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1、10申请公布号CN104145084A43申请公布日20141112CN104145084A21申请号201280069300422申请日2012122113/340,53720111229US13/340,53820111229US13/340,53420111229US13/340,54420111229USF01B23/10200601F16J1/08200601F16J10/04200601F16C29/02200601F02B63/0420060171申请人埃塔热发电机股份有限公司地址美国加利福尼亚72发明人J劳勒M斯维塞克74专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所1103。
2、8代理人柳爱国54发明名称用于管理活塞式发动机中的间隙的方法和系统57摘要一种活塞式发动机可以包括活塞组件和气缸之间的非接触式轴承。活塞可以被设置用于在气缸的缸筒中平移，并且非接触式轴承可以被包括在活塞组件和缸筒之间的间隙中。轴承流体可以经由活塞组件和/或气缸提供给间隙以形成非接触式轴承。轴承元件可以被用于引导或以其他方式管理轴承流体在间隙中的流动。轴承元件可以包括一个或多个孔、多孔部分和/或通道以用于将轴承流体引导至间隙。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014080886PCT国际申请的申请数据PCT/US2012/0715252012122187PCT国际申请的公布数据WO。
3、2013/101786EN2013070451INTCL权利要求书2页说明书23页附图18页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书23页附图18页10申请公布号CN104145084ACN104145084A1/2页21一种组件，包括气缸，所述气缸包括缸筒和能够包含流体的气缸段；活塞组件，所述活塞组件能够沿所述缸筒的轴线轴向平移，其中所述活塞组件包括活塞面；以及至少一个轴承元件，所述至少一个轴承元件被构造用于向所述活塞组件和所述气缸之间形成的间隙中提供流动的轴承流体。2如权利要求1所述的组件，其中所述轴承元件被附连至所述活塞组件，并且其中所述活塞组件进一步包括输送。
4、通道，其中所述输送通道被构造用于从流体源接收轴承流体以及向所述轴承元件提供轴承流体。3如权利要求2所述的组件，其中所述轴承元件包括多孔的环状元件，所述多孔的环状元件允许轴承流体从所述输送通道经过孔隙径向向外流动至所述间隙。4如权利要求2所述的组件，其中所述轴承元件包括一个或多个径向孔，所述一个或多个径向孔被构造用于允许轴承流体从所述输送通道径向向外流动至所述间隙。5如权利要求1所述的组件，其中所述轴承元件被附连至所述气缸，并且其中所述气缸进一步包括输送通道，其中所述输送通道被构造用于从流体源接收轴承流体以及向所述轴承元件提供轴承流体。6如权利要求1所述的组件，其中所述轴承元件包括石墨元件、具有。
5、机械加工特征的金属元件、烧结金属元件、多孔陶瓷元件和无孔陶瓷元件中的至少一种。7如权利要求1所述的组件，其中所述轴承流体包括空气。8如权利要求1所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，并且其中所述活塞组件进一步包括利用来自所述气缸段的窜漏气体的流动提供自居中的特征或部件。9如权利要求1所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，所述组件进一步包括一条或多条通道，所述一条或多条通道被构造用于限定窜漏气体从所述轴承元件附近的一部分间隙流动离开的路线。10如权利要求1所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，并且其中所述活塞组件进一步包括迷宫式密封件，所述迷宫式密封件被构造用于影响。
6、窜漏气体的流动。11如权利要求10所述的组件，其中所述迷宫式密封件包括多个周向凹槽。12如权利要求1所述的组件，其中所述轴承流体的流动被构造用于在所述间隙中形成流体层。13如权利要求12所述的组件，其中所述流体层有助于使所述活塞组件相对于所述缸筒的轴线居中。14如权利要求1所述的组件，其中所述气缸段包括燃烧段和气体驱动段中的至少一种，并且其中所述活塞面被构造用于接触所述气缸段。15如权利要求1所述的组件，其中所述组件被构造用于无油操作。16一种组件，所述组件被构造用于沿气缸的的轴线轴向平移，所述气缸包括能够包含流体的气缸段，所述组件包括活塞面，所述活塞面被构造用于接触所述气缸段；以及至少一个轴。
7、承元件，所述至少一个轴承元件被构造用于向所述组件的表面提供向外流动的轴承流体，其中所述组件并不接触所述气缸。权利要求书CN104145084A2/2页317如权利要求16所述的组件，进一步包括输送通道，其中所述输送通道被构造用于从流体源接收轴承流体以及向所述轴承元件提供轴承流体。18如权利要求17所述的组件，其中所述轴承元件包括多孔的环状元件，所述多孔的环状元件允许轴承流体从所述输送通道经过孔隙径向向外流动至所述组件的表面。19如权利要求17所述的组件，其中所述轴承元件包括一个或多个径向孔，所述一个或多个径向孔被构造用于允许轴承流体从所述输送通道径向向外流动至所述组件的表面。20如权利要求16。
8、所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，所述活塞组件进一步包括利用来自所述气缸段的窜漏气体的流动提供自居中的特征。21如权利要求16所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，所述组件进一步包括迷宫式密封件，所述迷宫式密封件被构造用于影响窜漏气体的流动。22如权利要求16所述的组件，其中所述气缸段中包含的流体包括气体，所述组件进一步所述一条或多条通道，所述一条或多条通道被构造用于限定来自流体段的窜漏气体从所述组件的表面流动离开的路线。23如权利要求16所述的组件，其中所述轴承流体包括空气。24如权利要求16所述的组件，其中所述气缸段包括燃烧段和气体驱动段中的至少一种，并且其中所述活。
9、塞面被构造用于接触所述气缸段。25如权利要求16所述的组件，其中所述组件被构造用于无油操作。26一种活塞式发动机的气缸，所述气缸包括能够容纳活塞的缸筒，所述活塞可以沿所述缸筒的轴线运动；以及至少一个轴承元件，所述至少一个轴承元件被构造用于向所述缸筒提供流动的轴承流体，其中所述活塞并不接触所述气缸。27如权利要求26所述的气缸，进一步包括输送通道，所述输送通道被构造用于从流体源接收轴承流体以及向所述轴承元件提供轴承流体。28如权利要求27所述的气缸，其中所述轴承元件包括多孔的环状元件，所述多孔的环状元件被构造用于允许轴承流体从所述输送通道经过孔隙径向向内流动至所述缸筒。29如权利要求27所述的气。
10、缸，其中所述轴承元件包括一个或多个径向孔，所述一个或多个径向孔被构造用于允许轴承流体从所述输送通道径向向内流动至所述缸筒。30如权利要求26所述的气缸，其中所述气缸被构造用于无油操作。权利要求书CN104145084A1/23页4用于管理活塞式发动机中的间隙的方法和系统背景技术0001随着发动机的压缩比增加，在保持特定的缸径行程比BORETOSTROKERATIO的同时，在上止点TDC处的面容比SURFACETOVOLUMERATIO增加、温度升高且压力升高。这样具有三种主要的后果1来自燃烧室的传热增加，2燃烧定相变得困难，以及3摩擦和机械损失增加。因为热边界层随着在TDC处的纵横比也就是缸筒。
11、直径与燃烧室的长度之比变小而变成总容积的更大的一部分，所以传热增加。燃烧定相和实现完全燃烧都因为在TDC处实现的小容积而存在挑战。燃烧室压力的升高直接转化为作用在发动机部件上的作用力的增大。这些大的作用力可以使得发动机中的机械连接件例如活塞销、活塞杆、曲轴和受压自紧密封环过载，由此导致摩擦、磨损和/或故障的增加。0002与线性活塞式发动机相关联的主要挑战在于将活塞的动能高效地转化为机械功和/或电能。活塞和气缸壁之间的空间在本文中称作“间隙”是保持活塞对正、避免活塞和气缸壁接触以及相关的摩擦损失并且控制经过活塞的气体泄漏例如窜漏气体的关键所在。间隙可以通过作用在活塞上的不平衡作用力、热致膨胀或收。
12、缩例如固体变形、变化的发动机状态或其他的相关因素而受到影响。间隙、活塞温度、气缸温度或其组合的管理在某些应用中可以是合乎需要的。发明内容0003在某些实施例中，一种活塞式发动机可以包括活塞和气缸组件，所述活塞和气缸组件可以在气缸的缸筒和活塞组件之间的间隙中包括流体轴承。活塞组件能够在缸筒中轴向平移，并且活塞面可以面向气缸的一端接触气缸的燃烧段。至少一个轴承元件可以提供向缸筒和活塞组件之间的间隙中流动的轴承流体以形成流体轴承。在某些实施例中，轴承元件可以是活塞组件的一部分，提供轴承流体的径向向外的流动，并且活塞组件可以包括用于引导轴承流体的流体通道。在某些实施例中，轴承元件可以是气缸的一部分，提。
13、供轴承流体的径向向内的流动，并且气缸可以包括用于引导轴承流体的流体通道。轴承元件可以包括孔、喷射面、任意其他合适的流体出口或其任意组合以用于向间隙提供轴承流体。0004在某些实施例中，一种活塞式发动机可以包括活塞和气缸组件，所述活塞和气缸组件包括具有自居中特征的活塞和气缸。活塞可以被构造成在气缸的缸筒中轴向平移。0005在某些实施例中，活塞可以是在气缸的缸筒中轴向平移的活塞组件的一部分。气缸可以包括能够包含燃烧产物的燃烧段。来自燃烧段的窜漏气体可以从燃烧段轴向流出，经过活塞面，流过活塞和气缸之间的间隙。自居中特征可以利用窜漏气体的流动在活塞上提供自居中的作用力。自居中特征可以是台阶、一个或多个。
14、槽式凹口、渐缩部、任意其他合适的特征或其任意组合。0006在某些实施例中，一种活塞式发动机可以包括具有一根或多根加热管的活塞组件。活塞组件可以被构造成在气缸的缸筒中轴向平移。气缸可以包括能够包含燃烧产物的燃烧段，并且相应地活塞组件的活塞面可以经受温度的升高。在某些实施例中，加热管可以与活塞面热接触，并且还能够从活塞面向热容器传输热量。加热管的第一部分可以从活塞说明书CN104145084A2/23页5面接收热量，并且加热管的第二部分可以向热容器传输热量。加热管可以包括流体例如水、乙醇、氨水或者可以经历气相液相转换的钠。0007在某些实施例中，一种活塞式发动机可以包括被构造成同轴地定位在活塞式发。
15、动机的气缸中的气缸套。气缸套可以包括能够与能在气缸套中轴向平移的活塞组件形成间隙的内表面。气缸套还可以包括与活塞式发动机的气缸对接的外表面。外表面和气缸之间的对接可以包括可用作压力受控的流体所用管道的流体通道。气缸套可以被构造成至少部分地基于压力受控的流体径向收缩或膨胀，并且由此可以调节间隙。0008在某些实施例中，一种活塞式发动机可以包括一条或多条流体通道，被构造成为气缸提供局部的、选择性的、快速响应的、或以其他方式受控的加热或冷却。提供给流体通道的流速、温度、压力或其组合可以由控制系统调节以控制活塞式发动机的温度。在某些实施例中，气缸可以包括一个或多个局部热源例如可以由控制系统控制以提供局。
16、部加热的一个或多个电加热器。0009在某些实施例中，可以控制活塞式发动机中同轴的活塞组件和气缸之间的间隙。可以利用一个或多个传感器检测至少一种指标例如温度、压力、功相互作用WORKINTERACTION和/或间隙的其他合适的指标。控制响应可以由处理设备至少部分地基于所述指标来确定。处理设备可以使用控制接口以至少部分地基于控制响应向活塞式发动机的至少一个辅助系统提供控制信号。至少一个辅助系统可以至少部分地基于控制信号调节间隙。附图说明0010本公开的上述和其他特征、其实质和各种优点将在结合附图考虑以下的详细说明之后变得更加显而易见，在附图中0011图1根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发。
17、动机的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件、气体弹簧和作为气缸的一部分被包括在内的集成的线性电磁机器LEM；0012图2根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件、气体弹簧和集成的线性电磁机器LEM；0013图3根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机的截面图，所述活塞式发动机具有包括两个活塞的活塞组件、单独的气体弹簧和集成的LEM；0014图4根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机的截面图，所述活塞式发动机具有两个活塞组件、单独的气体弹簧和两个集成的LEM；0015图5根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的具有自居中特征的一。
18、部分的透视图；0016图6根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中窜漏气体来自于燃烧段；0017图7根据本公开的某些实施例示出了图6中的示范性活塞组件和气缸的截面图，其中活塞组件是偏心的；0018图8根据本公开的某些实施例示出了图6中的示范性活塞组件和气缸的截面图，其中活塞组件是居中的；说明书CN104145084A3/23页60019图9根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机的一部分的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件，所述活塞组件具有可以帮助其居中的特征；0020图10根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的其活塞组件具有凹口式自居中特征的一部分的。
19、截面图；0021图11根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的其活塞组件具有台阶式自居中特征的一部分的截面图；0022图12根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的其活塞组件具有渐缩式自居中特征的一部分的截面图；0023图13根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的其轴承元件具有孔的一部分的透视图；0024图14根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的具有多孔轴承元件的一部分的透视图；0025图15根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的截面图，其中流体轴承贯穿活塞组件；0026图16根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中流体轴承贯穿活塞组件。
20、；0027图17根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中流体轴承贯穿气缸；0028图18根据本公开的某些实施例示出了活塞组件和气缸的示范性装置的截面图，其中具有流体轴承和包括流体通道的平移件；0029图19根据本公开的某些实施例示出了活塞组件和气缸的示范性装置的截面图，其中具有流体轴承和止回阀；0030图20根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中加热管作为活塞组件的一部分被包括在内；0031图21根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的截面图，其中加热管由内部的空隙形成；0032图22根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机的截面图，所。
21、述活塞式发动机包括活塞组件以及具有冷却剂通道和加热管的气缸；0033图23根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中气缸具有可变形的气缸套；0034图24根据本公开的某些实施例示出了图23中的示范性活塞组件和气缸的截面图，其中可变形的气缸套经历变形；0035图25根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件和气缸的截面图，其中气缸具有分段的可变形气缸套；0036图26根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的截面图，其中活塞式发动机具有可变形的气缸套；0037图27根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的具有局部冷却剂通道的一部分的截面图；0038图28根据本公。
22、开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的具有局部冷却剂通说明书CN104145084A4/23页7道的一部分的截面图；0039图29根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的具有局部热源的一部分的截面图，所述局部热源包括电加热器；0040图30根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的一部分的截面图，其中包括可以被用于加热、冷却或上述两种用途的流体通道；0041图31根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件的具有轴承元件和自居中特征的一部分的透视图；0042图32根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机的截面图，其中的活塞组件具有轴承元件、加热管和自居中特征，并且其中的气缸。
23、具有可变形的气缸套和冷却剂通道；0043图33是根据本公开的某些实施例用于活塞式发动机的示范性控制装置的方块图；0044图34是根据本公开的某些实施例用于调节活塞式发动机的间隙的示范性步骤的流程图；以及0045图35是根据本公开的某些实施例用于调节活塞式发动机的一种或多种性质的示范性步骤的流程图。具体实施方式0046本公开涉及管理活塞式发动机的间隙和/或其他性质。尽管在自由活塞式发动机的背景下进行讨论，但是本文公开的技术和装置能够应用于非自由活塞式发动机或其他合适的机械系统。本文中的术语“活塞式发动机”应该表示自由活塞式和非自由活塞式的发动机。0047利用任意合适的热力学循环工作的活塞式发动机。
24、可以包括用于实现位移做功的活塞和气缸组件。活塞和气缸可以通过相对较小的间隙分离，并且活塞在气缸的缸筒内轴向平移。在某些实施例中，活塞可以被包括作为“活塞组件”的一部分，活塞组件还可以包括一个或多个活塞密封件例如活塞环、轴承元件、框架、活塞杆、平移件和/或其他部件，这些部件能够统一地作为基本刚性的组件至少部分地在缸筒内运动。间隙沿活塞组件或其部件的径向周边可以是恒定或变化的例如间隙可以通过厚度值、数值曲线或值域、和/或对称的量度来描述。气缸可以包括燃烧段，可以将氧化剂例如空气、污浊空气、氧气和燃料例如气态或液态的烃类燃料分别地或作为预先混合的混合物送入燃烧段中。高温燃烧产物的膨胀促使活塞位移。可。
25、以利用机械连接件例如利用活塞杆和曲轴的组件、电磁相互作用例如利用如本公开中所述的具有平移件和定子的线性电磁机器LEM、气压连接件例如利用通过中间的气体容积相互作用的两个活塞、任意其他合适的做功技术、或其任意组合来通过活塞的运动做功。通过活塞气缸组件对空气和/或燃料的压缩也可以利用活塞的运动实现。在某些实施例中，压缩功可以由气体驱动装置、LEM或上述两者来提供。0048图14示出了可以受益于本公开的教导的活塞式发动机。应该理解的是除了附图中示出和本文中介绍的活塞式发动机以外，本公开的教导也可以应用于任意其他合适的活塞式发动机。还应该理解的是尽管在图14中并未示出，但是活塞式发动机可以包括一种说明。
26、书CN104145084A5/23页8或多种子系统例如冷却子系统、空气输送系统、燃料输送系统、点火子系统、排气系统、电子控制系统和/或其他合适的子系统，并且术语“活塞式发动机”可以表示合适的部件和子系统的集合。0049图1根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机100的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件110、气体弹簧148和集成的线性电磁机器LEM160。活塞式发动机100包括具有缸筒134和燃烧段130的气缸140以及活塞组件110。在图示的实施例中，活塞组件110包括两个活塞面112、活塞密封件114和115以及平移件116。尽管在图1中并未示出，但是活塞组件110可以包括轴承。
27、元件、活塞杆、任意其他合适的部件或其任意的组合。在图示的实施例中，活塞组件110完全位于气缸140的缸筒134内，并且被构造成基本上沿轴线150平移。如图1所示，气缸140包括排气/喷射端口170用于排出废气和/或喷射反应物、进气端口180用于输入空气和/或空气/燃料混合物以及驱动气体端口190用于供给和/或排出驱动气体。活塞式发动机100可以利用双冲程循环、四冲程循环、任意其他合适的循环或其任意的组合来工作。在某些实施例中可以包括冲击板108以有助于例如在燃烧期间抵抗冲击。阀和/或其他的流体部件可以但并非必须地用于任意或全部的端口170、180和190以控制流体向活塞式发动机100的流入和从。
28、活塞式发动机100的流出。0050气缸140可以包括能够在其中进行燃烧、气体膨胀和排气的分部132、能够在其中进行电磁功相互作用的部分168以及能够在其中起到气体驱动和气体弹簧作用的部分178。各个部分132、168和178可以取决于气缸140的构造以及活塞组件110在气缸140的缸筒134中的位置。如图1所示，用于通过平移件116的运动做电磁功的定子162可以被包括作为气缸140的一部分。0051在活塞组件110于气缸140内的膨胀冲程期间，由于氧化剂和燃料在燃烧段130中的燃烧，平移件116可以平移穿过定子162。平移器116相对于定子162的运动可以产生电流并对应于电功。LEM160可以。
29、包括永磁电机、感应电机、开关磁阻电机、任意其他合适的电磁机器或其任意组合。例如，平移件116可以包括永磁体，且定子162可以包括线圈，线圈可以传导通过平移件116的运动产生的感应电流。0052图2根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机200的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件210、气体弹簧248和LEM260。活塞式发动机200包括具有缸筒234的气缸240、活塞组件210和燃烧段230。在图示的实施例中，活塞组件210包括活塞面212、活塞密封件214例如活塞环，密封面、平移件216和活塞杆218。尽管在图2中并未示出，但是活塞组件210可以包括轴承元件、任意其他合适的部件或其。
30、任意的组合。在图示的实施例中，活塞组件210部分地位于气缸240的缸筒234内，并且被构造成基本上沿轴线250平移。如图2所示，气缸240包括气体密封件242用于减少或避免气体泄漏同时允许相对的活塞运动、排气/喷射端口270用于排出废气和/或喷射反应物、进气端口280用于输入空气和/或空气/燃料混合物以及驱动气体端口290用于供给和/或排出驱动气体。活塞式发动机200可以利用双冲程循环、四冲程循环、任意其他合适的循环或其任意的组合来工作。在某些实施例中可以包括冲击板208。0053气缸240可以包括能够在其中进行燃烧、气体膨胀和排气的部分232以及能够在其中起到气体驱动和气体弹簧作用的部分27。
31、8。部分268可以独立于气缸240而被包括在说明书CN104145084A6/23页9内，并且可以包括能够用于进行电磁功相互作用的LEM260。各个部分232、268和278可以取决于气缸240的构造以及活塞组件210在气缸240的缸筒234中的位置。如图2所示，用于通过平移件216的运动做电磁功的定子262可以但并非必须地独立于气缸240。0054图3根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机300的截面图，所述活塞式发动机具有包括两个活塞311和313的活塞组件310、单独的气体弹簧340和LEM360。活塞式发动机300包括分别具有缸筒334和335的气缸340和341、活塞组件3。
32、10和燃烧段330。在图示的实施例中，活塞组件310包括活塞面312、平移件316、活塞密封件314和315以及活塞杆318。尽管在图3中并未示出，但是活塞组件310可以包括轴承元件、任意其他合适的部件或其任意的组合。在图示的实施例中，活塞组件310部分地位于气缸340的缸筒334内，并且部分地位于气缸341的缸筒335内，并且被构造成基本上沿轴线350平移。如图3所示，气缸340包括气体密封件342用于减少或避免气体泄漏同时允许相对的活塞运动、排气/喷射端口370用于排出废气和/或喷射反应物、进气端口380用于输入空气和/或空气/燃料混合物以及气体端口395用于排出窜漏气体或者供给空气。如图。
33、3所示，气缸341包括气体密封件343用于减少或避免气体泄漏同时允许相对的活塞运动、驱动气体端口390用于供给和/或排出驱动气体。活塞式发动机300可以利用双冲程循环、四冲程循环、任意其他合适的循环或其任意的组合来工作。在某些实施例中可以包括冲击板308。0055气缸340可以包括能够在其中进行燃烧、气体膨胀和排气的部分332。气缸341可以包括能够在其中起到气体驱动和气体弹簧作用的部分378。部分368可以被包括在气缸340和341之间，并且可以包括能够用于进行电磁功相互作用的LEM。各个部分332、368和378可以取决于气缸340和341的构造以及活塞组件310在相应的气缸340和341。
34、的缸筒334和335中的位置。如图3所示，用于通过平移件316的运动做电磁功的定子362可以但并非必须地独立于气缸340和341。0056图4根据本公开的某些实施例示出了示范性的活塞式发动机400的截面图，所述活塞式发动机具有两个活塞组件410和411、单独的气体弹簧448和449以及两个LEM460和461。如图所示，活塞式发动机400基本上等价于具有单个燃烧室的、关于排气/喷射端口370对称的两台活塞式发动机300。应该理解根据本公开也可以实现其他的、可以但并非必须是对称的双活塞式装置，并且活塞式发动机400是一个示范性的示例。0057在SIMPSON等人的申请号为12/953,270的美。
35、国专利申请、SIMPSON等人的申请号为12/953,277的美国专利申请、SIMPSON等人的申请号为13/102,916的美国专利申请和ROELLE等人的申请号为13/028,053的美国专利申请中包括关于活塞式发动机例如活塞式发动机100、200、300和400及其操作和特征的更多细节，因此通过全文引用将所有的上述专利申请并入本文。0058【自居中式活塞】0059在某些实施例中，活塞可以包括相对于活塞式发动机的气缸提供自居中的一种或多种特征。0060图5根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件500的具有自居中特征506的一部分的透视图。活塞组件500可以包括活塞面502、元件504、。
36、自居中特征506、任意其他合适的部件未示出或其任意组合。在某些实施例中，自居中特征506可以是元件504说明书CN104145084A7/23页10的一部分。例如，元件504可以是轴承元件例如空气静压轴承，且自居中特征506可以是机械加工的台阶或轴承元件中的其他合适的特征。在某些实施例中，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可以是台阶、一个或多个槽式凹口、渐缩部或活塞组件500中所包括的其他特征。在某些实施例中，活塞组件可以包括有助于活塞组件居中的一个或多个特征、部件或上述两者。例如，活塞组件可以包括自居中特征和能够有助于平衡活塞组件的一个或多个侧面上的压力从而能。
37、够有助于活塞居中的特征。尽管在图5中并未示出，但是活塞组件500能够可选地包括活塞杆、平移件、活塞环、流体轴承、任意其他合适的部件或其任意的组合。0061图6根据本公开的某些实施例示出了活塞组件610和气缸620的示范性装置600的截面图，其中窜漏气体以箭头640示出来自于燃烧段630。在某些实施例中，活塞面602可以接触燃烧段630图6中示范性地示出、气体驱动段图6中未示出、活塞式发动机的气缸中任意其他合适的区段未示出或其任意组合。窜漏气体可以从燃烧段630流出，围绕活塞面602并沿活塞组件610轴向流动。在某些实施例中，窜漏气体和自居中特征616的相互作用可以用于使活塞组件610居中。例如。
38、，可以在活塞组件610和气缸620之间的间隙中生成用于使活塞组件610居中的压力分布。窜漏气体可以从燃烧段、气体驱动段或者在任意合适的压力下工作例如在20800BAR的压力或其他合适的压力下工作的其他合适的区段提供给间隙。0062图7根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件610和气缸620的截面图，其中活塞组件610是偏心的。气缸620的中心轴线750表示气缸620的缸筒的几何中心轴线。当活塞组件610在气缸620中偏心时，如图7所示，在相对于活塞组件的柱面坐标系中，沿活塞组件610的横向侧面也就是在可以随着和Z而改变的半径R处的压力场P1R,Z在指定的轴向位置Z处可以是周向也就是沿的方向。
39、不均匀的。0063图8根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件610和气缸620的截面图，其中活塞组件610相对于中心轴线750是居中的。当活塞组件610在气缸620中居中时，如图8所示，活塞组件610的P2R,Z在指定的轴向位置Z处可以是周向基本均匀的。在某些实施例中，居中活塞的压力场可以是不均匀的，但是当集成在活塞的侧面上时，给出基本为零的合力。例如，具有槽式凹口的活塞组件可以由于凹口而具有不均匀的周向压力场，但是可以提供零合力。0064图9根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机900的一部分的截面图，所述活塞式发动机具有活塞组件910，所述活塞组件910具有可以帮助其居中的特征。
40、912。在某些实施例中，例如特征912这样的特征可以与自居中特征例如图1012中任意的自居中特征一起被包括在活塞组件中。如图9所示，特征912可以包括围绕活塞组件910的整个周边延伸的一个或多个凹槽，其可以有助于平衡图9的间隙950中的压力场。特征912也可以用作直通的迷宫式密封件以减小间隙950中的轴向流速。尽管在图9中示范性地图示为凹槽，但是任意合适的特征或其组合均可根据本公开被用于帮助实现居中。0065图10根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机1000的一部分的截面图，活塞式发动机1000包括具有凹口式自居中特征1012和一个或多个狭槽1014的活塞组件1010。自居中特征10。
41、12可以包括一个或多个凹口，每个凹口部分地围绕活塞组件1010的周边延伸。狭槽1014可以包括一个或多个狭槽例如对应于一个或多个凹口，其可以说明书CN104145084A108/23页11用作供窜漏气体流入凹口内的引导件。尽管图示成位于活塞组件1010的侧面上，但是在某些实施例中，狭槽也可以被包含在活塞组件的内部并且可以从任意合适的来源进料。例如，自居中特征1012可以包括三个槽式凹口，每一个的中心在周边上间隔120度且每一个沿周边的延伸小于120度，还包括三个对应的狭槽1014，其可以允许流体从相对高压的区域1060流入凹口。根据本公开可以使用包括任意合适数量的凹口的、分段式凹口的任意合适的。
42、设置。0066图11根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机1100的其活塞组件1110具有台阶式自居中特征1112的一部分的截面图。自居中特征1112可以包括围绕活塞组件1110的整个周边延伸的台阶。台阶可以包括任意合适的绝对和/或相对尺寸。在图示的示例中，台阶中的也就是相对更加靠近活塞面1102的间隙可以是在活塞组件的较大直径区域处的间隙的两倍的数量级。在某些实施例中，活塞组件可以包括分段式台阶，其设置方式类似于图10中的槽式凹口，但是其中凹口延伸穿过活塞面1102，并且因此不需要包括狭槽。0067图12根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞式发动机1200的其活塞组件1210具有渐。
43、缩式自居中特征1212的一部分的截面图。自居中特征1212可以包括围绕活塞组件1210的整个周边延伸的渐缩部，其中在活塞面1202处的直径相对收缩。渐缩部可以包括任意合适的绝对和/或相对尺寸。在图示的示例中，在渐缩部的小直径处的也就是相对更加靠近活塞面1202的间隙可以是在活塞组件的较大直径区域处的间隙的两倍的数量级。在某些实施例中，活塞组件可以围绕周边包括多于一个渐缩段，其设置方式类似于图10中的槽式凹口，其中渐缩部延伸穿过活塞面1102。0068在某些实施例中，任意或全部的自居中特征1012、1112和1212、特征912以及其他合适的自居中特征或者其他特征可以进行组合。例如，活塞组件可以。
44、包括渐缩部、台阶和一系列凹槽例如迷宫以提供居中。自居中特征可以在与燃烧段、气体驱动段、气体弹簧段相接触的活塞面、允许窜漏气体流过活塞面的任意其他合适的活塞面或其任意组合的附近使用。例如，对于图3中标记的活塞式发动机300，自居中特征可以被包含在任意的活塞面312附近。0069【非接触式轴承】0070在某些实施例中，可以在活塞和对应的气缸之间使用非接触式轴承。非接触式轴承可以包括例如空气静压轴承、液体静压轴承或其他合适的可为运动或静止的非接触式轴承。非接触式轴承可以包括分离活塞和气缸壁以减小摩擦和相关功损失的流体薄膜。在某些实施例中，空气静压轴承的使用可以允许活塞式发动机中的活塞和气缸组件的无油。
45、操作，并且相应地活塞式发动机不需要辅助机油系统，这样可以简化发动机架构的某些方面。在某些实施例中，非接触式轴承可以包括机油作为轴承流体。轴承流体可以包括例如空气、氮气、废气、机油、液态水、水蒸气、液态二氧化碳、气态二氧化碳、液压流体、任意其他合适的流体或其任意组合。在流体轴承中使用的流体可以通过活塞组件、气缸或上述两者来提供。0071图13根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件1300的其轴承元件1310具有孔1312的一部分的透视图。孔1312可以设置为一定的模式、随机地设置或者是上述设置方式的任意组合。孔1312可以具有任意合适的尺寸。例如，在某些实施例中，孔1312说明书CN1041。
46、45084A119/23页12的尺寸范围可以几千分之一英寸或更小到八分之一英寸或更大。在某些实施例中，孔1312的尺寸可以根据孔对于一种或多种其他流量限制或有效面积的相对流量限制或有效面积来进行选择。例如，孔可以成形为提供与孔1310下游的轴承流体的排出路径的流量限制相同数量级的流量限制。随着活塞组件1300由于活塞面1302或者活塞组件1300的其他合适的活塞面未示出上的作用力而在合适的气缸的缸筒中平移，轴承元件可以帮助保持居中。流体可以如箭头1322所示从任意合适的流体源提供，并且可以在活塞组件1300中经内部流体通道未示出分配到孔1312。在离开孔1312之后，流体可以流过间隙，并且沿至。
47、少一部分的活塞组件1300流动。如箭头1320所示的流体从轴承元件1310向外的流动可以帮助避免和/或减少活塞组件气缸间的接触。0072尽管在图13中示为孔，但是任意合适的端口均可用于向间隙提供流体以用作流体轴承。例如，配合部件之间的缝隙可以被用于向间隙提供流体。在进一步的示例中，部分地或完全地围绕活塞组件的周边延伸的环形孔口可以被用于向间隙提供流体。在某些实施例中，轴承元件1310可以包括足够小的端口例如比轴承流体的平均自由路径更小以允许泄流。0073图14根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件1400的具有多孔轴承元件1410的一部分的透视图。随着活塞组件1400由于活塞面1402或者。
48、活塞组件1400的其他合适的活塞面未示出上的作用力而在合适的气缸的缸筒中平移，轴承元件可以帮助保持居中。流体可以如箭头1422所示从任意合适的流体源提供，并且可以在活塞组件1400中经内部流体通道未示出分配，并且随后可以流过轴承元件1410的任意合适的部分中的空隙空间。轴承元件1410可以具有任意合适的孔隙度和孔隙尺寸。在离开轴承元件1410的侧面之后，气体可以流过间隙，并且沿至少一部分的活塞组件1400流动。如箭头1420所示的流体从轴承元件1410向外的流动可以帮助避免和/或减少活塞组件气缸间的接触。轴承元件1410可以由任意合适的其孔隙度能够允许流体流动的材料构成。例如，多孔轴承元件可以。
49、由石墨、烧结金属例如铁，钢，青铜、烧结或以其他方式处理的多孔陶瓷例如碳化硅，氧化铝，氧化镁、任意其他合适的烧结或以其他方式处理的材料或其任意组合构成。在某些实施例中，轴承元件1410可以具有尺寸足够小的孔隙例如比轴承流体的平均自由路径更小以允许泄流。0074图15根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件1500的截面图，其中流体轴承1510贯穿活塞组件1500。活塞组件1500可以包括活塞面1502、轴承元件1510、框架1550、紧固件1590、图15中未示出的任意其他合适的部件或其任意组合。活塞组件1500可以构造成装配在活塞式发动机的气缸的缸筒中，并且可以构造成基本上沿着在缸筒中心线上或者在缸筒中心线附近的轴线平移。轴承元件1510包括流体通道1560，流体通道1560可以如箭头1522所示将轴承流体从一个或多个输入端口1512分配至一个或多个端口或表面从而径向向外流动。在某些实施例中，轴承元件1510可以包括多个部件的组件。在某些实施例中，活塞1502可以可选地包括自居中特征或其他合适的特征未示出。0075图16根据本公开的某些实施例示出了示范性活塞组件1610和气缸1620的截面图，其中流体轴承1612例如位于至少部分地源自轴承元件1618的间隙中的流体层贯穿活塞组件1610。活塞组件1610包括可以接收轴承流体1616的内部通道1614。轴承元件1618是。