CN1012915B - 动力机组 - Google Patents

Abstract

本发明系关于一种动力机组，其中两冲程发动机的活塞(2)由活塞杆(6)刚性地连接在一起。一组泵缸(5)环绕活塞杆(6)周向地安装，泵活塞(4)通过径向杆或法兰盘(4a)的中间作用固定在活塞杆(6)上。每个泵缸(5)带有液压流体进入和压力管路(9，10)。一个或几个泵缸(5)的液压管路操纵它自己的液压马达或致动器油缸。

Description

本发明是关于一种动力机组，包括：

一个本体

一个安装在本体上带有至少一个发动机汽缸的内燃机，

一个在发动机汽缸内往复运动的发动机活塞

一个固接在发动机活塞上并与其一起往复运动的活塞杆，和

一个动力输出部分，包括一个泵缸和一个固定在活塞杆上的泵活塞。

美国专利No.3089305公开了这种类型的动力机组。这种动力机组较之传统的动力机组有一系列优点，在传统的动力机组中泵和发动机是独立的部分，并且一个旋转发动机的曲轴必须通过一个旋转动力输出轴的中间作用连接到一个旋转的泵传动轴上。这些优点包括：

随着旋转部件被淘汰，这是一种更简单更紧凑的设计，并且发动机和泵在结构上和功能上形成一个单独部分。

避免了将一个发动机和一个独立的泵连接在一起的问题。

发动机的功率比以前更有效地有助于液压流体的增压。

尽管这些优点，上述类型的动力机组仍未脱离实验阶段。一个重要原因似乎是对动力输出和分配到各工作点没有成功的解决方法。如果一个活塞杆就带一个同轴的液压缸，问题就是如何在足够宽的范围内控制它的输出，及如何把它分配到有不同动力需求的工作点。

本发明的一个基本目的是进一步发展上述类型的动力机组以便使其发动机活塞的工作尽可能地有效率并使发动机活塞直接转变成动力机组 的输出，该动力机组的输出在质量上和数量上可满足不同应用的相互独立的需求。

本发明的一个具体目的是提供一个动力机组，它的液压动力可以以一种简单的方式分配到不同的驱动马达和作业器械，从而可使每个马达和作业器械的工作容易地并独立地调整。

本发明的进一步的目的是提供一种有效的从其输出考虑是紧凑的动力机组，故用于工作机的驱动马达和作业器械的工作能量（液压能量，电能或气动能量）可以以理想的方式尽可能直接地产生。

为了达到这些目的，本发明提供了一个动力机组，包括

一个本体，

一个安装在本体上带有至少一个发动机汽缸的内燃机，

一个在发动机汽缸内往复运动的发动机活塞，

一个固接在所述发动机活塞上并与其一起往复运动的活塞杆，和

一个动力输出部分，包括至少三个分立的泵缸和至少三个固定在活塞杆上的分立的泵活塞，

每个泵缸都带有液压流体进入管路和压力管路，压力管路将所述泵缸和一个驱动马达或一个致动器油缸连接起来，其特征在于所述泵缸中的至少两个泵缸具有不同的直径，并且所述至少两个泵缸的压力管路都有控制阀装置用以单独地控制所述至少两个具有不同直径的泵缸的输出，并且至少两个具有不同直径的分立的泵活塞指向同一方向，从而同时沿一个方向完成它们的膨胀冲程。

现在参照附图描述本发明的一个实施例，其中：

图1是根据本发明的动力机组的轴向纵剖面图。和

图2示意性地示出了动力机组的应用。

动力机组的发动机部分1包括两个轴向的发动机汽缸14，这两个轴向发动机汽缸14的发动机活塞2由一个杆件6刚性地连接在一起，杆件6作为活塞2的普通的活塞杆。动力机组的本体包括环绕活塞杆6的环形件27，3a，3b，27a，这些环形件一个挨一个地沿轴向安装。在发动机汽缸14和本体件27，27a之间，是一个压气机15，包括一个压气机汽缸16和一个固定在活塞2的基部上的压气机活塞19。压气机还包括一根装有一个单向阀18a的进气管18，和一个连接压气机汽缸16和发动机汽缸14的换气管17。管17上的一个单向阀17a对设备的工作不是必要的。朝着发动机的压气机汽缸16的端部带有一个通向大气层的通气口20。

液压泵部分由参考标号3标出，并包括轴向隔开的环形件3a和它们之间的一个环形件3b。每个环形件3a带有一组轴向指向的、以适 当的间距沿环形件3a的圆周分布的泵缸5。泵缸5内的杆状活塞4被固定在由环形件3b容纳的法兰盘4a上并与活塞杆6固定在一起。当然所述法兰盘4a可以由径向杆件代替。每个泵缸5都带有液压流体进入和排出管路9和10（图中未详细示出）。液压泵缸5的数量取决于具体的应用。最小数量是在一个冲程方向有两个泵缸。一个单独的双活塞发动机也可以包括三个泵缸，其中两个较小的指向一个方向，较大的一个指向相反的方向。作为一种额定值，可以说在大多数实际应用中，泵缸5的数量至少应当是六个。一般来说，需要的数量不多于三十个。只要通过制造另件3a，3b，4a和4从而符合所要求的泵缸的数量和尺寸，即可生产出带有各种数量泵缸的动力机组。所要求的泵缸的数量和尺寸取决于工作机中的液压马达和致动器油缸的数量和尺寸。一般地说，最好提供两个或多个活塞-泵缸单元4·5来操纵一个单独的驱动马达或致动器油缸，通过转换一个或多个活塞-泵缸单元4·5用以操纵而其余的用以液压流体的自由循环，即可调整驱动马达或致动器油缸的驱动或运行速度。

为了发电，在活塞杆6上安装了一个磁铁22，在马达运转时，该磁铁22通过线圈24的铁芯23的极来回运动。线圈24和铁芯23一起固定在环形件27a上。图中原理性地示出了一个例子。实际中，磁铁22和铁芯23可以有几个两极，两者轴向上一个挨一个，侧面上并排地而置。液压泵3是主动力源，由参考标号21标出的发电部分是一个辅助的动力源，用于为工作机的电池充电。发电机21也可以用来作为发动机启动马达。在这种情况下，它的输出必须被设计到足以使发动机活塞往复运动，其冲程逐渐增加到足以在两个发动机汽缸内产生燃料点火所必须的压力。

某些应用中也须要压缩空气。压缩空气是由空气压气机25提供 的，压气机25的活塞26同轴地固定在缸体27内的活塞杆6上。缸体27的两端带有装备单向阀28的进气管29和装备单向阀31的压缩空气管30，所述活塞26在两个方向上完成膨胀冲程。

图2示出了一个将本发明的动力机组应用到一个工作机上的例子，包括四个由轮毂支承的驱动马达41，每个马达都分别通过它们自己的压力和回流管路9，10连接到动力机组的液压泵部分3。这种布局适于所有四轮驱动的车辆，如汽车。在工作机应用中，从液压泵部分3的两个缸组3a延伸出一组压力和回流管路37和38，它们除了连接在工作设备的油缸和/或马达上，还连接在工作机的动力油缸上。这种工作机应用的例子包括机架可控式维修机械及农用机械。

液压泵部分3至少包括四个等尺寸的活塞-泵缸单元4、5，用以操纵驱动马达41。除了这些，还有一些工作设备所须要的活塞-泵缸单元4、5。考虑到动力控制，如果有几个活塞-泵缸单元4、5用于一个单独的驱动马达或作业器械是最好的。

一个动力机组的工作过程如下。启动是如借助于发电部分21电动地完成的，启动也可以借助于压气机25由压缩空气储蓄器来完成，或通过液压泵部分3的中间作用由一个液压流体储压器来完成。如果发动机的工作是基于两冲程内燃机原理，使用一个热线点火塞可以便于启动。可以连接燃料喷嘴32以接受来自活塞杆6的工作动力（原理上说与液压泵4、5的方式一样）。另外，也可以使用电动的或电控的喷射泵。一个基本特征是喷射泵或喷嘴32的工作定时是基于发动机活塞2的位置，或基于汽缸14内的压力状况，或基于两者的综合效果。图1示出了一个通过阀33向喷嘴32供给燃料的高压泵34。阀33的开启是由汽缸14的压力传感器35控制的。一个储压器36使液体燃料供给压力均衡。在一定的延迟时间后阀33关闭。通过调节所述延迟 时间，即喷射周期的持续时间，可以控制发动机输出。假如利用了一个热线点塞，用相对较低的压缩进行燃料的点火即可完成启动。第一个膨胀冲程在相对的发动机汽缸14中造成一个较高的压缩从而在其中形成更有效的燃烧，并且在相对的汽缸14中，压缩又一次增加。由于工作是在两冲程原理上进行的，所述压气机15对发动机输出有重要意义。由于压气机汽缸16的直径超过发动机汽缸14的直径，净化空气的数量足以有效地排出燃气。这就保证了该动力机组就其尺寸来说可以产生较高的输出。液体燃料喷射的定时对压气机完成的换气有特别的意义。这样，在液体燃料注入汽缸之前，整个燃烧室可以被彻底地换气。换句话说，在汽缸14的所有气口被关闭后，才将液体燃料注入汽缸14。

如果在一个发动机汽缸14内没有点火，例如由于液体燃料供给的干扰，在所述汽缸内的空气就压缩，并在活塞2碰到汽缸盖之前停止了活塞2。由于在这种情况下的压缩不会超过正常的膨胀冲程压力，故该干扰或运转故障不会损坏发动机。

就本发明而论，很明显最好采用内燃机原理，这是由于点火时刻可以自动地调整到最佳，并且点火的定时无须特殊的机械或电子设备单独地控制。然而很明显，除了Valve发动机和四冲程发动机，带电子点火的四冲程发动机也在本发明的范围之内。

随着动力机组的运转，一个或一组液压泵4、5为它们自己的马达或油缸提供液压流体，这样马达或油缸即可被单独地、独立地控制。通过调节安装在进入管路上的单向阀的开口程度而调节泵缸5的进入压力，即可完成上述的控制。这样在泵缸内产生负压，泵缸内仅被部分地充满了油。在压力管路中也可以使用其它已知的阀，如Valvistor或在压力管路中使用其它适当的阀。

通过将两个不同环形件3a上的泵缸5结合在一个共同的压力管路 9中而产生双脉冲频率和低脉冲幅度，可以形成一个特别好的情况。在这种情况下，不总是需要一个储压器，但液压软管的固有体积和挠性可以作为一个储压器以均衡传递到发动机的压力。然而，使用液压储压器可以提供许多额外的有用的好处，如可能的液压发动机的启动或车辆制动能量的存储。储存在储压器内的制动能量在启动时可以以已知的方式释放以便加速。储压器的第三个应用可以是借助于液压反压力控制发动机冲程频率而没有任何功率损失。

以上的实施例不是从限制本发明的考虑来描述的。详细的结构可以有许多变化。例如发动机活塞2可以以许多不同的方法相互结合在一起以在交变的冲程中工作。活塞2可以是平行的，它们的活塞杆可以连接在摇杆的端部。发动机也可以被设计成以这种方式工作即发动机活塞不是被机械地连接在一起，而是有些或多或少相对独立的运动。在这种情况下，反向冲程（换气和压缩）是由弹簧完成的。自然本发明也包括了一种方法，其中一组发动机单元平行地连接在一起而形成一个单独的动力机组。本发明的范围还包括这些应用，假如在附加权利要求书范围内同时利用本发明的多活塞原理以产生液压动力输出，一根出自一个单独的泵缸5的压力管路10可分连到两个或多个驱动马达或致动器。

Claims (6)

1、一个动力机组，包括

一个本体，

一个安装在本体上带有至少一个发动机汽缸(14)的内燃机，

一个在发动机汽缸内往复运动的发动机活塞(2)，

一个固接在所述发动机活塞(2)上并与其一起往复运动的活塞杆(6)，和

一个动力输出部分，包括至少三个分立的泵缸(5)和至少三个固定在活塞杆(6)上的分立的泵活塞(4)，

每个泵缸(5)都带有液压流体进入管路和压力管路(9，10)，压力管路(9，10)将所述泵缸(5)和一个驱动马达(41)或一个致动器油缸连接起来，其特征在于所述泵缸(5)中的至少两个泵缸具有不同的直径，并且所述至少两个泵缸的压力管路(9)都有控制阀装置用以单独地控制所述至少两个具有不同直径的泵缸的输出，并且至少两个具有不同直径的分立的泵活塞(4)指向同一方向，从而同时沿一个方向完成它们的膨胀冲程。

2、根据权利要求1所述的动力机组，其特征在于一组泵活塞（4）通过径向杆或一个法兰盘（4a）的中间作用以平行的关系固定在所述活塞杆（6）上。

3、根据权利要求1所述的动力机组，其特征在于动力输出部分包括至少四个等尺寸的活塞一泵缸单元（4，5）和至少一个不同尺寸的活塞-泵缸单元。

4、根据权利要求1或2所述的动力机组的一个应用，其特征在于至少两个具有不同直径的液压活塞-泵缸单元（4，5）通过压力管路（9）连接于一个驱动马达或致动器油缸，压力管路（9）带有阀件用于可选择地将所述压力管路（9）转接到所述驱动马达或转接到一个与液压流体储箱连接的自由循环管路。

5、根据权利要求1或2所述的动力机组，其特征在于本体包括一组轴向连贯的环绕活塞杆（6）的环形件（27，3a，3b），其中两个轴向隔开的环形件（3a）带有相互相对的所述泵缸（5），并且不同环形件（3a）上的两个泵缸（5）被结合到一根共同的压力管路（9）。

6、根据权利要求1或2所述的动力机组，其特征在于内燃机在内燃机汽缸内带有一个压力传感器（35）或活塞杆（6）的一个位置传感器，用于与阀装置（33）配合来注入燃料。

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