元件，軸承元件可以將軸承流體直接引導(dǎo)至活塞-氣缸組件中合適的間隙。軸承流體可以有助于在其流過間隙時(shí)冷卻至少一部分的活塞-氣缸組件。在某些實(shí)施例中，軸承流體可以基本上從燃燒段經(jīng)過間隙流出，并且相應(yīng)地可以從燃燒段帶走熱量，由此降低活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)部件的溫度。在某些實(shí)施例中，軸承流體經(jīng)過活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙的對(duì)流可以提高活塞面和活塞組件和/或氣缸的另一部分之間的有效傳熱速率。在某些實(shí)施例中，具有軸承元件的活塞組件中可以包括一根或多根加熱管。一根或多根加熱管可以有助于保持軸承元件或軸承元件其中的一部分幾乎恒溫，這樣可以有助于控制間隙中的熱膨脹和相關(guān)變化。在某些實(shí)施例中，一根或多根加熱管、冷卻劑通道、軸承元件、任意其他合適的部件或其任意組合的使用可以有助于通過管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)或多個(gè)部件的熱變形來(lái)保持或以其他方式管理間隙。
[0094]【氣缸套】
[0095]在某些實(shí)施例中，可以控制或以其他方式管理自由活塞和氣缸之間的間隙。在某些實(shí)施例中，可變形的氣缸套可以被用于通過調(diào)節(jié)活塞組件在其中運(yùn)動(dòng)的缸筒來(lái)調(diào)節(jié)間隙。在某些實(shí)施例中，氣缸套流體可以被用于向可變形的氣缸套施加壓力，氣缸套可以基于氣缸套的各個(gè)面之間的壓差而變形。氣缸套流體可以包括例如水、乙二醇、丙二醇、機(jī)油、液壓流體、燃料(例如柴油燃料)、任意其他合適的流體或其任意合適的組合。
[0096]圖23根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件2310和氣缸2320的截面圖，其中氣缸具有可變形的氣缸套2330?？勺冃蔚臍飧滋?330的內(nèi)表面可以限定缸筒，活塞組件2310或其中的一部分可以在缸筒中沿著位于缸筒中心的軸線2350平移。通道2322可以在氣缸2320和可變形的氣缸套2330之間形成，氣缸套流體可以經(jīng)由端口 2324送入通道2322和/或從通道2322返回?？刂茷檫m當(dāng)壓力的氣缸套流體向可變形的氣缸套2330施加變形作用力以允許相應(yīng)地調(diào)節(jié)缸筒。缸筒和活塞組件2310之間的間隙2360可以相應(yīng)地通過以合適的壓力施加氣缸套流體來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。(例如通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)端口 2324向通道2322供應(yīng)氣缸套流體來(lái))增加氣缸套流體的壓力可以縮小缸筒和間隙2360，而(例如通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)端口 2324從通道2322排出氣缸套流體來(lái))減小氣缸套流體的壓力可以增大缸筒和間隙2360。
[0097]圖24根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了圖23中的示范性活塞組件2310和氣缸2320的截面圖，其中可變形的氣缸套2330經(jīng)歷變形。氣缸套流體的壓力在如圖24所示的通道2322中與在圖23所示的通道2322中相比更大，并且因此間隙2460相對(duì)小于間隙2360。
[0098]圖25根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件2510和氣缸2520的截面圖，其中氣缸具有分段的可變形氣缸套2530。可變形的氣缸套2530的內(nèi)表面可以限定缸筒，活塞組件2510或其中的一部分可以在缸筒中沿著位于缸筒中心的軸線2550平移。通道2522和2523可以在氣缸2520和可變形的氣缸套2530之間形成，并且可以通過密封件2532分隔。氣缸套流體可以分別經(jīng)由端口 2524和端口 2525供應(yīng)至通道2522和2523和/或從通道2522和2523返回，端口 2524和端口 2525可以但并非必須地彼此隔離。控制為合適壓力的氣缸套流體可以向可變形的氣缸套2530施加變形作用力以允許相應(yīng)地調(diào)節(jié)每一段的缸筒(也就是缸筒中與通道2522或2523相對(duì)應(yīng)的部分)。在某些實(shí)施例中，由于可變形的氣缸套2530的變形可以依賴于氣缸套流體和缸筒之間的壓差，因此氣缸套流體的壓力可以至少部分地基于氣缸的適當(dāng)區(qū)段內(nèi)的壓力進(jìn)行控制。缸筒和活塞組件2510之間的間隙2560可以相應(yīng)地通過以合適的壓力施加氣缸套流體來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)閷?duì)應(yīng)于每一條通道2522和2523的間隙可以獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以間隙可以沿軸向方向(也就是平行于軸線2550)改變。例如，在某些實(shí)施例中，隨著活塞2512行進(jìn)穿過一段可變形的氣缸套2530，即可調(diào)節(jié)位于該段的間隙。增加氣缸套流體的壓力(例如通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的端口 2524和/或2525向通道2522和/或2523供應(yīng)氣缸套流體)即可縮小一個(gè)或多個(gè)位置處的缸筒和間隙2560，而降低氣缸套流體的壓力(例如通過經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的端口 2524和/或2525從通道2522和/或2523排出氣缸套流體)即可增大一個(gè)或多個(gè)位置處的缸筒和間隙2560。
[0099]圖26根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2600的截面圖，其中活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)具有可變形的氣缸套2630。通道2622可以在氣缸2620和可變形的氣缸套2630之間形成，氣缸套流體可以經(jīng)由端口 2624送入通道2622和/或從通道2622返回?？刂茷檫m當(dāng)壓力的氣缸套流體向可變形的氣缸套2630施加變形作用力以允許相應(yīng)地調(diào)節(jié)缸筒。在圖示的實(shí)施例中，(例如可以提供燃料和/或空氣或接收排氣的)端口 2626可以位于可變形的氣缸套2630的外側(cè)以消除對(duì)可變形的氣缸套2630中的端口或其他開口的需求。通過調(diào)節(jié)通道2622中的氣缸套流體的壓力即可實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞組件2610和可變形的氣缸套2630之間的間隙的調(diào)節(jié)。
[0100]在某些實(shí)施例中，氣缸套流體的流動(dòng)可以被用于為可變形的氣缸套提供冷卻。例如，壓力受控和流量受控的氣缸套流體可以被用于提供從可變形的氣缸套(例如在燃燒段附近)到氣缸套流體的對(duì)流散熱的熱量傳輸。通過使用氣缸套流體的冷卻可以結(jié)合或取代通過使用冷卻劑通道和/或加熱管(例如圖22所示)的冷卻來(lái)應(yīng)用。
[0101]圖27根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2700的具有局部冷卻劑通道2752和2754的一部分的截面圖(垂直于缸筒軸線)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)2700的氣缸2720可以包括能夠耦合至一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2724和一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2726的一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)壓室2722。在某些實(shí)施例中，節(jié)流流體可以從一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)壓室2722經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2724流入設(shè)置用于冷卻區(qū)域2732的冷卻劑通道2752(例如冷卻劑通道2752中的示范性箭頭所示)。在某些實(shí)施例中，節(jié)流流體可以從一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)壓室2722經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2726流入設(shè)置用于冷卻區(qū)域2734的冷卻劑通道2754(例如冷卻劑通道2754中的示范性箭頭所示)。一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2724和2726均可包括固定流量的限流孔板、可調(diào)節(jié)流量的限流孔板、可控的節(jié)流閥、任意其他合適的流體節(jié)流特征或其任意組合。一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2724和2726可以促使降低節(jié)流流體的壓力，這樣還可以導(dǎo)致降低節(jié)流流體的溫度和/或焓。降低的流體溫度和/或焓可以增強(qiáng)來(lái)自氣缸2720的缸筒(例如圖示的設(shè)置用于容納活塞組件2710的缸筒)的傳熱。在某些實(shí)施例中，冷卻劑通道2752和2754可以包括管狀通道、歧管或其他的導(dǎo)流部件以提供從一個(gè)或多個(gè)節(jié)氣門2724和2726到氣缸2720的局部空間區(qū)域的節(jié)流流體的流動(dòng)，并且隨后將流體返回至流體控制系統(tǒng)(例如其中可以包括回流管線和容器)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)2700可以包括任意合適數(shù)量的穩(wěn)壓室2722，穩(wěn)壓室2722可以但并非必須互連。例如，穩(wěn)壓室2722可以包括多個(gè)穩(wěn)壓室，每一個(gè)都獨(dú)立可控以為氣缸2720的局部空間區(qū)域提供可選擇的冷卻。在另一個(gè)示例中，穩(wěn)壓室2722可以包括單個(gè)穩(wěn)壓室，其可以耦合至多個(gè)節(jié)氣門以為氣缸2720的局部空間區(qū)域提供可選擇的冷卻。多個(gè)節(jié)氣門可以獨(dú)立可控，或以其他方式具有特有的限流性質(zhì)以控制氣缸2720的一個(gè)或多個(gè)局部空間區(qū)域的冷卻。在某些實(shí)施例中，利用節(jié)流流體來(lái)冷卻氣缸2720可以允許控制氣缸溫度以及氣缸220和活塞組件2710之間的間隙。在某些實(shí)施例中，氣缸幾何特性(例如尺寸、形狀或上述兩者)的直接或間接測(cè)量可以由控制系統(tǒng)用于控制通過局部冷卻劑通道2752和2754實(shí)現(xiàn)的冷卻。例如，可以預(yù)期在燃燒段2730附近、TDC附近有較高的工作溫度，并且可以對(duì)區(qū)域2732提供增強(qiáng)的冷卻以限制溫度域。在另一個(gè)示例中，在某些情況下，可以對(duì)區(qū)域2732提供減弱的冷卻以增大對(duì)應(yīng)的缸筒和相關(guān)的間隙。增強(qiáng)或減弱冷卻可以通過增強(qiáng)或減弱節(jié)氣門的節(jié)流作用、調(diào)節(jié)節(jié)流流體的溫度、調(diào)節(jié)節(jié)流流體的流速、任意其他合適的調(diào)節(jié)或其任意組合來(lái)提供。節(jié)流流體可以包括任意合適的冷卻劑流體，冷卻劑流體可以是液體或氣體。例如，節(jié)流流體可以包括乙二醇、丙二醇、水、酒精、空氣、任意其他合適的流體或其任意組合(例如用水稀釋的乙二醇)。氣缸2720可以包括用于向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2700的合適區(qū)段供應(yīng)流體或從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2700的合適區(qū)段排出流體(例如空氣、燃料、廢氣或其組合)的任意合適的端口 2770。
[0102]圖28根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2800的具有局部冷卻劑通道2826的一部分的截面圖(平行于缸筒軸線)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)2800可以包括具有穩(wěn)壓室2822的氣缸2820。氣缸2820可以包括構(gòu)造用于容納活塞組件2810的缸筒，活塞組件2810構(gòu)造用于沿著基本平行于矢量2850和2860的矢量積的方向基本線性地運(yùn)動(dòng)。盡管在圖28中圖示為環(huán)形的穩(wěn)壓室，但是穩(wěn)壓室2822可以包括任意合適的管道形狀，設(shè)置用于提供任意合適的流動(dòng)路徑。冷卻劑可以流過節(jié)氣門2824，流入局部冷卻劑通道2826以冷卻氣缸2820中對(duì)應(yīng)的空間區(qū)域。在圖示的實(shí)施例中，冷卻劑從節(jié)氣門2824徑向向內(nèi)流動(dòng)(如圖28中的四個(gè)徑向向內(nèi)指的箭頭所示)并隨后沿著由矢量2850和矢量2860的矢量積給出的方向(垂直于圖28的平面的2850X2860)流動(dòng)。冷卻劑的返回流動(dòng)路徑在圖28中并未示出，并且可以包括徑向、軸向或上述兩者的流動(dòng)路徑。在某些實(shí)施例中，節(jié)氣門2824可以在局部的流體通道2826中生成流體射流，其可以沖擊在氣缸2820中的空間區(qū)域上，導(dǎo)致在該區(qū)域相對(duì)增強(qiáng)的對(duì)流傳熱。盡管在圖28中圖示為具有四條對(duì)稱的局部冷卻劑通道2826，但是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2800可以包括任意合適數(shù)量的、以任意合適的對(duì)稱或非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)置在任意合適的軸向位置處、并耦合至任意合適數(shù)量的穩(wěn)壓室或其他冷卻劑來(lái)源的局部冷卻劑通道。
[0103]圖29根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2900的具有局部熱源的一部分的截面圖，所述局部熱源包括電加熱器2922、2923、2924、2925、2926和2927。每一個(gè)電加熱器2922、2923、2924、2925、2926和2927可以包括由適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)用于控制提供給加熱器的電壓、電流、電功率或其組合的一根或多根電引線。例如，電加熱器2922和2923可以被用于單獨(dú)或聯(lián)合地對(duì)燃燒段2930附近的區(qū)域2932提供加熱(例如用于增大氣缸2920和活塞組件2910之間的間隙)。在另一個(gè)示例中，電加熱器2924、2925、2926和2927可以被用于加熱對(duì)應(yīng)的區(qū)域2934和2936。局部熱源例如電加熱器可以被用于提供氣缸的一個(gè)或多個(gè)空間區(qū)域的相對(duì)快速的熱控制。在某些實(shí)施例中，氣缸幾何特性(例如尺寸、形狀或上述兩者)的直接或間接測(cè)量可以由控制系統(tǒng)用于控制局部熱源。例如，每一個(gè)電加熱器2922、2923、2924、2925、2926和2927可以由控制系統(tǒng)響應(yīng)于檢測(cè)到的溫度、壓力、間隙、竄漏氣體性質(zhì)、功相互作用、任意其他合適的指標(biāo)或其任意組合來(lái)單獨(dú)控制。氣缸2920可以包括用于向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2900的合適區(qū)段供應(yīng)流體或從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)2900的合適區(qū)段排出流體(例如空氣、燃料、廢氣或其組合)的任意合適的端口 2970。
[0104]圖30根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3000的一部分的截面圖，其中包括可以被用于加熱、冷卻或上述兩種用途的流體通道3022和3024。在某些實(shí)施例中，加熱流體、冷卻流體或上述兩者可以供應(yīng)至流體通道3022和3024，流體通道3022和3024可以但不是必須互連。例如，流體可以如圖30的四個(gè)箭頭所示供應(yīng)至流體通道3022和3024以及從流體通道3022和3024排出(例如用于具有供給和返回端口的環(huán)形流體通道)。在某些實(shí)施例中，流體通道3022和3024可以是局部熱源。例如，流體通道3022和3024可以獨(dú)立可控以為相應(yīng)的區(qū)域3032和3034提供加熱。流體通道3022和3024可以通過用作用于加熱流體的管道來(lái)提供加熱，加熱流體可以包括例如先前受熱的冷卻劑、排出的流體(例如來(lái)自于燃燒段的高溫燃燒產(chǎn)物)、任意其他合適的加熱流體或其任意組合。在某些實(shí)施例中，流體通道3022和3024可以被用于加熱和冷卻氣缸3020的空間區(qū)域。例如，加熱流體可以提供給流體通道3022以提高區(qū)域3032的溫度(例如用于增大缸筒直徑和間隙)，而冷卻流體可以提供給流體通道3024以降低區(qū)域3034的溫度(例如用于減小缸筒直徑和間隙)。在另一個(gè)示例中，加熱流體或冷卻劑可以根據(jù)控制系統(tǒng)的判定結(jié)果來(lái)提供給流體通道3022。氣缸3020可以包括用于向活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3000的合適區(qū)段供應(yīng)流體或從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3000的合適區(qū)段排出流體(例如空氣、燃料、廢氣或其組合)的任意合適的端口 3070。
[0105]在某些實(shí)施例中，氣缸可以被構(gòu)造成經(jīng)歷與例如在圖22和圖27-30的背景下介紹的氣缸的受控溫度或其改變相對(duì)應(yīng)的熱變形。受控溫度或其改變可以對(duì)應(yīng)于氣缸的局部空間區(qū)域。冷卻劑、加熱流體、節(jié)流流體、電阻式加熱器、任意其他合適的用于控制溫度的部件或特征或其任意組合的使用可以允許控制系統(tǒng)控制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種或多種性質(zhì)例如間隙。
[0106]【各種方法的組合】
[0107]在某些實(shí)施例中，上述方法中的兩種或多種可以加以組合。自居中特征、流體軸承、加熱管、冷卻劑通道、可變形的氣缸套以及任意其他合適的部件或特征可以適當(dāng)?shù)亟M合以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開所述的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0108]例如，圖31根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞組件3100的具有密封件3104、流體軸承元件3108和自居中特征3106的一部分的透視圖?；钊M件3100可以包括活塞面3102、密封件3104、自居中特征3106、流體軸承元件3108、任意其他合適的部件(未示出)或其任意組合。在某些實(shí)施例中(如圖所示)，自居中特征3106可以是密封件3104的一部分。例如，密封件3104可以包括自居中特征3106，其可以是機(jī)械加工的臺(tái)階或軸承元件中的其他合適的特征。在某些實(shí)施例中(未示出)，自居中特征3106可以是活塞面3102的一部分。例如，自居中特征3106可以是臺(tái)階、一個(gè)或多個(gè)槽式凹口、漸縮部或活塞組件3100中所包括的其他特征。從任意合適的流體源供應(yīng)的氣體可以經(jīng)由內(nèi)部流體通道(未示出)在活塞組件3100中分配，并且隨后可以流過流體軸承元件3108(圖31中示為多孔，但是可以使用任意合適的軸承元件)中的任意合適的部分。
[0109]在另一個(gè)示例中，圖32根據(jù)本公開的某些實(shí)施例示出了示范性活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3200的截面圖，其中的活塞組件3210具有軸承元件3214、加熱管3250和自居中特征3212，并且其中的氣缸3230具有可變形的氣缸套3232和冷卻劑通道3236?；钊M件3210可以構(gòu)造成在由具有間隙3260的可變形氣缸套3232形成的缸筒內(nèi)平移。施加的控制為適當(dāng)壓力的氣缸套流體可以經(jīng)由端口 3233提供給通道3234以調(diào)節(jié)間隙3260。軸承流體可以提供給通道3218并從軸承元件3214流出和流入間隙3260以有助于使活塞組件3210在缸筒內(nèi)居中。自居中特征3212可以有助于使活塞組件3210在缸筒內(nèi)居中。合適的冷卻劑可以提供給氣缸3230中的冷卻劑通道3236以從氣缸3230或其中的各個(gè)部分帶走熱量。具有加注端口 3282的加熱管3250可以有助于從活塞面3202向活塞組件3210的另一部分散熱的熱量傳輸。端口 3270可以被用于供應(yīng)氧化劑和/或燃料、供應(yīng)和/或排放驅(qū)動(dòng)氣體或者排放來(lái)自于氣缸中某一段的廢氣。在某些實(shí)施例中，一種或多種方法的組合可能需要考慮一種或多種附加的因素。例如，在某些實(shí)施例中，活塞組件可以包括設(shè)置用于利用竄漏氣體提供自居中作用力的自居中特征和設(shè)置用于向間隙提供軸承流體的軸承元件。自居中特征可能因此需要一部分竄漏氣體沿間隙流動(dòng)以提供自居中作用力。在一定的條件下，竄漏氣體在間隙中的流動(dòng)可能會(huì)通過改變軸承流體在間隙中的流動(dòng)模式而影響到軸承元件的性能。因此，在自居中特征后方(相對(duì)于燃燒段)具有軸承元件的某些實(shí)施例中，竄漏氣體可以在橫穿自居中特征附近的間隙部分之后但是在進(jìn)入軸承元件附近的間隙部分之前被引導(dǎo)離開間隙。此外，在某些設(shè)置方式中，軸承元件可以包括自居中特征以及用于引導(dǎo)軸承流體的、可延伸至活塞面的孔的集合。因此，在某些這樣的實(shí)施例中，不需要采用引導(dǎo)竄漏氣體離開間隙的手段。先前的示例能夠可選地應(yīng)用于附加于燃燒段或除了燃燒段以外的氣體驅(qū)動(dòng)段。
[0110]【間隙和/或其他性質(zhì)的控制】
[0111]在某些實(shí)施例中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的操作中的一個(gè)或多個(gè)方面可以被控制或以其他方式被管理從而影響活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、間隙、任意其他合適的性質(zhì)或其任意組合。在某些實(shí)施例中，控制活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力或其他合適的性質(zhì)可以有助于管理活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中的間隙。例如，相對(duì)較大的溫差可以造成活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件的變形例如膨脹，這樣可以影響間隙?？刂茰夭詈?或溫度域可以有助于減小變形，并且相應(yīng)地可以有助于管理間隙。管理間隙可以包括管理能夠影響到間隙的任意其他合適的性質(zhì)。
[0112]圖33是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的示范性控制裝置3300的方塊圖?？刂葡到y(tǒng)3310可以與耦合至活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的一個(gè)或多個(gè)傳感器3330通信。控制系統(tǒng)3310可以被設(shè)置用于與輔助系統(tǒng)3320通信，輔助系統(tǒng)3320可以用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的各個(gè)方面或各種性質(zhì)。在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)3310可以被設(shè)置用于通過用戶接口系統(tǒng)3350與用戶互動(dòng)。
[0113]控制系統(tǒng)3310可以包括處理設(shè)備3312、通信接口 3314、傳感器接口 3316、控制接口 3318、任意其他合適的部件或模塊或其任意組合?？刂葡到y(tǒng)3310可以至少部分地在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)、終端、控制臺(tái)、手持式設(shè)備、模塊、任意其他合適的接口設(shè)備或其任意組合中實(shí)現(xiàn)。在某些實(shí)施例中，如圖33所示，控制系統(tǒng)3310的部件可以借助通信總線3311進(jìn)行通信耦合。處理設(shè)備3312可以包括處理器(例如中央處理單元)、高速緩存、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、能夠處理通過傳感器接口 3316從傳感器3330接收到的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的相關(guān)信息的任意其他合適的部件或其任意組合。傳感器接口 3316可以包括用于給傳感器3330供電的電源、信號(hào)調(diào)制裝置、信號(hào)預(yù)處理器、任意其他合適的部件或其任意組合。例如，傳感器接口 3316可以包括用于調(diào)制和預(yù)處理來(lái)自于傳感器3330的信號(hào)的濾波器、放大器、采樣器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。傳感器接口 3316可以借助通信耦合3319與傳感器3330通信，通信耦合3319可以是有線連接(例如使用IEEE802.3的以太網(wǎng)或通用串行總線接口)、無(wú)線耦合(例如使用IEEE802.11 “Wi_Fi”或藍(lán)牙)、光學(xué)耦合、感應(yīng)耦合、任意其他合適的耦合方式或其任意組合?？刂葡到y(tǒng)3310且更加具體地說是處理設(shè)備3312可以設(shè)置用于在相關(guān)的時(shí)間尺度上為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340提供控制。例如，一個(gè)或多個(gè)溫度的變化可以響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)而是可控的，并且控制可以在與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行相關(guān)的時(shí)間尺度上提供(例如響應(yīng)足夠快以避免過熱和/或部件故障)。
[0114]傳感器3330可以包括任意合適類型的傳感器，其可以被設(shè)置用于測(cè)量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的任意合適的性質(zhì)或方面。在某些實(shí)施例中，傳感器可以包括被設(shè)置用于測(cè)量輔助系統(tǒng)3320的某一方面和/或系統(tǒng)性質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)傳感器。在某些實(shí)施例中，傳感器3330可以包括溫度傳感器(例如熱電偶、電阻性溫度檢測(cè)裝置、熱敏電阻或光學(xué)溫度傳感器)，被設(shè)置用于測(cè)量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的部件的溫度、引入活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340或從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340回收的流體的溫度或者上述兩者。在某些實(shí)施例中，傳感器3330可以包括一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器(例如壓電式壓力變送器)，被設(shè)置用于測(cè)量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的某一區(qū)段(例如燃燒段或氣體驅(qū)動(dòng)段)內(nèi)的壓力、引入活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340或從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340回收的流體的壓力或者上述兩者。在某些實(shí)施例中，傳感器3330可以包括一個(gè)或多個(gè)力傳感器(例如壓電式力變送器)，被設(shè)置用于測(cè)量活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340內(nèi)的作用力例如張力、壓力或剪切力(例如可以指示摩擦力或其他相關(guān)作用力的信息)。在某些實(shí)施例中，傳感器3330可以包括一個(gè)或多個(gè)電流和/或電壓傳感器(例如耦合至活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的LEM的電流表和/或電壓表)，被設(shè)置用于測(cè)量電壓、電流、輸出功和/或輸入功(例如電流乘以電壓)、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340和/或輔助系統(tǒng)3320的任意其他合適的電性質(zhì)或其任意組合。
[0115]控制接口 3318可以包括有線連接(例如使用IEEE 802.3的以太網(wǎng)或通用串行總線接口)、無(wú)線耦合(例如使用IEEE 802.11“1丨^”、藍(lán)牙或其他的1^通信協(xié)議)、光學(xué)耦合、感應(yīng)耦合、任意其他合適的耦合方式或其任意組合，以用于與一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320通信。在某些實(shí)施例中，控制接口 3318可以包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器以為任意或全部的輔助系統(tǒng)3320提供模擬控制信號(hào)。
[0116]輔助系統(tǒng)3320可以包括冷卻系統(tǒng)3322、壓力控制系統(tǒng)3324、氣體驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)3326和/或任意其他合適的控制系統(tǒng)3328。冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以包括泵、流體容器、壓力調(diào)節(jié)裝置、旁路裝置、散熱器、流體管道、電功率電路(例如用于電加熱器)、任意其他合適的部件或其任意組合以為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340提供冷卻、加熱或上述兩者。壓力控制系統(tǒng)3324可以包括泵、壓縮機(jī)、流體容器、壓力調(diào)節(jié)裝置、流體管道、任意其他合適的部件或其任意組合以為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340提供(并且可選地接收)壓力受控的流體。氣體驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)3326可以包括壓縮機(jī)、氣體容器、壓力調(diào)節(jié)裝置、流體管道、任意其他合適的部件或其任意組合以為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340提供(并且可選地接收)驅(qū)動(dòng)氣體。在某些實(shí)施例中，其他的系統(tǒng)3328可以包括裝有閥的系統(tǒng)例如凸輪操作的系統(tǒng)或螺線管系統(tǒng)以為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340提供氧化劑和/或燃料。
[0117]用戶接口 3315可以包括有線連接(例如使用IEEE 802.3的以太網(wǎng)或通用串行總線接口、口環(huán)式密封的RCA型連接)、無(wú)線耦合(例如使用IEEE 802.11 “Wi_Fi”、紅外或藍(lán)牙)、光學(xué)耦合、感應(yīng)耦合、任意其他合適的耦合方式或其任意組合，以用于與一個(gè)或多個(gè)用戶接口系統(tǒng)3350通信。用戶接口系統(tǒng)3350可以包括顯示器3352、鍵盤3354、鼠標(biāo)3356、音頻設(shè)備3358、任意其他合適的用戶接口設(shè)備或其任意組合。顯示器3352可以包括顯示屏例如陰極射線管顯示屏、液晶顯示屏、發(fā)光二極管顯示屏、等離子顯示屏、任意其他合適的能夠向用戶提供圖形、文字、圖像或其他視覺信息的顯示屏或其任意組合。在某些實(shí)施例中，顯示器3352可以包括觸摸屏，其可以通過例如在顯示屏上給出一條或多條軟件指令來(lái)提供與用戶的觸摸式互動(dòng)。顯示器3352可以顯示關(guān)于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340、控制系統(tǒng)3310、輔助系統(tǒng)3320、用戶接口系統(tǒng)3350的任意合適的信息(例如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的某一性質(zhì)的時(shí)間序列)、任意其他合適的信息或其任意組合。鍵盤3354可以包括QWERTY鍵盤、數(shù)字式小鍵盤、任意其他合適的硬件指令按鈕的集合或其任意組合。鼠標(biāo)3356可以包括任意合適的能夠控制在顯示屏上顯示的圖形化用戶界面上的光標(biāo)或圖表的點(diǎn)擊設(shè)備。鼠標(biāo)3356可以包括手持式設(shè)備(例如能夠二維或三維地運(yùn)動(dòng))、觸摸板、任意其他合適的點(diǎn)擊設(shè)備或其任意組合。音頻設(shè)備3358可以包括麥克風(fēng)、話筒、耳機(jī)、任意其他合適的用于提供和/或接收音頻信號(hào)的設(shè)備或其任意組合。例如，音頻設(shè)備3358可以包括麥克風(fēng)，且處理設(shè)備3312可以處理通過用戶對(duì)麥克風(fēng)說話生成的、經(jīng)由用戶接口 3315接收的音頻指令。
[0118]在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)3310可以被設(shè)置用于通過接收一項(xiàng)或多項(xiàng)用戶輸入來(lái)提供人工控制。例如，在某些實(shí)施例中，控制系統(tǒng)3310可以基于傳感器的反饋超馳自動(dòng)控制設(shè)定，并將用于輔助系統(tǒng)3320的控制信號(hào)建立在針對(duì)用戶接口系統(tǒng)3350的一項(xiàng)或多項(xiàng)用戶輸入的基礎(chǔ)之上。在另一個(gè)示例中，用戶可以輸入用于一個(gè)或多個(gè)控制變量(例如溫度、壓力、流速、輸入功/輸出功或其他變量)的設(shè)定值，并且控制系統(tǒng)3310可以基于設(shè)定值來(lái)執(zhí)行控制算法。
[0119]在某些實(shí)施例中，操作特征(也就是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340或輔助系統(tǒng)3320的期望性質(zhì)取值的集合)可以由廠商、用戶或以上兩者預(yù)定義。例如，特定的操作特征可以存儲(chǔ)在處理設(shè)備3312的存儲(chǔ)器中，并且可以被訪問以提供一種或多種控制信號(hào)。在某些實(shí)施例中，可以由用戶更改一種或多種操作特征。裝置3300可以被用于保持、調(diào)節(jié)或以其他方式管理所述的操作特征。
[0120]圖34是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的間隙的示范性步驟的流程圖3400。
[0121]步驟3402可以包括利用傳感器3330檢測(cè)間隙指標(biāo)。間隙指標(biāo)可以是(例如冷卻齊U、加熱流體、氣缸、活塞或其他部件或其中的一部分的)溫度、壓力、作用力、距離(例如間隙)、功相互作用(例如電磁功輸出)、材料(例如竄漏氣體或其性質(zhì))、任意其他合適的可檢測(cè)性質(zhì)或其任意組合。傳感器接口 3316可以接收來(lái)自于傳感器3330的間隙指標(biāo)的狀態(tài)和/或進(jìn)行預(yù)處理，并向處理設(shè)備3312輸出傳感器信號(hào)。在某些實(shí)施例中，間隙指標(biāo)可以存儲(chǔ)并與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種或多種工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。例如，氣缸溫度可以與燃料流量相關(guān)聯(lián)，并存儲(chǔ)為數(shù)學(xué)表達(dá)式或表。因此，步驟3402可以包括檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種或多種工作狀態(tài)，并重新調(diào)用存儲(chǔ)的可用于進(jìn)一步處理的氣缸溫度值。
[0122]步驟3404可以包括處理設(shè)備3312至少部分地基于步驟3402中檢測(cè)到的間隙指標(biāo)來(lái)確定控制響應(yīng)。處理設(shè)備3312可以從傳感器接口 3316接收傳感器信號(hào)并基于傳感器信號(hào)執(zhí)行一種或多種處理函數(shù)。處理函數(shù)可以包括在公式或其他的數(shù)學(xué)表達(dá)式中輸入傳感器信號(hào)值、在查詢表或其他的數(shù)據(jù)庫(kù)中使用傳感器信號(hào)值、任意其他合適的處理或其組合。處理設(shè)備3312可以基于一種或多種處理函數(shù)的輸出確定控制響應(yīng)。例如，算出的值可以與預(yù)定的閾值相比較以確定合適的控制響應(yīng)。在另一個(gè)示例中，一個(gè)或多個(gè)算出的值可以被輸入控制算法(例如比例-積分-微分(PID)控制算法)，然后即可確定一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)值。
[0123]步驟3406可以包括處理設(shè)備3312至少部分地根據(jù)步驟3404中確定的控制響應(yīng)利用控制接口 3318向一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)可以是模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)或其組合(例如模擬信號(hào)與數(shù)字時(shí)序信號(hào)的組合)，其可以被提供作為電信號(hào)(例如利用線纜)、電磁信號(hào)(例如利用IEEE 802.11 “Wi_Fi”或藍(lán)牙接收器/發(fā)射器)、光信號(hào)(例如利用光纖電纜)、感應(yīng)信號(hào)(例如利用合適的感應(yīng)線圈)或其他合適的信號(hào)類型。
[0124]步驟3408可以包括一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320接收在步驟3406獲得的用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的間隙或其他性質(zhì)的控制信號(hào)。一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320可以基于提供的控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)壓力、溫度、流速、流動(dòng)路線、電流、電壓、電功率、實(shí)現(xiàn)任意其他合適的調(diào)節(jié)或其任意組合。如圖34中的虛線箭頭所示，任意或全部的步驟3402-3408可以重復(fù)執(zhí)行以允許閉環(huán)控制。在某些實(shí)施例中，可以使用開環(huán)方法，其中步驟3402可以(但不是必須)省略，并且開環(huán)地執(zhí)行步驟3404-3408。
[0125]在某些設(shè)置方式中，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸和/或活塞組件或其中包含的流體的溫度域可以是間隙的主要且方便的指標(biāo)，并且溫度域可以相應(yīng)地被主動(dòng)調(diào)節(jié)以調(diào)節(jié)間隙。在示范性的示例中，步驟3402可以包括檢測(cè)溫度例如氣缸溫度或冷卻劑(例如提供給活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的冷卻劑通道的冷卻劑)的溫度。步驟3404可以包括確定如何調(diào)節(jié)溫度域以保持或以其他方式管理間隙，而步驟3406可以包括向合適的輔助系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。例如，氣缸溫度可以通過降低冷卻劑的流速而升高，這樣可以通過熱膨脹而增大間隙。在另一個(gè)示例中，氣缸溫度可以通過增加冷卻劑的流速而降低，這樣可以通過熱收縮而減小間隙。在另一個(gè)示例中，可以調(diào)節(jié)在多于一組流體通道中的冷卻劑或加熱流體的流量以控制氣缸中多個(gè)區(qū)域的溫度域(例如參見圖22)。參照先前的示例，可以基于步驟3406的控制信號(hào)，通過調(diào)節(jié)例如流量控制閥、泵的轉(zhuǎn)速、旁路流量控制閥、壓力調(diào)節(jié)裝置、任意其他合適的用于控制流速的控制裝置或其任意組合來(lái)調(diào)節(jié)冷卻劑或加熱流體的流量。在另一個(gè)示范性示例中，步驟3402可以包括檢測(cè)溫度例如在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)的加熱管的溫度(例如加熱管或其中的加熱管流體的溫度)。步驟3404可以包括確定如何調(diào)節(jié)溫度域以保持或以其他方式管理間隙，而步驟3406可以包括向合適的輔助系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。例如，加熱管溫度可以通過增加加熱管內(nèi)的流體的壓力(例如通過向加熱管中加入流體或減小加熱管的體積)而升高，這樣可以增大間隙。在另一個(gè)示例中，加熱管溫度可以通過降低加熱管的壓力(例如通過從加熱管排出流體或增大加熱管的體積)而降低，這樣可以減小間隙。參照先前的示例，可以基于步驟3406的控制信號(hào)，通過調(diào)節(jié)例如流量控制閥、壓力調(diào)節(jié)裝置、止回閥、任意其他合適的用于控制加熱管壓力的控制裝置和加熱管中所包括的適當(dāng)?shù)牧黧w端口或其任意組合來(lái)調(diào)節(jié)(例如具有流體端口或其他可調(diào)節(jié)特征的)加熱管內(nèi)的流體的性質(zhì)。
[0126]圖35是根據(jù)本公開的某些實(shí)施例用于調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的一種或多種性質(zhì)的示范性步驟的流程圖3500。
[0127]在某些實(shí)施例中，可以利用一個(gè)或多個(gè)傳感器3330檢測(cè)間隙指標(biāo)。傳感器接口3316可以從傳感器3330接收原始信號(hào)并向處理設(shè)備3312提供傳感器信號(hào)。例如，步驟3502可以包括利用溫度傳感器例如定位成與氣缸的一部分相接觸或定位在氣缸的一部分附近(例如燃燒段附近)的熱電偶來(lái)檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的氣缸溫度。在某些情況下，氣缸溫度的升高可以表示能夠影響間隙的冷卻不足。在另一個(gè)示例中，步驟3504可以包括利用溫度傳感器例如定位成與活塞組件的一部分相接觸或定位在活塞組件的一部分附近(例如活塞面附近)的熱電偶來(lái)檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的活塞溫度。在某些情況下，活塞溫度的升高可以表示能夠影響間隙的冷卻不足。在另一個(gè)示例中，步驟3506可以包括利用溫度傳感器例如定位成與流體相接觸或定位在流體附近(例如利用合適的測(cè)量端口插入到流體管道中)的熱電偶來(lái)檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340中的流體(例如可以提供給活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340或者從活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340排出的冷卻劑、加熱流體或廢氣)的溫度。例如，在某些情況下，冷卻劑溫度的升高可以表示能夠影響間隙的冷卻不足。在另一個(gè)示例中，步驟3507可以包括利用壓力傳感器例如定位成與冷卻劑相接觸或定位在冷卻劑附近(例如利用合適的測(cè)量端口插入到管道中)的壓電變送器來(lái)檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340中的燃燒段、氣體驅(qū)動(dòng)段、間隙、冷卻劑、加熱流體、任意其他的流體或其任意組合的壓力。在另一個(gè)示例中，步驟3508可以包括利用力傳感器和/或溫度傳感器例如定位成與部件的接口相接觸或定位在部件的接口附近的壓電變送器和/或熱電偶來(lái)檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340中的部件之間的摩擦。在某些情況下，摩擦效果(例如摩擦力或摩擦產(chǎn)生的熱)的增強(qiáng)可以表示間隙不足。在另一個(gè)示例中，步驟3509可以包括檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340中的間隙的一種或多種性質(zhì)。所述的一種或多種性質(zhì)可以包括間隙的厚度(例如利用接近度傳感器譬如感應(yīng)傳感器)、間隙的不對(duì)稱性(例如利用多個(gè)接近度傳感器譬如感應(yīng)傳感器)、竄漏氣體的溫度(例如利用溫度傳感器)、竄漏氣體的壓力(例如利用壓力傳感器)、竄漏氣體的組成(例如利用氣體傳感器譬如光波導(dǎo)吸收傳感器)以及其他合適的性質(zhì)或其任意組合。在另一個(gè)示例中，步驟3510可以包括利用電磁傳感器(例如電壓表、電流表或功率表)、壓力變送器(例如檢測(cè)壓力以用于計(jì)算平均有效壓力(MEP)譬如指示MEP、制動(dòng)MEP和/或摩擦MEP)或其他合適的傳感器檢測(cè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的功相互作用以提供間隙的指示。在某些情況下，功輸出的減小或功輸入需求的增加可以指示間隙不足和/或過大。
[0128]步驟3512可以包括處理設(shè)備3312至少部分地根據(jù)任意或全部的在步驟3502、3504,3506,3508和3510中檢測(cè)到的間隙指標(biāo)來(lái)確定控制響應(yīng)。處理設(shè)備3312可以從傳感器接口 3316接收傳感器信號(hào)并基于傳感器信號(hào)執(zhí)行一種或多種處理函數(shù)。處理函數(shù)可以包括在公式或其他的數(shù)學(xué)表達(dá)式中輸入傳感器信號(hào)值、在查詢表或其他的數(shù)據(jù)庫(kù)中使用傳感器信號(hào)值、任意其他合適的處理或其組合。處理設(shè)備3312可以基于一種或多種處理函數(shù)的輸出確定控制響應(yīng)。例如，算出的值可以與預(yù)定的閾值相比較以確定合適的控制響應(yīng)。在另一個(gè)示例中，一個(gè)或多個(gè)算出的值可以被輸入控制算法(例如PID控制算法)，然后即可確定一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)值。
[0129]步驟3514可以包括處理設(shè)備3312至少部分地根據(jù)步驟3512中確定的控制響應(yīng)利用控制接口 3318向一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320提供控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)可以是模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)或其組合(例如模擬信號(hào)與數(shù)字時(shí)序信號(hào)的組合)，其可以被提供作為電信號(hào)(例如利用線纜)、電磁信號(hào)(例如利用IEEE 802.11 “Wi_Fi”或藍(lán)牙接收器/發(fā)射器)、光信號(hào)(例如利用光纖電纜)、感應(yīng)信號(hào)(例如利用合適的感應(yīng)線圈)或其他合適的信號(hào)類型。
[0130]在某些實(shí)施例中，步驟3514中的控制信號(hào)可以由一個(gè)或多個(gè)輔助系統(tǒng)3320接收，所述輔助系統(tǒng)3320可以調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的間隙或其他性質(zhì)。例如，如步驟3516所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由冷卻/加熱系統(tǒng)3322接收，冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以調(diào)節(jié)冷卻劑或加熱流體的溫度。冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以包括溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器或其他的溫度調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)在步驟3516提供給活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的冷卻劑或加熱流體的溫度。在另一個(gè)示例中，步驟3516可以包括調(diào)節(jié)一種或多種節(jié)流性質(zhì)以控制節(jié)流流體溫度的冷卻/加熱系統(tǒng)3322。在另一個(gè)示例中，如步驟3518所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由冷卻/加熱系統(tǒng)3322接收，冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以調(diào)節(jié)冷卻劑或加熱流體的流速。冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以包括流量調(diào)節(jié)裝置(例如計(jì)量閥或孔板)，可以根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)在步驟3518提供給活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的冷卻劑或加熱流體的流速。在另一個(gè)示例中，步驟3518可以包括調(diào)節(jié)一種或多種節(jié)流性質(zhì)以控制節(jié)流流體流速的冷卻/加熱系統(tǒng)3322。在另一個(gè)示例中，如步驟3520所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由冷卻/加熱系統(tǒng)3322接收，冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以在步驟3520調(diào)節(jié)冷卻劑或加熱流體的流動(dòng)路線。冷卻/加熱系統(tǒng)3322可以包括一個(gè)或多個(gè)閥、節(jié)氣門或其他的流量控制裝置，可以根據(jù)控制信號(hào)引導(dǎo)和控制提供給活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的去往和/或來(lái)自一條或多條流體通道的冷卻劑或加熱流體的流速。在另一個(gè)示例中，如步驟3522所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由壓力控制系統(tǒng)3324接收，壓力控制系統(tǒng)3324可以在步驟3522調(diào)節(jié)加熱管的一種或多種性質(zhì)。壓力控制系統(tǒng)3324可以包括一個(gè)或多個(gè)閥以及流體容器，并且可以根據(jù)控制信號(hào)(例如通過向加熱管供應(yīng)流體或從加熱管排出流體來(lái))調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的加熱管內(nèi)的流體壓力。在另一個(gè)示例中，如步驟3524所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由壓力控制系統(tǒng)3324接收，壓力控制系統(tǒng)3324可以調(diào)節(jié)用于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的可變形氣缸套的氣缸套流體的壓力和/或流量。壓力控制系統(tǒng)3324可以包括一個(gè)或多個(gè)閥、泵以及流體容器，并且可以根據(jù)控制信號(hào)(例如通過升高或降低氣缸套通道中的壓力來(lái))調(diào)節(jié)氣缸套流體的壓力和/或流速，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的可變形氣缸套的變形。在另一個(gè)示例中，如步驟3526所示，步驟3514中的控制信號(hào)可以由其他的系統(tǒng)3328接收，其他的系統(tǒng)3328可以調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的一種或多種性質(zhì)。其他的系統(tǒng)3328可以包括任意合適的部件以用于實(shí)現(xiàn)在步驟3526至少部分地根據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340的一種或多種性質(zhì)。例如，其他的系統(tǒng)3328可以包括被設(shè)置用于向內(nèi)置在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)3340中的一個(gè)或多個(gè)電阻式加熱器提供電力的電源，并且步驟3526可以包括調(diào)節(jié)提供給電阻式加熱器的電壓、電流或上述兩者。
[0131]流程圖3400-3500中任意的示范性步驟均可根據(jù)本公開而與其他的步驟組合、省略、重新設(shè)置或以其他方式更改。
[0132]上述內(nèi)容僅僅是本公開原理的示范性說明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以完成各種變型而并不背離本公開的范圍。為了示范性且非限制性的目的給出上述的實(shí)施例。本公開也可以采用與本文明確介紹的內(nèi)容不同的多種形式。因此，要強(qiáng)調(diào)的是本公開并不局限于明確公開的方法、系統(tǒng)和裝置，而是應(yīng)該理解為包括落在所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)以內(nèi)的、本公開的各種修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種組件，所述組件被構(gòu)造用于沿活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的缸筒的軸線平移，所述組件包括: 活塞面，所述活塞面被構(gòu)造用于接觸所述氣缸的一段，所述氣缸段能夠包含流體；以及 至少一根加熱管，所述至少一根加熱管與所述活塞面直接或間接地?zé)峤佑|。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述至少一根加熱管的第一部分和所述活塞面被構(gòu)造用于在彼此之間傳輸熱量，并且其中所述至少一根加熱管的第二部分和熱容器被構(gòu)造用于在彼此之間傳輸熱量。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述熱容器包括軸承元件、間隙、氣缸的缸筒表面和活塞桿中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括在所述至少一根加熱管中包含的流體。
5.如權(quán)利要求4所述的組件，其中所述流體包括能夠在所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間經(jīng)歷液相/氣相轉(zhuǎn)換的流體。
6.如權(quán)利要求4所述的組件，其中所述流體是從由水、乙醇、氨水、鈉及其任意組合構(gòu)成的組中選出。
7.如權(quán)利要求4所述的組件，其中所述至少一根加熱管能夠被密封以保持在所述至少一根加熱管中包含的流體的體積恒定。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括耦合至所述至少一根加熱管的一個(gè)或多個(gè)流體端口，其中所述流體端口允許向所述至少一根加熱管供應(yīng)流體或從所述至少一根加熱管中移除流體。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述至少一根加熱管包括從由銅、鋁、鋼、不銹鋼、鎳合金和青銅構(gòu)成的組中選出的至少一種材料。
10.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括活塞框架，其中所述活塞面剛性連接至所述活塞框架，并且其中所述至少一根加熱管剛性連接至所述活塞框架。
11.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述氣缸段包括燃燒段和氣體驅(qū)動(dòng)段中的至少一種。
12.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括至少一個(gè)軸承元件，所述至少一個(gè)軸承元件被構(gòu)造用于向所述組件和所述氣缸之間形成的間隙中提供流動(dòng)的軸承流體。
13.如權(quán)利要求12所述的組件，其中所述軸承元件被固定至所述組件，并且其中所述組件進(jìn)一步包括輸送通道，所述輸送通道被構(gòu)造用于從流體源接收軸承流體以及向所述軸承元件提供軸承流體。
14.如權(quán)利要求1所述的組件,其中所述氣缸段中包含的流體包括氣體,并且其中來(lái)自所述氣缸段的竄漏氣體從所述氣缸段經(jīng)過所述組件和所述氣缸之間的間隙軸向流動(dòng)離開，并且其中所述活塞包括利用竄漏氣體的流動(dòng)提供自居中的特征或部件。
15.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述組件被構(gòu)造用于無(wú)油操作。
16.—種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸,所述氣缸包括: 具有一軸線的缸筒，所述缸筒被構(gòu)造用于包含沿所述軸線運(yùn)動(dòng)的活塞；以及 至少一根加熱管，所述至少一根加熱管與所述缸筒直接或間接地?zé)峤佑|。
17.如權(quán)利要求16所述的氣缸，其中所述至少一根加熱管的第一部分和所述缸筒被構(gòu)造用于在彼此之間傳輸熱量，并且其中所述至少一根加熱管的第二部分和熱容器被構(gòu)造用于在彼此之間傳輸熱量。
18.如權(quán)利要求17所述的氣缸，進(jìn)一步包括一條或多條冷卻劑通道，其中所述熱容器在所述一條或多條冷卻劑通道中包括冷卻劑。
19.如權(quán)利要求16所述的氣缸，進(jìn)一步包括在所述至少一根加熱管中包含的流體。
20.如權(quán)利要求19所述的氣缸，其中所述流體包括能夠在所述活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間經(jīng)歷液相/氣相轉(zhuǎn)換的流體。
21.如權(quán)利要求19所述的氣缸，其中所述流體是從由水、乙醇、氨水、鈉及其任意組合構(gòu)成的組中選出。
22.如權(quán)利要求19所述的氣缸，其中所述至少一根加熱管能夠被密封以保持在所述至少一根加熱管中包含的流體的體積恒定。
23.如權(quán)利要求16所述的氣缸，進(jìn)一步包括耦合至所述至少一根加熱管的一個(gè)或多個(gè)流體端口，其中所述流體端口允許向所述至少一根加熱管供應(yīng)流體或從所述至少一根加熱管中移除流體。
24.如權(quán)利要求16所述的氣缸，其中所述至少一根加熱管包括從由銅、鋁、鋼、不銹鋼、鎳合金和青銅構(gòu)成的組中選出的至少一種材料。
25.如權(quán)利要求16所述的氣缸，其中所述至少一根加熱管以大于缸筒直徑的直徑環(huán)繞所述缸筒的中心軸線設(shè)置。
26.如權(quán)利要求16所述的氣缸,進(jìn)一步包括至少一個(gè)軸承元件,所述至少一個(gè)軸承元件被構(gòu)造用于向所述活塞和所述氣缸之間形成的間隙中提供流動(dòng)的軸承流體。
27.如權(quán)利要求26所述的氣缸，其中所述軸承元件被固定至所述氣缸，并且其中所述氣缸進(jìn)一步包括輸送通道，所述輸送通道被構(gòu)造用于從流體源接收軸承流體以及向所述軸承元件提供軸承流體。
28.如權(quán)利要求26所述的氣缸，其中所述軸承元件被固定至所述活塞，并且其中所述活塞進(jìn)一步包括輸送通道，所述輸送通道被構(gòu)造用于從流體源接收軸承流體以及向所述軸承元件提供軸承流體。
29.如權(quán)利要求16所述的氣缸，進(jìn)一步包括能夠包含流體的氣缸段，所述流體包括氣體，其中來(lái)自所述氣缸段的竄漏氣體從所述氣缸段經(jīng)過所述活塞和所述氣缸之間的間隙軸向流動(dòng)離開，并且其中所述活塞包括利用竄漏氣體的流動(dòng)提供自居中的特征或部件。
30.如權(quán)利要求16所述的氣缸，其中所述氣缸被構(gòu)造用于無(wú)油操作。
【文檔編號(hào)】F16J1/08GK104136715SQ201280069298
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】M·斯維塞克, J·勞勒, S·米勒 申請(qǐng)人:埃塔熱發(fā)電機(jī)股份有限公司