CN2781011Y - 直线内燃式流体泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种将由燃料燃烧产生的热能转换成流体压力能并连续输出的直线内燃式流体泵，主要包括内空式装置壳体、第一工作室、第二工作室、第三工作室和活塞—柱塞组件，活塞－柱塞组件在汽缸体和柱塞缸体中往复运动，活塞－柱塞组件下端与连杆相连并与曲轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；活塞－柱塞组件与连杆、曲柄－飞轮组件组成直线与旋转运动状态转换的曲轴滑块机构，单向流体进口阀与第二工作室相通，单向压力输出的流体出口阀作为流体压力能的输出机构，本实用新型结构新颖，原理可靠，可实现连续输出流体压力能。

Description

直线内燃式流体泵

技术领域：

本实用新型涉及一种能量状态的转换装置，具体地说是一种直接利用内燃机活塞的往复运动，由热能转换成流体压力能并输出的直线内燃式流体泵。

技术背景：

对于水泵、油泵及空气压缩机，通常由内燃发动机驱动。传统的方法是，首先通过活塞式内燃发动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，而后将旋转机械动力经过若干中间环节如联轴器、皮带传动等，进行机械动力参数的变换，继而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。

上述能量组合系统虽然可以实现将热能转换输出为流体压力能，但是由于系统中两套曲柄连杆机构的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、柱塞与缸壁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，系统运转的不均匀度大；最为严重的是由于系统能量转换、传递路线长，经过两套曲柄连杆机构、多个中间传递环节，造成了转换传递效率低，能量浪费严重，系统复杂、笨重，生产成本与运行成本高、污染严重等问题。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服上述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、笨重，机件间磨损严重、受力强度大，系统运转不均匀度大等突出缺点，寻求设计一种直接利用内燃机活塞的往复运动将热能转换成流体压力能并输出的直线内燃式流体泵。本装置原理简单、高效、使用方便，机件间磨损轻、受力强度小，系统运转不均匀度小，并大大简化设备结构，缩小设备体积，节约原材料，减少污染环节等。

本装置的主体结构包括下列部件：第一工作室、第二工作室、第三工作室、曲轴箱体、气门挺杆、凸轮、正时大齿轮、流体进口阀、正时小齿轮、曲轴-飞轮组件、连杆、通气孔、滑块、联接杆、柱塞缸体、汽缸体、接油盘、联接板、活塞、气缸盖、活塞-柱塞组件、柱塞组件、密封圈、流体出口阀、曲轴箱盖，其中，曲轴箱体、曲轴箱盖、柱塞缸体、汽缸体与汽缸盖固连组成固定不动的内空式装置壳体；汽缸盖、汽缸体、活塞组成第一工作室；柱塞缸体、柱塞组件、流体进口阀、流体出口阀组成第二工作室；滑块、连杆、曲轴-飞轮组件、曲轴箱体组成第三工作室；活塞、柱塞组件、滑块通过联接杆、联接板连接成活塞-柱塞组件；活塞-柱塞组件在汽缸体和柱塞缸体中可以往复运动，活塞-柱塞组件下端与连杆相连并与曲轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；活塞-柱塞组件与连杆、曲柄-飞轮组件组成直线与旋转运动状态转换的曲轴滑块机构。活塞-柱塞组件是本发明的核心技术，承担着直线机械能分流与向流体压力能转换的功能，活塞-柱塞组件制于主体壳体内中上部空间，并可上下滑动，活塞下部固连联接杆与联接板，联接板圆周方向均匀分布制有多根柱塞组件，跟随联接杆同步上下运动，构成柱塞泵结构，柱塞组件的运动使第二工作室中流体按柱塞泵原理形成高压流体并经流体出口阀输出流体压力能；在装置主体内的第二工作室一侧壳体上制有单向流体进口阀与第二工作室相通，另一侧制有单向压力输出的流体出口阀作为流体压力能的输出机构；活塞-柱塞组件的联接杆下端通过滑块、连杆与曲轴-飞轮组件配合组成机械能状态转换机构，使分流后传递到第三工作室的机械能转换为旋转机械能。柱塞组件的数量及其直径根据具体要求确定，柱塞孔均匀分布在柱塞缸体上，与柱塞配合工作。

第一工作室即燃烧室由汽缸盖、汽缸体、活塞组成，通过一个工作循环即进气、压缩、燃烧与膨胀、排气四个过程，活塞运动两个或四个行程，实现一次热能向直线机械能的转换。活塞运动两个行程实现一次能量转换的称为二冲程直线内燃式流体泵，活塞运动四个行程实现一次能量转换的称为四冲程直线内燃式流体泵，二冲程、四冲程直线内燃式流体泵第一工作室的组成及工作机理与传统二冲程、四冲程内燃发动机燃烧室类似，但由于去除了传统内燃发动机中连杆摆动引起的侧向力，活塞、活塞环与汽缸壁间的摩擦情况及机械效率大为好转。

第二工作室即机械能量分流与流体压力工作室由柱塞缸体、柱塞组件、流体进口阀、流体出口阀组成，通过一个工作循环即吸入流体、压出流体等过程，柱塞组件往复运动两个行程，实现直线机械能的分流及分流直线机械能向流体压力(液压、气压)能的转换与输出。

第三工作室即辅助工作室由滑块、连杆、曲柄、飞轮、曲轴箱组成，通过曲轴连杆机构实现直线机械能与旋转机械能的相互转换，保证活塞-柱塞组件的连续往复运动，承担系统定时及辅助系统驱动工作。

活塞-柱塞组件由活塞、柱塞组件、联接板通过联接杆联接而成。活塞-柱塞组件是第一工作室、第二工作室的组成部分，通过该组件实现热能向机械能和流体压力能的转换及分流。

辅助系统包括配气、燃料供给、润滑、冷却、启动(点火)、稳压及控制等系统，用于辅助、保证主机系统的工作，对外提供有效、适用的功率流。其结构组成及工作机理与传统内燃机辅助系统类同。

汽缸盖、汽缸体、柱塞缸体和曲轴箱组成装置的主体固定不动；活塞-柱塞组件在缸体中可以往复运动，活塞-柱塞组件下端与连杆相连，并与曲轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；活塞-柱塞组件与连杆、曲轴、飞轮组成一个可以转换直线与旋转运动并稳定运动速度的曲轴滑块机构；工作室与活塞-柱塞组件数量、柱塞数量及柱塞缸体结构形式可根据具体要求确定。

该装置主要技术特征在于一是将传统活塞式内燃机与流体柱塞泵技术集成，变传统内燃机机械动力输出为流体压力输出；二是直接利用内燃机活塞的往复机械动力及缸内动力分流技术，此技术不仅能够实现动力的分流，而且第二工作室的流体压力直接作用于活塞-柱塞组件，与高压燃气的大部分压力抵消，曲轴连杆机构只承担维持装置正常运转能量的传递与转换工作，受力强度大大减弱，这样，一方面大大减小了曲轴、连杆与各轴承之间的摩擦损耗，另一方面使整个曲轴连杆机构变的小型轻量，同时大幅度降低了系统的运转不均匀度，另外由于连杆摆动给活塞造成的侧向力转移到活塞-柱塞组件下端与曲轴箱体构成的移动副即滑动轴承上，从而大幅度减少了活塞与汽缸套间的磨损和功率消耗；三是第二工作室利用活塞-柱塞组件的往复运动直接将活塞-柱塞组件的绝大部分机械能量转换为流体压力能量，减掉了传统能量组合动力传动系统中的两套曲轴连杆机构及所有中间环节，消除了由此带来的一切问题；四是可根据工作性质及结构不同，该装置分为二冲程、四冲程、单缸、多缸等多种形式，燃料可为流体燃料如柴油、汽油等，亦可为气体燃料如天然气、煤制气、液化气等，根据需要可产生多种变型装置。

附图说明：

图1和图2分别为本实用新型的主体正面与侧面的结构原理组合示意图。

图3为本实用新型作为液压动力源使用的液压动力系统结构原理示意图。

图4为本实用新型作为内燃柱塞式水泵使用的城市建筑给水系统结构原理示意图。

具体实施方式：

本装置主体结构的部件包括：第一工作室1、第二工作室2、第三工作室3、曲轴箱体4、气门挺杆5、凸轮6、正时大齿轮7、流体进口阀8、正时小齿轮9、曲轴-飞轮组件10、连杆11、通气孔12、滑块13、联接杆14、柱塞缸体15、汽缸体16、接油盘17、联接板18、活塞19、汽缸盖20、活塞-柱塞组件21、柱塞组件22、密封圈23、流体出口阀24、曲轴箱盖25。曲轴箱体4、曲轴箱盖25、柱塞缸体15、汽缸体16及汽缸盖20组成装置的主体固定不动；汽缸盖20、汽缸体16、活塞19组成第一工作室1；柱塞缸体15、柱塞组件22、流体进口阀8、流体出口阀24组成第二工作室2；滑块13、连杆11、曲轴-飞轮组件10、曲轴箱体4组成第三工作室3；活塞19、柱塞组件22及滑块13通过联接杆14、联接板18联接组成活塞-柱塞组件21；活塞-柱塞组件21在汽缸体16及柱塞缸体15中可以往复运动，活塞-柱塞组件21下端与连杆11相连，并与曲轴箱体4构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；活塞-柱塞组件21与连杆11、曲轴-飞轮组件10组成一个可以转换直线与旋转运动的曲轴滑块机构。三个工作室与活塞-柱塞组件21的数量、柱塞组件22的柱塞数量及柱塞缸体15的结构形式、结构尺寸可根据具体设计要求确定。辅助系统包括配气、燃料供给、润滑、冷却、启动(点火)、稳压及控制系统，按常规工艺技术方法配置而成。活塞19运动二个或四个行程实现一次热能向机械能的转换，分别形成二冲程或四冲程直线内燃式流体泵。

对于二冲程直线内燃式流体泵，第一行程，第一工作室1进行燃烧膨胀(做功)、换气过程，将热能转换为直线机械能，向活塞-柱塞组件21提供直线机械运动能量；活塞-柱塞组件21在直线运动能量作用下由上止点向下止点移动；第二工作室2首先进行直线机械能的分流，将活塞-柱塞组件21的直线机械能分为两路，第一路即直线机械能的绝大部分作为第二工作室2工作的能量，第二路即直线机械能的一小部分作为向第三工作室3传递的能量，然后一方面通过活塞-柱塞组件21实现第二路分流直线机械能量向第三工作室3的传递，另一方面通过柱塞缸体15、柱塞组件22、流体进口阀8、流体出口阀24，并依据柱塞泵工作原理实现第一路分流直线机械能量向流体压力能的转换，完成高压流体的压出工作，此时流体进口阀8关闭，流体出口阀24开启；第三工作室3将活塞-柱塞组件21的分流直线运动转换为曲轴-飞轮组件10的旋转运动，并将该路的分流机械能量作为本装置维持正常运转的能量，进行辅助系统的驱动工作。第二行程，第三工作室3首先将曲轴-飞轮组件10的旋转运动转换为活塞-柱塞组件21的直线运动，向活塞-柱塞组件21提供惯性直线机械能量，同时持续进行辅助系统的驱动工作；活塞-柱塞组件21在惯性直线机械能量作用下由下止点向上止点移动；第二工作室2首先进行惯性直线机械能的分流，将活塞-柱塞组件21的惯性直线机械能分为两路，第一路作为第二工作室2工作的能量，第二路作为向第一工作室1传递的能量，然后一方面通过活塞-柱塞组件21实现第二路分流直线机械能量向第一工作室1的传递，另一方面通过柱塞缸体15、柱塞组件22、流体进口阀8、流体出口阀24，并依据柱塞泵工作原理实现第一路分流直线机械能量向流体压力能的转换，完成低压流体的吸入工作，此时流体进口阀8开启，流体出口阀24关闭；第一工作室1在分流惯性直线机械能量作用下进行换气、压缩过程，为下一循环的燃烧膨胀(做功)做准备。这样就实现了二冲程直线内燃式流体泵一个完整的热能向流体压力能转换并输出的循环，如此周而复始。

对于四冲程直线内燃式流体泵，第一行程，第一工作室1进行燃烧膨胀(做功)过程，将热能转换为直线机械能，向活塞-柱塞组件21提供直线机械能量；活塞-柱塞组件21、第二工作室2、第三工作室3工作过程与二冲程直线内燃式流体泵第一行程相同。第二行程，活塞-柱塞组件21、第二工作室2、第三工作室3工作过程与二冲程直线内燃式流体泵第二行程相同，第一工作室1在分流机械能量作用下进行排气过程。第三行程，第三工作室3将曲轴-飞轮组件10的旋转运动转换为活塞-柱塞组件21的直线运动，向活塞-柱塞组件21提供惯性直线机械运动能量，同时持续进行辅助系统的驱动工作；活塞-柱塞组件21在惯性直线机械能作用下由上止点向下止点移动；第二工作室2首先进行惯性直线机械能的分流，将活塞-柱塞组件21的惯性直线机械能分为两路，第一路作为第二工作室2工作的能量，第二路作为向第一工作室1传递的能量，然后一方面通过活塞-柱塞组件21实现第二路分流直线机械能量向第一工作室1的传递，另一方面通过柱塞缸体15、柱塞组件22、流体进口阀8、流体出口阀24等，依据柱塞泵工作原理实现第一路分流直线机械能向流体压力能的转换，完成高压流体的压出工作，此时流体进口阀8关闭，流体出口阀24开启；第一工作室1在分流惯性直线机械能量作用下进行吸气过程。第四行程，活塞-柱塞组件21、第二工作室2、第三工作室3工作过程与第二行程相同，第一工作室1在分流直线机械能量作用下进行压缩过程，为下一循环的燃烧膨胀(做功)做准备。这样就实现了四冲程直线内燃式流体泵一个完整的热能向流体压力能转换并输出的循环，如此周而复始。

实施例1：本装置作为液压动力源使用的液压动力系统。

在本实用新型的能量转换装置主体结构26上，采用常规技术方法配装燃料供给系统27、冷却系统28、润滑系统29、点火(启动)系统30，将流量控制阀32、溢流阀33输入端并接于流体出口阀24的输出端，液压缸34、流量控制阀32按要求与方向控制阀35连通，溢流阀33、方向控制阀35的回油口及流体进口阀8的输入端与油箱31连通，形成本实施例。

实施例2：本装置作为内燃柱塞式水泵使用的城市建筑给水系统。

在本实用新型涉及的能量转换装置主体结构26上，采用常规技术方法配装燃料供给系统27、冷却系统28、润滑系统29、点火(启动)系统30，按现有技术工艺将流体进口阀8的输入端与低位储水器36、进水开关阀37、水滤器38等相连接，将流体出口阀24的输出端与限压安全阀39、高位储水器40、用户开关总阀41、用户开关分阀42相连接，在系统中加装水位传感器43及控制柜44构成高效能城市建筑给水系统，可提供稳定、适用的水压流。

Claims (3)

1、一种直线内燃式流体泵，其特征在于曲轴箱体、曲轴箱盖、柱塞缸体、汽缸体与汽缸盖固连组成固定不动的内空式装置壳体；汽缸盖、汽缸体、活塞组成第一工作室；柱塞缸体、柱塞组件、流体进口阀、流体出口阀组成第二工作室；滑块、连杆、曲轴-飞轮组件、曲轴箱体组成第三工作室；活塞、柱塞组件、滑块通过联接杆、联接板连接成活塞-柱塞组件；活塞-柱塞组件在汽缸体和柱塞缸体中往复运动，活塞-柱塞组件下端与连杆相连并与曲轴箱体构成移动副，形成滑动轴承支撑方式；活塞-柱塞组件与连杆、曲柄-飞轮组件组成直线与旋转运动状态转换的曲轴滑块机构。

2、根据权利要求1所述的直线内燃式流体泵，其特征在于制于主体壳体内中上部空间的活塞-柱塞组件可上下滑动，活塞下部固连联接杆与联接板，联接板圆周方向均匀分布制有多根柱塞组件，跟随联接杆同步上下运动，构成柱塞泵结构。

3、根据权利要求1所述的直线内燃式流体泵，其特征在于第二工作室一侧壳体上制有单向流体进口阀与第二工作室相通，另一侧制有单向压力输出的流体出口阀作为流体压力能的输出机构。

Images