FR2538043A1

FR2538043A1 - Hydraulic generator with free floating piston heat engines

Info

Publication number: FR2538043A1
Application number: FR8221613A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1984-06-22

Abstract

The invention relates to the production of a high pressure hydraulic generator comprising a hydraulic pump with double acting piston 2 directly operated without intermediate rotary movement by two heat engines 6, 8, 10, 12 and 5, 7, 9, 11 working in opposition on a two-stroke cycle and therefore not requiring return springs. The engines are started by delivering oil, stored under pressure in an accumulator 21, into the pump which becomes a hydraulic receiver until starting occurs. The object of the invention is to produce a hydraulic generator of high specific power output and thermal efficiency, with very simple machining and less wear in comparison to present hydraulic units which it can advantageously replace in public works appliances and in vehicles with hydrostatic transmission.

Description

La présente invention concerne la réalisation d'un générateur hydraulique à haute pression constitué par une pompe à piston à double effet actionné directement sans passer par le mouvement rotatif, par deux moteurs thermiques opposés, fonctionnant suivant un cycle à deux temps, et de ce fait ne nécessitant pas de ressort de rappel. L'énergie hydraulique fournie par ce générateur alimente un accumulateur hydraulique en même temps que les différents récepteurs et l'huile sous pression stockée dans l'accumulateur est utilisée pour le lancement du moteur en l'envoyant en sens inverse dans la pompe hydraulique qui fonctionne alors comme démarreur. The present invention relates to the production of a high pressure hydraulic generator constituted by a double-acting piston pump actuated directly without going through the rotary movement, by two opposite heat engines, operating according to a two-stroke cycle, and therefore not requiring a return spring. The hydraulic energy supplied by this generator feeds a hydraulic accumulator at the same time as the various receivers and the pressurized oil stored in the accumulator is used to start the engine by sending it in reverse in the hydraulic pump which operates then as a starter.

A l'heure actuelle l'huile sous pression utilisée dans les engins de travaux publics ou dans les véhicules à transmission hydrostatiq pour se déplacer ou pour déplacer un bras mécanique, est obtenue à partir de groupes hydrauliques, constitués d'un moteur à combustion interne conventionnel fonctionnant en diesel ou à explosion, associé à une pompe hydraulique. Ces groupes hydrauliques sont de réalisation coûteuse du fait de l'usinage séparé du moteur et de la pompe de de plus ils ont le rendemen thermique et la puissance massique résultant de l'association d'un moteur conventionnel avec une pompe hydraulique et qui sont bien entendu inférieu à ce qu'on peut attendre d'un groupe intégré tel que nous le proposons. At present the pressurized oil used in public works vehicles or in vehicles with hydrostatic transmission to move or to move a mechanical arm, is obtained from hydraulic groups, consisting of an internal combustion engine conventional running on diesel or explosion, associated with a hydraulic pump. These hydraulic groups are costly to manufacture due to the separate machining of the motor and the pump, in addition they have the thermal efficiency and the mass power resulting from the association of a conventional motor with a hydraulic pump and which are well understood to be inferior to what can be expected from an integrated group as we propose it.

La présente invention a pour objet de permettre la réalisation d'un générateur hydraulique intégré de puissance massique et de rendement thermique élevés, avec une grande simplicité d'usinage et une usure moindr en comparaison aux groupes hydrauliques actuels. L'assemblage en parallèle facilement réalisable de tels générateurs hydrauliques standardisés permet de concevoir des moteurs de puissance croissante qui pourraient continuer à marcher à puissance réduite, par arrêt volontaire ou en cas de panne, d' ou de plusieurs éléments.Ces générateurs hydrauliques intégrés pourraient donc remplacer les groupes hydrauliques actuels équipant les engins de travaux publics et à terme, permettre le développement de l'utilisation de la transmission hydrostatique sur les véhicules automobiles en meme temps qugil permettrait la récupération, au molns partielle, de l'énergie cinétique lors du freinage de ces memes véhicules. The object of the present invention is to enable the production of an integrated hydraulic generator with high power and thermal efficiency, with great simplicity of machining and less wear compared to current hydraulic power packs. The easily achievable parallel assembly of such standardized hydraulic generators makes it possible to design motors of increasing power which could continue to operate at reduced power, by voluntary stopping or in the event of failure, of one or more elements. These integrated hydraulic generators could therefore replace the current hydraulic units equipping public works vehicles and in the long term, allow the development of the use of hydrostatic transmission on motor vehicles at the same time as it would allow the recovery, at least partially, of kinetic energy during braking of these same vehicles.

La figure 1 représente le schéma d'ensemble du générateur hydraulique objet de la présente invention La figure 2 est la coupe bb de la figure 1 et représente la disposition des lumières d'admission des moteurs thermiques. Figure 1 shows the overall diagram of the hydraulic generator object of the present invention Figure 2 is the section bb of Figure 1 and shows the arrangement of the intake lights of heat engines.

La figure 3 est la coupe cc de la figure 1, et représente la disposition des lumières d'échappement des moteurs thermiques. Figure 3 is the cc section of Figure 1, and shows the arrangement of the exhaust lights of the heat engines.

La figure 4 est la coupe aa de la figure 1 représentant les logements destinés à recevoir les injecteurs ainsi que les directions d'injection, lors du fonctionnement en diesel. Figure 4 is section aa of Figure 1 showing the housing for receiving the injectors and the injection directions, when operating in diesel.

Sur la figure 1 on a montré le schéma d'ensemble du générateur qui se compose d'un cylindre hydraulique B dans lequel se meut linéairement et alternativement un piston hydraulique 2 solidaire de deux tiges 3 et 4 situées axialement de part et d'autre du piston hydraulique. Chacune de ces tiges est reliée à son autre extrémité au piston-moteur 5 et G d'un des deux moteurs thermiques A et B équipant le générateur hydraulique.~
Les pistons moteurs se meuvent alternativement dans les cylindres-moteurs 7 et 8 avec une course égale à celle du piston hydraulique.Les cylindresmoteurs sont fermés à l'une de leur extrémité par deux culasses 9 et 10 et sont reliés de l'autre au cylindre hydraulique par deux pièces intermédiaires identiques li et 12 dans lesquelles les différents cylindres viennent stemmancher. In Figure 1 we have shown the overall diagram of the generator which consists of a hydraulic cylinder B in which moves linearly and alternately a hydraulic piston 2 secured to two rods 3 and 4 located axially on either side of the hydraulic piston. Each of these rods is connected at its other end to the piston-engine 5 and G of one of the two heat engines A and B fitted to the hydraulic generator. ~
The engine pistons move alternately in the engine cylinders 7 and 8 with a stroke equal to that of the hydraulic piston. The engine cylinders are closed at one end by two cylinder heads 9 and 10 and are connected to the other cylinder hydraulic by two identical intermediate parts li and 12 in which the different cylinders come stemmancher.

Par ailleurs les cylindres moteurs sont pourvus de rainures 23 et 24 à l'extrémité qui vient s'emboiter dans les pièces intermédiaires. Furthermore, the engine cylinders are provided with grooves 23 and 24 at the end which fits into the intermediate parts.

Ces rainures jouant le rôle de lumière d'admission servent à laisser passer l'air de la chambre de précompression 15 et lG à la chambre de combustion lorsque les pistons-moteurs arrivent au point mort-bas. La figure 2 représente la coupe bb de la figure 1 mettant en évidence la disposition de ces rainures. Les pièces intermédiaires comportent en plus chacune deux orifices, l'un 13 et 14 servant à l'admission de l'air frais dans la chambre de précompression 15 et 16, l'autre 17 et 18 servant à l'alimentation et au refoulement de l'huile de la pompe hydraulique.These grooves playing the role of intake light serve to let air pass from the precompression chamber 15 and lG to the combustion chamber when the engine pistons come to neutral. 2 shows the section bb of Figure 1 showing the arrangement of these grooves. The intermediate pieces each further have two orifices, one 13 and 14 serving for the admission of fresh air into the precompression chamber 15 and 16, the other 17 and 18 serving for the supply and discharge of hydraulic pump oil.

Par ailleurs ces pièces intermédiaires comportent chacune un logement destiné à recevoir une tige de commande pour actionner soit la pompe à injection 19, soit un rupteur 20 suivant le mode de fonctionnement désiré des moteurs thermiques en "diesel" ou en "moteur à explosion". Furthermore, these intermediate parts each include a housing intended to receive a control rod for actuating either the injection pump 19 or a switch 20 according to the desired operating mode of the thermal engines in "diesel" or in "internal combustion engine".

Les pistons-moteurs sont reliés aux tiges du piston hydraulique par une partie cylindrique 25-et 26 se terminant par une partie conique 27 et 28 servant de rampe pour actionner les tiges de commande des pompes à injection ou des rupteurs ainsi que l'électrovanne 22 lors du démarrage du moteur par l'intermédaire d'un circuit électronique. De l'autre côté ces pistons se prolongent par un cylindre creux 29 et 30 comportant des ouvertures 31 et 32 à son extrémité et coulissant au travers de la culass
La figure 3 représente la coupe cc de la figure 1 montrant les ouvertures 32 dans le cylindre 30. Ces ouvertures jouent le rôle de lumières d'échap pement lorsque le piston moteur se trouve au point mort-bas.Il faut rema quer que les parties cylindriques 29 et 30 situées du côté des chambres d combustion par rapport aux pistons-moteurs 5 et 6 ont un diamètre supérie aux parties cylindriques 25 et 26 situées du côté des chambres de précompression ; de ce fait le volume des chambres de précompression est plus grand que celui des chambres de combustion, ce qui permet un taux de remplissage maximum des chambres de combustion.The piston-engines are connected to the rods of the hydraulic piston by a cylindrical part 25 and 26 ending in a conical part 27 and 28 serving as a ramp for actuating the control rods of the injection pumps or of the switches as well as the solenoid valve 22 when starting the engine through an electronic circuit. On the other side these pistons are extended by a hollow cylinder 29 and 30 having openings 31 and 32 at its end and sliding through the cylinder head
FIG. 3 represents the section cc of FIG. 1 showing the openings 32 in the cylinder 30. These openings act as escape lights when the engine piston is in neutral. It must be noted that the parts cylindrical 29 and 30 located on the side of the combustion chambers with respect to the engine pistons 5 and 6 have a diameter greater than the cylindrical parts 25 and 26 located on the side of the precompression chambers; therefore the volume of the precompression chambers is greater than that of the combustion chambers, which allows a maximum filling rate of the combustion chambers.

Pour le fonctionnement en diesel, chaque cylindre moteur est équipé de deux injecteurs 33 diamétralement opposés et injectant le carbu rant suivant des directions radiales désaxées représentées sur la figure de façon à obtenir un effet tourbillonnaire améliorant le mélange de l'air et du carburant. Pour le fonctionnement en moteur à explosion, chaq culasse est équipée de deux bougies 34 diamétralement opposées. For diesel operation, each engine cylinder is equipped with two diametrically opposed injectors 33 and injecting the fuel in offset axial directions shown in the figure so as to obtain a vortex effect improving the mixture of air and fuel. For operation as an internal combustion engine, each cylinder head is fitted with two diametrically opposite spark plugs 34.

La pompe hydraulique est alimentée par un circuit d'huile constitué d'une part par un bac hydraulique "à la pression atmosphérique" 36 relié au cylindr e hydraulique par une tubulure d'alimentation équipée de clapets anti-retour et d'autre part par un circuit d'huile "haute pressio constitué par un accumulateur hydraulique 21 relié au cylindre par une tubulure haute pression équipée également de clapets anti-retour empêchas l'huile sous pression de retourner dans la pompe. The hydraulic pump is supplied by an oil circuit consisting on the one hand by a hydraulic tank "at atmospheric pressure" 36 connected to the hydraulic cylinder by a supply pipe equipped with non-return valves and on the other hand by a "high pressure" oil circuit constituted by a hydraulic accumulator 21 connected to the cylinder by a high pressure tube also equipped with non-return valves prevents the pressurized oil from returning to the pump.

Une autre tubulure "haute pression" relie l'accumulateur au circuit d'utilisation 37 à travers un limiteur de pression 38 chargé de maintenir une pression minimale dans l'accumulateur de façon à pouvoir redémarrer le moteur. Another "high pressure" tubing connects the accumulator to the operating circuit 37 through a pressure limiter 38 responsible for maintaining a minimum pressure in the accumulator so as to be able to restart the engine.

Pour démarrer le moteur, l'équipage mobile étant dans la positi définie par la figure l, on envoie de l'huile sous pression à partir de l'accumulateur sur le côté gauche du piston hydraulique en même temps qu' relie le côté droit au bac à la "pression atmosphérique" à l'aide de l'él trovanne à 4 voies 22. Ceci a pour. effet de lancer l'équipage mobile de 1 gauche vers la droite.Au cours du déplacement, l'air situé dans la chambre de combustion du moteur A est comprimé, dès la fermeture des lumières d'échappement ; en même temps la chambre de précompression 15 du moteur A augmente son volume et se met en dépression jusqu'au moment où la partie cylindrique du piston A quitte son logement dans la pièce intermédiaire en ouvrant l'admission de l'air frais qui remplit alors la chambre de précompression 15, simultanément la chambre de précompression du moteur B se ferme à partir du moment où la partie cylindrique du piston moteur B 26 rentre dans son logement 35 de la pièce intermédiaire 12. L'air est ensuite comprimé dans la chambre de précompression et lorsque le cylindre B arrive au voisinage du point mort bas il découvre les rainures servant de lumières d'admission ainsi que les ouvertures servant de lumières d'échappement.L'air précomprimé passe alors dans la chambre de combustion du moteur B en chassant par balayage à équicourant le restant des gaz brûlés au travers des lumières d'échappement 32. To start the engine, the moving part being in the position defined by FIG. 1, oil is sent under pressure from the accumulator on the left side of the hydraulic piston at the same time as it connects the right side to tank at "atmospheric pressure" using the 4-way solenoid valve 22. This is for. effect of throwing the moving part from 1 left to the right. During movement, the air located in the combustion chamber of engine A is compressed, as soon as the exhaust lights close; at the same time the precompression chamber 15 of the engine A increases its volume and becomes depressed until the cylindrical part of the piston A leaves its housing in the intermediate part by opening the intake of fresh air which then fills the precompression chamber 15, simultaneously the precompression chamber of the engine B closes as soon as the cylindrical part of the engine piston B 26 enters its housing 35 of the intermediate piece 12. The air is then compressed in the precompression and when cylinder B arrives near the bottom dead center it discovers the grooves serving as intake lights as well as the openings serving exhaust lights. The precompressed air then passes into the combustion chamber of engine B while driving by flushing the remainder of the burnt gases through the exhaust ports 32.

Vers la fin de cette translation la rampe conique du piston moteur B actionne la tige de commande de la rampe de la pompe à injection ou du rupteur du moteur A ce qui entraine l'allumage dans le cylindre A dont le piston-moteur est alors au voisinage du point mort-haut. La détente des gaz repousse alors l'équipage mobile de la droite vers la gauche, en comprimant l'air dans la chambre de précompression du moteur
A et dans la chambre de combustion du moteur B et en remplissant la chambre de précompression du moteur B avec de l'air frais. En même temps le piston hydraulique repousse l'huile située du côté B du piston hydraulique dans le circuit haute pression. L'allumage se produit alors dans le cylindre B, renvoyant l'équipage mobile en sens inverse pour un nouveau cycle etc...Towards the end of this translation, the conical ramp of the engine piston B actuates the control rod of the ramp of the injection pump or of the engine breaker A which causes the ignition in the cylinder A, the engine piston of which is then at near top dead center. The expansion of the gases then pushes the moving assembly from right to left, compressing the air in the precompression chamber of the engine
A and in the combustion chamber of engine B and by filling the precompression chamber of engine B with fresh air. At the same time the hydraulic piston pushes the oil located on side B of the hydraulic piston into the high pressure circuit. Ignition then occurs in cylinder B, sending the moving part back in the opposite direction for a new cycle, etc.

Il faut noter que les tiges de commande des pompes à injection ou des rupteurs, ont pour rôle supplémentaire lors du démarrage du moteur de déterminer par l'intermédiaire d'un petit circuit électronique le sens de lancement du moteur en inversant automatiquement les positions de "travail" de l'électrovanne jusqu'au démarrage du moteur et d'arrêter les cycles de lancement dès que le moteur a démarré en ramenant la commande de l'électrovanne à la position "repos". It should be noted that the control rods of the injection pumps or the breakers, have the additional role when starting the engine to determine by means of a small electronic circuit the direction of launching of the engine by automatically reversing the positions of " work "of the solenoid valve until the engine starts and stop the starting cycles as soon as the engine has started by returning the solenoid valve control to the" rest "position.

Claims

1. High-pressure hydraulic generator constituted by a double-acting piston pump actuated directly without going through the rotary movement, by two heat engines working in opposition following a two-stroke cycle and therefore not requiring a return spring, characterized in that each driving piston 5 and 6 is extended on both sides by two cylindrical parts; the cylindrical part of the side of the combustion chamber 29 and 30 having a diameter greater than the other 25 and 26, the swept volume of the precompression chambers is greater than that of the combustion chambers, which allows a maximum filling rate combustion chambers.

2. Generator according to claims 1 and 2 characterized in that the scavenging of the burnt gases in the combustion chambers is done at an equal current, without inlet or exhaust valve, when the respective pistons, in the bottom dead center position, discover successively the exhaust ports 31 and 32 and the corresponding intake 23 and 24, allowing the compressed air in the precompression chambers 15 and 16 to pass into the combustion chambers by expelling the gases burned by the exhaust ports .

3. Generator according to claims 1 to 3 taken as a whole characterized in that the end of each piston-engine 5 and s comprises on the side of the precompression chamber, after a cylindrical part 25 and 26, a conical part 27 and 28 serving ramp to actuate a rod controlling the injection pumps 19 or the switches 20 depending on the operating mode, as well as the solenoid valve 22 when starting the engine via an electronic circuit.

4. Generator according to claims l to 4 taken as a whole, characterized in that, in the case of diesel operation, the injection of fuel into each combustion chamber is done by two injectors 33 located on the engine cylinders 7 and 8 diametrically opposite and injecting the fuel in offset directions, so as to obtain a swirling effect improving the quality of the mixture.

5. Generator according to claims 1 to 5 taken as a whole characterized in that the engine is started hydraulically by sending oil previously compressed in a hydraulic accumulator 21 via a 4-way solenoid valve 22 controlled by an electronic circuit, alternately on both sides 17 and 18 of the piston 22 of the pump which becomes a hydraulic receiver until the engine starts