[发明专利]双组元液压自由活塞发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种双组元液压自由活塞发动机，特别涉及一种可为野外作业的中大功率的能量自治行走机械、自走平台以及无氧或缺氧环境(如太空、水下或高原等)中液压能量供应的动力装置，属于能源和动力技术领域。

背景技术

目前，供能问题是制约能量自治行走机械在野外、水下及太空等特殊环境中作业的关键问题之一。大多数野外作业的中小型能量自治行走机械需求功率级为10W～1000W及性能优良的动力或液压能量供应装置。一般而言，目前在此功率范围内的主要能量供给设备有化学电池、燃料电池或小型内燃发电机组等。然而这些供能装置或设备都存在一些不足之处：化学电池的能量密度低，使得其难以适用长时间工作；燃料电池虽较化学电池具有较高的能量密度，但即使不考虑其储氢技术的难题，功率密度低的不足使得其难以胜任需功率快速提升的应用场合；对同样的输出功率而言，与上述化学电池或燃料电池配套使用的电动执行机构如电动机一般而言较液压或气动机构大且笨重，从而导致系统能量密度和功率密度的降低；对小型内燃发电机组而言，虽然汽油或柴油等矿物燃料本身的能量密度高，但是所有的碳氢燃料发动机除了本身的运动件如曲轴和活塞外，还需要复杂的压缩及点火等辅助子系统；另外，小型内燃机必须以很高的速度运转才能获得良好的功率密度，这样为了匹配内燃机和执行机构运动关系，齿轮减速装置常常是必不可少的，这既增加了系统的复杂性也引起整个系统能量和功率密度的降低；而且，由于碳氢燃料内燃机对空气中氧气的依赖性，使得它们在无氧或缺氧环境(如水底或太空)中的应用受到了很大的限制。

发明内容

针对上述常规供能装置的不足和缺点，本发明提供一种双组元液压自由活塞发动机，该双组元液压自由活塞发动机具有工作可靠、体积小、重量轻、能量密度高、功率密度大、输出流量和压力可根据负载调节等突出优点，能为能量自治机器人及其他机械装置在野外、无氧或缺氧环境(如高原、太空及水下)等环境中作业提供能量。

本发明双组元液压自由活塞发动机，包括液体氧化剂储存罐、矿物油燃料储存罐、第一氧化剂控制阀、第二氧化剂控制阀、第一燃料控制阀、第二燃料控制阀、电控单元和双活塞液压自由活塞发动机；双活塞液压自由活塞发动机的第一动力腔的进气口与第一氧化剂控制阀及第一燃料控制阀的出口端连通，第一氧化剂控制阀的进口端与氧化剂储存罐出口端连接，第一燃料控制阀的进口端与矿物油燃料储存罐出口端连接；双活塞液压自由活塞发动机的第二动力腔的进气口与第二氧化剂控制阀及第二燃料控制阀的出口端连通，第二氧化剂控制阀的进口端与氧化剂储存罐出口端连接，第二燃料控制阀的进口端与矿物油燃料储存罐出口端连接；所述两个氧化剂控制阀和两个燃料控制阀的控制端分别接电控单元的相应输出端。

进一步，所述双活塞液压自由活塞发动机包括发动机主体部分和变量液压马达/泵；所述发动机主体部分包含由第一动力缸体、中心液压泵缸体、第二动力缸体依次排列组成的发动机缸体，和分别置于第一动力缸体、中心液压泵缸体及第二动力缸体内并通过活塞杆连为一体的第一动力活塞、液压泵活塞和第二动力活塞，第一动力活塞、液压泵活塞和第二动力活塞组成自由活塞组件；所述第一动力活塞将第一动力缸体内腔分为第一动力腔和第一背腔，第一动力腔的外端设进气口，第一背腔侧壁设置排气口；所述第二动力活塞将第二动力缸体内腔分为第二动力腔和第二背腔，第二动力腔的外端设进气口，第二背腔侧壁设置排气口；所述液压泵活塞将中心液压泵缸体内分为第一泵腔和第二泵腔，两个泵腔通过液压高压回路与变量液压马达/泵的一个端口连接，两个泵腔另通过液压低压回路与变量液压马达/泵的另一个端口连接。

更进一步，所述液压高压回路包括第一配流单向阀和第二配流单向阀；所述第一配流单向阀的进口端与中心液压泵的第一泵腔连通，其出口端与变量液压马达/泵的进口端连通；所述第二配流单向阀的进口端与中心液压泵的第二泵腔连通，其出口端与变量液压马达/泵的进口端连通；所述液压低压回路包括第三配流单向阀和第四配流单向阀；所述第三配流单向阀的进口端与变量液压马达/泵的出口端连通，其出口端与中心液压泵的第二泵腔连通；所述第四配流单向阀的进口端与变量液压马达/泵的出口端连通，其出口端与中心液压泵的第一泵腔连通。

更进一步，在液压高压回路还包括一个高压蓄能器，该高压蓄能器通过管道旁接于液压高压回路中配流单向阀和变量液压马达/泵之间；在液压低压回路还包括一个低压蓄能器，该低压蓄能器通过管道旁接于液压低压回路中配流单向阀和变量液压马达/泵之间。以使本发动机可以回收制动动能或重力势能，实现再生制动。