專利名稱：內(nèi)燃式流體活塞泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用能量狀態(tài)的轉(zhuǎn)換裝置，具體地說是一種利用由熱能直接轉(zhuǎn)變成流體壓力能的裝置構(gòu)成液壓泵即內(nèi)燃式流體活塞泵。
傳統(tǒng)的流體壓力能一般是經(jīng)過機械能轉(zhuǎn)換而獲得，而機械能通常是由熱能或電能轉(zhuǎn)換而來。但就熱能向流體壓力能的轉(zhuǎn)換，除了需經(jīng)機械能狀態(tài)的過渡外，還有傳遞與參數(shù)變換多個環(huán)節(jié)，而且涉及的設(shè)備裝置也相對復(fù)雜。熱能向機械能轉(zhuǎn)換的現(xiàn)有裝置主要有內(nèi)燃機，由燃燒室、缸體、活塞、連桿、曲柄、噴嘴、活塞環(huán)、缸蓋、缸底等部件構(gòu)成，其工作過程通常分為二個沖程或四個沖程完成一個能量轉(zhuǎn)換的循環(huán)。當(dāng)燃燒室內(nèi)的高壓可燃氣體燃爆后產(chǎn)生推力帶動活塞移動，從而帶動連桿和曲柄將熱能變換成機械能而對外做功。由于現(xiàn)實中應(yīng)用流體壓力能場合很多，如液壓泵類裝置，所以經(jīng)常要將機械能(由熱能或電能轉(zhuǎn)換而成)再變成流體壓力能，其常規(guī)設(shè)備如柱塞泵，主要由缸體、偏心輪、柱塞、彈簧、進出口閥等部件組成，由機械能帶動偏心輪從而使柱塞做軸向往復(fù)運動，靠密封容積的大小交替變化而形成流體壓力能量狀態(tài)。目前這種由熱能向流體壓力能轉(zhuǎn)換的泵類裝置需要通過三個環(huán)節(jié)，一是由內(nèi)燃機實現(xiàn)熱能向機械能的轉(zhuǎn)換；二是由機械變速連接裝置實現(xiàn)機械能的傳遞與參數(shù)變換；三是由流體泵實現(xiàn)機械能向流體壓力能的轉(zhuǎn)換。正是因為轉(zhuǎn)換過程的多環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)換設(shè)備本身的原因，使這種能態(tài)變換的泵類裝置普遍存在轉(zhuǎn)換效率低，轉(zhuǎn)換設(shè)備、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能差，且轉(zhuǎn)換狀態(tài)適應(yīng)范圍小，使用不便等突出缺點。
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有熱能向流體壓力能狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中需經(jīng)過機械能傳遞等環(huán)節(jié)而造成能量損失的突出缺點，尋求設(shè)計一種由燃燒產(chǎn)生的熱能直接變換成流體壓力能狀態(tài)實現(xiàn)泵功能的裝置。本實用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、熱效率高、使用方便的內(nèi)燃式流體活塞泵。采用該裝置簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)，縮小設(shè)備體積，節(jié)約原材料，減少污染環(huán)節(jié)。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實用新型的主機裝置主要由活塞下室(燃燒室)、活塞上室(流體工作室)、雙頭活塞、缸體、燃料泵、燃料噴嘴、燃燒活塞環(huán)、流體活塞環(huán)、活塞彈簧及流體通道等部件組成；主機整體為豎直式圓柱體結(jié)構(gòu)，主機外殼頂端為缸蓋，中間為缸體，底端為缸底，三者對接后分別形成內(nèi)空的活塞下室和活塞上室，以雙頭活塞為分界。缸體、缸蓋和缸底組成主機的主體固定不動；缸體中雙頭活塞底部與缸底、缸體內(nèi)壁構(gòu)成活塞下室；雙頭活塞頂部與缸蓋、缸體內(nèi)壁構(gòu)成活塞上室；雙頭活塞在缸體中既可以往復(fù)運動，又可以將缸體內(nèi)空間分成兩個互相不通透的上、下活塞工作室；雙頭活塞的兩個端頭分別為圓柱式結(jié)構(gòu)，可以采用分體對接式固接，也可以制成一體，兩個端頭的直徑可以相同也可以不同。燃燒活塞環(huán)和流體活塞環(huán)分別在活塞下室和活塞上室中套制于雙頭活塞上，用于保持雙頭活塞與缸體間的密封。在主機基礎(chǔ)上采用常規(guī)技術(shù)工藝加裝低壓流體進口閥、高壓流體出口閥、流體輸送系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、啟動點火系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)等配套裝置即可構(gòu)成本實用新型。
實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程分為兩個行程，在第一行程活塞靠啟動力(初始循環(huán))或回程力(包括重力、彈簧力和流體壓力等)作用自上止點向下止點移動，活塞上室通過進口閥吸入低壓流體，而活塞下室在初始階段首先掃壓活塞下室中的氣體，當(dāng)活塞下移至近下止點時，燃料噴入活塞下室并迅速與壓縮空氣混合而燃爆完成第一行程；第二行程初始由燃爆氣體膨脹壓力作用使活塞克服流體壓力、彈簧力等，自下止點向上止點移動，使活塞上室中的流體被連續(xù)增加壓力能并由活塞上室排出到流體排出通道對外做功。
在活塞下室，隨著雙頭活塞的下移，進排氣口(門)被相繼關(guān)閉，使活塞下室內(nèi)形成密閉空間；在第一個行程及第二行程終了階段，活塞上室與流體進入通道連通，與流體排出通道隔離，而在第二個行程的前期與中期階段則反之。
在第一行程，活塞下室實現(xiàn)掃氣、壓縮、燃料噴入及燃燒，而活塞上室則完成流體的吸入或壓入；在第二行程，活塞下室實現(xiàn)膨脹排出廢氣、吸入新空氣，而活塞上室完成壓力流體的連續(xù)排出，實現(xiàn)一個完整的熱能向流體壓力能的轉(zhuǎn)換循環(huán)，如此周而復(fù)始。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，在由熱能向流體壓力能轉(zhuǎn)換實現(xiàn)泵功能方面省去了作為過渡能量狀態(tài)形式的機械能傳遞步驟，具有涉及的裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，能量轉(zhuǎn)換效率高，工作原理簡便，實施過程靈活，不但可以節(jié)省能源，而且可以節(jié)省原材料等優(yōu)點。


圖1為本實用新型主機之結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為內(nèi)燃式流體活塞泵之結(jié)構(gòu)原理示意圖。
本實用新型主機的部件組成主要有活塞下室(燃燒室)1、活塞上室(流體工作室)2、雙頭活塞3、缸體4、燃料泵5、排氣口6、低壓流體進口閥7(或20)、高壓流體出口閥8(或21)、燃料噴嘴9、燃燒活塞環(huán)10、流體活塞環(huán)11、泄流口12、缸蓋13、缸底14、活塞彈簧15、流體進入通道16、流體排出通道17、進氣門18、主機19、流體輸送系統(tǒng)22、配氣系統(tǒng)23、燃料供給系統(tǒng)24、冷卻系統(tǒng)25、潤滑系統(tǒng)26及啟動點火系統(tǒng)27等。主機19整體為豎直式圓柱狀結(jié)構(gòu)，主機外殼頂端為缸蓋13，中間為缸體4，底端為缸底14，三者對接后分別形成內(nèi)空的活塞下室1和活塞上室2，以雙頭活塞3為分界。缸體4、缸蓋13和缸底14三位配套固定構(gòu)置成整機體，其內(nèi)部空間由雙頭活塞3分為上、下兩個活塞室，雙頭活塞3的底部與缸底14、缸體4內(nèi)壁構(gòu)成活塞下室1；雙頭活塞3頂部與缸蓋13、缸體4內(nèi)壁構(gòu)成活塞上室2。整機裝置的配制可以按常規(guī)方法構(gòu)置而成，在主機19基礎(chǔ)上采用常規(guī)技術(shù)工藝加裝低壓流體進口閥7(或20)、高壓流體出口閥8(或21)、流體輸送系統(tǒng)22、配氣系統(tǒng)23、燃料供給系統(tǒng)24、冷卻系統(tǒng)25、潤滑系統(tǒng)26、啟動點火系統(tǒng)27等配套裝置即可構(gòu)成本實用新型。其實現(xiàn)熱能向流體壓力能狀態(tài)轉(zhuǎn)換的工作過程如下第一行程雙頭活塞3在啟動力(初始循環(huán))或回程力(包括重力、彈簧力或流體壓力等)的作用下，自上止點向下止點移動，低壓流體進口閥7開啟，高壓流體出口閥8關(guān)閉。
在活塞下室1行程開始階段，排氣口6未被雙頭活塞3遮蓋，實現(xiàn)掃氣；隨著雙頭活塞3的下移，排氣口6被雙頭活塞3遮蓋，進氣門隨之關(guān)閉，活塞下室1內(nèi)的空氣被壓縮；當(dāng)雙頭活塞3下移到接近下止點時，燃料噴入活塞下室并迅速與壓縮空氣混合后著火燃燒，活塞下室1壓力迅速增加。
在活塞上室2在整個行程，活塞上室2與流體進入通道16連通，與流體排出通道17隔離。隨著雙頭活塞3的下移，活塞上室2容積增大，流體經(jīng)流體進口閥7被連續(xù)不斷地由流體進入通道16吸入或壓入到活塞上室2中。
因此，第一行程，活塞下室1實現(xiàn)掃氣、壓縮、燃料噴入及燃燒等工作，而活塞上室2完成流體的吸入或壓入工作。
第二行程雙頭活塞3在氣體膨脹壓力的作用下，克服活塞彈簧15的彈簧力、雙頭活塞3本身的重力及流體壓力，自下止點向上止點移動。開始及中間階段，低壓流體進口閥7關(guān)閉，高壓流體出口閥8開啟。終了階段，低壓流體進口閥7開啟，高壓流體出口閥8關(guān)閉。
在活塞下室1雙頭活塞3上行到一定行程時，排氣口6開啟，排出廢氣；隨著活塞3的上移，進氣門18開啟，活塞下室1內(nèi)部壓力下降，新鮮氣體進入活塞下室1。
在活塞上室2在行程的開始和中間階段，活塞上室2與流體排出通道17連通，與流體進入通道16隔離。隨著雙頭活塞3的上移，活塞上室2容積減小，具有一定壓力的高壓流體經(jīng)流體出口閥8被連續(xù)不斷地由活塞上室2排出到流體排出通道17。在行程終了階段，活塞上室2與流體排出通道17隔離，與流體進入通道16連通，活塞上室2中的流體被送回流體進入通道16。
因此，第二行程，活塞下室1實現(xiàn)排出廢氣、吸入新鮮空氣等工作，而活塞上室2完成壓力流體的連續(xù)排出工作，排出的流體即獲得了一定的壓力能量，經(jīng)高壓流體出口閥8壓入到流體壓力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了機械能向流體壓力能的轉(zhuǎn)換。
本實用新型中的雙頭活塞3的兩個頭部直徑可以相同，也可以不相同，其上部的直徑依據(jù)所用液體性質(zhì)而定，可以為一體也可以分步制成后通過桿件連接；在雙頭活塞3上部的缸蓋與缸體之間制有活塞彈簧15，以便于增加回程力。將若干個主機19按均分角度排列成圓周結(jié)構(gòu)組裝即構(gòu)成多缸內(nèi)燃式流體活塞泵，其附加裝置可采用同一系統(tǒng)。
本實用新型使用液體燃料或氣體燃料；工作流體為液壓油。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)燃式流體活塞泵，其主機裝置主要由活塞下室、活塞上室、雙頭活塞、缸體、燃料泵、燃料噴嘴、燃燒活塞環(huán)、流體活塞環(huán)、活塞彈簧及流體通道等部件組成，其特征在于主機整體為豎直式圓柱體結(jié)構(gòu)，主機頂端為缸蓋，中間為缸體，底端為缸底，三者對接后分別形成內(nèi)空的活塞下室和活塞上室，以雙頭活塞為分界；缸體、缸蓋和缸底組成主機的主體固定不動；缸體中雙頭活塞底部與缸底、缸體內(nèi)壁構(gòu)成活塞下室；雙頭活塞頂部與缸蓋、缸體內(nèi)壁構(gòu)成活塞上室；雙頭活塞在缸體中既可以往復(fù)運動，又可以將缸體內(nèi)空間分成兩個互相不通透的上、下活塞工作室。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃式流體活塞泵，其特征在于雙頭活塞的兩個端頭分別為圓柱式結(jié)構(gòu)的一體，也可分體對接；燃燒活塞環(huán)和流體活塞環(huán)分別在活塞下室和活塞上室中套制于雙頭活塞上，用于保持雙頭活塞與缸體間的密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃式流體活塞泵，其特征在于將若干個主機按均分角度排列成圓周結(jié)構(gòu)組裝即構(gòu)成多缸內(nèi)燃式流體活塞泵，其附加裝置可采用同一系統(tǒng)。
專利摘要一種內(nèi)燃式流體活塞泵,克服了現(xiàn)有熱能向流體壓力能轉(zhuǎn)換過程中需經(jīng)機械能傳遞而造成能量損失的缺點。其主機主要由活塞上室、活塞下室、雙頭活塞、缸蓋、缸體、缸底、燃料泵、流體通道等組成,缸蓋、缸體、缸底對接后形成以雙頭活塞為界的活塞上下室,雙頭活塞在缸體中既可往復(fù)運動,又將缸體內(nèi)空間分成兩個互相不通透的上、下活塞工作室。本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單,高效方便的流體活塞泵,縮小設(shè)備體積,節(jié)約原材料,減少污染。
文檔編號F02B65/00GK2473339SQ0123644
公開日2002年1月23日 申請日期2001年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月14日
發(fā)明者張鐵柱, 張洪信 申請人:青島大學(xué)