CN102733942A

CN102733942A - 一种单侧曲轴连杆液压发动机

Info

Publication number: CN102733942A
Application number: CN2012102353297A
Authority: CN
Inventors: 张洪信; 张铁柱; 张纪鹏; 程联军; 马永志; 邹容国; 段本明; 韩本宝
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明属于内燃发动机技术领域，涉及一种能量转换与输出的新型结构的单侧曲轴连杆液压发动机，能量转换结构是活塞、柱塞、曲轴和连杆配合构成的曲柄连杆机构，活塞的结构与传统的内燃机相同；连杆两端厚度相同；柱塞下面与滑套配合的部分呈圆柱状，中间结构形状根据强度确定并设置一侧向的连杆轴颈，与第二滑动轴承过赢配合，连杆与第二滑动轴承间灵活转动；曲轴的结构为传统单缸活塞式内燃机曲轴的一半，主轴颈较长，通过第一轴承与第二轴承支撑，曲轴的连杆轴颈与第一滑动轴承过赢配合，连杆与第一滑动轴承间灵活转动，机体的内腔结构为中空的壳体，下端凸缘处设有多个圆孔；其能量转化传递路径短、效率高、结构紧凑、启动容易、工作稳定。

Description

一种单侧曲轴连杆液压发动机

技术领域：

本发明属于内燃发动机技术领域，涉及一种能量转换与输出装置，特别是一种由热能直接转换成流体压力能的新型结构的单侧曲轴连杆液压发动机。

背景技术：

目前，工程中使用的全液压装载机、挖掘机、推土机、军用车辆、矿山机械、农业机械、自卸汽车、水泥搅拌车和城市用各种车辆一般都具有多作业功能，其动力传递系统先通过活塞式内燃机将燃料热能转换为活塞的往复直线机械动力，再由曲柄连杆机构将活塞的往复直线机械动力转换输出为旋转机械动力，然后将旋转机械动力经过柱塞泵的曲柄连杆机构或斜盘滑靴机构等将旋转机械动力转换为柱塞的往复直线机械动力，最后通过柱塞将其往复直线机械动力转换输出为流体动力供给应用系统。这类能量组合动力传动系统虽然实现了将热能转换输出为流体压力能的功能需求，但是由于系统中能量转换传递路线长，且连杆摆动引起的活塞、柱塞侧向力巨大，不仅造成了机械效率损失，同时造成了活塞与缸壁、柱塞与滑套之间的严重磨损及额外热负载；同时曲柄连杆机构的受力强度大，各铰接点处的摩擦损耗严重，造成了转换传递效率低，能量浪费严重，系统复杂和笨重，生产成本与运行成本高、污染严重等问题。在现有液压发动机中有多种结构被公开，如：[1]内燃式机械与流体双元动力输出装置（ZL200420097645.3）、[2]机械能转换为流体压力能的装置（ZL200420099404.2）、[3]直线内燃式流体泵（ZL200420097647.2），还有一些自由活塞发动机的专利技术也被公开，这些技术本质上的共同特点是燃料在燃烧室内燃烧，热能通过活塞和柱塞的往复直线运动直接转化为流体压力能，在上述专利[1]、[2]、[3]中，曲轴贯穿机体，而不是在活塞、柱塞轴线一侧，另外这些技术的机体高度大，结构复杂，尽管依托的传统发动机、柱塞泵技术成熟，但实用性差；自由活塞发动机没有曲轴和连杆等结构，系统启动、工作定时及附属系统驱动十分困难，产业化难度大，制造成本高。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中能量组合动力传动系统转换传递效率低，能量浪费大，系统复杂与笨重，机件间磨损严重和受力强度大等缺点，寻求设计一种通过设置内部传动结构，由热能直接转换成流体压力能，并且结构紧凑、启动容易、工作稳定、容易实现的单侧曲轴连杆液压发动机装置，能实现简单、高效和方便地输出流体压力能。

为了实现上述发明目的，本发明的主体结构包括气缸盖、第一活塞气环、第二活塞气环、活塞油环、活塞销、柱塞、缸套、机体、第一滑动轴承、第二滑动轴承、曲轴、滑套、泵腔、出口单向阀、入口单向阀、法兰盘、第一轴承、第二轴承、密封圈、第一螺钉、第二螺钉、第三螺钉、飞轮、启动齿圈、连杆、燃烧室和活塞；铸造制成一体化结构的机体作为发动机的主体支撑机构支撑和连接各部件构成发动机的主体，气缸盖通过第三螺钉与机体固定连接，法兰盘通过第二螺钉与机体固定连接，缸套与滑套配合嵌装在机体上，活塞和柱塞通过活塞销固定联接并在缸套与滑套内往复移动；气缸盖、缸套和活塞的上表面围成密封结构的燃烧室，燃气混合气在燃烧室内燃烧；活塞上固定装有第一活塞气环、第二活塞气环和活塞油环，实现燃烧室和机体内腔之间的隔离与密封；曲轴由装在法兰盘上的第一轴承与第二轴承固定支撑，第一轴承与第二轴承固定安装在法兰盘的轴承座孔内；连杆通过第一滑动轴承、第二滑动轴承分别与柱塞和曲轴的连杆轴颈铰接，曲轴、连杆、活塞与柱塞连动组合形成曲柄连杆机构，实现活塞、柱塞往复运动和曲轴旋转运动之间的相互转化，并限定活塞、柱塞的上下止点和运动行程；曲轴和连杆固定安装在活塞和柱塞的轴线的单侧，曲轴不贯穿整个机体，曲轴右端通过第一螺钉固定连接飞轮，飞轮上装有启动齿圈，以使通过外部动力实现发动机的启动；气缸盖、燃烧室及活塞的结构原理与传统的四冲程内燃机的原理相同，活塞有吸气、压缩、做功和排气四个工作行程；机体内腔中装有机油，通过曲轴与法兰盘之间的密封圈密封防止机油泄漏外溢，密封圈依靠涨紧力固定安装在法兰盘上；柱塞下面制有泵腔，泵腔与入口单向阀、出口单向阀对应固定联接，当柱塞上下移动时实现流质的进入和排出。

本发明的核心能量转换结构是活塞、柱塞、曲轴和连杆配合构成的曲柄连杆机构，活塞的结构与传统的活塞式内燃机相同；连杆两端厚度相同，不同于传统的活塞式内燃机；柱塞下面与滑套配合的部分呈圆柱状，中间结构形状根据强度确定，并设置一侧向的连杆轴颈，与第二滑动轴承过赢配合，进一步与连杆的小头铰接，连杆与第二滑动轴承间灵活转动；曲轴的结构为传统单缸活塞式内燃机曲轴的一半，保留了连杆轴颈以右的部分，主轴颈较长，以便通过第一轴承与第二轴承支撑，曲轴的连杆轴颈与第一滑动轴承过赢配合，进一步与连杆的大头铰接，连杆与第一滑动轴承间灵活转动，机体的内腔结构为中空的壳体，起固定支撑作用，下端凸缘处设有多个圆孔，以便于安装固定。

本发明工作时，外部动力通过启动齿圈驱动飞轮和曲轴转动，曲轴通过连杆带动活塞、柱塞往复移动，气缸盖在做功行程的上止点喷射燃油到燃烧室燃烧并释放热能，开始做功行程，该行程活塞、柱塞通过连杆使曲轴加速转动，飞轮储能，在排气、吸气和压缩行程飞轮释放能量，实现发动机的稳定运转，外部动力与启动齿圈断开，完成启动过程，其启动过程与传统的活塞式内燃机一致；当活塞、柱塞向上移动时，流质通过入口单向阀进入泵腔，向下移动时，流质通过出口单向阀流出泵腔，对外输出流体压力能；利用单侧曲轴、连杆的新型结构，通过活塞、柱塞的往复直线运动，将燃料燃烧热能直接转化为流体压力能并实现对外输出。

本发明采用集成传统活塞式内燃机和柱塞泵的结构原理，利用单侧曲轴与连杆结合的新型结构，通过活塞、柱塞的往复直线运动，将燃料燃烧热能直接转化为流体压力能并对外输出，其能量转化传递路径短、效率高、结构紧凑、启动容易、工作稳定。

附图说明：

图1为本发明的主体正视截面结构原理示意图。

图2为本发明的主体侧面结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括气缸盖1、第一活塞气环2、第二活塞气环3、活塞油环4、活塞销5、柱塞6、缸套7、机体8、第一滑动轴承9、第二滑动轴承26、曲轴10、滑套11、泵腔12、出口单向阀13、入口单向阀14、法兰盘15、第一轴承16、第二轴承23、密封圈19、第一螺钉20、第二螺钉24、第三螺钉27、飞轮21、启动齿圈22、连杆25、燃烧室28和活塞29；铸造制成一体化结构的机体8作为发动机的主体支撑机构支撑和连接各部件构成发动机的主体，气缸盖1通过第三螺钉27与机体8固定连接，法兰盘15通过第二螺钉24与机体8固定连接，缸套7与滑套11配合嵌装在机体8上，活塞29和柱塞6通过活塞销5固定联接并在缸套7与滑套11内往复移动；气缸盖1、缸套7和活塞29的上表面围成密封结构的燃烧室28，燃气混合气在燃烧室28内燃烧；活塞29上固定装有第一活塞气环2、第二活塞气环3和活塞油环4，实现燃烧室28和机体8内腔之间的隔离与密封；曲轴10由装在法兰盘15上的第一轴承16与第二轴承23固定支撑，第一轴承16与第二轴承23固定安装在法兰盘15的轴承座孔内；连杆25通过第一滑动轴承9、第二滑动轴承26分别与柱塞6和曲轴10的连杆轴颈铰接，曲轴10、连杆25、活塞29与柱塞6连动组合形成曲柄连杆机构，实现活塞29、柱塞6往复运动和曲轴10旋转运动之间的相互转化，并限定活塞29、柱塞6的上下止点和运动行程；曲轴10和连杆25固定安装在活塞29和柱塞6的轴线的单侧，曲轴10不贯穿整个机体8，曲轴10右端通过第一螺钉20固定连接飞轮21，飞轮21上装有启动齿圈22，以使通过外部动力实现发动机的启动；气缸盖1、燃烧室28及活塞29的结构原理与传统的四冲程内燃机的原理相同，活塞29有吸气、压缩、做功和排气四个工作行程；机体8内腔中装有机油，通过曲轴10与法兰盘15之间的密封圈19密封防止机油泄漏外溢，密封圈19依靠涨紧力固定安装在法兰盘15上；柱塞6下面制有泵腔12，泵腔12与入口单向阀14、出口单向阀13对应固定联接，当柱塞6上下移动时实现流质的进入和排出。

本实施例的核心能量转换结构是活塞29、柱塞6、曲轴10和连杆25配合构成的曲柄连杆机构，活塞29的结构与传统的活塞式内燃机相同；连杆25两端厚度相同，不同于传统的活塞式内燃机；柱塞6下面与滑套11配合的部分呈圆柱状，中间结构形状根据强度确定，并设置一侧向的连杆轴颈，与第二滑动轴承26过赢配合，进一步与连杆25的小头铰接，连杆25与第二滑动轴承26间灵活转动；曲轴10的结构为传统单缸活塞式内燃机曲轴的一半，保留了连杆轴颈以右的部分，主轴颈较长，以便通过第一轴承16与第二轴承23支撑，曲轴10的连杆轴颈与第一滑动轴承9过赢配合，进一步与连杆25的大头铰接，连杆25与第一滑动轴承9间灵活转动，机体8的内腔结构为中空的壳体，起固定支撑作用，下端凸缘处设有多个圆孔，以便于安装固定。

本实施例工作时，外部动力通过启动齿圈22驱动飞轮21和曲轴10转动，曲轴10通过连杆25带动活塞29、柱塞6往复移动，气缸盖1在做功行程的上止点喷射燃油到燃烧室28燃烧并释放热能，开始做功行程，该行程活塞29、柱塞6通过连杆25使曲轴10加速转动，飞轮21储能，在排气、吸气和压缩行程飞轮21释放能量，实现发动机的稳定运转，外部动力与启动齿圈22断开，完成启动过程，其启动过程与传统的活塞式内燃机一致；当活塞29、柱塞6向上移动时，流质通过入口单向阀14进入泵腔12，向下移动时，流质通过出口单向阀13流出泵腔12，对外输出流体压力能；利用单侧曲轴10、连杆25的新型结构，通过活塞29、柱塞6的往复直线运动，将燃料燃烧热能直接转化为流体压力能并实现对外输出。

Claims

1.一种单侧曲轴连杆液压发动机，其特征在于主体结构包括气缸盖、第一活塞气环、第二活塞气环、活塞油环、活塞销、柱塞、缸套、机体、第一滑动轴承、第二滑动轴承、曲轴、滑套、泵腔、出口单向阀、入口单向阀、法兰盘、第一轴承、第二轴承、密封圈、第一螺钉、第二螺钉、第三螺钉、飞轮、启动齿圈、连杆、燃烧室和活塞；铸造制成一体化结构的机体作为发动机的主体支撑机构支撑和连接各部件构成发动机的主体，气缸盖通过第三螺钉与机体固定连接，法兰盘通过第二螺钉与机体固定连接，缸套与滑套配合嵌装在机体上，活塞和柱塞通过活塞销固定联接并在缸套与滑套内往复移动；气缸盖、缸套和活塞的上表面围成密封结构的燃烧室，燃气混合气在燃烧室内燃烧；活塞上固定装有第一活塞气环、第二活塞气环和活塞油环，实现燃烧室和机体内腔之间的隔离与密封；曲轴由装在法兰盘上的第一轴承与第二轴承固定支撑，第一轴承与第二轴承固定安装在法兰盘的轴承座孔内；连杆通过第一滑动轴承、第二滑动轴承分别与柱塞和曲轴的连杆轴颈铰接，曲轴、连杆、活塞与柱塞连动组合形成曲柄连杆机构，实现活塞、柱塞往复运动和曲轴旋转运动之间的相互转化，并限定活塞、柱塞的上下止点和运动行程；曲轴和连杆固定安装在活塞和柱塞的轴线的单侧，曲轴不贯穿整个机体，曲轴右端通过第一螺钉固定连接飞轮，飞轮上装有启动齿圈，以使通过外部动力实现发动机的启动；气缸盖、燃烧室及活塞的结构原理与传统的四冲程内燃机的原理相同，活塞有吸气、压缩、做功和排气四个工作行程；机体内腔中装有机油，通过曲轴与法兰盘之间的密封圈密封防止机油泄漏外溢，密封圈依靠涨紧力固定安装在法兰盘上；柱塞下面制有泵腔，泵腔与入口单向阀、出口单向阀对应固定联接，当柱塞上下移动时实现流质的进入和排出。

2.根据权利要求1所述的单侧曲轴连杆液压发动机，其特征在于能量转换结构是活塞、柱塞、曲轴和连杆配合构成的曲柄连杆机构，活塞的结构与传统的活塞式内燃机相同；连杆两端厚度相同，不同于传统的活塞式内燃机；柱塞下面与滑套配合的部分呈圆柱状，中间结构形状根据强度确定，并设置一侧向的连杆轴颈，与第二滑动轴承过赢配合，进一步与连杆的小头铰接，连杆与第二滑动轴承间灵活转动；曲轴的结构为传统单缸活塞式内燃机曲轴的一半，保留了连杆轴颈以右的部分，主轴颈较长，以便通过第一轴承与第二轴承支撑，曲轴的连杆轴颈与第一滑动轴承过赢配合，进一步与连杆的大头铰接，连杆与第一滑动轴承间灵活转动，机体的内腔结构为中空的壳体，起固定支撑作用，下端凸缘处设有多个圆孔，以便于安装固定。

3.根据权利要求1所述的单侧曲轴连杆液压发动机，其特征在于工作时，外部动力通过启动齿圈驱动飞轮和曲轴转动，曲轴通过连杆带动活塞、柱塞往复移动，气缸盖在做功行程的上止点喷射燃油到燃烧室燃烧并释放热能，开始做功行程，该行程活塞、柱塞通过连杆使曲轴加速转动，飞轮储能，在排气、吸气和压缩行程飞轮释放能量，实现发动机的稳定运转，外部动力与启动齿圈断开，完成启动过程，其启动过程与传统的活塞式内燃机一致；当活塞、柱塞向上移动时，流质通过入口单向阀进入泵腔，向下移动时，流质通过出口单向阀流出泵腔，对外输出流体压力能；利用单侧曲轴、连杆，通过活塞、柱塞的往复直线运动，将燃料燃烧热能直接转化为流体压力能并实现对外输出。