CN101566106B - 两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置 - Google Patents

两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置。包括燃烧动力部件、由压缩冲程实现装置和电液控制装置组成的压缩冲程控制部件和微机控制部件组成。压缩冲程实现装置包括开关阀、压缩蓄能器、单向阀、3位4通伺服阀、液压补给泵站、低压蓄能器，液压补给泵站；电液控制装置包括开关阀、3位4通伺服阀。该装置使得发动机活塞在压缩冲程中顺利得到使燃料正常燃烧的动能，对传感器的要求低，工作过程稳定可靠。

Description

两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置
技术领域
本发明是涉及一种液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置。
背景技术
石油是人类重要的初始能源。石油中储存的能量是以化学能的形式存在的。以燃油为初始能源的液压机械，其能量最终来源于石油。石油中的化学能转化为热能，然后转化为机械能，最后转化为液压能。在每一次能量转化中都会耗散一部分能量。人类在经历两次石油危机后，意识到节约能源和能源结构多元化是实现能源安全的有效途径。对于液压机械，也必须适应这种挑战。液压自由活塞发动机正是在这种背景下应运而生的。液压自由活塞发动机较传统的发动机、泵装置的优点有：结构简单、能量利用率高和可以使用多种燃料等。
在液压自由活塞发动机发展过程中，提高效率一直是大家追求的目标。液压自由活塞发动机是一种将燃料燃烧装置和液压泵有机集成为一体实现将燃料的化学能转化为液压能的装置。当发动机活塞与液压泵的方向阀的换向完全同步时，发动机能量转换的效率最高。液压自由活塞发动机采用储存的液压能完成压缩冲程从而液压自由活塞发动机。由于压缩冲程对活塞速度有一定的要求，因此目前如何实现快速压缩是液压自由活塞发动机的一个难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置。该装置通过伺服阀的开关将蓄能器中的液压油快速流出推动活塞运动，使得发动机活塞在一个冲程中达到使燃料正常燃烧的动能，整个压缩冲程稳定可靠。
本发明的技术方案如下：包括燃烧动力部件、压缩冲程控制部件和微机控制部件；压缩冲程控制部件包括压缩冲程实现装置和电液控制装置，压缩冲程实现装置包括开关阀、压缩蓄能器、单向阀、3位4通伺服阀、液压补给泵站、低压蓄能器，液压补给泵站；电液控制装置包括开关阀、3位4通伺服阀，开关阀。
有益效果
采用本发明将蓄能器中储存的液压油，通过伺服阀和油道后，作为液压自由活塞发动机的原始动力，使得发动机活塞在一个冲程中达到使燃油燃烧的初始动能。蓄能器中液压油压力可以调整。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图中：1-开关阀，2-压缩蓄能器，3-单向阀，4-3位4通伺服阀，5-液压补给泵站，6-开关阀，7-单向阀，8-液压补给泵站，9-单向阀，10-液压泵，11-溢流阀，12-液压泵，13-低压蓄能器，14-开关阀，15-活塞，16-排气气门，17-喷油器，18-进气口，19-ECU，20-高压油路，21-压缩油路，22-低压油路，I-燃烧腔，II-液压腔，III-液压腔，IV-液压腔，①-油口，②-油口，③-油口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
本发明包括燃烧动力部件、压缩冲程控制部件和微机控制部件；压缩冲程控制部件包括压缩冲程实现装置和电液控制装置：
1)压缩冲程实现装置：包括两个开关阀(1、6)、压缩蓄能器(2)、三个单向阀(3、7、9)、3位4通伺服阀(4)、两个液压补给泵站(5、8)、低压蓄能器(13)，液压补给泵站(5)上装有高压溢流阀和单向阀，单向阀出口同时与压缩蓄能器(2)、3位4通伺服阀(4)P口和油口①相连，3位4通伺服阀(4)A口与液压腔(IV)相连，3位4通伺服阀(4)的B口和T口封闭，液压补给泵站(8)出油口与低压蓄能器(13)相连；
2)电液控制装置：包括两个开关阀(1、6)、3位4通伺服阀(4)，开关阀(1)分别与高压油路(20)和压缩油路(21)连接，开关阀(6)分别与压缩油路(21)和低压油路(22)连接，3位4通伺服阀(4)的P口和A口分别与压缩蓄能器(2)出口和液压腔(IV)连接，3位4通伺服阀(4)的T口和B口封闭，以上三个阀各自与微机控制单元电连接。
本发明两冲程液压自由活塞发动机及其压缩冲程实现装置的工作原理如下：
液压自由活塞发动机压缩冲程开始前的初始化准备工作：微机控制单元接到启动指令后，依次完成以下初始化工作：
Figure G2008101832387D00031
关闭开关阀(1、6)；
Figure G2008101832387D00032
3位4通伺服阀(4)得电处在P口通B口和A口通T口状态；
Figure G2008101832387D00033
然后检查压缩蓄能器(2)中的液压油压力是否达到设计要求压力，若压力偏低有两种方法可以调整液压油压力：a)开启开关阀(1)利用高压油路(20)压力油对压缩蓄能器中的液压油压力进行调整，此方法的前提是高压油路中必须有大于压缩蓄能器(2)所需的压力的液压油；b)若高压油路中没有足够压力油，开启开关阀(1)，启动液压补给泵站(5)并调整高压溢流阀(11)开阀压力通过单向阀(9)向压缩蓄能器中充油到设计要求压力，同时也对高压油路(20)充油；
将检测活塞(15)的位置，若活塞(15)不位于下止点时，微机控制单元将通过打开开关阀组(14)以利用高压油路的压力油通过液压腔(II)将活塞(15)压回到下止点；
Figure G2008101832387D00042
在压缩蓄能器(2)的压力达到要求压力并且活塞(15)位于下止点时，关闭开关阀(1、6、14)和液压补给泵站(5)，关闭排气气门(16)；
Figure G2008101832387D00043
启动低压补给泵站(8)。
液压自由活塞发动机完成初始化工作后，微机控制单元将开始压缩冲程：
3位4通伺服阀(4)得到电信号并在10ms内将状态调整到P口通A口和B口通T口的状态，压缩蓄能器(2)中的压力油将通过3位4通伺服阀(4)的P口和A口，经过油道到达油口②和③并通过②和③进入液压腔(IV)，由于油口③属于阻尼孔，因此液压油主要是通过油口②进入液压腔(IV)的。在压力油进入液压腔(IV)以后，由于液压腔(II、III、IV)的压力油有效作用面积是从(II)到(IV)由小到大设计的，因此在压力油的作用下活塞(15)将向上止点运动。在活塞(15)运动初始阶段，压缩蓄能器(2)与液压腔(IV)直接连通的油口①处于关闭状态，只有当活塞(15)向左运动到一定位置时油口①才会开启，也即压缩蓄能器(2)里的液压油在活塞(15)运动初始阶段是将不会通过油口①进入液压腔(IV)。压缩蓄能器(2)里的液压油通过3位4通伺服阀(4)的P口和A口到油口②和③继续进入液压腔(IV)并继续推动活塞(15)向上止点运动，当活塞(15)运动到开启油口①的位置后，由于油口①开口面积较大，因此此后压缩蓄能器(2)中压力油将更迅速的经过油口①进入液压腔(IV)，活塞(15)继续加速。当活塞(15)运动到一定位置后将关闭进气口(18)，此后活塞(15)再向上止点运动时，将压缩燃烧腔(I)内的气体。在活塞(15)即将加速运动到上止点时，喷油器(17)将燃油喷入燃烧腔(I)。当活塞(15)压缩的燃烧腔(I)的气体温度达到燃油的燃点时燃油将开始燃烧并释放热量，燃烧腔(I)内的气体体积受热膨胀后作用到活塞(15)上，使之减速并开始向下止点运动。当燃烧腔内的气体开始燃烧时，压缩冲程成功完成，压缩冲程过程中，液压腔(II)将向高压油路(20)输出高压油，而液压腔(III)将从低压油路(22)吸入低压油，低压油是通过液压腔(III)与低压油路(22)之间的单向阀进行沟通的。燃烧腔内的气体受热膨胀后推动活塞(15)向下止点运动开始做功冲程，活塞(15)向下止点运动的过程中将在液压腔(III)中压缩液压油形成压力油，当液压油的压力大于高压油路(20)压力时，液压油将从液压腔(III)与高压油路(20)之间的单向阀流入高压油路(20)。
液压腔(IV)中的液压油将在活塞(15)向下止点运动的过程中流出液压腔(IV)并重新流入压缩蓄能器(2)，液压油流入压缩蓄能器(2)的油路有三条：1)经过油口①和油道直接流回压缩蓄能器(2)，此路径在活塞(15)与下止点距离小于一定值时，由于油口①完全被活塞封闭将不再进出油；2)经过油口②后再由3位4通伺服阀(4)的A口和P口或者单向阀(3)回到压缩蓄能器(2)，此路径的3位4通伺服阀(4)的A口和T口连通时将不再进出油；3)经过油口③后后再由3位4通伺服阀(4)的A口和P口或者单向阀(3)回到压缩蓄能器(2)，此路径的3位4通伺服阀(4)的A口和T口连通时将不再进出油。
在活塞(15)运动到下止点时，由于化学能已经完全转化为了液压油的压力能，活塞(15)将静止在下止点。在活塞(15)运动到下止点前，微机控制单元将对3位4通伺服阀(4)的控制信号进行调整，控制3位4通伺服阀(4)的P口和B口以及T口和A口连通，由于3位4通伺服阀(4)的B口和T口已经封闭，压缩蓄能器(2)中的压力油将不会进入液压腔(IV)。
在活塞(15)重新回到下止点后，若微机控制单元重新给3位4通伺服阀(4)的控制信号，控制3位4通伺服阀(4)的P口和A口以及T口和B口连通，新一个循环的压缩冲程就开始了。
为了保证发动机能够循环工作下去，微机控制单元还将根据活塞(15)每次运动到上止点的位置的微小变化对压缩蓄能器(2)的压力以及喷油器(17)的喷油量进行调整，这样就形成了闭环控制并有效保证发动机稳定可靠地向外输出压力油。

Claims (1)

1.一种两冲程液压自由活塞发动机压缩冲程实现装置，包括燃烧动力部件、压缩冲程控制部件和微机控制部件；其特征在于压缩冲程控制部件包括第一开关阀(1)、第二开关阀(6)、第三开关阀(14a)、第四开关阀(14b)、压缩蓄能器(2)、第一单向阀(3)、第二单向阀(7)、第三单向阀(9)、3位4通伺服阀(4)、第一液压补给泵站(5)、第二液压补给泵站(8)、低压蓄能器(13)、第二液压腔(II)，第三液压腔(III)，第四液压腔(IV)；其中第一液压补给泵站(5)上装有高压溢流阀和单向阀；第三单向阀(9)出口同时与压缩蓄能器(2)、3位4通伺服阀(4)的P口和第一油口①相连，3位4通伺服阀(4)的A口与第四液压腔(IV)相连，3位4通伺服阀B口和T口封闭，第二液压补给泵站(8)出油口与低压蓄能器(13)相连；第一开关阀(1)分别与高压油路(20)和压缩油路(21)连接，第二开关阀(6)分别与压缩油路(21)和低压油路(22)连接，第三开关阀(14a)实现第二液压腔(II)与低压油路(22)的连接，第四开关阀(14b)实现第三液压腔(III)与低压油路(22)的连接，3位4通伺服阀(4)的P口和A口分别与压缩蓄能器(2)出口和第四液压腔(IV)连接，3位4通阀(4)的T口和B口封闭，第一开关阀(1)、第二开关阀(6)、第三开关阀(14a)、第四开关阀(14b)各自与微机控制单元电连接。
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