基于内燃机和直线液压泵的动力装置.pdf

本发明涉及适用于车辆、工程机械的动力装置，特别是一种基于内燃机和直线液压泵的动力装置。它由去掉了气门配气机构的单缸二冲程发动机和含有直线液压泵、油泵和液压马达的液压传动系统两部分组成，直线液压泵的液压柱塞与单缸二冲程发动机的活塞杆相连接，直线液压泵泵体的下端通过高压出油阀与液压马达管路连接。本装置不需要曲轴扭矩输出等中间传递环节，以高压油的柔性传动取代变速箱和传动轴的刚性机械传动，具有较高的机械效率、起动容易、连续工作可靠的优点。

1.  一种基于内燃机和直线液压泵的动力装置，由去掉了气门配气机构的单缸二冲程发 动机(A)和含有直线液压泵(24)、油泵(19)和液压马达(17)的液压传动系统(B)两 部分组成，所述的单缸二冲程发动机(A)，包括：机体(2)、固连在机体上的缸盖(13)、在 机体腔内与其滑动配合的活塞(3)、固连在活塞(3)上的活塞杆(14)、通过活塞销(25) 和连杆(4)与活塞杆(14)相铰连的曲轴(6)、固设在曲轴(6)主轴颈上的齿轮飞轮(5)， 其特征在于：
所述的直线液压泵(24)的液压柱塞(7)上端与所述的单缸二冲程发动机的活塞杆(14) 相连接，直线液压泵(24)泵体的下端通过高压出油阀(8)与所述的液压马达(17)管路 连接；直线液压泵(24)泵体的底端通过高压油止回阀(9)与所述的油泵(19)的输出端 管路连接，油泵(19)的输入端通过管路连接一低压储油器(18)；直线液压泵泵体(24) 的上端通过低压回油阀(15)与所述低压储油箱(18)管路连接；在连接直线液压泵(24) 与液压马达(17)的管路上还并连一高压蓄油器(16)。

2.  根据权利要求1所述的基于内燃机和直线液压泵的动力装置，其特征在于，所述的 曲轴(6)为只有一个连杆轴颈和一个主轴颈的半个曲轴。

基于内燃机和直线液压泵的动力装置
技术领域
本发明涉及适用于车辆、工程机械的动力装置，特别是一种基于内燃机和直线液压泵的动力装置。
背景技术
在汽车中广泛使用的动力装置是传统的往复活塞式内燃机，其燃料产生的热能通过活塞、连杆和曲轴机构向外输出扭矩，该扭矩再通过离合器、变速箱、传动轴和减速器传递给车轮。此动力传递方式有其固有问题：第一是中间传递环节多，机构复杂，机械效率低。第二是传动轴和变速箱的布置限制了车辆的通过性和转向灵活性。
近20年来国内外先后开展了液压自由活塞发动机的研究，属于一种新型动力，处于技术探索阶段。通过国内外发表的研究成果来看，液压自由活塞发动机的发动机部分结构相对简单，但是液压部分的结构比较复杂。液压自由活塞发动机输出的是液压能，活塞复位也必须依靠液压能，最大的技术困难在于起动过程。发动机起动时活塞的高频往复运动必须依靠液压系统来完成。这对于液压系统的工作和控制提出来很高的要求，要求液压系统的各个频率控制阀精密可靠，不但流量要大，而且动作频率还要足够高，这两点恰恰是液压应用技术的两个矛盾对立面，很难协调。这是液压自由活塞发动机至今还没有成功应用的主要原因。
本发明结合了传统内燃机工作可靠、技术成熟和直线液压泵工作效率高的技术特点，用1/2曲轴代替整根曲轴，同样依靠飞轮惯性完成活塞回位，改曲轴的扭矩输出为直线液压泵的液压能输出，相对液压自由活塞发动机，液压系统大大简化，能够达到起动可靠方便，提高整机机械效率的效果；同时达到直接输出液压能驱动车轮上液压马达，实现轮边驱动的目的。目前在国内外还没有相关产品应用。经检索，现在与本发明类似的自由活塞发动机的专利主要有：
(1)公开号为CN102400783A的中国专利：具有两冲程自由活塞发动机的小型轻量线性发电机系统，该专利公开的自由活塞发动机与动磁式结构结合为一体，形成具有二冲程自 由活塞发动机的小型线性发电机系统。
(2)公开号为CN102374021A的中国专利：自由活塞发动机，公开了一种整机为双活塞双燃烧室结构，每个燃烧室均配有进排气门，辅助机构的驱动比较复杂。向外输出的能量为电能。
(3)公开号为CN 101363397A的中国专利：一种单活塞式液压自由活塞发动机，公开了一种直流扫气二冲程单活塞式液压自由活塞发动机，将传统往复活塞式发动机去掉曲轴，将活塞直接与柱塞式液压泵集成一体，将燃料的化学能直接转变为液压泵的液压能并向外输出。该专利与本发明的最大不同在于，1.该专利是直流扫气，需要排气门和专门的气门驱动机构，导致整机结构复杂。该专利必须用液压能推动活塞复位，而且必须用液压能起动，导致液压系统结构非常复杂，控制系统也非常复杂，起动很困难，连续运转也很困难。2.因为没有外接的能够体现活塞运动位置的运动件，活塞的上止点位置和喷油或者点火时刻不容易确定。
(4)公开号为CN 1957179A的中国专利：对置活塞对置气缸自由活塞发动机，该专利由一对内外活塞和液压泵组成，也称对置自由活塞发动机。其特点是，由内活塞的移动完成气缸内的气体交换，外活塞与液压泵集成为直线液压泵。其结构复杂，尤其是内外活塞的同步运动控制起来比较困难。
(5)公开号为CN 1261944A的中国专利：自由活塞式内燃发动机，该专利是一种具有阀门定时系统的双对置活塞自由活塞发动机。需要有专门控制的气阀机构实现缸内气体的更换。
(6)公开号为US005473893A的美国专利：具有液压单元的自由活塞发动机，该专利是目前世界上唯一做成样机进行示范的液压自由活塞发动机。该专利有8项权利要求，具备高低压液压单元。该专利无法防止活塞工作时的旋转，也没有给出活塞位移的测量方法。同样存在起动困难的问题。
发明内容
本发明目的为解决现有技术的不足，提供一种不需要曲轴扭矩输出等中间传递环节，以高压油的柔性传动取代变速箱和传动轴的刚性机械传动，具有较高的机械效率、起动容易、 连续工作可靠的基于内燃机和直线液压泵的动力装置。
本发明基于内燃机和直线液压泵的动力装置，由去掉了气门配气机构的单缸二冲程发动机和含有直线液压泵、油泵和液压马达的液压传动系统两部分组成，所述的单缸二冲程发动机，包括：机体、固连在机体上的缸盖、在机体腔内与其滑动配合的活塞、固连在活塞上的活塞杆、通过活塞销和连杆与活塞杆相铰连的曲轴、固设在曲轴主轴颈上的齿轮齿轮飞轮；
所述的直线液压泵的液压柱塞上端与所述的单缸二冲程发动机的活塞杆相连接，直线液压泵泵体的下端通过高压出油阀与所述的液压马达管路连接；直线液压泵泵体的底端通过高压油止回阀与所述的油泵的输出端管路连接，油泵的输入端通过管路连接一低压储油器；直线液压泵泵体的上端通过低压回油阀与所述低压储油箱管路连接；在连接直线液压泵与液压马达的管路上还并连一高压蓄油器。
所述的曲轴为只有一个连杆轴颈和一个主轴颈的半个曲轴。
本发明动力装置的工作机理是：
通过单缸二冲程发动机可燃混合气在燃烧室内着火膨胀推动活塞及活塞杆和直线液压泵的液压柱塞向下移动(膨胀行程)，驱动直线液压泵输出高压油，高压油通过高压出油阀向液压马达输出而驱动液压马达转动，液压马达带动负载。在齿轮飞轮的转动惯性作用下带动曲轴继续转动，并通过连杆、活塞杆带动活塞上移(压缩行程)，从而实现活塞的往复运动。
本发明的有益效果在于：
a.将二冲程柴油机与直线液压泵组合为一体，将传统内燃机由曲轴输出动力改为由液压马达输出动力，减少了动力输出的中间转换环节，使得本发明的热效率将比传统内燃机提高约5％左右。
b.本发明的结构比传统内燃机和液压自由活塞发动机更简单，主要体现在液压系统有很大简化，不需要液压频率控制阀等高精密装置。
c.本发明的启动过程完全与传统内燃机相同，可由启动电机拖动或者手摇起动，是机械启动方式，启动可靠。
d.本发明的活塞等运动件回位依靠齿轮飞轮转动惯量的惯性作用，不需要液压能回位， 回避了液压系统大流量与高频率的矛盾。
e.本发明零部件比传统内燃机减少60％左右，结构更加紧凑，成本更低。
f.通过液压马达带动传动轴或直接驱动车轮实现轮边驱动，从而由传统的变速箱、传动轴等刚性连接改变为液压柔性连接，大大提高了车辆的通过性和机动性。
附图说明
图1是本发明动力装置的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是发明动力装置的工作状态示意图；
其中：(a)为活塞3处于上止点位置状态；(b)为活塞3下行过程状态；(c)为活塞3下行至顺序打开排气口12、扫气道11位置状态；(d)为活塞3由齿轮飞轮5的旋转惯性力矩作用下上行状态。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例对本发明装置作进一步详细说明。
参照图1、2，一种基于内燃机和直线液压泵的动力装置，由去掉了气门配气机构的单缸二冲程发动机A和含有直线液压泵24、油泵19和液压马达17的液压传动系统B两部分组成，所述的单缸二冲程发动机A，包括：机体2、固连在机体上的缸盖13、在机体腔内与其滑动配合的活塞3、固连在活塞3上的活塞杆14、通过活塞销25和连杆4与活塞杆14相铰连的曲轴6、固设在曲轴6主轴颈上的齿轮飞轮5；
所述的直线液压泵24的液压柱塞7上端与所述的单缸二冲程发动机的活塞杆14相连接，直线液压泵24泵体的下端通过高压出油阀8与所述的液压马达17管路连接；直线液压泵24泵体的底端通过高压油止回阀9与所述的油泵19的输出端管路连接，油泵19的输入端通过管路连接一低压储油器18；直线液压泵泵体24的上端通过低压回油阀15与所述低压储油器18管路连接；在连接直线液压泵24与液压马达17的管路上还并连一高压蓄油器16。
所述的曲轴6为1/2曲轴，即只有一个连杆轴颈和一个主轴颈的半个曲轴。
图中：1为设置在缸盖13上的喷油器，10为设置在机体2下端的单向进气阀，11为设 置在单缸二冲程发动机机体2中部的扫气道，12为设置在单缸二冲程发动机机体2中部的排气口，23为活塞3上端与机体2内腔形成的燃烧室，22为活塞3下端与机体2内腔形成的储气室，20为液压柱塞7上端与直线液压泵24内腔形成的低压油腔，21为液压柱塞7下端与直线液压泵24内腔形成的高压油腔。
本动力装置的工作过程如下：
如图3(a)所示，内燃机A中的活塞3处于上止点，为非输出动能状态。
如图3(b)所示，当由喷油器喷出的可燃混合气在燃烧室23内着火膨胀，推动活塞3及活塞杆14和液压柱塞7向下移动，使直线液压泵24高压油腔21中的高压油通过高压出油阀8向外输出，高压油的一部分直接去驱动液压马达17，还有一部分输入高压蓄油器16，此时，高压油止回阀9呈关闭状态。
如图3(c)所示，当活塞3继续下行，顺序打开排气口12扫气道11时，缸内废气排出，新鲜气体进入缸内。
如图3(d)所示，在齿轮飞轮5的旋转惯性力矩作用下活塞3上行，储气室22容积变大，单向进气阀10打开，新鲜气体进入储气室22；液压柱塞7随活塞3上行，高压油腔容积21变大，高压油止回阀9打开，低压油进入高压油腔21，低压油腔20容积变小将低压油通过低压回油阀15推送回到低压储油器18。
本装置中的曲轴不承担对外输出扭矩的功能，主要完成曲柄连杆机构的运动学功能；发动机活塞3的上止点位置和喷油时刻的判定均由齿轮飞轮5上齿的位置完成，避免了自由活塞发动机判断活塞上止点的困难。
本实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。