一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机制造技术

本发明专利技术提供一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，其具有第一、第二组系统，第一、第二组系统中的液压缸体分别通过活塞杆与相应的内燃缸体串联在一起，并通过其中一组系统的活塞杆上的齿条带动齿轮来驱动另一组系统的齿轮，从而带动另一组系统的活塞杆上的齿条，最终实现两组系统的活塞杆做同向运动。本发明专利技术中，处于排气/吸气冲程的活塞杆基本处于不受力状态，仅在齿轮-齿条副的带动下跟随处于压缩/膨胀冲程的活塞杆往复运动。整个过程活塞组件在齿轮的驱动下运动，不受扭转力矩作用，活塞组件运动平稳，且齿轮传动的可靠性高，传动精确，因此能有效的完成液压自由活塞发动机的基本工作过程。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机
本专利技术涉及一种发动机，尤其是一种两缸四冲程液压自由活塞发动机。
技术介绍
随着全球经济的发展，全球变暖和能源危机日益严重，因此各国政府均在提高能源能效、开发新能源、节能减排等方面提出了新的需求。我国更是高度重视气候变暖问题，把建设生态文明确定为一项战略任务，实行坚持资源节约和环境保护的基本国策。众多新技术，如混合动力、纯电驱动等新能源项目应用于动力装置，各种能量回收装置和能量再生技术也获得了广泛的研究和应用。作为一种新兴的动力装置，液压自由活塞发动机具有可变压缩比同时又可实现柔性布置，在提高燃料经济性并降低排放污染的同时，能够对制动能量进行回收，是行走机械有希望的动力之星。液压自由活塞发动机经过近四十年的发展取得了一定的效果。目前的液压自由活塞发动机由以往的回流扫气式二冲程内燃机驱动而衍生出更多的形式，如直流扫气式、四冲程式等，从而在不同程度上克服了回流扫气式二冲程内燃机扫气效率低的问题。由于四冲程内燃机具有独立的扫气和吸气冲程，因此相较于直流扫气式二冲程内燃机具有更高的扫气效率，燃料燃烧更加充分，污染物的排放更低，更符合当前节能减排的目标，因此吸引了更多的研究者。但由于四冲程内燃机在四个冲程中只有一个做功冲程，其它三个冲程都需要依靠外力才能实现，因此单缸四冲程液压自由活塞发动机很难实现一个完整的工作循环，一般需要两个内燃机缸体共同实现。若只采用一个液压泵体与两个内燃机缸体相配合，则容易出现偏转扭矩，使得活塞组件的运动阻力增大，影响发动机的效率；若采用两个液压缸体分别与内燃机缸体串联，并利用连杆使两个活塞组件同步运动，虽然可以实现既定的功能，但是由于连杆的强度与降低活塞组件质量是一对矛盾体，因此也有一定的局限性。专利技术专利内容本专利技术的目的在于提供一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，其在整个工作过程中活塞组件不受扭转力矩作用，可有效避免活塞组件由于受力不均而产生扭转力矩。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，包括第一组系统、第二组系统、负载蓄能器、供油蓄能器、压缩蓄能器、频率控制阀和选择换向阀；所述第一组系统和所述第二组系统分别具有液压缸体、内燃缸体、活塞组件、第一换向阀、泵油单向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第二换向阀和控制油路；所述第一、第二组系统的所述液压缸体并列放置，所述第一、第二组系统的所述内燃缸体并列放置；所述活塞组件具有活塞杆、动力活塞、泵活塞和压缩活塞；所述动力活塞设于所述活塞杆的一端并适配穿设于所述内燃缸体内，配合所述动力活塞于所述内燃缸体内形成燃烧腔，所述燃烧腔的缸头上设置有进气门、排气门以及喷油器；所述泵活塞和所述压缩活塞沿所述活塞杆的轴向依次设于所述活塞杆的另一端并适配穿设于所述液压缸体内，配合所述泵活塞和所述压缩活塞于所述液压缸体内依次形成平衡腔、泵腔和压缩腔；所述平衡腔与所述第一换向阀的入口相连通，所述泵腔与所述泵油单向阀的入口相连通，所述第一换向阀的第一出口与油箱相通，所述第一换向阀的第二出口和所述泵油单向阀的出口均连接至所述负载蓄能器，所述负载蓄能器与负载连接；所述压缩腔与所述选择换向阀的出口相连通，所述选择换向阀的入口连接所述频率控制阀的出口，所述频率控制阀的入口连接所述压缩蓄能器；所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的出口分别对应与所述压缩腔和所述泵腔相连通，所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的入口均连接至所述供油蓄能器，所述供油蓄能器与负载连接；所述第二换向阀的出口分别连接所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的控制端，所述第二换向阀的入口与所述控制油路连接；同一组系统中，所述活塞杆位于所述内燃缸体与所述液压缸体之间的部分沿所述活塞杆的轴向设置有齿条，所述第一、二组系统的齿条相向设置且两者之间设置有两个相啮合的齿轮，此两个齿轮分属于所述第一、二组系统并分别与所述第一、二组系统的齿条相对应啮合。所述两个齿轮中的一个连接有齿轮驱动装置。所述齿轮驱动装置包括电机和电机驱动控制器，所述电机与对应的所述齿轮之间通过离合器连接，所述电机的接线端子与超级电容的接线端子通过常规方式进行电连接，使超级电容放电时电机处于电动状态，电机处于发电状态时对超级电容充电。所述第一换向阀为二位三通换向阀。所述第二换向阀为二位二通换向阀。采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，第一、第二组系统中的液压缸体分别通过活塞杆与相应的内燃缸体串联在一起，并通过其中一组系统的活塞杆上的齿条带动齿轮来驱动另一组系统的齿轮，从而带动另一组系统的活塞杆上的齿条，最终实现两组系统的活塞杆做同向运动。这样当一组液压缸体的压缩腔流入高压油时，推动该组系统的内燃缸体的燃烧腔在进行压缩/膨胀冲程时，与该内燃缸体相对应的液压缸体的泵腔进行吸油、泵油过程；另一组系统的内燃缸体的燃烧腔进行排气、吸气冲程，与该内燃缸体相对应的液压缸体的三个液压腔(平衡腔、泵腔和压缩腔)均与低压油路相连，这样安装在该内燃缸体的活塞杆基本处于不受力状态，仅在齿轮-齿条副的带动下跟随活塞杆往复运动，完成排气、吸气过程，整个过程活塞组件不受扭转力矩作用，既能对燃烧腔的废气进行有效的清除，又避免了活塞组件由于受力不均而产生扭转力矩，且齿轮传动的可靠性高，传动精确，因此能有效的完成液压自由活塞发动机的基本工作过程。由于其中一个齿轮与电机连接，当压缩能小于该工况下所需要的压缩能时，电控系统检测到齿轮的转速达不到预期要求时，此时电机通过离合器与齿轮啮合，电机驱动控制器输出控制信号，电机从超级电容吸收瞬时能量，快速驱动齿轮，与液压压缩能一起完成压缩过程；另一方面，当电控系统检测到当前的压缩能大于该工况所需压缩能时，电机驱动控制器发出相应的信号，使电机与齿轮连接，产生一定的制动力矩，此时电机用作发电机，对超级电容进行充电。且超级电容还可以吸收负载制动或负载的重力势能而产生的能量，用于其它需要电能的场合，大大提高了能量的利用率。说明书附图图1为本专利技术齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机的结构连接示意图；图2为本专利技术齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机当活塞组件进行压缩冲程时的各电磁阀的工作状态和油路连通关系示意图；图3为本专利技术齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机当活塞组件进行膨胀冲程时的各电磁阀的工作状态和油路连通关系示意图；图4为本专利技术中齿轮与电机的连接示意图。图中标示对应如下：1‐内燃缸体；2‐进气门；3‐喷油器；4‐排气门；5‐燃烧腔；6‐动力活塞；7‐活塞杆；8‐活塞组件；9‐液压缸体；10‐平衡腔；11‐泵活塞；12‐泵腔；13‐压缩活塞；14‐压缩腔；15‐选择换向阀；16‐压缩蓄能器；17‐频率控制阀；18‐供油蓄能器；19‐第一液控单向阀；20‐第二液控单向阀；21‐第二换向阀；22‐控制油路；23‐泵油单向阀；24‐负载蓄能器；25‐第一换向阀；26‐齿条；27‐齿轮；28‐离合器；29‐电机；30‐电机驱动控制器；31‐超级电容。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术专利做进一步的说明。如图1和图4所示，本实施例提供的齿轮随动式液压自由活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，其特征在于：包括第一组系统、第二组系统、负载蓄能器、供油蓄能器、压缩蓄能器、频率控制阀和选择换向阀；所述第一组系统和所述第二组系统分别具有液压缸体、内燃缸体、活塞组件、第一换向阀、泵油单向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第二换向阀和控制油路；所述第一、第二组系统的所述液压缸体并列放置，所述第一、第二组系统的所述内燃缸体并列放置；所述活塞组件具有活塞杆、动力活塞、泵活塞和压缩活塞；所述动力活塞设于所述活塞杆的一端并适配穿设于所述内燃缸体内，配合所述动力活塞于所述内燃缸体内形成燃烧腔，所述燃烧腔的缸头上设置有进气门、排气门以及喷油器；所述泵活塞和所述压缩活塞沿所述活塞杆的轴向依次设于所述活塞杆的另一端并适配穿设于所述液压缸体内，配合所述泵活塞和所述压缩活塞于所述液压缸体内依次形成平衡腔、泵腔和压缩腔；所述平衡腔与所述第一换向阀的入口相连通，所述泵腔与所述泵油单向阀的入口相连通，所述第一换向阀的第一出口与油箱相通，所述第一换向阀的第二出口和所述泵油单向阀的出口均连接至所述负载蓄能器，所述负载蓄能器与负载连接；所述压缩腔与所述选择换向阀的出口相连通，所述选择换向阀的入口连接所述频率控制阀的出口，所述频率控制阀的入口连接所述压缩蓄能器；所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的出口分别对应与所述压缩腔和所述泵腔相连通，所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的入口均连接至所述供油蓄能器，所述供油蓄能器与负载连接；所述第二换向阀的出口分别连接所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的控制端，所述第二换向阀的入口与所述控制油路连接；同一组系统中，所述活塞杆位于所述内燃缸体与所述液压缸体之间的部分沿所述活塞杆的轴向设置有齿条，所述第一、二组系统的齿条相向设置且两者之间设置有两个相啮合的齿轮，此两个齿轮分属于所述第一、二组系统并分别与所述第一、二组系统的齿条相对应啮合。...

【技术特征摘要】
1.一种齿轮随动式两缸四冲程液压自由活塞发动机，其特征在于：包括第一组系统、第二组系统、负载蓄能器、供油蓄能器、压缩蓄能器、频率控制阀和选择换向阀；所述第一组系统和所述第二组系统分别具有液压缸体、内燃缸体、活塞组件、第一换向阀、泵油单向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀、第二换向阀和控制油路；所述第一组系统、所述第二组系统的所述液压缸体并列放置，所述第一组系统、所述第二组系统的所述内燃缸体并列放置；所述活塞组件具有活塞杆、动力活塞、泵活塞和压缩活塞；所述动力活塞设于所述活塞杆的一端并适配穿设于所述内燃缸体内，配合所述动力活塞于所述内燃缸体内形成燃烧腔，所述燃烧腔的缸头上设置有进气门、排气门以及喷油器；所述泵活塞和所述压缩活塞沿所述活塞杆的轴向依次设于所述活塞杆的另一端并适配穿设于所述液压缸体内，配合所述泵活塞和所述压缩活塞于所述液压缸体内依次形成平衡腔、泵腔和压缩腔；所述平衡腔与所述第一换向阀的入口相连通，所述泵腔与所述泵油单向阀的入口相连通，所述第一换向阀的第一出口与油箱相通，所述第一换向阀的第二出口和所述泵油单向阀的出口均连接至所述负载蓄能器，所述负载蓄能器与负载连接；所述压缩腔与所述选择换向阀的出口相连通，所述选择换向阀的入口连接所述频率控制阀的出口，所述频率控制阀的入口连接所述压缩蓄能器；所述第一液控单向阀和所述第二液控单向阀的出口分别对...

【专利技术属性】
技术研发人员：任好玲，林添良，付胜杰，叶月影，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建;35