CN102011644B - 内燃机 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施例提供一种对置活塞、对置汽缸的(OPOC)内燃机，该OPOC内燃机包括两个以180度对置的汽缸。在某些实施例中，连接件连接两个外活塞使其一前一后移动。一中心活塞位于两个外活塞之间并相对于外活塞移动。该连接件适合于根据驱动轴、发电机、液压泵、气动泵以及齿轮传动机械装置的具体实施例驱动二级机械装置。

Description

内燃机

本申请是申请日为2003年03月17日，申请号为03811008.3，发明名称为“内燃机”的申请的分案申请。

本发明要求PCT专利申请Nos.PCT/US 03/08708，PCT/US 03/08707和PCT/US 03/08709的权利，这些PCT专利申请均在2003年3月17日递交，并都要求了美国临时申请No.60/364662的优先权，该临时申请的名称为“对置活塞、对置汽缸式电力电池(OPPOSED PISTON OPPOSEDCYLINDER ELECTRIC POWER CELL)”，于2002年3月15日提交，所有申请的全部公开内容在这里以引用方式并入，并且出于所有目的而全部提出。

技术领域

本发明涉及一种内燃机。在一些实施例中，本发明涉及那些与线性发电机集成于一体的内燃机。在某些其它实施例中，本发明涉及那些与泵送装置集成于一体的内燃机。

背景技术

众所周知，很多发电系统使用内燃机来产生电力。一个这样的电力产生机构是发电机，该发电机通过活塞的往复运动以产生磁通量变化。线性发电机主要是由线圈和一组磁体组成。“线圈”应该理解为绕组加上层压电磁通路。“磁体”应该理解为永磁体或者电磁体。线圈通过切割磁场的相对运动产生电流。

很多类型的对置活塞、对置汽缸式燃烧发动机及内燃机都可与电力产生机构组合在一起。在这里讨论一些具有代表性的例子。

一个例子是1998年12月15日公开的美国专利No.5850111，出于各种目的，其全部内容在此以引用方式并入。该专利公开了一种自由活塞、可变冲程线性交流发电机、交流(AC)发电机，该发电机用于这样的燃烧发动机中，该发动机具有对置汽缸，并且每个活塞对具有一个运动元件。

另一个例子是1997年8月5日公开的美国专利No.5654596，出于各种目的，其全部内容在此以引用方式并入。这个文献公开了一种线性电力机，该线性电力机包括一个动子组件和一个定子组件。

美国专利No.3541362公开了一种具有两对活塞、单一曲轴、多具连杆和至少一组电感的对置活塞式发动机，该组感应器包括场磁铁和极靴。这些连杆使这些运动相反的零件进行往复运动。

其它公开专利如美国专利No.5397922、4873826或者4649283描述了一种具有线性发电机的内燃机。前述现有技术的装置全部具有一个或者多个缺陷。例如，它们过于复杂并且运动元件数量很多，如曲轴和活塞销等，因此它们不是自由活塞式发动机。此外，这些现有技术没有运动方向相反的、往复运动的质量元件，以使发动机和相关的电力产生机构在较低的振动水平和较高效率下进行工作。现有技术装置的其它缺点是，它们较重并且有噪声。此外，在现有系统中，工作效率较小，并且摩擦损失较大。此外，现有系统中的动态不平衡会导致往复运动的零件和相关的运动零件产生较大的磨损。

克服现有技术中的许多缺点的方法公开在美国专利No.6170443中，该专利是本申请的共同发明人发明的，且共同拥有，出于各种目的，其全部内容在此以引用方式并入。该443专利公开了一种内燃机，该内燃机具有对置汽缸，每个汽缸具有一对对置的活塞，这些活塞通过连杆如推杆和拉杆连接到曲轴上。该系统没有电力产生机构。此外，这个专利没有公开一种具有三汽缸的、自由活塞的、对置活塞的、对置汽缸的发动机。

发明内容

本发明克服了现有技术中的许多前述缺点，并且解决了经常存在的需要：即需要效率更高的发动机和电力产生系统。作为一个示出的实施例，本发明具有“对置活塞、对置汽缸(OPOC)”发动机布置，其中两个活塞与中心活塞设置在两个对置汽缸内。发动机构造成两冲程或者四冲程系统。发动机工作时活塞沿着共同轴线产生两个方向相反的运动线路。借助平衡每个元件的质量，沿着共同轴线可以产生无振动的、往复运动的机械运动。

本发明的优点是，沿着相反的方向得到较长的、精确的冲程，并且可以用多种燃料来进行工作，这些燃料例如包括汽油、柴油、氢、甲醇、酒精、JP6/8、或者天然气。

发动机的冷却例如借助用在空气冷却中的散热片或者流体冷却中的导管来实现。

这种重量轻的、紧凑的、效率高的内燃机进行没有振动的工作，根据相反的运动线路，这具有许多有用的应用，它具有相关的连接机构以把机械能传递到电力产生机构或者其它设备中。例如，连接机构也可以把机械能传递到齿轮和其它结构中，以最后使轮或者驱动机构进行旋转，如任何内燃机中的一样。

本发明特别设计了新型的泵送机构，该机构与三活塞的OPOC发动机一起使用，该发动机具有至少一个自由活塞。

泵送机构通常包括两个基本元件，即壳体和可滑动地设置在该壳体内的柱塞。连接机构可以把一个或者多个活塞的机械往复运动传递到泵送机构的一个或者两个元件中。泵送机构可以用来输送或者压缩流体。

本领域技术人员知道，泵送机构输送或者压缩流体的能力使得基本泵送机构适合于实现气动或者液压工作及任何其它流体输送或者压缩工作。

本发明还设计了泵送机构的基本元件的一些新型布置，这些布置可以与任何提供相反运动线路的发动机一起使用。在一个可能的实施例中，泵送机构的元件被布置成沿着平行于对置运动元件的运动轴线方向运动，该相反的运动线路由驱动装置来提供。在这个通常实施例的一个变形中，泵壳体和柱塞绕着泵的驱动装置设置成共心。在优选的实施例中，驱动装置是具有至少一个自由活塞的、三活塞的OPOC发动机。

有利的是，本发明的泵送机构适合于用作相关内燃机的扫气泵。

如所注意到的一样，本发明的一个有利用途是用于由OPOC发动机与电力或者磁通量产生机构如线性发电机组合成的发电单元(EPC)。

用于EPC中的线圈和/或磁体的各种布置需要经过仔细的设计，以使线圈和磁体的相对运动产生磁通量。例如，往复运动中心双端活塞或者两个连接起来的活塞上的一个运动线路可以用来连接线圈。沿着与第一运动线路相反的方向进行运动的第二运动线路可以用来设置永磁体或者电磁体。此外，还可以选择在固定结构中包括所需要的铁芯和线圈。在这种结构中，如果线圈保持固定，那么上述第一运动路线上的运动组件中也应包括磁体和可选的铁衬垫。

在发动机进行工作时，磁体的系统沿着一个方向逆着线圈进行运动，同时线圈可以沿着相反方向进行运动。因此，借助磁体和线圈之间的相对运动可以产生磁通量变化。

磁通量可以通过绕组、磁体和铁衬垫或者所需要的其它结构元件。

当发动机的冲程使它的运动反向时，两个运动组件使它们自己的、通常是平行的运动方向反向，并且相互间仍然沿着相反方向进行运动。相应地，磁通量或者电流通过线圈的运动方向也反向。

在EPC的一个可能实施例中，磁通量产生机构的元件布置成沿着平行于运动轴线的轴线运动到相反的运动线路中，该相反的运动线路借助驱动装置来提供。在这个普通实施例的一个变形中，磁通量产生元件绕着EPC的驱动装置设置成共心。在优选实施例中，驱动装置是具有至少一个自由活塞的三活塞OPOC发动机。

借助改变线圈相对于磁体和铁芯的结构的布置，使本发明可以构造成单相、两相、三相或者这些相的任何组合，其中磁体和铁芯的结构沿着该轴线进行运动。多相电力原理产生了更小的、效率更高的电力组件。

这些线圈可根据具体应用的要求来构造。此外，相的数目可以根据不同应用的需要来配置。

磁体数目可根据应用需要、发电机的尺寸大小、相的数目、和输出频率及冲程长度来改变。

磁通量产生机构的零件的冷却通过下面来实现：在这些零件的组件中自然地设计间隙，并且在每个冲程期间，使这些运动组件分离。

本发明提供了一种内燃机，包括：

至少一个活塞组，该活塞组由两个外部活塞和一个中心活塞组成，该中心活塞设置在这些外部活塞之间，这些活塞在共同的轴线进行往复运动，至少一个活塞是自由活塞；

第一外部活塞的一端和中心活塞的第一端与容纳第一外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第一燃烧室；及

第二外部活塞的一端和中心活塞的第二端与容纳第二外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第二燃烧室。

在一种实施方式中，该活塞组中的全部三个活塞是自由活塞。外部活塞的运动是一前一后，且与中心活塞的运动方向相反。

在一种实施方式中，外部活塞的运动是一前一后，且与中心活塞的运动方向相反。

在一种实施方式中，中心活塞具有尺寸大小减小的中心部分，该中心部分与汽缸的内壁一起限定出进气室。

在一种实施方式中，中心活塞包括双端活塞。

在一种实施方式中，中心活塞包括两个连接起来的活塞。

在一种实施方式中，至少一个自由活塞基本上没有裙部。

在一种实施方式中，至少一个汽缸包括排气口，该排气口设置在汽缸中，并使排气口在进气口之前打开。

在一种实施方式中，至少一个活塞包括至少一个连接件，每个连接件延伸到汽缸的外部中并且与活塞相应地进行线性运动，以传递机械能。

在一种实施方式中，每个活塞沿着基本上是垂直于每个活塞的共同运动轴线的方向连接到连接件上。

在一种实施方式中，至少一个活塞包括至少一个连接件，该连接件与汽缸外部的元件相连接，该元件与活塞相一致地进行运动。

在一种实施方式中，汽缸外部的元件是属于某一机械装置的元件。

在一种实施方式中，至少一个活塞包括至少一个连接件，该连接件与汽缸外部的元件相机械连接，该元件与活塞相一致地进行运动，以输送机械能。

在一种实施方式中，至少一个外部活塞和中心活塞包括连接件，该连接件与汽缸外部的元件相机械连接，该元件与活塞相一致地进行线性运动，以输送机械能。

在一种实施方式中，这些连接件垂直于共同轴线。

在一种实施方式中，每个连接件设置成基本上垂直于每个活塞的共同运动轴线的方向。

在一种实施方式中，每个汽缸包括至少一个槽，该槽沿着这些活塞的共同运动轴线的纵向进行延伸，并且适合于安装连接件，该连接件把相关活塞的机械往复运动传递到每个汽缸外中的元件中。

在一种实施方式中，所述的发动机还包括两个连接件，每个连接件具有：第一端部，它连接到外部活塞上；及第二端部，它延伸通过相应的汽缸并且连接到连接元件上，因此每个外部活塞的运动与中心活塞的相反。

在一种实施方式中，绕着外部活塞和/或中心活塞设置了若干连接件。

在一种实施方式中，发动机是两冲程发动机。

在一种实施方式中，发动机是四冲程发动机。

在一种实施方式中，所述的发动机还包括至少一个槽，该槽沿着共同轴线的纵向进行延伸，至少一个外部活塞包括自由活塞，该活塞具有若干环，这些若干环与汽缸相配合，以提供连续的密封，当一个环与槽相一致时，另一个环使相关的燃烧室保持滑动密封。

在一种实施方式中，所述的发动机还包括扫气泵，该扫气泵包括：

壳体，它具有第一泵送室；及

第一柱塞，它布置在第一泵送室内并且连接到至少一个活塞上，其中活塞的往复运动被传递到柱塞中，因此该柱塞把气体吸入到壳体中并且把气体引到发动机中。

在一种实施方式中，所述的扫气泵还包括：

第二柱塞，它布置在第一柱塞内并且连接到第二活塞上，其中第一柱塞和第二柱塞沿着相反的运动线路进行运动，至少一个活塞的往复运动传递到至少一个柱塞上，因此气体被吸入到壳体中并且导向到发动机中。

在一种实施方式中，扫气泵壳体成为发动机壳体的一部分。

本发明还提供了一种内燃机，包括：

至少一对燃烧室，它们基本上在对置活塞、对置汽缸的结构中沿着轴向布置在一个或者多个汽缸中，该至少一对燃烧室中的每一个还包括三个自由活塞，这些活塞包括两个一前一后运动的外部活塞和至少一个中心活塞，该中心活塞与这些一前一后运动的外部活塞相反地进行运动；

每个外部活塞的端部与中心活塞的端部一起形成了燃烧室；

连接件，它连接到至少两个活塞中的每一个上，该连接件的一部分位于汽缸的外部，这些连接件与活塞相一致地进行线性运动，以输送机械能；及

每个汽缸包括用于每个连接件的槽，这些槽适合允许连接件使活塞与外部机构机械地连接起来。

在一种实施方式中，所述的发动机还包括连接件，以连接一前一后运动的外部活塞。

在一种实施方式中，连接元件包括导管，以在发动机和/或外部机构的零件之间输送流体或者气体。

在一种实施方式中，至少一个汽缸包括排气口，该排气口设置在汽缸中，并且排气口在进气口之前打开。

在一种实施方式中，至少一个外部活塞具有若干环，这些若干环与汽缸相配合，以提供连续的密封，当一个环与槽相一致时，另一个环使相关的燃烧室保持滑动密封。

本发明还提供了一种内燃机，包括：

至少一个活塞组，该活塞组由两个外部活塞和一个中心活塞形成，该中心活塞设置在这些外部活塞之间，这些活塞是在共同轴线上进行往复运动的自由活塞；

第一外部活塞的一端和中心活塞的第一端与容纳第一外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第一燃烧室；

第二外部活塞的一端和中心活塞的第二端与容纳第二外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第二燃烧室；

连接件，它沿着基本上横向于共同运动轴线的方向连接到每个活塞上，每个连接件具有一部分位于相关活塞的汽缸的外部，因此相关活塞的机械往复运动被传递到汽缸外部的机械元件上；

每个汽缸包括至少一个槽，该槽沿着这些活塞的共同运动轴线的纵向进行延伸，并且适合于安装连接件，

连接元件，它连接一前一后运动的外部活塞；及

至少一个外部活塞具有若干环，这些若干环与汽缸相配合，以提供连续的密封，当一个环与槽相一致时，另一个环使相关的燃烧室保持滑动密封。

本发明另外提供了一种装配内燃机的方法，包括：

提供至少一个活塞组，该活塞组由三个活塞形成；

把两个汽缸中的这些活塞布置成两个外部活塞和一个中心活塞，因此这些活塞在共同轴线上进行往复运动，至少一个活塞布置成自由活塞；

使第一外部活塞的一端和中心活塞的第一端与容纳第一外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第一燃烧室；及

使第二外部活塞的一端和中心活塞的第二端与容纳第二外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第二燃烧室。

本发明还提供了一种装配具有外部机构的内燃机的方法，该方法包括：

提供一种内燃机，该内燃机包括：至少一个活塞组，该活塞组由两个外部活塞和一个中心活塞形成，该中心活塞设置在这些外部活塞之间，这些活塞在共同的轴线上进行往复运动，至少一个活塞是自由活塞；

第一外部活塞的一端和中心活塞的第一端与容纳第一外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第一燃烧室；及

第二外部活塞的一端和中心活塞的第二端与容纳第二外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第二燃烧室；及

把发动机连接到外部装置中，因此外部装置上的一些元件与一个或者多个活塞相一致地进行运动。

本发明还提供了一种使用内燃机的方法，包括：

提供一种内燃机，该内燃机包括：

至少一个活塞组，该活塞组由两个外部活塞和一个中心活塞形成，该中心活塞设置在这些外部活塞之间，这些活塞在共同的轴线上进行往复运动，至少一个活塞是自由活塞；

第一外部活塞的一端和中心活塞的第一端与容纳第一外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第一燃烧室；及

第二外部活塞的一端和中心活塞的第二端与容纳第二外部活塞和中心活塞的汽缸相结合，以限定出第二燃烧室；及

操纵发动机，一是连接到活塞上的外部装置的元件与该活塞相一致地进行运动。

本发明还提供了一种OPOC发动机的中心自由活塞，该中心自由活塞具有两端部和中间部分，该活塞被设置与两个外部活塞相配合地在两个汽缸之间进行往复运动，中心活塞的每端与汽缸相结合以限定出燃烧室。

在一种实施方式中，中心活塞的中部具有减少的尺寸大小，该尺寸大小减少的部分与汽缸的内壁一起限定出进气室。

在一种实施方式中，该活塞基本上没有裙部。

在一种实施方式中，所述的活塞还包括另外的外部自由活塞，该活塞形成了一个活塞组，从而与这些活塞的汽缸相结合以形成燃烧室。

本发明还提供了一种外部自由活塞，它被设置与中心活塞一起在开槽汽缸内进行往复运动，外部活塞与汽缸和中心活塞的一端相结合以限定出燃烧室，外部活塞具有装置来安装若干环，这些环与汽缸相配合，以提供连续的密封，当一个环与槽相一致时，另一个环使相关的燃烧室保持滑动密封。

前述这些不是用来穷尽列出本发明的实施例和特征。通过下面的详细描述并结合附图，本领域技术人员应该可以分辨出本专利所涵盖的其它实施例和特征。

附图说明

图1是依据本发明的发动机的一个实施例的横剖视图。

图2a-c示出了依据本发明的发动机和相关的机械机构的一系列横截面图。例如，示出了泵元件。

图3a-c示出了依据本发明的发动机和电力产生机构的一系列等比列横剖视图。

图4a-d示出了一种依据本发明的发动机和电力产生机构的一系列横剖视图。

图5a-b示出了图4a-c的实施例的端视图和横剖视图。

图6示出了依据本发明的活塞和汽缸的横剖视图。

图7a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图8a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图9示出了一种依据本发明的中心活塞的例子。

图10a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图11a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图12a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图13a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图14a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图15a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图16a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图17a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图18a-f示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图19a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图20a-c示出了一种依据本发明的磁通量产生机构的元件。

图21示出了一种依据本发明的电力产生机构和相关的发动机汽缸的局部横剖视图。

图22a-c是示出了一种依据本发明发动机和相关的机械机构的工作的等比例横剖视图。

图23a-c示出了一种依据本发明的发动机和相关的机械机构。

图24是本发明发动机结构的示意性说明。

图25a-h给出了本发明发动机基本的工作循环，针对曲轴旋转的不同角度示出了汽缸中的活塞位置。

图26a-d示出了用来实现发动机自由质量力平衡的方法。

图27a-d示出了为什么发动机进气口和排气口的不对称定时要求以不同的形式对两个汽缸的进气口和排气口定位。

图28是对优选实施例不对称定时的进一步说明，其中线性地绘出了在曲轴完成一个旋转周期过程中左汽缸[(a)]和右汽缸[(b)]的活塞位置。

图29是本发明优选实施例的正视平面图。

图30是本发明优选实施例的俯视平面图。

图31是沿图30中A-A线本发明优选实施例的正视截面图。

图32a-b绘出了本发明优选实施例的详细定时，给出了作为曲轴角度函数的两汽缸进气口和排气口的打开和关闭。

图33是优选实施例曲轴的侧视图，其中(a)-(d)是穿过轴颈的截面图。

图34示意性地给出了轴颈的几何尺寸，它说明了发动机平衡和不对称定时如何是曲轴设计的函数。

图35a示意地给出了现有增压技术。

图35b示意地给出了优选实施例的增压技术。

图36是优选实施例推杆的详细描述。

图37是优选实施例拉杆的详细描述。

图38a-c是优选实施例燃烧室的详细描述。

图39a-b描述了另一可选的燃烧室设计的可能性。

具体实施方式

尽管本发明用作普通用途的内燃机，但是从理论上讲本发明适合于与辅助机械如电力产生机构、液压泵送机构、气动驱动机构、齿轮从动装置或者可以连接到位于发动机上的连接件或者连接元件上的其它机构相结合，以用来输送与活塞运动有关的机械能。

尽管通常讨论的OPOC发动机具有以180角进行对置的两缸，但是可以提供所需要燃烧室的其它缸布置也是可以的。

与一个或者多个活塞相连的连接元件可以机械地把这些活塞的线性往复运动连接到汽缸外部的元件中。例如，这些汽缸和相关活塞的布置提供了所需要的机构和基本结构，并且可以包括开槽式汽缸或者相关结构，以有利于连接件或者连接元件的运动。在一个下面将更加详细描述的特殊例子中，连接件连接两个外部活塞，因此它们一前一后地进行运动。

因此，当一个外部活塞朝着中心活塞向内运动时，第二个外部活塞向外远离中心活塞地进行运动。

第二连接元件或者连接件可以连接到中心活塞上。因此，中心活塞的运动也可以传递到汽缸的外部中。中心活塞也可以连接到位于汽缸外部的发电机、液压或者气动泵、或者其它装置的一些元件上。相应地，当这些外部活塞及相关的连接件或者连接元件顺次地沿着一个方向进行移动时，中心活塞及与它的相联的第二连接件的元件将传递运动的相对方向。然后，借助相应连接件的元件而传递到汽缸外部中的这两个相反的运动线路可以被应用到许多有用的用途中。与任何附加用途细节无关的一个优点是，两个相反的运动线路可以形成平衡的发动机系统。

发动机可以包括冷却片或者环绕活塞的冷却通道，并且可以选择使用空气、燃料或者其它冷却剂来进行冷却。相应地，发动机中则应具有合适的冷却通道或者散热片。

具有自由活塞的OPOC发动机的例子

本发明考虑了内部燃烧式、对置式活塞和对置式汽缸(OPOC)的发动机。优选的是，OPOC发动机使用一个或者多个自由活塞。如这里所使用的一样，“自由活塞”表示这样一种汽缸中的活塞：该活塞没有连接到曲轴或者控制它运动的其它机构上。活塞在汽缸中的位置通常依赖于来自燃烧过程的力、能量转换系统(该系统将能量转换成机械能、电能、液压能或者气动能)的力和动能所产生的力。两个或者多个对置的自由活塞也可包括连接元件以使这些活塞同步。

通常地，自由活塞式发动机设计成两冲程发动机。

但是，也可以设计自由活塞式发动机的四循环工作。为了使自由活塞在四循环状态下进行工作，需要使用特殊机构来使排气口和进气口阀门同步。

此外，希望把许多自由活塞式发动机连接起来以实现四循环过程并且补偿任何效率减少，并且还补偿未平衡的自由质量力。

参照图1和2a-c，它们示出了对置活塞、对置汽缸(OPOC)式发动机121的一个可能的例子。对置汽缸具有第一汽缸103a，该第一汽缸103a与第二汽缸103b的夹角为180度。示出了两个对置的外部活塞105和107。活塞107处于上死点(TDC)位置上，而活塞105处于下死点(BDC)位置上，如图1所示。

中心活塞109设置在外部汽缸对105和107之间。

中心活塞109与活塞107一起形成了燃烧室111b，并且与活塞105一起形成了燃烧室111a。此外，当在BDC时，燃烧室111a可以称为“排量”。但是，这里的术语“燃烧室”在广义上用来包括普通术语的“排量”、实际燃烧室容积和由汽缸壁181、相应外部活塞105或者107和中心活塞109之间所限定出的任何容积。

活塞105、107和109对准在共同轴线145上。还示出了进气口177和排气口179。示出了可选的连接元件183，该连接元件183连接外部活塞，因此可以使两个活塞顺次运动。为了有利于转换来自活塞的机械能，因此一个或者多个连接件与一个或者多个活塞105、107和109相连。连接件182可以通过槽185。一些槽如槽185可以设置到发动机121中，以减少发动机的总体长度。这些连接件可以是能够一致地进行运动的分立元件或者一些元件的组件。还应注意的是，这里所使用的术语“连接元件”可以是一部分连接件的形状或者连续部分，该连接件延伸到汽缸的外部，而该元件与连接件的其它部分在该汽缸中相一致地进行运动。套筒可以代替汽缸中敞开的槽，连接件与套筒相连接，以使汽缸壁中没有开口。此外，连接件(附图中未示出)可以连接到相应活塞105或者107的下侧上。用在OPOC发动机中的自由活塞的例子

中心活塞109可包括两个活塞头110a和110b。在这种结构中，可得到紧凑的设计。具体地说，现有技术活塞包括相对较长的活塞裙部。这些裙部可减少由于活塞上的横向力而使现有技术的活塞卡在汽缸中的几率。但是，活塞109是自由活塞，并且没有连接到曲轴或者其它的这种装置中。

相应地，没有横向力并且不需要裙部。

又参照图1-2a-c，示出了活塞109的双头110的设计，其中一个活塞顶部110a与汽缸103a和外部活塞105一起形成了燃烧室111a。用汽缸103b和具有活塞顶部110b的外部活塞107来限定出第二燃烧室111b。这种设计废除了现有技术的活塞裙部，因为每个活塞顶部110在相应的燃烧汽缸中给其它活塞顶部进行导向。由于在活塞105或者107上没有横向力，因此不需要较长的裙部来避免活塞粘住。外部活塞105和107也可以设置较小的活塞顶部110，如在活塞109中一样。但是，由于希望使热的废气离开位于活塞底侧处的这些室，并且允许它们只在排气口179中排出，因此在活塞105或者107的下侧上具有额外的活塞长度来安装一组配合的活塞环如环187。

中心活塞109的设计可以使得相关发动机121的总体设备较紧凑。如在活塞顶部110a和110b之间的结构一样所限定出的、活塞109的底侧具有独特的特征。具体地说，活塞109的底侧与汽缸壁181相配合，以形成室，该室使脉动的进气流得到缓冲。例如，缓冲室可以用作进气室178。进气如理想的燃料和空气的正确比率借助公知的方法来预载在室178中。然后，当中心活塞109沿着共同轴线145进行往复运动时，进气口177如图1和2a-c所示一样与运动室178相交，从而允许新鲜进气进入到相应的燃烧室111a或者111b中。在进气口177和活塞顶部110a或者110b下方的室178之间不需要密封。

在膨胀和压缩冲程期间，活塞环189可以用来密封燃烧室111，并且可以用来防止进气和燃料混合物过早地进入到燃烧室111中。相应地，与现有技术的活塞相比，活塞109可以极短。中心活塞109只需要足够的长度来安装两个活塞顶部110a和110b及活塞环189。因此，室178的壁借助位于汽缸和中心活塞109的较小几何形状之间的空间来限定出。

外部活塞105和107也具有独特的特征，这些特征有助于总体发动机121的外壳得到紧凑的结构。一个这样的特征是具有连接件182，该连接件182可从活塞105或者107表面上的一个点或者一些点各自沿着切线方向延伸。汽缸103可以包括一些槽185，这些槽185允许这些活塞和相关的连接件182进行滑动。由于这些槽185设置来使汽缸103的长度最小化，因此相关活塞105或者107和汽缸103的密封中的间隙产生在槽185中。

当专用环187与槽185叠置或者与槽185相一致时，在密封件中具有间隙。因此，一组配合环187可以分布于相应活塞105或者107的底部，当至少一个环叠置在汽缸103具有槽185和排气口的部分上或者与该部分相一致时，另一个环可以在活塞105或者107和燃烧室111之间保持合适的密封。活塞环187和189的额外细节在这里进行讨论。

尽管这里是通过三个活塞为一组来描述本发明，但是从这里的描述出发，本领域的技术人员应该知道如何制造具有各种活塞数目如四活塞结构的发动机。如图6所示一样，它示出了简单的3活塞OPOC发动机21。中心活塞9在汽缸3a和3b内形成了两个燃烧室11a和11b。汽缸的相对端各自由外部活塞5和7来限定出，这些外部活塞面对着中心活塞的端部。图9示出了改进过的中心活塞，该活塞包括两个相联的中心活塞13a和13b。活塞13a和13b之间的连接可以由两个连杆15a和15b来形成，而这两个连杆通过中心销17来连接。

与OPOC自由活塞式发动机一起使用的示例性活塞环

活塞105、107和109使用传统的活塞环例如活塞环187和189来密封相应的燃烧室111a和11b，如附图中所示一样。

这些环对排出口与燃烧室和缓冲室进行密封。

这些环通常有助于得到紧凑的、整体较短的发动机。

在外部活塞105和107的底侧上具有一组活塞环187。

这些环与槽185相配合，因此在活塞运动期间当由于活塞环移过槽185而使密封失效时，该组中的另一个环与汽缸壁181一起提供了必需的密封。使用这种方法，排出口179始终保持与活塞105和107下方的底室分隔开。

应该注意到，进气口177与进气室178进行之间没有密封。这也是减少发动机121的整体长度的明显因素。

与OPOC自由活塞式发动机一起使用的进气系统的例子

借助任何公知的方法可以把空气、燃料和任何所需要的预燃气体加入到燃烧室111a和111b中。加入空气的一个合适方法是借助进气室178把汽缸连接到进气源中。进气室178可以设置在中心活塞109的下方。此外，借助使用连接通道(在附图中没有示出)，使进气被迫进入到燃烧室中。这些通道可以是直径较小的通道，当它们被加入到相应的燃烧室111中时，这些通道可以使气体产生更高的增大压力。

借助使用混合和加入燃料和空气的公知方法，例如可以使用任何燃烧过程如奥托循环、狄塞尔循环或者HCCI(均匀燃烧、压缩点火)。

与OPOC自由活塞式发动机一起使用的示例性燃烧系统

本发明的发动机121可以与任何数量的燃料和燃烧过程一起使用。例如，发动机121适合于奥托循环中的汽油，该循环包括空气和燃料的均匀混合、火花点火和用外部空气/燃料混合物进行控制的节流。

例如该发动机同样适合于狄塞尔循环中的柴油。

相应地，适合于能够压燃的异种混合物。其空气与直喷燃料的混合在燃烧室内部完成。(其燃烧品质是通过控制喷入的燃料的质量来控制的。)

此外，发动机121可以使用HCCI循环。HCCI被理解成使用压缩点火的均匀混合物，空气燃料的混合可在燃烧室外部或者内部完成。把燃料和空气加入到发动机中的其它合适方法也可以使用。例如，空气和燃料可以在空气区域中进行混合，可以使用化油器或者喷射系统。

此外，与现有技术的其它类型发动机一样，这里所描述的实施例可以与用来充入空气进气的增压或者涡轮增压器一起使用。

与OPOC自由活塞式发动机一起使用的示例性正时和排气系统

具体参照图2a-c，其依次示出发动机121时序的三个参考位置。图2a示出OPOC发动机处于这样的位置上：相对于发动机121的右侧，该位置为下死点(BDC)。或者，更加准确地说，由缸套或者汽缸壁181及外部活塞107和中心活塞109所限定出的燃烧室111b处于BDC。图2b示出发动机121处于中间位置上。及图2c示出了相对于相同的燃烧室111b发动机121处于上死点(TDC)。

为了方便，相对于一个汽缸103a(如图1所示)来讨论发动机121。但是，该系统通常是对称的，并且相对于燃烧室111a和111b具有类似元件和零件。

排气口179高于进气口177。排气口的高度为活塞冲程的25％到40％。进气口的高度为活塞冲程的10-25％。排气口高于进气口大约为活塞冲程的15-20％。这就可以使排气口179首先打开，以在进气口打开之前允许处于压力下的废气从燃烧室排出到排气口中。从而降低了汽缸103a内的压力。然后，进气口177打开，所需的空气/燃料混合气可以进入燃烧室中，以开始新的压缩冲程。通常地，相对于汽缸103a的一个循环的时序可以描述如下。在燃烧之后，当活塞105和109分开时，当排气口179首先打开。然后，当中心活塞109从TDC向着BDC运动时，进气口177打开。接下来，进气口177关闭，最后排气口179关闭。随着外部活塞105和中心活塞109处于BDC，如图2c所示，循环完成，并且反转活塞运动方向。通常地，这个过程称为发动机121的对称正时。

在外部活塞105和中心活塞109在汽缸103a内从TDC移向BDC的同时，外部活塞107和中心活塞109在汽缸103b中从BDC移向TDC。

此外，借助下面装置来控制中心活塞109和外部活塞105和107的顺序，可以实现这些活塞的不对称正时：该装置以不同的方式(指正时相位的不同)从中心活塞109和外部活塞105和107中取出机械能。

在循环过程中部分时段，排气口179和进气口177同时打开，从而允许产生压力峰，以有助于用过的燃烧气体排出。

一个合适的实施例可以包括，外部活塞105和107领先于中心活塞109最多可达10％的循环时间。尽管在外部活塞105和107刚好与中心活塞109相对地进行运动时可以实现完美的动平衡，但是这种不对称也可以得到理想的正时特性。提高发动机动平衡的其它特征包括，使发动机的每个运动元件的质量与沿着其相反方向运动的另一元件的质量(similarlymassed element)相匹配，从而不需要额外的质量元件来平衡发动机。本发明的另一个特征是不需要传统发动机中的运动元件如曲轴、凸轮、活塞销、连接件、阀和相关的零件。

OPOC自由活塞式发动机的示例性工作模式

在OPOC发动机中，汽缸冲程CS被分成两个活塞冲程PS。

燃烧活塞式发动机中的极限活塞速度被摩擦条件限制到大约14m/sec。最理想的活塞冲程PS对孔径B的比率为PS/B＝1±0.15。这表示，在给定的活塞速度时，OPOC发动机具有两倍的传统发动机的汽缸冲程。对于自由活塞式OPOC燃烧发动机而言，这个特征具有独特的优点。较长的汽缸冲程即大约两倍的孔径B(CS-2xB)是非常有效的两冲程扫气和改善的热力学系统的基础。

本发明的发动机排量D借助活塞冲程PS和汽缸103的孔径B来定出。一个合适的实施例各自具有第一和第二汽缸103a和103b。每个汽缸103a和103b的长度比活塞冲程PS、中心活塞109的活塞顶部110的高度及用于连接元件182a的外部活塞的额外长度之和大至少3.5倍。这使得发动机21的总体长度最小为8倍的活塞冲程PS。例如，在一个合适的实施例中，总体长度是(9±1)倍的活塞冲程PS。一个OPOC装置的排量D是：D＝PSxB²xπ。例如，活塞冲程PS应该是(1±0.15)倍的孔径B。

发动机驱动的泵送机构

本发明可以考虑一种新型的泵送机构，该泵送机构可以连接到发动机中，这些发动机提供了相反的运动线路，并且包括在这里所描述的OPOC发动机。上面所讨论过的、OPOC发动机121的一个有用的应用是作为外部泵装置的驱动机构，这种装置的一个例子示出在图2a-c中。但是，泵装置可以是利用活塞105、107及109的线性往复运动的、任何数目的装置。相应地，连接件如零件182a、182b和182c可以连接到相应的活塞105、107或者109上，从而把这种机械能传递到OPOC发动机121外部中。一个这样设计的泵送装置可以是EPC。其他应用还可以是气动压缩机或者液压泵。换言之，泵可以用来压缩或者输送与泵上的进气阀相连通的任何流体。适当的变化在现有技术中容易理解。

出于说明的目的，这里描述一种一般的泵送机构。

具体参照图2a-c，所示OPOC发动机121具有外部泵组件，该组件包括壳体135和第一柱塞131，该柱塞131通过相应的连接件元件182连接到与外部活塞105和107相连的连接元件183中。此外，还示出了可选的第二柱塞137，该第二柱塞137借助连接件182c连接到发动机121的中心活塞109。壳体135处于发动机121的外部。如附图中所示一样，壳体135可以布置在发动机121的周围，以使第一柱塞131和可选的第二柱塞137在泵的运动方向通常平行于共同轴线145。

如果普通的泵装置包括第一柱塞131和第二柱塞137，且第一柱塞131连接到活塞105和107上，第二柱塞137连接到活塞109上时，从而产生两个相反的运动线路。因此，整个系统121可以保持理想的平衡、振动和噪声特性。在这种结构中，可以实现共用室中的双联泵。

在典型实施例中，其中该实施例可以与内燃机形成一体，借助一组簧片阀(在附图中没有示出)把空气、燃料或者这两者引入到壳体135中。如这里所使用的一样，混合物用来包括燃料和空气的任何比率，其中该比率是从纯空气且没有燃料到纯燃料且没有空气。至少一个簧片阀可以设置在壳体135的一端或者两端，例如端部138a和138b。在这种方法中，混合物借助第一柱塞131和任选的第二柱塞137的泵送作用通过合适的阀门吸到壳体135中。例如，在图2c中，当活塞105处于下死点时，由壳体135的内壁和第一柱塞131所限定出的室140a形成在壳体135内。柱塞137的运动产生了往复运动的容积，因此，该室可以分成左侧140a和右侧140b。当柱塞137移动到右边时，左侧140a的容积增大了并且压力减少了。当室140a内的压力小于壳体135外部的压力时，混合物通过例如簧片阀(未示出)抽吸到室140a中。当活塞105从下死点运动到上死点时，柱塞137的运动方向反向，压缩在室140a内的混合物，并且借助公知装置如导管、通道或者其它这样的通道迫使该混合物进入到气体进入室178中。第二组簧片阀(未示出)设置在壳体135和发动机进气口177之间。类似方式的往复运动使得混合物抽吸到室140b中，其余过程与刚才描述的过程相类似。

借助安装到连接元件183中的导管，可以把流体或者空气引入到泵装置中。例如，连接元件183a可以是中空管，空气或者流体可以通过其从发动机21的外部被输送到壳体135的内部中，并且分配到壳体内部腔、第一柱塞131或者可选的第二柱塞137的任何一处或多处。相应地，流体或者空气可以用于许多目的。例如，流体或者空气可以用来冷却零件。在另一个例子中，流体或者空气可以用在气动或者液压缸中，因此可以在发动机121的外部中进行工作。应该知道，如果泵装置与气态混合物如空气和燃料一起使用，那么这些柱塞将压缩容积。

但是，泵装置可以用来改变流体容积如液压流体的容积。

外部泵的这种布置可以是连续元件，该连续元件沿着圆周方向布置在共用汽缸103周围，例如泵绕着发动机的共心布置。使泵适合于由OPOC发动机中的活塞所提供的相反运动线路的其它布置同样也是可以的。扫气泵的例子

参照图1和2a-c，在共用壳体135内具有第一柱塞131和第二柱塞137的“双联泵”的一个可能用途是把燃料和空气引入到发动机121中。出于方便，这种应用可以称为扫气泵。尽管本发明设想和描述了双联泵，但是应该知道，合适的实施例也包括单泵。

现在，参照图3a-c，示出了连接到OPOC发动机21上的扫气泵。在用作扫气泵的情况下，任何所需比例的燃料和空气借助公知方法被引入到壳体38中。例如，可以在大约2000bar或者其他柴油燃烧过程中所需要的高压下喷射燃料。

另一个例子是低压喷射。低压喷射可以借助一个螺线管来提供。在那里，电信号引起螺线管柱塞打开，因此把低压燃料喷射到壳体中或者喷射到进气口附近的空气流中。

在典型的实施例中，空气、燃料或者这两者的混合可借助一组簧片阀(在附图中没有示出)引入到壳体38中。如这里所使用的一样，混合物包含从纯空气且没有燃料到纯燃料且没有空气的、燃料和空气的任何比例。至少一个簧片阀可以设置在壳体38的两端上，例如设置在端部10a和10b上。在这种方法中，混合物借助第一柱塞如线圈30和第二柱塞如磁体25的泵动而抽吸到壳体38中。

线圈30起着室42内的第一柱塞的作用，其中室42由沿着圆周方向布置的磁体25来限定出。当线圈30在室42内进行往复运动时，任何体积的流体或者空气可以被压缩并且借助至少一个配合运动的簧片阀引导到发动机21中。同样地，磁体25可以起着室40内的第二柱塞的作用，室40在沿着圆周方向布置的壳体38内限定出。簧片阀可以设置在室40和室42之间，以确保流体或者空气或者这两者的单向流动。在一个实施例中，一组簧片阀可以设置在室42a和室40a之间，而第二组簧片阀设置在室40b和42b之间。因此，流体或者空气在膨胀冲程期间被抽吸到相应的室中，并且在压缩冲程中被迫进入到下一个室或者发动机中。

示例性发电单元(EPC)

本发明设想了新型的电力或者磁通量产生机构，该产生机构通常以两个线性和相反运动的元件或者往复运动的元件和固定元件为基础，一个元件是线圈或者一组线圈，另一个是磁体或者一组磁体，该元件如此布置，以致相对运动产生了磁通量。图3-23示出依据本发明的新型EPC、磁通量产生机构和相关零件的一些例子。(相同特征具有相同标号，在有三位阿拉伯数字标号的情况下最后两个数字是相同的)。

用以组成具有相反运动线路驱动装置的EPC磁通量产生机构的一些例子

这里所描述的新型磁通量产生机构可以与产生两个相反运动线路的任何机构结合起来。一个这样设计的机构可以是具有同步元件的内燃机，这些同步元件可以沿着两个相反的方向同时地传递机械能。相应地，OPOC发动机如发动机21的一个设想的新型应用是使用这里所描述的磁通量产生机构在EPC中产生电流。在这里所描述的一些实施例中，借助任何公知方法把来自磁能量产生机构的交流电流输出到所描述的系统之外。所设想的转移方法的一个例子是使用电刷或者筒形接触并由如图3-5所示的连接元件83，83a和83b提供电路连接。

如这里所使用的一样，“磁体”是永磁体、感应磁体或者用来提供磁场的其它装置。此外，磁体可以指Halbach系列，相对垂直于共同轴线45的方向，该系列包括北极和南极磁体的交替顺序，而交替的东和西磁体分布在它们之间的内部中。同样合适的是这样的一组磁体，该组包括一组交替的北和南极磁体。术语“磁体”还包括铁衬垫，该衬垫与磁零件有直接物理接触。术语“磁体”还包括铁衬垫借助空气隙与磁零件分开的形式。术语“磁体”的这些各种各样的定义示出在附图中。

如这里所使用的一样，“磁感应磁通量元件”表示一种结构，在该结构上，该磁体可以工作以产生磁通量。典型地，磁感应磁通量元件可以是线圈，即由导电物质如铜或者铝丝所形成的绕组。出于方便，在下文中，除非上下文表明其它意思，术语“线圈”与“磁感应磁通量元件”可以互换使用。相应地，一流的缠绕线圈、线圈绕组、场绕组、表面绕组或者其它这样的装置也属于本发明的保护范围。

绝缘材料可以设置在金属丝之间，或者设置在由金属丝所形成的层之间，因此允许堆叠或者缠绕许多层或者排的金属丝。

磁通量产生机构的运动元件可以是磁体、线圈或者护铁(back iron)的任何组合，从它们的相对运动中感应出磁通量。运动元件可以是固定的支撑结构。因此，遵循线圈和磁体之间的相对运动以产生磁通量变化并且在线圈中产生电压，进而产生电流的原理，可以使用任何数量的合适运动件和合适配合运动或者固定件的组合。在图7-20中示出了固定元件和运动元件的布置。这些零件可以与这里所设想的OPOC发动机结合起来。此外，提供两个相反运动线路的任何其它驱动机构可以与磁通量产生元件的布置结合起来使用。

在图7a-c所示的一个可能实施例中，包括连接到支撑叠片128上的至少一个线圈130的表面安装线圈132可以逆着运动磁体125进行运动。表面安装线圈132包括一组表面安装线圈130。例如，三组表面安装线圈130a、130b和130c可以连接到共同的运动支撑叠片128上。然后，线圈132相对于磁体125进行运动。磁体可以是一组交替的北极磁体139和南极磁体141，并且还包括铁衬垫134。在理想的实施例中，线圈段130a、130b和130c与磁体139和141之间的比率是3∶2，以产生三相电流。这些元件的相对运动用箭头157来表示。

参照图8a-c，运动线圈132示成相对于运动磁体125进行相对运动。在这个例子中，线圈包括三组表面安装线圈130a、130b和130c，它们全部连接到共同的支撑叠片128上。磁体125各自包括一组交替的北和南极磁体139、141。但是，在这个例子中，铁衬垫134保持固定并且被层压。同样，线圈130a、130b和130c与磁体139和141之间的理想比率为3∶2，以产生三相电流。

图10a-c示出了具有三组线圈130a、130b和130c的表面安装线圈132，以及层压片128，它们相对于运动的磁体126进行运动。磁体126是一组Halbach磁体。

如图11a-c所示的线圈绕组30是另一个合适的运动元件。同样，磁体25可以包括一组交替的北磁体39和南磁体41，并且还可以具有铁垫片36。磁体25和垫片36组成第二运动元件。线圈30可以包括层压垫片34和齿32。齿32分开每组线圈绕组31a、31b和31c。同样，线圈绕组31a、31b和31c与磁体39和41之间的比率为3∶2，以产生三相电流。

图12a-c描述了线圈30，该线圈30相对于Halbach组磁体26的运动而进行运动。如前面所讨论的一样，线圈30具有齿32，该齿32分开每组绕组31。由于第二运动组件是磁体26的Halbach组，因此不需要铁衬垫。

图13a-c示出了线圈30，该线圈30相对于运动磁体37进行运动。

这里，磁体37与铁衬垫38分开。铁衬垫38相对于磁体37保持固定并且被层压。

在图7-13的每个前面描述中，一个运动元件是线圈，第二个元件是磁体。每个运动元件需要各自的但相反的运动线路。

图14a-c所示的另一个实施例描述了具有运动磁体25/37的固定线圈29。在这个实施例中，线圈29包括绕组分离器如齿31，这些齿31分开绕组33。衬垫34还具有线圈29。至少一个磁体25/37相对于固定线圈29进行运动。该磁体可以包括运动衬垫36，如所示一样。

图15a-c示出了表面安装线圈130，该线圈布置在具有分开的第二运动元件在内的磁体125之间。每个磁体125包括构成组件136的铁衬垫134。线圈130不需要层压衬垫。

分开的运动元件的另一个实施例示出在图16a-c中。

第一运动元件是线圈28。第二运动元件可以是分开的运动元件如Halbach组磁体26。线圈28与分开的第二运动元件相反地进行运动。

图17a-c示出了第一运动元件如线圈28和分开的第二运动元件如磁体25的另一种合适布置。在这个例子中，每个磁体25是运动元件并且各自具有与之相连的、固定的铁衬垫38。在这种结构中，磁通量变化是运动元件的速度的两倍。合适的是，OPOC发动机可以用来一前一后地且沿着相反的方向驱动两个运动元件。

两个运动元件的另外一种形式描述在图18a-c中。

相应地，唯一的运动元件是线圈130。磁体125a和125b是固定的。在这种结构中，磁通量变化直接与第一运动元件的速度成比例。相应地，当与图3-5的OPOC发动机21结合使用时，线圈130以与一个活塞例如中心活塞9相同的速度进行运动。活塞9的往复运动借助转换机构如图3所示的连接元件83传递到线圈30中。为了减少重量和提高运动线圈的速度，因此可以分开线圈，一部分线圈连接到中心活塞上，一部分线圈连接到外部活塞上。这也将平衡该系统而不需要任何额外的质量。

图19示出了包括线圈130的第一运动元件。第二运动元件分开成Halback组126。这个例子的工作与前面讨论过的原理相同，并且涉及相同数目的元件。

表面安装线圈如图20的线圈130可以布置在分开的第二运动元件如磁体125a和125b之间。如图20所示，磁体125a和125b各自具有相关的固定铁衬垫134a和134b。

在图7-8、10-13、15-17、19-20中的每一个中，需要两个相反的运动线路来引起每个运动元件沿着相反的方向进行往复运动。这可以借助任何公知的或者研发的装置来提供。

使用OPOC发动机的EPC的例子

产生两个相反的运动线路的一个合适机构是OPOC发动机。用来提供相反的运动线路的、特别有利的发动机是OPOC自由活塞式发动机如图3-5的发动机21、或者图1-2的发动机121、或者美国专利No.6170443的四活塞OPOC发动机。出于解释目的，使用图3-5的OPOC发动机21来讨论一种EPC。

如这里前面所描述的一样，OPOC发动机21具有两个对置的外部活塞5和7及中心活塞9。外部活塞5和7中的每一个各自具有相关的连接件82a和82b。连接件82a和82b借助一个或者多个连接元件83而相互连接起来。当外部活塞5和7沿着轴线45线性地进行往复运动时，该运动借助连接件82而传递到发动机21的外部。因此，活塞5和7的往复运动被传递到平行于轴线45的轴上。如所示一样，线圈30连接到连接元件83上，该连接元件连接到连接件82上。线圈30随着一前一后运动的外部活塞5和7而沿着第一运动线路进行运动。

沿着与线圈30运动相反的方向的第二运动线路借助下面方法来形成：把一组磁体25连接到一个或者多个连接件如连接件82c上，而该连接件82c连接到中心活塞9上。由于中心活塞9与外部活塞5和7相反地进行运动，因此磁体25与线圈30相反地进行运动。

为了得到理想的平衡系统，因此电力产生机构可以安装平衡的、相反运动的元件，这些元件的质量等于或者接近等于第二运动元件如磁体25。此外，为了减少运动质量，因此所需要的铁衬垫被包括在固定的支撑结构或者壳体38中。

与具有固定元件的单个运动元件的现有技术系统相反，本发明使用两个运动相反的元件如磁体和线圈，这就可以提供现有技术中的磁通量变化速度的两倍。借助两个相反运动的磁通量产生元件来产生磁通量的快速变化是有利的，因为所产生的电压也是双倍的。

为了提高这里所描述的系统的功率密度，可以提高两个相反运动线路的往复运动速度或者磁性力或者这两者。空气间隙中的磁强度(magnetictension)是线圈、空气间隙和磁力之间的关系的函数。因此，借助提高磁体的强度、或者提高线圈绕组的数目，推定和调整最佳结构以得到理想的功率输出。此外，较轻的运动元件如线圈或者磁体可以以非常高的速度进行往复运动，这也提高了功率输出。参照图3-5，线圈30相对于磁体25的速度是连接元件83或者活塞的速度的两倍。相对速度可以高达24m/sec，这种速度是内燃机所能得到的平均活塞速度的两倍。相应地，磁通量变化的速度是一个运动线路的两倍。

这种磁通量变化的速度感应出交流。图3-5示出了3相电力产生机构。至少一相可以连接到连接元件83a上，该连接元件83a可以与线圈30的一个绕组处于电接触。当线圈30上的第二绕组产生了第二相并且连接到连接元件83b上时，线圈30上的第三绕组产生了第三相，并且可以连接到连接元件83上。

线圈30可以用铝或者铜丝缠绕。运动线圈如线圈30可以使用铝丝。尽管铝丝具有较大的电阻，但是它也具有较小的密度。因此，使用直径较大的铝丝在运动元件中可以提供理想的重量特性(它是铜重量的1/2)。

具有沿圆周方向布置的运动元件的EPC的例子

OPOC发动机与磁通量产生元件的配合使用已如前所述，现在讨论图3-5所示的一些有利特征。在所示出的实施例中，磁能量产生机构均匀地布置在以活塞5、7和9的共同运动轴线45位中心的圆周上。例如，一组磁体25和一组磁体37可以设置成与线圈30的布置共心，并且绕着线圈30的布置可以滑动。这些线圈与第一运动线路相连，其运动由与中心活塞9相连接的连接件来提供。磁体25可以连接到连接件82c上，而该连接件82c传递相关发动机的第二往复运动线路。第一运动线路和第二运动线路方向相反。因此，磁体25相对于线圈30沿着相反方向进行运动。优选地，在每个运动元件之间具有间隙。在这个实施例中，支撑结构或者壳体38被示成包围磁通量产生机构的每个主要运动元件。壳体38可以用作磁体25的铁衬垫，同时用作每个运动元件的支撑结构。壳体38沿着圆周方向布置在共同线轴45的周围。该壳体产生了所需要的室，因此磁体25的往复运动可以压缩和改变空气或者空气和燃料的体积。这种工作有利于冷却一些零件或者有利于发动机的扫气。在每个共心汽缸之间留有空气间隙。

这些间隙可以用作用来冷却EPC23的冷却剂、或者空气、或者空气和燃料的混合物的通道。这种冷却装置可以利用两个运动元件固有的泵送机构。可选地，端磁体可以成形来使冷却剂集中到空气间隙中。此外，借助连接元件83来加入冷却剂。

在一个实施例中，冷却剂可以包括超冷流体如氦。氦可以借助形成在连接元件83内的导管来加入。超冷流体应保持在分开容积中，总是与进气分开。超冷流体降低了磁通量产生机构的元件的温度，以提高传导性如形成超导。

参照图6，发动机21的第一和第二汽缸3a和3b中的每一个的长度至少为活塞冲程PS的3.5倍。这导致EPC23的总体长度最小为8倍的活塞冲程PS。该总体长度是(9±1)倍的活塞冲程PS。一个OPOC装置的排量D是：D＝SPxB²xπ。例如，活塞冲程PS应该是(1±0.15)倍的孔径B。

宽度是(4±1)倍的孔径B，这种宽度对于运动组件和EPC23的固定支撑来讲具有足够的空间。

一个EPC的“箱形容积(box volume)”BV具有上面范围：

BV＝cxPSxB²，这里c＝161±89。

例如，EPC23，如图3-5所示一样，它具有第一组运动磁体25、第二组运动磁体37和图5中的运动线圈31或者图3中的线圈30。

其宽度75为4xB，长度为9xPS.

其中PS/B＝1；其OPOC装置的排量D是：D＝PS³xπ

其EPC的箱形容积BV应该是：BV＝144xPS³

例如，一个5kw的EPC，其活塞冲程需为3.2cm，或者其排量D大约需为100ccm，其箱形容积大约需为4.7升。

尽管这个实施例涉及3相系统，但是应该知道，其它合适的实施例可以包括2相、3相、4相，如希望所需要的那样。

具有沿径向布置的运动元件的EPC的例子

参照图22a-c，它们示出了本发明的另外一个实施例。具有两个对置的外部活塞305和307的OPOC发动机321通过中心活塞309各自限定出两个沿直线对置的燃烧室311a和311b。每个活塞具有相关的连接件382，因此活塞305、307或者309的线性往复运动可以传递到发动机321的外部。外部活塞305和307借助连接元件383来连接，该连接元件383确保这些活塞一前一后地进行运动。连接元件383还可以用来连接第一运动元件如磁体325。因此，外部活塞305和307的线性往复运动在磁体325中产生了一前一后的运动。

第二运动元件如磁体337可连接到中心活塞309。中心活塞309沿着与外部活塞305和307相反的方向运动。因此，在发动机321的外部产生了两个相反的运动线路。此外，两个磁体325和337与一些相关的运动元件相平衡，因此该系统进行工作时不会由于动态不均衡而产生任何振动。

在这个实施例中，线圈元件是固定线圈329。但是，每个磁体325和337不包括运动支撑铁。因此，这些运动元件形成得非常轻，这会使得活塞速度更高并且使得系统具有更高的效率。

此外，这种结构还可以变化为一个运动元件是线圈，而相反运动的第二元件是磁体。同样地，可以根据本发明的原理生成运动磁通量产生元件的其它组合。

该实施例包括所需要的进气、燃烧和排气系统，这些系统如前面在本发明其它实施例中讨论的一样，并且借助附图可进一步了解这个实施例。具有分路磁阻(switch reluctance)的EPC的例子

现在，参照图21，描述本发明的另一个实施例。

包含固定线圈229的系统223，该固定线圈布置在发动机(未示出)的共同轴线245周围。第一运动元件如磁体225设置在靠近固定线圈229之处。第二运动元件如线圈230布置在中心轴线245的周围，从而使运动磁体225处于固定线圈229和移动线圈230的中间处。

在图23a-c中，另一个实施例示出有固定线圈229和固定磁体225，该固定线圈229包括在支撑结构中。在这个实施例中，第一运动元件是叠片230，该叠片230连接到OPOC发动机的外部活塞上。第二运动元件是叠片237，该叠片可以连接到OPOC发动机的中心活塞上。

并联的EPC和OPOC发动机的例子

此处考虑一种电力产生系统如三相EPC。应该知道，这种设计尽管产生了AC电脉冲流，但是具有不良的电输出。在死点TDC/BDC附近，没有电流产生。为了使电输出平稳，可将两个各自带有电力产生机构的OPOC发动机结合起来。并将两个电力产生机构布置成并联，但是工作时序相差1/2循环时间。从而，非常均匀地产生两个3相功率流(powerstream)，并且得到理想的功率输出。

还可以用电容器来过滤波动电流以供给更加可以接受的、调节过的AC或者DC中。因此，对于效率和功率密度而言，可以使功率电子最佳化。

根据这里所讨论的具有代表性实施例，应该知道，若干OPOC发动机可以集成在各种结构中并且借助连接元件来将它们以机械连接或者电连接的方式连接起来。在这种方法中，如所需要的那样，一对或者多对的对置活塞、对置汽缸的组合机组可以同时工作或者可以有选择地接合或者脱开。

除了上述结构之外，可以使用四活塞、对置活塞、对置汽缸式发动机作为与这里所描述的各种电力产生和泵送机构相结合的合适机构，这种发动机公开在美国专利No.6170443中。

以下将详细描述具有曲轴的OPOC发动机。

具有曲轴的OPOC发动机的例子

1.概述

如图24所示，本发明的发动机结构包括左汽缸2100，右汽缸2200和单个位于两个汽缸之间的中心曲轴2300(为了清晰起见，在图24中略去了发动机的支撑结构)。

左汽缸2100具有外活塞2110和内活塞2120，它们分别具有燃烧面2111和2121，这两个活塞形成了在它们之间的燃烧室2150。与之类似，右汽缸2200具有外活塞2210和内活塞2220，它们分别具有燃烧面2211和2221以及燃烧室2250。四个活塞2110、2120、2210和2220中的每一个都分别连接着曲轴2300上的独立的偏心结构。

左汽缸的外活塞2110通过拉杆2411连接着曲轴偏心结构2311；与之类似，右汽缸的外活塞2210通过拉杆2421连接着曲轴偏心结构2321。尽管只有一根拉杆在图24中示出，但在发动机的优选实施例中使用几对拉杆，其中一根拉杆在每个汽缸的近侧，而一根拉杆在远侧，近侧和远侧的拉杆分别连接着分开的、具有同样角度和偏移几何形状的曲轴轴颈。由于通常拉杆2411和2421在发动机正常运行时总是处于拉紧状态，并且在发动机启动过程中只需要支撑很小的压缩力，因此它们可以相对较细并且较轻，这将在下面进一步解释。拉杆2411和2421通过穿过汽缸壁上的狭缝(末示出)的销2114和2214连着外活塞，外活塞2110和2210是伸长件，销位于朝向活塞背面的位置以防止气体经狭缝从汽缸中损失掉。相对于曲轴半径，拉杆具有较长的长度，这可以起到减小发动机中摩擦损失的作用。

左汽缸的内活塞2120通过推杆2412连接着曲轴偏心结构2312；与之类似，右汽缸的内活塞2220通过推杆2422连接曲轴偏心结构2322。在发动机的正常运行中，推杆2412和2422总是处于受压状态(将在下面讨论)；不用销将它们连接到内活塞上，推杆具有凹入的端部2413和2423，这两个端部靠在内活塞背面上的凸弧形表面2125和2225上。如下面将讨论的，这样的布置起到有效延长推杆长度的作用，从而减小了摩擦损失并且帮助动平衡发动机。

四个活塞2110、2120、2210和2220分别与各自的活塞环2112、2122、2212和2222一起示出，这些活塞环位于燃烧面的后面。在一个发动机的实用实施例中，可以进一步沿活塞体使用另外的活塞环以防止气体从口或者汽缸壁上的狭缝(未示出)泄漏到曲轴箱，其中外活塞通过狭缝与拉杆连接。

汽缸2100和2200每一个都具有进气口、排气口和燃油喷射口。在左汽缸2100中，外活塞2110打开和闭合进气口2161，内活塞2120打开和闭合排气口2163。燃油喷射口2162位于汽缸中心的附近。在右汽缸2200中，内活塞2220打开和闭合进气口2261，外活塞打开和闭合排气口2263。而且燃油喷射口2262位于汽缸中心的附近。在两个汽缸中排气口和进气口的不对称布置起到帮助动平衡发动机的作用，这将在下面描述。

四个曲轴偏心结构2311、2312、2321、2322中的每一个都相对于曲轴旋转轴线2310单独定位。内活塞的偏心结构2312、2322比外活塞的偏心结构2311、2321离曲轴旋转轴线远，这导致内活塞比外活塞有更大的行程。在两个汽缸中打开和关闭排气口的左侧内活塞的偏心结构2312和右侧外活塞的偏心结构2321在旋转角度上领先，左侧外活塞的偏心结构2311和右侧内活塞的偏心结构2322在旋转角度上落后(注意如箭头所示，曲轴旋转的方向是逆时针的)。

如下所述，偏心结构的单独定位有助于发动机的平衡以及与发动机增压和从排放气中回收能量相关的发动机运行。发动机平衡导致大部分作用在曲轴上的非旋转力被消除了，因此允许简化曲轴的设计，这也将在下面讨论。利用对置活塞可以在每个汽缸中实现较大的燃烧容积，同时减少曲轴半径，因此减小了发动机的高度；推杆结构在减小由作用在活塞上的侧向力引起的摩擦损失的同时，还允许一种短且紧凑的发动机。

与以当前技术水平生产的具有同等性能的四缸直列发动机相比，本发明的发动机在安装适应性、减小摩擦损失和消除震动等方面具有重大的进步。对置活塞对置汽缸发动机的高度主要由曲轴的最大扫过范围确定。由于对置活塞设计，对同样的汽缸排量曲轴半径减小大约一半。因此与四缸直列发动机的450mm高度相比，高度可能减小200mm。单一的中心曲轴和推杆结构允许宽度大约为790mm的紧凑的发动机，它在汽车的允许安装宽度之内。本发明发动机的整体容积与四缸直列发动机相比大约减少了40％，重量相应地减少了30％。

利用这种设计，由作用在活塞上的侧向力引起的摩擦大幅度减小。当前技术水平的四缸直列发动机的曲轴半径与连杆之比(λ)大约是1/3。由于具有较长的拉杆和较短的曲轴半径，本发明外活塞的λ大约达到了1/12。对于内活塞，由于推杆在活塞背面的凸表面上滑动，因此有效地增加了连杆的长度，λ大约达到了1/7。

尽管本发明的两缸发动机具有和传统四缸直列发动机同样数目的总活塞数，对于同等的功率输出，由于每个活塞的行进距离较短，平均活塞速度可以大幅度减小。对于内活塞，与典型的四缸发动机相比，平均活塞速度减小了约18％；对于外活塞，平均活塞速度减小了约39％(行程长度的不对称在下面讨论)。

对置活塞结构在很大程度上消除了作用在主轴承上的非旋转燃烧力，这是由于来自外活塞的拉力与来自内活塞的推力抵消，导致基本上只有旋转力作用在曲轴上。因此可以将主轴承的数目减少到两个，这样曲轴和支撑发动机结构可以更轻。

尽管进气口和排气口在定时上的不对称使得微小的残余动力不平衡是可接受的，但如下面所讨论的，本发明发动机在本质上是完全动平衡的。在考虑了这个残余不平衡的基础上，计算出的发动机最大自由质量力在4500rpm时大约是700N，与四缸直列发动机的大约10,000N相比，减小了93％。

本发明的发动机结构非常适于增压。如图24所示，在优选实施例中发动机的每个汽缸都有单独的增压器2510、2520。由于只有两个汽缸，可以很经济地对每个汽缸提供专用的增压器，使得诸如脉动涡轮增压等技术更实用。如下所述，增压器优选使用电动马达辅助的涡轮增压器，它可以起到以下作用：改善排气，在避免增压涡轮滞后的同时改善发动机在低转速时的性能，以及从发动机排气中回收能量。

2.发动机的操作

图25示意性地示出了在曲轴完成循环一周的过程中本发明发动机的运行。图25a到图25h示出了在大约45°增量的情况下活塞位置、进气口、排气口以及相应的活塞速度；注意图25中曲轴的旋转是逆时针的。曲轴的角度ψ用小三角和带有箭头的虚弧线表示。由于在曲轴的各个位置上连杆(推杆和拉杆)交叉，为了清晰起见对曲轴的轴颈编号，轴颈1、2、3、4分别连接左侧外活塞、左侧内活塞、右侧内活塞、右侧外活塞。为了便于说明，示出了在内活塞背面的内推杆的滑块端部和凸表面，用虚线示出了内推杆的“有效”长度。

图25a示出了在0°曲轴位置的发动机(将其定义为左汽缸的“上死点”或TDC)。在这个位置，左侧外活塞(PLO)和左侧内活塞(PLI)位于靠近它们彼此最接近的点。在直接喷油发动机中，当曲轴旋转到这个角度附近时，燃油将喷入到左汽缸中并且燃烧开始(实际的发动机具有更复杂的活塞面，在活塞面之间形成燃烧室；图25的平活塞面只用来描述相对的活塞位置)。在这个点上PLO和PLI分别将左汽缸的进气口和排气口(IN和EX)完全闭合。由于驱动排气口的活塞的定时提前大约12.5°，驱动进气口的活塞的定时落后大约12.5°，活塞PLO和PLI都如箭头所示具有向右的微小运动(内侧左活塞PLI刚刚转变了其方向)。由于两个活塞的曲轴半径不同，活塞的速度也略有不同。

在图25a的右汽缸中，右侧内活塞(PRI)和右侧外活塞(PRO)处于它们彼此分开最大距离的位置。右汽缸的进气口和排气口(IN和EX)都打开，前一次燃烧循环产生的废气正在排出(一致(Uniflow)排出)。与左汽缸中的活塞类似，PRI和PRO都具有很小的速度，在这种情况下其速度向左，其中外活塞PRO刚刚转变了它的方向。

在图25b中，在做功冲程中左汽缸的活塞PLO和PLI彼此分开，外活塞刚刚转变了它的行进方向：内活塞以比外活塞高得多的速度运动，它们在速度上的差别用箭头的长短表示出来。在右汽缸中，外活塞PRO已经关闭了排气口EX，同时进气口IN保持部分打开以便增压。

在图25c中，左汽缸继续它的做功冲程，其中两个活塞PLO和PLI具有数量大致相同而方向相反的速度；在右汽缸中，活塞PRI已经关闭了进气口IN，并且两个活塞彼此相向移动，压缩它们之间的空气。

在图25d中，左侧内活塞PLI已经打开了左汽缸的排气口EX，同时进气口保持关闭。在这种“排气”条件下，在燃烧室中膨胀的气体的一部分动能可以在外部被收集以用来涡轮增压(“脉冲”涡轮增压)或者产生电能。在右汽缸中，两个活塞继续进行压缩冲程。

在图25e中，左侧外活塞PLO已经打开了进气口IN，并且汽缸排气。内活塞PLI已经改变了其行进方向。右侧汽缸已经到达类似于TDC的位置，其中两个活塞PRI和PRO具有向右的微小速度，外活塞已经改变了其行进方向。

在图25f中，左侧内活塞PLI已经关闭了排气口EX，同时进气口IN保持打开以进行涡轮增压。外活塞PLO已经越过其最大行程点并且改变了方向。右汽缸处于做功冲程，其中两个活塞彼此反向运动。

在图25g中，左侧外活塞PLO已经关闭了进气口IN，并且两个活塞PLO和PLI彼此相向运动，压缩位于它们之间的空气。右汽缸继续做功冲程。

在图25h中，左汽缸继续其压缩冲程，它接近图25a的“TDC”位置。在右汽缸中，外活塞PRO已经打开了排气口EX，同时进气口保持关闭(“排气”)。

特定的角度和定时取决于曲轴几何形状以及孔的大小和位置；上面的描述只用来描述本发明的概念。

3.自由质量力的平衡

在发动机的设计中一个重要的目的是平衡自由质量力以消除在曲轴、缸体和其它结构中的震动并且减少其中的周期性的变化负载。通过连杆连接到曲轴轴颈上的单独一个活塞将产生一阶自由质量力(具有和曲轴旋转相同的频率)和高阶自由质量力(其频率是曲轴旋转频率的倍数)。本发明的对置活塞、对置汽缸、单一中心曲轴的结构在本质上能够完全平衡这些一阶和高阶自由质量力。尽管在理论上可能独立地平衡发动机的每个汽缸，本发明采用一种不同的方法，在这种方法中，允许在每个汽缸中存在不平衡，而这个不平衡用对置汽缸的不平衡抵消掉。这种方法可以避免一些重要的设计约束，该约束会影响发动机的设计。

本发明达到动平衡的方法可以通过首先研究存在一个单独汽缸中的不平衡而更好地理解。参考图26，在图26a中绘出了发动机的一个单一汽缸，在图26b、26c和26d中描述了平衡本发明发动机的方法。

假设两个活塞180°反相(即如图26a所示，I₁和I₂完全反相)，可以证明如果满足下面两个条件，图26a绘出的单汽缸结构的自由质量力的一阶和二阶力可以得到平衡：

$\left(1\right)\frac{r_1}{l_1}=\frac{r_2}{l_2}---\left[1\right]$

和

(2)r₁·m₁＝r₂·m₂        [2]

其中

r₁是内活塞的行程长度

r₂是外活塞的行程长度

l₁是内活塞的连杆长度

l₂是外活塞的连杆长度

m₁是内活塞的有效质量

m₂是外活塞的有效质量

但是，由于在任何实际的设计中，l₂(外活塞的连杆长度)会远远大于l₁(内活塞的连杆长度)，所以很难同时满足条件(1)和条件(2)。发动机越紧凑，这个差别就越大。即使具有本发明优选实施例的滑块推杆(这个结构有效地伸长了l₁)仍然属于这种情况。

两个连杆的长度差别对两个活塞的相对行程和它们的相对有效质量(如果要平衡汽缸内的动力)施加了设计上的限制。为了满足条件(1)，外活塞的行程r₂必须以与连杆长度之间的相同比例大于内活塞行程r₁。为了满足条件(2)，内活塞的有效质量m₁，也必须以同样的比例大于外活塞的有效质量m₂。这两个要求都不恰当地限制了发动机的设计。例如下面所讨论的为了容纳第二组活塞环，可能需要增加外活塞的长度，从而也增加了它的质量。还应该注意外活塞的有效质量包括拉杆的质量，在实际设计中，它比推杆对内活塞有效质量的贡献要大，因此趋向于进一步使汽缸不平衡。

为了避免上面的条件(1)和(2)所施加的限制，本发明不试图完全平衡每个汽缸，而是利用图26b、26c和26d中所描述的方法。

很好理解图26b所示的基本对置活塞发动机结构(或“V-180°)已经平衡了除了一阶力以外，其它的自由质量力(由两个活塞中的每个活塞所贡献的高阶自由质量力被完全抵消，对整个发动机来讲只剩下一阶自由质量力)。进一步可以理解这种发动机结构的一阶自由质量力与有效活塞质量和其行程的乘积呈比例，或者

F₁＝2·m₁·r₁·ω²·sin(α₁+ωt)        [3]

通过与图26b的发动机结构类比，可以示出图26c的发动机结构已经平衡除了其一阶力外的自由质量力，或：

F₂＝2·m₂·r₂·ω²·sin(α₂+ωt)        [4]

为了理解怎样达到动平衡，图26d所示的本发明的发动机结构可以看做是图26b和图26c叠加在一起的结果，其总自由质量力等于：

F_T＝F₁+F₂＝2·ω²·[m₁·r₁·ω²·sin(α₁+ωt)+m₂·r₂·ω²·sin(α₂+ωt)]        [5]

如果选择I₁和I₂使得图26b的“发动机”与图26c的“发动机”180°反相，那么sin(α₁+ωt)＝-sin(α₂+ωt)，并且“合成的”发动机的整体一阶自由质量力与m₁·r₁-m₂·r₂成比例，如果

m₁·r₁-m₂·r₂＝0；                     [6]

那么合成发动机的整体一阶自由质量力等于0。

因此，由于示于图26b和图26c的组分“发动机”除了一阶外的自由质量力都已经分别被平衡，并且两个组分“发动机”的一阶自由质量力通过设定

m₁·r₁＝m₂·r₂                         [7]

而消除。

应该注意尽管在每个组分“发动机”中一个活塞打开和关闭排气口而另一个活塞打开和关闭进气口，并且因此优选它们具有不同的燃烧面设计和不同的横截面，但是在每个发动机中两个活塞的质量是匹配的。

用这种方法平衡发动机具有很重要的优点，连杆的长度不再是实现动平衡的决定因素。实际上，通过分析内外活塞的有效质量(包括来自推杆和拉杆的贡献)，并接着计算达到平衡的曲轴半径r₁和r₂，来计算它是相对容易的。应该注意在优选实施例中，外活塞的有效质量越大就需要外活塞的冲程比内活塞的冲程短得越多，这与单独平衡每个汽缸正好相反。

上面的讨论假设进气口和排气口具有对称的定时并且发动机的两个汽缸及其曲轴垂直放置。如下所述，尽管本发明的基本对置活塞对置汽缸结构在本质上可以按照所述的方法完全平衡，优选实施例具有微小的不平衡残余以允许进气口和排气口的不对称定时。即使具有这样的不平衡残余，利用计算机分析的结果显示出优选实施例的自由质量力的量级小于具有可比性能的标准四缸直列四冲程发动机的自由质量

4.进气口和排气口的不对称定时

两循环发动机中进气口和排气口的不对称定时可以产生很多优点。如果排气口在进气口之前打开，可以更有效地用涡轮增压器利用排气中的能量，如果排气口在进气口之前关闭，可以更有效地对汽缸增压。

如上所述，在本发明的发动机结构中，在每个汽缸中一个活塞控制进气口，另一个活塞控制排气口。这种结构不仅可以有效地排出废气(“一致”地排出废气)，还允许进气口和排气口的独立、不对称定时。

通过改变相应曲轴轴颈的相对角位置可实现每个汽缸中两个活塞的不对称定时(参考图24)。将两个活塞的轴颈定位成使得它们分开180°可使两个活塞同时达到它们的最小和最大行程(对称定时)；在本发明的优选实施例中，对应排气口的轴颈在角度上提前约12.5°，对应进气活塞的曲颈在角度上落后约12.5°，因此“上死点”发生于与对称定时发动机一样的曲轴角，但是两个活塞相对于汽缸具有一小段共同的运动。这样，排气口在进气口之前打开以便“排气”，排气口在进气口之前关闭以便增压。

因此作为进气口和排气口不对称定时的代价，本发明的发动机结构会具有如上所述的自由质量力的不平衡(两个汽缸在垂直方向上的微小偏离也会导致不平衡，这将在下面讨论)。在优选实施例中，如图27所示，通过将一个汽缸中的进气口和排气口的相对位置掉转可以将这种不平衡保持在最小。

图27a给出了具有对称活塞定时的对置活塞对置汽缸的结构。两个汽缸的排气口都靠内(即靠近曲轴)而进气口都靠外。如上所述发动机中的自由质量力在本质上是完全平衡的。

图27b给出了同样的发动机结构，但是它具有不对称的进气口和排气口定时。图26b和26c描述的两个“发动机”不再反相，因此这个发动机会具有一些残留的、不能抵消的一阶自由质量力。尽管这样，这是一种可行的发动机结构，因为未消除的自由质量力比传统的直列四缸发动机小得多。

如图27c和27d所示，通过掉转两个汽缸其之一中的进气口和排气口，优选实施例可以实现比图27b的结构优化得多的平衡。图27c是对称定时发动机，其中在一个汽缸中进气口和排气口掉转，假设活塞的质量一样，发动机具有和图27a一样的自由质量平衡。图27d示出了优选实施例的发动机。为保持正确的进气口和排气口定时，将一个汽缸中的进气口和排气口掉转需要“分离”曲轴的半径。这个发动机具有不平衡的自由质量力，但是由于它们比四缸直列发动机二阶自由质量力的1/10还小，这些自由质量力是可忽略的。改进了的平衡结果来自每个内活塞与另一个汽缸中的外活塞大致180°反相。如果内活塞的lambda(曲轴半径除以连杆长度)等于外活塞的lambda，那么这种不对称结构将再次被完全平衡(忽略由为进一步减小摩擦损失引入的微小不平衡，这将在下面讨论)。因此，在优选实施例的结构中，增长内活塞推杆的有效长度有助于动平衡。

尽管为了动平衡需要使得内推杆的有效长度更长(通过增加位于内活塞后面的圆柱形凸表面的曲率半径)，在实践中两个因素限制了它的伸长。首先，如果半径过大，作用在滑块上的侧向力将不足以使它在表面上正确运动。其次，如果推杆过长，在推杆和汽缸壁之间会产生机械干涉。由于需要使得发动机尽可能紧凑一些，在优选实施例中第二个因素成为限制因素。

5.优选实施例中不对称定时的进一步说明

在图5中进一步说明了优选实施例的操作，它示出了在曲轴一个完全循环的过程中作为曲轴角函数的汽缸中活塞面的位置。同时还示出了在汽缸壁中的进气口和排气口的位置。在图28中可以清楚地观察到每个汽缸中的两个活塞的不对称定时，其中两个活塞在不同的曲轴角到达它们的最大行程，并且在“TDC”相对于汽缸同时移动。还可以观察到由于曲轴半径的不同，内活塞具有比外活塞更大的行程。由于左侧外活塞和右侧内活塞操作进气口，左侧内活塞和右侧外活塞操作排气口，两个汽缸的进气口和排气口的尺寸会有一些不同。

6.对置活塞对置汽缸结构对大型发动机的适应性

在很多发动机结构中，平衡依赖于四个、六个、八个或更多个汽缸的排列使得每个活塞所贡献的自由质量力相互抵消，同时经常利用反转配重，这给发动机增加了复杂性。本发明的优点在于完全的平衡可以在一个只具有两个汽缸的紧凑的发动机内实现。于是大型的发动机可以通过将多个小发动机并行放置，并且将它们的曲轴连接在一起得到。连接可以通过电动离合器实现，从而在低负载不需要那么多小型发动机时可以将成对的汽缸分开。目前存在着当运行于部分负载时只利用一部分汽缸的发动机，但是汽缸仍然连接着曲轴并且活塞继续在汽缸中移动，因此它们继续对发动机施加摩擦载荷。

以下将描述优选实施例的实现。

1.实体描述

利用图29、30和31进一步描述本发明优选实施例的实现，这些图分别是正视平面图、顶视平面图和正视截面图。这些图绘出了在左汽缸TDC后270°曲轴角度的发动机。发动机包括左汽缸1100，右汽缸1200和一个位于汽缸之间的单独中心曲轴1300(没有示出发动机的支撑结构)。

如图31所示，左汽缸1100具有外活塞1110和内活塞1120，它们分别具有燃烧面1111和1121，在两个活塞之间形成了燃烧室1150。与之类似，右汽缸1200具有外活塞1210，内活塞1220和燃烧室1250，其中内活塞和外活塞分别具有燃烧面1211和1221。四个活塞1110、1120、1210和1220都分别连接着曲轴1300上的独立的偏心结构。

从图30可以最清楚地看出，左汽缸的外活塞1110通过两根拉杆1411连接着曲轴，汽缸的每侧有一根拉杆；与之类似，右汽缸的外活塞1210通过两根拉杆1421连接着曲轴。拉杆1411和1421通过销1114和1214与外活塞连接，销穿过位于汽缸壁中的狭缝1115和1215(参看图29)。

左汽缸的内活塞1120通过推杆1412连接着曲轴；与之类似，右汽缸的内活塞1220通过推杆1422连接着曲轴。推杆具有放置在内活塞后面凸起圆柱表面1125和1225上的凹入端1413和1423。

四个活塞1110、1120、1210和1220分别具有多个活塞环1112、1122、1212和1222，它们位于燃烧面的后面和进一步沿着活塞体，以用来防止气体从进气口或出气口穿过汽缸壁上的狭缝逸出到曲轴箱，外活塞通过这些狭缝与拉杆连接。

汽缸1100和1200每个都具有进气口、排气口和燃油喷入口。进气口和排气口每个都包括环绕汽缸的几排孔。在优选实施例中，进气口包括两排孔(左汽缸上的1161a和1161b，右汽缸上的1261a和1261b)，如下所述，这样的排列可以改善排气。在左汽缸1100上，外活塞1110打开和关闭进气口，内活塞1120打开和关闭排气口1163。燃油喷入口1162位于靠近汽缸中心的位置。在右汽缸1200上，内活塞1220打开和关闭进气口1261a和1261b，外活塞打开和关闭排气口。燃油喷入口1262也位于靠近汽缸中心的位置。

优选实施例利用了两个增压器1510，1520，每个汽缸一个。增压器为电动机/发电机辅助的涡轮增压器。如下所述，对每个汽缸使用独立的增压器有助于实现脉冲增压。。

从图29和图31中可以看出，优选实施例的左右汽缸1100和1200在垂直方向上彼此没有对齐，其中左汽缸比右汽缸高一些。利用计算机的分析指出微小的不对齐(在优选实施例中其量级为10mm)可以稍微减小发动机中的整体摩擦损失。计算机分析进一步指出正确选择这个偏移量可以引入微小的动力不平衡，它的极性与发动机的残余不平衡相反，因此这个偏移量可以用来基本上消除发动机的残余不平衡。

2.进气口和排气口的定时以及曲轴的参数

将图32与图31结合在一起示出了本发明优选实施例的进气口和排气口的定时。为了便于说明，将0°曲轴角定义为左汽缸的上死点(TDC)。注意在这里所定义的TDC是指这样一个点，汽缸中的两个活塞在这个点上彼此靠得最近；由于一个活塞的定时提前而另一个活塞落后，在这个点上两个活塞具有相对于汽缸的微小共同速度(在图中对于两个汽缸向右)。

如上所述，每个汽缸中靠内的活塞没有通过销连接到相应的连杆上，而是通过十字头滑块与连杆一端的下凹圆柱表面冲接，这使得连杆具有更长的长度(例如减小了作用在活塞上的侧向力并且因此减小了摩擦)。

为了清晰，图31示出的曲轴旋转角度为270°的发动机，它与图24的曲轴角度一样。在这个角度，左汽缸的进气口和排气口都闭合，两个活塞会聚来压缩它们之间的空气。右汽缸处于做功冲程，排气口还没有打开。

图32a示出了左汽缸的定时，图32b示出了右汽缸的定时。从图31示出的位置开始左汽缸在经历一个完整的循环过程中其定时情况为：

当曲轴接近0°时，靠内的活塞与靠外的活塞之间的间隙变窄，它们之间的空气被压缩变热。接近TDC(曲轴角度为0°时)，活塞的外周互相接触，产生了“压挤”区域，这个区域在燃烧室中产生强气流，这将在下面描述。在TDC之前的某个点上，燃油通过孔1162喷入燃烧室，燃烧开始。

做功冲程延伸到曲轴角度超过90°，靠内活塞和靠外活塞之间的气体膨胀。在EX打开情况下，靠内的活塞1120开始打开排气口1163。在用[B]标出的过程中(“排气”)，膨胀气体的动能可以用于脉冲增压，这将在下面讨论。

在IN_A打开时，靠外的活塞1110开始打开第一排进气口或者扫气口1161a。排列第一排口使得空气以与汽缸相切的角度进入，以便在汽缸中产生旋涡将汽缸中的废气通过排气口排出。这些口以及口1161b的角度都朝向汽缸的外端(在优选实施例中，该角度约为23°)，使得吸入的空气与外活塞的环形(torroidal)压挤段相切。扫气在图32a中用[S]表示。

在IN_B打开时，第二排进气口或者扫气口1161b被打开。这排口的排列使得空气指向汽缸的中心而不是与汽缸的边相切。从口1161b进入的空气掠过外活塞1110的表面被活塞的中心顶点导向通过燃烧室的中心。用这股空气将第一排扫气孔的旋涡所产生的废气中心旋涡排出。

由于两个活塞的定时不同步，在整个循环中没有与一般称为下死点(BDC)严格对应的点。在点B1，靠内的活塞到达其最大行程并且转变方向；在点B2，两个活塞以相同速度同向行进(与上面定义的“TDC”相反)。在点B3，外活塞达到其最大行程并且改变方向。

在EX关闭时，靠内的活塞1120盖住排气口1163。从EX关闭情况到靠外活塞在IN_A关闭情况下盖住第一排进气口，如下所述，可以用涡轮增压器或增压器给汽缸充入加压空气。在图32a中充气过程用[C]表示。在关闭进气口之前关闭排气口不仅可以对发动机增压，还可以以适当形式限制进入燃烧室中的空气量。例如，在发动机负载较低的情况，在减少喷入燃油量的同时相应地减少进入燃烧室的空气量可以增加里程数并且减少排放物。如下所述，具有整体马达/发电机的涡轮增压器适用于这个目的。

图32b所示的右汽缸的定时在本质上与左汽缸一样，但是它与左汽缸180°反相，并且靠内活塞和靠外活塞的功能相反。

3.曲轴的设计

图33进一步描述了优选实施例的曲轴。四个曲轴偏心结构1311、1312、1321和1322中每一个相对于曲轴的旋转轴1310单独定位。内活塞的偏心结构1312、1322比外活塞的偏心结构1311、1321离曲轴转轴远，导致内活塞比外活塞的行程大。如截面图B-B、C-C、D-D和E-E所示，在两个汽缸中打开和关闭排气口的左侧内活塞1312和右侧外活塞1321的偏心结构在角度上领先，左侧外活塞1311和右侧内活塞1322的偏心结构在角度上落后。

图34示出了优选实施例的曲轴轴颈的实际尺寸。内活塞轴颈的偏心距离是36.25mm，外活塞轴颈的偏心距离是27.25mm。控制左右汽缸排气口的活塞轴颈分别领先7.5°和13.7°(曲轴逆时针旋转)；控制左右汽缸进气口的活塞轴颈分别落后7.5°和137°。左右汽缸在角度上的差别是由于发动机的不对称，其中包括上面所说的两个活塞在垂直方向上的10mm偏离。

曲轴的主要任务是将活塞的往复运动经过推杆和拉杆转化为旋转运动。作用在曲轴上的不平衡力导致曲轴和其支撑轴承之间的摩擦力增加。不平衡力的存在也使得发动机的设计复杂，这是由于这些力会机械地传递给发动机的支撑结构，而支撑结构必须足够坚固以承载这些力。例如在标准的四缸直列发动机中，来自四个活塞的力以相同的方向作用在曲轴上，有大约数以吨计的压力通过曲轴的主轴承传递到发动机结构上。典型的四缸直列发动机具有五个主轴承来支撑曲轴。

本发明的发动机结构允许更简单的曲轴设计，这是因为每个汽缸中的内外活塞的反作用力大致抵消掉了。参考图27d所示的左汽缸，可以看出由于作用在两个活塞上的压缩力和燃烧力大致相等且方向相反，外活塞的拉杆拉曲轴的力与内活塞的推杆推曲轴的力大致相等。其结果是有一个旋转力矩作用在曲轴上，而没有抵消的侧向力或上下方向的力很小(由于拉杆和推杆角度上的不同，并且由于两个活塞的不对称定时)。因此作用在曲轴主轴承上的负载很小，这样就不需要中心主轴承并且与同等性能的四缸直列发动机相比摩擦损失小得多。

4.优选实施例的增压

图35a-b绘出了优选实施例的增压方法，其中图35a绘出了现有技术的涡轮增压，图35b绘出了优选实施例电动机/发电机辅助的涡轮增压。本发明的发动机结构只有两个较宽分开的汽缸并且具有独立的进气口和排气口定时，这些特点为控制扫气、吸入空气以及从废气中回收能量提供了很好的机会。特别是只具有两个汽缸使得可以经济地为每个汽缸提供独立的增压器，从而允许脉动增压。另外，如果涡轮增压包括电动机/发电机，可以在性能上实现重要的优势。

正如在过去经常看到的，二冲程设计的成败主要由扫气的能力确定。为了实现完全燃烧，特别是控制EGR比率以减少NO_x需要在发动机的整体设计中实现优化扫气。

正向推进系统，如涡轮增压，对确保在所有负载情况下有效的操作可能是必须的。皮带传动增压器可以被用于有或没有涡轮增压器的地方，以符合燃烧的需要。然而，如果使用两种增压器，将会增加重量和成本。此外，增压器可能不能在启动时，提供足够的燃烧压力。为了单独提高发动机效率，传统的现有技术涡轮增压器可能是足够的。然而，在启动和低负载情况下，排出的能量可能不提供支持压缩需要的正向推力。

因此，如下所述的电力辅助涡轮增压器可能是有利的。类似于传统的涡轮增压器，电力辅助涡轮增压器具有压缩如周围空气的进气的进气涡轮。该压缩的空气被输送到汽缸的进气口。同时，如传统的涡轮增压器，排气涡轮连接到进气涡轮。这种连接使排气驱动进气涡轮。然而，电力辅助涡轮增压器也具有电动机，其可以不依赖于排气涡轮和发动机运行速度驱动进气涡轮。其它优点如下所述。

4(a)增压控制

为了使2冲程发动机具有和4冲程发动机一样或更多的功率，需要利用增压扫气。增压依赖于充气压力与排气背压之间的最佳压比。压比必须可以随着发动机转速的变化而变化并且随着转速的增加而增加。压比还必须可以根据负载和瞬时操作条件而变化。

利用电力辅助的、具有永磁铁的无刷直流马达可以实现这个目的，并且能够实现对涡轮转速以及增压的电子控制。可选地，该电动机可以是感应的、开关磁阻的，或能产生足够的动力以实现需要的功能的一些其它类型电动机。该电子单元可以被用于当排出的能量不足以提供进气需要的压缩时，辅助压缩机。而且，该电力辅助涡轮机使动态控制发动机增压成为可能。同时，电力辅助涡轮增压器的尺寸和重量可以远小于传统的机械驱动增压器。

连接到对置活塞、对置汽缸两冲程内燃机的电力辅助涡轮增压器的一个特殊的优点是改进了启动，特别是冷启动。在现有技术的典型两冲程发动机中，预热塞和高压缩比对于可靠的冷启动是必须的。高压缩比将导致当发动机在高负载情况下工作时的高摩擦。本发明的电力辅助涡轮增压器通过使用电动机在发动机启动前驱动压缩机来解决这一问题。例如，冷气可以被压缩到大约3.5psi。例如，大约20摄氏度的周围气体可以被输送到大约80摄氏度的燃烧室。气体的加热是压缩过程的结果。电动机使涡轮增压器的压缩涡轮旋转，迫使压缩气体进入汽缸，气体自然加热。

因此，为了改进发动机的冷启动，电力辅助涡轮机可以在点火顺序前加热进气。在压缩发动机中，点火顺序可以通过控制释放燃油的定时延迟。

4(b)脉动涡轮增压

往复内燃机在本质上是非定常脉动流动装置。可以设计涡轮机使之接受非定常流动，但是涡轮机在定常流动条件下效率更高。在实践中，有两种常用的方法将废气中可用能量的一部分回收：恒压增压和脉动增压。在恒压增压中，具有足够大容积的排气集管用来减弱质量流量和压力的脉动，从而流到涡轮机的流动基本上是定常的。这种方法的缺点是它不能将离开排气口的气体的较高动能完全利用；这种高速气体与大容积低速气体混合所引起的损失是不能被回收的。当利用脉动增压时，具有较小横截面的短管将每个排气口连接到涡轮机上使得与排气关联的大部分动能可以得到利用。通过将不同的汽缸排气口适当地分组可以使排气脉动有序并且具有最小的重叠，因此流动的不定常性可以保持在可接受的水平。为了达到足够的效率，用于脉动流动的涡轮机必须特别设计。在涡轮机中增加了的可用能量与合理的涡轮机效率组合在一起使得脉动系统一般用于大型柴油机中，而恒压涡轮增压一般用于汽车的发动机中。

大多数利用增压的重型发动机利用分开的排气集管系统与分开的涡形涡轮机壳体连接。例如，六缸发动机通常利用包括两个支路的排气集管：一个支路包括汽缸1、2和3的排气口，另一个支路包括汽缸4、5、和6的排气口。随着通常的燃烧顺序1-5-3-6-2-4，可以看到来自汽缸的排气脉动在两个支路之间交替进行，在每个排气脉动之间允许120°的曲轴角。来自每个排气集管的排放气体流动通道保持分开状态，它们通过分开的涡形涡轮机壳体到达涡轮机转轮的周边进口。因此，分开的排气集管系统防止每个汽缸的排气脉动干涉从已经燃烧过的汽缸中排出的气体。

但是，脉动离开排气口、进入集管并且在其行进到涡轮机壳体入口的过程中遇到排气口的较大面积时，排气阀打开所产生的气体高速基本上损失掉了。这样，为重新得到驱动涡轮机转轮的高速气体，设计涡轮增压器涡轮机壳体使之具有内敛喷管部分。由于废气必须经过喷管部分喉部相对小的流动面积，在集管支路产生了高背压，这增加了发动机的增压损失。

本发明的发动机提供了一种利用汽缸排气过程所产生的速度直接驱动涡轮机的可能性。由于排气在离开汽缸收集室后立刻进入涡轮机壳体，在涡轮机壳体中没有必要利用喷管部分。另外，由于每个汽缸有一个增压器，不需要对涡轮机壳体内部进行分隔，从而可以使排气完整的、未分开地进入涡轮机转轮的外围并且使得涡轮机效率最大。

利用本发明发动机独特的设计和每个汽缸利用一个增压器，可保持从汽缸排放到涡轮机转轮的排气速度。在涡轮机壳体中不使用喷管部分可使得当活塞完全排空汽缸时在排气系统中具有非常低的背压。与标准的分开集管系统不一样的是本发明的发动机跨过汽缸的压差要大得多。与标准的增压两循环或四循环发动机相比，这会导致在燃油消耗上的巨大改进。

4(c)一致扫气

正确的、高效的汽缸扫气需要在吸入空气和排气之间有形成很好的锋面。

对于广泛应用的循环扫气或反向流动扫气，由于废气和吸入空气混合在一起，不能实现轻型飞行器以及汽车发动机的现在及将来的需要。在诸如排气提升阀、对置活塞或分开的单独设计等一致扫气方法中，对置活塞是最有前途的，这是因为口的结构可以使容积效率达到最高水平并且使得废气与新鲜吸入空气的掺混最小。

5.推杆与拉杆的设计

发动机中所有摩擦损失的大约50％来源于旋转连杆作用在活塞上的侧向力，即将活塞推向汽缸壁。短一些的连杆会产生大的侧向力，而长一些的连杆会产生较小的侧向力(无限长的连杆在活塞上不产生侧向力，但是它的长度和重量也是无限大)。因此需要在不增加连杆的尺寸或重量的同时减小侧向力，从而减小摩擦损失。

本发明发动机的内活塞连杆只受到压缩负载，因此不需要活塞销。活塞销由具有较大直径的下凹圆形表面取代，在它的上面有一个滑动的十字头滑块，并且连杆在其上滑动(图36)。为了使这种设计能够工作，在十字头滑块端部的力必须大于零。只要十字头滑块与连杆滑板之间的摩擦系数小于0.45就可以满足这个条件。由于这种结构在理论上使连杆其长度延长超过100毫米，因此减小了作用在活塞上的侧向力和发动机中的摩擦损失。更进一步，由于靠内活塞的λ也减小了，那么上面描述的自由质量力也将减到最小。

外活塞通过两个汽缸外的连杆将其往复运动传递给曲轴(图37)。连杆受到拉伸负载，因此称之为拉杆。这里再一次由于拉杆具有较长的长度摩擦得以大幅度减小。利用其恒定拉力和没有弯曲负载的优点并且通过将其设计得既长又细可以使得拉杆较轻。

6.燃烧室设计

燃烧系统的目标是：

(1).具有优化的热力过程，减少特定的燃油消耗。

(2).通过优化还原动力学减少废气中的污染物。

(3).增加功率输出。

(4).减少传动系中的噪音和应力。

对于燃油消耗来讲，由于工作气体的温度可以远远大于壁面温度，内燃机中的循环燃烧过程比连续燃烧过程好(燃气轮机，斯特林发动机等)。这导致很高的热力效率。在内部循环燃烧发动机中，DI柴油机具有最高的潜力，这是由于在曲柄角的范围内它可以通过控制燃油喷入率来实现最佳的放热。创造理想的燃烧过程(给出最佳放热)需要正确的喷射率与旋涡特性的结合。

对于减少污染物来讲，本发明的发动机提供了很有前途的可能性。由于在发动机中没有气门，这给设计燃烧室的形状提供了很大的自由度。图38a-c给出了一个范例，它们分别绘出了正好在上死点之前的燃烧室(图38a)，处于上死点的燃烧室(图38b)和刚刚经过上死点的燃烧室(图38c)。

燃烧室由具有环形的排气活塞构成，它与具有相反外形的吸气活塞匹配。这些活塞构成了较宽区域的压挤段，它们在靠近上死点的附近产生高强度的旋涡。由对置活塞设计所提供的这种传统燃烧系统具有改善排放物、燃油消耗、功率输出以及舒适性的能力。

除了传统燃烧系统的特点外，本发明的发动机还提供了发展非传统的新型燃烧系统的机会，这在图39a和图39b中示出。通过将汽缸容积分成燃烧室和汽缸，可以在燃烧室和汽缸之间安装减少NOx的散热器或者催化式排气净化器(参考图39a)。由于反应动力学的原因，并且为了保证最佳的扫气结构，排气净化器可以附在排气活塞上；燃油通过喷雾直接喷入燃烧室。这样的燃烧系统在不牺牲燃油消耗、功率输出以及舒适性的同时可以成功地提供极低的燃烧排放。

图39b表示了一种在非常靠近燃油喷射器的地方为球形的燃烧室设计，它可以保持喷入燃油的高压并且不需要狭窄的槽道，并且可以避免与狭窄槽道相关的问题。

本领域的技术人员应该知道，这些细节、材料和零件布置及作用上，可以进行许多改进和变形，而这些细节、材料和零件布置及作用被描述和图解以解释本发明的特征，这些改进和变形没有脱离这里所包括的教导和权利要求的精神实质和范围。

Claims (7)

1.一种OPOC装置，包括：

一对对置汽缸，其呈对置的关系相互对齐，以限定往复运动的基本上共同的轴线；以及

相应的第一活塞端以及相应的第二活塞端，其限定对应于所述一对对置汽缸中的每个汽缸的相应的一对对置的活塞端，

其中每个活塞端沿着所述共同的轴线是可往复运动的，

其中每对活塞端，结合相应的汽缸，限定一对活塞端之间相应的燃烧室；以及

辅助机构，其机械地连接到活塞端中的至少一个活塞端，以使得来自所述活塞端中的所述至少一个活塞端的往复运动的机械能被传递到相应的汽缸的外部。

2.如权利要求1所述的装置，其中每个汽缸限定配置成接收连接件的槽，所述连接件配置成将相关活塞端的运动传递出相应的汽缸到达辅助元件。

3.如权利要求2所述的装置，还包括：

至少一个连接件，其径向地延伸通过所述汽缸中的一个汽缸中相应的槽，并将所述相关活塞端与所述辅助机构连接。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述辅助机构包括电力产生机构、液压泵送机构、气动驱动机构、齿轮从动装置或其组合。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述辅助机构包括配置成在相反的运动路线上往复运动的第一运动元件和第二运动元件。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一运动元件的运动通过所述第二运动元件的运动而基本上被平衡。

7.如权利要求1所述的装置，其中呈对置的关系相互对齐的所述一对对置汽缸包括第一对对置的汽缸，以及其中所述辅助机构包括第一电力产生机构，所述装置还包括：

第二对对置的汽缸，其呈对置的关系相互对齐；

第二电力产生机构；以及

多个可往复运动的活塞端，其对应于所述第二对对置的汽缸，其中对应于所述第二对对置的汽缸的所述多个活塞端中的至少一个活塞端被机械地连接到所述第二电力产生机构，以使得所述第一电力产生机构和所述第二电力产生机构相互异相地工作。

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