一種液壓發動機的製作方法

2023-09-19 03:19:15 1

專利名稱：一種液壓發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發動機，尤其涉及一種液壓發動機。
背景技術：
傳統往復活塞四衝程內燃機工作特點是，燃料在氣缸內燃燒，所產生的燃氣直接推動活塞做功。開始，活塞向下移動，進氣閥開啟，排氣閥關閉，汽油與空氣的混合氣進入氣缸。當活塞到達最低位置後，改變運動方向而向上移動，這時進排氣閥關閉，缸內氣體受到壓縮。壓縮終了，電火花塞將燃料氣點燃。燃料燃燒所產生的燃氣在缸內膨脹，向下推動活塞而做功。當活塞再次上行時，進氣閥關閉，排氣閥打開，做功後的煙氣排向大氣。重複上述壓 縮、燃燒，膨脹，排氣等過程，周期循環，不斷地將燃料的化學能轉化為熱能，進而轉換為機械能。傳統的內燃機依靠曲柄連杆機構把活塞的往復直線運動變為曲軸的旋轉運動，連杆機構的傳動角越大(90 ° )，對機構的傳動越有利，而活塞、連杆和曲軸在運動過程中傳動角的大小是變化的，做功行程剛開始時，燃氣壓力達到最高，但此時活塞位於上止點時，傳動角為零，對傳動極為不利；當活塞運行到上下止點中間位置時，傳動角也只能達到(45° ),而此時活塞對對氣缸壁的壓力角也達到了最大,產生側向力為Fci=FtanP ,阻礙活塞的直線運動；此外，傳統內燃機的曲柄連杆機構中，當連杆與曲柄共線時的位置稱為死點，為了使傳統內燃機順利通過死點而正常運轉，起動前必須依靠外力驅動才能開始運行，而起動後即使不需要輸出動力也要有約(700轉/分鐘)左右的怠速，才能維持正常空轉。內燃機不能從停車狀態自行轉入運轉狀態，必須由外力轉動曲軸，使之起動。起動過程不能有負載，而空載時的怠速狀態需不斷消耗燃料。特別是傳統車輛的內燃機系統是設計在以整車動力性、加速性和爬坡能力為主要解決矛盾為目標的，因此在某種意義上說一方面是為了解決這些矛盾在設計發動機時就不能使發動機工作在最節省能源的狀態下；另一方面傳統內燃機本身的工作過程和為實現工作過程的結構，導致平均機械損失壓力大。平均機械損失壓力發動機單位氣缸工作容積一個循環所損失的功。可以用來衡量機械損失的大小。即機械損失的組成1)活塞與活塞環的摩擦損失因曲柄連杆機構力的傳遞與分解，對氣缸壁產生側向力為Fc=FtanP，佔摩擦損失的主要部分，約為45_65% ；2 )軸承與氣門機構的摩擦損失包括所有主軸承、連杆軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。軸承直徑越大，轉速越高，損失越大。15-30% ；3)驅動附屬機構的功率消耗指為保證發動機工作所必不可少的部件總成，如冷卻水泵總成(風冷發動機中則是冷卻風扇)、機油泵、噴油泵、調速器等；佔10-20%。中國公開號為CN 1952363A，實用新型名稱為雙活塞液壓發動機的申請文件公開的技術方案，雖然也採用了液壓傳動的原理，但也沒有擺脫曲柄連杆機構，機構仍舊複雜，小活塞雖然消除了側向分力，但是以大活塞上承受了更大的側向分力為代價。此外，根據帕斯卡原理，油缸中的大活塞獲得更大壓力的同時是以犧牲大活塞的行程為代價，這樣的傳動方式並不能減少能量損耗，也不會憑空產生新的壓力能，更不可能實現小排量大馬力的增加功率或效率的功能。中國公開號為CN 201723359U，實用新型名稱為液壓發動機機構的實用新型申請公開的技術方案中，其能量轉換過程是燃料的化學能經柴油機轉換為機械能，再經過液壓泵轉換為流體的壓力能，再經液壓發動機轉換為機械能。中國公開號為CN 201554597U,實用新型名稱為一種液壓發動機的申請文件中公開的技術方案，其採用了四個電機和四個油泵，能量轉換過程是把電能通過電機轉換為機械能，再通過油泵把機械能轉換為液體的壓力能，然後經液壓活塞和曲軸連杆轉換為機械。上述兩種技術方案都經過多種複雜轉換，必然會導致效率的降低。中國公開號為CN101495730的申請文件公開的液壓發動機雖然也解決了傳統內燃機的部分問題，但它仍舊繼承剛性連接的連杆，這要求對置氣缸的同心度、橢圓度和錐度的誤差必須很小，使得發動機主體部件的製造和加工都相當困難；發動機工作時對置兩液壓室因存在非常大的壓力差，而剛性連杆又必須在兩液壓室間快速移動，使得液壓室與連 杆的滑動密封要求很高；此外它繼承了傳統內燃機的獨立的進氣門，這使得發動機機構複雜，且氣門運動的機構和控制方法非常繁雜，可靠性和維護的方便性都大大降低。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種液壓發動機，能夠有效提高能量轉化效率，節省燃料消耗，減少環境汙染，且結構簡單可靠，易於維護。本實用新型為解決上述技術問題而採用的技術方案是提供一種液壓發動機，包括氣缸，所述氣缸包括缸套和缸蓋，所述缸蓋上安裝有燃料霧化噴嘴和排氣門，其中，所述缸套內設有帶回位彈簧的活塞，所述活塞上部為燃燒室，下部為液壓室，所述液壓室上設有一個進油單向閥和一個出油單向閥；所述進油單向閥和出油單向閥的安裝方向相反並通過高壓油管、回油管與液壓馬達相連形成閉合迴路。進一步地，所述氣缸包括第一氣缸和第二氣缸，所述兩個氣缸上的進油單向閥和出油單向閥橋式相連形成閉合迴路。進一步地，所述進油單向閥和出油單向閥的高壓出油口與三位四通換向閥的高壓入口相連並與蓄能減震器連通，所述三位四通換向閥的兩個工作出口分別連通液壓馬達的高壓接口和低壓接口輸出動力，所述三位四通換向閥的低壓油出口與進油單向閥的低壓進油口相連。進一步地，所述排氣門和搖臂的一端相連，所述搖臂的另一端連接擺杆，所述擺杆的上下兩端分別與搖臂、排氣門構成兩個轉動副，所述搖臂固定在搖臂軸上。進一步地，所述燃料氣體噴嘴上設置有燃料接頭、氧氣接頭和點火電磁線圈，所述燃料接頭所在的管路中設有燃料閥針，所述氧氣接頭所在的管路中設有氧氣閥芯，所述點火電磁線圈的點火初級繞組和燃料閥針、氧氣閥芯相連，所述點火電磁線圈的點火次級繞組和火花塞相連。進一步地，所述高壓油管上還設有空調壓縮機和壓氣機，所述壓氣機通過氮氧分離器和燃料霧化噴嘴相連。[0017]本實用新型對比現有技術有如下的有益效果本實用新型提供的液壓發動機，採用一對單向閥形成油路循環使液壓能定向傳遞到液壓馬達對外做功，並且隨時可空載運行，取消了傳統四衝程發動機的曲柄連杆結構、凸輪軸及正時傳動機構，從而有效提高能量轉化效率，節省燃料消耗，減少環境汙染，且結構簡單可靠，易於維護。

圖I為本實用新型單缸液壓發動機結構示意圖；圖2為本實用新型雙缸液壓發動機結構示意圖；圖3為本實用新型液壓發動機的進排氣機構及氮氧分離裝置結構示意圖；圖4為本實用新型液壓發動機的機械排氣部件結構示意圖；圖5為本實用新型液壓發動機的壓氣機結構示意圖；圖6為本實用新型液壓發動機的液壓空調壓縮機結構示意圖；圖7為本實用新型液壓發動機的進氣部件結構示意圖；圖8為本實用新型液壓發動機的進氣部件中的燃料霧化噴嘴結構示意圖。圖中I氣缸2缸套3活塞4回位彈簧5排氣門6蓄能減震器7三位四通換向閥 8液壓馬達9擺杆10搖臂11搖臂軸12壓氣機活塞13壓氣機排氣單向閥 14壓氣機進氣單向閥 15壓氣機活塞回位彈簧16 二位三通電磁閥 17壓縮機活塞18壓縮機排氣單向閥19壓縮機進氣單向閥 20壓縮機壓力傳感器 21燃料箱22燃料泵23進氣及燃料電磁閥 24燃料霧化噴嘴25氣門位置傳感器 26儲氣罐27回油管28點火電磁線圈29燃料接頭30燃料閥針31氧氣接頭32氧氣閥芯33點火初級繞組34點火次級繞組35高壓油管36氮氧分離器37高壓氧氣管路38氧氣加注接口39壓縮空氣管路41,43進油單向閥 42、44出油單向閥 45空調壓縮機46排氣機構47壓氣機48進氣機構
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。圖I為本實用新型單缸液壓發動機結構示意圖。請參照圖1，本實用新型提供的液壓發動機包括氣缸1，所述氣缸I包括缸套2和缸蓋，所述缸蓋上安裝有燃料霧化噴嘴24和排氣門5，其中，所述缸套2內設有帶回位彈簧4的活塞3，所述活塞3上部為燃燒室，下部為液壓室，所述液壓室上設有一個進油單向閥42和一個出油單向閥41 ;所述進油單向閥42和出油單向閥41的安裝方向相反並通過高壓油管35、回油管27與液壓馬達8相連形成閉合迴路。[0045]本實用新型提供的液壓發動機，氣缸I的數目優選為兩個，也可採用3缸以上的多缸結構。請參見圖2,氣缸I的數目為兩個,包括第一氣缸和第二氣缸,第一氣缸的液壓室上設有一個進油單向閥42和一個出油單向閥41，第二氣缸的液壓室上設有一個進油單向閥44和一個出油單向閥43，該系統包括四個單向閥組合成橋式閥門組，活塞3和活塞回位彈簧4安裝在缸套2內，缸套2裡面的活塞上部為燃燒室，活塞下部為液壓室，液壓室與橋式閥門組中兩兩串聯的單向閥的中間部分相連通，橋式閥門組的單向閥出油口與三位四通換向閥7的高壓入口相連的同時還與蓄能減震器6連通，三位四通換向閥的兩個工作出口分別連通液壓馬達8的高壓接口和低壓接口達到輸出動力的目的，三位四通換向閥7的低壓油出口與橋式閥門組單向閥的低壓入口相連。本實用新型提供的液壓發動機，取消了傳統四衝程發動機的曲柄連杆結構包括曲軸、連杆、曲軸軸承、連杆軸承，以及維持曲柄連杆機構運行所必須的飛輪、起動機和機油泵等附件，此外還省去了傳統內燃機的凸輪軸、凸輪軸軸承和正時傳動機構，甚至是進氣門和點火線圈等也集成到了噴油噴氣嘴一起，結構簡單可靠，易於維護。對雙缸液壓發動機，工作過程如下燃料在氣缸內燃燒所產生的高溫高壓燃氣經過活塞直接推動液壓油做功。 開始，活塞3在活塞回位彈簧4和低壓油的共同作用下向上移動，使排氣門5關閉，活塞3達至IJ上止點，出油單向閥42關閉，進氣電磁閥和燃料電磁閥開啟，燃料與相應比例的純氧混合氣進入缸套2 ;進氣電磁閥和燃料電磁閥關閉，火花塞點火，活塞3改變運動方向而向下移動，這時高壓液壓油推開進油單向閥41進入三位四通換向閥7，同時一部分高壓油進入蓄能減震器6，三位四通換向閥7通過改變出油方向改變液壓馬達8的轉動方向，低壓油流出液壓馬達8後再次經過三位四通換向閥7及管路流進進油單向閥43的進油口，經過另一缸的液壓室推動活塞3向上並排氣。做功活塞下移過程中，油壓隨著燃氣壓力的不斷降低而降低，當油壓低於蓄能減震器6內油壓時釋放油壓與活塞3共同做功，活塞3繼續下行，燃氣餘壓和液流的慣性繼續向液壓馬達8排油。當燃氣壓力降到接近大氣壓力時，出油單向閥44關閉，排氣閥打開，活塞3在活塞回位彈簧4和低壓油的共同作用下向上移動，做功後的低壓餘熱煙氣經過熱交換器吸熱回收能量後排向大氣。重複上述進氣、燃燒膨脹，排氣等過程，周期循環，不斷地將燃料的化學能轉化為熱能，經活塞3等效傳遞變為液體的壓力能，通過液壓馬達進而轉換為機械能。本實用新型液壓發動機的高壓油管35上除了設置排氣機構46外，還設有空調壓縮機45和壓氣機47，高壓油管35通過氮氧分離器36和進氣機構48中的燃料霧化噴嘴24相連，氮氧分離裝置的具體工作過程如下液壓發動機的高壓油管35中的脈動液壓油推動壓氣機活塞17，把外界的新鮮空氣加壓後通過壓縮空氣管路39進入氮氧分離器36，氮氧分離器36包括分子篩A和分子篩B，兩個分子篩並聯，一個工作，同時另一個可以進行再生處理，相互交替工作和再生，以保證設備連續運行。分離後的高壓氧氣經過高壓氧氣管路37進入儲氣罐26。氧氣加注接口 38可用於從外部加注氧氣，以減少本實用新型液壓發動機因氮氧分離而損失的功耗，而氮氧分離裝置的配備又可以使本實用新型的液壓發動機可在不具備外部加注氧氣的條件下連續工作。下面分別對排氣機構46、壓氣機47、空調壓縮機45、進氣機構48和燃料霧化噴嘴24等主要部件一一展開描述。圖4為本實用新型液壓發動機的機械排氣部件結構示意圖。[0050]請參照圖4，本實用新型提供的液壓發動機的機械排氣系統配置了排氣門5、擺杆9、搖臂10、搖臂軸11。該機械排氣系統中搖臂10固定在搖臂軸11上並可以轉動，搖臂10的兩端分別依次連接擺杆9與排氣門5，擺杆9上下兩端分別於搖臂10和排氣門5構成兩個轉動副，使排氣門5在關閉和打開的過程中不至於被卡死。除了上述機械式氣門驅動形式，也可採用液壓驅動、電磁驅動、氣壓或真空驅動，在此不再一一贅述。液壓發動機機械排氣機構的工作過程如下開始時活塞3在活塞回位彈簧4和低壓油的共同作用下向上移動，使左側排氣門5關閉，而右側氣門在搖臂的作用下同步打開，活塞3達到上止點，出油單向閥41關閉，進氣電磁閥和燃料電磁閥開啟，燃料與相應比例的純氧混合氣進入缸套2 ;進氣電磁閥和燃料電磁閥關閉，火花塞點火，活塞3改變運動方向，燃料在左側氣缸內燃燒所產生的高溫高壓燃氣經過活塞直接推動液壓油做功的同時左側氣門5也在高壓燃氣的作用下處於更加緊密的關閉狀態，右側排氣門則開啟達到最大狀態。做功活塞下移過程中，油壓隨著燃氣壓力不斷降低而降低，當燃氣壓力降到接近大氣壓力時，出油單向閥關閉，排氣門5打開，右側燃燒室重複上述左側的過程，如此往復循環。圖5為本實用新型液壓發動機的壓氣機結構示意圖。·請參照圖5，本實用新型提供的液壓發動機的壓氣機配置了壓氣機活塞12、壓氣機排氣單向閥13、壓氣機進氣單向閥14、壓氣機活塞回位彈簧15。壓氣機進氣單向閥14連接空氣過濾器，壓氣機排氣單向閥13經過儲氣罐26連接進氣電磁閥23。液壓發動機壓氣機的工作特點是，當高壓油管內壓力為低壓狀態時，壓氣機活塞12在壓氣機活塞回位彈簧15的作用下向下運動，與此同時壓氣機進氣單向閥14打開，壓氣機排氣單向閥13關閉，新鮮空氣流進壓氣機氣缸；當高壓油管內壓力為高壓狀態時，壓氣機活塞12在高壓油的推動下向上運動，此時壓氣機進氣單向閥14關閉，壓氣機排氣單向閥打開。高壓氣體從壓氣機氣缸經過儲氣罐26流向進氣電磁閥23。圖6為本實用新型液壓發動機的液壓空調壓縮機結構示意圖。請參照圖6，本實用新型提供了液壓發動機配套的液壓空調壓縮機二位三通電磁閥16、液壓空調壓縮機活塞17、液壓空調壓縮機排氣單向閥18、液壓空調壓縮機進氣單向閥19、液壓空調壓縮機壓力傳感器20。液壓空調壓縮機的工作過程是，當製冷系統需要壓縮機啟動時，二位三通電磁閥16通電打開，高壓油從本實用新型液壓發動機單向閥I出口相連的高壓油管35進入液壓空調壓縮機活塞17的下部推動活塞向上移動，液壓空調壓縮機進氣單向閥19關閉，被壓縮的冷媒推動液壓空調壓縮機排氣單向閥18打開並壓出高壓冷媒，當液壓空調壓縮機活塞17運動到頂部，液壓空調壓縮機壓力傳感器20的壓力比高壓管路壓力高時，二位三通電磁閥16斷電關閉高壓藉口 P，同時接通B，活塞在低壓冷媒的作用下，液壓空調壓縮機進氣單向閥19打開，低壓冷媒進入液壓空調壓縮機活塞17的上方並推動活塞下移，當液壓空調壓縮機活塞17運動到底部，液壓空調壓縮機壓力傳感器20的壓力和低壓管路相等時，二位三通電磁閥16再次通電打開，如此不斷循環。直到製冷系統不需要壓縮機工作時，二位三通電磁閥16長斷電而停止工作。因本實用新型中的液壓空調壓縮機用極少的零部件便替代了傳統發動機空調系統中必不可少的曲軸及與之相連的曲軸皮帶盤、空調皮帶、空調皮帶張緊輪、空調壓縮機離合器、壓縮機離合器軸承、離合器吸拉線圈、和複雜得多的傳統空調壓縮機等構件[0058]圖7為本實用新型液壓發動機的進氣部件結構示意圖。請參照圖7，本實用新型提供的液壓發動機進氣系統包括燃料箱21、燃料泵22、進氣及燃料電磁閥23、燃料霧化噴嘴24、氣門位置傳感器25、儲氣罐26。液壓發動機進氣系統的工作過程如下當活塞3往上運動到與打開的排氣門5接觸時，把本氣缸的排氣門5推向關閉的同時把另一缸的氣門打開，另一缸的霍爾傳感器從接通狀態轉為斷開狀態；活塞3繼續上行，直到排氣門5完全關閉，另一缸的排氣門完全打開，活塞暫時停止運動，本氣缸的霍爾傳感器的從斷開狀態轉為接通狀態，進氣及燃料電磁閥23通電，燃料霧化噴嘴24按比例噴出燃料和空氣形成可完全燃燒的混合氣，進氣及燃料電磁閥23斷電停止噴射的同時火花塞點火，混合氣爆燃推動活塞向下通過液壓對外做功，此時另一缸的活塞因排氣門已完全打開，活塞在回位彈簧和回油壓力的推動下上移，重複上述的過程往復循環。圖8為本實用新型液壓發動機的進氣部件中的燃料霧化噴嘴結構示意圖。 請參照圖8，本實用新型提供的液壓發動機的燃料霧化噴嘴24上集成有燃料接頭
29、氧氣接頭31和點火電磁線圈28，燃料接頭29所在的管路中設有燃料閥針30，氧氣接頭31所在的管路中設有氧氣閥芯32，所述點火電磁線圈28的點火初級繞組33和燃料閥針
30、氧氣閥芯32相連並提供開閉閥信號，所述點火電磁線圈28的點火次級繞組34和火花塞相連並提供脈衝高壓電點火信號，燃料接頭29和回油管27相連。液壓發動機燃料霧化噴嘴的工作過程如下本氣缸的霍爾傳感器的從斷開狀態轉為接通狀態，電磁噴油點火電磁線圈28的電磁噴油點火初級繞組33通電，燃料閥針30和氧氣閥芯32在電磁力的作用下克服回位彈簧和流體壓力打開，燃料和氧氣同時按比例噴入燃燒室，直到電磁噴油點火初級繞組33在控制單元的控制下斷電，燃料閥針30和氧氣閥芯32回位關閉，與此同時電磁噴油點火次級繞組34產生脈衝高壓電給火花塞點火，混合氣爆燃推動活塞向下通過液壓對外做功。雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本實用新型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求1.一種液壓發動機,包括氣缸(I),所述氣缸(I)包括缸套(2)和缸蓋,所述缸蓋上安裝有燃料霧化噴嘴(24)和排氣門(5)，其特徵在於，所述缸套(2)內設有帶回位彈簧(4)的活塞(3)，所述活塞(3)上部為燃燒室，下部為液壓室，所述液壓室上設有一個進油單向閥(42,44)和一個出油單向閥(41、43);所述進油單向閥(42、44)和出油單向閥(41、43)的安裝方向相反並通過高壓油管(35)、回油管(27)與液壓馬達(8)相連形成閉合迴路。
2.如權利要求I所述的液壓發動機，其特徵在於，所述氣缸(I)包括第一氣缸和第二氣缸，所述兩個氣缸上的進油單向閥(42、44)和出油單向閥(41、43)橋式相連形成閉合迴路。
3.如權利要求I所述的液壓發動機，其特徵在於，所述進油單向閥(42、44)和出油單向閥(41、43)的高壓出油口與三位四通換向閥(7)的高壓入口相連並與蓄能減震器(6)連通，所述三位四通換向閥(7)的兩個工作出口分別連通液壓馬達(8)的高壓接口和低壓接口輸出動力，所述三位四通換向閥(7 )的低壓油出口與進油單向閥(42、44)進油口相連。
4.如權利要求I所述的液壓發動機，其特徵在於，所述排氣門(5)和搖臂(10)的一端相連，所述搖臂(10)的另一端連接擺杆(9)，所述擺杆(9)的上下兩端分別與搖臂(10)、排氣門(5 )構成兩個轉動副，所述搖臂(10 )固定在搖臂軸(11)上。
5.如權利要求I所述的液壓發動機，其特徵在於，所述燃料霧化噴嘴(24)上設置有燃料接頭(29 )、氧氣接頭(31)和點火電磁線圈(28 )，所述燃料接頭(29 )所在的管路中設有燃料閥針(30)，所述氧氣接頭(31)所在的管路中設有氧氣閥芯(32)，所述點火電磁線圈(28)的點火初級繞組(33)和燃料閥針(30)、氧氣閥芯(32)相連，所述點火電磁線圈(28)的點火次級繞組(34 )和火花塞相連。
6.如權利要求I 5任一項所述的液壓發動機，其特徵在於，所述高壓油管(35)上還連接有空調壓縮機(45)和壓氣機(47)，所述壓氣機(47)通過氮氧分離器(36)和燃料霧化噴嘴(24)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種液壓發動機，所述液壓發動機包括氣缸，所述氣缸包括缸套和缸蓋，所述缸蓋上安裝有燃料霧化噴嘴和排氣門，其中，所述缸套內設有帶回位彈簧的活塞，所述活塞上部為燃燒室，下部為液壓室，所述液壓室上設有一個進油單向閥和一個出油單向閥；所述進油單向閥和出油單向閥的安裝方向相反並通過高壓油管、回油管與液壓馬達相連形成閉合迴路。本實用新型提供的液壓發動機，採用一對單向閥形成油路循環使液壓能定向傳遞到液壓馬達對外做功，並且隨時可空載運行，從而有效提高能量轉化效率，且結構簡單可靠，易於維護。
文檔編號F03C1/013GK202732212SQ201220453458
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者劉志兵 申請人:劉志兵