[发明专利]可减小泵流量脉动的单活塞式液压自由活塞发动机

说明书

技术领域

本发明涉及活塞式发动机，尤其是涉及一种可减小泵流量脉动的单活塞式液压自由活塞发动机。

背景技术

随着人们节能和环保意识的加强，对内燃机的性能要求日渐增高；具有可以变压缩比的液压自由活塞发动机由于可以燃烧多种替代燃料，并且可以根据负载工况选择最佳的压缩比，使发动机处于最佳燃料经济点或最低排放点或者两者的折中点，从而提高了燃料经济性及降低了排放污染。因此液压自由活塞发动机被誉为“行走机械有希望的动力之星”。

单活塞式液压自由活塞发动机的液压泵部分是一个阀配流式柱塞泵，柱塞在泵腔往复运动一次完成一次吸油和泵油过程。因此每个柱塞腔的输出流量是不连续的，即存在流量脉动。传统的柱塞泵可以通过设置多个柱塞来降低流量脉动，但是对于液压自由活塞发动机而言，增加柱塞个数即相当于增加发动机单元，增加了结构的复杂性。因此寻求外部的方法是减小液压自由活塞发动机输出流量脉动的最佳方法。单活塞式液压自由活塞发动机可以通过调整自由活塞组件在止点的停留时间来调整泵的输出流量；或者通过将液压泵腔分成多个单独的泵油腔，通过选择其中的一个、几个或全部来调整输出的流量。但是通过停留时间来调节流量会造成泵的输出流量脉动增大，为了减小流量脉动对负载的影响，一般需要选择较大容积的蓄能器，增加了系统的重量和所占用的空间，降低了发动机的功率重量比；将液压泵腔分成几个单独的小腔，则增加了系统结构的复杂性和控制的复杂性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可减小泵流量脉动的单活塞式液压自由活塞发动机，该发动机的输出流量范围宽、流量脉动率小，结构简单。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：该可减小泵流量脉动的单活塞式液压自由活塞发动机主要包括自由活塞组件、液压缸体、两缸直列式气缸体、高压蓄能器、流量调节阀和低压油箱，所述两缸直列式气缸体为两缸四冲程气缸体，所述自由活塞组件包括第一动力活塞、第二动力活塞、液压泵活塞、压缩活塞和活塞杆；第一动力活塞和第二动力活塞相应地分别置于两缸直列式气缸体的两个气缸体内且第一动力活塞和第二动力活塞的端面处于同一竖直面，第一动力活塞和第二动力活塞与活塞杆固定联接；所述液压泵活塞和压缩活塞置于液压缸体内，液压泵活塞的外径大于压缩活塞的外径，液压泵活塞和压缩活塞分别与活塞杆固定联接，液压泵活塞和压缩活塞将液压缸体依次分隔形成第一液压泵腔、第二液压泵腔和压缩腔，第二液压泵腔由工作腔和背压腔组成，工作腔的内径与液压泵活塞的外径相匹配，背压腔的内径与压缩活塞的外径相匹配，液压缸体在工作腔的工作区域开有第一泵油口，液压缸体在第一液压泵腔的工作区域开有第二泵油口；高压蓄能器通过单向阀经第一泵油口与工作腔连通，流量调节阀的第一个油口经第二泵油口与第一液压泵腔连通，流量调节阀的第二个油口与高压蓄能器的进油口连通，流量调节阀的第三个油口与低压油箱连通。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：该液压自由活塞发动机在原结构的基础上仅增加一个流量控制阀，即可以适应负载在不同流量下的工作要求，并降低泵的流量脉动。该流量控制阀根据工作需要可以是手动换向阀、电磁换向阀或数字换向阀等具有两个工作位置的换向阀，在负载流量不经常变化的情况下，可以选择手动阀，而在负载流量变化较频繁的情况下则优先选用数字换向阀和电磁换向阀等响应速度快的换向阀。切换流量控制阀的工作位置，使第一液压泵腔根据工作需要与低压油箱连通或者与高压蓄能器连通，从而改变第一液压泵腔和第二液压泵腔中液压油的工作状态以及自由活塞组件的运行速度，调节液压泵的输出流量，并能减小泵的流量脉动。该结构不改变原有发动机结构，仅根据工作需要增加一个合适的换向阀既可以实现输出流量的快速调节并能在很大程度上减小泵的流量脉动，保证负载的稳定运行，并可以减小所用蓄能器的容积，减小安装空间和重量，提高发动机的功率重量比。可用于工程机械、城市交通车辆等经常处于启停、升降等工况下的动力装置中作为驱动装置，可在启动加速和上升过程中输出大流量，而在停止减速或下降过程中输出小流量甚至是回收系统制动所产生的能量，提高能量的利用率。

附图说明

图1是本发明发动机的小流量工况压缩冲程工作原理示意图。

图2是本发明发动机的小流量工况膨胀做功冲程工作原理示意图。

图3是本发明发动机的小流量工况下泵输出的流量脉动示意图，

a.表示传统结构的泵输出流量；b表示本发明中小流量工况下的泵输出流量。

图4是本发明发动机的大流量工况压缩冲程工作原理示意图。

图5是本发明发动机的大流量工况膨胀做功冲程工作原理示意图。