CN110088485A - 热力液压推进系统 - Google Patents

Abstract

一种液压推进系统，其将热量或热能转换为液压能，并将该液压能转化为机械功。液压推进系统包括热力单元、其中安装有活塞和弹簧的液压缸、一个或多个液压马达、一个或多个液压蓄能器、一个或多个发动机以及控制各个组件之间液压流体的流动的多个流量控制阀。液压推进系统可以通过包括声波发生器的声波传输单元来改进。

Description

热力液压推进系统

技术领域

本公开总体涉及一种用于由热量产生机械功的液压推进系统。

背景技术

相对简单的液压系统已经使用了数千年并且贯穿整个文明历史，例如用于灌溉以及使用例如水轮提供机械动力的液压系统。如今，液压系统已经变得越来越复杂，并且在各种各样的产业中用于各种各样的用途。通常，液压系统使用液体，尤其是加压液体来产生、控制和传递机械动力。

通常，液压流体是因其高的不可压缩性和低可压缩性而被选择的液体，因为增加的不可压缩性和降低的可压缩性通常提高了许多液压系统的效率。进一步，不受控制的热量和热量变化通常对液压系统是有害的，因为它们能破坏许多液压系统或加速许多液压系统的劣化。另外，不受控制的“流体锤”、“水锤”以及其他突然的压力波动和液压冲击对于许多液压系统而言通常也是不利的，因为它们能破坏液压系统或加速液压系统的劣化。

用于轮式车辆的现有推进系统包括内燃机，其由于功率密度和支持机动性而具有吸引力。

现有推进系统还包括液压混合系统，其由于去除了电气混合系统所需的复杂或昂贵的材料(例如电池所需的那些)，因此与电气混合动力系统相比具有吸引力。然而，液压混合动力系统也有缺点。例如，与液压混合动力系统相关联的噪音、尺寸和复杂性。

现有推进系统还包括电池驱动电动车辆，其由于没有尾气排放、产生瞬时扭矩和比传统内燃机更平稳的加速以及噪音的降低而具有吸引力。然而，电池驱动电动车辆也具有缺点，包括需要建立充电基础设施、相对较短的行驶里程和较低的最高速度、有限的电池寿命以及温度敏感性。

现有推进系统还包括燃料电池车辆，其由于有毒副产物的减少、相对较高的功率密度、没有尾气排放以及相对较低的维护成本而具有吸引力。然而，燃料电池车辆也具有缺点，包括有限的燃料供给基础设施、生产成本以及氢燃料周围的潜在安全担忧。

现有推进系统还包括外燃式发动机，例如斯特林发动机和蒸汽发动机，其由于燃料类型的灵活性、降低的噪音以及高效率而具有吸引力。然而，外燃式发动机也具有缺点，包括发动机的尺寸和可扩展性。

现有推进系统还包括混合动力电动车辆，其由于与传统内燃机相比减少的排放以及再生制动的能力而具有吸引力。然而，混合动力电动车辆也具有缺点，包括增加的质量和更高的成本。

本领域需要持续改进推进系统，以克服传统上与此类现有推进系统相关联的限制。

发明内容

用于汽车和其他轮式车辆的传统发动机包括内燃机、液压混合动力系统、电池驱动电气系统、燃料电池系统、外部燃烧系统和混合电力系统。本文描述的热力液压系统比这种传统系统更有效，部分原因是它们省略了许多用于操作这种系统的机械和移动组件，例如发动机和液压泵。本文描述的热力液压系统使用外部燃烧并提供燃料灵活性。该热力液压系统的外部燃烧部分具有大约70％的效率(即，在该系统的该部分中发生大约30％的损失)。本文所述的热力液压系统的燃料灵活性使得热力液压系统能够使用任何热源，包括固体、液体或气体燃料的燃烧，燃料例如为汽油、柴油、天然气、煤、木材、甲烷、煤油、乙醇燃料、压缩生物甲烷、氢气、生物燃料、太阳能、电能、工业过程产生的废物等。

另外，本文描述的热力液压系统是低排放的、低成本的并且利用了流体或液压动力，其提供了高功率密度、可控性和架构灵活性。该热力液压系统的流体动力部分具有大约70％的效率(即，在该系统的该部分中发生大约30％的损失)。由于热力液压系统的外部燃烧部分和热力液压系统的流体动力部分是热力液压系统中产生效率损失的仅有的两个部分，因此总效率约为49％(即，70％的外部燃烧效率乘以70％的流体动力效率)。，当以相同方式测量时，这相当于内燃机车辆的总效率约为25％。内燃机车辆具有更多的内部组件，每个内部组件对总系统效率造成额外的效率损失，从而降低了系统总效率。

一种基于热力液压压力波的推进系统可概括为包括：热力单元，包括热联接到热源的热交换器和承载膨胀液压流体的第一导管的热交换器，其中热交换器在热源和膨胀液压流体之间交换热量，第一导管具有第一入口和第一出口；集成液压动力和控制单元，包括液压地联接到机械装置液压马达和承载工作液压流体的第二导管的液压马达，其中液压马达将液压能量从工作液压流体传递到机械装置的机械动力中，第二导管具有第二入口和第二出口；以及声波传输单元，包括：具有第三入口和第三出口的第一中间导管以及具有第四入口和第四出口的第二中间导管；声波发生器，包括第一流量控制阀，该第一流量控制阀具有将第一出口与第三入口以及将第一入口与第四出口液压联接的第一位置，并且第一流量控制阀具有将第一出口与第四出口以及将第一入口与第三入口液压联接的第二位置；以及声波转换器阀，包括第二流量控制阀，该第二流量控制阀具有将第二出口与第四入口以及将第二入口与第三出口液压联接的第一位置，并且第二流量控制阀具有将第二出口与第三出口以及将第二入口与第四入口液压联接的第二位置。

第一流量控制阀可以锁定到第二流量控制阀，使得第一流量控制阀和第二流量控制阀都处于它们各自的第一位置或者都处于它们各自的第二位置。机械装置可以是轮，其中推进系统进一步包括液压联接到第二轮和第二导管的第二液压马达，液压联接到第三轮和第二导管的第三液压马达，以及液压联接到第四轮和第二导管的第四液压马达。膨胀液压流体可具有第一热膨胀系数，并且工作液压流体可具有低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。

推进系统可进一步包括液压地联接到第二导管的液压蓄能器。

推进系统可进一步包括液压地联接到第二导管的发电机。

推进系统可进一步包括液压缸，该液压缸具有联接到第一中间导管的第一端部和与第一端部相反并联接到所述第二中间导管的第二端部。

推进系统可进一步包括：分隔壁，将液压缸分成第一腔室和第二腔室；第一活塞，被定位为在第一腔室内移动；第二活塞，被定位为在第二腔室内移动。

第一活塞可以将膨胀液压流体与工作液压流体分离，并且第二活塞可以将膨胀液压流体与工作液压流体分离。

推进系统可进一步包括：第一弹簧，联接到分隔壁和第一活塞；第二弹簧，联接到分隔壁和第二活塞。

操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可以概括为包括：使用热力单元加热联接到声波发生器的第一导管内的膨胀液压流体，该声波发生器包括第一流量控制阀，第一流量控制阀处于关闭位置以增加第一导管中的液压流体的压力；致动包括声波发生器的声波传输单元，声波传输单元的致动包括致动第一流量控制阀以从关闭位置移动到打开位置，以在第二导管内的工作液压流体中产生压力波；以及使用工作液压流体中的压力波来为包括液压马达的集成液压动力和控制单元提供能量。

液压马达可以驱动第一轮。该方法可进一步包括使用压力波来驱动第二液压马达和第二轮、第三液压马达和第三轮、以及第四液压马达和第四轮。膨胀液压流体可具有第一热膨胀系数，并且工作液压流体可具有低于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。

操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来向液压蓄压器提供能量。

操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来向发电机提供能量。

操作基于热力液压压力波的推进系统的方法可进一步包括使用压力波来在液压缸内移动活塞。

在液压缸内移动活塞可包括压缩液压缸内的弹簧。

在液压缸内移动活塞并在液压缸内压缩弹簧可包括使活塞和弹簧在液压缸内振荡。

使活塞和弹簧在液压缸内振荡可以包括使活塞和弹簧在液压缸内共振。

活塞可以将膨胀液压流体与工作液压流体分离。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相似的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种元件的形状和角度不一定按比例绘制，并且这些元件中的一些可以任意放大和定位以改善绘图易读性。进一步，所绘制的元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息，并且可能仅为了便于在附图中识别而选择。

图1是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的示意图。

图2是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的另一示意图。

图3是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的另一示意图。

图4是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的另一示意图。

图5是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的另一示意图。

图6A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的热力单元的示图。

图6B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的热力单元的另一示图。

图6C是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的热力单元的示意图。

图7A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示意图。

图7B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示意图。

图7C是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示意图。

图7D是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示图。

图7E是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示图。

图7F是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的流量控制阀的示意图。

图8A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的液压缸的示图。

图8B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统中的声波传输单元的液压缸的示意图。

图9是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的部分的另一示意图。

图10A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的蓄能器单元的截面图。

图10B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的蓄能器单元的立体图。

图10C是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的蓄能器单元的截面图。

图10D是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的蓄能器单元的截面图。

图11是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的示图。

图12是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的分解图。

图13A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的一些部分的示图。

图13B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的示意图。

图14是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的一些部分的示图。

图15是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的截面图。

图16是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的截面图。

图17是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的集成液压动力和控制单元的截面图。

图18是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的侧视图。

图19是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的端视图。

图20A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的发电机单元的立体图。

图20B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的发电机单元的截面图。

图20C是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的发电机单元的示意图。

图21A是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的各个组件的立体图，该液压推进系统用于结合到轮式车辆中。

图21B是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的各个组件的立体图，该液压推进系统用于结合到轮式车辆中。

图22A是根据至少一个所示实施例的用于包括液压推进系统的轮式车辆的控制系统的示意图。

图22B是根据至少一个所示实施例的用于包括液压推进系统的轮式车辆的控制系统的示意图。

图23是根据至少一个所示实施例的用于包括液压推进系统的轮式车辆的控制系统的示意图。

图24A示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统内的能量传递。

图24B示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统内的能量传递。

图25示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统的组件在液压推进系统操作的不同阶段的位置。

图26示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统内的能量传递。

图27A示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统的性能的分析结果。

图27B示出了根据至少一个所示实施例的液压推进系统的性能的分析结果。

图28是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的示意图。

图29是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的示意图。

图30是根据至少一个所示实施例的液压推进系统的示意图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了某些具体细节以便提供对各个公开的实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下，或者利用其他方法、组件、材料等来实践实施例。在其他情况下，与该技术相关联的众所周知的结构尚未被详细示出或描述以避免不必要地模糊实施例的描述。

除非上下文另有要求，否则在整个说明书和随后的权利要求中，词语“包含”与“包括”同义，并且是包含性的或开放式的(即，不排除另外的、未列举的元件或方法动作)。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。还应注意，术语“或”通常以其最广泛的含义使用，即作为“和/或”的含义，除非上下文另有明确规定。

本文提供的本公开的标题和摘要仅为了方便而不限制实施例的范围或含义。

总述

图1示出了液压推进系统200的示意图。液压推进系统200包括五个主要子系统，在此称为热力单元202、声波传输单元203、集成液压动力和控制单元268、蓄能器单元296和辅助系统动力单元500。热力单元202用于加热液压流体并且联接到声波传输单元203以将加热的液压流体提供给声波传输单元203。声波传输单元203联接到辅助系统动力单元500、蓄能器单元296以及集成液压动力和控制单元268，以将能量从热力单元202传输到辅助系统动力单元500、蓄能器单元296以及集成液压动力和控制单元268。蓄能器单元296联接到集成液压动力和控制单元268。蓄能器单元296存储来自声波传输单元203的能量，并向集成液压动力和控制单元268提供液压动力。本文描述的彼此联接的任何液压组件也可以被称为彼此“液压联接”。

热力单元202和声波传输单元203一同用于将热能直接转换成液压能并通过经由液压流体传播的波将液压能传递到液压推进系统200的其他组件，其中液压能被用于执行机械(或电气)工作。这种通过经由液压流体传播的波的能量传递在本文中可称为“声波”能量传递。

如图1所示，热力单元202包括燃烧系统205、热交换器290和排气系统292。在下面的热力单元部段中更详细地描述了热力单元202。还如图1所示，声波传输单元203包括声波发生器，其也可以称为第一流量控制阀220；双作用声波惯性单元207；双作用声音容量单元209；以及声波转换器阀，其也可以称为第二流量控制阀222。在下面的声波传输单元部段中更详细地描述了声波传输单元203。还如图1所示，集成液压动力和控制单元268用作双作用车辆驱动单元268a或辅助动力单元268b。在下面的集成液压动力和控制单元部段中更详细地描述了集成液压动力和控制单元268。还如图1所示，蓄能器单元296包括蓄能器单元控制阀262、高压蓄能器264以及低压蓄能器266。在下面的蓄能器单元部段中更详细地描述了蓄能器单元296。还如图1所示，辅助系统动力单元500包括声波发电机单元372和机械致动器424。在下面的辅助动力单元部段中更详细地描述了辅助动力单元500。

图2是对图1所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的示意图。如图2所示，液压推进系统200包括热力单元202、热源204和待由热源204加热的液压流体贮存器206。液压推进系统200还包括液压马达208，液压马达208通过第一液压导管210联接到热力单元202液压马达，通过第二液压导管214联接到保存贮存器212，并且通过轴216联接到轮218、涡轮机或其他待转动的机械装置液压马达。本文描述的任何液压导管也可称为“管道”或“液压管道”。

当热源204用于加热液压流体贮存器206时，液压流体贮存器206中的液压流体的压力增加，从而引发沿第一液压导管210行进到液压马达208的高压波。当压力波与液压马达208相遇时，压力波通过向液压马达马达208赋以瞬时压差以及通过液压马达208向轴216赋以瞬时扭矩的动作来驱动轴216和轮218的临时旋转。第一液压导管210中的相对高压的液压流体流过液压马达208，驱动轴216的旋转，直到第一液压导管210中的压力与第二液压导管214和保存贮存器212中的压力相等。

图3是对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的另一示意图。如图3所示，液压推进系统200不包括保存贮存器212，并且第二液压导管214使流经通过并离开液压马达208的液压流体返回到液压流体贮存器206。在一种实施方式中，液压流体通过止回阀224到达液压流体贮存器206，在那里它可以被热源204再次加热。因此，第一液压导管210是高压液压导管210，而第二液压导管214是低压液压导管。图3还示出了液压推进系统200包括定位在第一液压导管210和第二液压导管214内的第一流量控制阀220，以及定位在第一液压导管210和第二液压导管214内的第二流量控制阀222。

如图3示出的实施方式所示，液压推进系统200还包括第一中间导管226和第二中间导管228。第一流量控制阀220和第二流量控制阀222彼此连接，使得它们一致地从各自的第一位置移动到各自的第二位置。如图3所示，在各自的第一位置，第一液压导管210被转向以流过第二中间导管228(另外说明，其中第二中间导管228形成第一液压导管210的中间部分)，第二液压导管214被转向以流过第一中间导管226(另外说明，其中第一中间导管226形成第二液压导管214的中间部分)。在各自的第二位置，第一液压导管210被转向以流过第一中间导管226(另外说明，其中第一中间导管226形成第一液压导管210的中间部分)，第二液压导管214被转向以流过第二中间导管228(另外说明，其中第二中间导管228形成第二液压导管214的中间部分)。

无论第一流量控制阀220和第二流量控制阀222是处于它们各自的第一位置或是第二位置，相对高压的液压流体通过第一液压导管210流出热力单元202并通过第一液压导管210流到液压马达208，相对低压的液压流体通过第二液压导管214流出液压马达208并通过第二液压导管214返回到热力单元202。然而，当第一流量控制阀220和第二流量控制阀222被致动以在它们各自的第一位置和第二位置之间移动时，第一液压导管210的相对高压的液压流体和第二液压导管214的相对低压的液压流体在流过第一中间导管226和流过第二中间导管228之间交替。

还如图3所示，液压推进系统200包括液压缸230，液压缸230在其第一端部联接到第一中间导管226并且在其第二端部联接到第二中间导管228。液压推进系统200还包括容纳在液压缸230内的活塞组件232，活塞组件232包括第一活塞234、第二活塞236和将第一活塞234和第二活塞236互连的弹簧238。活塞组件232将第一中间导管226和第二中间导管228的一个中的相对高压的液压流体与第一中间导管226和第二中间导管228的另一个中的相对低压的液压流体分离。当相对高压的液压流体和相对低压的液压流体在第一中间导管226和第二中间导管228之间交替时，活塞组件232开始在液压缸230内振荡。

在一些实施方式中，整个活塞组件232在液压缸内往复振荡。在一些实施方式中，活塞234和活塞236通过弹簧238的压缩和/或伸展而相对于彼此往复振荡。选择或设计弹簧238的弹簧常数或弹簧刚度和/或活塞234和活塞236的质量，使得活塞组件232在液压缸230内在共振条件下振荡或进行共振。本文所述的包括弹簧238的任何弹簧，可包括任何合适的弹性体元件或其等效替代物，包括机械螺旋弹簧或碟形弹簧或压缩气体。

图4是对前面附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的另外的示意图。如图4所示，液压推进系统200采用也可称为液压振荡或液压波510的声波，其行进穿过第一中间导管226和第二中间导管228和/或在第一中间导管226和第二中间导管228内共振，具有对应于它们的频率的波长λ，并且对应于第一流量控制阀220和第二流量控制阀222打开和关闭的速率。在一些实施方式中，波的频率在约5Hz和约10,000Hz之间。在一些更优选的实施方式中，波的频率在约30Hz和约50Hz之间。

如图4所示，液压推进系统200包括液压缸230，液压缸230具有定位在其中的活塞组件。可移动活塞用作第一中间导管226和第二中间导管228之间的分隔壁。当第一流量控制阀220和第二流量控制阀222在它们各自的第一位置和第二位置之间往复移动时，并且当相对高压波在第一中间导管226和第二中间导管228之间交替时，可移动活塞通过其中的弹簧的压缩和/或伸展开始在液压缸230内往复振荡。选择或设计弹簧的弹簧常数或弹簧刚度和/或可移动活塞的质量，使得可移动活塞在液压缸230内在共振条件下振荡或进行共振。

在另一种实施方式中，定位在图4所示的液压缸230内的活塞组件具有类似于定位在图5所示的液压缸230内的相应活塞组件的结构，但是具有一些差异。在这种实施方式中，活塞组件不包括第一活塞242和第二活塞246。另外，在这种实施方式中，活塞组件用可移动活塞代替固定分隔壁240，使得弹簧244和弹簧248各自与液压缸230的相反端部接合以及和可移动活塞接合。

图5是对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的另一示意图。如图5所示，液压推进系统200包括容纳固定分隔壁240的液压缸230。固定分隔壁240将液压缸230分成两个不同且刚性的液压室。第一个腔室容纳第一活塞242，第一活塞242通过第一弹性元件或弹簧244与固定分隔壁240互连，第二个腔室容纳第二活塞246，第二活塞246通过第二弹性元件或弹簧248与固定分隔壁240互连。

图5所示的液压推进系统200的实施方式包括两种不同的液压流体：膨胀液压流体，其被选择为具有相对高的可压缩性和相对高的热膨胀系数(例如，甘油、汞、乙二醇或丙二醇)；以及非膨胀工作液压流体，其被选择为具有低压缩性和低热膨胀系数(例如，传统的液压流体和油，具有商业上可获得的环境友好的水基溶液)。如图5所示，第一中间导管226被第一活塞242分成膨胀流体部分226a和与膨胀流体部分226a分离的工作流体部分226b。第二中间导管228被第二活塞246分成膨胀流体部分228a和与膨胀流体部分228a分离的工作流体部分228b。

在图5所示的液压推进系统200的实施方式中，当热源204用于加热液压流体贮存器206时，液压流体贮存器206中的膨胀液压流体的压力增加，从而引发高压波沿着第一液压导管210行进，通过第一流量控制阀220和第一中间导管226的膨胀流体部分226a到达液压缸230的第一腔室。在液压缸230处，膨胀液压流体对第一活塞242施加相对高的压力，从而压缩弹簧244并在工作液压流体中引发相对高压的波，其中工作液压流体沿着第一中间导管226的工作流体部分226b行进，通过第二流量控制阀222和第一液压导管210到达液压马达208。

如上所述，工作液压流体中的相对高压的波行进通过液压马达208，然后沿第二液压导管214，通过第二流量控制阀222和第二中间导管228的工作流体部分228b行进到液压缸230的第二腔室。在液压缸230处，工作液压流体对第二活塞246施加压力，从而使弹簧248伸展并在膨胀液压流体中引发相对高压的波，该膨胀液压流体沿着第二中间导管228的膨胀流体部分228a行进，通过第一流量控制阀220、第二液压导管214和止回阀224返回到热力单元202。

仍然参照图5，当第一流量控制阀220和第二流量控制阀222从它们各自的第一位置移动到它们各自的第二位置并且热源204用于加热液压流体贮存器206时，液压流体贮存器206中的膨胀液压流体的压力增加从而引发高压波，该高压波沿第一液压导管210行进，通过第一流量控制阀220和第二中间导管228的膨胀流体部分228a到达液压缸230的第二腔室。在液压缸230处，膨胀液压流体对第二活塞246施加相对高的压力，从而压缩弹簧248并在工作液压流体中引发相对高压的波，该相对高压的波沿着第二中间导管228的工作流体部分228b行进，通过第二流量控制阀222和第一液压导管210到达液压马达208。

如上所述，工作液压流体中的相对高压的波行进通过液压马达208，然后沿着第二液压导管214行进，通过第二流量控制阀222和第一中间导管226的工作流体部分226b到达液压缸230的第一腔室。在液压缸230处，工作液压流体对第一活塞242施加压力，从而使弹簧244伸展并在膨胀液压流体中引发相对高压的波，该膨胀液压流体沿着第二中间导管226的膨胀流体部分226a行进，通过第一流量控制阀220、第二液压导管214和止回阀224返回到热力单元202。

因此，当第一流量控制阀220和第二流量控制阀222在它们各自的第一和第二位置之间往复移动时，并且当相对高压的波在第一中间导管226和第二中间导管228之间交替时，活塞242和活塞246每个均通过弹簧244和弹簧248的压缩和/或伸展开始在液压缸230内相对于固定的分隔壁240往复振荡。选择或设计弹簧244和弹簧248的弹簧常数或弹簧刚度和/或活塞242和活塞246的质量，使得活塞242和活塞246在液压缸230内在共振条件下振荡或进行共振。

当液压流体流过液压推进系统200的各种液压导管时，液压流体经历热力循环。在一种实施方式中，随着液压流体在恒定容积的液压流体贮存器206内被加热，其中的液压流体的压力增加(例如，从10bar增加到100bar)。随着压力波移动通过液压推进系统200并且液压流体致动液压马达208，液压流体的体积增加(例如，从1.00L增加到1.01L)并且压力减小(例如，从100bar减小到10bar)。随着液压流体冷却，其体积减小(例如，从1.01L减小到1.00L)，从而完成循环。

热力单元

图6A至图6C是包括热力单元的液压推进系统200的部分的示图。图6A和图6B示出了热力单元202的三维模型，图6C示出了热力单元202的示意图。如图6A所示，热力单元202包括空气过滤器280和通过空气过滤器280将空气吸入热力单元202的风扇282。空气过滤器280和风扇282定位在热力单元202的进气口以及热力单元202的壳体278内。空气过滤器280和风扇282可以统称为热力单元202的“空气准备”部分。

如图6A和图6B所示，热力单元202还包括喷嘴284、燃料喷射器286和点火器288，用于控制通过热单元202的空气流并在热力单元202内引起燃烧。这三个组件位于热力单元202的“燃烧”部分中。还如图6A所示，热力单元202进一步包括缠绕在热力单元202的整个“热交换”部分中的细长线圈290。液压流体(例如本文所讨论的膨胀液压流体之一)流入并穿过细长线圈290，使得来自热力单元202的“燃烧”部分中的燃料燃烧的热量从流过热力单元202的空气交换到细长线圈290内的液压流体中。流过热力单元202的空气然后流过细长线圈290，并通过热单元202的“排气”部分292。空气然后流入环境或热力单元202的“后处理”部分294。

声波传输单元

图7A至图7F示出了声波传输单元203的流量控制阀402的三维模型和示意图。本文描述的液压推进系统200中的声波传输单元203的流量控制阀具有彼此相同或相似的特征，并且具有与声波传输单元203的流量控制阀402相同或相似的特征，如图7A至图7F所示。如图7A和图7F所示，声波传输单元203的流量控制阀402包括第一入口404、第二入口406、第一出口408、第二出口410以及两个可能的打开位置。在图7B所示的第一可能打开位置412中，入口404联接到出口408而入口406联接到出口410。在图7C所示的第二可能打开位置414中，入口404联接到出口410而入口406联接到出口408。

图7D和图7E分别示出了声波传输单元203的流量控制阀402的三维模型的平面图和立体图。如图7D和图7E所示，声波传输单元203的流量控制阀402包括外框架416、安装在外框架416内的可旋转齿轮418、以及安装在外框架416内的马达419。马达419与可旋转齿轮418接合，使得马达419可被致动以转动可旋转齿轮418。可旋转齿轮418包括第一槽420和第二槽422。第一槽420至少部分地延伸到齿轮418的第一侧面之中，并朝向齿轮418的与第一侧面相反的第二侧面。第二槽422至少部分地延伸到齿轮418的第一侧面之中，并朝向齿轮418的第二侧面。

可旋转齿轮418是可旋转的，使得第一槽420与第一入口404和第一出口408重叠以将第一入口404联接到第一出口408，并且使得第二槽422与第二入口406和第二出口410重叠以将第二入口406联接到第二出口410，以提供第一可能打开位置412。类似地，可旋转齿轮418是可旋转的，使得第一槽420与第一入口404和第二出口410重叠以将第一入口404联接到第二出口410，并且使得第二槽422与第二入口406和第一出口408重叠以将第二入口406联接到第一出口408，以提供第二可能打开位置414。除了提供第一可能打开位置412和第二可能打开位置414中的一个之外，可旋转齿轮418可旋转成使得第一槽420仅与入口404和入口406中的一个或出口408和出口410中的一个重叠，并且使得第二槽422仅与入口404和入口406中的一个或出口408和出口410中的一个重叠，因此阀402提供关闭位置而不是打开位置。

图8A和图8B是对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的一些部分的附加示图。特别地，图8A和图8B分别示出了液压推进系统200中的液压缸230和声波传输单元203的相关组件的三维模型和示意图。如图8A和图8B所示，液压缸230包括第一入口/出口250、第二入口/出口252、第三入口/出口254和第四入口/出口256。根据声波传输单元203的第一流量控制阀220和第二流量控制阀222的位置，液压缸230具有第一入口250、第二入口252、第一出口254和第二出口256，或者第一入口254、第二入口256、第一出口250和第二出口252。

如上面参照图5所述，图8A和图8B所示的声波传输单元的液压缸230容纳固定的分隔壁240，该分隔壁将液压缸230分成两个不同且刚性的液压室。每个液压室本身被分成由另外的分隔壁241分开的两个子腔室。第一个腔室容纳第一活塞242和联接到第一活塞242并且联接到第一个腔室的第一子腔室中的分隔壁240的第一弹性元件或弹簧244，第一个腔室还容纳第三活塞243以及联接到第三活塞243并且联接到第一个腔室的第二子腔室中的与分隔壁240相对的壁的第三弹性元件或者弹簧245。第二个腔室容纳第二活塞246和联接到第二活塞246并且联接到第二个腔室的第一子腔室中的分隔壁240的第二弹性元件或弹簧248，第二个腔室还容纳第四活塞247以及联接到第四活塞247并且联接到与分隔壁240相对的壁的第四弹性元件弹簧249。图8A和图8B所示的液压缸230包括通过第一入口/出口250和第二入口/出口252流入和流出液压缸230的膨胀流体，以及通过第三入口/出口254和第四入口/出口256流入和流出液压缸230的工作流体。工作流体通过第一活塞242和第二活塞246与液压缸230内的膨胀流体分离。

当通过膨胀流体行进的相对高压的波通过第一入口250和第二入口252进入液压缸230时，该相对高压的波朝向第一活塞242和第二活塞246行进然后向其施加相对高的压力。因此，活塞242和活塞246被推动朝向工作流体移动，压缩第一弹簧244和第二弹簧248，并且引发相对高压的波，该相对高压的波通过工作流体朝向第三活塞243和第四活塞247以及第三弹簧245和第四弹簧249行进。高压波压缩弹簧245和弹簧249并朝向出口254和出口256行进，以通过出口254和出口256离开液压缸230。

当通过工作流体行进的相对高压的波通过入口254和入口256进入液压缸230时，该相对高压的波朝向第三活塞243和第四活塞247、第三弹簧245和第四弹簧249以及第一活塞242和第二活塞246行进，然后向这些部件施加相对高的压力。因此，弹簧245和弹簧249被压缩，弹簧244和弹簧248伸展，并且活塞242和活塞246被推动以朝向膨胀流体移动而引发相对高压的波，该高压波通过膨胀流体朝向出口250和出口252行进以通过出口250和出口252离开液压缸230。

因此，当第一流量控制阀220和第二流量控制阀222在它们各自的第一位置和第二位置之间往复移动时，并且当相对高压的波在通过入口250和入口252进入液压缸230以及通过入口254和入口256进入液压缸230之间交替时，活塞242和活塞246各自开始在液压缸230内相对于固定分隔壁240往复振荡。弹簧244和248交替地压缩和伸展。在一些实施方式中，弹簧244和弹簧248的这种运动提供了声音惯性和/或在系统的动态行为中引入了相移。进一步，当相对高压的波往复穿过液压缸230时，弹簧245和弹簧249逐渐被压缩，在一些实施方式中这在弹簧245和弹簧249的压缩中提供了的声波容量或能量存储(例如，积蓄)。选择或设计活塞242、246、243和247的质量以及弹簧244、245、248和249的弹簧常数或弹簧刚度，使得这些组件对于相对高压的波的给定频率或多个给定频率在液压缸230内在共振条件下振荡或进行共振。

蓄能器单元

图9是包括蓄能器单元的液压推进系统200的一些部分的示意图。如图9所示，液压推进系统200包括一组四个液压马达208a、208b、208c和208d(统称为液压马达208)和四个相应的齿轮组260a、260b、260c和260d(统称为齿轮组260)。在一些实施方式中，液压马达208和齿轮组260用于驱动轮式车辆的车轮，例如汽车或卡车的四个车轮。

每个液压马达208彼此以并联而不是串联的形式液压联接，这允许液压马达208可独立地联接到轮式车辆的相应车轮，并且允许四个车轮各自的可变、连续并且独立的速度和扭矩变化。液压马达208在具有开式差速器的车轴上联接到轮式车辆的车轮或例如在具有锁定差速器的车轴上成对地联接到车轮。液压马达208是叶片式液压马达208。

图9还示出液压推进系统200包括第三流量控制阀262，第三流量控制阀262被致动以独立于第一流量控制阀220和第二流量控制阀222以及高压液压蓄压器264和低压液压蓄压器266或者与这些部件一致地在第三流量控制阀262的两个位置之间移动。

图10A和图10B是对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的一些部分的附加示图。图10A和图10B分别示出了蓄能器单元296的三维模型的立体截面图和立体图，蓄能器单元296通过结合高压蓄能器264和低压蓄能器266而作为高压和低压双蓄能器单元。如图10A和图10B所示，蓄能器单元296包括刚性圆柱形壳体298，壳体298在第一端部联接到第一端盖300并在与第一端部相反的第二端部联接到第二端盖302。

第一端盖300包括位于其中心部分的第一端口304和位于其周边部分的第二端口306。第二端盖302包括位于其中心部分的第三端口308和位于其周边部分的第四端口310。第一端口304和第三端口308将高压蓄能器264联接到第三流量控制阀262。第二端口306和第四端口310将低压蓄能器266联接到第三流量控制阀262。

蓄能器单元296还包括抵靠着第一端盖300的内表面围绕第一端口304定位的第一盘簧312，抵靠着第二端盖302的内表面围绕第三端口308定位第二盘簧314，以及焊接到第一盘簧312和第二盘簧314并且将高压蓄能器264与低压蓄能器266分开的弹性体圆柱形分隔壁316。当高压蓄积在高压蓄能器264内和/或低压蓄积在低压蓄能器266内时，第一盘簧312和第二盘簧314伸展，弹性体分隔壁316向外弯曲，从而将能量储存在蓄能器单元296内。当高压蓄能器264释放高压和/或低压蓄能器266释放低压时，第一盘簧312和第二盘簧314以及弹性体分隔壁316松弛，从而释放储存在蓄能器单元296内的能量。

图10C是对前面附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的一些部分的另一示图。特别地，图10C示出了替代的蓄能器单元540的截面图，其通过结合高压蓄能器264和低压蓄能器266而作为高压和低压双蓄能器单元。蓄能器单元540包括允许相对高压的流体进入高压蓄能器264的第一入口端口542，以及允许相对低压的流体进入低压蓄能器266的第二入口端口544。当高压流体通过第一入口542提供给高压蓄能器264和/或低压流体通过第二入口544提供给低压蓄能器266时，相应的压力使蓄能器540内的活塞546转动。这压缩了多个盘簧548和与盘簧548互连的多个软管式弹性体弹簧550，从而将供随后使用的能量存储在弹簧548和弹簧550的压缩中。

在一种实施方式中，弹簧548和弹簧550安装在沿蓄能器540的长度延伸的支撑轴552上，以为弹簧548和弹簧550提供支撑和稳定性。在一些实施例中，蓄能器540包括联接到弹簧548和/或弹簧550的多个质量体554。蓄能器540联接到液压推进系统200的液压导管，如本文所述，该液压导管承载振荡压力波，使得蓄能器540还可以在质量体554和弹簧548、弹簧550的振荡中存储能量。选择或设计弹簧548和弹簧550的弹簧常数或弹簧刚度和/或质量体554的质量，使得这些组件在蓄能器540内在共振条件下振荡或进行共振。

图10D是对前面附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的一些部分的另一示图。图10D示出了蓄能器单元556的替代实施方式的截面图，其通过结合高压蓄能器264和低压蓄能器266而作为高压和低压双蓄能器单元。蓄能器单元556具有与蓄能器单元540相同的特征，不过蓄能器单元556包括允许相对高压的流体进入高压蓄能器264的第三入口端口558，允许相对低压的流体进入低压蓄能器266的第四入口端口560，以及在其与活塞546相对的一端联接到弹簧548和弹簧550的第二活塞562。

当高压流体通过第一入口542和/或第三入口558提供给高压蓄能器264，和/或低压流体通过第二入口544和/或第四入口560提供给低压蓄能器266时，相应的压力使活塞546和/或562在蓄能器540内移动，从而压缩弹簧548和/或弹簧550，并将供随后使用的能量存储在弹簧548、弹簧550的压缩中和/或存储在弹簧548、弹簧550和活塞546、活塞562的共振中。

集成液压动力和控制单元

如一些实施例所示，图11至图17示出了液压推进系统200的集成液压动力和控制单元268的三维模型。如图11所示，集成液压动力和控制单元268包括液压马达(如上所述)中的第一液压马达208a、液压马达(如上所述)中的第二液压马达208b、第一双旋转定向流量控制阀274以及第二双旋转方向流量控制阀276。

如上面更详细描述的，第一液压马达208a和第二液压马达208b彼此以并联而不是串联的形式液压联接，这允许液压马达208a和液压马达208b独立地联接到轮式车辆的相应车轮。以这种方式，液压马达208a和液压马达208b根据不同的动力或扭矩需求，例如当车辆转弯时，为各个车轮提供所需的不同水平的动力或扭矩。液压马达208a和液压马达208b是叶片式液压马达。

图12示出了集成液压动力和控制单元268的实施方式的分解图。如图12所示，液压马达208a和液压马达208b被容纳在单个集成壳体318内，壳体318包括用于第一液压马达208a的第一中空圆柱形壳体部分和用于第二液压马达208b的第二中空圆柱形壳体部分。壳体318还包括联接到第一液压导管210的第一高压端口320，联接到第二液压导管214第一低压端口322，联接到高压蓄能器264的第二高压端口324，以及联接到低压蓄能器266的第二低压端口326。

第一液压马达208a包括第一可旋转壳体328和第二可旋转壳体330，第一可旋转壳体328定位成围绕其中心纵向轴线在壳体318的第一中空圆柱形壳体部分内旋转，第二可旋转壳体330定位成围绕其中心纵向轴线在第一可旋转壳体328内旋转。第一可旋转壳体328和第二可旋转壳体330一起减小壳体318与容纳在壳体318中的第一液压马达208a的移动组件之间的摩擦、应力和以及液压泄漏。

第一液压马达208a还包括转子332，转子332定位成围绕其中心纵向轴线在第二可旋转壳体330内旋转，转子332具有多个径向定向的叶片槽336，相应的叶片334安置在叶片槽336中。在一种实施方式中，转子332具有100mm的外径、100mm的长度，并且当定位在第二可旋转壳体330中时在第二可旋转壳体330内具有6mm的偏心率。第一液压马达208a还包括轴颈轴承338，轴颈轴承338刚性地联接到转子332和输出轴354，用于将动力或扭矩从第一液压马达208a传递到轮式车辆的车轮356。第一液压马达208a还包括端盖340，端盖340通过多个螺钉342联接到壳体318，以将第一液压马达208a的其他组件密封在壳体318内。

如关于第二液压马达208b的图12所示，壳体318包括分隔壁344，分隔壁344纵向地延伸出第二中空圆柱形壳体部分，并且当组装集成液压动力和控制单元268时，分隔壁344纵向延伸穿过转子332的中心。第一液压马达208a和第二液压马达208b具有彼此相同的特征和组件。

还如图12所示，第一双旋转定向流量控制阀274包括转子346和用于控制转子346的步进电机348，第二双旋转定向流量控制阀276包括转子350和用于控制转子350的步进电机352。

图13A示出了集成液压动力和控制单元268的另一视图，其中一些组件被移除。图13B示出了集成液压动力和控制单元268与液压推进系统200的其他组件的连接的示意图，液压推进系统200的其他组件包括用于将来自第一液压马达208a和第二液压马达208b的动力或扭矩传递到轮式车辆的车轮356的输出轴354。在图13A中，第一双旋转定向流量控制阀274和第二双旋转定向流量控制阀276用于将高压和低压端口320、322、324和326联接到上部入口/出口腔室358(其从端口320、322、324和326延伸到分隔壁344上方的开放空间)或下部入口/出口腔室360(其从端口320、322、324和326延伸到分隔壁344下方的开放空间)。

图14示出了集成液压动力和控制单元268的一些组件的另一视图。特别地，图14示出第一双旋转定向流量控制阀274的转子346包括第一导管362和第二导管364，并且第二双旋转定向流量控制阀276的转子352包括第三导管366和第四导管368。第一导管362用于将第一高压端口320联接到上部入口/出口腔室358或者联接到下部入口/出口腔室360，这取决于转子346的定向。第二导管364用于将第一低压端口322联接到上部入口/出口腔室358或者联接到下部入口/出口腔室360，这取决于转子346的定向。第三导管366用于将第二高压端口324联接到上部入口/出口腔室358或者联接到下部入口/出口腔室360，这取决于转子350的定向。第四导管368用于将第二低压端口326联接到上部入口/出口腔室358或者联接到下部入口/出口腔室360，这取决于转子350的定向。

导管362、364、366和368从相应转子346或转子350的圆柱形外表面中的各自第一位置径向地延伸穿过相应的转子346和转子350，延伸到圆柱形外表面中的横过相应转子346或转子350的直径与各自第一位置相反的各自第二位置。转子346的导管362和导管364沿转子346的长度彼此纵向间隔开，并且被定向成使得导管362和导管364的中心纵向轴线围绕转子346的中心纵向轴线彼此间隔大约90度地定向。类似地，转子350的导管366和导管368沿转子350的长度彼此纵向间隔开，并且被定向成使得导管366和导管368的中心纵向轴线围绕转子350的中心纵向轴线彼此间隔大约90度地定向。

因此，步进电机348可用于旋转转子346，使得第一导管362被定向成将第一高压端口320联接到上部入口/出口腔室358，并且第二导管364被定向成将第一低压端口322联接到下部入口/出口腔室360。转子346的这种定向在图14中示出。步进电机348可用于使转子346从这样的定向旋转90度，使得第一导管362被定向成将第一高压端口320联接到下部入口/出口腔室360并且第二导管364被定向成将第一低压端口322联接到上部入口/出口腔室358。

类似地，步进电机352可用于旋转转子350，使得第三导管366被定向成将第二高压端口324联接到上部入口/出口腔室358并且第四导管368被定向成将第二低压端口326联接到下部入口/出口腔室360。转子350的这种定向在图14中示出。步进电机352可用于使转子350从这样的定向旋转90度，使得第三导管366被定向成将第二高压端口324联接到下部入口/出口腔室360并且第四导管368被定向成将第二低压端口326联接到上部入口/出口室358。

图15和图16分别示出了沿图11中的线15-15和线16-16截取的集成液压动力和控制单元268的截面图。图17示出了沿图15和图16中的线17-17截取的集成液压动力和控制单元268的截面图。如图15至图17所示，相对高压的液压流体通过第一高压端口320和/或第二高压端口324流入集成液压动力和控制单元268，通过导管362和/或导管366，通过上部入口室358到达上部入口室358在分隔壁344上方的区域，在该处相对高压的液压流体径向向外流过转子332的一个或多个导管或通道370，到达转子332的外表面和第二可旋转壳体330的内表面之间的开放空间。

相对高压的液压流体一旦位于该开放空间中，就会根据标准叶片式液压马达的原理与转子332的外表面、第二可旋转壳体330的内表面和叶片334相互作用，以便当相对高压的液压流体压力降低时引起转子332在第二可旋转壳体330内的旋转。一旦液压流体的压力降低并且已经用于驱动转子332的旋转，液压流体径向向内流过一个或多个导管370，通过下部出口腔室360，并流出集成液压动力和控制单元268。然后，液压流体流过导管364和/或导管368，并流过第一低压端口322和/或第二低压端口326。

为了沿与上述方向相反的方向驱动转子332的旋转，相对高压的液压流体通过第一高压端口320和/或第二高压端口324流入集成液压动力和控制单元268，通过导管364和/或导管368，通过下入口腔室360到达分隔壁344下方的区域，在该处相对高压的液压流体径向向外流过转子332的一个或多个导管或通道370，到达转子332和第二可旋转壳体330之间的开放空间。相对高压的液压流体引起转子332在第二可旋转壳体330内的旋转。然后，液压流体径向向内流过一个或多个导管370，通过上部出口腔室358，并通过导管362和/或导管366以及通过第一低压端口322和/或第二低压端口326流出集成液压动力和控制单元268。

虽然前面的描述集中于第二液压马达208b，但是第一液压马达208a具有相同或相似或镜像的配置，并且以与针对第二液压马达208b描述的相同方式起作用。因为第一液压马达208a和第二液压马达208b彼此并联联接并且由相同的高压液压流体供给，所以相应的转子和与其联接的轴和/或轮彼此独立地旋转，例如以不同的速度旋转，为集成液压动力和控制单元268提供差速效果。

图18和图19是液压推进系统200的集成液压动力和控制单元的一些部分的示图。特别地，图18和图19分别以侧视图和端视图示出了替代的液压马达组件564。如图18所示，液压马达组件564包括安装到车辆的车轮568的轮毂或轴承的阀566，以及可被致动以打开或关闭阀566以允许加压的液压流体从中通过的步进电机570。步进电机570可以致动阀566以打开并向一对活塞572a和活塞572b提供高压液压流体。在一些实施例中，一对活塞572a和活塞572b包括实心活塞。在其他实施例中，一对活塞572a和活塞572b包括高粘性流体。在一个实施例中，一对活塞572a和活塞572b安装在车轮568的前部附近，这对活塞被高压液压流体推动以压靠车轮568并使车轮568向前移动。

步进电机570还可以致动阀566以打开并向活塞574提供高压液压流体。在一些实施例中，活塞574包括实心活塞。在其他实施例中，活塞574包括高粘性流体。在一个实施例中，活塞574安装在车轮568的后端附近，活塞574被高压液压流体推动以压靠车轮568并使车轮568沿相反方向移动。图19示出了液压马达组件564联接到声波传输单元203和/或蓄能器单元296和/或由声波传输单元203和/或蓄能器单元296提供动力。

辅助动力单元

图20A至图20C分别示出了液压推进系统200的发电机单元372的三维模型的截面图和示意图。特别地，图20A示出了其中发电机单元372包括主体374、外壳376、第一入口/出口端口378和第二入口/出口端口380的实施例。图20B示出了其中主体374包含发电机单元372的实施例。发电机单元372包括第一弹簧382、第一活塞384、第二弹簧386、第二活塞388和连杆390。第一弹簧382与第一端盖392和第一活塞384接合，第二弹簧386与第二端盖394和第二活塞388接合，并且连杆390与第一活塞384和第二活塞388接合。

图20B示出了其中发电机单元372还包括围绕主体374并且定位在外壳376内的线圈396的实施例。图20C示出了其中第一入口378通过第一导管398和第二导管400联接到第四流量控制阀，并且通过第四流量控制阀联接到第一液压导管210和第二液压导管214的实施例。第四流量控制阀用于交替地向第一导管398供应相对高压的液压流体和向第二导管400供应相对低压的液压流体，并且交替地向第一导管398供应相对低压的液压流体和向第二导管400供应相对高压的液压流体。基于第一活塞384、第二活塞388和连杆390的质量，以及基于第一弹簧382和第二弹簧386的弹簧常数或弹簧刚度，选择第四流量控制阀在这些位置之间交替的速率，以引起第一活塞384、第二活塞388和连杆390在发电机单元372的主体374内的共振振动。

在一些实施例中，连杆390由磁性材料制成，使得连杆390在发电机单元372的主体374内的共振在线圈396内感应出电流。该电流用于为轮式车辆的辅助系统或为主要由集成液压动力和控制单元268的操作驱动的其他系统提供动力。在一些实施方式中，这种辅助系统包括交流发电机、风扇、燃料泵、动力转向泵和/或空调压缩机。

轮式车辆的应用

由于没有使车辆负重并增加效率损失的内燃机、液压泵和其他相对笨重复杂的组件，本文描述的热力液压系统特别适用于例如汽车的轮式车辆。省略这些组件减少了车辆的总重量，从而提高了燃料效率，减少了部件数量，简化了维护并降低了排放。在其他实施方式中，本文描述的热力液压系统可用于为其他机械系统，例如飞机或船的推进器提供动力。

图21A和图21B示出了液压推进系统200的三维模型，其组合了本文所述的用于结合到轮式车辆中的液压推进系统200的特征。如图21A所示，液压推进系统200被布置成具有在轮式车辆的前部的蓄能器单元296，具有定位在蓄能器单元296的后面的辅助系统致动器424，并且具有定位在辅助系统致动器424后面以驱动一对或多对前轴426和一对或多对前轮428的至少一个前轴集成液压动力和控制单元268。液压推进系统200的该实施例进一步包括位于前轴集成液压动力和控制单元268上方的热力单元202，位于前轴集成液压动力和控制单元268后面的发电机单元372，以及位于发电机单元372后面的声波传输单元203。

图21A还示出了液压推进系统200被布置成具有位于车辆前部附近一个或多个控制踏板430，以允许车辆操作者控制液压推进系统200的操作，从而控制车辆的运动。图21A示出了液压推进系统200被布置成具有在车辆后端处的燃料箱432，以及定位在燃料箱432前面以驱动一对或多对后轴434和一对或多对后轮436的后轴集成液压动力和控制单元268。在一些实施方式中，液压推进系统200包括多个前轴集成液压动力和控制单元268以驱动相应的多对前轴426和前轮428，以及多个后轴集成液压动力和控制单元268以驱动相应的多对后轴434和后轮436。这种实施方式可用于大型多轴车辆，例如卡车、拖拉机、建筑设备、农场设备等。

液压推进系统200还包括从车辆的前部延伸到车辆的后部的多个液压导管438，液压导管438从燃料箱432向热力单元202供应燃料并且从车辆前部的声波传输单元203和/或蓄能器单元296向在车辆后部的后轴集成液压动力和控制单元268供应高压液压流体。液压导管438还将低压液压流体从车辆后部的后轴集成液压动力和控制单元268返回到车辆前部的声波传输单元203和/或蓄能器单元296。在一些实施例中，液压推进系统200还包括用于为其各种组件中的任一个供电的电池。图21B示出了与图21A所示的实施方式类似但不同的实施方式。例如，图21B示出了热力单元202、集成液压动力和控制单元268、发电机单元372、蓄能器单元296和声波传输单元203。

图22A和图22B示出了控制系统，通过该控制系统，机动车辆或由液压推进系统200提供动力的其他系统的操作者与液压推进系统200交互。图22A示出了一个这样的控制系统，其包括机械地联接到第一液压缸440的活塞的踏板430，其中第一液压缸440通过第一液压导管442液压联接到第二液压缸444。第一液压缸440的活塞机械地联接到液压马达208以控制其操作。第一液压导管442联接到多个另外的液压导管446，多个另外的液压导管446联接到三个另外的液压马达208，使得踏板430可用于控制轮式车辆的四个车轮的操作。

图22B示出了另一个这样的控制系统，其包括联接到第三流量控制阀262和用于将燃料输送到热力单元202中的燃料泵450的手动杆448。通过经过第三流量控制阀262提供存储在蓄能器单元296中的液压能量并通过提供在热力单元202内的额外的热量，手动杆448的致动增加了由液压推进系统200提供的动力。

图23示出了电子控制系统452，其可以被称为“线控驱动”控制系统452，机动车辆或由液压推进系统200驱动的其他系统的操作者通过该控制系统452与液压推进系统200交互。图23示出控制系统452包括发动机控制单元(有时称为“ECU”)462，其包括中央处理单元和/或其他电子组件和电路，这些电子组件和电路用于存储数据、接收来自液压推进系统200的组件的信号作为输入、处理输入信号和存储的数据以产生输出信号、以及将输出信号传输到液压推进系统200的组件。

控制系统452还包括踏板430，当由液压推进系统200的操作者致动时，踏板430生成信号X并将信号X发送到ECU 462。控制系统452还包括手动杆448，当由液压推进系统200的操作者致动时，手动杆448生成信号并将信号发送到ECU 462。在一个实施例中，信号可以是指示操作员希望液压推进系统200反向驱动车辆的车轮的信号R。在另一实施例中，信号可以是信号2WD，用来指示操作者希望液压推进系统200仅驱动两个车轮，例如使用单个集成液压动力和控制单元268来驱动。在又一实施例中，信号可以是信号AWD，用来指示操作者希望液压推进系统200驱动所有四个车轮，例如使用两个集成液压动力和控制单元268来驱动。在又一实施例中，信号可以是制动能量回收系统(BERS)的信号，用来指示操作者希望液压推进系统200作为制动能量回收系统，其中液压马达208a至液压马达208d被倒转并且作为液压泵进行操作以从车辆的车轮提取能量并将该能量作为液压能量存储在蓄能器单元296中。控制系统452还可以包括钥匙464，当由液压推进系统200的操作者致动时，钥匙464生成信号并向ECU 462发送该信号，指示操作者希望液压推进系统200的例如热力单元202的组件启动。

控制系统452还包括多个控制线454、456、458和460，这些控制线将ECU电联接到四个液压马达208，使得ECU可以将控制信号传输到液压马达208，并且使得液压马达208可以产生和传输输入信号，例如表示液压马达208或与其联接的车轮移动(例如，旋转)的速度。控制系统452还包括控制线466，控制线466将ECU电联接到第三流量控制阀262，使得ECU可以将控制信号传输到第三流量控制阀262。控制系统452还包括控制线468，控制线468将ECU电联接到燃料泵450，使得ECU可以将控制信号传输到燃料泵450。控制系统452另外包括控制线470，其将ECU电联接到点火器288，使得ECU可以将控制信号传输到点火器288。此外，控制系统452包括一个或多个控制线472，其将ECU电联接到一个或多个另外的流量控制阀，使得ECU可以将控制信号传输到本文所述的任何其他流量控制阀。

在用于控制液压推进系统200的控制算法或方法期间，当轮式车辆或由液压推进系统200提供动力的其他系统启动时，例如利用钥匙464，系统200执行整体系统检查和特别是高压蓄能器264的压力检查。然后，当操作者指示车辆即将被驱动时，例如通过使用钥匙464，系统200打开第三流量控制阀262，以液压方式将蓄能器单元296对一对集成液压动力和控制单元268打开，以允许蓄能器296为车辆车轮的操作提供动力。系统200还启动燃料泵450以将燃料泵送到热力单元202中，使用点火器288点燃燃料泵450内的燃料，并开始致动第一流量控制阀220和/或第二流量控制阀222。系统200以这种方式向液压缸230提供动力以引起弹簧和活塞在液压缸230内的共振并产生如上所述的压力波。

当热力单元202和液压缸230启动并且不再需要蓄能器单元296中存储的液压能时，系统200关闭第三流量控制阀262以将蓄能器单元296从一对集成液压动力和控制单元268液压地关闭，并使用热力单元202和液压缸230来为车辆车轮的操作提供动力。当热力单元202和液压缸230提供比为车辆车轮提供动力所需的更多动力时，在这种操作期间填充蓄能器单元296。当车辆的操作者致动踏板430时，信号被发送到集成液压动力和控制单元268以增加车辆的速度。当热力单元202和液压缸230提供的动力小于为车辆车轮提供动力所需的动力时，系统使用燃料泵450将额外的燃料输送到热力单元202中并打开第三流量控制阀262以液压地将蓄能器单元296对集成液压动力和控制单元268打开，以允许蓄能器296为车辆的车轮提供额外的动力。

当车辆的操作者致动踏板或其他物理控制装置(例如手动杆448)以指示操作者希望车辆减速并且液压推进系统200作为制动能量回收系统时，系统200使液压马达208a至208d倒转，并将它们用作液压泵以从车辆的车轮提取能量，从而使车辆减速并将该能量作为液压能量存储在蓄能器单元296中。当轮式车辆或由液压推进系统200提供动力的其他系统关闭时，例如通过钥匙464，系统200使热力系统202和液压缸230保持运行并将由热力系统202和液压缸230产生的液压能量存储在蓄能器单元296中直到蓄能器单元296达到其容量。然后关闭热力系统202和液压缸230。

图24A和图24B在概念水平上示出了液压推进系统200内的能量传递。在一个实施方式中，图24A示出了热力单元202燃烧燃料，从而以相对恒定的速率提供热能，并且在474处使用热交换器不断地将该热能转换为液压能。然后，第一流量控制阀220和第二流量控制阀222以及液压缸230将该液压能量转换成穿过液压推进系统200行进的压力波，使得至少一些能量在476处被存储在液压缸230(如上所述)的组件的共振振动和/或在478处存储在蓄能器单元296中。然后释放该储存的能量以在480处，例如在一个或多个集成液压动力和控制单元268处，提供液压推进。

因此，通过使用连续燃烧和将热能转换成液压能量以及通过使用液压波以液压方式将动力传递到车辆的车轮，实现了提高效率的目标。进一步，通过提供如本文所述的能量存储并在需要时释放该存储的能量以满足车辆或车辆操作者的需求，实现了增加灵活性的目标。如本文所述，通过当轮式车辆制动时回收能量也提高了整体系统效率。图24B示出了液压推进系统200的这些技术改进中的一些，包括与另外存储的能量的量对应的热力单元202的输出482相对平稳，以及与提供给液压马达208的能量的量对应的从存储484中提取的能量的量相对高度可变，以满足高度可变的操作要求。

图25示出了在轮式车辆的不同操作阶段的液压推进系统200的若干组件。如图25所示，当车辆在486处静止时，本文描述的流量控制阀被布置成使得包括热力单元202、第一流量控制阀220和第二流量控制阀222以及液压缸230的推进系统496给蓄能器单元296而不是液压马达208提供液压能量。当车辆在488处加速时，本文描述的流量控制阀被布置成使得推进系统496和蓄能器单元296向液压马达208提供液压能量。当车辆在其各个车轮处经历可变需求时，例如当车辆在490处转弯时，本文描述的流量控制阀被布置成使得推进系统496和蓄能器单元296向液压马达208提供液压能量，并且各个液压马达208根据各自的需求被单独致动。

当车辆在492处反向行驶时，本文描述的流量控制阀被布置成使得推进系统496和蓄能器单元296向液压马达208提供液压能量，以使液压马达208沿与车辆正在加速时相反的方向运行。当车辆在494处制动时，本文描述的流量控制阀被布置成使得液压马达208倒转以用作液压泵和车辆的制动器，并且向蓄能器单元296提供液压能量。

图26示出了在轮式车辆的不同操作阶段，系统组件之间的能量传递，包括液压马达208的需求、推进系统496的输出以及蓄能器单元296中存储的能量的量。图26示出了当车辆以恒定且相对低的速度移动并且液压马达208需要恒定的动力水平时，如图26中示出的阶段1和阶段2所示，推进系统496向液压马达208和蓄能器单元296提供动力，直到蓄能器单元296达到其容量为止。当车辆加速时，如图26所示的阶段3和阶段4所示，推进系统496增加其动力输出，并且蓄能器提供额外的动力以满足增加的需求。

当车辆以恒定且相对高的速度行驶时，如图26所示的阶段5所示，推进系统496以增加的动力输出水平而操作以满足需求。当车辆制动时，如图26所示的阶段6所示，液压马达208倒转并作为液压泵操作，以向蓄能器单元296提供液压能量。当车辆开始以恒定的中间速度行驶时，如图26所示的阶段7所示，推进系统496增加其动力输出以满足增加的需求，并且再次向蓄能器单元296提供任何多余的动力。

图27A和图27B示出了液压推进系统200的效率和能力的若干分析结果。该分析表明，对于由热力单元202产生的35kW的总热能，预期通过热力单元202的壳体278损失3kW，预期通过热力单元202的排气损失5kW，有27kW的热能被传递到热力单元202内的液压流体。在这27千瓦中，该分析表明，预计液压流量损失大约为1千瓦，预计在液压马达208的运行中将损失大约1千瓦，预计在机械辅助系统致动器424的操作中使用约1kW，预计在发电机单元372的运行中使用3kW，并且预计其他相关或辅助损耗将损失约2kW，预计大约19千瓦将传送到车辆的车轮，总效率在50％-60％之间。

图28示出了液压推进系统200的示意图，其具有对前述附图中所示的实施方式的一些修改，并且部分由先前示出的诸如图6C、图8B、图13B和图20C的示意图形成。图28示出液压推进系统200包括如图6C所示的热力单元202，热力单元202通过第一流量控制阀220联接到如图8B所示的液压缸230及其组件。图28还示出液压推进系统200包括双侧减压阀498，双侧减压阀498在一侧联接到第一中间导管226并且在另一侧联接到第二中间导管228，如果第一中间导管226和第二中间导管228中的压力或其间的压差上升到高于阈值压力或阈值压差，则打开第一中间导管226和第二中间导管228之间的直接导管。

图28还示出液压推进系统200包括两个集成液压动力和控制单元268，如图13B所示，两个集成液压动力和控制单元268通过相应的第二流量控制阀222联接到液压缸230。虽然图13B示出容纳在单个集成液压动力和控制单元268内的两个液压马达208通过共同的第一双旋转定向流量控制阀274联接到液压缸230，但是图28示出每个液压马达208通过单个相应的流量控制阀联接到液压缸230。图28还示出集成液压动力和控制单元268中的一个或两个包括安装在相应输出轴354和相应车轮356之间的变速箱260，以允许轮式车辆的操作者进一步控制车轮356的速度和动力。

图28还示出液压推进系统200包括辅助系统动力单元500，辅助系统动力单元500包括辅助系统致动器424和如图20C所示的发电机单元372，并且用于为例如交流发电机、动力转向泵和/或空调压缩机的轮式车辆的辅助系统提供动力。图28还示出液压推进系统200包括蓄能器单元296，蓄能器单元296包括高压蓄能器264和低压蓄能器266，并且通过第二流量控制阀222和/或第三流量控制阀262联接到液压缸230。图28还示出液压推进系统200包括燃料泵450，燃料泵450布置成将燃料从燃料箱432泵送到热力单元202的燃料喷射器286中。图28还示出了液压推进系统200包括电池502，电池502联接到发电机单元372并由发电机单元372充电，并且电池502联接到并且用于致动燃料泵450的组件、热力单元202的风扇282、热单元202的点火器288、和/或本文所述的任意或所有液压马达208和/或流量控制阀。

总结

图29示出了对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的另一示意图。具体地，图29示出液压推进系统200包括液压马达504，液压马达504通过传递高压波而被致动以引起液压泵506将液压流体从第二液压导管214泵送到热力单元202中。图29还示出液压推进系统200包括流量控制阀508，流量控制阀508用于确保联接到其液压导管的组件处于相同的压力。另外，图29示出液压推进系统200包括液压缸230和类似于图4所示的活塞组件512，其中附加质量体520联接到活塞514。液压缸230和活塞组件514为系统200提供声波惯性。

此外，图29示出液压推进系统200包括另外的液压缸230，每个液压缸230容纳相应的活塞522，活塞522通过相应的弹簧524联接到液压缸230的端部。通过活塞522与液压推进系统200的其余部分液压分离的每个液压缸230内的各个腔室526彼此联接并且联接到液压压缩机528和减压阀530，减压阀530控制腔室526内的压力并为系统200提供声波容量。

图29还示出液压推进系统200包括四个液压马达208，每个液压马达208联接到轮式车辆的相应车轮356。进一步，图29示出了每个液压马达208与其他液压马达208并联联接，包括通过在成对的液压马达208之间结合旁通阀532，使得每个车轮356独立于其他车轮356被提供动力并且旋转。图29另外示出蓄能器单元296通过第一流量控制阀534和第二控制阀536液压联接到液压推进系统200的其余部分，其中当车辆向前移动时，第一流量控制阀534可以打开以允许高压流体流入或流出蓄能器单元296，并且当车辆向后移动时，第二控制阀536可以打开以允许高压流体流入或流出蓄能器单元296。通过使用压力计538部分地监控蓄能器单元296的填充和排空。

图30示出了对前述附图中所示的实施方式进行了一些修改的液压推进系统200的另一示意图。具体地，图30示出液压推进系统200包括在液压缸230的第一侧上的用于控制膨胀液压流体的流量的第一多个流量控制阀G1、G2、G3、G4、G5、G6和G7，和在液压缸230的第二侧上的用于控制工作液压流体的流动的第二多个流量控制阀H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7和H8，其中每个流量控制阀用菱形表示。图30示出液压推进系统200还包括由圆圈表示的多个空气呼吸器、由正方形表示的多个压力变换器、以及由六边形表示的多个压力变换器。

于2016年10月28日提交的申请号为62/496,784、于2016年12月21日提交的申请号为62/498,336、于2016年12月21日提交的申请号为62/498,337、于2016年12月21日提交的申请号为62/498,347、于2016年12月21日提交的申请号为62/498,338、于2017年10月26日提交的申请号为62/577,630的美国临时专利，和于2017年6月1日提交的申请号为15/731,360的美国非临时专利，以及于2017年10月27日提交的申请号为A/10070/2017的罗马尼亚专利，在此通过引用整体并入本文。

可以组合上述各个实施例以提供进一步的实施例。根据以上详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (23)

1.一种热力液压推进系统，包括：

热力单元，包括热联接到热源和承载膨胀液压流体的第一导管的热交换器，其中所述热交换器在所述热源和所述膨胀液压流体之间交换热量，所述第一导管具有第一入口和第一出口；以及

集成液压动力和控制单元，包括液压地联接到机械装置和承载与所述膨胀液压流体不同的工作液压流体的第二导管的液压马达，其中所述液压马达将来自所述工作液压流体的液压能量传递到所述机械装置的机械动力中，所述第二导管具有第二入口和第二出口。

2.根据权利要求1所述的推进系统，进一步包括：

声波传输单元，包括：

第一中间导管，具有第三入口和第三出口；

第二中间导管，具有第四入口和第四出口；

声波发生器，包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀具有将所述第一出口与所述第三入口以及将所述第一入口与所述第四出口液压地联接的第一位置，并且所述第一流量控制阀具有将所述第一出口与所述第四出口以及将所述第一入口与所述第三入口液压地联接的第二位置；以及

声波换流阀，包括第二流量控制阀，所述第二流量控制阀具有将所述第二出口与所述第四入口以及将所述第二入口与所述第三出口液压地联接的第一位置，并且所述第二流量控制阀具有将所述第二出口与所述第三出口以及将所述第二入口与所述第四入口液压地联接的第二位置。

3.根据权利要求2所述的推进系统，其中所述第一流量控制阀被锁定到所述第二流量控制阀，使得所述第一流量控制阀和所述第二流量控制阀都处于它们各自的第一位置或者都处于它们各自的第二位置。

4.根据权利要求2至权利要求3中的任何一项所述的推进系统，其中所述机械装置是轮，其中所述推进系统进一步包括液压地联接到第二轮和所述第二导管的第二液压马达，液压地联接到第三轮和所述第二导管的第三液压马达，以及液压地联接到第四轮和所述第二导管的第四液压马达。

5.根据权利要求2至权利要求4中的任何一项所述的推进系统，其中所述膨胀液压流体具有第一热膨胀系数，并且所述工作液压流体具有第二热膨胀系数，所述第二热膨胀系数低于所述第一热膨胀系数。

6.根据权利要求2至权利要求5中的任何一项所述的推进系统，进一步包括液压地联接到所述第二导管的液压蓄压器。

7.根据权利要求2至权利要求6中的任何一项所述的推进系统，进一步包括液压地联接到所述第二导管的发电机。

8.根据权利要求2至权利要求7中的任何一项所述的推进系统，进一步包括：

液压缸，所述液压缸具有联接到所述第一中间导管的第一端部和与所述第一端部相反并联接到所述第二中间导管的第二端部。

9.根据权利要求8所述的推进系统，进一步包括：

分隔壁，所述分隔壁将所述液压缸分成第一腔室和第二腔室；

第一活塞，所述第一活塞被定位为在所述第一腔室内移动；以及

第二活塞，所述第二活塞被定位为在所述第二腔室内移动。

10.根据权利要求9所述的推进系统，其中所述第一活塞将所述第一腔室中的所述膨胀液压流体与所述工作液压流体分离，并且所述第二活塞将所述第二腔室中的所述膨胀液压流体与所述工作液压流体分离。

11.根据权利要求9至权利要求10中的任何一项所述的推进系统，进一步包括：

第一弹簧，所述第一弹簧联接到所述分隔壁和所述第一活塞；以及

第二弹簧，所述第二弹簧联接到所述分隔壁和所述第二活塞。

12.一种轮式车辆，包括如权利要求1所述的推进系统，其中所述机械装置是所述轮式车辆的车轮。

13.根据权利要求12所述的轮式车辆，其中所述轮式车辆是汽车、全地形车辆或重型机械车辆。

14.一种操作基于热力液压压力波的推进系统的方法，包括：

使用热力单元加热联接到声波发生器的第一导管内的膨胀液压流体，所述声波发生器包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀处于关闭位置以增加所述第一导管中的所述膨胀液压流体的压力；

致动包括所述声波发生器的声波传输单元，所述声波传输单元的致动包括致动所述第一流量控制阀以从所述关闭位置移动到打开位置，以在第二导管内的工作液压流体中产生压力波；以及

使用所述工作液压流体中的所述压力波为包括液压马达的集成液压动力和控制单元的提供能量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述液压马达驱动第一轮，所述方法进一步包括使用所述压力波来驱动第二液压马达和第二轮、第三液压马达和第三轮，以及第四液压马达和第四轮。

16.根据权利要求14至权利要求15中的任何一项所述的方法，其中所述膨胀液压流体具有第一热膨胀系数，并且所述工作液压流体具有第二热膨胀系数，所述第二热膨胀系数低于所述第一热膨胀系数。

17.根据权利要求14至权利要求16中的任何一项所述的方法，进一步包括使用所述工作液压流体中的所述压力波来向液压蓄压器提供能量。

18.根据权利要求14至权利要求17中的任何一项所述的方法，进一步包括使用所述压力波来向发电机提供能量。

19.根据权利要求14至权利要求18中的任何一项所述的方法，进一步包括使用所述压力波来使活塞在液压缸内移动。

20.根据权利要求19所述的方法，其中使所述活塞在所述液压缸内移动包括压缩所述液压缸内的弹簧。

21.根据权利要求20所述的方法，其中使所述活塞在所述液压缸内移动和压缩所述液压缸内的所述弹簧包括使所述活塞和所述弹簧在所述液压缸内振荡。

22.根据权利要求21所述的方法，其中使所述活塞和所述弹簧在所述液压缸内振荡包括使所述活塞和所述弹簧在所述液压缸内共振。

23.根据权利要求19至权利要求21中的任何一项所述的方法，其中所述活塞将所述膨胀液压流体与所述工作液压流体分离。