[發明專利]一種液壓發動機及其控制方法

有效

• 申請號: 201210328207.2
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102852709A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 劉志兵
• 申請（專利權）人: 劉志兵
• 主分類號: F03C1/013
• 分類號: F03C1/013;F03C1/02;F03C1/26;F03C1/32;F03C1/34
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 金碎平

技術領域

本發明涉及一種發動機及其控制方法，尤其涉及一種液壓發動機及其控制方法。

背景技術

傳統往復活塞四沖程內燃機工作特點是，燃料在氣缸內燃燒，所產生的燃氣直接推動活塞做功。

開始，活塞向下移動，進氣閥開啟，排氣閥關閉，汽油與空氣的混合氣進入氣缸。當活塞到達最低位置后，改變運動方向而向上移動，這時進排氣閥關閉，缸內氣體受到壓縮。壓縮終了，電火花塞將燃料氣點燃。燃料燃燒所產生的燃氣在缸內膨脹，向下推動活塞而做功。當活塞再次上行時，進氣閥關閉，排氣閥打開，做功后的煙氣排向大氣。重復上述壓縮、燃燒，膨脹，排氣等過程，周期循環，不斷地將燃料的化學能轉化為熱能，進而轉換為機械能。

傳統的內燃機依靠曲柄連桿機構把活塞的往復直線運動變為曲軸的旋轉運動，連桿機構的傳動角越大（90°），對機構的傳動越有利，而活塞、連桿和曲軸在運動過程中傳動角的大小是變化的，做功行程剛開始時，燃氣壓力達到最高，但此時活塞位于上止點時，傳動角為零，對傳動極為不利；當活塞運行到上下止點中間位置時，傳動角也只能達到（45°），而此時活塞對對氣缸壁的壓力角也達到了最大，產生側向力為F_c=Ftanβ，阻礙活塞的直線運動；此外，傳統內燃機的曲柄連桿機構中，當連桿與曲柄共線時的位置稱為死點，為了使傳統內燃機順利通過死點而正常運轉，起動前必須依靠外力驅動才能開始運行，而起動后即使不需要輸出動力也要有約（700轉/分鐘）左右的怠速，才能維持正常空轉。

內燃機不能從停車狀態自行轉入運轉狀態，必須由外力轉動曲軸，使之起動。起動過程不能有負載，而空載時的怠速狀態需不斷消耗燃料。特別是傳統車輛的內燃機系統是設計在以整車動力性、加速性和爬坡能力為主要解決矛盾為目標的，因此在某種意義上說：一方面是為了解決這些矛盾在設計發動機時就不能使發動機工作在最節省能源的狀態下；另一方面傳統內燃機本身的工作過程和為實現工作過程的結構，導致平均機械損失壓力大。

平均機械損失壓力：發動機單位氣缸工作容積一個循環所損失的功。可以用來衡量機械損失的大小。即機械損失的組成：1）活塞與活塞環的摩擦損失：因曲柄連桿機構力的傳遞與分解，對氣缸壁產生側向力為F_c=Ftanβ，占摩擦損失的主要部分，約為：45-65%；2）軸承與氣門機構的摩擦損失：包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。軸承直徑越大，轉速越高，損失越大。15-30%；3）驅動附屬機構的功率消耗：指為保證發動機工作所必不可少的部件總成，如冷卻水泵總成（風冷發動機中則是冷卻風扇）、機油泵、噴油泵、調速器等；占10-20%。

中國公開號為CN?1952363A，發明名稱為雙活塞液壓發動機的申請文件公開的技術方案，雖然也采用了液壓傳動的原理，但也沒有擺脫曲柄連桿機構，機構仍舊復雜，小活塞雖然消除了側向分力，但是以大活塞上承受了更大的側向分力為代價。此外，根據帕斯卡原理，油缸中的大活塞獲得更大壓力的同時是以犧牲大活塞的行程為代價，這樣的傳動方式并不能減少能量損耗，也不會憑空產生新的壓力能，更不可能實現小排量大馬力的增加功率或效率的功能。

中國公開號為CN?201723359U，發明名稱為：液壓發動機機構的發明申請公開的技術方案中，其能量轉換過程是：燃料的化學能經柴油機轉換為機械能，再經過液壓泵轉換為流體的壓力能，再經液壓發動機轉換為機械能。中國公開號為CN?201554597U，發明名稱為：一種液壓發動機的申請文件中公開的技術方案，其采用了四個電機和四個油泵，能量轉換過程是把電能通過電機轉換為機械能，再通過油泵把機械能轉換為液體的壓力能，然后經液壓活塞和曲軸連桿轉換為機械。上述兩種技術方案都經過多種復雜轉換，必然會導致效率的降低。

中國公開號為CN101495730的申請文件公開的液壓發動機雖然也解決了傳統內燃機的部分問題，但它仍舊繼承剛性連接的連桿，這要求對置氣缸的同心度、橢圓度和錐度的誤差必須很小，使得發動機主體部件的制造和加工都相當困難；發動機工作時對置兩液壓室因存在非常大的壓力差，而剛性連桿又必須在兩液壓室間快速移動，使得液壓室與連桿的滑動密封要求很高；此外它繼承了傳統內燃機的獨立的進氣門，這使得發動機機構復雜，且氣門運動的機構和控制方法非常繁雜，可靠性和維護的方便性都大大降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種液壓發動機及其控制方法，能夠有效提高能量轉化效率，節省燃料消耗，減少環境污染，且結構簡單可靠，易于維護。