一種自由活塞發(fā)動(dòng)的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，包括缸體、壓縮蓄能器、泵站以及活塞組件，還包括第一比例溢流閥、比例減壓閥、比例調(diào)速閥以及壓力傳感器，所述活塞組件將所述缸體內(nèi)的活塞腔分割為燃燒腔、進(jìn)氣腔、平衡腔、泵腔以及壓縮腔。由于與壓縮腔的壓縮主油口和壓縮啟動(dòng)油口兩個(gè)入口與壓縮蓄能器連接的管道上設(shè)置有比例減壓閥、比例調(diào)速閥、換向閥、比例溢流閥以及壓力傳感器，這樣根據(jù)與壓縮蓄能器相連的壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)，使換向閥在壓縮蓄能器與供油蓄能器之間切換，從而利用一個(gè)液壓泵站完成對(duì)高低壓兩個(gè)油路的補(bǔ)油工作，且壓縮蓄能器中的液壓油經(jīng)過(guò)比例減壓閥后可獲得一個(gè)穩(wěn)定的壓力供給給壓縮腔，使得壓縮腔入口的壓力穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是一種壓縮腔入口壓力穩(wěn)定的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于能源的消耗加劇，而由此帶來(lái)的環(huán)境問題也日漸突出，節(jié)能和環(huán)保成為目前全球關(guān)注的兩大課題，液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)具有可變壓縮比同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)柔性布置，從而可提高燃料經(jīng)濟(jì)性并降低排放污染，是行走機(jī)械有希望的動(dòng)力之星。
[0003]目前液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)仍然停留在實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)試驗(yàn)階段，有諸多的關(guān)鍵技術(shù)和難題需要解決，其中對(duì)于壓縮比的精確控制是最為重要的一點(diǎn)。對(duì)單活塞式液壓自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)而言，對(duì)其壓縮比的影響主要有壓縮蓄能器的壓力水平、負(fù)載蓄能器的壓力水平以及柴油機(jī)的噴油時(shí)刻，其中壓縮蓄能器的壓力水平起主要的作用。目前壓縮蓄能器向壓縮腔輸出的液壓油，一般是采用壓縮蓄能器直接與壓縮腔相連的方式，由于活塞組件的運(yùn)動(dòng)，壓縮腔的容積逐漸增大，因此壓縮蓄能器需要不斷給壓縮腔供油，因此導(dǎo)致壓縮蓄能器的壓力降低，因而流入到壓縮腔的液壓油的壓力也相應(yīng)降低；雖然在隨后的膨脹沖程中，壓縮腔中的液壓油又流回到壓縮蓄能器中，但是由于中間的泄露等損失，使得壓縮蓄能器中的壓力逐漸降低，而且不能保證每個(gè)循環(huán)的壓力都相等，因此使得發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮過(guò)程在每一循環(huán)都發(fā)生變化。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種壓縮腔入口壓力穩(wěn)定且流量可調(diào)的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，包括缸體、壓縮蓄能器、泵站以及設(shè)置在所述缸體內(nèi)的活塞組件，還包括第一比例溢流閥、比例減壓閥、比例調(diào)速閥以及壓力傳感器，所述活塞組件將所述缸體內(nèi)的活塞腔分割為沿所述活塞組件的長(zhǎng)度方向依次排列的燃燒腔、進(jìn)氣腔、平衡腔、泵腔以及壓縮腔，所述壓縮腔設(shè)置有與外部連通的壓縮主油口和壓縮啟動(dòng)油口，所述壓縮蓄能器分別與所述第一比例溢流閥的入口、所述比例減壓閥的入口、所述比例調(diào)速閥的出口以及所述壓力傳感器的測(cè)試口相連接；
[0007]所述第一比例溢流閥與所述壓縮蓄能器之間的連接管道通過(guò)第一換向閥與所述泵站的出口相連接；
[0008]所述比例減壓閥的出口分別與所述比例調(diào)速閥的入口、所述壓縮主油口以及所述壓縮啟動(dòng)油口相連接，所述比例減壓閥與所述壓縮啟動(dòng)油口之間的連接管道上并聯(lián)設(shè)置有第二換向閥和壓縮單向閥，所述壓縮單向閥的入口與所述壓縮啟動(dòng)油口相連接。
[0009]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，本實(shí)用新型的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)還包括第二比例溢流閥，所述第二比例溢流閥的入口連接在所述第一換向閥與所述泵站之間的連接管道上。
[0010]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述壓縮腔還設(shè)置有與外部連通的壓縮補(bǔ)油口，所述壓縮補(bǔ)油口上連接有供油儲(chǔ)能器，所述供油蓄能器與所述壓縮補(bǔ)油口之間還設(shè)置有液控回復(fù)單向閥；
[0011]所述泵腔設(shè)置有與外部連通的泵腔排油口和泵腔補(bǔ)油口，所述泵腔排油口上連接有泵油單向閥，所述泵油單向閥上連接有負(fù)載蓄能器，所述負(fù)載蓄能器同時(shí)與所述平衡腔連通，所述泵腔補(bǔ)油口與所述供油蓄能器連接，且所述供油蓄能器與所述泵腔補(bǔ)油口之間還設(shè)置有液控吸油單向閥，所述供油蓄能器與所述液控吸油單向閥或所述液控回復(fù)單向閥連接的管路上并聯(lián)有直動(dòng)式溢流閥。
[0012]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，本實(shí)用新型的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)還包括控制油路，所述控制油路分別與所述液控吸油單向閥和所述液控回復(fù)單向閥的控制端連接。
[0013]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選，所述第一換向閥為二位三通換向閥，所述第二換向閥為二位二通換向閥。
[0014]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選，所述燃燒腔設(shè)置有排氣口，所述進(jìn)氣腔設(shè)置有進(jìn)氣口，所述燃燒腔和所述進(jìn)氣腔之間設(shè)置有掃氣通道。
[0015]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0016]由于與壓縮腔的壓縮主油口和壓縮啟動(dòng)油口兩個(gè)入口與壓縮蓄能器連接的管道上設(shè)置有比例減壓閥、比例調(diào)速閥、換向閥、比例溢流閥以及壓力傳感器，這樣根據(jù)與壓縮蓄能器相連的壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)，使換向閥在壓縮蓄能器與供油蓄能器之間切換，從而利用一個(gè)液壓泵站完成對(duì)高低壓兩個(gè)油路的補(bǔ)油工作，且壓縮蓄能器中的液壓油經(jīng)過(guò)比例減壓閥后可獲得一個(gè)穩(wěn)定的壓力供給給壓縮腔，從而使得壓縮腔入口的壓力穩(wěn)定。
[0017]同時(shí)，并聯(lián)在壓縮蓄能器出口的比例溢流閥用來(lái)保證壓縮蓄能器的最高工作壓力。當(dāng)工作負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，只需要相應(yīng)調(diào)節(jié)比例減壓閥和比例溢流閥的控制電流，從而使壓縮腔入口獲得一個(gè)合適的壓力，并仍能保持入口壓力的穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行膨脹做功時(shí)，活塞組件向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)泵油單向閥向負(fù)載和負(fù)載蓄能器提供高壓油；此時(shí)壓縮腔內(nèi)的高壓油在活塞組件的推動(dòng)下重新經(jīng)壓縮腔開設(shè)的啟動(dòng)油口和主油口，經(jīng)比例調(diào)速閥流回到壓縮蓄能器中。當(dāng)負(fù)載所需流量較小時(shí)，除可以通過(guò)降低活塞組件的運(yùn)動(dòng)頻率外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開口大小來(lái)調(diào)整活塞組件的運(yùn)動(dòng)速度，從而達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)整輸出流量的目的。
[0018]此外，當(dāng)活塞組件運(yùn)行到接近下止點(diǎn)某一位置時(shí)，此時(shí)減小比例調(diào)速閥的輸入電流，使活塞的快速運(yùn)動(dòng)得到抑制，在壓縮腔中形成緩沖，防止活塞組件與缸體的碰撞。
[0019]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)連接示意圖。
[0021]圖中標(biāo)示對(duì)應(yīng)如下:
[0022]1-缸體；2-活塞組件；
[0023]3-壓縮蓄能器；4-泵站；
[0024]5-第一比例溢流閥；6-比例減壓閥；
[0025]7-比例調(diào)速閥；8-壓力傳感器；
[0026]9-燃燒腔；10-進(jìn)氣腔；
[0027]11-平衡腔；12-泵腔；
[0028]13-壓縮腔；14-噴油器；
[0029]15-排氣口；16-進(jìn)氣口；
[0030]17-進(jìn)氣活塞；18-密封件；
[0031 ]19-掃氣通道；20-壓縮主油口 ；
[0032]21-壓縮啟動(dòng)油口；22-壓縮補(bǔ)油口；
[0033]23-第一換向閥；24-第二換向閥；
[0034]25-壓縮單向閥；26-第二比例溢流閥；
[0035]27-供油儲(chǔ)能器；28-液控回復(fù)單向閥；
[0036]29-控制油路；30-泵腔排油口；
[0037]31-泵腔補(bǔ)油口；32-泵油單向閥；
[0038]33-負(fù)載蓄能器；34-液控吸油單向閥；
[0039]35-直動(dòng)式溢流閥。

【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0041]如圖1所示,本實(shí)施例提供的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī),包括缸體1、活塞組件2、壓縮蓄能器3以及泵站4，還包括第一比例溢流閥5、比例減壓閥6、比例調(diào)速閥7以及壓力傳感器8。當(dāng)然，本實(shí)施例的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)還需要有控制系統(tǒng)，在本實(shí)施例中控制系統(tǒng)采用現(xiàn)有自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)采用的控制系統(tǒng)，其與第一比例溢流閥5、比例減壓閥6、比例調(diào)速閥7以及壓力傳感器8等元件及下文提及的各原件的連接方式都是常規(guī)的連接方式，此處及下文都不再詳述。
[0042]活塞組件2設(shè)置在缸體I的活塞腔內(nèi)，并將缸體I內(nèi)的活塞腔分割為沿活塞組件2的長(zhǎng)度方向依次排列的燃燒腔9、進(jìn)氣腔10、平衡腔11、泵腔12以及壓縮腔13?；钊M件2與缸體I的配合可以是常規(guī)的配合方式，燃燒腔9、進(jìn)氣腔10、平衡腔11和泵腔12與自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)各管路的連接方式也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的連接方式或采用新型的連接方式。
[0043]在本實(shí)施例中，燃燒腔9設(shè)置有排氣口 15和噴油器14，排氣口 15設(shè)置在靠近活塞組件2的位置處，噴油器14設(shè)置在與活塞組件2相對(duì)應(yīng)的側(cè)面上，這樣活塞組件2在壓縮燃燒腔9的過(guò)程中可以堵住排氣口 15，但不會(huì)影響噴油器14工作。進(jìn)氣腔10設(shè)置有進(jìn)氣口 16，進(jìn)氣口 16處設(shè)置有用于控制進(jìn)氣量的進(jìn)氣活塞17。活塞組件2在燃燒腔9和進(jìn)氣腔10之間的位置處設(shè)置有密封件18，為了使得進(jìn)氣腔10內(nèi)的氣體可以流入燃燒腔9與燃燒油混合，缸體I上還設(shè)置有連通燃燒腔9和進(jìn)氣腔10的掃氣通道19，掃氣通道19與燃燒腔9連通的口部位置最好與排氣口 15相對(duì)應(yīng)。
[0044]壓縮腔13設(shè)置有與外部連通的壓縮主油口 20、壓縮啟動(dòng)油口 21和壓縮補(bǔ)油口22，壓縮主油口 20位于靠近活塞組件2的位置，壓縮啟動(dòng)油口 21位于遠(yuǎn)離活塞組件2的位置，這樣活塞組件2在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以將壓縮主油口 20堵住，但是不會(huì)將壓縮啟動(dòng)油口 21堵住。
[0045]壓縮蓄能器3的接口分為四路，分別與第一比例溢流閥5的入口、比例減壓閥6的入口、比例調(diào)速閥7的出口以及壓力傳感器8的測(cè)試口相連接。
[0046]第一比例溢流閥5與壓縮蓄能器3之間的連接管道通過(guò)第一換向閥23與泵站4的出口相連接，第一換向閥23優(yōu)選為二位三通換向閥。第一比例溢流閥5的出口與油缸相連接。
[0047]在本實(shí)施例中，第一換向閥23與泵站4之間的連接管道上還并聯(lián)有第二比例溢流閥26，第二比例溢流閥26的入口連接在第一換向閥23與泵站4之間的連接管道上，出口與油缸相連接。
[0048]比例減壓閥6的出口分為四路，其中一路與比例調(diào)速閥7的入口連接、一路與壓縮主油口 20連接，剩下兩路與壓縮啟動(dòng)油口 21相連接。比例減壓閥6與壓縮啟動(dòng)油口 21之間的兩路連接管道并聯(lián)設(shè)置，其中一路管道上安裝有第二換向閥24，第二換向閥24優(yōu)選為二位二通換向閥，另一路管道上安裝有壓縮單向閥25，壓縮單向閥25的入口與壓縮啟動(dòng)油口 21相連接。
[0049]壓縮腔13的壓縮補(bǔ)油口 22上連接有供油儲(chǔ)能器27，供油蓄能器27與壓縮補(bǔ)油口 22之間還設(shè)置有液控回復(fù)單向閥28，液控回復(fù)單向閥28的控制端連接有控制油路29，且液控回復(fù)單向閥28的入口與供油蓄能器27連接，出口與壓縮補(bǔ)油口 22連接。本實(shí)施例中的液控回復(fù)單向閥28是常規(guī)的液控單向閥，當(dāng)控制油路29未提供壓力油時(shí)該液控單向閥正常工作，當(dāng)控制油路29提供壓力油時(shí)，流經(jīng)該液控單向閥的油液可以反向流動(dòng)。
[0050]泵腔12設(shè)置有與外部連通的泵腔排油口 30和泵腔補(bǔ)油口 31，泵腔排油口 30上連接有泵油單向閥32，泵油單向閥32上連接有負(fù)載蓄能器33，泵油單向閥32的具體連接方式為該單向閥入口與泵腔排油口 30連接，出口與負(fù)載蓄能器33連接。負(fù)載蓄能器33同時(shí)與平衡腔11連通。
[0051]泵腔補(bǔ)油口 31也與供油蓄能器27連接，且供油蓄能器27與泵腔補(bǔ)油口 31之間設(shè)置有液控吸油單向閥34，液控吸油單向閥34的入口與供油蓄能器27連接，出口與泵腔補(bǔ)油口 31連接，控制端與控制油路29連接。本實(shí)施例中的液控吸油單向閥34也是常規(guī)的液控單向閥，當(dāng)控制油路29未提供壓力油時(shí)該液控單向閥正常工作，當(dāng)控制油路29提供壓力油時(shí)，流經(jīng)該液控單向閥的油液可以反向流動(dòng)。
[0052]供油蓄能器27與液控吸油單向閥34或液控回復(fù)單向閥28連接的管路上并聯(lián)有直動(dòng)式溢流閥35，直動(dòng)式溢流閥35的入口與相應(yīng)的管路連接，出口與油缸連接。
[0053]在本實(shí)施例中，負(fù)載連接在供油蓄能器27與負(fù)載蓄能器33之間，負(fù)載與供油蓄能器27之間的管路還通過(guò)第一換向閥23與泵站4連接。
[0054]下面根據(jù)本實(shí)施例的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)六個(gè)不同階段的工作過(guò)程對(duì)本實(shí)施例的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的使用做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0055](I)準(zhǔn)備階段:
[0056]當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)備工作時(shí)，首先將泵站4啟動(dòng)，第一換向閥23連通泵站4與壓縮蓄能器3，由于在本實(shí)施例中第一換向閥23為二位三通換向閥，此時(shí)如圖1所示該二位二通換向閥右位工作，泵站4給壓縮蓄能器3供油，同時(shí)調(diào)節(jié)第一比例溢流閥5的控制電流，使壓縮蓄能器3的壓力達(dá)到正常工作所需要的壓力；當(dāng)壓縮蓄能器3的壓力達(dá)到要求后，壓力傳感器8發(fā)出信號(hào)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制第一換向閥23斷開泵站4與壓縮蓄能器3的連接并連通泵站4與負(fù)載和供油蓄能器27之間的管路，即此時(shí)如圖1所示二位三通換向閥進(jìn)行換向動(dòng)作并工作于左位，泵站4給供油蓄能器27供油，同時(shí)通過(guò)直動(dòng)式溢流閥35設(shè)定供油蓄能器27的所需的壓力值，此時(shí)，控制系統(tǒng)最好控制第二比例溢流閥26的控制電流，使第二比例溢流閥26的溢流壓力略高于直動(dòng)式溢流閥35所設(shè)定的壓力值，以降低泵站4的功率損耗。
[0057](2)壓縮過(guò)程恒壓力輸出階段:
[0058]準(zhǔn)備階段完成后，壓縮蓄能器3和供油蓄能器27均達(dá)到設(shè)定的壓力值，此時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，使第二換向閥24連通比例減壓閥6與壓縮啟動(dòng)油口 21，由于在本實(shí)施例中第二換向閥24為二位二通換向閥，此時(shí)該二位二通換向閥右位工作；同時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前負(fù)載的工作情況，確定壓縮所需要的壓力水平，計(jì)算并提供給比例減壓閥6和第一比例溢流閥5合適的控制電流，使比例減壓閥6輸出的壓力穩(wěn)定且符合負(fù)載工作需要；此夕卜，第一比例溢流閥5設(shè)定的壓力值最好略高于比例減壓閥6的設(shè)定壓力值2MPa左右，以保證比例減壓閥6的正常工作，具體壓力值可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。
[0059]在此過(guò)程中，壓縮蓄能器3中的高壓油經(jīng)過(guò)比例減壓閥6和第二換向閥24經(jīng)壓縮啟動(dòng)油口 21進(jìn)入壓縮腔13，進(jìn)而推動(dòng)活塞組件2向燃燒腔9方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)活塞組件2運(yùn)動(dòng)到將壓縮腔13腔體上的壓縮主油口 20打開后，比例減壓閥6流出的液壓油可經(jīng)過(guò)壓縮啟動(dòng)油口 21和壓縮主油口 20兩條通道流入壓縮腔13中。
[0060]由于比例減壓閥6在正常工作時(shí)，其出口壓力基本保持不變，因此壓縮腔13的入口壓力基本保持不變，活塞組件2的運(yùn)動(dòng)是在恒壓下進(jìn)行的，此時(shí)雖然壓縮蓄能器3中的壓力由于高壓油的不斷流出而逐漸降低，但是由于比例減壓閥6的作用，壓縮腔13的入口處始終可以獲得基本穩(wěn)定的壓力，這樣，活塞組件2的壓縮過(guò)程就具有很強(qiáng)的重復(fù)性，對(duì)壓縮的控制也相對(duì)變得容易。
[0061]在活塞組件2向燃燒腔9方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，泵腔12通過(guò)液控吸油單向閥34從供油蓄能器27中汲取低壓油，此時(shí)控制油路29不對(duì)液控吸油單向閥34和液控回復(fù)單向閥28供油，液控吸油單向閥34正向工作；同時(shí)與壓縮腔13相連的液控回復(fù)單向閥28由于壓縮腔13的壓力遠(yuǎn)高于供油蓄能器27的壓力而保持關(guān)閉狀態(tài)。
[0062]在壓縮沖程中，活塞組件2首先推動(dòng)進(jìn)氣腔10中的氣體經(jīng)過(guò)掃氣通道19進(jìn)入燃燒腔9，燃燒腔9內(nèi)的燃燒廢氣通過(guò)排氣口 15排出；之后活塞組件2繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞組件
2將排氣口 15堵住后，自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入實(shí)際壓縮過(guò)程，對(duì)燃燒腔9中的空氣進(jìn)行壓縮，該壓縮過(guò)程的突出優(yōu)點(diǎn)就是不論壓縮蓄能器3的壓力如何變動(dòng)，只要保證比例減壓閥6的控制電流不變，則壓縮主油口 20和壓縮啟動(dòng)油口 21的壓力始終穩(wěn)定，從而確保壓縮過(guò)程在恒壓下進(jìn)行。
[0063](3)膨脹沖程及輸出功率可調(diào)階段:
[0064]當(dāng)活塞組件2向燃燒腔9方向運(yùn)動(dòng)到極限位置后，該位置即為活塞組件2的上止點(diǎn)位置，同樣的，當(dāng)活塞組件2往相反反向運(yùn)動(dòng)到極限位置后，該位置即為活塞組件2的下止點(diǎn)位置。
[0065]當(dāng)活塞組件2運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)位置后，噴油器14向燃燒腔9內(nèi)噴入適量燃油，燃油燃燒產(chǎn)生熱量推動(dòng)活塞組件向壓縮腔13方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，泵腔12中的液壓油在活塞組件2的推動(dòng)下經(jīng)泵油單向閥32流入到負(fù)載蓄能器33和負(fù)載中，并有一部分流入到平衡腔11中；此時(shí)壓縮腔13中的液壓油同樣在活塞組件2的作用下經(jīng)過(guò)壓縮主油口 20和壓縮啟動(dòng)油口 21流出，壓縮啟動(dòng)油21的回油經(jīng)過(guò)壓縮單向閥25和比例調(diào)速閥7流回壓縮蓄能器3中，從壓縮主油口 20流出的回油同樣經(jīng)過(guò)比例調(diào)速閥7流回壓縮蓄能器3中。
[0066]當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載所需流量較大時(shí)，在控制系統(tǒng)的控制下，比例調(diào)速閥7的控制電流也相應(yīng)增大，使得比例調(diào)速閥7的通流能力增強(qiáng)，減小活塞組件2的運(yùn)動(dòng)阻力；當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載所需流量極小時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)減小比例調(diào)速閥7的控制電流，使其通流能力降低，降低活塞組件2的運(yùn)動(dòng)速度，從而使自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出流量減小，既能保證負(fù)載的流量需求，又不至于使自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的處于停機(jī)狀態(tài)。
[0067]需要說(shuō)明的是，當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載所需流量極小時(shí)，也可以通過(guò)使活塞組件2在下止點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間停留來(lái)實(shí)現(xiàn)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)輸出流量的調(diào)節(jié)，但是當(dāng)活塞組件2停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)狀態(tài)，每一次重新啟動(dòng)都類似于一次冷啟動(dòng)過(guò)程，雖然也可以通過(guò)自身的壓縮比可變使其燃燒狀況處于最佳狀態(tài)，但是使自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)處于一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)更能節(jié)省燃料和降低排放，因此不建議采用這種方式來(lái)調(diào)節(jié)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出流量。
[0068]此外，通過(guò)減小比例調(diào)速閥7的控制電流，使活塞組件2的運(yùn)動(dòng)速度降低，也可以避免活塞組件2以較大的速度與缸體I產(chǎn)生碰撞，造成零部件的損壞和損傷。
[0069](4) “缺火”回復(fù)階段:
[0070]當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)由于各種隨機(jī)因素的影響而出現(xiàn)“缺火”故障時(shí)，要使其重新工作，必須使活塞組件2從所處的位置回到下止點(diǎn)位置，該過(guò)程稱之為回復(fù)過(guò)程，“缺火”故障發(fā)生時(shí)活塞組件2所處的位置也是隨機(jī)的，可以是任意位置。
[0071]此時(shí)控制油路29向液控吸油單向閥34和液控回復(fù)單向閥28供油，使液控吸油單向閥34和液控回復(fù)單向閥28反向?qū)?，此時(shí)壓縮腔13與泵腔12與供油蓄能器27的低壓油路相通，而平衡腔11與負(fù)載蓄能器33的高壓油路相通，進(jìn)而使得活塞組件2在壓力差的作用下回到下止點(diǎn)位置，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。
[0072](5)補(bǔ)油階段:
[0073]由于泄漏以及液壓油經(jīng)過(guò)減壓閥后會(huì)產(chǎn)生節(jié)流損失，雖然在膨脹沖程中壓縮腔13的液壓油會(huì)重新回到壓縮蓄能器3中，但是隨著活塞組件2的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，壓縮蓄能器3中的壓力會(huì)逐漸降低，直至低于預(yù)先設(shè)定的最小壓力時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)壓力傳感器8的輸出信號(hào)，發(fā)送信號(hào)給第一換向閥23，使其連通泵站4與壓縮蓄能器3，即作為第一換向閥23的二位三通換向閥右位工作，給壓縮蓄能器3供油，直至壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值；接著控制器再次發(fā)送信號(hào)給第一換向閥23，使其左位工作，連通泵站4和供油蓄能器27，給供油蓄能器27供油，在這個(gè)過(guò)程中可通過(guò)直動(dòng)式溢流閥35溢流。在整個(gè)補(bǔ)油階段，由于壓縮腔13一直通過(guò)比例減壓閥6與壓縮蓄能器3相連，因此壓縮腔13的壓力不受壓縮蓄能器3的壓力波動(dòng)的影響，仍保持穩(wěn)定。
[0074](6)壓力調(diào)整階段:
[0075]當(dāng)自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件發(fā)生變化時(shí)，需要調(diào)整自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，以最大限度的發(fā)揮自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，此時(shí)需要對(duì)壓縮腔13的推動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整方式為，控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載所需要的壓縮比大小計(jì)算出所需要的壓力大小，并根據(jù)比例減壓閥6和第二比例溢流閥5的壓力與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別輸出相應(yīng)的控制電流給比例減壓閥6和第二比例溢流閥5，使其壓力達(dá)到設(shè)定值，從而方便的調(diào)定了流入壓縮腔13的壓力并使其保持穩(wěn)定。
[0076]上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不僅限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變形，如將上述實(shí)施例中的直動(dòng)式溢流閥35變更為比例溢流閥等，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，包括缸體、壓縮蓄能器、泵站以及設(shè)置在所述缸體內(nèi)的活塞組件，其特征在于，還包括第一比例溢流閥、比例減壓閥、比例調(diào)速閥以及壓力傳感器，所述活塞組件將所述缸體內(nèi)的活塞腔分割為沿所述活塞組件的長(zhǎng)度方向依次排列的燃燒腔、進(jìn)氣腔、平衡腔、泵腔以及壓縮腔，所述壓縮腔設(shè)置有與外部連通的壓縮主油口和壓縮啟動(dòng)油口，所述壓縮蓄能器分別與所述第一比例溢流閥的入口、所述比例減壓閥的入口、所述比例調(diào)速閥的出口以及所述壓力傳感器的測(cè)試口相連接； 所述第一比例溢流閥與所述壓縮蓄能器之間的連接管道通過(guò)第一換向閥與所述泵站的出口相連接； 所述比例減壓閥的出口分別與所述比例調(diào)速閥的入口、所述壓縮主油口以及所述壓縮啟動(dòng)油口相連接，所述比例減壓閥與所述壓縮啟動(dòng)油口之間的連接管道上并聯(lián)設(shè)置有第二換向閥和壓縮單向閥，所述壓縮單向閥的入口與所述壓縮啟動(dòng)油口相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，還包括第二比例溢流閥，所述第二比例溢流閥的入口連接在所述第一換向閥與所述泵站之間的連接管道上。
3.如權(quán)利要求2所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述壓縮腔還設(shè)置有與外部連通的壓縮補(bǔ)油口，所述壓縮補(bǔ)油口上連接有供油儲(chǔ)能器，所述供油蓄能器與所述壓縮補(bǔ)油口之間還設(shè)置有液控回復(fù)單向閥； 所述泵腔設(shè)置有與外部連通的泵腔排油口和泵腔補(bǔ)油口，所述泵腔排油口上連接有泵油單向閥，所述泵油單向閥上連接有負(fù)載蓄能器，所述負(fù)載蓄能器同時(shí)與所述平衡腔連通，所述泵腔補(bǔ)油口與所述供油蓄能器連接，且所述供油蓄能器與所述泵腔補(bǔ)油口之間還設(shè)置有液控吸油單向閥，所述供油蓄能器與所述液控吸油單向閥或所述液控回復(fù)單向閥連接的管路上并聯(lián)有直動(dòng)式溢流閥。
4.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，還包括控制油路，所述控制油路分別與所述液控吸油單向閥和所述液控回復(fù)單向閥的控制端連接。
5.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述第一換向閥為二位三通換向閥，所述第二換向閥為二位二通換向閥。
6.如權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述燃燒腔設(shè)置有排氣口，所述進(jìn)氣腔設(shè)置有進(jìn)氣口，所述燃燒腔和所述進(jìn)氣腔之間設(shè)置有掃氣通道。
【文檔編號(hào)】F15B1/02GK204175430SQ201420603091
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】任好玲, 林添良, 付勝杰, 楊帆, 葉月影 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)