專利名稱：二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓傳動(dòng)裝置，具體地說涉及一種內(nèi)燃機(jī)和泵系統(tǒng)，其用于形成這種傳動(dòng)裝置的高壓流體流動(dòng)。
背景技術(shù)：
得到廣泛應(yīng)用的具有液壓傳動(dòng)裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和泵系統(tǒng)已被用于驅(qū)動(dòng)眾所周知的機(jī)器的車輪和工作設(shè)備，如山地機(jī)械，建筑機(jī)械，農(nóng)業(yè)機(jī)械，運(yùn)輸車輛及其它重型設(shè)備。
已知發(fā)動(dòng)機(jī)-泵系統(tǒng)基本上包括熟悉的、可以預(yù)計(jì)的和明顯的結(jié)構(gòu)形式，盡管如此，眾多現(xiàn)有技術(shù)所構(gòu)成的種種設(shè)計(jì)被開發(fā)出來以用于滿足無數(shù)的目標(biāo)和要求。
舉例來說，有Ritmasterl(1982)的美國(guó)專利US4,326,380，Patten的US4,362,477(1982)，Heintz的US4,369,021(1983)，Galitello的US4,876,991(1983)，Deng等人的US4,924,956(1990)，Thatcher的US 5,036,667(1991)，Moiroux等人的US 5,167,292(1992)，Christenson的US 5,261,797(1993)，Sawyer的US 5,464,331(1995)，Achten等人的US 5,556,262(1996)，Sawyer的US 5,616,010(1997)，Valentin的US 6,293,231(2001)。
這些裝置實(shí)現(xiàn)他們各自的、特定的目標(biāo)和要求，上述的專利中沒有描述一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置及其操作方法，以增加效率和比功率，同時(shí)最小化重量、安裝空間和燃料消耗。
廣泛應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)和泵系統(tǒng)具有下列已知的缺點(diǎn)(a)用于為液壓傳動(dòng)裝置產(chǎn)生高壓流體流動(dòng)的傳統(tǒng)的系統(tǒng)具有兩個(gè)單獨(dú)的裝置發(fā)動(dòng)機(jī)和泵，其具有較大的重量和安裝空間。而且，此系統(tǒng)采用一臺(tái)四沖程的內(nèi)燃機(jī)。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)具有一個(gè)很大的潛在優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于每一回轉(zhuǎn)具有一個(gè)作功行程；但是其通過鼓風(fēng)提升功率卻有一個(gè)大問題。
(b)通過空氣增壓器或渦輪增壓系統(tǒng)來增加常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的方案復(fù)雜、有噪聲、昂貴，需要用于發(fā)動(dòng)機(jī)外部鼓風(fēng)機(jī)的額外空間，并且使用低壓、高速氣流，其為動(dòng)能，來代替勢(shì)能，其為氣壓。
(c)傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸旋轉(zhuǎn)。泵通過軸向機(jī)構(gòu)將此曲軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換回到泵活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因?yàn)椴皇侵苯拥哪芰總鬏敚瑑蓚€(gè)復(fù)雜的中間機(jī)構(gòu)導(dǎo)致大的能量損耗、重量、安裝空間、成本和勞動(dòng)力。
(d)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣壓縮。在一個(gè)汽缸內(nèi)的作功行程通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸旋轉(zhuǎn)。另一個(gè)汽缸的連桿將此旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換活塞運(yùn)動(dòng)以進(jìn)行空氣壓縮。因?yàn)椴皇侵苯拥剡M(jìn)行能量傳輸，中間機(jī)構(gòu)使效率降低，且增加燃料消耗。
(e)中間機(jī)構(gòu)在工作時(shí)具有相當(dāng)大的橫向力，其將發(fā)動(dòng)機(jī)和泵活塞壓向汽缸壁，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的使用壽命和效率，并且增加燃料消耗。
(f)在此系統(tǒng)中，因?yàn)橥鶑?fù)的活塞運(yùn)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)必須僅僅通過曲軸平衡錘的旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行平衡，所以中間機(jī)構(gòu)是復(fù)雜、昂貴，且勞動(dòng)密集的。
(g)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的通氣口位于底部汽缸壁上，阻止了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)輔助去除燃燒廢氣。因?yàn)橹挥袣饬鞅挥糜谌コ紵龔U氣，從而由此導(dǎo)致了效率較低的排氣過程。這樣減少了容積效率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
(h)因?yàn)闆]有使用高壓空氣，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室并未有效地充滿新鮮空氣。這樣限制了容積效率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
(i)由于在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)行空氣壓縮時(shí)沒有附加的冷卻，因此熱效率減少，燃料消耗增加。
(j)傳統(tǒng)的泵活塞位于氣缸體的外圍上；這導(dǎo)致活塞支座具有相當(dāng)大的速度，限制了泵的使用壽命和動(dòng)力傳輸。
(k)在傳統(tǒng)的泵中，因?yàn)榱黧w壓力大約為4500psi，所以存在較大的力將活塞壓向支座板；這限制泵的動(dòng)力傳輸。
(l)因?yàn)闆]有大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)器能夠快速起動(dòng)和重新起動(dòng)，且允許在每一個(gè)紅燈時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，所以燃料消耗增加。
(m)沒有能獨(dú)立于外部能源進(jìn)行快速的踏板起動(dòng)的大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)器。
(n)沒有能夠在車輛長(zhǎng)期不工作情況下起動(dòng)的起動(dòng)器。
背景技術(shù)：
-目的和優(yōu)點(diǎn)因此，可以理解，存在一種持續(xù)的需求，以提供一種新型的、改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)-泵組合裝置，從而增加效率和比功率，同時(shí)最小化重量、安裝空間和燃料消耗。
本發(fā)明基本上滿足了這些需求。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)是(a)通過利用一個(gè)緊湊的裝置—一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置，來代替兩個(gè)傳統(tǒng)的單獨(dú)的裝置-發(fā)動(dòng)機(jī)和泵，從而減少重量和安裝空間；(b)通過高壓空氣注射入往復(fù)式壓縮機(jī)，將發(fā)動(dòng)機(jī)活塞下部的空間作為壓縮機(jī)室，其排量大于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率；(c)通過其固定的連接，提供從發(fā)動(dòng)機(jī)活塞到泵柱塞之間直接的能量傳輸，從而增加效率，減少燃料消耗；(d)通過利用發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的底部與用于空氣壓縮的壓縮機(jī)活塞的頂部之間的相互作用，提供直接的能量傳輸，從而增加效率，減少燃料消耗；
(e)由于在動(dòng)力傳輸過程中，移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)活塞和泵柱塞時(shí)沒有橫向力，從而增加使用壽命和效率；(f)通過在相反的方向上移動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)活塞，從而提供簡(jiǎn)單、高質(zhì)量的平衡往復(fù)運(yùn)動(dòng)；(g)通過在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)的同時(shí)使用來自接收器的高壓空氣，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)功率，其中所述高壓空氣在所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞向下移動(dòng)時(shí)在前一行程內(nèi)被壓縮；(h)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞移到頂端位置時(shí)，來自接收器的超高壓空氣同時(shí)通過空氣噴射閥被注射入燃燒室，實(shí)現(xiàn)燃燒室密集的填充；(i)通過位于接收器內(nèi)的輔助空氣冷卻，增加發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率；(j)通過將泵活塞設(shè)置在轉(zhuǎn)子中心線上，增加泵的功率；(k)通過實(shí)現(xiàn)從發(fā)動(dòng)機(jī)活塞到泵柱塞的直接能量傳輸，增加泵的功率；(l)通過使用氣液式蓄能裝置，使泵柱塞處于高功率液壓缸模式，提供能快速起動(dòng)和重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的大功率起動(dòng)器，并且在每一個(gè)紅燈期間關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，以減少燃料消耗；(m)利用起動(dòng)器泵和氣液式蓄能裝置，提供獨(dú)立于外部能量源的快速踏板起動(dòng)；(n)如果車輛長(zhǎng)期沒有行駛，通過自動(dòng)開啟起動(dòng)和氣液式蓄能裝置蓄能程序，提供起動(dòng)功率；通過閱讀如下的描述和附圖，本發(fā)明更多的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置，(以下將簡(jiǎn)單地稱其為″組合裝置″)，其包括二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵、同步機(jī)構(gòu)、減速器、傳統(tǒng)的附屬裝置和與傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的電液控制系統(tǒng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有冷卻系統(tǒng)的汽缸、具有環(huán)的活塞、具有燃燒室的氣缸蓋、凸輪軸、排氣岐管和排氣閥。位于壓縮機(jī)室和燃燒室之間的活塞包括一個(gè)空氣噴射閥。
壓縮機(jī)包括活塞、具有凸輪的凸輪軸，以及位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)活塞之間的壓縮機(jī)室。壓縮機(jī)包括進(jìn)氣歧管、具有彈簧的進(jìn)、排氣閥，它們位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。排氣閥通過接收器連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射閥，接收器包括水套，并且位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。壓縮機(jī)活塞固定在襯套上，包括活塞環(huán)。壓縮機(jī)的閥連接至搖桿，其通過軸被可旋轉(zhuǎn)地安裝，并且與壓縮機(jī)凸輪軸的凸輪相連接。軸位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。
泵包括殼體，所述殼體通過一支座板連接至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，并且連接至一閥門板。轉(zhuǎn)子包括固定至基座上的氣缸體和固定至發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的柱塞。轉(zhuǎn)子具有包括一個(gè)管路的泵室，并且柱塞、轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)活塞、襯套同軸布置。轉(zhuǎn)子通過一個(gè)具有彈簧的軸承連接至支座板。閥板通過泵的入口和出口狹槽連接至每個(gè)轉(zhuǎn)子，其中所述狹槽形成在圓周上，并且閥板通過轉(zhuǎn)子管路連接至泵室。組合泵通過泵出口和入口管路與液壓傳動(dòng)裝置中傳統(tǒng)的馬達(dá)相關(guān)聯(lián)。
同步機(jī)構(gòu)包括補(bǔ)償活塞、具有銷座的桿、支架和兩個(gè)直徑方向上對(duì)置軸向推桿，其中推桿通過位于轉(zhuǎn)子外部的支座連接至支座板，并且連接至位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的補(bǔ)償活塞。桿通過滑動(dòng)器和軸可旋轉(zhuǎn)地連接至氣缸體，通過滑動(dòng)器和一橫臂連接至柱塞的下部球體部分，并且通過銷支座連接至支架和第一推桿。支架可旋轉(zhuǎn)地連接至基座，并且第二推桿通過壓縮機(jī)活塞連接至支架，并且通過轉(zhuǎn)子內(nèi)部的密封套連接至壓縮機(jī)活塞襯套?；哂信潘?。
減速器箱體為閥板，其包括軸承和軸，軸通過齒型離合器、齒輪和壓縮機(jī)的凸輪軸連接至轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)的凸輪軸連接至錐齒輪減速器的齒輪，所述錐齒輪減速器具有一個(gè)第二齒輪，其具有連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的軸。
附屬的常規(guī)裝置、冷卻系統(tǒng)泵、電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、液壓傳動(dòng)裝置的補(bǔ)給泵和柴油噴射泵位于閥板上，并且減速器的軸連接至所述裝置。
電液控制系統(tǒng)包括具有螺線管的流體分配器。分配器的第一管路通過止回閥連接至泵的入口管路，第二管路連接至泵的出口管路，第三管路連接至儲(chǔ)液器，且分配器的第四管路連接至電子測(cè)壓計(jì)、氣液式蓄能器和起動(dòng)器泵，起動(dòng)器泵包括一個(gè)踏板。
此處已經(jīng)十分寬泛地略述了本發(fā)明的一些特征，以便更好地理解隨后所進(jìn)行的詳細(xì)說明。當(dāng)然，下面將會(huì)描述到本發(fā)明的附加特征，并且它們將形成所附權(quán)利要求的主題。
為此，在詳細(xì)描述本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于在此應(yīng)用中的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，也不是限于在下面的描述或附圖中所公開的部件的布置方式。本發(fā)明可以具有其它的實(shí)施例，并可通過多種方式予以應(yīng)用和實(shí)施。而且，應(yīng)當(dāng)理解，此處的采用的措辭和術(shù)語(yǔ)是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，不能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。
同樣，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，公開內(nèi)容所基于的概念可作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明多個(gè)目的的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，而被容易地利用。因此，重要的是，權(quán)利要求被認(rèn)為包括不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的等同的構(gòu)造。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新型的、改進(jìn)的組合裝置，其具有現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)-泵系統(tǒng)的所有優(yōu)點(diǎn)，且沒有一個(gè)所述的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新型的、改進(jìn)的組合裝置，其可以容易地、高效率地制造，并且具有低的市場(chǎng)價(jià)格。
本發(fā)明的一個(gè)目的是減小重量和安裝空間，并通過從發(fā)動(dòng)機(jī)活塞至泵柱塞以及至壓縮機(jī)活塞的直接能量傳輸，增加二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的功率。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供噪音較小的大功率起動(dòng)器，其能快速起動(dòng)和重新起動(dòng)，以及可在每一個(gè)紅燈期間關(guān)閉的發(fā)動(dòng)機(jī)，以減少燃料消耗，并且使得發(fā)動(dòng)機(jī)能夠與停車時(shí)間無關(guān)地且能獨(dú)立于外部能量源利用人力起動(dòng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供高質(zhì)量的平衡和減少振動(dòng)。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是為發(fā)動(dòng)機(jī)和泵提供常規(guī)的附屬系統(tǒng)，其將降低價(jià)格。
最后，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種新型的、改進(jìn)的組合裝置，以增加效率和比功率，同時(shí)最小化安裝空間和所需的燃料消耗，特別是用于汽車。
根據(jù)本發(fā)明，一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置，(以下將簡(jiǎn)單地稱其為″組合裝置″)，其包括二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵、同步機(jī)構(gòu)、減速器、傳統(tǒng)的附屬裝置和與傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的電液控制系統(tǒng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)包括具有冷卻系統(tǒng)的汽缸、具有環(huán)的活塞、具有燃燒室的氣缸蓋、凸輪軸、排氣岐管和排氣閥。位于壓縮機(jī)室和燃燒室之間的活塞包括一個(gè)空氣噴射閥。
壓縮機(jī)包括活塞、具有凸輪的凸輪軸，和位于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的壓縮機(jī)活塞之間的壓縮機(jī)室。壓縮機(jī)包括進(jìn)氣歧管、具有彈簧的進(jìn)、排氣閥，其位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。排氣閥通過接收器連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射閥，接收器包括水套，并且位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。壓縮機(jī)活塞固定在襯套上，包括活塞環(huán)。壓縮機(jī)的閥連接至搖桿，其通過軸被可旋轉(zhuǎn)地安裝，并且與壓縮機(jī)凸輪軸的凸輪相連接。軸位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。
泵包括殼體，所述殼體通過一支座板連接至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，并且連接至一閥門板。轉(zhuǎn)子包括固定至基座上的氣缸體和固定至發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的柱塞。轉(zhuǎn)子具有包括一個(gè)管路的泵室，并且柱塞、轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)活塞、襯套同軸布置。轉(zhuǎn)子通過一個(gè)具有彈簧的軸承連接至支座板。閥板通過泵的入口和出口狹槽連接至每個(gè)轉(zhuǎn)子，其中所述狹槽形成圓周狀，并且閥板通過轉(zhuǎn)子管路連接至泵室。組合泵通過泵出口和入口管路與液壓傳動(dòng)裝置中傳統(tǒng)的馬達(dá)相關(guān)聯(lián)。
同步機(jī)構(gòu)包括補(bǔ)償活塞、具有銷座的桿、支架和兩個(gè)直徑方向上對(duì)置軸向推桿，其中推桿通過位于轉(zhuǎn)子外部的支座連接至支座板，并且連接至位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部的補(bǔ)償活塞。桿通過滑動(dòng)器和軸可旋轉(zhuǎn)地連接至氣缸體，通過滑動(dòng)器和一橫臂連接至柱塞的下部球體部分，并且通過銷支座連接至支架和第一推桿。支架可旋轉(zhuǎn)地連接至基座，并且第二推桿通過通過一鞍形支座連接至所述支架，并且通過轉(zhuǎn)子內(nèi)部的密封套連接至壓縮機(jī)活塞襯套?；哂信潘?。
減速器的箱體為閥板，其包括軸承和軸，軸通過齒型離合器、齒輪，和壓縮機(jī)的凸輪軸連接至轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)的凸輪軸連接至錐齒輪減速器的齒輪，所述錐齒輪減速器具有一個(gè)第二齒輪，其具有連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的軸。
附屬的常規(guī)裝置、冷卻系統(tǒng)泵、電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、液壓傳動(dòng)裝置的補(bǔ)給泵和柴油噴射泵位于閥板上，并且減速器的軸連接至所述裝置。
電液控制系統(tǒng)包括具有螺線管的流體分配器。分配器的第一管路通過止回閥連接至泵的入口管路，第二管路連接至泵的出口管路，第三管路連接至儲(chǔ)液器，且分配器的第四管路連接至電子測(cè)壓計(jì)、氣液式蓄能器和起動(dòng)器泵，起動(dòng)器泵包括一個(gè)踏板。
這些內(nèi)容與本發(fā)明的其它目的一起，連同表征本發(fā)明的各種創(chuàng)新性的特征，在所附的權(quán)利要求中被特別地指出，并且權(quán)利要求構(gòu)成本發(fā)明公開內(nèi)容的一部分。為更好地理解本發(fā)明，其工作優(yōu)點(diǎn)及通過其使用而獲得的特定目的，需要參照附圖和說明書所描述的內(nèi)容，說明書和附圖描述了本附圖簡(jiǎn)述當(dāng)閱讀了下列的詳細(xì)說明后，將可以更好地理解本發(fā)明，并且除上述目的之外的其它目的也將會(huì)顯而易見。這些描述將參照如下附圖附圖-圖號(hào)

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明原理的二缸組合裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例；圖2示出了沿本發(fā)明一個(gè)汽缸軸線的剖面；圖3示出了沿本發(fā)明兩個(gè)汽缸軸線的剖面；圖4示出了沿本發(fā)明同步機(jī)構(gòu)的推桿軸線的剖面；圖5示出了沿本發(fā)明同步機(jī)構(gòu)的杠桿的剖面；
圖6示出了沿本發(fā)明閥板的剖面；圖7示出了具有本發(fā)明的壓縮機(jī)氣閥的汽缸的橫截面；圖8示出了本發(fā)明的液壓示意圖；圖9A到9C示出了本發(fā)明的同步機(jī)構(gòu)的操作時(shí)序；圖10A至10D示出了本發(fā)明的組合裝置的操作時(shí)序。
在各附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
附圖-附圖標(biāo)記16 組合裝置 18 發(fā)動(dòng)機(jī)22 壓縮機(jī) 24 泵26 同步機(jī)構(gòu) 28 減速器32 液壓控制系統(tǒng) 34 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸36 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng) 38 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞42 發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán) 44 氣缸蓋46 燃燒室 48 發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸52 排氣岐管 54 排氣閥56 壓縮機(jī)室 58 空氣噴射閥62 壓縮機(jī)活塞 64 壓縮機(jī)凸輪軸66 壓縮機(jī)的凸輪軸的凸輪 72 壓縮機(jī)進(jìn)氣岐管74 壓縮機(jī)進(jìn)氣閥 76 壓縮機(jī)排氣閥78、82 彈簧 84 接收器86 接收器水套 88 壓縮機(jī)活塞環(huán)92 壓縮機(jī)活塞保持器 94 壓縮機(jī)活塞襯套98 泵殼 102 支座板104 閥板 106 轉(zhuǎn)子108 氣缸體112 基座114 柱塞 116 泵室118 轉(zhuǎn)子管路 122 轉(zhuǎn)子軸承124 轉(zhuǎn)子彈簧 126、128 補(bǔ)償活塞132 杠桿 134 銷支座136 支架 138、142 推桿144、146 支座 148、152 滑動(dòng)器154 軸156、158 滑動(dòng)器
162 橫臂 164 鞍形支座172 密封套(滑動(dòng)保持器)174、176 排水孔182 減速器軸承184、186 軸188、192 齒型離合器 194、196、198 齒輪204 齒輪 206 錐齒輪減速器208 齒輪 212 軸214、216、218、222 狹槽 226 轉(zhuǎn)子管路228、232、234、236 軸 244、246、248、252 搖桿254、256 軸 262、264 液壓管路266、268 液壓管路 272 流體分配器274、276 螺線管 278 止回閥282、284、286 液壓管路288、292 液壓管路294 電子測(cè)壓計(jì)296 氣液式蓄能器298 起動(dòng)器泵 302 起動(dòng)器泵踏板詳細(xì)的描述下面將參照附圖，特別是圖1至10，對(duì)包含本發(fā)明原理和思想的新型的、改進(jìn)的組合裝置的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
具體地說，在各附圖中將要被描述的裝置涉及一種組合裝置，其可增加效率和比功率，同時(shí)最小化重量和燃料消耗，特別是用于汽車的液壓傳動(dòng)裝置。
二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置，以下將簡(jiǎn)單地稱其為組合裝置，其包括二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵、同步機(jī)構(gòu)、減速器、傳統(tǒng)的附屬裝置和與液壓傳動(dòng)裝置的液壓馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的電液控制系統(tǒng)。
組合裝置16(圖1)包括二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)18、壓縮機(jī)22、泵24、同步機(jī)構(gòu)26、減速器28和與傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的液壓控制系統(tǒng)32，其在圖8中由液壓傳動(dòng)裝置中的一個(gè)帶圖的″M″表示。傳統(tǒng)的附屬裝置在圖中沒有示出。
發(fā)動(dòng)機(jī)18包括具有冷卻系統(tǒng)36的汽缸34(圖2)、具有環(huán)42的活塞38、具有燃燒室46的汽缸蓋44、凸輪軸48、排氣歧管52和排氣閥54。位于壓縮機(jī)室56和燃燒室46之間的活塞38包括一個(gè)空氣噴射閥58。
壓縮機(jī)22包括活塞62、具有凸輪66的凸輪軸64(圖3)。壓縮機(jī)室56(圖2)位于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部的壓縮機(jī)活塞之間，其包括進(jìn)氣歧管72，具有彈簧78、82的吸氣和排氣閥74、76位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。排氣閥76通過接收器84連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射閥58，接收器84包括水套86，并且位于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。壓縮機(jī)活塞62包括環(huán)88，并且通過保持器92固定至襯套94。
泵24包括殼體98，所述殼體98通過一支座板102連接至發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，并且連接至閥板104。轉(zhuǎn)子106(圖1)包括固定至基座112上的氣缸體108(圖2)和固定至發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的柱塞114。轉(zhuǎn)子包括具有一個(gè)管路118的泵室116，并且柱塞、轉(zhuǎn)子、壓縮機(jī)活基和襯套同軸布置。轉(zhuǎn)子通過一個(gè)具有彈簧124的軸承122連接至支座板。
同步機(jī)構(gòu)26包括補(bǔ)償活塞126、128(圖4)、具有銷支座134的杠桿132(圖3)、支架136，以及兩個(gè)直徑上對(duì)置的軸向推桿138，142(圖4)，其通過位于轉(zhuǎn)子外的支座144，146連接至支座板102，并且連接至轉(zhuǎn)子內(nèi)部的補(bǔ)償活塞126，128。杠桿132(圖5)通過滑動(dòng)器148，152和軸154可旋轉(zhuǎn)地連接至氣缸體108，通過滑動(dòng)器156，158和橫臂162連接至柱塞的下部球體部分。杠桿132還通過銷支座134連接至支架136和第一推桿138。支架136可旋轉(zhuǎn)地連接至基座112，并且第二推桿142通過鞍形支座164連接至支架136，并且通過密封套172(滑動(dòng)保持器)連接至壓縮機(jī)活塞襯套94。基座具有排水孔174，176。
不同的汽缸的部件及其連接關(guān)系都相同，但是第二汽缸的轉(zhuǎn)子相對(duì)于第一汽缸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)180度的角度，即相位移(圖3)。
減速器28的箱體是閥板104(圖3)，且其包括軸承182和軸184、186，軸通過齒型離合器188，192、齒輪194，196，198和壓縮機(jī)的凸輪軸64連接至轉(zhuǎn)子。壓縮機(jī)的凸輪軸連接至錐齒輪減速器206的齒輪204，所述錐齒輪減速器具有第二齒輪208和軸212。軸212(未示出)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸48。
閥板104(圖6)包括各轉(zhuǎn)子下方的第一汽缸的泵入口和出口狹槽214，216，第二汽缸的泵入口和出口狹槽218，222，它們形成圓周狀，并且分別通過轉(zhuǎn)子管路118，226連接至第一和第二汽缸的泵室。
附屬的常規(guī)裝置(圖中未示出)、冷卻系統(tǒng)泵、電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、液壓傳動(dòng)裝置的補(bǔ)給泵和柴油噴射泵位于閥板上，并且減速器的軸228，232、234，236連接至所述裝置。箭頭(圖6)示出了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，轉(zhuǎn)子管路118，226在圖中示意性示出。
壓縮機(jī)的閥(圖7)通過搖桿244，246、248，252連接至壓縮機(jī)凸輪軸凸輪66，搖桿244，246、248，252通過軸254，256可旋轉(zhuǎn)地安裝。
各汽缸的泵被連接在一起，并且通過液壓管路(圖8)262，264、266268與液壓傳動(dòng)裝置中傳統(tǒng)的馬達(dá)相關(guān)聯(lián)，馬達(dá)在圖8中表示為環(huán)繞著圓圈的″M″。
組合裝置的電液控制系統(tǒng)包括具有螺線管274、276的流體分配器272(圖8)。分配器的第一管路282通過止回閥278和管路284連接至泵的入口管路264；第二管路286連接至泵的出口管路262；第三管路288連接至儲(chǔ)液器；分配器的第四管路292連接至電子測(cè)壓計(jì)294、氣液式蓄能器(PHA)296和包括踏板302的起動(dòng)器泵298。
至于本發(fā)明的使用和工作的方式，同樣可以從上面的描述而知曉。
那么，就上面的描述而言，要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明最佳的空間關(guān)系，包括大小、材料、形狀、形式、功能和工作、裝配和使用的方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，與附圖所示內(nèi)容及說明書中所述內(nèi)容相等同的內(nèi)容被認(rèn)為處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
所以，上述內(nèi)容只是對(duì)本發(fā)明的原理的說明。并且，因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可以容易地進(jìn)行諸多的改進(jìn)和變化，所以，圖示及所描述的確定的結(jié)構(gòu)和工作過程并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制，而且相應(yīng)地，可采用所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧奶鎿Q，其處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
工作過程的描述組合裝置具有如下的工作模式起動(dòng)、重新起動(dòng)、人力起動(dòng)、怠速、工作及氣液式蓄能器(PHA)蓄能。操作者初始化起動(dòng)。從起動(dòng)至怠速模式的轉(zhuǎn)換自動(dòng)進(jìn)行。在加速踏板(未示出)被壓下后，工作模式自動(dòng)地開始。PHA也自動(dòng)地進(jìn)行蓄能。
起動(dòng)模式操作者通過點(diǎn)火開關(guān)(未示出)接通螺線管274(圖8)。分配器272從空檔位置切換至″起動(dòng)″位置，并且連接管路292至282，連接管路286至288。
在起動(dòng)過程中，通過管路292，282、284，264268，高壓流體經(jīng)分配器272和閥278從PHA296依次流向不同的汽缸的泵入口狹槽214、222。流體從不同的汽缸的泵出口狹槽216、218依次通過管路262，266、286，288和分配器272流向沒有加載的儲(chǔ)液器。
活塞-柱塞從底端位置(BEP)移向頂端位置(TEP)，并通過橫臂162(圖3)與滑動(dòng)器156，158(圖5)轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿132。具有滑動(dòng)器148，152的杠桿相對(duì)于軸154轉(zhuǎn)動(dòng)，并且將具有推桿138的銷支座134移至TEP。支座144和支座板102的相互作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向如箭頭所示(圖6)，并且圖中示意性地示出了轉(zhuǎn)子管路118，226。
減速器28具有齒輪194，196、198的軸184、64、186(圖3)激活另一個(gè)轉(zhuǎn)子、發(fā)動(dòng)機(jī)及壓縮機(jī)凸輪軸和傳統(tǒng)的附屬裝置冷卻系統(tǒng)泵、電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、液壓傳動(dòng)裝置的補(bǔ)給泵、柴沺噴射泵(未示出)。
具有同步機(jī)構(gòu)的減速器使一個(gè)轉(zhuǎn)子內(nèi)的活塞-柱塞從BEP運(yùn)動(dòng)至TEP，且與此同時(shí)，使另一個(gè)轉(zhuǎn)子內(nèi)的活塞-柱塞從TEP運(yùn)動(dòng)至BEP，因?yàn)榈诙D(zhuǎn)子的相位偏移了180度。圖3示出了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，圖6示出的轉(zhuǎn)子管路118，226配置成具有180度的相移。
在一個(gè)汽缸內(nèi)部，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的一個(gè)半周期間，當(dāng)轉(zhuǎn)子管路連接至泵的入口狹槽時(shí)，出口狹槽關(guān)閉。在第二個(gè)半周期間，當(dāng)轉(zhuǎn)子管路連接至泵的出口狹槽時(shí)，入口狹槽關(guān)閉。
不同汽缸泵的流體流動(dòng)連通可提供第一轉(zhuǎn)子管路與出口狹槽，以及第二轉(zhuǎn)子管路與入口狹槽同時(shí)連接，且流體流動(dòng)更加平滑。
這樣的次序出現(xiàn)在所有的工作模式中。
這樣，不同的汽缸的依次在液壓缸模式下工作，并通過使用具有高效率的PHA高壓流體使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
發(fā)動(dòng)機(jī)活塞壓縮位于燃燒室內(nèi)的空氣，且以傳統(tǒng)的燃料噴射(未示出)開始發(fā)動(dòng)機(jī)的作功行程。
這樣使大功率液壓起動(dòng)馬達(dá)工作。起動(dòng)器能夠快速起動(dòng)和重新起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使得我們可以用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電力起動(dòng)器和交流發(fā)電機(jī)。高壓流體使得可以安靜地進(jìn)行起動(dòng)，并且使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以在每一次紅燈時(shí)關(guān)閉，以減少燃料消耗。這一點(diǎn)對(duì)于汽車的液壓傳動(dòng)裝置特別有價(jià)值。
在起動(dòng)模式，補(bǔ)償活塞126，128(圖4)顯著地減少了將推桿壓向支座板的作用力，因?yàn)檠a(bǔ)償活塞和推桿在泵室內(nèi)部由反作用力相互作用。這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)具有輕快的起動(dòng)。
如果在PHA中的流體壓力不夠(電子測(cè)壓計(jì)294顯示流體壓力值)，具有踏板302的起動(dòng)器泵298為在分配器272處于空檔位置時(shí)采用人力增加流體壓力提供了機(jī)會(huì)。因此，液壓系統(tǒng)使得可以獨(dú)立于任何如電池組之類的外部能源起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此可以與停車時(shí)間無關(guān)地實(shí)現(xiàn)組合裝置和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的自主操作。
怠速模式發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，轉(zhuǎn)子的角速度增加。速度傳感器(非圖解)關(guān)閉螺線管274，并且處在空檔、″怠速″位置的分配器272連接管路282和286。管路288，292關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地從起動(dòng)模式切換至怠速模式。流體沒有加載地從泵出口通過管路262、286、282、284、264和分配器272和閥278至泵的入口循環(huán)。
因此，在怠速過程中，流體從泵室流向泵出口狹槽，但是在起動(dòng)過程中，高壓流體從PHA流向泵的入口狹槽。
在活塞-柱塞從TEP移動(dòng)至BEP期間，燃燒壓力的能量被傳輸至活塞-柱塞。此過程如圖10A所示。發(fā)動(dòng)機(jī)閥54、58關(guān)閉。壓縮機(jī)進(jìn)氣閥74關(guān)閉，且排氣閥76打開。
活塞-柱塞得到橫臂162，(圖3)滑動(dòng)器156、158(圖5)和杠桿132的輔助作用，使銷支座134(圖3)也向下移動(dòng)，從TEP到BEP。由鞍形支座164輔助的銷支座轉(zhuǎn)動(dòng)支架136，并且將相對(duì)的推桿142(圖4)和支座146壓向支座板102。支座146和支座板92的相互作用使一個(gè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在減速器28的輔助作用下激活第二轉(zhuǎn)子，并使第二汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)，從BEP移至TEP。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向如箭頭所示(圖6)。
橫臂162與轉(zhuǎn)子一起相對(duì)于柱塞的球體部分旋轉(zhuǎn)，且其實(shí)際上為一軸承，因?yàn)橹麤]有旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，推桿142激活壓縮機(jī)活塞，使其在密封套172(滑動(dòng)保持器)的輔助下從BEP運(yùn)動(dòng)至TEP，并且實(shí)際上其是一軸承，因?yàn)閴嚎s機(jī)活塞沒有旋轉(zhuǎn)。
因此，同步機(jī)構(gòu)將活塞-柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且為發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)活塞提供相反的運(yùn)動(dòng)。此機(jī)構(gòu)起到缸內(nèi)同步機(jī)構(gòu)的作用。
同步機(jī)構(gòu)所有部件的運(yùn)動(dòng)在泵室內(nèi)部的油中進(jìn)行，從而提供了高質(zhì)量潤(rùn)滑，并提高了效率。
同步機(jī)構(gòu)和減速器28將一個(gè)汽缸內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)的作功行程、壓縮機(jī)的壓縮行程沖程和泵柱塞的作功行程轉(zhuǎn)換成另一個(gè)汽缸內(nèi)同時(shí)發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的壓縮行程、壓縮機(jī)和泵的吸氣行程，并且激活組合裝置的附屬系統(tǒng)。
減速器，其連接至轉(zhuǎn)子，是汽缸之間的同步機(jī)構(gòu)。
圖9A、9B、9C顯示了在轉(zhuǎn)子的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)半周期間同步機(jī)構(gòu)的工作時(shí)序，并且示出了推桿、支架和密封套的運(yùn)動(dòng)情況。
圖9A顯示了當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞處于頂端位置，壓縮機(jī)活塞處于底端位置時(shí)，支架、推桿和襯套在轉(zhuǎn)子內(nèi)的位置。
圖9B顯示了當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和壓縮機(jī)活塞處于中間位置時(shí)，支架、推桿和襯套在轉(zhuǎn)子內(nèi)的位置。
圖9C顯示了當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞處于底端位置，壓縮機(jī)活塞處于頂端位置時(shí)，支架、推桿和襯套在轉(zhuǎn)子內(nèi)的位置。
圖9A、9B、9C示出了平行四邊形的旋轉(zhuǎn)，其中所述平行四邊形由連接推桿的上、下部球體部分的中心的線組成。平行四邊形的邊，其沿著支架平面，連接推桿的下部球體部分的中心，所述平面與銷支座和鞍形支座相接觸。
支架同時(shí)繞著兩個(gè)不同的軸線旋轉(zhuǎn)。一條軸線是轉(zhuǎn)子的軸線。另一條軸線垂直于轉(zhuǎn)子的軸線。支架繞著第二條軸線旋轉(zhuǎn)，且在推桿中心線所在的平面內(nèi)，在支座板和支架平面之間提供一個(gè)恒定的距離。不管作用于活塞或柱塞上的力的大小或方向如何都是這樣。
旋轉(zhuǎn)的平行四邊形限定位于各汽缸內(nèi)的活塞-柱塞、壓縮機(jī)活塞和轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)。
壓縮機(jī)活塞和推桿有相等的行程。杠桿使活塞-柱塞增加一定的行程，其與杠桿的比例相對(duì)應(yīng)。
因此，壓縮機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)允許位于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞下部的空間起到壓縮機(jī)室的作用。這樣確保噪音被減少，因?yàn)槭褂玫氖莿?shì)能，即氣壓，而不是高速運(yùn)動(dòng)的空氣，如由傳統(tǒng)的鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)的動(dòng)能。因?yàn)榛钊谙喾吹姆较蛏弦苿?dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞實(shí)質(zhì)上變成了壓縮機(jī)活塞。這導(dǎo)致了用于空氣壓縮的直接的能量傳輸，并且增加了效率。
相對(duì)的運(yùn)動(dòng)為系統(tǒng)提供了簡(jiǎn)單而又高質(zhì)量的平衡，因?yàn)閴嚎s機(jī)活塞補(bǔ)償了影響帶有柱塞的活基的慣性力。這樣減少了振動(dòng)。
活塞隊(duì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使壓縮機(jī)的排量大于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，因?yàn)樗怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的活塞的運(yùn)動(dòng)組合而成。這增加了吸入的空氣量，并提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
只要加速踏板沒有被壓下，怠速模式將一直延續(xù)。
工作模式加速踏板(未示出)的壓下增加轉(zhuǎn)子的角速度，并且一個(gè)速度傳感器(未示出)接通螺線管276(圖8)。分配器272切換至″工作″位置，并且連接管路282至288，并連接管路292至286。
因此，如果加速踏板被壓下，分配器就自動(dòng)地從怠速模式切換至工作模式。
圖10A、10B、10C、10D示出了在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周期間組合裝置的工作過程。
圖10A顯示了活塞-柱塞的作功行程和同時(shí)發(fā)生的、相反方向上的壓縮機(jī)活塞動(dòng)力行程。發(fā)動(dòng)機(jī)閥關(guān)閉，壓縮機(jī)排氣閥打開，且進(jìn)氣閥關(guān)閉。加壓流體從泵室經(jīng)過管路118流向泵出口狹槽216。
在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半周期間，活塞-柱塞從TEP移動(dòng)至BEP過程中，燃燒壓力的能量被傳輸至活塞-柱塞。
極大部分的功率流為高壓流體的流動(dòng)，其交替地、直接來自泵輸出狹槽216，218(圖8)。此功率流通過管路262，266流至馬達(dá)″M″的入口。
泵柱塞的上部進(jìn)入壓縮機(jī)室，柱塞的下部處于壓縮機(jī)活塞的襯套和轉(zhuǎn)子內(nèi)部，兩者的同時(shí)運(yùn)動(dòng)提供直接的能量傳輸。這允許使用一個(gè)簡(jiǎn)單的組合裝置代替兩個(gè)復(fù)雜、笨重的常規(guī)裝置(一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)泵)。而且，組合裝置解決了在沒有曲軸或連桿情況下利用發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)這一問題。這樣增加了效率，且減少了燃料消耗。
補(bǔ)償活塞126、128(圖4)在泵室內(nèi)與推桿相互作用，減少了將推桿壓向支座板的作用力。這既增加了效率，又增加了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。泵柱塞配置在轉(zhuǎn)子的中心線上，與傳統(tǒng)的泵相比，這樣允許在相當(dāng)大的程度上增大轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和傳遞的功率。
所有的這些因素使得我們能夠?qū)⒈脗鬟f的功率流增加至與發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率相等。
功率流中的第二、很小的一部分利用發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的下側(cè)與壓縮機(jī)活塞的相互作用，在壓縮機(jī)室和接收器84內(nèi)壓縮空氣。壓縮機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)通過位于泵室116內(nèi)的襯套94上的流體壓力與同時(shí)泵作功行程作用而提供，沒有橫向力作用，并且密封套172與襯套94連接提供同步功能。通過泵柱塞的作用，空氣壓縮時(shí)具有直接的能量傳輸，從而增加效率，且減少燃料消耗。由接收器水套86提供的輔助空氣冷卻增加發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，并減少燃料消耗。
功能流中第三、最小的一部分通過減速器28傳輸至第二轉(zhuǎn)子。第二轉(zhuǎn)子的同步機(jī)構(gòu)激活活塞在第二汽缸內(nèi)部，壓縮機(jī)活塞移至BEP，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞移至TEP。功率流中的最小的一部分壓縮燃燒室內(nèi)的空氣，吸入壓縮機(jī)室內(nèi)的空氣，將流體吸入至第二汽缸中的泵室，并且驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、具有閥的壓縮機(jī)凸輪軸及附屬裝置。
活塞-柱塞的位置(在汽缸內(nèi)部，同時(shí)位于襯套94內(nèi)部)及其移動(dòng)時(shí)沒有橫向力，允許最小化發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的長(zhǎng)度。壓縮機(jī)活塞和襯套的位置和襯套(同時(shí)位于汽缸和轉(zhuǎn)子內(nèi)部)，允許最小化壓縮機(jī)活塞的長(zhǎng)度。這樣提供了緊湊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，最小化了活塞質(zhì)量和慣性力。
因?yàn)轳R達(dá)″M″的入口(圖8)通過管路286、292和分配器272連接至氣液式蓄能器296，馬達(dá)″M″利用了穩(wěn)定的流體壓力和流體流動(dòng)。
在工作模式，同步機(jī)構(gòu)提供壓縮機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，其與活塞-柱塞的運(yùn)動(dòng)同步，與發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷或加速率無關(guān)。
因此在各汽缸內(nèi)部，發(fā)動(dòng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)的作功行程同時(shí)發(fā)生，具有直接的能量傳輸，沒有經(jīng)過任何的中間機(jī)構(gòu)，并且沒有來自活塞或柱塞的橫向力的影響。這樣最小化并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并且增加了組合裝置的使用壽命和效率。
在組合裝置中，由于能量直接地傳遞，其重量和安裝空間要小于常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)-泵系統(tǒng)。
不同的汽缸的部件的工作時(shí)序由減速器決定，其中減速器連接至轉(zhuǎn)子。此工作時(shí)序增加了泵流體的流動(dòng)穩(wěn)定性。與汽缸之間的同步功能一起，減速器還通過錐齒輪減速器206激活壓縮機(jī)凸輪軸和發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸。
凸輪軸、搖桿和錐齒輪減速器形成壓縮機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)閥的同步機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)提供了發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)氣門的動(dòng)作，其后續(xù)的工作與二沖程工作循環(huán)一致；并且各發(fā)動(dòng)機(jī)活塞從TEP到BEP的行程是作功行程。位于BEP的活塞-柱塞和位于TEP的壓縮機(jī)活塞同時(shí)完成它們的作功行程?？諝庠诮邮掌鲀?nèi)被壓縮至最高壓力。
在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半周期間，活塞-柱塞從BEP到TEP的運(yùn)動(dòng)與壓縮機(jī)活塞從TEP到BEP的運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生。壓縮機(jī)進(jìn)氣閥74打開，排氣閥76關(guān)閉，且空氣被吸入壓縮機(jī)室。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的此半周期間，流體經(jīng)過泵的入口狹槽214和轉(zhuǎn)子管路118進(jìn)入泵室116。
因?yàn)槠湮挥谄椎膫?cè)面上，在具有相同排量的前提下，壓縮機(jī)進(jìn)氣閥的直徑可以制造的比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥的直徑大。因?yàn)槲氲目諝獠幌駛鹘y(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)那樣通過燃燒室，所以吸入空氣的溫度較低。這樣增加容積效率和壓縮機(jī)室內(nèi)的空氣量。這些相關(guān)聯(lián)的因素改善了發(fā)動(dòng)機(jī)在所有條件下的工作性能，特別是在低氣壓場(chǎng)合，例如高海拔地區(qū)。
發(fā)動(dòng)機(jī)活塞從BEP至TEP的運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)連續(xù)的過程通過發(fā)動(dòng)機(jī)活塞作用的聯(lián)合排空、組合壓縮和完成壓縮(對(duì)于柴油機(jī)來說是空氣，或者，對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來說是油氣混合物)。
聯(lián)合排空過程如圖10B所示。
在排空過程中存在三個(gè)因素。
閥52、54打開?；钊?柱塞從BEP運(yùn)動(dòng)至TEP(第一個(gè)因素)，和，同時(shí)，來自接收器的高壓空氣通過打開的閥54和58被注入，置換燃燒廢氣(第二因素)。排空過程提供了高壓空氣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞向下移動(dòng)時(shí)，所述高壓空氣在前一個(gè)行程中被壓縮。
此聯(lián)合的動(dòng)作增強(qiáng)了排氣過程，并且提高了容積效率。通過接收器水套的空氣的輔助冷卻(中間冷卻)是第三個(gè)因素。因此，此三個(gè)聯(lián)合的因素改善了排氣過程，并增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。當(dāng)排氣閥關(guān)閉時(shí)，聯(lián)合的排空過程結(jié)束。
組合壓縮過程如圖10C所示。
排氣閥關(guān)閉，且空氣噴射閥58打開。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并且，同時(shí)噴射空氣，因?yàn)榻邮掌鲀?nèi)部的氣壓大于燃燒室內(nèi)部的氣壓，所以使得汽缸中的氣壓增大。當(dāng)噴射閥關(guān)閉時(shí)，組合壓縮過程結(jié)束。
完成壓縮的過程如圖10D所示。
閥54、58關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)活塞繼續(xù)壓縮。在TEP之前，汽缸內(nèi)的壓力變至最大。普通的燃料注入系統(tǒng)(未示出)起始發(fā)動(dòng)機(jī)作功行程。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周后，工作循環(huán)結(jié)束。
因此，組合裝置的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)采用了運(yùn)用廣泛并且便宜的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸蓋，其進(jìn)氣閥起到空氣噴射閥的作用。此閥替換傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸壁上的空氣端口，并且改善二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。這樣就解決了通過超高壓空氣噴射來增加二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率這一問題。
氣液式蓄能器蓄能模式在起動(dòng)后，PHA流體壓力減小，并且電子測(cè)壓計(jì)294的信號(hào)關(guān)閉螺線管276。分配器272切換至″工作″位置，并且連接泵出口和液壓管路292。流體從泵出口流向PHA。當(dāng)加速踏板沒有被壓下的時(shí)候，壓力增加，并且電子測(cè)壓計(jì)關(guān)閉螺線管276。
因此，在起動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地向PHA蓄能。組合裝置解決了自動(dòng)地向PHA蓄能這一問題，其與停車時(shí)間無關(guān)，即使流體壓力大大地被減少。在其情況下，電子測(cè)壓計(jì)將PHA流體壓力的大小作為自動(dòng)控制信號(hào)，并且開關(guān)分配器的螺線管，而不是像以前描述的″起動(dòng)″、″怠速″和″工作″過程(其要求一個(gè)操作者來操作)。發(fā)動(dòng)機(jī)快速地向PHA蓄能，并且當(dāng)流體壓力到達(dá)最大值時(shí)自動(dòng)地關(guān)閉。因此，組合裝置使發(fā)動(dòng)機(jī)為下一次的大功率快速起動(dòng)作好準(zhǔn)備。
組合裝置增加了效率和比功率，同時(shí)最小化了重量、安裝空間和燃料消耗。
組合裝置使得至少可以●使用具有多個(gè)汽缸的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，可以是柴油機(jī)或兩沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)使用的是柴油機(jī)時(shí)，使用常規(guī)的位于氣缸蓋內(nèi)的(未示出)注射泵系統(tǒng)和燃料噴射器。當(dāng)使用的是汽油機(jī)時(shí)，使用傳統(tǒng)的位于氣缸蓋內(nèi)的(未示出)具有火花塞的燃料注射系統(tǒng)。在兩種情況下都使用傳統(tǒng)的節(jié)氣門(未示出)來控制進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣管路中的空氣量。
●使用普通的燃料、冷卻、電控及其它輔助系統(tǒng)，通過人力獨(dú)立于外部能源進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。組合裝置確保其具有較輕的重量和較大的功率，并且發(fā)動(dòng)機(jī)-泵的成套系統(tǒng)具有相等的發(fā)動(dòng)機(jī)排量。
●分別地，或與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)一起，通過接收器水套進(jìn)行輔助的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻，或?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行空冷。
●利用位于接收器內(nèi)的壓縮空氣用作其它途徑，例如，將更多的空氣泵送至輪胎內(nèi)。
●利用各種液壓傳動(dòng)裝置，如傳統(tǒng)的可變排量或固定排量的馬達(dá)，封閉或開放的回路；為機(jī)器汽缸的工作提供高壓流體。
●利用液壓起動(dòng)馬達(dá)或傳統(tǒng)的具有電力起動(dòng)馬達(dá)(未示出)的交流發(fā)電機(jī)，它們激活減速器。
●在機(jī)器上將發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸軸線安裝成如下的任意一種情況垂直或水平，或者是其它的任意角度。
●采用各種氣體燃料，比如丙烷、天然氣、甲烷、氫、等等。
●由于從發(fā)動(dòng)機(jī)活塞到泵柱塞之間直接的能量傳輸，利用燃料的自燃(引燃)以獲得每排量單位更大的功率輸出。
由于上述的優(yōu)點(diǎn)。組合裝置可以被用于卡車、機(jī)車、船、飛行器、移動(dòng)式動(dòng)力系統(tǒng)、工程機(jī)械和汽車。
權(quán)利要求
1.一種二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和泵的組合裝置，其包括如下部件的組合二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、一壓縮機(jī)、一泵、一同步機(jī)構(gòu)、一減速器、附屬裝置和一個(gè)與液壓傳動(dòng)的液壓馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的電液壓控制系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述組合裝置，其中所述二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)包括一具有冷卻系統(tǒng)的汽缸、具有環(huán)的活塞、具有燃燒室的氣缸蓋、凸輪軸、排氣歧管、排氣閥，并且所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞位于所述壓縮機(jī)的一個(gè)腔室和包含一空氣噴射閥的所述燃燒室之間。
3.如權(quán)利要求1所述組合裝置，其中所述壓縮機(jī)包括一活塞、具有凸輪的凸輪軸，并且所述壓縮機(jī)的所述室是所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)所述發(fā)動(dòng)機(jī)和所述壓縮機(jī)活塞之間的空間，所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸具有一進(jìn)氣歧管、有相應(yīng)的彈簧的進(jìn)氣和排氣閥，位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。
4.如權(quán)利要求3所述的組合裝置，其中所述壓縮機(jī)的所述排氣閥通過一接收器連接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣噴射閥，所述接收器包括一水套，并且位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。
5.如權(quán)利要求3所述的組合裝置，其中所述活塞包括環(huán)，并被固定至一襯套，并且所述閥連接至所述壓縮機(jī)凸輪軸的所述凸輪，并且連接至搖桿，所述搖桿通過軸可旋轉(zhuǎn)地安裝，所述軸位于所述發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的側(cè)面上。
6.如權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中所述泵包括一殼體，其通過一支座板與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸結(jié)合，并且與一閥板相結(jié)合；轉(zhuǎn)子，其包括固定至基座上的一個(gè)氣缸體；一柱塞，其固定至所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，并且所述柱塞、所述轉(zhuǎn)子、所述壓縮機(jī)活塞與所述襯套同軸布置。
7.如權(quán)利要求6所述的組合裝置，其中所述閥板通過泵的入口和出口狹槽連接至各轉(zhuǎn)子，所述泵的入口和出口狹槽形成圓周，并且通過一轉(zhuǎn)子管路連接至所述泵室。
8.如權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中所述同步機(jī)構(gòu)包括補(bǔ)償活塞、一具有銷座的杠桿、一支架和兩個(gè)直徑方向上對(duì)置軸向推桿，其中所述推桿通過位于所述轉(zhuǎn)子外部的支座連接至一支座板，并且其中所述補(bǔ)償活塞位于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部。
9.如權(quán)利要求8所述的組合裝置，其中所述杠桿通過滑動(dòng)器和軸可旋轉(zhuǎn)地連接至氣缸體，通過滑動(dòng)器和一橫臂連接至一柱塞的下部球體部分，并且通過位于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部的所述銷支座連接至所述支架和第一推桿。
10.如權(quán)利要求8所述組合裝置，其中所述支架可旋轉(zhuǎn)地連接至一基座，第二所述推桿通過一鞍形支座連接至所述支架，并且通過一位于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部的密封套連接至一壓縮機(jī)活塞襯套。
11.如權(quán)利要求8所示的組合裝置，其中所述推桿的球體部分中心位于沿支架的平面，其與一鞍形支座和所述銷支座相關(guān)聯(lián)。
12.如權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中所述減速器和一閥板，包括軸承、通過齒型離合器連接至轉(zhuǎn)子的軸、齒輪和連接至一錐齒輪減速器的一個(gè)齒輪的壓縮機(jī)凸輪軸，其具有第二齒輪，所述齒輪具有一連接至所述發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸的軸。
13.如權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中所述的附屬裝置、冷卻系統(tǒng)泵、電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)、柴油噴射泵位于閥板上，并且減速器的軸連接至所述附屬裝置。
14.如權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中所述電液壓控制系統(tǒng)包括一具有螺線管的流體分配器，所述流體分配器具有四條液壓管路，所述管路包括通過止回閥連接至所述泵的入口管路的第一管路，連接至泵的出口管路的第二管路，連接至一儲(chǔ)液器的第三管路，連接至一電子測(cè)壓計(jì)、氣液式蓄能器和起動(dòng)器泵的第四管路，其中所述起動(dòng)器泵包括一個(gè)踏板。
15.如權(quán)利要求14所述的組合裝置，其中所述流體分配器具有三個(gè)位置起動(dòng)位置，其使所述第一管路連接至所述第四管路，且使所述第二管路連接至所述第三管路；怠速位置，其使所述第一管路連接至所述第二管路，且使所述第三管路和第四管路關(guān)閉；工作位置，其使第一管路連接至所述第三管路，且使所述第二管路連接至所述第四管路。
16.一種組合裝置的工作方法，所述方法包括如下步驟(a)通過位于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的下側(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部的壓縮機(jī)活塞之間的相互作用增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，和(b)當(dāng)通過接收器水套進(jìn)行輔助的空氣冷卻所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞向下運(yùn)動(dòng)或向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過直接地壓縮接收器內(nèi)的空氣，并且隨后將來自所述接收器的空氣注入，增加效率，和(c)通過在泵室內(nèi)部的壓縮機(jī)活塞襯套上提供流體壓力，增加壓縮機(jī)的效率，從而激活所述壓縮機(jī)活塞的作功行程，同時(shí)進(jìn)行泵的作功行程，和(d)通過在相反的方向上運(yùn)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和所述壓縮機(jī)活塞，使壓縮機(jī)排量大于發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，并且提供高質(zhì)量的平衡，和(e)通過同時(shí)移動(dòng)固定至所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的泵柱塞的上部進(jìn)入壓縮機(jī)室，并移動(dòng)所述柱塞的下部進(jìn)入所述壓縮機(jī)活塞的襯套內(nèi)部，以及轉(zhuǎn)子進(jìn)入所述泵室，減小燃料消耗，和(f)提供來自一汽缸泵的流體流動(dòng)，以使在一轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)半周期間，轉(zhuǎn)子管路連接至泵的入口狹槽，并且出口狹槽關(guān)閉，并且在第二個(gè)半周期間，所述轉(zhuǎn)子管路連接至所述泵出口狹槽，并且所述入口狹槽關(guān)閉，和(g)通過同時(shí)連接所述第一轉(zhuǎn)子至所述出口狹槽，連接第二轉(zhuǎn)子管路至入口狹槽，提供自不同汽缸泵的流體流動(dòng)，和(h)通過所述壓縮機(jī)活塞和軸向推桿通過密封套具有相等行程的相互作用，以及所述具有直徑上對(duì)置的軸向推桿的泵柱塞通過一個(gè)杠桿的相互作用，使所述發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)活塞相反的運(yùn)動(dòng)與所述轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)同步，其中所述杠桿增加所述泵柱塞的行程，和(i)同步所述推桿的運(yùn)動(dòng)，在所述轉(zhuǎn)子外部，與一支座板相互作用，且在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部和相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子恒定距離，在所述推桿的中心線所在的平面內(nèi)所述支座板和所述支架之間旋轉(zhuǎn)的支架相互作用，和(j)通過減速器同步所述不同汽缸的部件的運(yùn)動(dòng)，連接所述轉(zhuǎn)子，和(k)在泵室內(nèi)，通過所述推桿和具有反作用力的補(bǔ)償活塞之間的相互作用，增加效率，并減少將所述推桿壓向所述支座板的作用力，和(l)通過所述發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的同時(shí)的向上運(yùn)動(dòng)，及將空氣從所述接收器經(jīng)過空氣噴射閥和排氣閥噴射進(jìn)入燃燒室，強(qiáng)化排氣過程，和(m)通過在關(guān)閉所述排氣閥后，關(guān)閉所述空氣噴射閥，增加進(jìn)入所述燃燒室的新鮮空氣的壓力，和(n)通過使所述同步機(jī)構(gòu)的所有組件的運(yùn)動(dòng)處于泵室內(nèi)的油中，為所述同步機(jī)構(gòu)提供高質(zhì)量的潤(rùn)滑，和(o)為所述發(fā)動(dòng)機(jī)提供大功率的液壓起動(dòng)及重新起動(dòng)，提供利用人力起動(dòng)的可能性，而且還通過分配器的三個(gè)不同的位置提供怠速模式和工作模式″起動(dòng)″位置，在此位置連通氣液式蓄能裝置的出口和所述泵的入口；″怠速″位置，在此位置連通所述泵的所述入口和出口、和″工作″位置，在此位置連通所述氣液式蓄能器和所述泵出口以及液壓馬達(dá)入口，和(p)通過流體連接所述氣液式蓄能器和包含一踏板的泵，提供獨(dú)立于外部能量源的，所述發(fā)動(dòng)機(jī)的人工起動(dòng)，和(q)通過依次自動(dòng)地切換″起動(dòng)″、″怠速″和″工作″分配器位置，以及氣液式蓄能器的畜能，并且利用氣液式蓄能器的流體壓力值作為用于自動(dòng)控制的信號(hào)，與停車時(shí)間無關(guān)地提供所述發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。
全文摘要
組合裝置(16)包括一臺(tái)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)(18)、由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)(22)和一臺(tái)液壓泵(24)。泵柱塞(114)固定至發(fā)動(dòng)機(jī)活塞(38)，并且與壓縮機(jī)活塞(62)及泵(24)的轉(zhuǎn)子(106)同軸布置，為壓縮機(jī)和泵提供直接的能量傳輸。柱塞(114)和壓縮機(jī)活塞(62)分別連接至轉(zhuǎn)子(106)的兩個(gè)直徑上對(duì)置的軸向推桿(138)中的一個(gè)。
文檔編號(hào)F04B19/00GK1867759SQ200480029763
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者格利高里·艾普施泰恩 申請(qǐng)人:格利高里·艾普施泰恩