CN2473340Y

CN2473340Y - 液压式内燃发动机

Info

Publication number: CN2473340Y
Application number: CN 01236444
Authority: CN
Inventors: 张铁柱; 张洪信
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2001-04-14
Filing date: 2001-04-14
Publication date: 2002-01-23
Anticipated expiration: 2011-04-14

Abstract

一种液压式内燃发动机,克服了现有热能向流体压力能转换过程中需经机械能传递而造成能量损失的缺点。其主机主要由活塞上室、活塞下室、双头活塞、缸盖、缸体、缸底、燃料泵、流体通道等组成,缸盖、缸体、缸底对接后形成以双头活塞为界的活塞上下室,双头活塞在缸体中既可往复运动,又将缸体内空间分成两个互相不通透的上、下活塞工作室。本实用新型提供了一种结构简单,高效方便的流体压力能源装置,体积小,节约原材料,减少污染。

Description

液压式内燃发动机

本实用新型涉及一种能量状态的转换装置，具体地说是一种由热能直接转变成流体压力能的装置，即液压式内燃发动机。

传统的流体压力能一般是经过机械能转换而获得，而机械能通常是由热能或电能转换而来。但就热能向流体压力能的转换，除了需经机械能状态的过渡外，还有传递与参数变换多个环节，而且涉及的设备装置也相对复杂。热能向机械能转换的现有装置主要有内燃机，由燃烧室、缸体、活塞、连杆、曲柄、喷嘴、活塞环、缸盖、缸底等部件构成，其工作过程通常分为二个冲程或四个冲程完成一个能量转换的循环。当燃烧室内的高压可燃气体燃爆后产生推力带动活塞移动，从而带动连杆和曲柄将热能变换成机械能而对外做功。由于现实中应用流体压力能场合很多，所以经常要将机械能(由热能或电能转换而成)再变成流体压力能，其常规设备如柱塞泵，主要由缸体、偏心轮、柱塞、弹簧、进出口阀等部件组成，由机械能带动偏心轮从而使柱塞做轴向往复运动，靠密封容积的大小交替变化而形成流体压力能量状态。目前这种由热能向流体压力能转换的技术装置需要通过三个环节，一是由内燃机实现热能向机械能的转换；二是由机械变速连接装置实现机械能的传递与参数变换；三是由流体泵实现机械能向流体压力能的转换。正是因为转换过程的多环节及转换设备本身的原因，使这种能态变换普遍存在转换效率低，转换设备、装置结构复杂，性能差，且转换状态适应范围小，使用不便等突出缺点。

本实用新型的目的在于克服现有热能向流体压力能状态转换过程中需经过机械能传递等环节而造成能量损失的突出缺点，寻求设计一种由燃烧产生的热能直接变换成流体压力能状态的装置。由于流体压力能应用领域越来越广，如液压动力传递、风机、泵类等场合，所以本实用新型可以提供一种结构简单、热效率高、使用方便的流体压力能源装置。尤其是采用该装置简化了设备的结构，可以缩小设备体积，节约原材料，减少污染环节。

为了实现上述发明目的，本实用新型的主机装置主要由活塞下室(燃烧室)、活塞上室(流体工作室)、双头活塞、缸体、燃料泵、燃料喷嘴、燃烧活塞环、流体活塞环、活塞弹簧及流体通道等部件组成；主机整体为竖直式圆柱体结构，主机外壳顶端为缸盖，中间为缸体，底端为缸底，三者对接后分别形成内空的活塞下室和活塞上室，以双头活塞为分界。缸体、缸盖和缸底组成主机的主体固定不动；缸体中双头活塞底部与缸底、缸体内壁构成活塞下室；双头活塞顶部与缸盖、缸体内壁构成活塞上室；双头活塞在缸体中既可以往复运动，又可以将缸体内空间分成两个互相不通透的上、下活塞工作室；双头活塞的两个端头分别为圆柱式结构，可以采用分体对接式固接，也可以制成一体，两个端头的直径可以相同也可以不同。燃烧活塞环和流体活塞环分别在活塞下室和活塞上室中套制于双头活塞上，用于保持双头活塞与缸体间的密封。在主机基础上采用常规技术工艺加装流体进口阀、流体出口阀、储能器、限压阀及燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、启动点火系统、配气系统等配套装置即可构成本实用新型。

能量转换过程分为两个行程，在第一行程活塞靠启动力(初始循环)或回程力(包括重力、弹簧力和流体压力等)作用自上止点向下止点移动，活塞上室通过进口阀吸入低压流体，而活塞下室在初始阶段首先扫压活塞下室中的气体，当活塞下移至近下止点时，燃料喷入活塞下室并迅速与压缩空气混合而燃爆完成第一行程；第二行程初始由燃爆气体膨胀压力作用使活塞克服流体压力、弹簧力等，自下止点向上止点移动，使活塞上室中的流体被连续增加压力能并由活塞上室排出到流体排出通道对外做功。

在活塞下室，随着双头活塞的下移，进排气口(门)被相继关闭，使活塞下室内形成密闭空间；在第一个行程及第二行程终了阶段，活塞上室与流体进入通道连通，与流体排出通道隔离，而在第二个行程的前期与中期阶段则反之。

在第一行程，活塞下室实现扫气、压缩、燃料喷入及燃烧，而活塞上室则完成流体的吸入或压入；在第二行程，活塞下室实现膨胀排出废气、吸入新空气，而活塞上室完成压力流体的连续排出，实现一个完整的热能向流体压力能的转换循环，如此周而复始。

本实用新型与现有技术相比，在实现由热能向流体压力能转换方面省去了作为过渡能量状态形式的机械能传递步骤，具有涉及的装置结构简单，体积小，能量转换效率高，工作原理简便，实施过程灵活，不但可以节省能源，而且可以节省原材料等优点。

图1为本实用新型主机之结构原理示意图；

图2为单缸液压式内燃发动机结构原理示意图。

本实用新型主机的部件组成主要有：活塞下室(燃烧室)1、活塞上室(流体工作室)2、双头活塞3、缸体4、燃料泵5、排气口6、流体进口阀7(或20)、流体出口阀8(或21)、燃料喷嘴9、燃烧活塞环10、流体活塞环11、泄流口12、缸盖13、缸底14、活塞弹簧15、流体进入通道16、流体排出通道17、进气门18、主机19、储能器22、限压阀23、燃料供给系统24、冷却系统25、润滑系统26、启动点火系统27、配气系统28及负载系统29等。主机19整体为竖直式圆柱状结构，主机外壳顶端为缸盖13，中间为缸体4，底端为缸底14，三者对接后分别形成内空的活塞下室1和活塞上室2，以双头活塞3为分界。缸体4、缸盖13和缸底14三位配套固定构置成整机体，其内部空间由双头活塞3分为上、下两个活塞室，双头活塞3的底部与缸底14、缸体4内壁构成活塞下室1；双头活塞3顶部与缸盖13、缸体4内壁构成活塞上室2。整机装置的配制可以按常规方法构置而成，在主机19基础上采用常规技术工艺加装流体进口阀7(或20)、流体出口阀8(或21)、储能器22、限压阀23及燃料供给系统24、冷却系统25、润滑系统26、启动点火系统27、配气系统28等配套装置即可构成本实用新型。其实现热能向流体压力能状态转换的工作过程如下：

第一行程：双头活塞3在启动力(初始循环)或回程力(包括重力、弹簧力或流体压力等)的作用下，自上止点向下止点移动，流体进口阀7开启，流体出口阀8关闭。

在活塞下室1：行程开始阶段，排气口6未被双头活塞3遮盖，实现扫气；随着双头活塞3的下移，排气口6被双头活塞3遮盖，进气门随之关闭，活塞下室1内的空气被压缩；当双头活塞3下移到接近下止点时，燃料喷入活塞下室并迅速与压缩空气混合后着火燃烧，活塞下室1压力迅速增加。

在活塞上室2：在整个行程，活塞上室2与流体进入通道16连通，与流体排出通道17隔离。随着双头活塞3的下移，活塞上室2容积增大，流体经流体进口阀7被连续不断地由流体进入通道16吸入或压入到活塞上室2中。

因此，第一行程，活塞下室1实现扫气、压缩、燃料喷入及燃烧等工作，而活塞上室2完成流体的吸入或压入工作。

第二行程：双头活塞3在气体膨胀压力的作用下，克服活塞弹簧15的弹簧力、双头活塞3本身的重力及流体压力，自下止点向上止点移动。开始及中间阶段，流体进口阀7关闭，流体出口阀8开启。终了阶段，流体进口阀7开启，流体出口阀8关闭。

在活塞下室1：双头活塞3上行到一定行程时，排气口6开启，排出废气；随着活塞3的上移，进气门18开启，活塞下室1内部压力下降，新鲜气体进入活塞下室1。

在活塞上室2：在行程的开始和中间阶段，活塞上室2与流体排出通道17连通，与流体进入通道16隔离。随着双头活塞3的上移，活塞上室2容积减小，具有一定压力的流体经流体出口阀8被连续不断地由活塞上室2排出到流体排出通道17。在行程终了阶段，活塞上室2与流体排出通道17隔离，与流体进入通道16连通，活塞上室2中的流体被送回流体进入通道16。

因此，第二行程，活塞下室1实现排出废气、吸入新鲜空气等工作，而活塞上室2完成压力流体的连续排出工作，排出的流体即获得了一定的压力能量，经流体出口阀8压入到流体压力系统，从而实现了机械能向流体压力能的转换。

本实用新型中的双头活塞3的两个头部直径可以相同，也可以不相同，其上部的直径依据所用液体性质而定，可以为一体也可以分步制成后通过杆件连接；在双头活塞3上部的缸盖与缸体之间制有活塞弹簧15，以便于增加回程力。将若干个主机19按均分角度排列成圆周结构组装即构成多缸液压式内燃发动机，其附加装置可采用同一系统。

本实用新型使用液体燃料或气体燃料；工作流体为液压油。

Claims

1、一种液压式内燃发动机，其主机装置主要由活塞下室、活塞上室、双头活塞、缸体、燃料泵、燃料喷嘴、燃烧活塞环、流体活塞环、活塞弹簧及流体通道等部件组成，其特征在于主机整体为竖直式圆柱体结构，主机顶端为缸盖，中间为缸体，底端为缸底，三者对接后分别形成内空的活塞下室和活塞上室，以双头活塞为分界；缸体、缸盖和缸底组成主机的主体固定不动；缸体中双头活塞底部与缸底、缸体内壁构成活塞下室；双头活塞顶部与缸盖、缸体内壁构成活塞上室；双头活塞在缸体中既可以往复运动，又可以将缸体内空间分成两个互相不通透的上、下活塞工作室。

2、根据权利要求1所述的液压式内燃发动机，其特征在于双头活塞的两个端头分别为圆柱式结构的一体，也可分体对接；燃烧活塞环和流体活塞环分别在活塞下室和活塞上室中套制于双头活塞上，用于保持双头活塞与缸体间的密封。

3、根据权利要求1所述的液压式内燃发动机，其特征在于将若干个主机按均分角度排列成圆周结构组装即构成多缸液压式内燃发动机，其附加装置可采用同一系统。