一种液压自由活塞发动机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力和液压技术领域，尤其涉及一种液压自由活塞发动机。
【背景技术】
[0002]液压自由活塞发动机是一种将往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体的动力机械，液压自由活塞发动机将燃料燃烧的热能通过往复运动的活塞组件直接转化为液压能对外输出。具有结构简单、传动链短、压缩比可变、动力传输采用柔性介质等优点，可以作为车辆及其它移动设备的动力源，尤其适用于以液压作为动力源的移动装置。
[0003]目前，从实现液压自由活塞发动机原理的结构类型来看，有两种形式:一种是将内燃机的动力活塞、液压泵的泵活塞和使活塞恢复的压缩活塞等三个活塞通过刚性杆依次连接为一个活塞细长的组件；另一种方式为将泵活塞和压缩活塞分别连接在动力活塞上，构成动力活塞拖动2个或3个液压活塞作为活塞组件。上述两种形式均可以实现液压自由活塞发动机的工作原理。上述两种液压自由活塞发动机的方案中都有一个或几个液压活塞是用来给动力活塞的压缩冲程提供能量的，由于液压自由活塞发动机省去曲柄连杆机构，动力活塞的压缩冲程没有了飞轮等惯性元件为其提供能量，必须采用单独的液压系统为其压缩冲程提供能量。但是，由于要增加动力活塞的恢复系统均会导致这两种布置方案中活塞组件的轴向尺寸过大(至少要大于两倍的活塞行程)或者泵体部分径向尺寸过大，使得液压自由活塞发动机结构不紧凑，活塞组件的加工工艺性变差、气缸体与相对应的泵活塞所在容腔的同轴度要求过高等缺点，已经严重制约和限制了液压自由活塞发动机的进一步应用推广。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种液压自由活塞发动机，能够简化液压自由活塞发动机的结构，降低实际制造加工的工艺性，进一步提高液压自由活塞发动机的结构紧凑性。
[0005]本发明提供了一种液压自由活塞发动机，动力活塞和泵活塞通过活塞杆刚性连接成活塞组件，动力活塞安装于气缸体内，泵活塞安装于泵体内，泵活塞是差压级活塞结构，在泵体上开有不同直径的液压通道，所述液压通道与液压系统相连，所述液压系统是压差封闭式液压系统。
[0006]优选地，液压系统包括高压级液压油路和次级高压级液压油路，液压系统的液压回路为封闭式回路。
[0007]优选地，高压级液压油路进一步包括高压蓄能器，泵体上的第一液压通道通过第一单向阀与高压蓄能器连接，泵体上的第二液压通道通过第二单向阀与高压蓄能器连接，泵体上第三液压通道通过阻尼阀与第二液压通道和第二单向阀之间连接，其中第一液压通道是出油液压通道，第二液压通道是出油液压通道，第三液压通道是阻尼孔液压通道，第一液压通道的直径大于第二液压通道的直径，第二液压通道的直径大于第三液压通道的直径，第一单向阀和第二单向阀都是出油单向阀。
[0008]优选地，次级高压级液压油路进一步包括次级高压蓄能器，泵体上的第四液压通道和次级高压蓄能器连接，泵体上的第五液压通道通过第三单向阀与次级高压蓄能器连接，泵体上的第六液压通道通过第一电磁阀与次级高压蓄能器连接，起动液压泵通过第四单向阀与次级高压蓄能器连接，在起动液压泵的出口和第四单向阀之间连接有溢流阀，其中第五液压通道是进油液压通道，第六液压通道是进油电磁阀通道，第五液压通道的直径大于第六液压通道的直径，第一电磁阀是频率控制电磁阀，第三单向阀是次级高压进油单向阀。
[0009]优选地，泵体上的第七液压通道与第二电磁阀连接。
[0010]优选地，高压蓄能器和次级高压蓄能器之间连接有第三电磁阀。
[0011]优选地，气缸盖安装于气缸体的一端，火花塞安装于气缸盖上，进气口处安装有进气单向阀，扫气腔通过扫气道与扫气口连通，排气口位于气缸的一侧。
[0012]优选地，所述泵活塞的尾端面为环形作用面，头端面为圆形作用面，头端面的圆形作用面面积大于尾端面的环形作用面面积。
[0013]优选地，还包括控制器，控制器分别与火花塞、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和溢流阀通过电路连接。
[0014]优选地，高压蓄能器与液压马达的进油端连接，次级高压蓄能器与液压马达的回油端连接，高压蓄能器与液压缸的进油端连接，次级高压蓄能器与液压缸的回油端连接。
[0015]本发明技术方案中，由于采用压差封闭式液压系统给动力活塞的压缩冲程提供能量,省去了传统液压自由活塞发动机中的活塞恢复系统，活塞组件仅由动力活塞直接带动一个差压级活塞结构的泵活塞组成，结合压差封闭式液压系统，即可完成液压自由活塞发动机的工作循环。从而大大简化液压自由活塞发动机的结构，降低实际制造加工的工艺性，进一步提高了液压自由活塞发动机的结构紧凑性。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例中液压自由活塞发动机结构示意图。
[0017]图2为本发明实施例中液压自由活塞发动机左止点位置示意图。
[0018]图3为本发明实施例中液压自由活塞发动机实施应用示意图。
[0019]图4为本发明实施例中液压自由活塞发动机控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。但本发明的实施方式不限于此。
[0021]一般的液压系统低压端是大气压，或者为了保证泵活塞在吸油时不出现空穴现象，低压端压力提高到0.5MPa，输出的高压油压力则为十几兆帕或者几十兆帕的压力。本发明技术方案的基本思想是将液压自由活塞发动机的低压端压力提高，由传统的大气压或
0.5MPa压力提高到足以驱动活塞组件完成压缩冲程的压力，比如5MPa的较高压力。该压力足以推动活塞组件完成动力活塞的压缩冲程。而活塞组件在燃料燃烧产生的高压气体压力作用下进入膨胀冲程时将该压力进一步提高到更高的压力，譬如1MPa的高压，并对外输出。采用提高低压端压力的方式，可以充分利用低压端压力驱动活塞组件进入压缩冲程的同时完成泵活塞的吸油任务。由于低压端压力由低压提高到次级高压(相对于输出端的高压油而言)，将泵活塞的吸油过程变为次级高压主动进油过程。将低压端压力提高后，次级高压作用于泵活塞上推动活塞完成动力活塞的压缩冲程，省去了传统液压自由活塞发动机中为动力活塞的压缩冲程提供能量的活塞组件恢复系统等庞大的机构，大大简化了发动机的结构和系统的复杂性。同时，降低了零件的加工和安装工艺。
[0022]本发明技术方案中的液压自由活塞发动机既缩短了传动链，又省去了不同运动形式之间的反复转换，从结构上实现了高度简化，优化了发动机和传动系统的能量传输形式，实现了动力传动装置的柔性调节。尤其是本发明采用压差驱动闭式液压回路系统给动力活塞的压缩冲程提供能量，省去了传统液压自由活塞发动机中的活塞恢复系统，大大简化了该发动机的结构，活塞组件仅由动力活塞直接带动一个差级液压柱塞组成，结合压差驱动闭式液压闭式回路系统即可完成液压自由活塞发动机的工作循环。本发明技术方案将大大简化液压自由活塞发动机的结构，降低实际制造加工的工艺性，提高了液压自由活塞发动机的结构紧凑性。为液压自由活塞发动机的进一步推广应用提供了良好的基础。
[0023]图1为本发明实施例中液压自由活塞发动机结构示意图。如图1所示，该液压自由活塞发动机的动力活塞5和泵活塞29通过活塞杆8刚性连接成活塞组件。动力活塞5安装于气缸体3内，泵活塞29通过配合安装于泵体9内。
[0024]内燃机部分采用回流扫气二冲程发动机工作原理和结构:气缸盖2安装于气缸体的一端，与气缸体和动力活塞构成气缸工作容积和燃烧室，火花塞I安装于气缸盖上，进气口处安装有进气单向阀7，扫气腔6通过扫气道32和扫气口 33连通，排气口 4布置在气缸的一侧。
[0025]泵活塞29安装于泵体9内，泵活塞采用差压级活塞结构，即泵活塞的左端面(尾端面)为环形作用面，右端面(头端面)为圆形作用面，右端面的圆形作用面积大于左端面的环形作用面积。在泵体上从左到右分别开有不同直径的第四液压通道31、第五液压通道28、第一液压通道10、第六液压通道24、第二液压通道11、第三液压通道15、第七液压通道34，这些液压通道与液压系统相连。
[0026]液压系统为压差封闭式液压系统，高压蓄能器17所在的液压油路为高压级液压油路，次级高压蓄能器21所在的液压油路为次级高压级液压油路，整个液压回路为封闭式回路。
[0027]其中第四液压通道31和次级高压蓄能器17直接连接，第五液压通道28 (较大直径的液压通道)通过第三单向阀27与次级高压蓄能器连接，第六液压通道24 (较小直径液压通道)通过第一电磁阀25与次级高压蓄能器连接。起动液压泵20通过第四单向阀19和次级高压蓄能器连接，在起动液压泵的出口和第四单向阀之间连接有溢流阀26，用于调节起动液压泵的压力。其中第五液压