CN102661237B - 一种半主动配流式液压自由活塞发动机 - Google Patents

一种半主动配流式液压自由活塞发动机 Download PDF

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Abstract

本发明属于动力输送技术领域，涉及一种半主动配流式液压自由活塞发动机，包括活塞腔、活塞组件、半主动进油阀、压缩腔补油单向阀、控制器、位移传感器、高速频率阀、节流单向阀、压缩蓄能器、排油单向阀和高压蓄能器；当活塞组件运动到上止点附近时，位移传感器将检测得到的活塞组件位置信息传输到控制器，控制器根据设定好的位置信息，在活塞组件接近该位置时，控制器发出电信号，半主动进油阀开始在电磁力的作用下缓慢关闭；当活塞组件运动到上止点时，通过控制器的控制，可使半主动进油阀完全关闭；当活塞组件开始往回运动时，由于半主动进油阀已完全关闭，可防止液压油通过半主动进油阀回流到低压油路，提高整个系统的容积效率。

Description

一种半主动配流式液压自由活塞发动机
技术领域
本发明属于动力输送技术领域，涉及一种液压自由活塞发动机，特别涉及一种半主动配流式液压自由活塞发动机。
背景技术
随着人们节能和环保意识的加强，具有可变压缩比同时又可实现柔性布置的液压自由活塞发动机，可使发动机处于最佳工作状态，从而提高了燃料经济性并降低了排放污染。因此液压自由活塞发动机实现了重生，相关研究进展迅速。
液压自由活塞发动机的液压泵部分是一个阀配流柱塞泵，柱塞在泵腔往复运动一次完成一次吸油和排油过程，由于其液压泵部分多采用阀配流形式，因此配流阀的响应直接影响到整个系统的容积效率。系统进出油都需要通过单向阀的配合实现，但由于阀芯动态开关过程需要一定的响应时间，无法实现对进油阀关闭时刻的精确控制，进油阀关闭过程太慢将影响到液压泵部分容积效率，并且还会燃油燃烧过程，进而影响液压自由活塞发动机整体的工作性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种半主动配流式液压自由活塞发动机，通过一种半主动进油阀，可以实现对进油阀关闭时刻的精确控制，大幅提高系统的容积效率，且控制简单。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种半主动配流式液压自由活塞发动机，包括活塞腔、活塞组件、半主动进油阀、压缩腔补油单向阀、控制器、位移传感器、高速频率阀、节流单向阀、压缩蓄能器、排油单向阀和高压蓄能器；
活塞腔分为三个腔室，腔室的直径自左至右依次递减，在中间腔室的左上端开有高压腔油口，在中间腔室的右上端开有泵腔排油口，在中间腔室的右下端开有泵腔补油口；在右端腔室的右上端自左至右开有主油口、节流油口和进油口，在右端腔室的右下端开有与节流油口相对应的压缩腔补油口；
活塞组件由自左至右的动力活塞、泵活塞和压缩活塞组成，
其连接关系在于：压缩蓄能器有三路油路，自左至右分别与主油口、节流油口和进油口相连，在压缩蓄能器与节流油口连接的油路上设有节流单向阀，在压缩蓄能器与进油口连接的油路上设有高速频率阀，高速频率阀还与控制器相连；高压蓄能器有两路油路，自左至右分别与高压腔油口和泵腔排油口相连，在高压蓄能器与泵腔排油口连接的油路上设有排油单向阀；低压蓄能器有两路油路，自左至右分别与泵腔补油口和压缩腔补油口相连，在低压蓄能器与泵腔补油口连接的低压油路上设有半主动进油阀，在低压蓄能器与压缩腔补油口连接的低压油路上设有压缩腔补油单向阀；半主动进油阀还与控制器、位置传感器相连；动力活塞与左端腔室匹配安装并位于左端腔室的右端，左端腔室和中间腔室之间为密封设置，泵活塞与中间腔室匹配安装并位于中间腔室的右端，泵活塞将泵腔排油口和泵腔补油口关闭，压缩活塞与右端腔室匹配安装并位于右端腔室右半部，压缩活塞右端形成压缩腔，压缩活塞将主油口、节流油口和压缩腔补油口关闭，在压缩活塞左端面与泵活塞右端面形成泵腔，在泵活塞左端面的中间腔室形成高压腔，在动力活塞的左端面的左端腔室形成动力腔。
通过控制器将高速频率阀打开，压缩蓄能器的压力油通过高速频率阀、进油口进入压缩腔；活塞组件往左运动，压缩腔补油口、节流油口与压缩腔相通但此时不进出油，高压腔通过高压腔油口往上给高压蓄能器压油；泵腔压力下降，半主动进油阀打开，泵腔排油口、泵腔补油口与泵腔相通，泵腔通过低压油路、半主动进油阀、泵腔补油口吸油；当活塞组件往左运动至主油口与压缩腔相通，压缩蓄能器主要通过主油口往压缩腔进油，活塞组件往左运动加快，当压缩腔压力小于低压油路时，压缩腔补油单向阀打开，低压蓄能器通过压缩腔补油单向阀、压缩腔补油口向压缩腔进油，动力活塞接近上止点时，位移传感器将位置信号传递至控制器，控制器控制半主动进油阀缓慢关闭，当动力活塞达到预定时间时，动力腔喷入柴油，当压力和温度达到燃烧条件时开始燃烧。
在活塞组件从左往右运动时，由于半主动进油阀关闭，高速频率阀打开、排油单向阀打开，高压蓄能器的压力油通过高压腔油口进入高压腔，同时泵腔的压力油通过泵腔排油口、排油单向阀进入高压蓄能器,压缩腔的压力油通过主油口和节流油口、节流单向阀两条油路进入压缩蓄能器，当压缩活塞关闭主油口时，主要通过节流油口、节流单向阀向压缩蓄能器进油，当压缩活塞将主油口与节流油口都关闭时，压缩腔通过进油口、高速频率阀向压缩蓄能器进油，达到预定时间，高速频率阀关闭。
本发明的优点和有益效果在于：当活塞组件运动到上止点附近时，位移传感器将检测得到的活塞组件位置信息传输到控制器，控制器根据设定好的位置信息，在活塞组件接近该位置时，控制器发出电信号，半主动进油阀开始在电磁力的作用下缓慢关闭；当活塞组件运动到上止点时，通过控制器的控制，可使半主动进油阀完全关闭；当活塞组件开始往回运动时，由于半主动进油阀已完全关闭，可防止液压油通过半主动进油阀回流到低压油路，提高整个系统的容积效率。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
其中，1-动力腔；2-动力活塞；3-高压腔；4-泵活塞；5-半主动进油阀；6-低压油路；7-泵腔补油口；8-低压蓄能器；9-泵腔；10-压缩腔补油单向阀；11-压缩腔补油口；12-压缩腔；13-控制器；14-位移传感器；15-进油口；16-节流油口；17-高速频率阀；18-节流单向阀；19-压缩蓄能器；20-主油口；21-压缩活塞；22-泵腔排油口；23-排油单向阀；25-高压蓄能器；26-高压腔油口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明具体实施的技术方案是一种半主动配流式液压自由活塞发动机，包括活塞腔、活塞组件、半主动进油阀5、压缩腔补油单向阀10、控制器13、位移传感器14、高速频率阀17、节流单向阀18、压缩蓄能器19、排油单向阀23和高压蓄能器25；
活塞腔分为三个腔室，腔室的直径自左至右依次递减，在中间腔室的左上端开有高压腔油口26，在中间腔室的右上端开有泵腔排油口22，在中间腔室的右下端开有泵腔补油口7；在右端腔室的右上端自左至右开有主油口20、节流油口16和进油口15，在右端腔室的右下端开有与节流油口16相对应的压缩腔补油口11；
活塞组件由自左至右的动力活塞2、泵活塞4和压缩活塞21组成，
其连接关系在于：压缩蓄能器19有三路油路，自左至右分别与主油口20、节流油口16和进油口15相连，在压缩蓄能器19与节流油口16连接的油路上设有节流单向阀18，在压缩蓄能器19与进油口15连接的油路上设有高速频率阀17，高速频率阀17还与控制器13相连；高压蓄能器25有两路油路，自左至右分别与高压腔油口26和泵腔排油口22相连，在高压蓄能器25与泵腔排油口22连接的油路上设有排油单向阀23；低压蓄能器8有两路油路，自左至右分别与泵腔补油口7和压缩腔补油口11相连，在低压蓄能器8与泵腔补油口7连接的低压油路6上设有半主动进油阀5，在低压蓄能器8与压缩腔补油口11连接的低压油路上设有压缩腔补油单向阀10；半主动进油阀5还与控制器13、位置传感器14相连；动力活塞2与左端腔室匹配安装并位于左端腔室的右端，左端腔室和中间腔室之间为密封设置，泵活塞4与中间腔室匹配安装并位于中间腔室的右端，泵活塞4将泵腔排油口22和泵腔补油口7关闭，压缩活塞21与右端腔室匹配安装并位于右端腔室右半部，压缩活塞21右端形成压缩腔12，压缩活塞21将主油口20、节流油口16和压缩腔补油口11关闭，在压缩活塞21左端面与泵活塞4右端面形成泵腔9，在泵活塞4左端面的中间腔室形成高压腔3，在动力活塞2的左端面的左端腔室形成动力腔1。
通过控制器13将高速频率阀17打开，压缩蓄能器19的压力油通过高速频率阀17、进油口15进入压缩腔12；活塞组件往左运动，压缩腔补油口11、节流油口16与压缩腔12相通但此时不进出油，高压腔3通过高压腔油口26往上给高压蓄能器25压油；泵腔9压力下降，半主动进油阀5打开，泵腔排油口22、泵腔补油口7与泵腔9相通，泵腔9通过低压油路6、半主动进油阀5、泵腔补油口7吸油；当活塞组件往左运动至主油口20与压缩腔12相通，压缩蓄能器19主要通过主油口20往压缩腔12进油，活塞组件往左运动加快，当压缩腔12压力小于低压油路6时，压缩腔补油单向阀10打开，低压蓄能器8通过压缩腔补油单向阀10、压缩腔补油口11向压缩腔12进油，动力活塞2接近上止点时，位移传感器14将位置信号传递至控制器13，控制器13控制半主动进油阀5缓慢关闭，当动力活塞2达到预定时间时，动力腔1喷入柴油，当压力和温度达到燃烧条件时开始燃烧。
在活塞组件从左往右运动时，由于半主动进油阀5关闭，高速频率阀17打开、排油单向阀23打开，高压蓄能器25的压力油通过高压腔油口26进入高压腔3，同时泵腔9的压力油通过泵腔排油口22、排油单向阀23进入高压蓄能器25,压缩腔12的压力油通过主油口20和节流油口16、节流单向阀18两条油路进入压缩蓄能器19，当压缩活塞21关闭主油口20时，主要通过节流油口16、节流单向阀18向压缩蓄能器19进油，当压缩活塞21将主油口20与节流油口16都关闭时，压缩腔12通过进油口15、高速频率阀17向压缩蓄能器19进油，达到预定时间，高速频率阀17关闭，再通过控制器13控制高速频率阀17打开进行往返运动。
在控制器13上设定时间用于控制17关闭。
在低压油路6上采用半主动进油阀5作为进油阀，通过简单的电控信号，可以实现对进油阀关闭时刻的精确控制。
半主动进油阀5的作用是在活塞达到上止点时，控制半主动进油阀主动关闭，在进油时与单向阀作用相同。
以上所述仅是本发明的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种半主动配流式液压自由活塞发动机，其特征在于：包括活塞腔、活塞组件、半主动进油阀(5)、压缩腔补油单向阀(10)、控制器(13)、位移传感器(14)、频率阀(17)、节流单向阀(18)、压缩蓄能器(19)、排油单向阀(23)和高压蓄能器(25)；
活塞腔分为三个腔室，腔室的直径自左至右依次递减，在中间腔室的左上端开有高压腔油口(26)，在中间腔室的右上端开有泵腔排油口(22)，在中间腔室的右下端开有泵腔补油口(7)；在右端腔室的右上端自左至右开有主油口(20)、节流油口(16)和进油口(15)，在右端腔室的右下端开有与节流油口(16)相对应的压缩腔补油口(11)；
活塞组件由自左至右的动力活塞(2)、泵活塞(4)和压缩活塞(21)组成，
其连接关系在于：压缩蓄能器(19)有三路油路，自左至右分别与主油口(20)、节流油口(16)和进油口(15)相连，在压缩蓄能器(19)与节流油口(16)连接的油路上设有节流单向阀(18)，在压缩蓄能器(19)与进油口(15)连接的油路上设有频率阀(17)，频率阀(17)还与控制器(13)相连；高压蓄能器(25)有两路油路，自左至右分别与高压腔油口(26)和泵腔排油口(22)相连，在高压蓄能器(25)与泵腔排油口(22)连接的油路上设有排油单向阀(23)；低压蓄能器(8)有两路油路，自左至右分别与泵腔补油口(7)和压缩腔补油口(11)相连，在低压蓄能器(8)与泵腔补油口(7)连接的低压油路(6)上设有半主动进油阀(5)，在低压蓄能器(8)与压缩腔补油口(11)连接的低压油路上设有压缩腔补油单向阀(10)；半主动进油阀(5)还与控制器(13)、位置传感器(14)相连；动力活塞(2)与左端腔室匹配安装并位于左端腔室的右端，左端腔室和中间腔室之间为密封设置，泵活塞(4)与中间腔室匹配安装并位于中间腔室的右端，泵活塞(4)将泵腔排油口(22)和泵腔补油口(7)关闭，压缩活塞(21)与右端腔室匹配安装并位于右端腔室右半部，压缩活塞(21)右端形成压缩腔(12)，压缩活塞(21)将主油口(20)、节流油口(16)和压缩腔补油口(11)关闭，在压缩活塞(21)左端面与泵活塞(4)右端面形成泵腔(9)，在泵活塞(4)左端面的中间腔室形成高压腔(3)，在动力活塞(2)的左端面的左端腔室形成动力腔(1)。
2.根据权利要求1所述的一种半主动配流式液压自由活塞发动机，其特征在于：通过控制器(13)将频率阀(17)打开，压缩蓄能器(19)的压力油通过频率阀(17)、进油口(15)进入压缩腔(12)；活塞组件往左运动，压缩腔补油口(11)、节流油口(16)与压缩腔(12)相通但此时不进出油，高压腔(3)通过高压腔油口(26)往上给高压蓄能器(25)压油；泵腔(9)压力下降，半主动进油阀(5)打开，泵腔排油口(22)、泵腔补油口(7)与泵腔(9)相通，泵腔(9)通过低压油路(6)、半主动进油阀(5)、泵腔补油口(7)吸油；当活塞组件往左运动至主油口(20)与压缩腔(12)相通，压缩蓄能器(19)主要通过主油口(20)往压缩腔(12)进油，活塞组件往左运动加快，当压缩腔(12)压力小于低压油路(6)时，压缩腔补油单向阀(10)打开，低压蓄能器(8)通过压缩腔补油单向阀(10)、压缩腔补油口(11)向压缩腔(12)进油，动力活塞(2)接近上止点时，位移传感器(14)将位置信号传递至控制器(13)，控制器(13)控制半主动进油阀(5)缓慢关闭，当动力活塞(2)达到预定时间时，动力腔(1)喷入柴油，当压力和温度达到燃烧条件时开始燃烧。
3.根据权利要求2所述的一种半主动配流式液压自由活塞发动机，其特征在于：在活塞组件从左往右运动时，排油单向阀(23)打开，高压蓄能器(25)的压力油通过高压腔油口(26)进入高压腔(3)，同时泵腔(9)的压力油通过泵腔排油口(22)、排油单向阀(23)进入高压蓄能器(25),压缩腔(12)的压力油通过主油口(20)和节流油口(16)、节流单向阀(18)两条油路进入压缩蓄能器(19)，当压缩活塞(21)关闭主油口(20)时，主要通过节流油口(16)、节流单向阀(18)向压缩蓄能器(19)进油，当压缩活塞(21)将主油口(20)与节流油口(16)都关闭时，压缩腔(12)通过进油口(15)、频率阀(17)向压缩蓄能器(19)进油，达到预定时间，频率阀(17)关闭。
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