[发明专利]一种自吸式液压自由活塞直线发动机

说明书

技术领域

发明涉及一种动力装置，具体涉及一种活塞式发动机，属于混合动力技术领域。

背景技术

随着内燃机工业迅速的发展和应用，人们对动力装置的结构、效率、功率密度、污染排放有着越来越高的要求。因此世界各国都在孜孜追求新技术新原理，努力开发高效、低污染、可靠和具有良好技术继承性的新型发动机，以适用当代的物质和技术条件。液压自由活塞发动机就是在此大背景下发展起来的新型特种内燃机。液压自由活塞发动机是现代液压技术、微电子技术、控制技术及内燃机技术的综合。这种新型动力装置与传统曲柄连杆式内燃机有着很大的不同，液压自由活塞直线发动机通过蓄能器的供油和燃料的燃烧做功实现活塞的往复运动，省去了曲柄连杆机构和液压柱塞泵中的斜盘机构，而且活塞运动规律不受机械结构的限制，没有侧向力的作用，磨损小；工作过程中压缩比可以灵活调节，具有功率密度高、经济性好、燃料类型广、排放污染轻等潜在优势。因此液压自由活塞发动机作为一种新型的液压动力源，广泛应用于车辆、国防军工、精密仪器以及微型机器人等诸多领域，具有较高的实用价值和较好的发展前景。

现有的液压自由活塞直线发动机均存在结构复杂、无自吸功能、燃料利用率低、经济性差等不足。如中国专利CN101363397公开了一种单活塞式液压自由活塞发动机，将传统往复活塞式内燃机与柱塞式液压泵集成为一体，一个泵活塞和两个压缩活塞同时刚性连接于动力活塞上组成活塞组件。国际专利CN01812182.9公开一种自由活塞发动机，具有能被级差液压活塞驱动的发动机活塞。液压活塞的较大直径在压缩缸中引导，而较小直径设置在做功缸中。在压缩冲程中，压缩缸与高压蓄能器连接，做功缸与低压蓄能器或高压蓄能器连接。这些发明中整个系统不具有自吸油功能，在压缩冲程中均是通过低压蓄能器或者油泵来向压缩腔内供油，如此则增加了系统的复杂程度，使发动机整体的燃料利用率差低，经济性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自吸式液压自由活塞直线发动机，能够利用活塞的高速移动产生的压力差将油液吸入泵腔，可省去单独的供油泵，从而减少能量损失，提高发动机效率。

该自吸式液压自由活塞直线发动机包括：气缸体、活塞组件、低压蓄能器、高压蓄能器、压力油箱、气动控制阀和喷油器；

所述活塞组件包括气缸活塞、泵活塞和压缩活塞；所述气缸活塞为圆盘形结构，所述泵活塞为两端均开口的中空的柱形结构，通过连接筒与气缸活塞同轴固接；所述压缩活塞位于泵活塞内部，通过连接柱与气缸活塞同轴固接；

所述气缸体内部通过隔离板隔离为两个腔室，在其中一个腔室内，同轴固定有两个套装在一起安装筒，令其中直径较大的安装筒为安装筒B，直径较小的安装筒为安装筒A；两个安装筒之间所形成的环形空腔的厚度与所述泵活塞的厚度一致，安装筒A的内径与所述压缩活塞的直径一致；活塞组件安装完成后，所述泵活塞位于两个安装筒之间的环形空腔内，所述压缩活塞位于安装筒A内；由此所述泵活塞端部与环形空腔内底面形成泵腔，所述压缩活塞端部与安装筒A内底面之间形成压缩腔；所述安装筒A和与压缩活塞相连的连接柱之间的环形腔体为启动腔，所述连接筒上加工有与启动腔贯通的启动油道；

与泵活塞相连的连接筒以及与压缩活塞相连的连接柱穿过所述隔离板，使气缸活塞位于气缸体的另一个腔室内，由此所述气缸活塞与隔离板之间形成扫气室，与气缸体内底面之间形成密闭的气体腔，所述扫气室的直径大于气体腔的直径；在所述气缸体上设置有与所述气体腔连通的气门和喷油器；在所述隔离板上设置有气孔，该气孔通过设置有进气单向阀的管路与气缸体的外界贯通；

所述低压蓄能器分别通过两个油路与设置在安装筒B圆周面上的低压油口相连，其中一个油路上设置有低压出油阀，另一个油路上设置有低压进油阀；所述高压蓄能器通过两个油路分别与泵腔和压缩腔连通，在与所述泵腔连通的油路上设置有高压出油阀，与所述压缩腔连通的油路上设置有循环出油阀；所述压力油箱通过设置有自吸进油阀的油路与泵腔连通；

所述高压蓄能器和压力油箱分别与气动控制阀相连，所述气动控制阀为两位三通电磁阀；当其位于上位时，所述高压蓄能器通过油路与压缩腔连通，压力油箱通过油路与启动油道连通；当其位于下位时，所述压力油箱通过一条油路与泵腔连通，通过另一条油路与压缩腔连通，所述高压蓄能器通过油路与启动油道连通。

该发动机为二冲程发动机，其一个工作循环包括第一冲程和第二冲程；在所述第一冲程和第二冲程内，所述气动控制阀均位于上位；