[發明專利]雙組元液壓自由活塞發動機

無效

• 申請號: 200710076498.X
• 申請日: 2007-08-21
• 公開（公告）號: CN101372913A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 汪勁松;楊華勇;夏必忠;謝海波;王立平;張輝;段廣洪
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: F02B71/04
• 分類號: F02B71/04
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司
• 代理人: 王鎖林

技術領域

本發明涉及一種雙組元液壓自由活塞發動機，特別涉及一種可為野外作業的中大功率的能量自治行走機械、自走平臺以及無氧或缺氧環境(如太空、水下或高原等)中液壓能量供應的動力裝置，屬于能源和動力技術領域。

背景技術

目前，供能問題是制約能量自治行走機械在野外、水下及太空等特殊環境中作業的關鍵問題之一。大多數野外作業的中小型能量自治行走機械需求功率級為10W～1000W及性能優良的動力或液壓能量供應裝置。一般而言，目前在此功率范圍內的主要能量供給設備有化學電池、燃料電池或小型內燃發電機組等。然而這些供能裝置或設備都存在一些不足之處：化學電池的能量密度低，使得其難以適用長時間工作；燃料電池雖較化學電池具有較高的能量密度，但即使不考慮其儲氫技術的難題，功率密度低的不足使得其難以勝任需功率快速提升的應用場合；對同樣的輸出功率而言，與上述化學電池或燃料電池配套使用的電動執行機構如電動機一般而言較液壓或氣動機構大且笨重，從而導致系統能量密度和功率密度的降低；對小型內燃發電機組而言，雖然汽油或柴油等礦物燃料本身的能量密度高，但是所有的碳氫燃料發動機除了本身的運動件如曲軸和活塞外，還需要復雜的壓縮及點火等輔助子系統；另外，小型內燃機必須以很高的速度運轉才能獲得良好的功率密度，這樣為了匹配內燃機和執行機構運動關系，齒輪減速裝置常常是必不可少的，這既增加了系統的復雜性也引起整個系統能量和功率密度的降低；而且，由于碳氫燃料內燃機對空氣中氧氣的依賴性，使得它們在無氧或缺氧環境(如水底或太空)中的應用受到了很大的限制。

發明內容

針對上述常規供能裝置的不足和缺點，本發明提供一種雙組元液壓自由活塞發動機，該雙組元液壓自由活塞發動機具有工作可靠、體積小、重量輕、能量密度高、功率密度大、輸出流量和壓力可根據負載調節等突出優點，能為能量自治機器人及其他機械裝置在野外、無氧或缺氧環境(如高原、太空及水下)等環境中作業提供能量。

本發明雙組元液壓自由活塞發動機，包括液體氧化劑儲存罐、礦物油燃料儲存罐、第一氧化劑控制閥、第二氧化劑控制閥、第一燃料控制閥、第二燃料控制閥、電控單元和雙活塞液壓自由活塞發動機；雙活塞液壓自由活塞發動機的第一動力腔的進氣口與第一氧化劑控制閥及第一燃料控制閥的出口端連通，第一氧化劑控制閥的進口端與氧化劑儲存罐出口端連接，第一燃料控制閥的進口端與礦物油燃料儲存罐出口端連接；雙活塞液壓自由活塞發動機的第二動力腔的進氣口與第二氧化劑控制閥及第二燃料控制閥的出口端連通，第二氧化劑控制閥的進口端與氧化劑儲存罐出口端連接，第二燃料控制閥的進口端與礦物油燃料儲存罐出口端連接；所述兩個氧化劑控制閥和兩個燃料控制閥的控制端分別接電控單元的相應輸出端。

進一步，所述雙活塞液壓自由活塞發動機包括發動機主體部分和變量液壓馬達/泵；所述發動機主體部分包含由第一動力缸體、中心液壓泵缸體、第二動力缸體依次排列組成的發動機缸體，和分別置于第一動力缸體、中心液壓泵缸體及第二動力缸體內并通過活塞桿連為一體的第一動力活塞、液壓泵活塞和第二動力活塞，第一動力活塞、液壓泵活塞和第二動力活塞組成自由活塞組件；所述第一動力活塞將第一動力缸體內腔分為第一動力腔和第一背腔，第一動力腔的外端設進氣口，第一背腔側壁設置排氣口；所述第二動力活塞將第二動力缸體內腔分為第二動力腔和第二背腔，第二動力腔的外端設進氣口，第二背腔側壁設置排氣口；所述液壓泵活塞將中心液壓泵缸體內分為第一泵腔和第二泵腔，兩個泵腔通過液壓高壓回路與變量液壓馬達/泵的一個端口連接，兩個泵腔另通過液壓低壓回路與變量液壓馬達/泵的另一個端口連接。

更進一步，所述液壓高壓回路包括第一配流單向閥和第二配流單向閥；所述第一配流單向閥的進口端與中心液壓泵的第一泵腔連通，其出口端與變量液壓馬達/泵的進口端連通；所述第二配流單向閥的進口端與中心液壓泵的第二泵腔連通，其出口端與變量液壓馬達/泵的進口端連通；所述液壓低壓回路包括第三配流單向閥和第四配流單向閥；所述第三配流單向閥的進口端與變量液壓馬達/泵的出口端連通，其出口端與中心液壓泵的第二泵腔連通；所述第四配流單向閥的進口端與變量液壓馬達/泵的出口端連通，其出口端與中心液壓泵的第一泵腔連通。

更進一步，在液壓高壓回路還包括一個高壓蓄能器，該高壓蓄能器通過管道旁接于液壓高壓回路中配流單向閥和變量液壓馬達/泵之間；在液壓低壓回路還包括一個低壓蓄能器，該低壓蓄能器通過管道旁接于液壓低壓回路中配流單向閥和變量液壓馬達/泵之間。以使本發動機可以回收制動動能或重力勢能，實現再生制動。