CN102758650A - 朗肯循环膨胀机 - Google Patents

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陶泽民
曾中
马宁
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Guangxi Yuchai Machinery Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种朗肯循环膨胀机。该朗肯循环膨胀机包括:气缸(11)、带有活塞杆(131)的活塞(13)、曲轴(31)和连杆(33),活塞(13)将气缸(11)的内腔分隔成下行工作腔和上行工作腔,气缸(11)开设有与下行工作腔相连通的第一进气门和第一排气门,以及与上行工作腔相连通的第二进气门和第二排气门;活塞杆(131)通过连杆(33)与曲轴(31)相连;当所述活塞(13)下行时,打开第一进气门进气和打开第二排气门排气;当活塞(13)上行时,打开第二进气门进气和打开第一排气门排气。根据本发明的朗肯循环膨胀机输出扭矩大,动态响应快,使用范围广,特别适合车用。

Description

朗肯循环膨胀机
技术领域
本发明涉及动力机械领域,特别涉及一种朗肯循环膨胀机。
背景技术
现有技术方案中利用朗肯循环做功的膨胀机一般包括螺杆式、涡卷式和涡轮式三种。这三种膨胀机工作时在进气口引入高压气体,高压气体推动螺杆、涡卷或涡轮运动并带动与之连接的轴旋转,使高压气体的压力能转化为机械能对外输出动力。做功后的低压气体从排气口引出,直接排入环境或其它收集装置中。
其中,涡卷式利用偏心涡卷的旋转运动做功,排量小,该机构功率小、转速不能太高,所以输出扭矩小、动态响应慢,不适合车用。螺杆式利用一对螺旋转子旋转做功,结构上存在工质密封不严、旋转件惯性大的问题,并且螺旋转子的转速也不能太高,所以输出扭矩小、动态响应慢,不适合车用。涡轮式利用流体冲击叶轮旋转做功,结构上有反应滞后的问题,并且涡轮式膨胀机单机功率太大,转速太高,所以输出扭矩小、动态响应慢,不适合车用。
综上,现有技术方案中的朗肯循环膨胀机(包括螺杆式、涡卷式和涡轮式)输出的扭矩普遍偏小,动态响应慢,使用范围窄,不适合车用。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种输出扭矩大、动态响应快,使用范围广,适合车用的朗肯循环膨胀机。
为达到上述目的,本发明提供了一种朗肯循环膨胀机,包括:气缸组件和受气缸组件驱动的曲轴组件;气缸组件包括:气缸和带有活塞杆的活塞,活塞将气缸的内腔分隔成下行工作腔和上行工作腔,气缸开设有与下行工作腔相连通的第一进气门和第一排气门,以及与上行工作腔相连通的第二进气门和第二排气门;曲轴组件包括:曲轴和连杆,活塞杆通过连杆与曲轴相连;
该朗肯循环膨胀机还包括:气门控制装置;当活塞下行时,气门控制装置关闭第二进气门和第一排气门,同时打开第一进气门和第二排气门;当活塞上行时,气门控制装置关闭第一进气门和第二排气门,同时打开第二进气门和第一排气门。
进一步地,第一进气门、第一排气门、第二进气门和第二排气门为电磁阀,气门控制装置包括ECU。
进一步地,第一进气门、第一排气门、第二进气门和第二排气门为机械阀门,气门控制装置为凸轮控制装置。
进一步地,气缸包括:气缸本体和盖设在气缸本体的上端口上的缸盖。
进一步地,活塞杆的下端连接有滑块,气缸本体的下端口向下延伸形成滑块导轨,连杆通过连杆销铰接在滑块上。
进一步地,第一进气门、第一排气门、第二进气门和第二排气门分别连接有气体管路。
根据本发明的朗肯循环膨胀机在活塞运动的两个冲程中,高压气体在活塞上、下端面产生推力作用始终推动活塞做功,使其输出扭矩大,动态响应快,使用范围广,特别适合车用,同时使得本发明做功效率极高。另外,本发明由于采用了成熟的活塞、连杆曲轴机构,技术可靠,具备活塞式动力装置价格低廉的优点。
附图说明
图1为根据本发明的朗肯循环膨胀机的活塞下行状态的结构示意图;
图2为根据本发明的朗肯循环膨胀机的活塞上行状态的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的一个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1和图2示出了本发明的一优选实施例,参看图1和图2,该朗肯循环膨胀机包括:气缸组件1和受气缸组件1驱动的曲轴组件3;气缸组件1包括:气缸11和带有活塞杆131的活塞13,活塞13将气缸11的内腔分隔成下行工作腔111(图中的上腔)和上行工作腔112(图中的下腔),气缸11开设有与下行工作腔111相连通的第一进气门113(图中的上部左侧)和第一排气门114(图中的上部右侧),以及与上行工作腔112相连通的第二进气门115(图中的下部左侧)和第二排气门116(图中的下部右侧),第一进气门113和第一排气门114以及第二进气门115和第二排气门116分别与气体管路相连,第一进气门113和第二进气门115通过供气管路供气推动活塞13做功,第一排气门114和第二排气门116将做功后的低压气体从排气口引出,直接排入环境或其它收集装置中;优选地,气缸11包括:气缸本体117和盖设在气缸本体117的上端口上的缸盖118。曲轴组件3包括:曲轴31和连杆33,活塞杆131通过连杆33与曲轴31相连,活塞13在高压气体的推动下上下运动,通过活塞杆131和连杆33带动曲轴31转动,将高压气体的压力能转化为机械能输出。作为一种优选实施方式,如图1和图2所示,活塞杆131的下端连接有滑块133,气缸本体117的下端口向下延伸形成滑块导轨,连杆33通过连杆销135铰接在滑块133上,对于活塞式动力机构,在活塞上下运动时连杆会左右摆动,这是所有的活塞连杆机构的运动特征。该朗肯循环膨胀机具有下行工作腔111(图中的上腔)和上行工作腔112(图中的下腔),为了保证上行工作腔112不受到连杆33左右摆动的影响,滑块133一方面起到连接活塞杆131和连杆33的作用;另一方面滑块133随活塞13在滑块导轨内上下运动时,滑块133抵住滑块导轨以承受连杆33左右摆动的侧向力,使得活塞杆131保持竖直运动,进而保证上行工作腔112的密封性,更加有效的利用高压气体推动活塞做功。
该朗肯循环膨胀机还包括:气门控制装置;当活塞13下行时,气门控制装置关闭第二进气门115和第一排气门114,同时打开第一进气门113和第二排气门116;当活塞13上行时,气门控制装置关闭第一进气门113和第二排气门116,同时打开第二进气门115和第一排气门114。其中,第一进气门113、第一排气门114、第二进气门115和第二排气门116可以为电磁阀,相应的气门控制装置包括ECU,ECU通过曲轴相位传感器判断曲轴31的位置,当曲轴31在下止点准备上行时,下行工作腔111的第一进气门113打开,第一排气门114关闭,上行工作腔112的第二排气门116打开,第二进气门115关闭;当曲轴31在上止点准备下行时,下行工作腔111的第一进气门113关闭,第一排气门114打开,上行工作腔112的第二进气门115打开,第二排气门116关闭,如此周期性工作完成膨胀机的供排气。另外,第一进气门113、第一排气门114、第二进气门115和第二排气门116还可以为机械阀门,相应的气门控制装置为凸轮控制装置,气门由凸轮轴控制(上、下行工作腔气门各用一根凸轮轴),凸轮轴由曲轴31驱动,当曲轴31在下止点准备上行时,曲轴31通过齿轮驱动凸轮轴旋转,凸轮轴上的凸轮分别控制对应的气门开闭;当曲轴31在上止点准备下行时,凸轮轴上的凸轮分别控制对应的气门开闭。
该朗肯循环膨胀机具体工作过程如下:
当所述活塞13下行时,工作过程如图1所示,气门控制装置关闭第二进气门115和第一排气门114,同时打开第一进气门113和第二排气门116,此时,供气源提供的高压气体通过第一进气门113引入下行工作腔111,高压气体作用在活塞13上端面并推动活塞13下行,活塞杆131和滑块133在活塞13的推动下向下运动并带动连杆33摆动进而驱动曲轴31旋转,将高压气体的压力能转化为机械能对外输出。
当活塞13接近下止点在曲轴31惯性力的作用下准备上行时,工作过程如附图2所示,此时气门控制装置关闭第一进气门113和第二排气门116,同时打开第二进气门115和第一排气门114,上一冲程做功后的低压气体从第一排气门114快速排出,直接排入环境或其它收集装置中;同时,高压气体通过第二进气门115引入上行工作腔112,高压气体作用在活塞13的下端面并推动活塞13上行,活塞杆131和滑块133在活塞13的带动下向上运动并带动连杆33摆动进而驱动曲轴31旋转,将高压气体的压力能转化为机械能对外输出。在活塞13接近上止点准备下行时,第二排气门116打开,做功后的低压气体从与第二排气门116相连的气体通道引出,直接排入环境或其它收集装置中,紧接着活塞13到达上止点,高压气体再通过第一进气门113引入下行工作腔111,顺序重复图1和图2的过程,如此循环运动,实现高压气体膨胀做功将压力能向机械能的转化并对外输出。
根据本发明的朗肯循环膨胀机在活塞运动的两个冲程中,高压气体在活塞上、下端面产生推力作用始终推动活塞做功,使其输出扭矩大,动态响应快,使用范围广,特别适合车用,同时使得本发明做功效率极高。另外,本发明由于采用了成熟的活塞、连杆曲轴机构,技术可靠,具备活塞式动力装置价格低廉的优点。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例,但是,本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种朗肯循环膨胀机,其特征在于,包括:气缸组件(1)和受所述气缸组件(1)驱动的曲轴组件(3);所述气缸组件(1)包括:气缸(11)和带有活塞杆(131)的活塞(13),所述活塞(13)将所述气缸(11)的内腔分隔成下行工作腔(111)和上行工作腔(112),所述气缸(11)开设有与所述下行工作腔(111)相连通的第一进气门(113)和第一排气门(114),以及与上行工作腔(112)相连通的第二进气门(115)和第二排气门(116);所述曲轴组件(3)包括:曲轴(31)和连杆(33),所述活塞杆(131)通过所述连杆(33)与所述曲轴(31)相连;
该朗肯循环膨胀机还包括:气门控制装置;当所述活塞(13)下行时,所述气门控制装置关闭所述第二进气门(115)和所述第一排气门(114),同时打开所述第一进气门(113)和所述第二排气门(116);当所述活塞(13)上行时,所述气门控制装置关闭所述第一进气门(113)和所述第二排气门(116),同时打开所述第二进气门(115)和所述第一排气门(114)。
2.根据权利要求1所述的朗肯循环膨胀机,其特征在于,所述第一进气门(113)、第一排气门(114)、第二进气门(115)和第二排气门(116)为电磁阀,所述气门控制装置包括ECU。
3.根据权利要求1所述的朗肯循环膨胀机,其特征在于,所述第一进气门(113)、第一排气门(114)、第二进气门(115)和第二排气门(116)为机械阀门,所述气门控制装置为凸轮控制装置。
4.根据权利要求1所述的朗肯循环膨胀机,其特征在于,所述气缸(11)包括:气缸本体(117)和盖设在所述气缸本体(117)的上端口上的缸盖(118)。
5.根据权利要求4所述的朗肯循环膨胀机,其特征在于,所述活塞杆(131)的下端连接有滑块(133),所述气缸本体(117)的下端口向下延伸形成滑块导轨,所述连杆(33)通过连杆销(135)铰接在所述滑块(133)上。
6.根据权利要求1所述的朗肯循环膨胀机,其特征在于,所述第一进气门(113)、第一排气门(114)、第二进气门(115)和第二排气门(116)分别连接有气体管路。
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