专利名称：液压自由活塞发动机增压启动装置的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种液压自由活塞发动机增压启动装置。
背景技术：
石油是人类重要的初始能源。石油中储存的能量是以化学能的形式存在的。以燃油为初始能源的液压机械，其能量最终来源于石油。石油中的化学能转化为热能，然后转化为机械能，最后转化为液压能。在每一次能量转化中都有一部分能量耗散掉了。
人类在经历两次石油危机后，人类意识到节约能源和能源结构多元化是实现能源安全的有效途径。对于液压机械，也必须适应这种挑战。液压自由活塞发动机正是在这种背景下应运而生的。液压自由活塞发动机较传统的发动机、泵装置的优点有结构简单、能量利用率高和可以使用多种燃料等。
在液压自由活塞发动机发展过程中，提高效率一直是大家追求的目标。液压自由活塞发动机是一种将燃料燃烧装置和液压泵有机集成为一体实现将燃料的化学能转化为液压能的装置。当发动机活塞与液压泵的方向阀的换向完全同步时，发动机能量转换的效率最高。
液压自由活塞发动机采用储存的液压能启动液压自由活塞发动机。目前的启动方式几乎全部采用活塞振荡式启动方式。为了实现在活塞振荡过程中活塞的动能不但增加，必须采用高速位置和速度传感器检测活塞的位置和速度信号，并精确控制液压泵高速方向阀的换向时间。这使得整个系统控制过程比较复杂，整个发动机的制造困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液压自由活塞发动机增压启动装置。它使用增压式发动机启动方式，该方式通过增压装置将蓄能器中的液压油增压后推动活塞运动，使得发动机活塞在一个冲程中达到使燃料正常燃烧的动能。从而减少了对高速传感器的需求，并且启动过程稳定可靠。
本发明的技术方案如下它包括燃烧动力部件、启动控制部件和微机控制部件；其特征在于启动控制部件包括增压启动装置和电液控制装置及结构如下1)压启动装置包括2位4通阀、两个2位3通阀、低压蓄能器、单向阀、高压蓄能器、启动增压缸、2位2通阀、液压补给泵站；液压补给泵站上装有低压蓄能器和单向阀，单向阀的出口一端与2位4通换向阀连接，另一端接启动增压缸的小腔，第一2位3通阀分别接启动增压缸的大腔、2位2通阀和经第二2位3通阀接2位4通换向阀，在2位2通阀上还接有高压蓄能器，第一、二2位3通阀和2位2通阀与微机控制单元连接；2)电液控制装置包括两个2位3通换向阀、2位4通阀换向阀，第一、二2位3通阀连接，并各自与微机控制单元电连接，第一、二2位3通换向阀分别与2位4通换向阀连接，2位4通换向阀分别与燃烧动力部件中的双作用液压缸两腔连接。
本发明与背景技术比较具有以下优点该装置是将蓄能器中储存的液压油，通过增压装置增压后，作为液压自由活塞发动机的原始动力。增压后的液压油直接推动发动机活塞作压缩冲程，使得发动机活塞在一个冲程中达到使燃油燃烧的初始动能。
附图是本发明的结构原理图。
具体实施例方式
如附图所示本发明包括燃烧动力部件、启动控制部件和微机控制部件；启动控制部件包括增压启动装置和电液控制装置其结构如下1)压启动装置包括2位4通阀21、两个2位3通阀22、27、低压蓄能器23、单向阀24、高压蓄能器25、启动增压缸26、2位2通阀28、液压补给泵站29；液压补给泵站29上装有低压蓄能器23和单向阀24，单向阀24的出口一端与2位4通换向阀2连接，另一端接启动增压缸26的小腔，第一2位3通阀27分别接启动增压缸26的大腔、2位2通阀28和经第二2位3通阀28接2位4通换向阀21，在2位2通阀28上还接有高压蓄能器25，第一、二2位3通阀27、22和2位2通阀28与微机控制单元连接；2)电液控制装置包括两个2位3通换向阀19、20、2位4通阀换向阀21，第一、二2位3通阀19、20连接，并各自与微机控制单元30电连接，第一、二2位3通换向阀19、20分别与2位4通换向阀21连接，2位4通换向阀21分别与燃烧动力部件中的双作用液压缸15两腔连接；本发明液压自由活塞发动机及其增压启动装置的工作原理如下按发动机的工作状态可以分为正常工作状态和启动状态a)正常工作状态当液压自由活塞发动机处于正常工作状态时，燃料喷入燃烧室7、8中燃烧作功，推动液压活塞16在双作用液压缸15中左右滑动。为了说明液压自由活塞发动机的机理。我们假设此时燃料在燃烧室1中燃烧推动液压活塞16向右滑动。扫气腔11中的空气被压缩，使得腔内压力高于大气压力；扫气单向阀13关闭，给燃烧室7充气；而扫气腔12的容积变大，使得腔内压力低于大气压力；扫气单向阀14开启，给扫气腔12充气。燃烧室8中的空气被压缩；燃烧室7中的空气由于燃料燃烧发热，体积膨胀推动活塞9向右运动。2位4通阀21处于左位工作状态。2位3通阀电磁铁失电，2位2通阀28得电。
由于液压活塞16滑动，使得液压缸15的左腔容积增大，右腔容积减小。液压油补给泵站29将油箱中的液压油泵出，通过单向阀24和2位4通阀21向液压缸15的左腔补给液压油。液压缸15右腔容积减小，将腔内的液压油压力升高后压出液压缸，高压液压油通过2位4通阀21和2位3通阀22到达高压蓄能器25。在高压蓄能器25的作用下，液压缸中压出液压油形成的压力脉动被削弱。最后通过2位2通阀28向外提供高压液压油动力。
当液压活塞16继续向右滑动，活塞10触发位置传感器6向微机控制单元30发出信号。微机一方面使燃料喷嘴2开启，另一方面使2位3通阀20得电，2位3通阀19失电。
燃料补给泵18将燃料从燃料油箱中泵出，达到燃料喷射需要的压力。燃料共轨管17将高压燃料储存起来，并减小燃料的压力波动。当喷嘴2开启时，燃料共轨管17中储存的燃料被喷到燃烧室8中。微机控制单元30控制喷嘴2启的时间，从而控制喷入到燃烧室8中燃料的数量。燃料和燃烧室8中的高压空气混合、燃烧，使得燃烧室8中的空气膨胀，并推动活塞10向左运动。从喷嘴2到开启信号到燃料在燃烧室8中开始燃烧需要一定的时间延迟，这个延迟称为燃料燃烧迟滞时间。
2位3通阀20、19是2位4通阀21的先导阀，当2位3通阀20得电，21失电时，将推动2位4通阀21换为右位状态。将2位4通阀21的换向时间设计为和燃料燃烧迟滞时间相同。这样可以使得活塞16的换向和2位4通阀21的换向同步。这种同步技术就是液压泵的方向阀换向跟随发动机活塞换向的预测控制策略。
当活塞10向左运动时，扫气腔12中的空气被压缩，使得腔内压力高于大气压力；扫气单向阀14关闭，给燃烧室8充气；而扫气腔11的容积变大，使得腔内压力低于大气压力；扫气单向阀13开启，给扫气腔11充气。同时由于活塞10推动液压活塞16向左运动，使得液压缸15左腔容积减小，右腔容积增大。液压油补给泵站29将油箱中的液压油泵出，通过单向阀24和2位4通阀21向液压缸15的右腔补给液压油。液压缸15左腔容积减小，将腔内的液压油压力升高后压出液压缸，高压液压油通过2位4通阀21和2位3通阀22到达高压蓄能器25，并经过2位2通阀28向外界提供动力。
当液压活塞16继续向左滑动，活塞10触发位置传感器5向微机控制单元30发出信号。微机一方面使燃料喷嘴1开启，另一方面使2位3通阀19得电，2位3通阀20失电。微机控制单元30控制喷嘴1开启时间，从而控制喷入到燃烧室7中燃料数量。喷入燃烧室7中的燃料与空气混合燃烧，使燃烧室1中的空气膨胀，推动活塞9向右运动，同时推动液压活塞向右运动。2位3通阀19得电，2位3通阀20失电，使得2位4通阀21换向发动机又回到最初的状态。就这样液压发动机的活塞16周而复始的左右滑动，不断向外界提供高压液压油动力。
b)启动状态当液压自由活塞发动机处于启动状态时，发动机活塞的具体位置不能确定；各个阀的电磁铁处于失电状态；低压蓄能器23中储存油低压液压油，高压蓄能器25中储存油高压液压油。液压油补给泵站29和燃料补给泵站18都处于工作状态。
当发动机处于启动状态时，微机控制单元30在得到启动的指令后，依次控制完成以下动作1)首先将启动气阀3、4开启；2)2位3通阀19得电，2位3通阀20失电，推动2位4通阀21到左位；3)2位3通阀22、27得电；4)将增压缸26活塞推到右极限位置；将液压活塞16推到右极限位置；5)2位3通阀27失电6)启动气阀3、4关闭；7)2位3通阀19失电，2位3通阀20得电，推动2位4通阀21到右位；高压蓄能器25中液压油经过启动增压缸26增压后到达液压缸15的右腔，推动液压活塞向左运动。燃烧室7中的空气被压缩；8)当活塞9继续向左运动，触发位置传感器5向微机控制单元30发出触发信号。微机控制单元30使喷嘴3开启，并维持预定的时间；燃料共轨管17中储存的燃料将一定数量的燃料喷入到燃烧室7中。同时微机控制单元30使2位3通阀19失电，2位3通阀20得电，经过燃料燃烧迟滞时间，2位4通阀21换向；9)当活塞9运动到接近左极限位置时，增压缸26的增压活塞也运行到极限位置，并停止增压。将液压活塞16的一个冲程容积与增压缸26的增压容积设计成相同，使得增压机构只将一定容积的液压油增压用于发动机启动，这就是增压机构定容增压原理；10)燃料在燃烧室7中燃烧，燃烧室7中空气膨胀，推动活塞9向右运动。
11)2位3通阀22失电，2位2通阀28得电，液压自由活塞发动机进入正常工作状态。
液压自由活塞发动机在正常工作状态时，负载的变化会引起液压活塞16运动速度的变化。具体讲，当负载压力增加时，液压活塞16的运动速度降低。活塞触发连续两次触发位置传感器5、6的时间间隔增加。当负载压力减小时，活塞16的运动速度增加。活塞触发连续两次触发位置传感器5、6的时间间隔减小。微机控制单元30根据传感器5、6触发信号的时间间隔成比例的控制喷嘴1、2的开启时间。这样通过喷嘴1、2喷入燃烧室7、8的燃料成比例的变化。最终结果，负载压力大时，喷入的燃料数量多，负载压力小时，喷入的燃料数量少。这样通过位置信号的闭环控制，使得液压活塞16的运动维持在匀速状态。
权利要求
1.一种液压自由活塞发动机增压启动装置，包括燃烧动力部件、启动控制部件和微机控制部件；其特征在于启动控制部件包括增压启动装置和电液控制装置其结构如下1)增压启动装置包括2位4通阀(21)、两个2位3通阀(22、27)、低压蓄能器(23)、单向阀(24)、高压蓄能器(25)、启动增压缸(26)、2位2通阀(28)、液压补给泵站(29)；液压补给泵站(29)上装有低压蓄能器(23)和单向阀(24)，单向阀(24)的出口一端与2位4通换向阀(21)连接，另一端接启动增压缸(26)的小腔，第一2位3通阀(27)分别接启动增压缸(26)的大腔、2位2通阀(28)和经第二2位3通阀(28)接2位4通换向阀(21)，在2位2通阀(28)上还接有高压蓄能器(25)，第一、二2位3通阀(27、22)和2位2通阀(28)与微机控制单元连接；2)电液控制装置包括两个2位3通换向阀(19、20)、2位4通阀换向阀(21)，第一、二2位3通阀(19、20)连接，并各自与微机控制单元(30)电连接，第一、二2位3通换向阀(19、20)分别与2位4通换向阀(21)连接，2位4通换向阀(21)分别与燃烧动力部件中的双作用液压缸(15)两腔连接。
全文摘要
本发明公开了一种液压自由活塞发动机增压启动装置。包括燃烧动力部件、由增压启动装置与电液控制装置组成的启动控制部件和微机控制部件组成。增压启动装置包括液压补给泵站上装有低压蓄能器和单向阀，单向阀的出口一端与2位4通换向阀连接，另一端接启动增压缸的小腔，第一2位3通阀分别接启动增压缸的大腔、2位2通阀和经第二2位3通阀接2位4通换向阀，在2位2通阀上还接有高压蓄能器，两个2位3通阀和2位2通阀与微机控制单元连接；电液控制部件包括两个2位3通换向阀分别与2位4通换向阀连接，2位4通换向阀分别与燃烧动力部件中的双作用液压缸两腔连接。该装置使得发动机活塞在一个冲程中达到使燃料正常燃烧的动能，对传感器的要求低，启动过程稳定可靠。
文档编号F02N9/00GK1438419SQ03115990
公开日2003年8月27日 申请日期2003年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者杨华勇, 周盛, 徐兵 申请人:浙江大学