一種液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動力和液壓技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種液壓自由活塞發(fā)動機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓自由活塞發(fā)動機(jī)是一種將往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)與柱塞式液壓泵集成為一體的動力機(jī)械，液壓自由活塞發(fā)動機(jī)將燃料燃燒的熱能通過往復(fù)運(yùn)動的活塞組件直接轉(zhuǎn)化為液壓能對外輸出。具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈短、壓縮比可變、動力傳輸采用柔性介質(zhì)等優(yōu)點，可以作為車輛及其它移動設(shè)備的動力源，尤其適用于以液壓作為動力源的移動裝置。
[0003]目前，從實現(xiàn)液壓自由活塞發(fā)動機(jī)原理的結(jié)構(gòu)類型來看，有兩種形式:一種是將內(nèi)燃機(jī)的動力活塞、液壓泵的泵活塞和使活塞恢復(fù)的壓縮活塞等三個活塞通過剛性桿依次連接為一個活塞細(xì)長的組件；另一種方式為將泵活塞和壓縮活塞分別連接在動力活塞上，構(gòu)成動力活塞拖動2個或3個液壓活塞作為活塞組件。上述兩種形式均可以實現(xiàn)液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的工作原理。上述兩種液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的方案中都有一個或幾個液壓活塞是用來給動力活塞的壓縮沖程提供能量的，由于液壓自由活塞發(fā)動機(jī)省去曲柄連桿機(jī)構(gòu)，動力活塞的壓縮沖程沒有了飛輪等慣性元件為其提供能量，必須采用單獨(dú)的液壓系統(tǒng)為其壓縮沖程提供能量。但是，由于要增加動力活塞的恢復(fù)系統(tǒng)均會導(dǎo)致這兩種布置方案中活塞組件的軸向尺寸過大(至少要大于兩倍的活塞行程)或者泵體部分徑向尺寸過大，使得液壓自由活塞發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)不緊湊，活塞組件的加工工藝性變差、氣缸體與相對應(yīng)的泵活塞所在容腔的同軸度要求過高等缺點，已經(jīng)嚴(yán)重制約和限制了液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種液壓自由活塞發(fā)動機(jī)，能夠簡化液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低實際制造加工的工藝性，進(jìn)一步提高液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性。
[0005]本發(fā)明提供了一種液壓自由活塞發(fā)動機(jī)，動力活塞和泵活塞通過活塞桿剛性連接成活塞組件，動力活塞安裝于氣缸體內(nèi)，泵活塞安裝于泵體內(nèi)，泵活塞是差壓級活塞結(jié)構(gòu)，在泵體上開有不同直徑的液壓通道，所述液壓通道與液壓系統(tǒng)相連，所述液壓系統(tǒng)是壓差封閉式液壓系統(tǒng)。
[0006]優(yōu)選地，液壓系統(tǒng)包括高壓級液壓油路和次級高壓級液壓油路，液壓系統(tǒng)的液壓回路為封閉式回路。
[0007]優(yōu)選地，高壓級液壓油路進(jìn)一步包括高壓蓄能器，泵體上的第一液壓通道通過第一單向閥與高壓蓄能器連接，泵體上的第二液壓通道通過第二單向閥與高壓蓄能器連接，泵體上第三液壓通道通過阻尼閥與第二液壓通道和第二單向閥之間連接，其中第一液壓通道是出油液壓通道，第二液壓通道是出油液壓通道，第三液壓通道是阻尼孔液壓通道，第一液壓通道的直徑大于第二液壓通道的直徑，第二液壓通道的直徑大于第三液壓通道的直徑，第一單向閥和第二單向閥都是出油單向閥。
[0008]優(yōu)選地，次級高壓級液壓油路進(jìn)一步包括次級高壓蓄能器，泵體上的第四液壓通道和次級高壓蓄能器連接，泵體上的第五液壓通道通過第三單向閥與次級高壓蓄能器連接，泵體上的第六液壓通道通過第一電磁閥與次級高壓蓄能器連接，起動液壓泵通過第四單向閥與次級高壓蓄能器連接，在起動液壓泵的出口和第四單向閥之間連接有溢流閥，其中第五液壓通道是進(jìn)油液壓通道，第六液壓通道是進(jìn)油電磁閥通道，第五液壓通道的直徑大于第六液壓通道的直徑，第一電磁閥是頻率控制電磁閥，第三單向閥是次級高壓進(jìn)油單向閥。
[0009]優(yōu)選地，泵體上的第七液壓通道與第二電磁閥連接。
[0010]優(yōu)選地，高壓蓄能器和次級高壓蓄能器之間連接有第三電磁閥。
[0011]優(yōu)選地，氣缸蓋安裝于氣缸體的一端，火花塞安裝于氣缸蓋上，進(jìn)氣口處安裝有進(jìn)氣單向閥，掃氣腔通過掃氣道與掃氣口連通，排氣口位于氣缸的一側(cè)。
[0012]優(yōu)選地，所述泵活塞的尾端面為環(huán)形作用面，頭端面為圓形作用面，頭端面的圓形作用面面積大于尾端面的環(huán)形作用面面積。
[0013]優(yōu)選地，還包括控制器，控制器分別與火花塞、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥和溢流閥通過電路連接。
[0014]優(yōu)選地，高壓蓄能器與液壓馬達(dá)的進(jìn)油端連接，次級高壓蓄能器與液壓馬達(dá)的回油端連接，高壓蓄能器與液壓缸的進(jìn)油端連接，次級高壓蓄能器與液壓缸的回油端連接。
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案中，由于采用壓差封閉式液壓系統(tǒng)給動力活塞的壓縮沖程提供能量,省去了傳統(tǒng)液壓自由活塞發(fā)動機(jī)中的活塞恢復(fù)系統(tǒng)，活塞組件僅由動力活塞直接帶動一個差壓級活塞結(jié)構(gòu)的泵活塞組成，結(jié)合壓差封閉式液壓系統(tǒng)，即可完成液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)。從而大大簡化液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低實際制造加工的工藝性，進(jìn)一步提高了液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實施例中液壓自由活塞發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實施例中液壓自由活塞發(fā)動機(jī)左止點位置示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實施例中液壓自由活塞發(fā)動機(jī)實施應(yīng)用示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實施例中液壓自由活塞發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0021]一般的液壓系統(tǒng)低壓端是大氣壓，或者為了保證泵活塞在吸油時不出現(xiàn)空穴現(xiàn)象，低壓端壓力提高到0.5MPa，輸出的高壓油壓力則為十幾兆帕或者幾十兆帕的壓力。本發(fā)明技術(shù)方案的基本思想是將液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的低壓端壓力提高，由傳統(tǒng)的大氣壓或
0.5MPa壓力提高到足以驅(qū)動活塞組件完成壓縮沖程的壓力，比如5MPa的較高壓力。該壓力足以推動活塞組件完成動力活塞的壓縮沖程。而活塞組件在燃料燃燒產(chǎn)生的高壓氣體壓力作用下進(jìn)入膨脹沖程時將該壓力進(jìn)一步提高到更高的壓力，譬如1MPa的高壓，并對外輸出。采用提高低壓端壓力的方式，可以充分利用低壓端壓力驅(qū)動活塞組件進(jìn)入壓縮沖程的同時完成泵活塞的吸油任務(wù)。由于低壓端壓力由低壓提高到次級高壓(相對于輸出端的高壓油而言)，將泵活塞的吸油過程變?yōu)榇渭壐邏褐鲃舆M(jìn)油過程。將低壓端壓力提高后，次級高壓作用于泵活塞上推動活塞完成動力活塞的壓縮沖程，省去了傳統(tǒng)液壓自由活塞發(fā)動機(jī)中為動力活塞的壓縮沖程提供能量的活塞組件恢復(fù)系統(tǒng)等龐大的機(jī)構(gòu)，大大簡化了發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復(fù)雜性。同時，降低了零件的加工和安裝工藝。
[0022]本發(fā)明技術(shù)方案中的液壓自由活塞發(fā)動機(jī)既縮短了傳動鏈，又省去了不同運(yùn)動形式之間的反復(fù)轉(zhuǎn)換，從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了高度簡化，優(yōu)化了發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)的能量傳輸形式，實現(xiàn)了動力傳動裝置的柔性調(diào)節(jié)。尤其是本發(fā)明采用壓差驅(qū)動閉式液壓回路系統(tǒng)給動力活塞的壓縮沖程提供能量，省去了傳統(tǒng)液壓自由活塞發(fā)動機(jī)中的活塞恢復(fù)系統(tǒng)，大大簡化了該發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，活塞組件僅由動力活塞直接帶動一個差級液壓柱塞組成，結(jié)合壓差驅(qū)動閉式液壓閉式回路系統(tǒng)即可完成液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)。本發(fā)明技術(shù)方案將大大簡化液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)，降低實際制造加工的工藝性，提高了液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性。為液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。
[0023]圖1為本發(fā)明實施例中液壓自由活塞發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該液壓自由活塞發(fā)動機(jī)的動力活塞5和泵活塞29通過活塞桿8剛性連接成活塞組件。動力活塞5安裝于氣缸體3內(nèi)，泵活塞29通過配合安裝于泵體9內(nèi)。
[0024]內(nèi)燃機(jī)部分采用回流掃氣二沖程發(fā)動機(jī)工作原理和結(jié)構(gòu):氣缸蓋2安裝于氣缸體的一端，與氣缸體和動力活塞構(gòu)成氣缸工作容積和燃燒室，火花塞I安裝于氣缸蓋上，進(jìn)氣口處安裝有進(jìn)氣單向閥7，掃氣腔6通過掃氣道32和掃氣口 33連通，排氣口 4布置在氣缸的一側(cè)。
[0025]泵活塞29安裝于泵體9內(nèi)，泵活塞采用差壓級活塞結(jié)構(gòu)，即泵活塞的左端面(尾端面)為環(huán)形作用面，右端面(頭端面)為圓形作用面，右端面的圓形作用面積大于左端面的環(huán)形作用面積。在泵體上從左到右分別開有不同直徑的第四液壓通道31、第五液壓通道28、第一液壓通道10、第六液壓通道24、第二液壓通道11、第三液壓通道15、第七液壓通道34，這些液壓通道與液壓系統(tǒng)相連。
[0026]液壓系統(tǒng)為壓差封閉式液壓系統(tǒng)，高壓蓄能器17所在的液壓油路為高壓級液壓油路，次級高壓蓄能器21所在的液壓油路為次級高壓級液壓油路，整個液壓回路為封閉式回路。
[0027]其中第四液壓通道31和次級高壓蓄能器17直接連接，第五液壓通道28 (較大直徑的液壓通道)通過第三單向閥27與次級高壓蓄能器連接，第六液壓通道24 (較小直徑液壓通道)通過第一電磁閥25與次級高壓蓄能器連接。起動液壓泵20通過第四單向閥19和次級高壓蓄能器連接，在起動液壓泵的出口和第四單向閥之間連接有溢流閥26，用于調(diào)節(jié)起動液壓泵的壓力。其中第五液壓