CN1867759B - 二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

组合装置(16)包括一台二冲程发动机(18)、由发动机的动力驱动的压缩机(22)和一台液压泵(24)。泵柱塞(114)固定至发动机活塞(38)，并且与压缩机活塞(62)及泵(24)的转子(106)同轴布置，为压缩机和泵提供直接的能量传输。柱塞(114)和压缩机活塞(62)分别连接至转子(106)的两个直径上对置的轴向推杆(138)中的一个。

Description

二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置及其工作方法

相关申请的相互参考：无

联邦资助研究：无

发明序列：无

发明背景-技术领域

本发明涉及液压传动装置，具体地说涉及一种内燃机和泵***，其用于形成这种传动装置的高压流体流动。

发明背景

得到广泛应用的具有液压传动装置的发动机和泵***已被用于驱动众所周知的机器的车轮和工作设备，如山地机械，建筑机械，农业机械，运输车辆及其它重型设备。

已知发动机-泵***基本上包括熟悉的、可以预计的和明显的结构形式，尽管如此，众多现有技术所构成的种种设计被开发出来以用于满足无数的目标和要求。

举例来说，有Ritmasterl(1982)的美国专利US4,326,380，Patten的US4,362,477(1982)，Heintz的US4,369,021(1983)，Galitello的US4,876,991(1983)，Deng等人的US4,924,956(1990)，Thatcher的US 5,036,667(1991)，Moiroux等人的US 5,167,292(1992)，Christenson的US 5,261,797(1993)，Sawyer的US 5,464,331(1995)，Achten等人的US 5,556,262(1996)，Sawyer的US 5,616,010(1997)，Valentin的US 6,293,231(2001)。

这些装置实现他们各自的、特定的目标和要求，上述的专利中没有描述一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置及其操作方法，以增加效率和比功率，同时最小化重量、安装空间和燃料消耗。

广泛应用的发动机和泵***具有下列已知的缺点：

(a)用于为液压传动装置产生高压流体流动的传统的***具有两个单独的装置：发动机和泵，其具有较大的重量和安装空间。而且，此***采用一台四冲程的内燃机。二冲程发动机具有一个很大的潜在优点，对于每一回转具有一个作功行程；但是其通过鼓风提升功率却有一个大问题。

(b)通过空气增压器或涡轮增压***来增加常规发动机功率的方案复杂、有噪声、昂贵，需要用于发动机外部鼓风机的额外空间，并且使用低压、高速气流，其为动能，来代替势能，其为气压。

(c)传统的发动机通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴旋转。泵通过轴向机构将此曲轴旋转转换回到泵活塞的往复运动。因为不是直接的能量传输，两个复杂的中间机构导致大的能量损耗、重量、安装空间、成本和劳动力。

(d)复杂的发动机空气压缩。在一个汽缸内的作功行程通过连杆转换成曲轴旋转。另一个汽缸的连杆将此旋转转换活塞运动以进行空气压缩。因为不是直接地进行能量传输，中间机构使效率降低，且增加燃料消耗。

(e)中间机构在工作时具有相当大的横向力，其将发动机和泵活塞压向汽缸壁，从而减少发动机和泵的使用寿命和效率，并且增加燃料消耗。

(f)在此***中，因为往复的活塞运动和发动机连杆的复杂运动必须仅仅通过曲轴平衡锤的旋转来进行平衡，所以中间机构是复杂、昂贵，且劳动密集的。

(g)二冲程发动机的通气口位于底部汽缸壁上，阻止了发动机活塞的运动辅助去除燃烧废气。因为只有气流被用于去除燃烧废气，从而由此导致了效率较低的排气过程。这样减少了容积效率和发动机功率。

(h)因为没有使用高压空气，二冲程发动机燃烧室并未有效地充满新鲜空气。这样限制了容积效率和发动机功率。

(i)由于在发动机气缸进行空气压缩时没有附加的冷却，因此热效率减少，燃料消耗增加。

(j)传统的泵活塞位于气缸体的***上；这导致活塞支座具有相当大的速度，限制了泵的使用寿命和动力传输。

(k)在传统的泵中，因为流体压力大约为4500psi，所以存在较大的力将活塞压向支座板；这限制泵的动力传输。

(l)因为没有大功率的发动机起动器能够快速起动和重新起动，且允许在每一个红灯时将发动机关闭，所以燃料消耗增加。

(m)没有能独立于外部能源进行快速的踏板起动的大功率的发动机起动器。

(n)没有能够在车辆长期不工作情况下起动的起动器。

发明背景-目的和优点

因此，可以理解，存在一种持续的需求，以提供一种新型的、改进的发动机-泵组合装置，从而增加效率和比功率，同时最小化重量、安装空间和燃料消耗。

本发明基本上满足了这些需求。

本发明的目的和优点是：

(a)通过利用一个紧凑的装置-一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置，来代替两个传统的单独的装置-发动机和泵，从而减少重量和安装空间；

(b)通过高压空气注射入往复式压缩机，将发动机活塞下部的空间作为压缩机室，其排量大于发动机的排量，从而增加发动机的功率；

(c)通过其固定的连接，提供从发动机活塞到泵柱塞之间直接的能量传输，从而增加效率，减少燃料消耗；

(d)通过利用发动机活塞的底部与用于空气压缩的压缩机活塞的顶部之间的相互作用，提供直接的能量传输，从而增加效率，减少燃料消耗；

(e)由于在动力传输过程中，移动发动机、压缩机活塞和泵柱塞时没有横向力，从而增加使用寿命和效率；

(f)通过在相反的方向上移动发动机和压缩机活塞，从而提供简单、高质量的平衡往复运动；

(g)通过在发动机活塞向上移动的同时使用来自接收器的高压空气，从而增大发动机功率，其中所述高压空气在所述发动机活塞向下移动时在前一行程内被压缩；

(h)当发动机活塞移到顶端位置时，来自接收器的超高压空气同时通过空气喷射阀被注射入燃烧室，实现燃烧室密集的填充；

(i)通过位于接收器内的辅助空气冷却，增加发动机热效率；

(j)通过将泵活塞设置在转子中心线上，增加泵的功率；

(k)通过实现从发动机活塞到泵柱塞的直接能量传输，增加泵的功率；

(l)通过使用气液式蓄能装置，使泵柱塞处于高功率液压缸模式，提供能快速起动和重新起动发动机的大功率起动器，并且在每一个红灯期间关闭发动机，以减少燃料消耗；

(m)利用起动器泵和气液式蓄能装置，提供独立于外部能量源的快速踏板起动；

(n)如果车辆长期没有行驶，通过自动开启起动和气液式蓄能装置蓄能程序，提供起动功率；

通过阅读如下的描述和附图，本发明更多的目的和优点将变得显而易见。

发明概述

根据本发明，一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置，(以下将简单地称其为″组合装置″)，其包括二冲程发动机、压缩机、泵、同步机构、减速器、传统的附属装置和与传统的液压马达相关联的电液控制***。

发动机包括具有冷却***的汽缸、具有环的活塞、具有燃烧室的气缸盖、凸轮轴、排气岐管和排气阀。位于压缩机室和燃烧室之间的活塞包括一个空气喷射阀。

压缩机包括活塞、具有凸轮的凸轮轴，以及位于发动机气缸内发动机和压缩机活塞之间的压缩机室。压缩机包括进气歧管、具有弹簧的进、排气阀，它们位于发动机气缸的侧面上。排气阀通过接收器连接至发动机的空气喷射阀，接收器包括水套，并且位于发动机气缸的侧面上。压缩机活塞固定在衬套上，包括活塞环。压缩机的阀连接至摇杆，其通过轴被可旋转地安装，并且与压缩机凸轮轴的凸轮相连接。轴位于发动机气缸的侧面上。

泵包括壳体，所述壳体通过一支座板连接至发动机气缸，并且连接至一阀门板。转子包括固定至基座上的气缸体和固定至发动机活塞的柱塞。转子具有包括一个管路的泵室，并且柱塞、转子、压缩机活塞、衬套同轴布置。转子通过一个具有弹簧的轴承连接至支座板。阀板通过泵的入口和出口狭槽连接至每个转子，其中所述狭槽形成在圆周上，并且阀板通过转子管路连接至泵室。组合泵通过泵出口和入口管路与液压传动装置中传统的马达相关联。

同步机构包括补偿活塞、具有销支座的杠杆、支架和两个直径方向上对置轴向推杆，其中推杆通过位于转子外部的支座连接至支座板，并且连接至位于转子内部的补偿活塞。杆通过滑动器和轴可旋转地连接至气缸体，通过滑动器和一横臂连接至柱塞的下部球体部分，并且通过销支座连接至支架和第一推杆。支架可旋转地连接至基座，并且第二推杆通过压缩机活塞连接至支架，并且通过转子内部的密封套连接至压缩机活塞衬套。基座具有排水孔。

减速器箱体为阀板，其包括轴承和轴，轴通过齿型离合器、齿轮和压缩机的凸轮轴连接至转子。压缩机的凸轮轴连接至锥齿轮减速器的齿轮，所述锥齿轮减速器具有一个第二齿轮，其具有连接至发动机的凸轮轴的轴。

附属的常规装置、冷却***泵、电力***发电机、液压传动装置的补给泵和柴油喷射泵位于阀板上，并且减速器的轴连接至所述装置。

电液控制***包括具有螺线管的流体分配器。分配器的第一管路通过止回阀连接至泵的入口管路，第二管路连接至泵的出口管路，第三管路连接至储液器，且分配器的第四管路连接至电子测压计、气液式蓄能器和起动器泵，起动器泵包括一个踏板。

此处已经十分宽泛地略述了本发明的一些特征，以便更好地理解随后所进行的详细说明。当然，下面将会描述到本发明的附加特征，并且它们将形成所附权利要求的主题。

为此，在详细描述本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明并不限于在此应用中的详细结构，也不是限于在下面的描述或附图中所公开的部件的布置方式。本发明可以具有其它的实施例，并可通过多种方式予以应用和实施。而且，应当理解，此处的采用的措辞和术语是用于对本发明进行描述，不能认为是对本发明的限制。

同样，本领域的普通技术人员可以理解，公开内容所基于的概念可作为用于实现本发明多个目的的其他结构、方法和***的设计基础，而被容易地利用。因此，重要的是，权利要求被认为包括不背离本发明实质和范围的等同的构造。

因此，本发明的一个目的是提供一种新型的、改进的组合装置，其具有现有的发动机-泵***的所有优点，且没有一个所述的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种新型的、改进的组合装置，其可以容易地、高效率地制造，并且具有低的市场价格。

本发明的一个目的是减小重量和安装空间，并通过从发动机活塞至泵柱塞以及至压缩机活塞的直接能量传输，增加二冲程发动机和泵的功率。

本发明的又一个目的是提供噪音较小的大功率起动器，其能快速起动和重新起动，以及可在每一个红灯期间关闭的发动机，以减少燃料消耗，并且使得发动机能够与停车时间无关地且能独立于外部能量源利用人力起动。

本发明的又一个目的是提供高质量的平衡和减少振动。

本发明的又一个目的是为发动机和泵提供常规的附属***，其将降低价格。

最后，本发明的一个目的是提供一种新型的、改进的组合装置，以增加效率和比功率，同时最小化安装空间和所需的燃料消耗，特别是用于汽车。

根据本发明，一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置，(以下将简单地称其为″组合装置″)，其包括二冲程发动机、压缩机、泵、同步机构、减速器、传统的附属装置和与传统的液压马达相关联的电液控制***。

发动机包括具有冷却***的汽缸、具有环的活塞、具有燃烧室的气缸盖、凸轮轴、排气岐管和排气阀。位于压缩机室和燃烧室之间的活塞包括一个空气喷射阀。

压缩机包括活塞、具有凸轮的凸轮轴，和位于发动机和发动机气缸内的压缩机活塞之间的压缩机室。压缩机包括进气歧管、具有弹簧的进、排气阀，其位于发动机气缸的侧面上。排气阀通过接收器连接至发动机的空气喷射阀，接收器包括水套，并且位于发动机气缸的侧面上。压缩机活塞固定在衬套上，包括活塞环。压缩机的阀连接至摇杆，其通过轴被可旋转地安装，并且与压缩机凸轮轴的凸轮相连接。轴位于发动机气缸的侧面上。

泵包括壳体，所述壳体通过一支座板连接至发动机气缸，并且连接至一阀门板。转子包括固定至基座上的气缸体和固定至发动机活塞的柱塞。转子具有包括一个管路的泵室，并且柱塞、转子、压缩机活塞、衬套同轴布置。转子通过一个具有弹簧的轴承连接至支座板。阀板通过泵的入口和出口狭槽连接至每个转子，其中所述狭槽形成圆周状，并且阀板通过转子管路连接至泵室。组合泵通过泵出口和入口管路与液压传动装置中传统的马达相关联。

同步机构包括补偿活塞、具有销支座的杠杆、支架和两个直径方向上对置轴向推杆，其中推杆通过位于转子外部的支座连接至支座板，并且连接至位于转子内部的补偿活塞。杆通过滑动器和轴可旋转地连接至气缸体，通过滑动器和一横臂连接至柱塞的下部球体部分，并且通过销支座连接至支架和第一推杆。支架可旋转地连接至基座，并且第二推杆通过一鞍形支座连接至所述支架，并且通过转子内部的密封套连接至压缩机活塞衬套。基座具有排水孔。

减速器的箱体为阀板，其包括轴承和轴，轴通过齿型离合器、齿轮，和压缩机的凸轮轴连接至转子。压缩机的凸轮轴连接至锥齿轮减速器的齿轮，所述锥齿轮减速器具有一个第二齿轮，其具有连接至发动机的凸轮轴的轴。

附属的常规装置、冷却***泵、电力***发电机、液压传动装置的补给泵和柴油喷射泵位于阀板上，并且减速器的轴连接至所述装置。

电液控制***包括具有螺线管的流体分配器。分配器的第一管路通过止回阀连接至泵的入口管路，第二管路连接至泵的出口管路，第三管路连接至储液器，且分配器的第四管路连接至电子测压计、气液式蓄能器和起动器泵，起动器泵包括一个踏板。

这些内容与本发明的其它目的一起，连同表征本发明的各种创新性的特征，在所附的权利要求中被特别地指出，并且权利要求构成本发明公开内容的一部分。为更好地理解本发明，其工作优点及通过其使用而获得的特定目的，需要参照附图和说明书所描述的内容，说明书和附图描述了本发明的优选实施例。

附图简述

当阅读了下列的详细说明后，将可以更好地理解本发明，并且除上述目的之外的其它目的也将会显而易见。这些描述将参照如下附图：

附图-图号

图1示出了根据本发明原理的二缸组合装置的一个优选实施例；

图2示出了沿本发明一个汽缸轴线的剖面；

图3示出了沿本发明两个汽缸轴线的剖面；

图4示出了沿本发明同步机构的推杆轴线的剖面；

图5示出了沿本发明同步机构的杠杆的剖面；

图6示出了沿本发明阀板的剖面；

图7示出了具有本发明的压缩机气阀的汽缸的横截面；

图8示出了本发明的液压示意图；

图9A到9C示出了本发明的同步机构的操作时序；

图10A至10D示出了本发明的组合装置的操作时序。

在各附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

附图-附图标记

16   组合装置              18   发动机

22   压缩机                24   泵

26   同步机构              28   减速器

32   液压控制***          34   发动机气缸

36   发动机冷却***        38   发动机活塞

42   发动机活塞环          44   气缸盖

46   燃烧室                48   发动机凸轮轴

52   排气岐管              54   排气阀

56   压缩机室              58   空气喷射阀

62   压缩机活塞            64   压缩机凸轮轴

66   压缩机的凸轮轴的凸轮  72   压缩机进气岐管

74   压缩机进气阀          76   压缩机排气阀

78、82  弹簧               84   接收器

86   接收器水套            88   压缩机活塞环

92   压缩机活塞保持器      94   压缩机活塞衬套

98   泵壳                  102  支座板

104  阀板                  106  转子

108  气缸体                112  基座

114  柱塞                  116  泵室

118  转子管路              122  转子轴承

124  转子弹簧              126、128补偿活塞

132  杠杆                  134  销支座

136  支架                  138、142  推杆

144、146  支座             148、152  滑动器

154  轴                    156、158  滑动器

162  横臂                       164  鞍形支座

172  密封套(滑动保持器)         174、176  排水孔

182  减速器轴承                 184、186  轴

188、192  齿型离合器            194、196、198  齿轮

204  齿轮                       206  锥齿轮减速器

208  齿轮                       212  轴

214、216、218、222  狭槽        226  转子管路

228、232、234、236  轴          244、246、248、252  摇杆

254、256  轴                    262、264  液压管路

266、268  液压管路              272  流体分配器

274、276  螺线管                278  止回阀

282、284、286  液压管路         288、292  液压管路

294  电子测压计                 296  气液式蓄能器

298  起动器泵                   302  起动器泵踏板

详细的描述

下面将参照附图，特别是图1至10，对包含本发明原理和思想的新型的、改进的组合装置的优选实施例进行描述。

具体地说，在各附图中将要被描述的装置涉及一种组合装置，其可增加效率和比功率，同时最小化重量和燃料消耗，特别是用于汽车的液压传动装置。

二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置，以下将简单地称其为组合装置，其包括二冲程发动机、压缩机、泵、同步机构、减速器、传统的附属装置和与液压传动装置的液压马达相关联的电液控制***。

组合装置16(图1)包括二冲程发动机18、压缩机22、泵24、同步机构26、减速器28和与传统的液压马达相关联的液压控制***32，其在图8中由液压传动装置中的一个带圈的″M″表示。传统的附属装置在图中没有示出。

发动机18包括具有冷却***36的汽缸34(图2)、具有环42的活塞38、具有燃烧室46的汽缸盖44、凸轮轴48、排气歧管52和排气阀54。位于压缩机室56和燃烧室46之间的活塞38包括一个空气喷射阀58。

压缩机22包括活塞62、具有凸轮66的凸轮轴64(图3)。压缩机室56(图2)位于发动机和发动机气缸内部的压缩机活塞之间，其包括进气歧管72，具有弹簧78、82的吸气和排气阀74、76位于发动机气缸的侧面上。排气阀76通过接收器84连接至发动机的空气喷射阀58，接收器84包括水套86，并且位于发动机气缸的侧面上。压缩机活塞62包括环88，并且通过保持器92固定至衬套94。

泵24包括壳体98，所述壳体98通过一支座板102连接至发动机气缸，并且连接至阀板104。转子106(图1)包括固定至基座112上的气缸体108(图2)和固定至发动机活塞的柱塞114。转子包括具有一个管路118的泵室116，并且柱塞、转子、压缩机活塞和衬套同轴布置。转子通过一个具有弹簧124的轴承122连接至支座板。

同步机构26包括补偿活塞126、128(图4)、具有销支座134的杠杆132(图3)、支架136，以及两个直径上对置的轴向推杆138，142(图4)，其通过位于转子外的支座144，146连接至支座板102，并且连接至转子内部的补偿活塞126，128。杠杆132(图5)通过滑动器148，152和轴154可旋转地连接至气缸体108，通过滑动器156，158和横臂162连接至柱塞的下部球体部分。杠杆132还通过销支座134连接至支架136和第一推杆138。支架136可旋转地连接至基座112，并且第二推杆142通过鞍形支座164连接至支架136，并且通过密封套172(滑动保持器)连接至压缩机活塞衬套94。基座具有排水孔174，176。

不同的汽缸的部件及其连接关系都相同，但是第二汽缸的转子相对于第一汽缸转子转动180度的角度，即相位移(图3)。

减速器28的箱体是阀板104(图3)，且其包括轴承182和轴184、186，轴通过齿型离合器188，192、齿轮194，196，198和压缩机的凸轮轴64连接至转子。压缩机的凸轮轴连接至锥齿轮减速器206的齿轮204，所述锥齿轮减速器具有第二齿轮208和轴212。轴212(未示出)连接至发动机凸轮轴48。

阀板104(图6)包括各转子下方的第一汽缸的泵入口和出口狭槽214，216，第二汽缸的泵入口和出口狭槽218，222，它们形成圆周状，并且分别通过转子管路118，226连接至第一和第二汽缸的泵室。

附属的常规装置(图中未示出)、冷却***泵、电力***发电机、液压传动装置的补给泵和柴油喷射泵位于阀板上，并且减速器的轴228，232、234，236连接至所述装置。箭头(图6)示出了转子的旋转方向，转子管路118，226在图中示意性示出。

压缩机的阀(图7)通过摇杆244，246、248，252连接至压缩机凸轮轴凸轮66，摇杆244，246、248，252通过轴254，256可旋转地安装。

各汽缸的泵被连接在一起，并且通过液压管路(图8)262，264、266268与液压传动装置中传统的马达相关联，马达在图8中表示为环绕着圆圈的″M″。

组合装置的电液控制***包括具有螺线管274、276的流体分配器272(图8)。分配器的第一管路282通过止回阀278和管路284连接至泵的入口管路264；第二管路286连接至泵的出口管路262；第三管路288连接至储液器；分配器的第四管路292连接至电子测压计294、气液式蓄能器(PHA)296和包括踏板302的起动器泵298。

至于本发明的使用和工作的方式，同样可以从上面的描述而知晓。

那么，就上面的描述而言，要实现本发明最佳的空间关系，包括大小、材料、形状、形式、功能和工作、装配和使用的方式，对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，与附图所示内容及说明书中所述内容相等同的内容被认为处于本发明的范围之内。

所以，上述内容只是对本发明的原理的说明。并且，因为对于本领域的普通技术人员来说可以容易地进行诸多的改进和变化，所以，图示及所描述的确定的结构和工作过程并不对本发明构成限制，而且相应地，可采用所有适当的修改和等同的替换，其处于本发明的范围之内。

工作过程的描述

组合装置具有如下的工作模式：起动、重新起动、人力起动、怠速、工作及气液式蓄能器(PHA)蓄能。操作者初始化起动。从起动至怠速模式的转换自动进行。在加速踏板(未示出)被压下后，工作模式自动地开始。PHA也自动地进行蓄能。

起动模式

操作者通过点火开关(未示出)接通螺线管274(图8)。分配器272从空档位置切换至″起动″位置，并且连接管路292至282，连接管路286至288。

在起动过程中，通过管路292，282、284，264268，高压流体经分配器272和阀278从PHA296依次流向不同的汽缸的泵入口狭槽214、222。流体从不同的汽缸的泵出口狭槽216、218依次通过管路262，266、286，288和分配器272流向没有加载的储液器。

活塞-柱塞从底端位置(BEP)移向顶端位置(TEP)，并通过横臂162(图3)与滑动器156，158(图5)转动杠杆132。具有滑动器148，152的杠杆相对于轴154转动，并且将具有推杆138的销支座134移至TEP。支座144和支座板102的相互作用使转子转动。转子的旋转方向如箭头所示(图6)，并且图中示意性地示出了转子管路118，226。

减速器28具有齿轮194，196、198的轴184、64、186(图3)激活另一个转子、发动机及压缩机凸轮轴和传统的附属装置：冷却***泵、电力***发电机、液压传动装置的补给泵、柴油喷射泵(未示出)。

具有同步机构的减速器使一个转子内的活塞-柱塞从BEP运动至TEP，且与此同时，使另一个转子内的活塞-柱塞从TEP运动至BEP，因为第二转子的相位偏移了180度。图3示出了转子的旋转方向，图6示出的转子管路118，226配置成具有180度的相移。

在一个汽缸内部，在转子旋转的一个半周期间，当转子管路连接至泵的入口狭槽时，出口狭槽关闭。在第二个半周期间，当转子管路连接至泵的出口狭槽时，入口狭槽关闭。

不同汽缸泵的流体流动连通可提供第一转子管路与出口狭槽，以及第二转子管路与入口狭槽同时连接，且流体流动更加平滑。

这样的次序出现在所有的工作模式中。

这样，不同的汽缸的依次在液压缸模式下工作，并通过使用具有高效率的PHA高压流体使发动机起动。

发动机活塞压缩位于燃烧室内的空气，且以传统的燃料喷射(未示出)开始发动机的作功行程。

这样使大功率液压起动马达工作。起动器能够快速起动和重新起动发动机，使得我们可以用其代替传统的电力起动器和交流发电机。高压流体使得可以安静地进行起动，并且使得发动机可以在每一次红灯时关闭，以减少燃料消耗。这一点对于汽车的液压传动装置特别有价值。

在起动模式，补偿活塞126，128(图4)显著地减少了将推杆压向支座板的作用力，因为补偿活塞和推杆在泵室内部由反作用力相互作用。这样使发动机具有轻快的起动。

如果在PHA中的流体压力不够(电子测压计294显示流体压力值)，具有踏板302的起动器泵298为在分配器272处于空档位置时采用人力增加流体压力提供了机会。因此，液压***使得可以独立于任何如电池组之类的外部能源起动发动机，因此可以与停车时间无关地实现组合装置和发动机起动的自主操作。

怠速模式

发动机起动后，转子的角速度增加。速度传感器(非图解)关闭螺线管274，并且处在空档、″怠速″位置的分配器272连接管路282和286。管路288，292关闭。发动机自动地从起动模式切换至怠速模式。流体没有加载地从泵出口通过管路262、286、282、284、264和分配器272和阀278至泵的入口循环。

因此，在怠速过程中，流体从泵室流向泵出口狭槽，但是在起动过程中，高压流体从PHA流向泵的入口狭槽。

在活塞-柱塞从TEP移动至BEP期间，燃烧压力的能量被传输至活塞-柱塞。此过程如图10A所示。发动机阀54、58关闭。压缩机进气阀74关闭，且排气阀76打开。

活塞-柱塞得到横臂162，(图3)滑动器156、158(图5)和杠杆132的辅助作用，使销支座134(图3)也向下移动，从TEP到BEP。由鞍形支座164辅助的销支座转动支架136，并且将相对的推杆142(图4)和支座146压向支座板102。支座146和支座板92的相互作用使一个转子转动，并且在减速器28的辅助作用下激活第二转子，并使第二汽缸的发动机活塞向上移动，从BEP移至TEP。转子的旋转方向如箭头所示(图6)。

横臂162与转子一起相对于柱塞的球体部分旋转，且其实际上为一轴承，因为柱塞没有旋转。同时，推杆142激活压缩机活塞，使其在密封套172(滑动保持器)的辅助下从BEP运动至TEP，并且实际上其是一轴承，因为压缩机活塞没有旋转。

因此，同步机构将活塞-柱塞的往复运动转换成转子旋转，并且为发动机和压缩机活塞提供相反的运动。此机构起到缸内同步机构的作用。

同步机构所有部件的运动在泵室内部的油中进行，从而提供了高质量润滑，并提高了效率。

同步机构和减速器28将一个汽缸内的发动机的作功行程、压缩机的压缩行程冲程和泵柱塞的作功行程转换成另一个汽缸内同时发生的发动机活塞的压缩行程、压缩机和泵的吸气行程，并且激活组合装置的附属***。

减速器，其连接至转子，是汽缸之间的同步机构。

图9A、9B、9C显示了在转子的第一个旋转半周期间同步机构的工作时序，并且示出了推杆、支架和密封套的运动情况。

图9A显示了当发动机活塞处于顶端位置，压缩机活塞处于底端位置时，支架、推杆和衬套在转子内的位置。

图9B显示了当发动机活塞和压缩机活塞处于中间位置时，支架、推杆和衬套在转子内的位置。

图9C显示了当发动机活塞处于底端位置，压缩机活塞处于顶端位置时，支架、推杆和衬套在转子内的位置。

图9A、9B、9C示出了平行四边形的旋转，其中所述平行四边形由连接推杆的上、下部球体部分的中心的线组成。平行四边形的边，其沿着支架平面，连接推杆的下部球体部分的中心，所述平面与销支座和鞍形支座相接触。

支架同时绕着两个不同的轴线旋转。一条轴线是转子的轴线。另一条轴线垂直于转子的轴线。支架绕着第二条轴线旋转，且在推杆中心线所在的平面内，在支座板和支架平面之间提供一个恒定的距离。不管作用于活塞或柱塞上的力的大小或方向如何都是这样。

旋转的平行四边形限定位于各汽缸内的活塞-柱塞、压缩机活塞和转子的协调一致的运动。

压缩机活塞和推杆有相等的行程。杠杆使活塞-柱塞增加一定的行程，其与杠杆的比例相对应。

因此，压缩机和发动机活塞的相对运动允许位于发动机活塞下部的空间起到压缩机室的作用。这样确保噪音被减少，因为使用的是势能，即气压，而不是高速运动的空气，如由传统的鼓风机内的动能。因为活塞在相反的方向上移动，发动机活塞实质上变成了压缩机活塞。这导致了用于空气压缩的直接的能量传输，并且增加了效率。

相对的运动为***提供了简单而又高质量的平衡，因为压缩机活塞补偿了影响带有柱塞的活塞的惯性力。这样减少了振动。

活塞队的相对运动使压缩机的排量大于发动机的排量，因为它是由发动机和压缩机的活塞的运动组合而成。这增加了吸入的空气量，并提高了发动机的比功率。

只要加速踏板没有被压下，怠速模式将一直延续。

工作模式

加速踏板(未示出)的压下增加转子的角速度，并且一个速度传感器(未示出)接通螺线管276(图8)。分配器272切换至″工作″位置，并且连接管路282至288，并连接管路292至286。

因此，如果加速踏板被压下，分配器就自动地从怠速模式切换至工作模式。

图10A、10B、10C、10D示出了在转子旋转一周期间组合装置的工作过程。

图10A显示了活塞-柱塞的作功行程和同时发生的、相反方向上的压缩机活塞动力行程。发动机阀关闭，压缩机排气阀打开，且进气阀关闭。加压流体从泵室经过管路118流向泵出口狭槽216。

在转子旋转半周期间，活塞-柱塞从TEP移动至BEP过程中，燃烧压力的能量被传输至活塞-柱塞。

极大部分的功率流为高压流体的流动，其交替地、直接来自泵输出狭槽216，218(图8)。此功率流通过管路262，266流至马达″M″的入口。

泵柱塞的上部进入压缩机室，柱塞的下部处于压缩机活塞的衬套和转子内部，两者的同时运动提供直接的能量传输。这允许使用一个简单的组合装置代替两个复杂、笨重的常规装置(一台发动机和一台泵)。而且，组合装置解决了在没有曲轴或连杆情况下利用发动机和压缩机的往复运动这一问题。这样增加了效率，且减少了燃料消耗。

补偿活塞126、128(图4)在泵室内与推杆相互作用，减少了将推杆压向支座板的作用力。这既增加了效率，又增加了转子的旋转速度。泵柱塞配置在转子的中心线上，与传统的泵相比，这样允许在相当大的程度上增大转子的旋转速度和传递的功率。

所有的这些因素使得我们能够将泵传递的功率流增加至与发动机最大功率相等。

功率流中的第二、很小的一部分利用发动机活塞的下侧与压缩机活塞的相互作用，在压缩机室和接收器84内压缩空气。压缩机活塞的运动通过位于泵室116内的衬套94上的流体压力与同时泵作功行程作用而提供，没有横向力作用，并且密封套172与衬套94连接提供同步功能。通过泵柱塞的作用，空气压缩时具有直接的能量传输，从而增加效率，且减少燃料消耗。由接收器水套86提供的辅助空气冷却增加发动机的热效率，并减少燃料消耗。

功能流中第三、最小的一部分通过减速器28传输至第二转子。第二转子的同步机构激活活塞：在第二汽缸内部，压缩机活塞移至BEP，发动机活塞移至TEP。功率流中的最小的一部分压缩燃烧室内的空气，吸入压缩机室内的空气，将流体吸入至第二汽缸中的泵室，并且驱动发动机、具有阀的压缩机凸轮轴及附属装置。

活塞-柱塞的位置(在汽缸内部，同时位于衬套94内部)及其移动时没有横向力，允许最小化发动机活塞的长度。压缩机活塞和衬套的位置和衬套(同时位于汽缸和转子内部)，允许最小化压缩机活塞的长度。这样提供了紧凑设计结构，最小化了活塞质量和惯性力。

因为马达″M″的入口(图8)通过管路286、292和分配器272连接至气液式蓄能器296，马达″M″利用了稳定的流体压力和流体流动。

在工作模式，同步机构提供压缩机活塞的运动和转子的旋转，其与活塞-柱塞的运动同步，与发动机的负荷或加速率无关。

因此在各汽缸内部，发动机、泵和压缩机的作功行程同时发生，具有直接的能量传输，没有经过任何的中间机构，并且没有来自活塞或柱塞的横向力的影响。这样最小化并简化了设计结构，并且增加了组合装置的使用寿命和效率。

在组合装置中，由于能量直接地传递，其重量和安装空间要小于常规发动机-泵***。

不同的汽缸的部件的工作时序由减速器决定，其中减速器连接至转子。此工作时序增加了泵流体的流动稳定性。与汽缸之间的同步功能一起，减速器还通过锥齿轮减速器206激活压缩机凸轮轴和发动机凸轮轴。

凸轮轴、摇杆和锥齿轮减速器形成压缩机和发动机阀的同步机构。此机构提供了发动机和压缩机气门的动作，其后续的工作与二冲程工作循环一致；并且各发动机活塞从TEP到BEP的行程是作功行程。位于BEP的活塞-柱塞和位于TEP的压缩机活塞同时完成它们的作功行程。空气在接收器内被压缩至最高压力。

在转子旋转半周期间，活塞-柱塞从BEP到TEP的运动与压缩机活塞从TEP到BEP的运动同时发生。压缩机进气阀74打开，排气阀76关闭，且空气被吸入压缩机室。同时，在转子旋转的此半周期间，流体经过泵的入口狭槽214和转子管路118进入泵室116。

因为其位于汽缸的侧面上，在具有相同排量的前提下，压缩机进气阀的直径可以制造的比常规发动机的进气阀的直径大。因为吸入的空气不像传统的发动机那样通过燃烧室，所以吸入空气的温度较低。这样增加容积效率和压缩机室内的空气量。这些相关联的因素改善了发动机在所有条件下的工作性能，特别是在低气压场合，例如高海拔地区。

发动机活塞从BEP至TEP的运动包括三个连续的过程：通过发动机活塞作用的联合排空、组合压缩和完成压缩(对于柴油机来说是空气，或者，对于汽油发动机来说是油气混合物)。

联合排空过程如图10B所示。

在排空过程中存在三个因素。

阀52、54打开。活塞-柱塞从BEP运动至TEP(第一个因素)，和，同时，来自接收器的高压空气通过打开的阀54和58被注入，置换燃烧废气(第二因素)。排空过程提供了高压空气，当发动机活塞向下移动时，所述高压空气在前一个行程中被压缩。

此联合的动作增强了排气过程，并且提高了容积效率。通过接收器水套的空气的辅助冷却(中间冷却)是第三个因素。因此，此三个联合的因素改善了排气过程，并增加了发动机的比功率。当排气阀关闭时，联合的排空过程结束。

组合压缩过程如图10C所示。

排气阀关闭，且空气喷射阀58打开。发动机活塞继续运动，并且，同时喷射空气，因为接收器内部的气压大于燃烧室内部的气压，所以使得汽缸中的气压增大。当喷射阀关闭时，组合压缩过程结束。

完成压缩的过程如图10D所示。

阀54、58关闭。发动机活塞继续压缩。在TEP之前，汽缸内的压力变至最大。普通的燃料注入***(未示出)起始发动机作功行程。转子旋转一周后，工作循环结束。

因此，组合装置的二冲程发动机采用了运用广泛并且便宜的四冲程发动机的气缸盖，其进气阀起到空气喷射阀的作用。此阀替换传统的二冲程发动机汽缸壁上的空气端口，并且改善二冲程发动机的工作性能。这样就解决了通过超高压空气喷射来增加二冲程发动机的功率这一问题。

气液式蓄能器蓄能模式

在起动后，PHA流体压力减小，并且电子测压计294的信号关闭螺线管276。分配器272切换至″工作″位置，并且连接泵出口和液压管路292。流体从泵出口流向PHA。当加速踏板没有被压下的时候，压力增加，并且电子测压计关闭螺线管276。

因此，在起动后，发动机自动地向PHA蓄能。组合装置解决了自动地向PHA蓄能这一问题，其与停车时间无关，即使流体压力大大地被减少。在其情况下，电子测压计将PHA流体压力的大小作为自动控制信号，并且开关分配器的螺线管，而不是像以前描述的″起动″、″怠速″和″工作″过程(其要求一个操作者来操作)。发动机快速地向PHA蓄能，并且当流体压力到达最大值时自动地关闭。因此，组合装置使发动机为下一次的大功率快速起动作好准备。

组合装置增加了效率和比功率，同时最小化了重量、安装空间和燃料消耗。

组合装置使得至少可以：

●使用具有多个汽缸的二冲程发动机，可以是柴油机或两冲程汽油发动机。当使用的是柴油机时，使用常规的位于气缸盖内的(未示出)注射泵***和燃料喷射器。当使用的是汽油机时，使用传统的位于气缸盖内的(未示出)具有火花塞的燃料注射***。在两种情况下都使用传统的节气门(未示出)来控制进入压缩机的吸气管路中的空气量.

●使用普通的燃料、冷却、电控及其它辅助***，通过人力独立于外部能源进行发动机起动。组合装置确保其具有较轻的重量和较大的功率，并且发动机-泵的成套***具有相等的发动机排量.

●分别地，或与发动机冷却***一起，通过接收器水套进行辅助的发动机冷却，或对发动机进行空冷。

●利用位于接收器内的压缩空气用作其它途径，例如，将更多的空气泵送至轮胎内。

●利用各种液压传动装置，如传统的可变排量或固定排量的马达，封闭或开放的回路；为机器汽缸的工作提供高压流体。

●利用液压起动马达或传统的具有电力起动马达(未示出)的交流发电机，它们激活减速器。

●在机器上将发动机气缸轴线安装成如下的任意一种情况：垂直或水平，或者是其它的任意角度。

●采用各种气体燃料，比如丙烷、天然气、甲烷、氢、等等。

●由于从发动机活塞到泵柱塞之间直接的能量传输，利用燃料的自燃(引燃)以获得每排量单位更大的功率输出。

由于上述的优点，组合装置可以被用于卡车、机车、船、飞行器、移动式动力***、工程机械和汽车。

Claims (13)

1.一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置，所述发动机包括一具有冷却***的汽缸、具有环的活塞、具有燃烧室的气缸盖、凸轮轴、排气歧管、排气阀，并且位于所述压缩机的一个腔室和所述燃烧室之间的所述发动机活塞包含一空气喷射阀；所述压缩机包括一活塞、具有凸轮的凸轮轴，并且所述压缩机的所述腔室是所述发动机气缸内的所述发动机活塞和所述压缩机活塞之间的空间，所述发动机气缸具有一进气歧管、有相应的弹簧的进气和排气阀，位于所述发动机气缸的侧面上；

所述泵包括：一壳体，其通过一支座板与发动机气缸结合，并且与一阀板相结合；转子，其包括固定至基座上的一个气缸体；一柱塞，其固定至所述发动机活塞，并且所述柱塞、所述转子、所述压缩机活塞与所述衬套同轴布置；以及

所述转子包括一同步机构的轴向第一推杆和轴向第二推杆，以及所述发动机活塞通过杠杆和柱塞连接至所述第一推杆，所述压缩机活塞通过压缩机活塞衬套和密封套连接至所述第二推杆，且所述转子通过减速器与附属装置相关联，以及一电液压控制***与液压传动的液压马达相关联。

2.如权利要求1所述的组合装置，其中所述压缩机的所述排气阀通过一接收器连接至所述发动机的空气喷射阀，所述接收器包括一水套，并且位于所述发动机气缸的侧面上。

3.如权利要求1所述的组合装置，其中所述活塞包括环，并被固定至一衬套，并且所述阀连接至所述压缩机凸轮轴的所述凸轮，并且连接至摇杆，所述摇杆通过位于所述发动机气缸的侧面上的轴可旋转地安装。

4.如权利要求1所述的组合装置，其中所述阀板通过泵的入口和出口狭槽连接至各转子，所述泵的入口和出口狭槽形成圆周，并且通过一转子管路连接至所述泵的一个腔室。

5.如权利要求1所述的组合装置，其中所述同步机构包括补偿活塞、一具有销支座的杠杆、一支架和通过位于所述转子外部的支座连接至一支座板的两个直径方向上对置的轴向推杆，并且其中所述补偿活塞位于所述转子内部。

6.如权利要求5所述的组合装置，其中所述杠杆通过滑动器和轴可旋转地连接至气缸体，通过滑动器和一横臂连接至一柱塞的下部球体部分，并且通过位于所述转子内部的所述销支座连接至所述支架和第一推杆。

7.如权利要求5所述组合装置，其中所述支架可旋转地连接至一基座，第二所述推杆通过一鞍形支座连接至所述支架，并且通过一位于所述转子内部的密封套连接至一压缩机活塞衬套。

8.如权利要求5所示的组合装置，其中所述推杆的球体部分中心位于沿支架的平面，其与一鞍形支座和所述销支座相关联。

9.如权利要求1所述的组合装置，其中所述减速器和一阀板，包括：轴承、通过齿型离合器连接至转子的轴、齿轮和连接至一锥齿轮减速器的一个齿轮的压缩机凸轮轴，其具有第二齿轮，所述齿轮具有一连接至所述发动机的凸轮轴的轴。

10.如权利要求1所述的组合装置，其中所述的附属装置、冷却***泵、电力***发电机、柴油喷射泵位于阀板上，并且减速器的轴连接至所述附属装置。

11.如权利要求1所述的组合装置，其中所述电液压控制***包括一具有螺线管的流体分配器，所述流体分配器具有四条液压管路，所述管路包括：通过止回阀连接至所述泵的入口管路的第一管路，连接至泵的出口管路的第二管路，连接至一储液器的第三管路，连接至一电子测压计、气液式蓄能器和起动器泵的第四管路，其中所述起动器泵包括一个踏板。

12.如权利要求11所述的组合装置，其中所述流体分配器具有三个位置：

起动位置，其使所述第一管路连接至所述第四管路，且使所述第二管路连接至所述第三管路；

怠速位置，其使所述第一管路连接至所述第二管路，且使所述第三管路和第四管路关闭；

工作位置，其使第一管路连接至所述第三管路，且使所述第二管路连接至所述第四管路。

13.一种二冲程发动机、压缩机和泵的组合装置的工作方法，所述发动机包括一具有冷却***的汽缸、具有环的活塞、具有燃烧室的气缸盖、凸轮轴、排气歧管、排气阀，并且位于所述压缩机的一个腔室和所述燃烧室之间的所述发动机活塞包含一空气喷射阀；所述压缩机包括一活塞、具有凸轮的凸轮轴，并且所述压缩机的所述腔室是所述发动机气缸内的所述发动机活塞和所述压缩机活塞之间的空间，所述发动机气缸具有一进气歧管、有相应的弹簧的进气和排气阀，位于所述发动机气缸的侧面上；

所述泵包括：一壳体，其通过一支座板与发动机气缸结合，并且与一阀板相结合；转子，其包括固定至基座上的一个气缸体；一柱塞，其固定至所述发动机活塞，并且所述柱塞、所述转子、所述压缩机活塞与所述衬套同轴布置；以及

所述转子包括一同步机构的轴向第一推杆和轴向第二推杆，以及所述发动机活塞通过杠杆和柱塞连接至所述第一推杆，所述压缩机活塞通过压缩机活塞衬套和密封套连接至所述第二推杆，且所述转子通过减速器与附属装置相关联，以及一电液压控制***与液压传动的液压马达相关联，

所述方法包括如下步骤：

(a)通过位于发动机活塞的下侧和发动机气缸内部的压缩机活塞之间的相互作用增加发动机的功率，和

(b)当通过接收器水套进行辅助的空气冷却使所述发动机活塞向下运动或向上运动时，通过直接地压缩接收器内的空气，并且随后将来自所述接收器的空气注入，增加效率，和

(c)通过在泵室内部的压缩机活塞衬套上提供流体压力，增加压缩机的效率，从而激活所述压缩机活塞的作功行程，同时进行泵的作功行程，和

(d)通过在相反的方向上运动所述发动机活塞和所述压缩机活塞，使压缩机排量大于发动机的排量，并且提供高质量的平衡，和

(e)通过同时移动固定至所述发动机活塞的泵柱塞的上部进入压缩机室，并移动所述柱塞的下部进入所述压缩机活塞的衬套内部，以及转子进入所述泵室，减小燃料消耗，和

(f)提供来自一汽缸泵的流体流动，以使在一转子旋转半周期间，第一转子管路连接至泵的入口狭槽，并且出口狭槽关闭，并且在第二个半周期间，所述第一转子管路连接至所述泵出口狭槽，并且所述入口狭槽关闭，和

(g)通过同时连接所述第一转子管路至所述出口狭槽，连接第二转子管路至入口狭槽，提供自不同汽缸泵的流体流动，和

(h)通过所述压缩机活塞和轴向推杆通过密封套具有相等行程的相互作用，以及具有直径上对置的轴向推杆的所述泵柱塞通过一个杠杆的相互作用，使所述发动机和压缩机活塞相反的运动与所述转子的运动同步，其中所述杠杆增加所述泵柱塞的行程，和

(i)同步所述推杆的运动，在所述转子外部，与一支座板相互作用，且在所述转子内部和相对于所述转子恒定距离，在所述推杆的中心线所在的平面内所述支座板和所述支架之间旋转的支架相互作用，和

(j)通过减速器同步所述不同汽缸的部件的运动，连接所述转子，和

(k)在泵室内，通过所述推杆和具有反作用力的补偿活塞之间的相互作用，增加效率，并减少将所述推杆压向所述支座板的作用力，和

(l)通过所述发动机活塞的同时的向上运动，及将空气从所述接收器经过空气喷射阀和排气阀喷射进入燃烧室，强化排气过程，和

(m)通过在关闭所述排气阀后，关闭所述空气喷射阀，增加进入所述燃烧室的新鲜空气的压力，和

(n)通过使所述同步机构的所有组件的运动处于泵室内的油中，为所述同步机构提供高质量的润滑，和

(o)为所述发动机提供大功率的液压起动及重新起动，提供利用人力起动的可能性，而且还通过分配器的三个不同的位置提供怠速模式和工作模式：″起动″位置，在此位置连通气液式蓄能装置的出口和所述泵的入口；″怠速″位置，在此位置连通所述泵的所述入口和出口、和″工作″位置，在此位置连通所述气液式蓄能器和所述泵出口以及液压马达入口，和

(p)通过流体连接所述气液式蓄能器和包含一踏板的泵，提供独立于外部能量源的，所述发动机的人工起动，和

(q)通过依次自动地切换″起动″、″怠速″和″工作″分配器位置，以及气液式蓄能器的畜能，并且利用气液式蓄能器的流体压力值作为用于自动控制的信号，与停车时间无关地提供所述发动机起动。

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