專利名稱：液控對置活塞式發(fā)動機的制作方法
專利說明本發(fā)明涉及一種發(fā)動機，具體的說，涉及一種液壓控制移動對置活塞式發(fā)動機。
背景技術：
現有常規(guī)發(fā)動機是依靠曲軸、活塞、連桿、凸輪配氣機構來完成發(fā)動機工作過程， 現已非常完善，但達到一定工作狀況，如大缸徑，長行程，高增壓大功率，壓縮比可調，節(jié)能環(huán)保等技術指標就會受到各方面限制。在此領域，人們做了各方面的嘗試，其中包括著名的三角活塞轉子發(fā)動機，但因其特殊的曲線造成生產及維護的困難，尤其密封也沒從根本性的解決。所以至今也沒大面積推廣。能否簡化發(fā)動機結構如取消曲軸、連桿等，又能保證發(fā)動機可靠工作呢？這其中就包括始于上世紀20-30年代開始研究，并于50-60年代工業(yè)化生產的，自由活塞發(fā)氣機/ 壓氣機。根據自身優(yōu)劣特征逐漸發(fā)展到1980-2000年研制的液壓自由活塞發(fā)動機。有關這方面報道《液壓自由活塞發(fā)動機的發(fā)展歷程及研究狀況》楊華勇等著機械工程學報第37卷第2期2001年2月；《特種發(fā)動機原理與結構》朱仙鼎1998年版；自由活塞液壓發(fā)動機等有比較詳細、系統(tǒng)的論述。將內燃機液控化將帶來如下特征，承載功率大，振動小，活塞的制作非常簡單，運動狀況好(沒有側壓力)壓縮比方便自動調整等，但同時我們也看到不管是那種形式的自由活塞液壓發(fā)動機控制系統(tǒng)特別復雜。都需靠電磁閥、油泵、油馬達、感應器等控制活塞運行。但發(fā)動機轉數從幾百至上千轉，用這種方式，可靠性存在問題，同時大大影響傳動效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、性能穩(wěn)定可靠、傳動效率高的液控對置活塞式發(fā)動機。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的液控對置活塞式發(fā)動機，包括配氣裝置、噴油點火裝置和曲軸連桿機構，設有一組單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組，所述的單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組的結構是氣缸的左端設有左側油缸，左側移動活塞設在所述的左側油缸和所述的氣缸內，所述的左側移動活塞的側壁與所述的左側油缸之間形成有左側回油腔，所述的左側移動活塞的底部與所述的左側油缸之間形成有左側壓力油腔，所述的氣缸的右端設有右側油缸，右側移動活塞設在所述的右側油缸和所述的氣缸內，所述的右側移動活塞的側壁與所述的右側油缸之間形成有右側回油腔，所述的右側移動活塞的底部與所述的右側油缸之間形成有右側壓力油腔，所述的左側移動活塞和右側移動活塞作反向同步運動，所述的配氣裝置、噴油點火裝置設在所述的氣缸上，所述的曲軸連桿機構與第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置的活塞桿傳動連接，所述的第一雙容積往復轉換裝置的一個容積與所述的左側壓力油腔連接，另一個容積與所述的左側回油腔連接， 所述的第二雙容積往復轉換裝置的一個容積與所述的右側壓力油腔連接，另一個容積與所述的右側回油腔連接
液壓泵的出口分別連接第一單向閥和第二單向閥的進口，所述的第一單向閥的出口與所述的左側回油腔連接，所述的第二單向閥的出口與所述的右側回油腔連接。所述的配氣裝置的結構是所述的左側油缸的端部設有插入到所述的左側移動活塞的尾部內孔的左側柱塞，在所述的左側移動活塞的尾部內孔與所述的左側柱塞之間形成有左側掃氣室，在所述的左側柱塞的端部設有左側進氣閥和左側排氣閥，所述的右側油缸的端部設有插入到所述的右側移動活塞的尾部內孔的右側柱塞，在所述的右側移動活塞的尾部內孔與所述的右側柱塞之間形成有右側掃氣室，在所述的右側柱塞的端部設有右側進氣閥和右側排氣閥，所述的左側排氣閥和右側排氣閥連接有儲氣罐的進氣端，所述的儲氣罐的出氣端與所述的氣缸上的氣缸進氣口連接，所述的氣缸設有氣缸排氣口。所述的配氣裝置的結構是空氣壓縮機與所述的曲軸連桿機構傳動連接，所述的空氣壓縮機的出口與儲氣罐的進氣端連接，所述的儲氣罐的出氣端與所述的氣缸上的氣缸進氣口連接，所述的氣缸設有氣缸排氣口。第一蓄能器的一個油腔與所述的第一雙容積往復轉換裝置的一個油腔連通，所述的第一蓄能器的另一個油腔與所述的第一雙容積往復轉換裝置的另一個油腔連接，第二蓄能器的一個油腔與所述的第二雙容積往復轉換裝置的一個油腔連通，所述的第二蓄能器的另一個油腔與所述的第二雙容積往復轉換裝置的另一個油腔連接。同一所述的移動活塞的動力油腔和回油腔在所述的移動活塞的運動下止點設有旁通管。采用上述技術方案的液控對置活塞式發(fā)動機，氣缸具有一個氣缸燃燒室和二個活塞，二個活塞作反向同步運動，活塞能在其間內往復自由移動，氣缸部位形成氣缸燃燒室， 用于氣體膨脹做功，能量轉換。氣缸上開有進氣口和排氣口，用于氣體交換，中間設有噴油器(或火花塞)用于噴油或點火。在油缸部位形成回油腔和壓力油腔，回油腔與壓力油腔的共同作用是用于穩(wěn)定控制活塞運動及方向。壓力油腔另一作用則是將活塞受到的膨脹的氣體壓力變成液壓能并傳遞出去。活塞內孔頂部部位形成掃氣室，通過柱塞及柱塞上的內孔導入外部，在進氣單向閥，排氣單向閥的作用下，不斷將新鮮空氣吸入，以壓縮空氣形式排出，兩組排出壓縮空氣都進入儲氣罐，用于發(fā)動機交換氣體之用，實際上就相當于往復式空氣壓縮機，用于發(fā)動機供氣系統(tǒng)?？刂苹钊\動及完成整個發(fā)動機進氣-壓縮-膨脹做功-排氣，過程是由主軸及主軸上的附件完成。曲軸連桿機構上相關聯通過齒輪、飛輪連接啟動馬達構成起動組件，通過鏈輪 (同步帶)連接噴油泵，噴油器構成噴油點火裝置，通過水泵，散熱器構成散熱系統(tǒng)。這些與常規(guī)發(fā)動機具有相同的共性。曲軸連桿機構連接第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置。第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置接口分別對應油缸的壓力油腔，曲軸連桿機構旋轉，第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置左右兩容積變化，直接耦合到移動活塞上，引起兩組移動活塞分別相向或相反移動，完成進氣_壓縮-膨脹做功_排氣過程。反之移動活塞的相向，相反移動則通過壓力油腔作用到第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置上，這時第一雙容積往復轉換裝置和第二雙容積往復轉換裝置就相當一油馬達，轉化成曲軸連桿機構的圓周運動。本發(fā)明與現有自由活塞相比，對置活塞運動是可控，壓縮比在一定范圍內固定，從而保證發(fā)動機最佳工作狀況運轉。對置活塞運動速度相同，方向相反，動平衡性好，爆破膨脹產生的高頻振蕩可由液壓吸收。移動活塞等關鍵零件，一是零件數少，構造簡單，加工方便。動力傳輸液壓管路直連，不必經過閥，控制系統(tǒng)沒有電磁閥，感應器等復雜的控制單元， 穩(wěn)定可靠，發(fā)動機整體體積，尤其是高度大為降低。


圖1是本發(fā)明單缸對置的整體結構及原理圖示意圖。圖2是描述本發(fā)明一種工作狀況整體結構示意圖。圖3是本發(fā)明多缸對置式發(fā)動機整體結構示意圖。圖4是本發(fā)明雙缸及偶數級對置式發(fā)動機整體結構示意圖。圖5是本發(fā)明采用外置式空氣壓縮機配氣機構示意圖。圖6是本發(fā)明移動活塞后端為實體，前端配氣結構示意圖。圖7是本發(fā)明往復雙容積泵采用曲軸連桿機構結構示意圖。圖8是本發(fā)明往復式容積泵采用凸輪結構示意圖。圖9是本發(fā)明壓力油腔與回油腔之間添加蓄能器示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。參見圖1、圖2和圖7，曲軸連桿機構26傳動連接有起動組件27和噴油泵組件32， 設有一組第一單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組1，第一單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組1 的結構是氣缸8的左端設有左側油缸4，左側移動活塞5設在左側油缸4和氣缸8內，左側移動活塞5的側壁與左側油缸4之間形成有左側回油腔6，左側移動活塞5的底部與左側油缸4之間形成有左側壓力油腔3，氣缸8的右端設有右側油缸17，右側移動活塞16設在右側油缸17和氣缸8內，右側移動活塞16的側壁與右側油缸17之間形成有右側回油腔15， 右側移動活塞16的底部與右側油缸17之間形成有右側壓力油腔18，左側移動活塞5和右側移動活塞16作反向同步運動，配氣裝置、噴油點火裝置10設在氣缸8上，氣缸8形成有氣缸燃燒室12，同一移動活塞的動力油腔和回油腔在移動活塞的運動下止點設有旁通管， 曲軸連桿機構26與第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23的活塞桿傳動連接，第一雙容積往復轉換裝置28的一個容積與左側壓力油腔3連接，另一個容積與左側回油腔6連接，第二雙容積往復轉換裝置23的一個容積與右側壓力油腔18連接，另一個容積與右側回油腔15連接；左側油缸4的端部設有插入到左側移動活塞5的尾部內孔的左側柱塞2，在左側移動活塞5的尾部內孔與左側柱塞2之間形成有左側掃氣室7，在左側柱塞2的端部設有左側進氣閥31和左側排氣閥30，右側油缸17的端部設有插入到右側移動活塞16的尾部內孔的右側柱塞19，在右側移動活塞16的尾部內孔與右側柱塞19之間形成有右側掃氣室14，在右側柱塞19的端部設有右側進氣閥20和右側排氣閥21，左側排氣閥30和右側排氣閥21連接有儲氣罐11的進氣端，儲氣罐11的出氣端與氣缸8上的氣缸進氣口 13連接，氣缸8設有氣缸排氣口 9 ；液壓泵24的出口分別連接第一單向閥29和第二單向閥22的進口，第一單向閥29的出口與左側回油腔6連接，第二單向閥22的出口與右側回油腔15連接，液壓泵24的出口連接有溢流閥25。
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明參照圖1，旋轉曲軸連桿機構26關聯起動組件27，關聯噴油泵組件32，連動第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23。所有泵氣后的壓縮空氣由儲氣罐11收集；旋轉曲軸連桿機構26通過帶輪連動液壓泵24液壓油通過第二單向閥22、第一單向閥29分別導入左右油缸回油腔形成的管路內，旁通設有一溢流閥25。 參照圖7及圖1，第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23是由曲軸連桿機構組成的往復式雙容積泵，將泵分成上下兩容積油腔，兩容積泵油腔的油口分別對應對置活塞組件，動力油腔的接口，轉動曲軸連桿機構26，左右兩容積油腔的變化，則引起移動活塞的左右移動變化，反之，移動活塞的左右運動則引起曲軸連桿機構的旋轉運動。本發(fā)明的工作原理起動組件27起動，帶動曲軸連桿機構26旋轉，曲軸連桿機構 26旋轉帶動第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23運動，造成兩容積泵左右容積腔變化，兩容積泵的油口分別對應左右對置活塞組件油缸的壓力油腔的受油口。第二雙容積往復轉換裝置23油口對應右側壓力油腔18。第一雙容積往復轉換裝置28 油口對應左側壓力油腔3，第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23的容積變化直接耦合到兩組移動活塞移動。參見圖1 過程一，起動組件27起動，帶動曲軸連桿機構26旋轉，第一雙容積往復轉換裝置 28和第二雙容積往復轉換裝置23的活塞位置位可先假設于靠近內止點一側。氣缸燃燒室12容積增大，左側移動活塞5、右側移動活塞16向外移動。左側進氣閥31、右側進氣閥20關閉。左側排氣閥30、右側排氣閥21打開，左側掃氣室7、右側掃氣室 14泵氣將壓縮空氣排出到儲氣罐11收集。過程二，轉動曲軸連桿機構26至一定角度，第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23的活塞內止點。氣缸燃燒室12容積增至最大，對置的左側移動活塞5、右側移動活塞16向兩端移動到最大外止點，氣缸排氣口 9打開，氣缸進氣口 13打開，壓縮空氣由儲氣罐11經氣缸進氣口 13直流掃氣，完成配氣過程。左側排氣閥30、右側排氣閥21開始關閉，左側進氣閥31、 右側進氣閥20開始打開，左側掃氣室7、右側掃氣室14完成泵氣，開始吸氣。參見圖2 過程三，轉動曲軸連桿機構26至一定角度，至往第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23活塞的外止點。氣缸燃燒室12壓縮至最小，曲軸連桿機構26帶動噴油泵組件32泵油，通過噴油點火裝置10噴油著火膨脹做功，推動左側移動活塞5、右側移動活塞16向外移動，通過左側壓力油腔3、右側壓力油腔18推動第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置 23運動，作用于曲軸連桿機構26轉為旋轉運動，并對外輸出動力。左側進氣閥31、右側進氣閥20關閉，左側排氣閥30、右側排氣閥21打開，左側掃氣室7、右側掃氣室14完成吸氣， 開始泵氣。過程四，第一雙容積往復轉換裝置28和第二雙容積往復轉換裝置23的活塞受力做功由外止點向內移動。帶動曲軸連桿機構26旋轉至一定角度。氣缸燃燒室12逐漸增大，左側移動活塞5、右側移動活塞16向外移動做功至最外端外止點位置。右側進氣閥20、左側進氣閥31關閉，左側排氣閥30、右側排氣閥21打開， 左側掃氣室7、右側掃氣室14泵氣。整個循環(huán)過程周而復始，重復進行。從以上過程可以看出，它的工作方式與單缸直流掃氣二沖程柴油機相似。采用電噴，用火花塞點燃則成汽油發(fā)動機。曲軸連桿機構26帶動液壓泵24旋轉運動填充及補充開始及運轉過程中液壓油損耗流量，多余部分通過溢流閥25排除。參見圖9，第一蓄能器33的一個油腔與第一雙容積往復轉換裝置28的一個油腔連通，第一蓄能器33的另一個油腔與第一雙容積往復轉換裝置28的另一個油腔連接，第二蓄能器36的一個油腔與第二雙容積往復轉換裝置23的一個油腔連通，第二蓄能器36的另一個油腔與第二雙容積往復轉換裝置23的另一個油腔連接，回油腔與壓力油腔之間添加第一蓄能器33和第二蓄能器36可緩沖左側移動活塞5、右側移動活塞16點燃膨脹時瞬間高峰壓力及增壓式發(fā)動機中自動調整壓縮比。圖3，是本發(fā)明多缸對置式發(fā)動機整體結構示意圖。在單缸基礎上，增加曲軸連桿機構拐點數量，對應增加對置活塞組件數量即增加一組第二單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組35，則形成多缸對置式發(fā)動機。參見圖4，所示為雙缸及偶數組對置式發(fā)動機，在本發(fā)明對置式發(fā)動機中，每兩組對置活塞組件共用一組往復容積泵，省去一組往復容積泵，兩組對置活塞組件壓力油腔分別連接往復容積泵的兩端接口，回油腔自連。參見圖5，本發(fā)明的一種配氣裝置是空氣壓縮機34與曲軸連桿機構26傳動連接，空氣壓縮機34的出口與儲氣罐11的進氣端連接，儲氣罐11的出氣端與氣缸8上的氣缸進氣口 13連接，氣缸8設有氣缸排氣口 9。參見圖6，本發(fā)明移動活塞后端受油端可多種方式，可為空心，也可為實體。圖6是移動活塞后端為實體，前端泵氣結構示意圖。參見圖1及圖7，圖8所示，用于驅動控制往復容積泵的機構可多種形式，可以是曲軸連桿機構，也可以是偏心輪，或凸輪機構，圖7為曲軸連桿機構往復式容積泵，圖8為凸輪機構往復式容積泵。
權利要求
1.一種液控對置活塞式發(fā)動機，包括配氣裝置、噴油點火裝置(10)和曲軸連桿機構 (26)，其特征是設有一組單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組，所述的單缸雙活塞對置式液壓發(fā)動機組的結構是氣缸(8)的左端設有左側油缸(4)，左側移動活塞(5)設在所述的左側油缸(4)和所述的氣缸(8)內，所述的左側移動活塞(5)的側壁與所述的左側油缸(4)之間形成有左側回油腔(6)，所述的左側移動活塞(5)的底部與所述的左側油缸(4)之間形成有左側壓力油腔(3)，所述的氣缸(8)的右端設有右側油缸(17)，右側移動活塞(16)設在所述的右側油缸(17)和所述的氣缸(8)內，所述的右側移動活塞(16)的側壁與所述的右側油缸(17)之間形成有右側回油腔(15)，所述的右側移動活塞(16)的底部與所述的右側油缸(17)之間形成有右側壓力油腔(18)，所述的左側移動活塞(5)和右側移動活塞(16) 作反向同步運動，所述的配氣裝置、噴油點火裝置(10)設在所述的氣缸(8)上，所述的曲軸連桿機構(26)與第一雙容積往復轉換裝置(28)和第二雙容積往復轉換裝置(23)的活塞桿傳動連接，所述的第一雙容積往復轉換裝置(28)的一個容積與所述的左側壓力油腔(3) 連接，另一個容積與所述的左側回油腔(6)連接，所述的第二雙容積往復轉換裝置(23)的一個容積與所述的右側壓力油腔(18)連接，另一個容積與所述的右側回油腔(15)連接。
2.根據權利要求1所述的液控對置活塞式發(fā)動機，其特征是液壓泵(24)的出口分別連接第一單向閥(29)和第二單向閥(22)的進口，所述的第一單向閥(29)的出口與所述的左側回油腔(6)連接，所述的第二單向閥(22)的出口與所述的右側回油腔(15)連接。
3.根據權利要求1或2所述的液控對置活塞式發(fā)動機，其特征是所述的配氣裝置的結構是所述的左側油缸(4)的端部設有插入到所述的左側移動活塞(5)的尾部內孔的左側柱塞(2)，在所述的左側移動活塞(5)的尾部內孔與所述的左側柱塞(2)之間形成有左側掃氣室(7)，在所述的左側柱塞(2)的端部設有左側進氣閥(31)和左側排氣閥(30)，所述的右側油缸(17)的端部設有插入到所述的右側移動活塞(16)的尾部內孔的右側柱塞 (19)，在所述的右側移動活塞(16)的尾部內孔與所述的右側柱塞(19)之間形成有右側掃氣室(14)，在所述的右側柱塞(19)的端部設有右側進氣閥(20)和右側排氣閥(21)，所述的左側排氣閥(30)和右側排氣閥(21)連接有儲氣罐(11)的進氣端，所述的儲氣罐(11)的出氣端與所述的氣缸(8)上的氣缸進氣口(13)連接，所述的氣缸(8)設有氣缸排氣口(9)。
4.根據權利要求1或2所述的液控對置活塞式發(fā)動機，其特征是所述的配氣裝置的結構是空氣壓縮機(34)與所述的曲軸連桿機構(26)傳動連接，所述的空氣壓縮機(34) 的出口與儲氣罐(11)的進氣端連接，所述的儲氣罐(11)的出氣端與所述的氣缸(8)上的氣缸進氣口(13)連接，所述的氣缸⑶設有氣缸排氣口(9)。
5.根據權利要求1或2所述的液控對置活塞式發(fā)動機，其特征是第一蓄能器(33) 的一個油腔與所述的第一雙容積往復轉換裝置(28)的一個油腔連通，所述的第一蓄能器 (33)的另一個油腔與所述的第一雙容積往復轉換裝置(28)的另一個油腔連接，第二蓄能器(36)的一個油腔與所述的第二雙容積往復轉換裝置(23)的一個油腔連通，所述的第二蓄能器(36)的另一個油腔與所述的第二雙容積往復轉換裝置(23)的另一個油腔連接。
6.根據權利要求1或2所述的液控對置活塞式發(fā)動機，其特征是同一所述的移動活塞的動力油腔和回油腔在所述的移動活塞的運動下止點設有旁通管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液控對置活塞式發(fā)動機，在本發(fā)明方案中，單元對置活塞組件中，各有一組對置移動活塞，活塞的受油端接口，分別對應旋轉曲軸上兩組往復容積泵的接口。轉動曲軸，容積泵的變化直接耦合到活塞上，準確控制活塞運動方向，及內止點，外止點位置，來分別完成，進氣-壓縮-做功膨脹-排氣工作行程，及動力輸出。通過簡單的方式將活塞可控，達到兼顧常規(guī)發(fā)動機及液壓自由活塞發(fā)動機的優(yōu)點，又避免各自的缺點。其他如啟動系統(tǒng)，供油系統(tǒng)，燃燒系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)及密封系統(tǒng)都共用現有完全成熟技術，便于項目的實施。適用于發(fā)動機行業(yè)推廣。
文檔編號F02B75/32GK102425494SQ201110425879
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權日2011年12月19日
發(fā)明者張廣益, 張瓊美, 歐益忠 申請人:張廣益, 張瓊美, 歐益忠