CN102758650A - 朗肯循环膨胀机 - Google Patents

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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