CN102444473A - 液体活塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体活塞内燃机，包括气液缸、液压动力机构和液体工质回送系统，所述气液缸经气体工质控制阀与外置燃烧室连通或在所述气液缸内设内置燃烧室，在所述气液缸上设排气口，在所述排气口处设排气控制阀，所述气液缸上设液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与所述液压动力机构的动力液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通。本发明省略了发动机的活塞曲柄连杆机构，具有效率高、体积小、重量轻等优势。

Description

液体活塞内燃机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种液体活塞内燃机。

背景技术

目前，活塞式发动机（包括活塞式外燃机、活塞式内燃机、转子发动机等一切利用运动部件作为密封和传力的将气体工质的能量转化成机械功的发动机）应用十分广泛，这类发动机中最主要的部件就是活塞，活塞的功能是密封与传力，即活塞要尽可能的使高压气体工质不泄漏，并且将高压气体工质的压力传递出去。传统活塞式发动机的活塞都是具有某种几何形状的固体构件，为此，由于加工误差、受力形变、冷热变形以及磨损等问题，活塞式发动机的活塞与配合件（缸套等）的密封问题，特别是转子发动机的活塞与配合件（转子发动机的壳体）的密封问题，一直是影响发动机效率和寿命的关键问题之一。不仅如此，传统活塞式发动机的活塞传力问题，例如活塞式内燃机和活塞式外燃机中的活塞传力都是由曲柄连杆机构完成的，而曲柄连杆机构的体积和重量都十分庞大，影响发动机的整体质量、效率和制造成本。所以，急需发明一种能够不受密封壳体（例如缸套）形状及其加工误差、不受受力形变、冷热变形以及磨损等问题的影响，具有良好密封功能和传力功能并能省略曲柄连杆机构的新型活塞。

发明内容

传统活塞式发动机从根本上讲是设在封闭壳体内的固体活塞在气体工质的作用下发生直线运动、旋转或摆动，固体活塞把自身运动传递出去对外作功的机构。由于密封壳体（例如缸套等）和固体活塞均是固体结构件，两者均不可避免地存在加工误差、受力形变、冷热变形以及磨损等问题，如果从逻辑上、数学上和几何学上仔细分析这一机构的特点，可以得出这样的结论：传统活塞式发动机的固体活塞与密封壳体的全方位彻底密封是永远无法解决的。

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种液体活塞内燃机，包括气液缸、液压动力机构和液体工质回送系统，所述气液缸经气体工质控制阀与外置燃烧室连通，在所述气液缸上设排气口，在所述排气口处设排气控制阀，所述气液缸上设液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与所述液压动力机构的动力液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通。在所述气液缸内的液体工质的作用与传统活塞式发动机中的活塞的密封和传力作用相同，在所述气液缸内的气体工质和所述液体工质的相互作用关系与传统活塞式发动机中的气态工质和活塞的作用关系相同；在一个工作循环的某一过程中所述气体工质对所述液体工质施压迫使所述液体工质推动所述液压动力机构对外作功，与此同时或在同一个工作循环的另一过程中所述液体工质回送系统将所述液体工质经所述液体工质回流口回流到所述气液缸内。

所述液体活塞内燃机还包括高压原工质源，在所述气液缸上设高压气体工质充入口，所述高压原工质源与所述外置燃烧室连通，所述外置燃烧室的高压气体工质出口经所述气体工质控制阀与所述高压气体工质充入口连通，所述高压原工质源中的高压原工质间歇或连续进入所述外置燃烧室在所述外置燃烧室中发生燃烧反应产生所述气体工质；所述液压动力机构、所述气体工质控制阀、所述液体工质回送系统和所述排气控制阀受过程控制机构控制协调工作实现：由所述外置燃烧室产生的所述气体工质被定量导入所述气液缸并在所述气液缸内对所述气液缸内的所述液体工质施加压力，所述气液缸内的所述液体工质推动所述液压动力机构对外输出动力，在所述气液缸内的所述液体工质减少到设定程度时所述排气控制阀打开排气，所述液体工质回送系统将由所述液压动力机构排出的所述液体工质回送到所述气液缸内，再将所述排气控制阀关闭，进入下一循环。

一种液体活塞内燃机，包括气液缸、液压动力机构和液体工质回送系统，所述气液缸内设内置燃烧室，在所述气液缸上设排气口，在所述排气口处设排气控制阀，所述气液缸上设液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与所述液压动力机构的动力液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通。在所述气液缸内的液体工质的作用与传统活塞式发动机中的活塞的密封和传力作用相同，在所述气液缸内的气体工质和所述液体工质的相互作用关系与传统活塞式发动机中的气态工质和活塞的作用关系相同；在一个工作循环的某一过程中所述气体工质对所述液体工质施压迫使所述液体工质推动所述液压动力机构对外作功，与此同时或在同一个工作循环的另一过程中所述液体工质回送系统将所述液体工质经所述液体工质回流口回流到所述气液缸内。

所述液体活塞内燃机还包括高压原工质源，在所述气液缸上设高压原工质充入口，所述高压原工质源经高压原工质控制阀与所述内置燃烧室连通；所述液压动力机构、所述高压原工质控制阀、所述液体工质回送系统和所述排气控制阀受过程控制机构控制协调工作实现：由所述高压原工质源中的高压原工质定量进入所述内置燃烧室并在所述内置燃烧室内发生燃烧反应产生所述气体工质，所述气体工质在所述气液缸内对所述气液缸内的所述液体工质施加压力，所述气液缸内的所述液体工质推动所述液压动力机构对外输出动力，在所述气液缸内的所述液体工质减少到设定程度时所述排气控制阀打开排气，所述液体工质回送系统将由所述液压动力机构排出的所述液体工质回送到所述气液缸内，再将所述排气控制阀关闭，进入下一循环。

所述液体活塞内燃机还包括含氧气源，在所述气液缸上设含氧气体进口，所述含氧气源经含氧气体控制阀与所述含氧气体进口连通；所述液压动力机构、所述含氧气体控制阀、所述液体工质回送系统和所述排气控制阀受过程控制机构控制协调工作实现：在所述内置燃烧室内发生燃烧反应产生的所述气体工质在所述气液缸内对所述气液缸内的所述液体工质施加压力，所述气液缸内的所述液体工质推动所述液压动力机构对外输出动力，在所述气液缸内的所述液体工质减少到设定程度时所述排气控制阀打开排气，所述液体工质回送系统将由所述液压动力机构排出的所述液体工质回送到所述气液缸内的过程中，所述液体工质使作功完了的所述气体工质排出所述气液缸实现排气冲程，当所述排气冲程完了时，所述含氧气体控制阀打开，所述排气控制阀关闭，所述气液缸内的所述液体工质在所述液压动力机构的作用下流出所述气液缸的过程使所述含氧气源内的含氧气体被吸入所述气液缸实现吸气冲程，在所述吸气冲程完了时所述含氧气体控制阀关闭，所述液体工质回送系统将由所述液压动力机构排出的所述液体工质回送到所述气液缸内，所述液体工质对已进入所述气液缸的含氧气体进行压缩冲程，在所述压缩冲程完了时对所述内置燃烧室导入燃料并使燃料在所述内置燃烧室中燃烧产生所述气体工质，进入下一循环。

当所述含氧气源为有压含氧气源时，在所述内置燃烧室内发生燃烧反应产生的所述气体工质在所述气液缸内对所述气液缸内的所述液体工质施加压力，所述气液缸内的所述液体工质推动所述液压动力机构对外输出动力，在所述气液缸内的所述液体工质减少到设定程度时所述排气控制阀打开排气，所述有压含氧气体控制阀打开进行扫气，在扫气接近完了时所述排气控制阀和所述有压含氧气体控制阀关闭，所述液体工质回送系统将由所述液压动力机构排出的所述液体工质回送到所述气液缸内，所述液体工质对已进入所述气液缸的有压含氧气体进行压缩冲程，在所述压缩冲程完了时对所述内置燃烧室导入燃料并使燃料在所述内置燃烧室中燃烧产生所述气体工质，进入下一循环。

所述气液缸设为圆桶形气液缸，所述圆桶形气液缸的底部设为内凸圆柱形底岛，所述内凸圆柱形底岛的直径小于所述圆桶形气液缸的内径，在所述内凸圆柱形底岛与所述圆桶形气液缸之间构成环形空腔，在所述圆桶形气液缸内设高裙活塞式隔板，所述高裙活塞式隔板的裙部设置于所述环形空腔内，所述高裙活塞式隔板的裙部与所述圆桶形气液缸的内壁和所述内凸圆柱形底岛的外壁分别滑动密封接触在所述高裙活塞式隔板和所述内凸圆柱形底岛构成密封空间，所述液体工质在所述密封空间内工作，所述液体工质出口和所述液体工质回流口设在所述内凸圆柱形底岛的顶壁上。

在所述气液缸上设转动轴，在所述气液缸上设转动驱动结构，所述气液缸在所述转动驱动结构的作用下绕所述转动轴作旋转运动以实现在离心力的作用下所述气体工质和所述液体工质处于良好分离状态，所述气体工质和所述液体工质分别通过旋转接头进出所述气液缸。

所述液体活塞内燃机包括两个或多个所述液压动力机构，所有所述液压动力机构并联设置，每个所述液压动力机构的动力轴分别经离合器与动力输出总轴连接，所有所述液压动力机构同时工作或其中部分工作以满足负载变化及变速的要求。

所述高压原工质源中设有膨胀剂源，提高所述高压原工质源内的原工质的压力，并调整进入所述内置燃烧室或进入所述外置燃烧室的原工质中的膨胀剂的量，实现所述气体工质在作功开始前的压力大于15MPa。

所述膨胀剂源和所述内置燃烧室或所述外置燃烧室之间设膨胀剂吸热热交换器。

所述内置燃烧室内将要燃烧时的气体压力大于等于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa或60MPa。

所述外置燃烧室内将要燃烧时的气体压力大于等于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa或60MPa。

本发明所公开的液体活塞内燃机的原理是由内燃燃烧室（包括内置燃烧室和外置燃烧室）产生的气体工质作用于所述气液缸内的液体工质，用所述气液缸内的液体工质作为活塞承担对气体工质的密封和传力作用，所述气体工质在所述气液缸内与所述液体工质之间的相互作用，与传统活塞式发动机中气体工质与固体活塞间的相互作用相同，利用所述气液缸内的液体与所述液压动力机构之间相互作用，取代曲柄连杆机构，最终由所述液压动力机构对外输出动力。本发明所公开的液体活塞内燃机的工作过程是所述气体工质在所述气液缸内对所述液体工质施加压力，所述液体工质推动液压动力机构对外输出动力，当所述气液缸内的所述液体工质减少到设定程度（所述气液缸内的所述气体工质的压力下降到一定程度时）所述液体工质经所述液体工质回送系统被回送到所述气液缸内进行排气冲程，再利用所述高压原工质源内的原工质在所述外置燃烧室内或内置燃烧室内建立高压或利用所述液压动力机构将所述液体工质排出所述气液缸进行吸气冲程后，利用所述液体工质回送系统将所述液体工质回送到所述气液缸内进行压缩冲程，向所述内置燃烧室或所述外置燃烧室内导入燃料并使燃料发生燃烧化学反应产生所述气体工质，进行下一循环，周而复始。

所述液压动力系统是指一切可以利用液体压力产生动力同时具备利用动力产生液体泵效应的系统，如液压马达、液压缸等，在所述液压动力系统的动力轴上可设蓄能飞轮。本发明所公开液体活塞发动机充分利用了所述液压动力系统的优势取代了固体活塞曲柄连杆机构，可以大幅度提高发动机的效率，大幅度降低发动机的体积和质量。

为了使所述液压动力系统连续对外输出动力，可以在发动机内设置两个或多个所述气液缸，所有所述气液缸并联设置，所有所述气液缸中的一部分与另一部分工作相位不同。所述气液缸的工作模式包括以下三种类型：1.吸—压—爆—排过程（冲程），2.高压充气—爆—排，3.高压气体工质充入作功—排气；每个类型包含不同的工作过程，所谓工作相位不同是指处于不同工作过程。

所谓外置燃烧室可以设为连续燃烧室或间歇式燃烧室。

本发明所谓的“工作循环的某一过程”可以是传统意义上所说的发动机冲程，也可以是指工作循环中的某一阶段。

本发明的所谓协调工作是指为保证只有液体工质直接与所述液压动力机构接触，推动所述液压动力机构作功过程所需要的按逻辑关系的工作过程；所谓气液缸是指可以利用气体工质对液体工质加压并可以将液体工质压出、可以将液体工质回流、可以将低压气体工质排出的容器；所谓液体工质回送系统是指能够把来自于液压动力机构液体出口的液体工质回送到所述气液缸内的系统，可以是由回流控制阀（一般可用逆止阀）和蓄能储罐构成，也可以是由泵、储罐和回流控制阀构成，还可以是其他形式的系统，但是所述液体工质回流系统应具备泵、阀和液体储存功能；所谓气液隔离膜是指设置在所述气液缸内的可以将气液相隔离的膜，其作用是避免所述气体工质和所述液体工质的混合；所谓气液隔离板是指设置在所述气液缸内的可以将气液相隔离的滑动板，其作用是避免所述气体工质和所述液体工质的混合；气液隔离结构是指设置在气液缸内的可以避免所述气体工质和所述液体工质相互湍动的多孔结构体，其作用是避免所述气体工质和所述液体工质之间的相互湍动和乳化；所述气液隔离膜和所述气液隔离板上可设置隔热层；

本发明中所谓的液体工质是指一切可以用于推动所述液压动力机构的液体，如水、油、液压油、液体二氧化碳、液氮、液氦等；所述气体工质是指燃料与含氧气体或氧气燃烧所形成的气体。所述气体工质和所述液体工质可以是同一种的物质的两种不同状态，也可以是不同物质。

本发明所公开的液体活塞内燃机中，保持所述气体工质和所述液体工质间的界面稳定防止相互混合传热是必要的，为此可以将所述气液缸置于高速旋转状态，利用离心力避免所述气体工质和液体工质相互混合。

本发明所公开的液体活塞内燃机中，如果在气液缸内所述气体工质与所述液体工质直接接触，应当选择耐热性好，不燃烧的液体作为液体工质。为了提高液体工质的工作寿命和所述液压动力机构的效率，可以对液体工质进行冷却。

为了消除所述液体工质随排气排出系统外，可对自所述排气控制阀排出的气体进行净化处理，并可将净化处理过程得到的所述液体工质回流到液体工质系统中。所谓原工质是指燃烧之前流向燃烧室的工质。本发明中的原工质至少包括氧化剂和还原剂，氧化剂可以是含氧气体、气态氧、低温液氧等，还原剂可以是酒精、汽油、柴油、液化天然气等燃料，在有些情况下还可以包括膨胀剂，所谓膨胀剂是指不参与燃烧化学反应的液体并在气化后或由临界状态变为气态后起降温膨胀作功作用的液体或液化气体，如水、液态二氧化碳、液氮、液氦等。

本发明中，可根据液压领域的公知技术，在适当的位置设其他控制阀、蓄能储罐、泵等必要装置。

本发明中，所述气液缸的壁可以设为绝热的，如用陶瓷材料制造。

在本发明中，可以在所述气液隔离膜和所述气液隔离板上设隔热层或将所述气液隔离膜和所述气液隔离板自身设为由绝热材料制成。

所述液体工质在进入所述液压动力机构之前和/或流出所述液压动力机构之后设排热器（所述排热器可以是散热器，也可以是热交换器）。

当本发明所公开的液体活塞内燃机用于车辆时，可以省略变速箱和制动系统，其速度控制通过电脑控制相应的阀来实现车辆的行驶、刹车、加减速及负荷响应。

在本发明中，两个或多个液压动力机构可以分别独立设置，也可以设置成一体式，每个所述液压动力机构的功率可以设为不同或相同。

本发明所公开的液体活塞内燃机，可以实现无级变速，通过调整进入所述液压动力机构的液体流量或通过调整燃烧室所产生的气体工质的流量，可以实现速度的变化，甚至实现无级变速。

在所述液压动力机构的液体工质出口设蓄能罐，并设旁通，实现刹车蓄能，实现对刹车能量的回收。

储罐在某些结构中不存在，被所述气液缸代替。

本发明可以实现独立两驱，或独立四驱，实现车辆原地转圈、转向。可以实现左右轮系向相反的方向转动，使车辆原地调头。

所谓的高压原工质是指不需要压缩可以直接燃烧的工质。

本发明可以实现二冲程或四冲程工作模式。

本发明的有益效果如下:

本发明省略了发动机的活塞曲柄连杆机构，具有效率高、体积小、重量轻等优势。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2和图3所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图6、7和图8所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图9和图10所示的是本发明实施例6的结构示意图；

图11所示的是本发明实施例7的结构示意图；

图12所示的是本发明实施例8的结构示意图；

图13所示的是本发明实施例9的结构示意图；

图14所示的是本发明实施例10的结构示意图；

图15所示的是本发明实施例11的结构示意图；

图16所示的是本发明实施例12的结构示意图；

图中：

1气液缸、10高压气体工质充入口、11排气口、12气体工质控制阀、13排气控制阀、14过程控制机构、15内置燃烧室、16高压原工质充入口、17高压原工质控制阀、18有压含氧气源、19有压含氧气体进口、2液压动力机构、20有压含氧气体控制阀、21含氧气源、22含氧气体进口、23含氧气体控制阀、3液体工质回送系统、30气液隔离膜、31气液隔离板、32气液隔离结构、4液体工质出口、5液体工质回流口、6液体工质、7气体工质、8外置燃烧室、9高压原工质源、91膨胀剂源、101圆桶形气液缸、4050内凸圆柱形底岛、200环形空腔、300高裙活塞式隔板、400密封空间、102转动轴、103转动驱动结构、104旋转接头、500离合器、5050动力输出总轴、800膨胀剂吸热热交换器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的液体活塞内燃机，包括气液缸1、液压动力机构2和液体工质回送系统3，在所述气液缸1内设内置燃烧室15，在所述气液缸1上设排气口11，在所述排气口11处设排气控制阀13，所述气液缸1上设液体工质出口4和液体工质回流口5，所述液体工质出口4与所述液压动力机构2的动力液体入口连通，所述液压动力机构2的液体出口与所述液体工质回送系统3的液体入口连通，所述液体工质回送系统3的液体出口与所述液体工质回流口5连通，在所述气液缸1内的液体工质6的作用与传统活塞式发动机中的活塞的密封和传力作用相同，在所述气液缸1内的气体工质7和所述液体工质6的相互作用关系与传统活塞式发动机中的气态工质和活塞的作用关系相同；在一个工作循环的某一过程中所述气体工质7对所述液体工质6施压迫使所述液体工质6推动所述液压动力机构2对外作功，与此同时或在同一个工作循环的另一过程中所述液体工质回送系统3将所述液体工质6经所述液体工质回流口5回流到所述气液缸1内。

所述液体活塞内燃机还包括高压原工质源9（图中所示的虚线框），在所述气液缸1上设高压原工质充入口16，所述高压原工质源9经高压原工质控制阀17与所述内置燃烧室15连通；所述液压动力机构2、所述高压原工质控制阀17、所述液体工质回送系统3和所述排气控制阀13受过程控制机构14控制协调工作实现：由所述高压原工质源9中的高压原工质定量进入所述内置燃烧室15并在所述内置燃烧室15内发生燃烧反应产生所述气体工质7，所述气体工质7在所述气液缸1内对所述气液缸1内的所述液体工质6施加压力，所述气液缸1内的所述液体工质6推动所述液压动力机构2对外输出动力，在所述气液缸1内的所述液体工质6减少到设定程度时所述排气控制阀13打开排气，所述液体工质回送系统3将由所述液压动力机构2排出的所述液体工质6回送到所述气液缸1内，再将所述排气控制阀13关闭，进入下一循环。

提高所述高压原工质源9内的原工质的压力，并在所述高压原工质源9内设有膨胀剂源91的结构（所述高压原工质源9中另两个罐体分别为燃料源和氧化剂源）中，调整进入所述内置燃烧室15的原工质中的膨胀剂的量，实现所述气体工质7在作功开始前的压力大于15MPa。在膨胀剂源91和所述内置燃烧室15之间设膨胀剂吸热热交换器800。

实施例2

如图2或图3所示的液体活塞内燃机，其与实施例1的区别是：所述液体活塞内燃机不采用所述内置燃烧室15结构，而采用外置燃烧室8结构；所述气液缸1经气体工质控制阀12与所述外置燃烧室8连通在所述气液缸1上设高压气体工质充入口10，所述高压原工质源9与所述外置燃烧室8连通，所述外置燃烧室8的高压气体工质出口经所述气体工质控制阀12与所述高压气体工质充入口10连通，所述高压原工质源9中的高压原工质间歇或连续进入所述外置燃烧室8并在所述外置燃烧室8中发生燃烧反应产生所述气体工质7；所述液压动力机构2、所述气体工质控制阀12、所述液体工质回送系统3和所述排气控制阀13受过程控制机构14控制协调工作实现：由所述外置燃烧室8产生的所述气体工质7被定量导入所述气液缸1并在所述气液缸1内对所述气液缸1内的所述液体工质6施加压力，所述气液缸1内的所述液体工质6推动所述液压动力机构2对外输出动力，在所述气液缸1内的所述液体工质6减少到设定程度时所述排气控制阀13打开排气，所述液体工质回送系统3将由所述液压动力机构2排出的所述液体工质6回送到所述气液缸1内，再将所述排气控制阀13关闭，进入下一循环。

提高所述高压原工质源9内的原工质的压力，调整进入所述外置燃烧室8的原工质中的膨胀剂的量，实现所述气体工质7在作功开始前的压力大于15MPa。在所述膨胀剂源91和所述外置燃烧室8之间设膨胀剂吸热热交换器800。

实施例3

如图4所示的液体活塞内燃机，其与实施例1的区别是：不采用高压原工质源9的结构，而采用有压含氧气源18结构，在所述气液缸1上设有压含氧气体进口19，所述有压含氧气源18经有压含氧气体控制阀20与所述有压含氧气体进口19连通；所述液压动力机构2、所述有压含氧气体控制阀20、所述液体工质回送系统3和所述排气控制阀13受过程控制机构14控制协调工作实现：在所述内置燃烧室15内发生燃烧反应产生的所述气体工质7在所述气液缸1内对所述气液缸1内的所述液体工质6施加压力，所述气液缸1内的所述液体工质6推动所述液压动力机构2对外输出动力，在所述气液缸1内的所述液体工质6减少到设定程度时所述排气控制阀13打开排气，所述有压含氧气体控制阀20打开进行扫气，在扫气接近完了时所述排气控制阀13和所述有压含氧气体控制阀20关闭，所述液体工质回送系统3将由所述液压动力机构2排出的所述液体工质6回送到所述气液缸1内，所述液体工质6对已进入所述气液缸1的有压含氧气体进行压缩冲程，在所述压缩冲程完了时对所述内置燃烧室15导入燃料并使燃料在所述内置燃烧室15中燃烧产生所述气体工质7，进入下一循环。

实施例4

如图5所示的液体活塞内燃机，其与实施例3的区别是：采用含氧气源21结构，在所述气液缸1上设含氧气体进口22，所述含氧气源21经含氧气体控制阀23与所述含氧气体进口22连通；所述液压动力机构2、所述含氧气体控制阀23、所述液体工质回送系统3和所述排气控制阀13受过程控制机构14控制协调工作实现：在所述内置燃烧室15内发生燃烧反应产生的所述气体工质7在所述气液缸1内对所述气液缸1内的所述液体工质6施加压力，所述气液缸1内的所述液体工质6推动所述液压动力机构2对外输出动力，在所述气液缸1内的所述液体工质6减少到设定程度时所述排气控制阀13打开排气，所述液体工质回送系统3将由所述液压动力机构2排出的所述液体工质6回送到所述气液缸1内的过程中，所述液体工质6使作功完了的所述气体工质7排出所述气液缸1实现排气冲程，当所述排气冲程完了时，所述含氧气体控制阀23打开，所述排气控制阀13关闭，所述气液缸1内的所述液体工质6在所述液压动力机构2的作用下流出所述气液缸1的过程使所述含氧气源21内的含氧气体被吸入所述气液缸1实现吸气冲程，在所述吸气冲程完了时所述含氧气体控制阀23关闭，所述液体工质回送系统3将由所述液压动力机构2排出的所述液体工质6回送到所述气液缸1内，所述液体工质6对已进入所述气液缸1的含氧气体进行压缩冲程，在所述压缩冲程完了时对所述内置燃烧室15导入燃料并使燃料在所述内置燃烧室15中燃烧产生所述气体工质7，进入下一循环。

实施例5

如图6、7、8所示的液体活塞内燃机，其与实施例1的区别是：通过阀体控制和蓄能罐能够实现所述液压动力机构2的正转和反转。

实施例6

如图9和10所示的液体活塞内燃机，其与实施例2的区别是：所述气液缸1的数量设为两个或多个，所有所述气液缸1并联设置，其中一部分所述气液缸1的工作相位与另一部分所述气液缸1的工作相位不同。

实施例7

如图11所示的液体活塞内燃机，其与实施例2的区别是：在所述气液缸1内设气液隔离膜30。

实施例8

如图12所示的液体活塞内燃机，其与实施例2的区别是：在所述气液缸1内设气液隔离板31。

实施例9

如图13所示的液体活塞内燃机，其与实施例2的区别是：在所述气液缸1内设气液隔离结构32。

实施例10

如图14所示的液体活塞内燃机，其与实施例1的区别是：所述气液缸1设为圆桶形气液缸101，所述圆桶形气液缸101的底部设为内凸圆柱形底岛4050，所述内凸圆柱形底岛4050的直径小于所述圆桶形气液缸101的内径，在所述内凸圆柱形底岛4050与所述圆桶形气液缸101之间构成环形空腔200，在所述圆桶形气液缸101内设高裙活塞式隔板300，所述高裙活塞式隔板300的裙部设置于所述环形空腔200内，所述高裙活塞式隔板300的裙部与所述圆桶形气液缸101的内壁和所述内凸圆柱形底岛4050的外壁分别滑动密封接触在所述高裙活塞式隔板300和所述内凸圆柱形底岛4050构成密封空间400，所述液体工质6在所述密封空间400内工作，所述液体工质出口4和所述液体工质回流口5设在所述内凸圆柱形底岛4050的顶壁上。

实施例11

如图15所示的液体活塞内燃机，其与实施例2的区别是：在所述气液缸1上设转动轴102，在所述气液缸1上设转动驱动结构103，所述气液缸1在所述转动驱动结构103的作用下绕所述转动轴102作旋转运动以实现在离心力的作用下所述气体工质7和所述液体工质6处于良好分离状态，所述气体工质7和所述液体工质6分别通过旋转接头104进出所述气液缸1。

实施例12

如图16所示的液体活塞内燃机，其与实施例1的区别是：所述液体活塞内燃机包括两个或多个所述液压动力机构2，所有所述液压动力机构2并联设置，每个所述液压动力机构2的动力轴分别经离合器500与动力输出总轴5050连接，所有所述液压动力机构2同时工作或其中部分工作以满足负载变化及变速的要求。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液体活塞内燃机，包括气液缸（1）、液压动力机构（2）和液体工质回送系统（3），其特征在于：所述气液缸（1）经气体工质控制阀（12）与外置燃烧室（8）连通，在所述气液缸（1）上设排气口（11），在所述排气口（11）处设排气控制阀（13），所述气液缸（1）上设液体工质出口（4）和液体工质回流口（5），所述液体工质出口（4）与所述液压动力机构（2）的动力液体入口连通，所述液压动力机构（2）的液体出口与所述液体工质回送系统（3）连通，所述液体工质回送系统（3）与所述液体工质回流口（5）连通。

2.如权利要求1所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述液体活塞内燃机还包括高压原工质源（9），在所述气液缸（1）上设高压气体工质充入口（10），所述高压原工质源（9）与所述外置燃烧室（8）连通，所述外置燃烧室（8）的高压气体工质出口经所述气体工质控制阀（12）与所述高压气体工质充入口（10）连通，所述高压原工质源（9）中的高压原工质间歇或连续进入所述外置燃烧室（8）在所述外置燃烧室（8）中发生燃烧反应产生所述气体工质（7）；所述液压动力机构（2）、所述气体工质控制阀（12）、所述液体工质回送系统（3）和所述排气控制阀（13）受过程控制机构（14）控制协调工作。

3.一种液体活塞内燃机，包括气液缸（1）、液压动力机构（2）和液体工质回送系统（3），其特征在于：所述气液缸（1）内设内置燃烧室（15），在所述气液缸（1）上设排气口（11），在所述排气口（11）处设排气控制阀（13），所述气液缸（1）上设液体工质出口（4）和液体工质回流口（5），所述液体工质出口（4）与所述液压动力机构（2）的动力液体入口连通，所述液压动力机构（2）的液体出口与所述液体工质回送系统（3）连通，所述液体工质回送系统（3）与所述液体工质回流口（5）连通。

4.如权利要求3所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述液体活塞内燃机还包括高压原工质源（9），在所述气液缸（1）上设高压原工质充入口（16），所述高压原工质源（9）经高压原工质控制阀（17）与所述内置燃烧室（15）连通；所述液压动力机构（2）、所述高压原工质控制阀（17）、所述液体工质回送系统（3）和所述排气控制阀（13）受过程控制机构（14）控制协调工作。

5.如权利要求3所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述液体活塞内燃机还包括含氧气源，在所述气液缸（1）上设含氧气体进口，所述含氧气源经含氧气体控制阀与所述含氧气体进口连通；所述液压动力机构（2）、所述含氧气体控制阀、所述液体工质回送系统（3）和所述排气控制阀（13）受过程控制机构（14）控制协调工作。

6.如权利要求1或3所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述气液缸（1）设为圆桶形气液缸（101），所述圆桶形气液缸（101）的底部设为内凸圆柱形底岛（4050），所述内凸圆柱形底岛（4050）的直径小于所述圆桶形气液缸（101）的内径，在所述内凸圆柱形底岛（4050）与所述圆桶形气液缸（101）之间构成环形空腔（200），在所述圆桶形气液缸（101）内设高裙活塞式隔板（300），所述高裙活塞式隔板（300）的裙部设置于所述环形空腔（200）内，所述高裙活塞式隔板（300）的裙部与所述圆桶形气液缸（101）的内壁和所述内凸圆柱形底岛（4050）的外壁分别滑动密封接触，所述高裙活塞式隔板（300）和所述内凸圆柱形底岛（4050）构成密封空间（400），所述液体工质（6）在所述密封空间（400）内工作，所述液体工质出口（4）和所述液体工质回流口（5）设在所述内凸圆柱形底岛（4050）的顶壁上。

7.如权利要求1或3所述液体活塞内燃机，其特征在于：在所述气液缸（1）上设转动轴（102），在所述气液缸（1）上设转动驱动结构（103），所述气液缸（1）在所述转动驱动结构（103）的作用下绕所述转动轴（102）作旋转运动以实现在离心力的作用下所述气体工质（7）和所述液体工质（6）处于良好分离状态，所述气体工质（7）和所述液体工质（6）分别通过旋转接头（104）进出所述气液缸（1）。

8.如权利要求1或3所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述液体活塞内燃机包括两个或多个所述液压动力机构（2），所有所述液压动力机构（2）并联设置，每个所述液压动力机构（2）的动力轴分别经离合器（500）与动力输出总轴（5050）连接，所有所述液压动力机构（2）同时工作或其中部分工作以满足负载变化及变速的要求。

9.如权利要求2或4所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述高压原工质源（9）中设有膨胀剂源（91），提高所述高压原工质源（9）内的原工质的压力，并调整进入所述内置燃烧室（15）或进入所述外置燃烧室（8）的原工质中的膨胀剂的量，实现所述气体工质（7）在作功开始前的压力大于15MPa。

10.如权利要求9所述液体活塞内燃机，其特征在于：所述膨胀剂源（91）和所述内置燃烧室（15）或所述外置燃烧室（8）之间设膨胀剂吸热热交换器（800）。

Images