一种液压传动代替曲轴传动的内燃的制造方法
【专利摘要】一种液压传动代替曲轴传动的内燃机，至少有两个对称布置的工作气缸，工作气缸中有隔离活塞，一边是燃烧室，另一边是传动工质。工作气缸末端外壁有换液装置。工作气缸末段内壁上有限位触发装置。工作气缸末端有两个接口，一个接口通过阀门连接液压箱一，另一个接口通过阀门连接液压箱二。液压箱一连接有储压装置，液压箱二连接有压缩比调节器。液压箱一与液压箱二之间连接有液压“马达泵”和解耦阀门。本发明优点是：燃料、工作气缸的尺寸和材质等比传统内燃机有更大的选择范围，抗腐蚀，低速大转矩，易反转等等。可以作为利用水回收气缸散热和废气带走的大部分热能再喷入气缸做功兼冷却活塞，较大地提高效率的技术基础。
【专利说明】一种液压传动代替曲轴传动的内燃机
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机，尤其是一种液压传动代替曲轴传动的内燃机。
【背景技术】
[0002]目前，液压传动内燃机，由于活塞、阀门、液压马达与泵三个方面的结构局限，很难构成一个有机、高效的液压传动内燃机系统；并使内燃机构件材质受到局限，以致其冷却热能和废气热能损失难以降低。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种液压传动代替曲轴传动的内燃机，解决了液压传动内燃机面临的上述困难，可作为最终目的——高效率的绝热内燃机的基础。
[0004]本发明通过以下方案来解决其技术问题:本发明的基本结构是:至少有两个对称布置的工作气缸，工作气缸中有隔离活塞，隔离活塞一边是燃烧室，另一边是传动工质。工作气缸末段外壁有换液装置。工作气缸末段内壁上有限位触发装置。第一工作气缸末端有两个接口，一个接口通过阀门一连接液压箱一，另一个接口通过阀门二连接液压箱二。第二工作气缸末端也有两个接口，一个通过阀门三连接液压箱一，另一个通过阀门四连接液压箱二。液压箱一连接有储压装置。液压箱二连接有压缩比调节器。液压箱一与液压箱二之间连接有液压“马达泵”和解耦阀门。
[0005]本发明的工作原理(以二冲程工作方式为例)是:第一工作气缸做功冲程开始，隔离活塞一下移，同时，阀门一打开，阀门二关闭，阀门三打开，阀门四关闭，解耦阀门关闭。由于液压箱一中储压装置压力低，工质迅速进入液压箱一，使得第一工作气缸中初始高压迅速降低，液压箱一中压力上升，推动液压“马达泵”作为液压马达输出动力。同时，工质经阀门三进入第二工作气缸，液压“马达泵”作为液压泵推动隔离活塞二，开始第二工作气缸的压缩冲程。当隔离活塞一接近限位触发装置时，扫气迅速开始至适当时候停止(可另加触发控制装置触发，亦可增加限位触发装置的工作行程和复杂性，把限位触发装置设计成随隔离活塞行程分段触发机器的各种控制动作)，接着换液装置也开始置换储液室中液体至适当时候停止。当隔离活塞一到达限位触发装置时，缓冲机构发生作用，使隔离活塞缓冲限位，并产生高压流体触发阀门控制装置和第二工作缸点火装置，使阀门一关闭，阀门二打开，阀门三关闭，阀门四打开，开始第二工作气缸做功冲程和第一工作气缸的压缩冲程，如此循环，达成动力连续输出。
[0006]压缩比调节器通过注入或抽出工质来调节压缩比并过滤工质。解耦阀门用于启停机器、刚性联机或故障状况时使气缸和液压“马达泵”脱离动力耦合关系，也可在特定情况下部分脱离动力耦合关系，如刹车、动力输出换向等。
[0007]本发明的工作特点是:1、隔离活塞具有清洗自身和气缸壁的结构，它本身受不平衡外力较小，它的密封部分受到不平衡外力很小，它与气缸壁的摩擦力极小。2、由于储压装置的存在，隔离活塞运动速度在做功冲程前阶段较快，后阶段较慢，有利于气缸扫气和减小高温、高压气体对气缸的冲击等。3、阀门具有高压、高速、超大流量特点。4、液压“马达泵”易实现发动机输出正反转改变，具有低速大转矩能力。5、压缩比调节器可同时实现变压缩比和清洁工质。6、控制装置易于实现其控制功能(点火，扫气，换液，阀门开闭等等)。
[0008]本发明进一步的结构及其技术目的是:隔离活塞呈圆桶(盆)形，隔离活塞与气缸壁之间有通过密封环隔离外部的储液室，目的是使隔离活塞悬浮，减小密封环的不平衡受力，同时可作为燃烧室(包括作为喷入热循环水时的容积空间，甚至作为集污处理空间等)。储液室与气缸末段的换液装置构成清洗结构，目的是清洗活塞和气缸，减少腐蚀以满足多样燃烧情况的要求，还可以防止液压工质受污染。活塞底板内有隔热层，目的是减少传向液压工质的热量。活塞底部有环形缓冲凹槽，与工作气缸末段限位触发装置构成缓冲限位触发装置，目的是限位活塞的同时提供触发控制阀门的动力以及触发机器的其它控制动作。
[0009]阀门的开关结构呈筒状，包括内筒、外筒和夹在内筒、外筒之间的筒状阀芯，它们上面都有相对应的阵列布置的阀口，展开后成栅格状，目的是在阀芯较小位移(开闭速度快)情况下打开超大面积的通孔，内、外筒结构可以适应高压侧的改变。内、外筒两端间隙封闭，筒状阀芯两端有阀芯驱动结构(使阀芯轴向往复运动)或中间沿轴向有对称布置的阀芯驱动结构(使阀芯旋转往复运动)，驱动结构外接控制装置，控制装置由隔离活塞缓冲产生的高压流体触发，甚至可部分利用这个高压直接驱动筒状阀芯。内筒、外筒接触筒状阀芯的一面有背压槽，其目的是适度平衡内、外筒受力，减少阀芯受到的摩擦力。阀门关闭过程，阀芯两侧压差很小，阀门打开过程，阀芯两侧压差较大，根据阀门的这个工作条件，背压槽在阀门打开时可实现高压流体的先导作用，平衡阀芯受力，减小阀芯打开阻力。
[0010]液压“马达泵”采用叶片泵，叶片包括主叶片和平衡棒，两片相互平行的叶片沿靠近转子轴心的弦的方向通过转子，相对轴心线对称布置地构成一对叶片，目的是要减少不平衡离心力的影响(说明:平衡棒尾端采用密度比主叶片大的材质，但，在燕式弹簧提供弹力不够叶片密封的情况下一如工作压力比较高，平衡棒则需减少长度，以利用离心力加强密封。)。平衡棒穿过转子受另一侧液体的压力和主叶片的背压一起平衡主叶片顶部受到的液体压力。相互垂直布置的两对叶片构成一组叶片，其两对叶片之间有燕式弹簧连接，目的是提供固定的叶片密封压力，而弹簧受交变应力很小。第二组叶片类似第一组叶片的布置，相对第一组叶片偏转45°角，进出油槽长度与相邻主叶片间距离相应，目的是实现转子旋转运动，减少脉动。在增加叶片交叉处宽度和“马达泵”的复杂性情况下可适度增加叶片组对数。
[0011]本发明的有益效果是:燃料、工作气缸的尺寸和材质等比传统内燃机有更大的选择范围，抗腐蚀，低速大转矩，易反转等等，并且可以有效地实现:气缸与散热水用绝热壳包裹，用水回收气缸散热和废气带走的大部分热能，并直接喷入气缸做功兼冷却活塞的目的，较大地提高效率。
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明系统结构原理示意图。
[0014]图2为本发明隔离活塞、限位触发装置轴向剖面及换液装置位置示意图。
[0015]图3为本发明筒状阀门径向剖面(阀芯旋转方式的开状态)示意图。
[0016]图4为本发明筒状阀门径向剖面(阀芯旋转方式的关状态)示意图。
[0017]图5为本发明筒状栅格阀芯展开平面(半周)示意图。
[0018]图6为本发明图五A-A剖面(包括内外筒)在开、关两种状态的示意图。
[0019]图7为本发明叶片式液压“马达泵”径向剖面示意图。
[0020]图8为本发明叶片式液压“马达泵”叶片正视图示意图。
[0021]图9为本发明叶片式液压“马达泵”叶片组中一组的立体结构示意图。
[0022]图中:1.第一工作气缸，2.隔离活塞一，3.工质，4.换液装置，5.限位触发装置，6.筒状阀门一，7.筒状阀门二，8.储压装置，9.液压“马达泵”，10.解耦阀门，11.液压箱一，12.液压箱二，13.压缩比调节器，14.筒状阀门三，15.筒状阀门四。
[0023]201.上密封环，202.储液室，203.隔热层，204.下密封环，205.泄流通道，206.凹状结构，207.凸环，208.环状单向阀。
[0024]401.换液出口，402.换液进口。
[0025]501.凹槽，502.通道。
[0026]601.筒状阀门外筒，602.筒状阀门阀芯，603.筒状阀门内筒，604.单向阀，605.阀芯操纵通道，606.缓冲室，607.背压槽，608.阀口。
[0027]901.定子外壳，902.背压通道，903.叶片一，904.叶片二，905.工质出(进)口一位
a,906.叶片八，907.叶片七，908.转子，909.叶片三，910.叶片四，911.工质进(出)口二位置，912.叶片五，913.叶片六，914.燕式弹簧，915.工质进(出)口一，916.工质出(进)口二。
[0028]90301.主叶片，90302.平衡棒。
【具体实施方式】
[0029]优选内燃机二冲程工作方式实施本发明(四冲程工作方式会遇到隔离活塞在上止点限位困难等问题)。
[0030]启动时，外部控制装置使:筒状阀门一(6)关闭，筒状阀门二(7)打开，筒状阀门三
(14)关闭，筒状阀门四(15)打开(正常工作状态下解耦阀门(10)常闭)。外部动力驱动液压“马达泵”(9)进行第一工作气缸(I)压缩冲程(多对缸刚性地联合输出动力时，可利用解耦阀门(10)使其它各对气缸与液压“马达泵”(9)先处于解耦状态，在第一对气缸启动后再顺次投入工作，以减少启动动力。)。
[0031]第二工作气缸中隔离活塞二到一定位置时，扫气开始，至活塞返回前适当时候停止(在扫气口开在气缸壁的情况下，与普通二冲程内燃机不同，扫气门设计成具有密封能力，且气门顶面形状与气缸壁一致，以便需要时密封工质(3)。)。第二工作气缸中隔离活塞接近限位触发装置(5 )时，储液室(202 )换液装置的换液进口( 402 )、换液出口( 401)换液开始至活塞返回时停止，用以清洗活塞刮下的污物。以上所述扫气和换液动作的触发可通过光电等方式检测隔离活塞的位置来实现，也可以增加限位触发装置的工作行程和复杂性，把限位触发装置设计成随隔离活塞行程分段触发机器的各种控制动作来实现。
[0032]当隔离活塞二到达限位触发装置(5)时，缓冲机构发生作用，隔离活塞限位并产生高压流体触发阀门控制装置、喷油点火装置等，使筒状阀门一(6)打开，筒状阀门二(7)关闭，筒状阀门三(14)打开，筒状阀门四(15)关闭；第一工作气缸(I)点火，压缩气体升温膨胀,第一工作气缸(I)做功冲程开始。
[0033]隔离活塞一(2 )推动工质(3 )迅速进入液压箱一(11)。液压箱一(11)连接的储压装置(8)可采用气液缸，初始压力为常压设置。液压箱一(11)压力上升，工质(3)推动液压“马达泵”(9)作为液压马达输出动力。
[0034]同时，工质(3)经筒状阀门三(14)进入第二工作气缸，液压“马达泵”(9)作为液压泵推动隔离活塞二，开始第二工作气缸的压缩冲程。当隔离活塞一(2)接近限位装置时，第一工作气缸(I)扫气迅速开始至适当时候停止，接着换液装置(4)也开始置换储液室(202 )中液体至适当时候停止(直接由限位机构压入液压工质(3)为储液室(202)换液也是一种选择)。
[0035]当隔离活塞一(2)到达限位触发装置(5)时，缓冲机构发生作用(开始阶段向外部控制装置提供高压触发流体并缓冲活塞，当凸环(207)进入凹槽(501)时触发通道关闭，隔离活塞被限位)，使隔离活塞产生高压流体触发阀门控制装置并限位，使筒状阀门一(6)关闭，筒状阀门二(7)打开，筒状阀门三(14)关闭，筒状阀门四(15)打开，开始第二工作气缸做功冲程和第一工作气缸(I)的压缩冲程，如此循环，达成动力连续输出。
[0036]压缩比调节器(13 )通过注入或抽出工质(3 )来调节压缩比，同时通过过滤结构过滤工质(3)。解耦阀门(10)机构在本文所述筒状阀门的基础上，增加筒状栅格阀芯(602)位置控制装置(类同普通控制滑阀)以便操纵阀门开度。
[0037]本发明中部分装置的优选实施方式是:活塞本体做成桶形，涂敷耐腐蚀材料。隔热材料采用耐高温高压力的材料。密封环类似鼻部朝向储液室(202)的鼻型环，，防止换液时储液流入燃气室和工质(3 )室，储液室(202 )中可增加带通孔的刮环，增加刮除污物能力并减少污染液压工质(3)的可能性，也可加强隔离活塞的定位(因为隔离活塞与限位触发装置
(5)位置要精确对应)。
[0038]阀门本体结合成液压箱的一部分。阀门的开闭结构呈筒状，筒状阀门内筒(603)、筒状阀门外筒(601)端部固定连接，封闭筒状阀门阀芯(602)。本说明示意图中，筒状阀门阀芯(602)驱动结构优选为对称地沿筒的轴向布置，还可优选为在筒的两端位置，结构加工会更简单。阀门关闭状态下，阀门中有困油存在，如果影响密封，可增加泄压通道。背压槽(607)中压力优选直接取自对侧工质(3)，也可在筒状阀门阀芯(602)开启时引入外部操作装置的先导压力。
[0039]液压“马达泵”(9)为叶片式，叶片一(903)和叶片二(904)，叶片三(909)和叶片四(910)，叶片五(912)和叶片六(913)，叶片七(907)和叶片八(906)分别组成一对叶片。叶片一、二、三、四构成第一组叶片，叶片五、六、七、八构成第二组叶片。叶片一、三和叶片二、四之间分别用预置弹力的燕式弹簧(914)连接，燕式弹簧(914)通过销柱连接到转子上，另一组叶片相对第一组旋转45°类似连接。转子上的主叶片槽和平衡棒槽与叶片间隙油密封，主叶片槽底部接背压通道，转子上的平衡棒槽贯通转子连到液压油室。转子轴中心位置是空的，以便于安装燕式弹簧(914)，转子分块加工再组合到一起，定子外壳，配油盘等做相应的一些改变,其中配油槽长度与相邻主叶片(90301)距离一致。
[0040]本发明进一步的实施例:由于的技术创新，气缸、活塞……等的材质可方便地使用如陶瓷……等耐腐蚀材料。由此，可以用外包绝热层的冷却水包裹气缸和排气口，冷却水被加温后喷入工作气缸，以提高机器热效率。当扫气口位于气缸末段是，由于要防止工质泄露，可把长工作行程分段触发外部控制装置的限位触发装置(5)置于工作气缸末段中央，而把气缸末段制作成双层缸壁，这样通过限位触发装置(5)操纵内层缸壁的移动来打开扫气口，当然结构有点复杂，储液室(202)换液结构，换液方式会要相应做一些改变。
[0041]以上
【发明内容】
的说明忽略了公知技术在本发明上的简单应用以及由创新技术带来的显而易见的技术改变或改进，所以实施例是对本发明技术创新的实质性的示例说明而非对权利要求的限定。
【权利要求】
1.一种液压传动代替曲轴传动的内燃机，其特征是:至少有两个对称布置的工作气缸，工作气缸中有隔离活塞，隔离活塞的一边是燃烧室，另一边是传动工质；工作气缸末段外壁有换液装置，工作气缸末段内壁上有限位触发装置；工作气缸末端有两个接口，一个通过阀门连接液压箱一，另一个通过阀门连接液压箱二 ；液压箱一连接有储压装置，液压箱二连接有压缩比调节器；液压箱一与液压箱二之间连接有液压“马达泵”和解耦阀门。
2.如权利I所述隔离活塞，其特征是:桶状，其轴向截面的整体形状为开口朝向燃烧室的“U”形，底板内有隔热层，底板连接工质方向有环形凹状结构，凹状结构上有泄流通道，凹状结构内部有凸环和环状单向阀，隔离活塞通过密封环与缸壁接触，隔离活塞与气缸壁及密封环构成有储液室。
3.如权利I所述限位触发装置，其特征是:有与隔离活塞底板上凹状结构相对应的凸起结构，凸起结构内有与隔离活塞凹状结构内部的凸环(其整体为环状)相应的凹槽，凹槽底部连接通道，通道通过限压阀连接阀门、点火等的控制装置。
4.如权利I所述阀门，其特征是:阀门的开闭结构，其整体为筒状，包括内筒、外筒和夹在内筒、外筒之间的筒状阀芯，它们上面都有相对应的阵列布置的阀口，展开后成栅格状；内、外筒中有对称布置的阀芯驱动结构，驱动结构外接控制装置；内筒、外筒接触筒状阀芯的一面有背压槽。
5.如权利I所述液压“马达泵”，其特征是:叶片包括主叶片和平衡棒；两片相互平行的叶片，沿靠近转子轴心的弦的方向，有微小间隙地嵌在贯通转子的叶片槽中，并轴心对称布置地构成一对叶片，相互垂直布置的两对叶片构成一组叶片，其两对叶片之间有燕式弹簧连接；第二组叶片类似第一组叶片，相对第一组叶片旋转45°角布置。
【文档编号】F02B63/06GK104153879SQ201410304154
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】成业兴 申请人:成业兴