[发明专利]一种无级调速单活塞式液压自由活塞发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由活塞发动机，具体涉及一种无级调速单活塞式液压自由活塞发动机，属于混合动力技术领域。

技术背景

随着全球能源危机和环境恶化问题的日益显现，对发动机的节能和环保性能的要求也不断提高。同时随着内燃机工业的迅速发展和应用，人们对动力装置的结构、效率、功率密度以及污染排放有着越来越高的要求。人们一方面致力于对传统发动机的改进和完善，另一方面孜孜以求新型的动力装置。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。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，工作过程中压缩比可以灵活调节，具有功率密度高、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具有较高的实用价值和较好的发展前景。

在如今关于液压自由活塞发动机研究工作中，其结构的合理性设计和优化也是其发展的一个重要方向。现有的液压自由活塞直线发动机存在结构不紧凑、加工工艺性差、控制复杂等不足。目前所存在的对置活塞式和双活塞式的自由活塞发动机，这两种布置方案中活塞的布置方式均会导致活塞组件的轴向尺寸过大，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等缺点。

同时，在液压自由活塞发动机发展过程中，提高效率一直是大家追求的目标。液压自由活塞发动机是一种将燃料燃烧装置和液压装置有机集成为一体实现将燃料的化学能转化为液压能的装置。如今诸多的关于液压自由活塞发动机发明中，在能量转换的过程中，机构复杂，转换繁琐，存在诸多损耗，严重降低了液压自由活塞发动机的效率。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种无级调速单活塞式液压自由活塞发动机，采用恒功率变压装置，可以缩短能量传递链，简化结构，采用单活塞式结构，使发动机结构紧凑。同时，可以通过改变恒功率变压器端口的压力，实现发动机无级调速的功能。

该无级调速单活塞式液压自由活塞发动机包括：高压蓄能器、低压蓄能器、恒功率变压器、气缸体、喷油器和活塞组件；所述活塞组件包括依次相连的气缸活塞、活塞连杆和泵活塞；所述恒功率变压器具有三个端口，分别为端口A、端口B和端口C。

其连接关系为：所述活塞组件位于气缸体腔体内；所述气缸体依据内腔直径的不同，沿轴向分为三段，分别柱形段A、柱形段B和柱形段C；其中柱形段B的直径大于柱形段A的直径；所述泵活塞为与所述柱形段的内径匹配的圆盘形结构；所述气缸活塞为与所述柱形段A的内径匹配的圆盘形结构；所述柱形段C的内腔通过仅供活塞连杆穿过的隔板分为腔室A和腔室B，所述泵活塞位于腔室B内，将腔室B分隔为活塞油腔和启动油腔，其中所述启动油腔为所述隔板与泵活塞之间的腔室；所述柱形段A的内腔为扫气室，在扫气室所对应的内底面上设置有喷油器和气门；在所述腔室A的圆周面设置有进气单向阀。

所述恒功率变压器的端口A通过油路与高压蓄能器相连，端口C通过油路与低压蓄能器相连，端口B通过油路与所述活塞油腔连通；

此外，通过设置控制阀使该液压自由活塞发动机在启动工况时，所述高压蓄能器与启动油腔连通；在第一行程和第二行程时，所述低压蓄能器与启动油腔连通。

在所述柱形段B内沿其轴向设置有用于对气缸活塞的移动起导向作用导向壁；在所述导向壁的圆周面上设置有两个以上透气孔。

有益效果：

(1)在该液压自由活塞发动机种采用恒功率变压器，可以缩短能量传递链，简化发动机的结构，提升发动机效率和可靠性。

(2)可以通过调节恒功率变压器的端口压力来改变活塞组件的运动规律，实线无级调速，同时可灵活改变发动机的压缩比。

(3)采用单活塞式结构，使发动机整体结构紧凑，能够做成微型发动机，可广泛应用于微小机器人、车辆等领域。

附图说明

图1为该自由活塞发动机第一种实施例的结构示意图；

图2为该自由活塞发动机的启动工况原理图；

图3为第一行程气缸体内各元件位置图；

图4为第二行程气缸体内各元件位置图；

图5为镂空导向壁的结构示意图；

图6为该自由活塞发动机第二种实施例的结构示意图。