电磁发动机的制作方法

专利名称：电磁发动机的制作方法
电磁发动机概述一方面，内燃发动机包括第一活塞，其可滑动地设置在具有封闭端的第一气缸 中；第一口(port)，其配置成允许反应物通入第一气缸；和第一转换器(converter)，其可 与第一活塞操作来在活塞循环中将第一活塞的机械能转换成电能。第一转换器被配置成在 动力冲程内将第一活塞的机械能转换成电能，并在排气冲程、进气冲程，和压缩冲程中的任 意一个或者所有内驱动第一活塞。第一活塞包括磁体(例如，永磁体或电磁体)，并且第一 转换器包括电枢，该电枢配置成响应于磁体的运动而产生电流或者通过驱动电流通过线圈 而移动磁体。第一转换器包括多个线圈，在这种情况下，多个线圈中的第一子组可操作来将 电能转换成第一活塞的机械能，并且第二子组可操作来将第一活塞的机械能转换成电能。 发动机还包括热控制器，热控制器作用以限制发动机的所有或者一部分(例如，冷却系统 或者绝缘体)的热偏移。第一活塞包括配置成通过可变磁阻或者可变电感磁路与磁场相作 用的电枢。发动机还包括配置成引发被配置在第一活塞和第一气缸的封闭端之间的反应物 间的化学反应的反应触发器(reaction trigger)(例如，电点火器(electrical igniter), 如，火花塞；热点火器(thermal igniter)；化学点火器(chemical igniter)；催化剂；自 燃注射器(hypergolic injector)；粒子束点火器(particle beam igniter)，或等离子体 注射器(Plasma injector))0反应触发器被设置在第一气缸的封闭端上，设置在第一活塞 上，或者设置在其他地方。反应触发器能从第一转换器抽运功率，能电耦合到第一转换器， 或者能从耦合到第一转换器的能量管理系统抽运功率。第一口包括阀，阀能被配置成通过 凸轮轴打开和关闭，而凸轮轴又被配置成借助电磁执行器而旋转，电磁执行器例如是步进 电机，或者阀能被机械驱动。发动机包括第二 口，第二口被配置成允许反应产物排出第一气 缸(例如，在第一气缸或者第一活塞上)，在此情况下，第一口包括进气阀，并且第二口包括 排气阀。进气阀和排气阀各自被配置成在活塞循环中的选定的时间上打开和关闭(例如， 通过机械或电耦合到第一活塞)。进气阀和排气阀通过第一转换器电耦合到第一活塞。转 换器或能量管理系统被配置成给进气阀和排气阀提供动力。第一口被配置成允许反应产物 排出第一气缸(例如，在第一气缸上或在第一活塞上)，在此情况下，发动机包括配置成将 第一口从与进气路径的连接转换到与排气路径的连接的阀。发动机还包括配置成将反应混合物运送到第一 口的汽化器。发动机包括配置成通 过第一口将反应物运送到第一气缸的注射器(例如，燃料注射器或液体反应物注射器)。第 一口被配置成允许燃料、氧化剂、它们的混合物，或反应物混合物通入第一气缸，或者第一 反应物和第二反应物(例如，燃料和氧化剂)可分别通过第一口和第二口进入。第一活塞 被连接到曲轴。发动机还包括可滑动地设置在第二气缸内的第二活塞，在此情况下，第一活 塞和第二活塞能被配置成异步地或者同步地往复运动，或者能被耦合到共同的或不同的曲 轴。发动机被配置成在第一模式下和第二模式下运行，在第一模式下，化学反应只驱动第一 活塞，在第二模式下，化学反应驱动第一活塞和第二活塞，在此情况下，发动机能根据实际 的或者预测的操作条件在第一模式和第二模式之间进行选择。发动机还被配置成能响应于操作条件来确定速度曲线或者活塞冲程的长度或者压缩比。在任意这些情况下，操作条件 包括斜度(incline)、温度、电流消耗(current draw)、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、 发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置。发动机还包括电耦合到第一转换器的包括 能量储存设备，例如，电池、电容、电感或者机械能量储存设备的能量管理系统。第一气缸具 有非圆形横截面，在此情况下，第一活塞具有相匹配的非圆形横截面。第一气缸能是弯曲的 (因此活塞在非直线路径上移动)。第一活塞被配置成在第一气缸内旋转(例如，通过第一 活塞和第一气缸的形状，通过气体压力，或通过磁力)。第一活塞被耦合到将活塞行程转换 成旋转运动(例如，斜齿轮)的机构上。机构包括磁体，并且第一转换器包括与磁体一起操 作来将磁体的旋转转换成电能的电枢。机构包括与可变磁阻或可变电感磁路相作用以将旋 转运动转换成电能的电枢。机构被配置成响应于固定的活塞速度而以可变速度旋转。第一 活塞可操作地连接到配置成响应于作用力来产生电能的活性材料元件(例如，压电、磁致 伸缩、电致伸缩或形状记忆材料)。另一方面，操作内燃发动机(包括可滑动地设置在第一气缸内的第一活塞和可与 第一活塞操作来将第一活塞的机械能来回转换成电能的第一转换器)的方法包括将反应 物引进第一气缸的封闭端；施加电能给第一转换器，以在第一气缸内将第一活塞滑向封闭 端(可选择地，压缩引进的反应物)；触发引进的反应物的化学反应，从而将化学势能转换 成第一活塞的机械能；以及通过第一转换器将第一活塞的机械能转换成电能。将反应物引 进第一气缸的封闭端的步骤包括施加电能给第一转换器，以在第一气缸内滑动第一活塞 离开封闭端。该方法还包括施加电能给第一转换器，以在触发化学反应之后将第一活塞滑 向封闭端。与在将反应物引进第一气缸的封闭端期间相比，第一活塞可在紧接着触发化学 反应之后移动较大的距离。例如，第一活塞在紧接着触发化学反应之后能移动两倍或四倍 的内部气缸直径。压缩引进的反应物的步骤包括实质上绝热地或等温地压缩反应物。内燃发动机还包括可滑动地设置在第二气缸内的第二活塞，在此情况下，该方法 还包括实质上在触发第一气缸内的化学反应的同时，触发第二气缸内的化学反应。该方法 包括以与第一气缸实质相似或者不同的操作频率触发第二气缸内的化学反应。该方法还 包括至少部分地基于实际的或预测的操作条件(例如，斜度、温度、电流消耗、速度、加速 度、制动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置)来决定是否触发 第二气缸内的化学反应。该方法包括至少部分地基于实际的或预测的操作条件(例如，斜 度、温度、电流消耗、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者 发动机设置)来确定第一气缸的操作频率或压缩比。将反应物引进第一气缸的封闭端的步 骤包括在第一活塞处于选定位置上时，引进反应物，或者包括打开进气阀(例如，通过旋 转凸轮轴或者电子触发打开)。触发化学反应的步骤包括当第一气缸处于选定位置上时，触发化学反应，例如， 通过产生能量释放例如火花，通过热点火器，通过化学点火器，通过暴露到催化剂中，通过 自燃注射，暴露在粒子束中，或通过等离子体注射，或包括在化学反应期间保持第一活塞 实质不动(例如，借助于经过转换器施加力给第一活塞)，在此情况下，在化学反应实质上 完成时，释放第一活塞。化学反应产生反应产物，并且将第一活塞的机械能转换成电能的步 骤包括实质上绝热地膨胀反应产物。引进的反应物包括燃料(例如，碳氢燃料)或氧化剂 (例如，氧气、空气)，燃料或氧化剂能被分开引进或者混合引进，或者能包括分解反应物。该方法还包括将反应产物排出第一气缸。第一转换器被连接到能量管理系统，在此情况下，将第一活塞的机械能转换成电 能的步骤包括将电能转移到能量管理系统，或者施加电能给第一转换器的步骤包括从 能量管理系统引出电能。能量管理系统包括能量储存设备(例如，电池、电容、电感，或者机 械能量储存设备)。另一方面，内燃发动机包括具有第一封闭端和第二封闭端的第一气缸、可滑动地 设置在第一气缸内的第一活塞、设置成分别接近第一封闭端和第二封闭端的第一口和第二 口，和可与第一活塞操作来将第一活塞的机械能来回转换成电能的第一转换器。第一转换 器被配置成在动力冲程内将第一活塞的机械能转换成电能，并且在排气冲程、进气冲程和 压缩冲程中任意一个或者所有内驱动第一活塞。第一转换器被配置成在第一进气冲程和第 二进气冲程内，以及在第一压缩冲程和第二压缩冲程内驱动第一活塞，在第一进气冲程和 第二进气冲程内，第一活塞分别移动离开第一气缸的第一封闭端和第二封闭端，并且分别 将第一数量的反应物和第二数量的反应物引进第一封闭端和第二封闭端，在第一压缩冲程 和第二压缩冲程内，分别在第一封闭端和第二封闭端内压缩第一反应物和第二反应物，并 且第一转换器还被配置成在第一动力/排气冲程和第二动力/排气冲程内将第一活塞的机 械能转换成电能，在第一动力/排气冲程和第二动力/排气冲程内，第一活塞分别响应于第 一封闭端和第二封闭端内的化学反应而分别移动离开第一封闭端和第二封闭端，从而至少 部分地分别排出第二封闭端和第一封闭端内的反应产物。可选地，第一转换器能被配置成 在第一进气/压缩冲程和第二进气/压缩冲程内，以及在第一排气冲程和第二排气冲程内 驱动第一活塞，在第一进气/压缩冲程和第二进气/压缩冲程内，第一活塞分别移动离开第 一封闭端和第二封闭端，分别将第一反应物和第二反应物引进第一封闭端和第二封闭端， 并且分别在第二封闭端和第一封闭端内压缩第二反应物和第一反应物，在第一排气冲程和 第二排气冲程内，第一活塞分别移向第一封闭端和第二封闭端，从而至少部分地将反应产 物分别排出第一封闭端和第二封闭端，并且第一转换器还被配置成在第一动力冲程和第二 动力冲程内将活塞的机械能转换成电能，在第一动力冲程和第二动力冲程内，第一活塞分 别响应于第一封闭端和第二封闭端内的化学反应而分别移动离开第一封闭端和第二封闭 端。第一活塞包括磁体(例如，永磁体或电磁体)，并且第一转换器包括电枢，该电枢 配置成响应于磁体运动而产生电流或者通过驱动电流通过线圈而移动磁体。第一转换器包 括多个线圈，在此情况下，多个线圈中的第一子组可操作来将电能转换成第一活塞的机械 能，并且第二子组可操作来将第一活塞的机械能转换成电能。发动机还包括热控制器，热控 制器作用以限制发动机的所有或一部分(例如，冷却系统或绝缘系统)的热偏移。第一活 塞包括配置成通过可变磁阻或者可变电感磁路与磁场相作用的电枢。发动机还包括配置成引发配置在第一活塞和第一气缸的第一封闭端之间的反应 物中的化学反应的反应触发器(例如，电点火器，如，火花塞；热点火器；化学点火器；催化 剂；自燃注射器；粒子束点火器，或等离子体注射器)。反应触发器被设置在第一气缸的第 一封闭端上，在第一活塞上，或者其他地方。反应触发器能从第一转换器抽运功率，能电耦 合到第一转换器，或者从耦合到第一转换器的能量管理系统抽运功率。第一口包括阀，阀被 配置成通过凸轮轴打开和关闭，凸轮轴又被配置成通过电磁执行器而旋转，电磁执行器例如是步进电机，或者阀被机械驱动。发动机包括靠近第一气缸的封闭端并被配置成允许反 应产物排出第一气缸的第三口(例如，在第一气缸上或者第一活塞上)，在此情况下，第一 口包括进气阀，并且第三口包括排气阀。进气阀和排气阀各自被配置成在活塞循环中的选 定时间上打开和关闭(例如，通过机械或电耦合到第一活塞)。进气阀和排气阀通过第一转 换器电耦合到第一活塞。转换器或能量管理系统被配置成给进气阀和排气阀提供动力。第 一口被配置成允许反应物排出第一气缸(例如，在第一气缸上或在第一活塞上)，在此情况 下，发动机包括配置成将第一口从与进气路径的连接转换到与排气路径的连接的阀。发动机还包括配置成将反应混合物运送到第一 口的汽化器。发动机包括配置成通 过第一口将反应物运送到第一气缸的注射器(例如，燃料注射器或液体反应物注射器)。第 一口被配置成允许燃料、氧化剂、它们的混合物，或反应物混合物通入第一气缸，或者分别 通过第一 口和第三口接收第一反应物和第二反应物(例如，燃料和氧化剂)。第一活塞被连 接到曲轴。发动机还包括可滑动地设置在第二气缸内的第二活塞，在此情况下，第一活塞和 第二活塞被配置成异步地或同步地往复运动。第二气缸包括分别靠近第二气缸的第一封闭 端和第二封闭端的第三燃料进口和第四燃料进口。发动机被配置成在第一模式下和第二模 式下运行，在第一模式下，化学反应只驱动第一活塞，在第二模式下，化学反应驱动第一活 塞和第二活塞，在此情况下，发动机响应于实际的或者预测的操作条件而在第一模式和第 二模式之间进行选择。发动机还被配置成响应于操作条件来确定速度曲线或者活塞冲程的 长度或者压缩比。在任意这些情况下，操作条件包括斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、制 动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置。发动机还包括电耦合到第一转换器的能量管理系统，该能量管理系统包括能量储 存设备，例如，电池、电容、电感或者机械能量储存设备。第一气缸具有非圆形横截面，在此 情况下，第一活塞具有相匹配的非圆形横截面。第一气缸能是弯曲的(因此活塞在非直线 路径上移动)。第一活塞被配置成在第一气缸内旋转(例如，通过第一活塞和第一气缸的 形状，通过气体压力，或通过磁力)。第一活塞被耦合到将活塞行程转换成旋转运动的机构 (例如，斜齿轮)。机构包括磁体，并且第一转换器包括与磁体一起操作来将磁体的旋转转 换成电能的电枢。机构包括与可变磁阻或可变电感磁路相作用以将旋转运动转换成电能的 电枢。机构被配置成响应于固定的活塞速度以可变速度旋转。第一活塞可操作地连接到配 置成响应于作用力以产生电能的活性材料元件(例如，压电、磁致伸缩、电致伸缩或形状记 忆材料)。另一方面，操作内燃发动机(包括可滑动地设置在具有第一封闭端和第二封闭端 的第一气缸内的第一活塞，和可与第一活塞操作来将第一活塞的机械能来回转换成电能的 第一转换器)的方法包括将第一数量的反应物引进第一气缸的第一封闭端；施加电能给 第一转换器，以在第一气缸内将第一活塞滑向第一封闭端(可选择地，压缩引进的第一数 量的反应物)；使引进的第一数量的反应物起反应，从而引发第一活塞朝向第二封闭端的 运动；将第二数量的反应物引进第一气缸的第二封闭端；施加电能给第一转换器，以在第 一气缸内将第一活塞滑向第二封闭端(可选择地，压缩引进的第二数量的反应物)；使引进 的第二数量的反应物起反应，从而引发第一活塞朝向第一封闭端的运动；以及随着第一活 塞移向第一封闭端，通过第一转换器将第一活塞的机械能转换成电能。引发第一活塞朝向 第二封闭端的运动的步骤包括将反应产物排出第二封闭端，或者引发第一活塞朝向第一封闭端的运动的步骤包括将反应产物排出第一封闭端。该方法还包括在压缩引进的第 一数量的反应物之前，施加电能给转换器以将第一活塞移向第二封闭端，或者在将第一活 塞的机械能转换成电能之后，施加电能给转换器以将第一活塞移向第一封闭端，同样第一 活塞移向第二封闭端，且在压缩引进的第二数量的反应物之前。与压缩反应物期间相比，第 一活塞在通过使反应物起反应来引发第一活塞的运动期间移动较大的距离。第一数量的反 应物或第二数量的反应物的压缩是实质上绝热的或者实质上等温的。内燃发动机还包括可滑动地设置在第二气缸内的第二活塞，在此情况下，该方法 还包括在实质上与第一气缸内使第一数量的反应物起反应的同时，在第二气缸内使第三 数量的反应物起反应。该方法包括以与第一气缸实质上相似或者不同的操作频率驱动第 二气缸。方法还包括至少部分地根据实际的或预测的操作条件(例如，斜度、温度、电流消 耗、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置)来 决定是否在第二气缸内使第三数量的反应物起反应。该方法还包括至少部分地根据实际 的或预测的操作条件(例如，斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、发 动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置)来决定第一气缸的操作频率或压缩比。将第 一数量的反应物引进第一气缸的封闭端的步骤包括当第一活塞处于选定的位置时引进反 应物，或者包括打开进气阀(例如，通过旋转凸轮轴，或者电子触发打开)。使第一数量的反应物起反应的步骤包括当第一气缸处于选定的位置时，诸如通 过产生能量释放，如火花，通过热点火器，通过化学点火器，通过暴露在催化剂中，通过自燃 注射，暴露在粒子束中，或通过等离子体注射来使第一数量的反应物起反应，或包括在化 学反应中保持第一活塞实质不动(例如，通过转换器施加力给第一活塞)，在此情况下，在 化学反应实质完成时释放第一活塞。第一化学反应或第二化学反应产生第一反应产物和第 二反应产物，并且将第一活塞的机械能转换成电能的步骤包括实质上绝热地膨胀第一反 应产物或第二反应产物。引进的第一数量的反应物包括能被分开引进或者混合引进的燃料 (例如，碳氢燃料)或者氧化剂(例如，氧气、空气)，或者包括分解反应物。第一数量的反 应物和第二数量的反应物具有实质上相同或者不同的成分。该方法还包括将反应产物排 出第一气缸。第一转换器被连接到能量管理系统，在此情况下，随着第一活塞移向第一封闭端 或第二封闭端而将第一活塞的机械能转换成电能的步骤包括将电能转移到能量管理系 统，或者施加电能给第一转换器以在第一气缸内将第一活塞滑向第一封闭端或者第二封闭 端的步骤包括从能量管理系统引出电能。能量管理系统包括能量储存设备(例如，电池、 电容、电感，或者机械能量储存设备)。另一方面，内燃发动机包括具有可滑动地设置于其中的第一活塞和第二活塞的第 一气缸、设置成允许在第一活塞和第二活塞之间将反应物通入第一气缸的第一口，和可与 第一活塞操作来将第一活塞的机械能转换成电能的第一转换器。第一转换器可与第一活塞 操作来将电能转换成第一活塞的机械能，并进一步可与第一活塞操作来在活塞循环中将第 一活塞的机械能来回转换成电能。发动机还包括可与第二活塞操作来将第二活塞的机械能 转换成电能的第二转换器，例如在活塞循环中来回转换成电能，或者第一转换器可与第二 活塞操作来将第二活塞的机械能转换到电能，例如在活塞循环中来回转换成电能。第一口 被配置成将反应产物排出气缸，并可被配置成通过第一活塞的闭塞而被关闭。发动机还包括配置成将反应产物排出气缸的第二 口，该第二口可通过第二活塞的闭塞而被关闭。第一 口和第二口能是无阀的，或者一个或两个能包括阀。第一转换器被配置成在动力冲程内将第一活塞的机械能转换成电能，并且在排气 冲程、进气冲程和压缩冲程任意一个中或者所有中驱动第一活塞，并且还被配置成在复位 冲程中控制活塞的位置。第一活塞包括磁体(例如，永磁体或电磁体)，并且第一转换器包 括配置成响应于磁体的运动而产生电流或者通过驱动电流通过线圈而移动磁体的电枢。第 一转换器包括多个线圈，在此情况下，多个线圈中的第一子组可操作来将电能转换成第一 活塞的机械能，并且第二子组可操作来将第一活塞的机械能转换成电能。发动机还包括热 控制器，热控制器作用以限制发动机所有的或者一部分的热偏移(例如，冷却系统或绝缘 系统)。第一活塞包括配置成通过可变磁阻或者可变电感磁路与磁场相作用的电枢。发动机还包括配置成引发配置在第一活塞和第二活塞之间的反应物中的化学反 应的反应触发器(例如，电点火器，如，火花塞；热点火器，化学点火器；催化剂；自燃注射 器；粒子束点火器，或等离子体注射器)。反应触发器被设置在第一气缸的壁上，在第一活 塞上，或者其他地方。反应触发器能从第一转换器上抽运功率，能电耦合到第一转换器，或 者从耦合到第一转换器的能量管理系统抽运功率。第一 口包括配置成通过凸轮轴打开和关 闭的阀，阀又被配置成通过诸如步进电机的电磁执行器而旋转，或者阀能被机械地驱动。发动机还包括配置成将反应混合物运送到第一 口的汽化器。发动机包括配置成通 过第一口将反应物运送到第一气缸的注射器(例如，燃料注射器或液体反应物注射器)。第 一口被配置成允许将燃料、氧化剂、它们的混合物，或反应物混合物通入第一气缸，或者分 别通过第一 口和第二口接收第一反应物和第二反应物(例如，燃料和氧化剂)。第一活塞被 连接到曲轴。第一活塞和第二活塞可不被机械耦合。发动机还包括可滑动地设置在第二气 缸内的第三活塞，在此情况下，第一活塞和第三活塞能被配置成异步地或者同步地往复运 动，或者能被耦合到共同的或者分开的曲轴。发动机被配置成在第一模式下和第二模式下 运行，在第一模式下，化学反应只驱动第一活塞和第二活塞，在第二模式下，化学反应驱动 第一活塞、第二活塞和第三活塞，在此情况下，发动机能响应于实际的或者预测的操作条件 而在第一模式和第二模式之间进行选择。发动机还被配置成响应于操作条件来确定速度曲 线或者活塞冲程的长度或者压缩比。在任意这些情况下，操作条件包括斜度、温度、电流消 耗、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置。发动机还包括电耦合到第一转换器的能量管理系统，该能量管理系统包括诸如电 池、电容、电感或者机械能量储存设备的能量储存设备。第一气缸具有非圆形横截面，在此 情况下，第一活塞和第二活塞各自具有相匹配的非圆形横截面。第一气缸能是弯曲的(因 此活塞在非直线路径上移动)。第一活塞和第二活塞被配置成在第一气缸内旋转(例如，通 过第一活塞和第二活塞以及第一气缸的形状，通过气体压力，或通过磁力)。第一活塞被耦 合到将活塞行程转换成旋转运动的机构(例如，斜齿轮)。机构包括磁体，并且第一转换器 包括与磁体一起操作来将磁体的旋转转换成电能的电枢。机构包括与可变磁阻或可变电感 磁路相作用以将旋转运动转换成电能的电枢。机构被配置成响应于固定的活塞速度而以变 化的速度旋转。第一活塞可操作地连接到配置成响应于作用力以产生电能的活性材料元件 (例如，压电、磁致伸缩、电致伸缩或形状记忆材料)。另一方面，操作内燃发动机(包括可滑动地设置在第一气缸内的第一活塞和第二活塞，以及可与第一活塞操作来将第一活塞的机械能来回转换成电能的第一转换器)的方 法包括将反应物引进介于第一活塞和第二活塞之间的第一气缸内；施加电能给第一转换 器，以在第一气缸内将第一活塞滑向第二活塞(可选择地，压缩引进的反应物)；使反应物 起反应，从而将化学势能转换成第一活塞和第二活塞的机械能；以及通过第一转换器将第 一活塞的机械能转换成电能。该方法还包括通过第一转换器或者第二转换器将第二活塞 的机械能转换成电能。第二活塞被连接到曲轴。该方法还包括例如，通过使第一活塞和第 二活塞相对于彼此移动而将反应产物排出第一气缸。将反应物引进第一气缸的步骤包括 使第一活塞和第二活塞相对地远离彼此移动。压缩引进的反应物的步骤包括实质上绝热 地或者实质上等温地压缩反应物。发动机还包括可滑动地设置在第二气缸内的第三活塞，在此情况下，该方法还包 括实质上与第一气缸同时，在第二气缸内引发化学反应，以与第一气缸的操作频率实质上 相似或者不同的操作频率在第二气缸内引发化学反应，或者根据确定的实际的或预测的操 作条件(例如，斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、制动、负载、燃料成分、发动机排放、电 源、本地条例，或者发动机设置)来决定是否在第二气缸内引发化学反应。该方法包括至 少部分地根据实际的或预测的操作条件(例如，斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、制动、 负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置)来决定第一气缸的操作频 率或者压缩比。将反应物引进第一气缸的步骤包括当第一活塞处于选定的位置时引进反 应物，或者包括打开进气阀(例如，通过旋转凸轮轴，或者电子触发打开)。触发化学反应的步骤包括当第一气缸处于选定位置时，例如通过产生能量释放 例如火花，通过热点火，通过化学点火，通过暴露在催化剂中，通过自燃注射，暴露在粒子束 中，或通过等离子体注射来触发化学反应，或者包括在化学反应中保持第一活塞和第二活 塞实质不动(例如，通过转换器施加力给活塞)，在此情况下，在化学反应实质完成时释放 第一活塞。化学反应产生反应产物，并且将第一活塞的机械能转换成电能的步骤包括实质 上绝热地膨胀反应产物。引进的反应物包括能被分开引进或者混合引进的燃料(例如，碳 氢燃料)或氧化剂(例如，氧气、空气)，或者包括分解反应物。该方法还包括将反应产物 排出第一气缸。第一转换器被连接到能量管理系统，在此情况下，将第一活塞的机械能转换成电 能的步骤包括将电能转移到能量管理系统，或者施加电能给第一转换器的步骤包括从 能量管理系统引出电能。能量管理系统包括能量储存设备(例如，电池、电容、电感，或者机 械能量储存设备)。另一方面，改进用于发电的内燃发动机(包括连接到同一曲轴的多个活塞)的方 法包括将可操作来将活塞的机械能来回转换成电能的能量转换器应用到至少一个活塞和 可选择地应用到每个活塞。该方法还包括从凸轮轴断开活塞。该方法包括将磁体(例 如，电磁体或者永磁体)应用到每个活塞，其中，能量转换器包括可与磁体操作来施加力给 活塞的电枢。电枢可与磁体操作来响应于磁体的运动而产生电流。该方法还包括应用热 控制器，热控制器作用以限制发动机的所有或者一部分(例如，冷却系统或者绝缘体)的热 偏移。能量转换器电耦合到包括诸如电池、电容、电感或者机械能量储存设备的能量储存设 备的能量管理系统。发动机包括电动反应触发器，在这种情况下，该方法包括将能量管理 系统电耦合到电动反应触发器。
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能量转换器被电耦合到配置成同步地(包括在移除曲轴，并且通过控制系统维持 活塞的实质上相同的相对相位关系的配置中)或者异步地驱动活塞的控制系统。控制系统 被配置成至少部分地响应于确定的操作条件(例如，斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、 制动、负载、燃料成分、发动机排放、电源、本地条例，或者发动机设置)来决定是否驱动选 定的活塞、活塞冲程的速度曲线，或者压缩比。应用能量转换器的步骤包括将活塞耦合到 将活塞行程转换成旋转运动的机构(例如，斜齿轮)。机构包括磁体，并且第一转换器包括 与磁体操作来将磁体的旋转转换成电能的电枢。机构包括与可变磁阻或可变电感磁路相作 用以将旋转运动转换成电能的电枢。机构被配置成响应于固定的活塞速度而以可变速度旋 转。能量转换器被配置成在进气冲程、排气冲程，和压缩冲程内驱动活塞，并且在动力冲程 内将活塞的机械能转换成电能。上述概述只是说明性的，并不旨在成为任意限制的方式。除了以上描述的说明方 面、实施方式和特征，通过参照附图和以下的详细描述，进一步的方面、实施方式和特征将 变得明显。附图简述

图1是无曲轴的活塞_气缸组件的示意图。图2是耦合到曲轴的活塞_气缸组件的示意图。图3是耦合到单极发电机的活塞_气缸组件的示意图。图4示出了在四-冲程活塞循环中活塞在气缸内的位置。图5是具有电磁转换器的改进的常规发动机的示意图。图6是双-端自由活塞-气缸组件的示意图。图7示出了在六-冲程活塞循环中活塞在双_端气缸内的位置。图8示出了在交替的六_冲程活塞循环中活塞在双_端气缸内的位置。图9示出了在四-冲程活塞循环中非对称活塞在双-端气缸内的位置。图10示出了在四_冲程活塞循环中两个相对活塞在同一气缸内的位置。图11示出了在八-冲程活塞循环中两个相对活塞在同一气缸内的位置。详细描述在以下详细的描述中，参照构成于此一部分的附图。在图中，相似的符号典型地指 定相似的构件，除非上下文指示相反。在详细描述中描述的说明性实施方式、附图和权利要 求并不意味是限制。可使用其他实施方式，并且能做出其他改变，而不偏离于此提出的主题 的精神或者范围。于此使用的术语“阀”，包括用于选择性地将物质通过开口的任意驱动流量控制器 或者其他驱动机构，包括但不限于球阀、旋塞阀、蝶阀、节流阀、止回阀、闸阀、簧片阀、活塞 阀、提升阀、旋转阀、滑阀、电磁阀、两通阀，或者三通阀。阀能以任意方式驱动，包括但不限 于机械的、电气的、电磁的、凸轮轴驱动的、液压的，或者气动的方式。“阀定时”是指相对于 彼此或者发动机构件在指定的暂时模式下打开或者关闭阀的任意系统。例如，进气阀被配 置成在进气冲程之前或者在进气冲程中打开，而在压缩冲程之前关闭。于此使用的术语“口 ”，包括能允许物质(固体、液体、气体或者等离子体)从一个 或者多个方向进入的任意开口或者一组开口(例如，多孔泡沫)。口能，但不是必须，通过阀 被打开或者关闭。
于此使用的术语“轴承”，包括另一部件在其上移动、滑动或者旋转的机械的任意 部件，包括但不限于滑动轴承、弯曲轴承、球轴承、滚子轴承、气体轴承，或者磁力轴承。于此使用的术语“永久磁体”，包括被极化以感应永久磁场的磁性材料。术语“永 久的”不能被解释成要求永久磁体不能被或故意地或偶然地消磁。于此使用的术语“电枢”，包括通过可变电感或者可变磁阻与磁场相作用以对电枢 做功(正的或者负的)的任意结构。于此使用的术语“反应物”，包括能被引发将化学势能转换成机械能的任意材料或 者材料的组合，例如被引发化学反应并驱动活塞(典型地通过在反应后形成膨胀的气体)。 如于此使用的，“燃料”是与氧化剂反应以驱动活塞的特殊类型的反应物。燃料包括，但不限 于，诸如汽油、柴油、生物柴油、煤油、丙烷，和丁烷的碳氢燃料，诸如乙醇、甲醇，和丁醇的酒 精燃料，和任意以上的混合物。其他适合的反应物包括诸如联氨(能分解成氨和氮)或者 过氧化氢(能分解成水和氧气)的分解反应物。于此使用的术语“反应产物”，包括反应后 剩余的任意材料，包括但不限于化学反应的材料、还未反应的或者只是部分反应的过量的 反应物，或者与反应物混合的任意惰性材料。“实质完全的”反应是实质上所有的至少一种 反应物被消耗完的反应，或者由于诸如改变温度或者压强的其他因素而实质上被减缓或者 停止的反应。于此使用的术语“汽化器”，包括用于在反应物被运送到气缸之前混合反应物的机 构(例如，用于混合燃料和氧化剂)。于此使用的“活塞循环”，包括在实质上相同的配置下，开始并终止于活塞的任意 连续的活塞运动。在四-冲程活塞循环中，循环包括进气冲程、压缩冲程、动力冲程，和排气 冲程。另外的或者可选的冲程能形成如于此其他地方所描述的活塞循环的一部分。于此使 用的术语“操作频率”，是完成一个活塞循环所需时间的倒数。术语“频率”不应该被解释成 将活塞操作限制在规则的时间间隔。于此使用的术语“活性材料”，包括通过应用的环境变化而被诱使改变它们的机械 构造的材料，包括但并不限于压电的、磁致伸缩的、电致伸缩的或者形状-记忆的材料。一般，如本领域普通技术人员鉴于于此提供的描述所理解的，于此使用的术语应 该被读取成它们通常的或者普遍的意思。用于内燃发动机使用的多种活塞-气缸组件被描述于此，其中活塞的机械能(例 如，活塞的动能)被转换成电能。在一些实施方式中，这些组件能很好的适合于安装在交通 工具中，例如安装在电动交通工具中。在其他实施方式中，这些组件能适合在将化学能转换 成电能(例如，通过燃烧燃料)的固定式或移动式发电机中使用。图1是活塞-气缸组件的一个实施方式的示意图。活塞10被设置在气缸12内， 并且具有延伸出气缸的加长轴14。轴14包括安置成滑动穿过转换器线圈18的永久磁体 16。在所示实施方式中，轴承20作用以保持活塞20的对齐。(尽管图1示出滚子轴承，但 是能使用任意合适类型的轴承。)当阀22被打开，并且活塞10移动离开气缸12的封闭端 (“进气冲程”)时，进气阀22允许燃料-氧化剂混合物进入室。在所示实施方式中，示出 了简单的阀结构，但是其他实施方式可包括用于将反应物引进气缸的燃料注射器或者其他 装置。活塞10离开气缸12封闭端的运动通过给转换器线圈18施加电压以使得在磁体16 上感应出电动势而被驱动。通过活塞10的运动压缩燃料-氧化剂混合物，活塞10通过给转换器线圈18施加电压使得在磁体16上感应出电动势以将活塞10推向气缸12的封闭端 (“压缩冲程”)来驱动。压缩的燃料-氧化剂通过来自火花塞24的火花被点燃，从而驱动活塞10离开气 缸12的封闭端。当活塞10移动离开气缸12的封闭端时，磁体16移动通过转换器线圈18， 使得在线圈18中感应出电压(“动力冲程”)。电压被用于给电池、电容，或如于此所描述的 其他能量管理系统充电。一旦动力冲程完成，例如通过给转换器线圈18施加电压，从而在 磁体16上感应出电动势而使得活塞10移向气缸12的封闭端。当活塞10移向气缸12的 封闭端时，来自燃料和氧化剂反应的反应产物通过排气阀26被排出(“排气冲程”)。在所 示实施方式中，分别通过凸轮28和30来操作阀22和26，但是，如于此其他地方所描述的， 也能使用其他装设阀的系统(valving system)。如果存在，能通过任意方便的方式驱动凸 轮28和30，包括通过诸如步进电机或力矩马达的电激励器。在所示实施方式中，进气冲程、压缩冲程，和排气冲程都由转换器驱动。在其他实 施方式中，这些冲程的一个或者多个能由其他方式驱动，例如，通过曲轴和飞轮、弹簧(例 如，机械弹簧或者气体弹簧)、活性材料构件，或者相对气缸的动力冲程。“在”冲程内驱动 活塞包括为在冲程中的总行程的一部分而驱动活塞。在所示的实施方式中，通过可以是模拟的、数字的，或者基于计算机的控制器19 来控制转换器18的操作。控制器19根据外部输入和活塞10、气缸12、阀22和26，和其 他发动机构件中的一个或多个的当前和过去的状态来决定通过转换器18的能量转移的符 号和数量。这些状态能通过，例如，对转换器18的线圈或者活性材料元件中的电流或者其 端电压的测量而被推测出，或者通过能检测，除了其他可能的参数以外，活塞10的位置、速 度，或加速度，或者气缸12中的压强、温度、密度、质量，或者组成任意反应物的化学成分的 一个或多个传感器(未显示)被测量出。这些传感器能使用电磁的、电化学的、光学的、机 电的，或者其他能感应相关参数的方式。例如，能使用独立于转换器的固定线圈和活塞安装 的磁体来检测活塞的位置和速度，能使用压电传感器来检测气缸内的压强，并且光纤耦合 的光谱仪能检测来自气缸内部的光以检测燃料和氧化剂的燃烧状态。任何这些传感器输出 能直接或者间接传到控制器19。如于此其他地方所描述的，控制器19同样与能量管理系统 (未显示)接口。在所示的实施方式中，燃料_氧化剂混合物通过触发安装在气缸12顶部的火花 塞而被点燃。在其他实施方式中，能使用不同的反应物或者反应触发器。例如，代替火花 塞，另一类型的电点火器、热点火器(例如，电热塞)、化学点火器(例如，爆竹)、光点火 器(photoigniter)(例如，光化点火器、光热点火器、光原生质的点火器(a photoplasmic igniter)，或者激光点火器)、催化剂、自燃注射、粒子束(例如，电子束或离子束)，或等离 子体注射能触发化学反应。在其他实施方式中，反应触发器机构可以不存在，并且反应是当 活塞10移动经过压缩冲程时通过压缩反应物而被触发的。反应触发器也能被设置在不同 的位置上，例如，在气缸12的壁上或者在活塞10上。在动力反应触发器(例如，火花塞或 者等离子注射)的情况下，在一些实施方式中，反应触发器的动力由储存来自动力冲程的 能量的能量管理系统提供。在所示的实施方式中，引进的反应物是燃料_氧化剂混合物。在其他的实施方式 中，可使用其他反应物，例如其他合适的混合物或者分解反应物。在一些实施方式中，反应物能是浓缩的形态(例如，液体形态或者固体形态)。例如，于此描述的活塞-气缸组件适 合于在地球外的交通工具(例如，月球车)或者水下的交通工具(例如，潜水艇或者鱼雷) 中使用，在这种情况下，优选浓缩的反应物(例如，液态燃料和液态氧化剂)。在一些实施 方式中，液体反应物能在反应之前蒸发。当反应物是浓缩的形态时，在一些实施方式中，“反 应冲程”能通过施加压缩力而不实质地改变反应物的体积来压缩反应物。在其他实施方式 中，“压缩冲程”能单纯地减少反应室的体积，而不实质地影响其中的反应物。图2是活塞-气缸组件的另一实施方式的示意图。如图所示，活塞10可滑动地设 置在气缸12内，并且包括与转换器线圈18能在动力冲程中(例如，在所有的或者一部分的 动力冲程中)彼此协作以感应转换器线圈18中电压的磁体16。除了图1所示的轴承20，气 缸12朝向轴14延伸以提供轴承表面。可选的口 32阻止围绕在轴14周围的气体被压缩， 且因此阻止活塞10离开气缸12封闭端的运动。在其他实施方式(未显示)中，口 32能被 忽略，并且围绕在轴14周围的气体能作为气体弹簧来辅助压缩和排气冲程。在所示的实施 方式中，轴14通过接头36耦合到曲轴34。曲轴34，例如，能作用以控制活塞定时或者阀定 时，能作用来为进气、压缩，或者排气冲程中的至少一个提供一些或者所有的驱动力，或者 能将动力冲程的至少一部分能量转换成机械能(例如，以驱动齿轮)。图3是活塞-气缸组件的又一实施方式的示意图。在所示实施方式中，活塞10缺 少如图1和图2所示的磁体16。轴14包括耦合到传导斜齿轮42的螺旋螺纹40。外部磁 体44 (可以是永久磁体或者电磁体)在齿轮42上强加磁场。当齿轮42在动力冲程中响应 于轴14的运动而转动时，使得在轴14和齿轮42外部之间产生电压(即，齿轮和磁体形成 单级发电机)。转换器46能使用这个电压给电池、电容，或者其他如于此其他地方所公开 的能量管理系统充电。在进气、压缩，和排气冲程中，转换器46能在轴14和齿轮42的外部 之间施加电压，从而感应电动势以旋转齿轮42且驱动活塞10。螺旋螺纹40能是等螺距的 (在这种情况下，齿轮42的角速度将与活塞10的线速度成比例)，或者能是变螺距的，因此 齿轮42的角速度和活塞10的线速度之间的关系将取决于活塞位置。本领域的技术人员将 认识到其他形式的直线-旋转的转变，且其他的旋转电磁转换器能被如图3所示的螺旋螺 纹和同级转换器所替换。例如，具有螺旋轮廓的非_圆形横截面的气缸能和在气缸内移动 时旋转的非_圆形的活塞一起使用，或者活塞能包括倾斜的叶片或者能导致它转动的其他 结构，或者活塞能通过电磁力旋转。所示的实施方式还包括为进气阀22提供燃料_氧化剂混合物的汽化器48 (示意 性地示出)。除了如图1和图2所示的凸轮，进气阀和排气阀22和26被电子控制。在一些 实施方式中，阀的控制能与于此其他地方描述的能量管理系统相结合，并且通过能量管理 系统给阀提供动力。图1-图3全部示出了点燃燃料_氧化剂混合物(例如，燃料_空气混合物)的火 花塞。其他点火源能被于此描述的任意实施方式所替代，例如其他电点火器、光点火器、热 点火器、化学点火器、催化剂、自燃注射、粒子束，或等离子体注射。在其他实施方式中，能不 需要点火源，并且压缩足以发起反应。另外，驱动动力冲程的化学反应不必包括燃料-氧化 剂反应，但可以是产生在动力冲程内驱动活塞10的膨胀气体或者其他反应产物的任意反 应(例如，能量分解)。图4示出活塞发动机的四-冲程循环。如图所示，活塞在进气冲程60内离开气缸端部相对短的距离，在进气冲程60中，至少一种反应物进入发动机。在一些实施方式中，一 种或者多种反应物处于或者临近环境压力，并且能通过气缸内活塞运动产生的部分真空被 吸进气缸，而在其他实施方式中，反应物能被注射或者以其他方式被引进活塞，例如，在压 力下。反应物能以任意合适的形式提供，包括但不限于作为气体或者液体。然后反应物通 过活塞在压缩冲程62中朝向气缸端部的运动而被压缩。在压缩的反应物中触发化学反应， 使得在动力冲程64中驱动活塞。最终，活塞返回到它在排气冲程66中的初始位置，使得一 些或者所有的任意反应产物排出气缸。在图4和于此的其他图中，活塞运动示意地表示成具有突然速度变化的恒定-速 度部分。实际的活塞运动一般包括显示了连续-变化的速度和限定的加速度的更为复杂的 速度曲线。于此描述的一些电磁的能量转换系统的优点是能改变活塞和转换器之间的耦 合，以优化循环中任意点上的速度或者加速度，例如，以限制转换器的电流，以控制振动，或 者以限制发动机结构上的最大负荷。在所示的实施方式中，动力冲程64实质上长于进气冲程60。长的动力冲程对许多 发动机更热力有效，但是不能被典型地用于曲轴发动机中，至少部分因为它需要较长的曲 轴组件，而较长的曲轴组件的附加重量超过了长动力冲程的增加的效率。不同的冲程也能 机械实现，例如通过使用凸轮_滚轴或者其他机构以将活塞运动耦合到轴和飞轮，但是当 与曲轴发动机相比时，发现此类发动机是重且复杂的。在一些实施方式中，机电地从发动机 抽运能量可允许发动机不求助于笨重的机械系统而使用较长的动力冲程，或者具有不同于 进气冲程长度的动力冲程。在冲程长度没有通过与诸如曲轴的其他构件连接而被固定的实施方式中，能以可 变的压缩比轻易地操纵于此所示的发动机。当进气冲程60和压缩冲程62被电磁驱动时， 能以任意实际地任何所需的压缩比或者根据选择合适冲程长度的活塞位移来开始反应。对 于每个活塞循环，可动力地控制压缩比或者活塞位移，例如，基于诸如电流或者预测的发动 机负载、燃料类型、燃料浓度、燃料-氧化剂比、压力，或者温度的因素。通过引用而被全部 合并于此的专利号为 4，104，995,4, 112，826,4, 182，288,4, 270，495,4, 517，931,6, 779，495 和7，185，615的美国专利，描述了多种多样的用于改变活塞位移或者压缩比的机械装置。 在每个活塞循环中，随着时间的推移，通过电磁控制活塞位置使得能在一个更为简单的系 统中实现相似的效果。另外，反应中的活塞运动能被持续地控制到一个不是对大部分曲轴发动机切实可 行的程度。例如，在一些实施方式中，需要保持活塞10相对于气缸12实质静止，直到反应 实质完成(等容反应)。动力冲程64于是被控制在能优化能量产生或者换句话说需要用 于特殊的发动机实施方式的配置中。例如，在一些实施方式中，动力冲程64可以是实质上 等温的或者实质上绝热的。另外，易于可行的是，通过驱动活塞10到达它在排气冲程66中 的最大的程度来完全排尽气缸12，或者通过驱动活塞10完成仅仅它的一部分范围(例如， 当反应物在动力冲程64内没有完全反应时，将一部分的排气留在气缸内，使得留给一部分 未反应的反应物在它们被排出之前的“第二机会”)而有意地将一些反应产物留在气缸12 中。活塞循环的四个冲程中的每个的长度和定时能动态地和独立地变化，以在变化的速度、 负载、反应物成分、温度等的条件下优化发动机性能。图5是被改进以和电磁转换器一起使用的常规发动机的示意图。在改进前，发动机包括块70、四个分别具有相关的杆或轴74 (活塞头72和轴74 —起形成活塞)的活塞头 72、四个火花塞76，和曲轴78。(为了说明的简单性，燃料进气和排气未在图5中显示。)为 了改进，曲轴78被移除，并且每个活塞轴74具有放置在轴底部并靠近与曲轴78的前连接 (formerconnection)的磁性元件80。在所示的实施方式中，用于每根活塞轴74的两个耦 合的线圈82和84被放置在曲轴78的前轴(former axis)之上和曲轴78的前轴处。对于 每个活塞，线圈82和84 —起作为转换器的至少一个组件以在进气、压缩，和排气冲程中给 它们相关的活塞施加驱动力，并且在它们的动力冲程中将它们的相关活塞的机械能转换成 电能，如结合图4和于此其他地方所述。在一些实施方式中，转换器能电耦合到开关电路， 开关电路操作来转换线圈82和84用于发动机循环的不同部分中的操作，而在其他实施方 式中，每个转换器能具有它自己的开关电路。在两种情况中，来自于每个转换器的能量能被 储存在它自己的相关的能量管理系统(于此其他地方所描述的)中，或能被汇集在共同的 能量管理系统中。在一些实施方式中，代替两个线圈82和84，单一线圈被提供给每个活塞 轴74。在一些实施方式中，保留了曲轴78，在这种情况下，尽管图5所示的布置仍被使 用，但是优选磁场与能将活塞的机械能来回转换成电能的转换器线圈或者其他可变电感或 者可变磁阻电路的不同的布置。如果保留曲轴78，则它用来维持活塞的同步操作。如果去 除曲轴78，则活塞能被同步或异步地操作，并且活塞定时能通过操作转换器来控制。在一些 实施方式中，能使用混合的系统，其中，电磁转换器被安装在唯一的子组活塞上。在此类实 施方式中，在一些情况下，能优选保持曲轴78与活塞同步，而在其他情况下，优选其他的机 械耦合系统。曲轴78，或者其中的一部分，能被保留以驱动辅助设备，例如，水泵、油泵、燃料 泵、风扇，或者压缩机，或者此类辅助设备能从转换器得到能量，例如，通过如此处其他地方 所描述的能量管理系统。图6是无活塞发动机的示意图。活塞110可滑动地设置在具有两个端室114和116 的气缸112内。在所示的实施方式中，每个端包括被分别配置成接收反应物和排出反应产 物的进气阀118和排气阀120。活塞110包括磁性元件122，磁性元件122可为电磁体、永 磁体，或者易带磁性的材料，例如铁芯。通过给转换器线圈124、126和128(这些线圈一起 组成了转换器130)施加电压，可在各个方向上驱动活塞110。另外，转换器130能被配置成 将活塞110的机械能转换成电能。能量被储存在，例如，电池、电容，或者其他能量管理系统 (未显示)中。所示的实施方式包括火花塞132，但是可使用其他诸如此处其他地方描述的 那些点火源，或者不用点火源而利用反应物自发在端室114和116中反应来操作发动机。图7示出了操作如图6所示的使用六_冲程循环的无活塞发动机的方法。转换器 130操作来驱动活塞110离开端室114，将反应物(例如，燃料-氧化剂混合物)吸进室114 中，作为室114的进气冲程150。然后转换器130操作来朝向端室114驱动活塞110，作为 压缩冲程152，使得在室114中压缩反应物。于是引发反应物之间的反应(例如，通过火花 塞)，使得驱动活塞离开室114。在动力冲程154中，活塞移到气缸112的另一端，使得排除 在端室116中的任意反应产物。转换器130在动力冲程154中从活塞抽运能量，并能储存在 如此处其他地方所描述的能量管理系统中。然后，转换器130驱动活塞110离开端室116， 将反应物吸进室116中，作为进气冲程156。(在一些实施方式中，在进气冲程150中被吸进 室116的反应物可能在成分、比例、温度，或者其他特性上不同于那些被吸进室114的反应物，而在其他实施方式中，它们能实质上相似。)然后操作转换器130以朝向端室116驱动 活塞110，作为压缩冲程158，使得在室116中压缩反应物。然后发起反应物之间的反应，使 得驱动活塞离开室116，作为动力冲程160。转换器130在动力冲程160中将活塞110的机 械能转换成电能。另外，在端室114中的剩余的任何反应产物通过动力冲程160排出。然 后六-冲程循环被重复。可看到，图7所示的六-冲程循环可以看作两个重叠的四-冲程循环，其中气缸一 侧的动力冲程与气缸另一侧的排气冲程相重叠。如结合图4以上所讨论的，对发动机使用 相对长的动力冲程是热力有利的。在图7所示的实施方式中，动力冲程实质上比进气冲程 或者压缩冲程长，使得允许发动机在动力冲程中利用长气缸的优势，而在由转换器130驱 动的冲程中不需要长的活塞移动。在其他实施方式中，所有冲程可以是相似的长度。图8示出如图6所示的无活塞发动机的可选发动机循环。如图所示，随着活塞110 移动离开室114，室114中的反应物发生反应，以驱动动力冲程170，并且转换器130将动力 冲程170的机械能转换成能被储存在能量管理系统中的电能。然后，转换器130在排气冲 程172中朝向室114驱动活塞，使得将反应产物排出室114。在进气/压缩冲程174中，转 换器130驱动活塞离开室114，这将反应物吸到室114中，并压缩已经在室116中的反应物。 随着活塞110移动离开室116 (在室114中压缩反应物而不起反应)，室116中的反应物反 应以驱动动力冲程176，并且转换器130将动力冲程176的机械能转换成能被储存在能量管 理系统中的电能。然后转换器130在排气冲程178中朝向室116驱动活塞110，使得将反应 产物排出室116 (并且分解在动力冲程176中偶然被压缩的反应物)。最后，在压缩/进气 冲程180中，转换器130朝向室114驱动活塞110，使得在室114中压缩反应物，并且将反 应物吸到室116中。然后循环被重复。那些本领域的普通技术人员将意识到，图8所示的 六_冲程循环可被看作两个重叠的四_冲程循环，其中气缸一侧的进气冲程与气缸另一侧 的压缩冲程相重叠图9示出无活塞发动机的另一发动机循环。所示发动机是实际不对称的，其中室 190具有比室192窄的直径，并且，活塞194在直径上具有相应的台阶。结合图7和图8所 描述的循环中的任何一个可与实际上不对称的发动机，例如图9中所示的一个，一起使用， 或者图9所示的循环可与实际上对称的发动机，例如图6中所示的一个，一起使用。如图 所示，转换器130朝向室192驱动活塞194，使得在进气/排气冲程200中将反应物吸到室 190中并将反应产物排出室192。然后转换器130朝向室190驱动活塞194，使得在压缩/ 进气冲程202中在室190中压缩反应物并将反应物吸到室192中。然后使室190中的压缩 的反应物起反应，使得在动力/压缩冲程204中驱动活塞194离开室190并且在室192中 压缩反应物。最终，使室192中的压缩的反应物起反应，使得在排气/动力冲程206中驱动 活塞194离开室192并且将将反应产物排出室190。在冲程204和206中，转换器130将活 塞194的机械能转换成电能。对于两个独立的室190和192来说，这个不对称的四-冲程 循环可被看作两个偏移重叠的四-冲程循环。图10示出了相对-活塞发动机和相应的发动机循环。在所描述的发动机中，两个 相对的活塞250和252可滑动地设置在气缸254中。活塞包括分别可操作地连接到相应的 转换器线圈260和262的磁性元件256和258。转换器线圈260和262可被电耦合来形成 共同的转换器，或者它们可作为两个独立转换器的部分被独立地操作。在所示实施方式中，
20线圈260和262都形成共同转换器的一部分(未显示)。气缸254包括进气口 264和排气 口 266。在所示的实施方式中，这些口 264和266是简单的开口，当它们分别通过活塞250 和252的运动而被封闭时，它们能被关闭。在其他实施方式中，口 264和266可包括阀。使用中，在进气冲程280中，转换器线圈260首先将活塞250保持在实质上固定的 位置，伴随进气口 264打开，而转换器线圈262被驱动以拉动活塞252离开活塞250，同时 保持排气口 266封闭，因此，使得通过进气口 264将反应物吸到气缸254中的室268中。然 后，在压缩冲程282中，转换器线圈260和262被驱动以一起移动活塞250和252，使得封闭 两个口 264和266，并且在室268中压缩反应物。在动力冲程284中，反应触发器270 (在所 示的实施方式中，火花塞)在压缩反应物中触发反应，使得驱动活塞250和252离开彼此。 转换器线圈260和262分别地将活塞250和252的机械能转换成电能，并且还控制活塞250 和252的位置，以便在活塞252移动以打开排气口 266时活塞250继续封闭进气口 264。在 排气冲程286中，当活塞250通过转换器线圈260移向活塞252时，活塞252于是通过转换 器线圈262被保持实质上静止，因此使得通过排气口 266将反应产物排出室268。最后，在 复位冲程288中，两个活塞250和252被一起移动以封闭排气口 266并打开进气口 264。然 后循环被重复。图11是另一个相对_活塞的发动机和可选的发动机循环的示意图。在所示实施 方式中，两个相对的活塞300和302可滑动地设置在气缸304中。活塞300包括被可操作 地连接到转换器线圈308的磁性元件306。活塞302通过接头312被机械耦合到曲轴310。 气缸包括分别被耦合到阀318和320的两个口 314和316。阀318和320各自具有两个位 置，使得允许口 314和316在它们相应的阀318和320将它们连接到反应物源322时起到 进气口的作用，或在它们相应的阀318和320将它们连接到排气路径324时起到排气口的 作用。反应室326被限定在活塞300和活塞302之间。在所示的发动机循环中，阀318和320被首先设置，以便口 314被连接到反应物源 322，并且口 316被连接到排气路径324。发动机首先的四冲程相当于如图10所示的冲程 280、282、284和286，而下一个四冲程相当于冲程280、282、284和286的镜像。在进气冲程 350中，活塞300通过转换器线圈308被实质上适当地保持在使口 314处于打开的位置，而 曲轴310拉动活塞302离开活塞300，使得通过口 314将反应物吸到室326中，同时继续封 闭口 316。在压缩冲程352中，活塞300和302于是分别通过转换器线圈308和曲轴310被 一起移动，使得压缩反应物并且封闭口 314和316。引发反应物之间的反应，例如，通过释 放火花塞328。在动力冲程354中，反应驱动活塞300和302彼此分开，使得将机械能从活 塞302转移到曲轴310，并且使得允许转换器线圈308将活塞300的机械能转换成电能。当 活塞302移动足够远以打开口 316时，不允许活塞300打开口 314。在排气冲程356中，转 换器线圈308于是朝向活塞302驱动活塞300，使得允许通过口 316排出反应产物，而活塞 302保持在实质上固定的位置。在排气冲程356之后，阀318和320被复位，以便将口 314连接到排气路径324，并 且将口 316连接到反应物源322。在进气冲程358中，当活塞302保持在使口 316处于打开 的位置上时，活塞300通过转换器线圈308被拉回，以通过口 316将反应物吸进室326中。 对于压缩冲程360来说，两个活塞300和302于是分别通过转换器线圈308和曲轴310被朝 向彼此移动，使得封闭两个口 314和316，并且在室326中压缩反应物。在动力冲程362中，触发反应物之间的反应，使得将活塞300和302移开，将机械能从活塞302转移到曲轴310， 并且允许转换器线圈308将活塞300的机械能转换成电能。当活塞300移动足够远以打开 口 314时，不允许活塞302打开口 316。在排气冲程364中，曲轴310于是朝向活塞300驱 动活塞302，使得允许通过口 314排出反应产物，而活塞300保持在实质上固定的位置。在 排气冲程364之后，阀318和320被复位，以便将口 314连接到反应物源322，并且将口 316 连接到排气路径324，并且循环被重复。在于此描述的包括曲轴的一些实施方式中，附属的活塞能以比常规的固定长度的 冲程来说更为复杂的模式来运动。此类运动一般能通过诸如偏心曲轴、能逆转反向或者改 变速度的曲轴或者能改变它们相对位置的介于活塞和曲轴之间的活性连接(例如，通过使 用活性材料元件)来实现。可选地，曲轴能被可选的机械耦合设备诸如凸轮-导轨或者旋 转斜盘机构所替换，其中的一些能在一个或者多个活塞上产生任意复杂的运动模式。图中所描述的实施方式包括通过实质上固定的线圈的磁体、在实质上固定的线圈 外移动的磁体，和通过实质上固定的磁场移动的导体。应该理解到，这些配置中的每个能与 诸如那些在图中所描述的或者在正文中所描述的其他活塞-气缸装置一起使用。另外，那 些本领域的普通技术人员能意识到，导体、磁性材料，和磁场的布置能用于在发动机中将机 械能来回转换成电能。例如，类型I的超导材料发射磁场(迈斯纳效应)，以便移动的类型 I的超导体能改变磁路中的磁通，使得在转换器线圈中感应电流。当类型II的超导材料设 置有附加的单一特性时，例如，起被动-稳定的磁力轴承的作用，类型II的超导材料捕捉磁 场，并因此被使用来代替转换器中的永磁体或者电磁体。一般，能通过任意可变磁阻或者可 变电感磁路将能量转到和转出活塞。在一些实施方式中，发动机包括永久磁体或者电磁体。在任一情况下，发动机能包 括热保护层、绝缘，或起到将选定的发动机构件的温度保持在期望范围内的作用的其他热 控制装置(例如，冷却系统)。尤其是，热控制系统能作用以将磁性材料保持在它的居里温 度以下。附图描述了在气缸中的几种不同的单一或者双活塞的配置。在一些实施方式中， 发动机能包括相同类型或者不同类型的多个气缸。不同气缸内的活塞能独立地操作，或者 能可操作地耦合(例如，如通过连接到共同的曲轴的机械耦合)。尤其是，发动机包括响应 于确定的实际的或者预定的操作条件(例如，发动机或者由发动机提供动力的交通工具的 斜度、温度、电流消耗、速度、加速度、制动、诸如总交通工具重量的负载、燃料成分、发动机 排放、电源，诸如排放限制的本地条例，或者发动机设置)来选择是否操作活塞，以及操作 哪个活塞的控制电子设备。例如，当能量汲取相对重时，控制电子设备能更频繁地运行活塞 或者运行更多的气缸。当能量汲取相对轻时，控制电子设备能运行较少的活塞，包括根本不 运行活塞。在活塞以保持它们相对相位的配置(例如，通过连接到共同的曲轴)而未相互 耦合的实施方式中，它们能被同步地或者异步地操作。如于此结合活塞定时所使用的，术 语“异步”意思是气缸利用具有从气缸到气缸不同的持续时间或者速度曲线的至少一个冲 程来操作，以致于在实质上同步的活塞循环之间不能保持恒定的相位关系。异步活塞操作 的实施例包括在不同的循环频率下操作两个活塞，或者操作一个活塞而使另一个实质上静 止。
在所示实施方式的每个中，转换器(其可包括线圈或者别的可变磁阻或者可变电 感磁路)被连接到能量管理系统。能量管理系统起能量源或者接收器(sink)的作用，使得 在动力冲程中从活塞抽运能量并且在其他冲程中将能量归还给活塞。能接收可变长度或 者幅值的能量输入并能转换它们以提供实质上恒定的电压的能量转换系统被描述，例如在 专利号为4，399，499的美国专利中，该专利通过引用被合并于此。此转换系统能被用到支 配来自于发动机的能量输入以使它更有用地用于其他目的，例如用于驱动交通工具。能量 管理系统还能接收来自于其他源的能量输入，例如，来自于再生制动系统。能量管理系统能 在诸如电池或者电容(包括超级电容(supercapacitor)、超电容(ultracapacitor)，或者 高级电容(hypercapacitor))的能量储存设备中储存能量。通过引用合并于此的专利号 6，590，360的美国专利描述了设计成在电池和可用于此目的的电动机/发电机之间的两个 方向上转移能量的开关电路。在一些实施方式中，能量管理系统也可以是诸如水泵、油泵、 燃料泵、风扇，或者压缩机的能量辅助设备。本领域的那些技术人员应该理解到，一般，此处使用的术语，并且特别是在附加的 权利要求中使用的术语一般意指成“开放的”术语(例如，术语“包括”应该解释成“包括但 是不限于，”，术语“具有”应该解释成“具有至少，”，术语“包括”应该解释成“包括但不局限 于，”等等)。本领域的那些技术人员还应该理解到，如果意图引出权利要求详述的指定数 字，此意图将在权利要求中详细地叙述，而缺乏此详述就不能呈现此意图。例如，作为理解 的辅助，以下附加的权利要求包括诸如“至少一个”或者“一个或多个”的引导性用语的使用 以引导权利要求叙述。但是，此类用语的使用不应该被解释以暗示成由非限定冠词“一个” 引导的权利要求叙述将包括此类引导权利要求叙述的任意特定的权利要求限制到只包括 一个此类叙述的发明，甚至当同样的权利要求包括引导性用语“一个或多个”或者“至少一 个”和诸如“一个”的非限定冠词(例如，“气缸”应该典型地解释成意味“至少一个气缸”)； 对于用于引导权利要求的限定性冠词，同样适用。另外，即使引导权利要求叙述的指定数字 被详细地叙述，本领域的那些技术人员将意识到此类叙述应该典型地被解释成意味至少列 举出的数字(例如，没有其他修饰的裸叙述“两个气缸，，，或者“多个气缸，”，典型地意味至 少两个气缸)。另外，在使用诸如“至少一个A、B和C，” “至少一个A、B、或者C，”或者“从 包含A、B和C的组中选择一个[项]”的用语的那些实例中，在本领域的技术人员能理解这 个惯例(例如，这些用语的任何一个包括但不限于具有仅A，仅B，仅C，A和B —起，A和C 一起，B和C 一起，和/或A，B和C 一起)的意义上，一般希望此类结构。本领域的那些技 术人员还应该理解到，实际上任何分离的词汇和/或代表两个或者多个可选术语的用语， 不管在描述中，权利要求，或者图中，应该理解要考虑包括术语的一个，术语中的任意一个， 或者两个术语的可能性。例如，用语“A或B”能理解包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。当各种方面和实施方式被公开于此时，对于本领域技术人员来说其他方面和实施 方式是明显的。此处公开的各种方面和实施方式只用于示意的目的并不意指限制，属于由 所附权利要求所示的真实范围和精神。
权利要求
一种内燃发动机，包括第一活塞，其可滑动地设置在第一气缸内，所述第一气缸具有封闭端；第一口，其配置成允许反应物通入所述第一气缸；以及第一转换器，其可与所述第一活塞操作来在活塞循环中将所述第一活塞的机械能来回转换成电能。
2.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在动力冲程中将所述 第一活塞的机械能转换成电能，并且进一步被配置成在从由排气冲程、进气冲程，和压缩冲 程组成的组中选定的至少一个冲程中驱动所述第一活塞。
3.如权利要求2所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在排气冲程、进气冲 程，和压缩冲程中驱动所述第一活塞。
4.如权利要求1所述的发动机，还包括热控制器，所述热控制器作用以限制所述发动 机的至少一部分的热偏移。
5.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一活塞包括配置成通过可变磁阻磁路与 磁场相作用的电枢。
6.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一活塞包括配置成通过可变电感磁路与 磁场相作用的电枢。
7.如权利要求1所述的发动机，还包括反应触发器，所述反应触发器被配置成在配置 在所述第一活塞和所述第一气缸的所述封闭端之间的反应物中引发化学反应。
8.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一口包括至少一个阀。
9.如权利要求8所述的发动机，还包括凸轮轴，所述凸轮轴被配置成通过所述凸轮轴 的旋转来打开或者关闭所述至少一个阀。
10.如权利要求8所述的发动机，其中，所述阀是电磁驱动的。
11.如权利要求1所述的发动机，还包括配置成允许反应产物从所述第一气缸排出的 第二口。
12.如权利要求11所述的发动机，其中，所述第一口包括进气阀，且其中，所述第二口 包括排气阀。
13.如权利要求12所述的发动机，其中，所述进气阀和所述排气阀各自被配置成在活 塞循环中在选定的时间打开和关闭。
14.如权利要求13所述的发动机，其中，所述进气阀和所述排气阀机械耦合到所述第 一活塞以控制阀定时。
15.如权利要求13所述的发动机，其中，所述进气阀和所述排气阀电耦合到所述第一 活塞以控制阀定时。
16.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一口被配置成允许反应产物排出所述第一气缸。
17.如权利要求16所述的发动机，还包括配置成将所述第一口从与进气路径的连接转 换到与排气路径的连接的阀。
18.如权利要求1所述的发动机，还包括配置成将反应混合物运送到所述第一口的汽ο
19.如权利要求1所述的发动机，还包括配置成通过所述第一口将反应物运送到所述第一气缸的注射器。
20.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一口被配置成允许燃料通入所述第一气缸。
21.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一口被配置成允许氧化剂通入所述第一 气缸。
22.如权利要求1所述的发动机，还包括配置成允许反应物通入所述第一气缸的第二 口，其中，所述第一口被配置成接纳第一反应物，并且所述第二口被配置成接纳第二反应 物。
23.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一活塞被连接到曲轴。
24.如权利要求1所述的发动机，还包括可滑动地设置在第二气缸内的第二活塞。
25.如权利要求24所述的发动机，其中，所述第一活塞和所述第二活塞被配置成异步往复运动。
26.如权利要求24所述的发动机，其中，所述第一活塞和所述第二活塞被耦合到同一rfft JElTJ閲W ο
27.如权利要求24所述的发动机，其中，所述第一活塞被耦合到第一曲轴，并且所述第 二活塞被耦合到第二曲轴。
28.如权利要求24所述的发动机，其中，所述发动机被配置成在第一模式下和第二模 式下运行，在第一模式下，化学反应只驱动所述第一活塞，并且在第二模式下，化学反应驱 动所述第一活塞和所述第二活塞。
29.如权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机被配置成响应于实际的或预测的操 作条件来确定活塞冲程的速度曲线。
30.如权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机被配置成响应于实际的或预测的操 作条件来确定活塞冲程的长度。
31.如权利要求1所述的发动机，其中，所述发动机被配置成响应于实际的或预测的操 作条件来确定压缩比。
32.如权利要求1所述的发动机，还包括电耦合到所述第一转换器的能量管理系统。
33.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一活塞被耦合到将活塞行程转换成旋转 运动的机构。
34.如权利要求1所述的发动机，其中，所述第一活塞可操作地连接到配置成响应于作 用力以产生电能的活性材料元件。
35.一种操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可滑动地设置在第一气缸内的 第一活塞和可与所述第一活塞操作来将所述第一活塞的机械能来回转换成电能的第一转 换器，所述方法包括将反应物引进所述第一气缸的封闭端；施加电能给所述第一转换器，以在所述第一气缸内将所述第一活塞滑向所述封闭端； 触发引进反应物的化学反应，从而将化学势能转换成所述第一活塞的机械能；以及 通过所述第一转换器将所述第一活塞的机械能转换成电能。
36.一种内燃发动机，包括第一气缸，其具有第一封闭端和第二封闭端；第一活塞，其可滑动地设置在所述第一气缸内； 第一口，其设置成接近所述第一气缸的所述第一封闭端； 第二口，其设置成接近所述气缸的所述第二封闭端；以及第一转换器，其可与所述第一活塞操作来将所述第一活塞的机械能来回转换成电能。
37.如权利要求36所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在动力冲程中将所 述第一活塞的机械能转换成电能，并且进一步被配置成在从由排气冲程、进气冲程，和压缩 冲程组成的组中选定的至少一个冲程中驱动所述第一活塞。
38.如权利要求36所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在以下过程中驱动 所述第一活塞第一进气冲程，在其中，所述第一活塞移动离开所述第一气缸的所述第一封闭端，并且 第一反应物被引进所述第一气缸的所述第一封闭端；第二进气冲程，在其中，所述第一活塞移动离开所述第一气缸的所述第二封闭端，并且 第二反应物被引进所述第一气缸的所述第二封闭端；第一压缩冲程，在其中，所述第一反应物在所述第一气缸的所述第一封闭端内被压缩；以及第二压缩冲程，在其中，第二反应物在所述第一气缸的所述第二封闭端内被压缩， 且其中，所述第一转换器被配置成在以下过程中将所述第一活塞的机械能转换成电能第一动力/排气冲程，在其中，所述第一活塞响应于所述第一气缸的所述第一封闭端 内的化学反应而移动离开所述第一气缸的所述第一封闭端，因而至少部分地将所述第一气 缸的所述第二封闭端内的反应产物排出；以及第二动力/排气冲程，在其中，所述第一活塞响应于所述第一气缸的所述第二封闭端 内的化学反应而移动离开所述第一气缸的所述第二封闭端，因而至少部分地将所述第一气 缸的所述第一封闭端内的反应产物排出。
39.如权利要求36所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在以下过程中驱动 所述第一活塞第一进气/压缩冲程，在其中，所述第一活塞移动离开所述第一气缸的所述第一封闭 端，将第一反应物引进所述第一气缸的所述第一封闭端，并且在所述第一气缸的所述第二 封闭端压缩第二反应物；以及第二进气/压缩冲程，在其中，所述第一活塞移动离开所述第一气缸的所述第二封闭 端，将第二反应物引进所述第一气缸的所述第二封闭端，并且在所述第一气缸的所述第一 封闭端压缩第一反应物；第一排气冲程，在其中，所述第一活塞移向所述第一气缸的所述第一封闭端，从而至少 部分地将反应产物从所述第一气缸的所述第一封闭端排出；第二排气冲程，在其中，所述第一活塞移向所述第一气缸的所述第二封闭端，从而至少 部分地将反应产物从所述第一气缸的所述第二封闭端排出；且其中，所述第一转换器被配置成在以下过程中将所述第一活塞的机械能转换成电能第一动力冲程，在其中，所述第一活塞响应于所述第一气缸的所述第一封闭端内的化学反应而移动离开所述第一气缸的所述第一封闭端；以及第二动力冲程，在其中，所述第一活塞响应于所述第一气缸的所述第二封闭端内的化 学反应而移动离开所述第一气缸的所述第二封闭端。
40.如权利要求36所述的发动机，还包括可滑动地设置在第二气缸中的第二活塞。
41.如权利要求40所述的发动机，其中，所述发动机被配置成在第一模式下和第二模 式下运行，在第一模式下，化学反应只驱动所述第一活塞，并且在第二模式下，化学反应驱 动所述第一活塞和所述第二活塞。
42.一种操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括第一活塞，其可滑动地设置在具有第一封闭端和第二封闭端的第一气缸中；以及第一转换器，其可与所述第一活塞操作来将所述第一活塞的机械能来回转换成电能，所述方法包括a)将第一数量的反应物引进所述第一气缸的所述第一封闭端；b)施加电能给所述第一转换器，以在所述第一气缸内将所述第一活塞滑向所述第一封 闭端；c)使引进的所述第一数量的反应物起反应，从而引发所述第一活塞朝向所述第二封闭 端的运动；d)当所述第一活塞移向所述第二封闭端时，通过所述转换器将所述第一活塞的机械能 转换成电能；e)将第二数量的反应物引进所述第一气缸的所述第二封闭端；f)施加电能给所述第一转换器，以在所述第一气缸内将所述第一活塞滑向所述第二封 闭端；g)使引进的所述第二数量的反应物起反应，从而引发所述第一活塞朝向所述第一封闭 端的运动；以及h)当所述第一活塞移向所述第一封闭端时，通过所述第一转换器将所述第一活塞的机 械能转换成电能。
43.如权利要求42所述的方法，还包括在步骤b)之前，施加电能给所述转换器，以将所述第一活塞移向所述第二封闭端；或在步骤d)之后且在步骤f)之前，施加电能给所述转换器，以将所述第一活塞移向所述 第一封闭端。
44.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一活塞在步骤c)中比在步骤b)中移动较 长的距离。
45.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一活塞在步骤g)中比在步骤f)中移动较 长的距离。
46.一种内燃发动机，包括第一气缸，其具有可滑动地设置于其中的第一活塞和第二活塞；第一 口，其配置成允许反应物在所述第一活塞和所述第二活塞之间通入所述第一气缸 内；以及第一转换器，其可与所述第一活塞操作来将所述第一活塞的机械能转换成电能。
47.如权利要求46所述的发动机，还包括可与所述第二活塞操作来将所述第二活塞的机械能转换成电能的第二转换器。
48.如权利要求46所述的发动机，其中，所述第一转换器可与所述第二活塞操作来将 所述第二活塞的机械能转换成电能。
49.如权利要求46所述的发动机，还包括配置成将反应产物排出所述气缸的第二口。
50.如权利要求49所述的发动机，其中，所述第一口和所述第二 口是无阀的。
51.如权利要求46所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在动力冲程内将所 述第一活塞的机械能转换成电能，并且还被配置成在从由排气冲程、进气冲程，和压缩冲程 组成的组中选定的至少一个冲程中驱动所述第一活塞。
52.如权利要求46所述的发动机，其中，所述第一转换器被配置成在动力冲程中将所 述第一活塞的机械能转换成电能，且其中，第一转换器被配置成在进气冲程、压缩冲程，和 排气冲程中控制所述第一活塞的位置。
53.如权利要求46所述的发动机，还包括可滑动地设置在第二气缸中的第三活塞。
54.一种操作内燃发动机的方法，所述内燃发动机包括可滑动地设置在第一气缸中的 第一活塞和第二活塞，以及可与所述第一活塞操作来将所述第一活塞的机械能来回转换成 电能的第一转换器，所述方法包括在所述第一活塞和所述第二活塞之间，将反应物引进所述第一气缸中；施加电能给所述第一转换器，以在所述第一气缸内将所述第一活塞滑向所述第二活塞；使所述反应物起反应，从而将化学势能转换成所述第一活塞和所述第二活塞的机械 能；以及通过所述第一转换器将所述第一活塞的机械能转换成电能。
55.如权利要求54所述的方法，还包括将反应产物排出所述第一气缸。
56.如权利要求55所述的方法，其中，将反应产物排出的步骤包括使所述第一活塞和 所述第二活塞朝向彼此相对地移动。
57.如权利要求54所述的方法，其中，将反应物引进所述第一气缸中的步骤包括使所 述第一活塞和所述第二活塞相对地移动离开彼此。
58.一种改进用于发电的内燃发动机的方法，所述内燃发动机具有连接到同一曲轴的 多个活塞，所述方法包括将能量转换器应用到活塞，其中，所述能量转换器可操作来将所述活塞的机械能来回 转换成电能。
全文摘要
一种发动机包括可滑动地设置在具有封闭端的气缸中的活塞和可与活塞操作来在活塞循环中将第一活塞的机械能来回转换到电能的转换器。
文档编号F01B7/00GK101883912SQ200880118954
公开日2010年11月10日 申请日期2008年10月3日 优先权日2007年10月4日
发明者乔丁·T·卡勒, 克拉伦斯·T·特格林, 内森·P·米佛德, 威廉·盖茨三世, 小洛厄尔·L·伍德, 托马斯·A·韦弗, 查尔斯·惠特默, 穆里尔·Y·伊什克瓦, 维多利亚·Y·H·伍德, 罗德里克·A·海德 申请人:希尔莱特有限责任公司