名称：一种液压气压互动式回旋加速环保发动机

专利号：202610322793.1

专利权人：廖富珍

技术领域

本发明涉及发动机的技术领域，尤其涉及一种液压气压互动式回旋加速环保发动机。

背景技术

液压气压发动机是一种利用液体压力能（液压）和气体压力能（气压）作为共同动力源的往复式动力装置，该类发动机通过交替或协同利用液压与气压作用在活塞上的压力差，驱动活塞在缸体内做往复直线运动，并通过曲柄连杆机构将直线运动转换为旋转运动，从而对外输出机械功。液压气压发动机的核心在于不依赖化石燃料燃烧，而是通过介质压力能的转换实现能量输出，属于清洁能源动力技术领域。

相关技术中，现有的动力装置主要包括：传统内燃机，通过燃料在气缸内燃烧产生高温高压燃气推动活塞做功；纯气压发动机，通常利用压缩空气或通过形成真空利用大气压力驱动活塞运动；纯液压发动机，依靠外部液压泵站提供的高压液体推动活塞或马达旋转。

现有技术存在以下不足：传统内燃机依赖化石燃料，存在能源消耗大和尾气污染问题，其次，纯气压发动机受限于气体压力上限，输出功率密度低，难以满足大功率需求，再者，纯液压发动机虽能产生巨大推力，但需要持续的外部液压源供能，系统独立运行能力差，且能量转换环节多、效率较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，通过大气压与液压互动形成双冲程做功，无需燃烧燃料，节能环保；利用连体反向曲轴实现往复运动与旋转运动的高效转换，解决现有技术中发动机依赖燃料、污染严重且无法持续独立运行的问题。

为达到上述目的，本发明提出了一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，包括：

机体；

动力输出组件，设置在所述机体内，包括反向曲轴轮轴和飞轮，所述反向曲轴轮轴由一个大曲轴和一个小曲轴反向连接构成，其中大曲轴的半径大于小曲轴的半径，所述飞轮安装在所述反向曲轴轮轴的输出端；

液压驱动组件，设置在所述机体内，包括：

大受力液压缸，开设在所述机体内；

受力活塞，滑动密封设置在所述大受力液压缸内，所述受力活塞将所述大受力液压缸的内部分隔为上腔室和下腔室；

小施力液压缸，开设在所述机体内；

施力活塞，滑动密封设置在所述小施力液压缸内，所述大受力液压缸的内径大于所述小施力液压缸的内径；

储能器，设置在所述机体的一侧；

第一连杆，一端与所述受力活塞转动连接，另一端与所述大曲轴转动连接；

第二连杆，一端与所述施力活塞转动连接，另一端与所述小曲轴转动连接。

另外，根据本发明上述提出的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机还可以具有如下附加的技术特征：

具体地，所述液压驱动组件还包括：

液压管路，连通所述小施力液压缸的下腔室与所述大受力液压缸的下腔室；

第一控制阀，设置在所述液压管路上；

第二控制阀，设置在所述储能器的出液口与所述大受力液压缸的下腔室之间的管路上。

具体地，所述大受力液压缸的下腔室连接有泄液阀门。

具体地，还包括辅助供能系统，所述辅助供能系统包括：

电动机；

第一液压泵，其输入端与所述电动机的输出端驱动连接，其出液口与所述储能器的进液口连通；

电瓶组，与所述电动机电连接；

发电机，与所述飞轮传动连接，所述发电机的输出端与所述电瓶组电连接。

具体地，还包括与所述飞轮传动连接的大流量齿轮液压泵，所述大流量齿轮液压泵的出液口与所述储能器的进液口连通。

具体地，还包括用于对所述大受力液压缸的下腔室抽真空的电动抽气真空机。

具体地，所述大受力液压缸的上腔室开设有透气口。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

1.本发明的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，通过大气压力与液压能的互动作用形成双冲程做功，受力活塞在大气压做功冲程中利用大气压力差向下运动，在液压加速做功冲程中利用液压力向上运动，无需燃烧燃料即可实现持续运转，解决了传统内燃机依赖化石燃料、能耗大、尾气污染严重的问题。

2.本发明的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，利用大曲轴与小曲轴反向连接构成的连体反向曲轴轮轴，配合第一连杆和第二连杆分别驱动受力活塞与施力活塞，实现了两个活塞的交替往复运动与旋转运动的高效转换。大曲轴通过第一连杆与受力活塞连接，将受力活塞的直线运动转换为旋转运动；小曲轴通过第二连杆与施力活塞连接，将施力活塞的往复运动转换为旋转运动，同时反向连接结构使得两个曲柄在旋转过程中始终保持180度的相位差，确保两个活塞运动协调有序，结构紧凑可靠，传动效率高。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的前侧立体结构示意图；

图2为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的后侧立体结构示意图；

图3为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的俯视图；

图4为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的沿图3中A-A线剖视图；

图5为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的立体剖视结构示意图；

图6为本发明一种液压气压互动式回旋加速环保发动机的辅助供能系统示意图。

如图所示：1、机体；2、动力输出组件；21、反向曲轴轮轴；211、大曲轴；212、小曲轴；22、飞轮；3、液压驱动组件；31、大受力液压缸；32、受力活塞；33、小施力液压缸；34、施力活塞；35、储能器；36、第一连杆；37、第二连杆；38、液压管路；39、第一控制阀；310、第二控制阀；4、泄液阀门；51、电动机；52、第一液压泵；53、电瓶组；54、发电机；55、透气口；6、大流量齿轮液压泵；7、电动抽气真空机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面结合附图来描述本发明实施例的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机。

如图1—图6所示，本发明实施例的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，包括：

机体1；

动力输出组件2，设置在机体1内，包括反向曲轴轮轴21和飞轮22，反向曲轴轮轴21由一个大曲轴211和一个小曲轴212反向连接构成，其中大曲轴211的半径大于小曲轴212的半径，飞轮22安装在反向曲轴轮轴21的输出端；

液压驱动组件3，设置在机体1内，包括：

大受力液压缸31，开设在机体1内；

受力活塞32，滑动密封设置在大受力液压缸31内，受力活塞32将大受力液压缸31的内部分隔为上腔室和下腔室；

小施力液压缸33，开设在机体1内；

施力活塞34，滑动密封设置在小施力液压缸33内，大受力液压缸31的内径大于小施力液压缸33的内径；

储能器35，设置在机体1的一侧；

第一连杆36，一端与受力活塞32转动连接，另一端与大曲轴211转动连接；

第二连杆37，一端与施力活塞34转动连接，另一端与小曲轴212转动连接。

需要说明的是，机体1为整台发动机的支撑基体，为各部件提供安装基础和定位，保证运动精度和结构稳定性。

动力输出组件2安装在机体1内，其作用是将液压驱动组件3产生的往复直线运动转换为旋转运动，并对外输出机械能，包括：

反向曲轴轮轴21，由一个大曲轴211和一个小曲轴212反向固定连接而成，大曲轴211的半径大于小曲轴212的半径，这种反向连接结构使得两个曲柄在旋转过程中始终保持180度的相位差，从而实现两个活塞的交替运动。

大曲轴211通过第一连杆36与受力活塞32连接，将受力活塞32的上下往复运动转换为旋转运动；

小曲轴212通过第二连杆37与施力活塞34连接，将施力活塞34的往复运动转换为旋转运动，同时利用其较小的半径实现对施力活塞34运动行程的控制。

飞轮22安装在反向曲轴轮轴21的输出端，利用其转动惯量储存和释放旋转动能，使发动机输出更加平稳，克服活塞运动的死点。

液压驱动组件3设置在机体1内，用于产生和传递液压力，配合大气压力共同驱动发动机工作。

大受力液压缸31开设在机体1内，其内径较大，内部容纳受力活塞32，为大气压做功和液压做功的主要场所，大受力液压缸31的上部开设有透气口55，透气口55与大气相通，用于在受力活塞32向下运动时，使受力活塞32上方的腔室与外界大气连通，确保大气压力能够充分作用在受力活塞32的上端面。

受力活塞32滑动密封安装在大受力液压缸31内，将大受力液压缸31的内部分隔为上腔室和下腔室，受力活塞32在大气压力差和液压力的交替作用下沿缸体往复运动，通过第一连杆36将动力传递给大曲轴211。

小施力液压缸33开设在机体1内，其内径远小于大受力液压缸31，内部容纳施力活塞34，用于控制液压油的流动和压力。

施力活塞34滑动密封安装在小施力液压缸33内，在小曲轴212的驱动下往复运动，通过液压管路38控制大受力液压缸31下腔室内液压油的进出，利用面积差原理将较小的驱动力放大为巨大的液压力作用在受力活塞32上。

储能器35安装在机体1一侧，用于储存高压液压油，并在液压加速做功冲程时向大受力液压缸31的下腔室快速释放高压油，提供瞬时大流量液压能。

第一连杆36一端与受力活塞32转动连接，另一端与大曲轴211转动连接，将受力活塞32的直线运动传递给大曲轴211。

第二连杆37一端与施力活塞34转动连接，另一端与小曲轴212转动连接，将小曲轴212的旋转运动传递给施力活塞34，驱动其往复运动。

具体而言，首先，打开设置在大受力液压缸31底部的泄液阀门4，大受力液压缸31下腔室内的液体被排出，使该腔室内形成低压区，同时由于透气口55的存在，受力活塞32上方的上腔室与大气相通，受力活塞32上表面受到标准大气压力作用，上下两侧形成巨大压力差，驱动受力活塞32向下运动，通过第一连杆36帶动大曲轴211向下旋转，完成大气压做功冲程，同时，大曲轴211通过反向连接帶动小曲轴212同步反向向上旋转，小曲轴212通过第二连杆37驱动施力活塞34向上运动，小施力液压缸33的下腔室充满液压油。

当受力活塞32运动至下止点时，第一控制阀39和第二控制阀310同时打开，储能器35内储存的高压油通过第二控制阀310进入大受力液压缸31，使受力活塞32向上做回复运动，通过连扞带动大曲轴211向上旋转，通过反向连接带动小曲轴212同步反向向下旋转，通过第二连杆37迫使施力活塞34向下运动，对小施力液压缸33下腔室的液压油加压，通过液压管路38压入大受力液压缸31的下腔室，对受力活塞32向上作用，根据帕斯卡原理，在小施力活塞34上施加较小的作用力，在大受力活塞32上将产生巨大的推力，推动受力活塞32迅速向上运动，通过第一连杆36继续带动大曲轴211向上旋转，完成液压加速做功冲程。

在本发明的一个实施例中，液压驱动组件3还包括：

液压管路38，连通所述小施力液压缸33的下腔室与所述大受力液压缸31的下腔室；

第一控制阀39，设置在液压管路38上；

第二控制阀310，设置在储能器35的出液口与大受力液压缸31的下腔室之间的管路上。

需要说明的是，液压管路38用于连通小施力液压缸33的下腔室与大受力液压缸31的下腔室，形成液压油的流动通道，使两个液压缸之间能够实现液压互动。

第一控制阀39安装在液压管路38上，用于控制小施力液压缸33与大受力液压缸31之间液压管路38的通断，在需要时打开该阀门，使小施力液压缸33下腔室的液压油能够流入大受力液压缸31下腔室，实现液压力的传递和放大。

第二控制阀310安装在储能器35的出液口与大受力液压缸31的下腔室之间的管路上，用于控制储能器35内高压油的释放时机和流量。在液压加速做功冲程开始时打开，使储能器35中储存的高压油快速进入大受力液压缸31下腔室，推动受力活塞32向上运动。

具体而言，在大气压做功冲程阶段，第二控制阀310关闭，储能器35不参与工作；当受力活塞32运动至下止点时，第一控制阀39打开，第二控制阀310打开，储能器35内的高压油通过第二控制阀310进入大受力液压缸31的下腔室，同时高压油也通过液压管路38和第一控制阀39进入小施力液压缸33的下腔室，由于小施力液压缸33的内径远小于大受力液压缸31，根据帕斯卡原理，在小施力活塞34上形成的较小作用力可以在大受力活塞32上产生巨大的推力，推动受力活塞32迅速向上运动，完成液压加速做功冲程。通过第一控制阀39和第二控制阀310的配合控制，实现了液压能的精确释放和液压力的高效放大。

在本发明的一个实施例中，大受力液压缸31的下腔室连接有泄液阀门4，泄液阀门4设置在大受力液压缸31的底部。

需要说明的是，泄液阀门4连接在大受力液压缸31的底部下腔室，用于控制下腔室内液体的排放，当泄液阀门4打开时，受力活塞32下方的下腔室内的液体被排出，使该腔体内形成低压区甚至真空状态；当泄液阀门4关闭时，下腔室保持密封，为后续的液压做功做准备。

在本发明的一个实施例中，还包括辅助供能系统，辅助供能系统包括：

电动机51；

第一液压泵52，其输入端与电动机51的输出端驱动连接，其出液口与储能器35的进液口连通；

电瓶组53，与电动机51电连接；

发电机54，与飞轮22传动连接，发电机54的输出端与电瓶组53电连接。

需要说明的是，通过辅助供能系统为本发动机的启动和持续运行提供能量支持，确保系统能够独立稳定工作。

电动机51作为启动动力源，其输出端与第一液压泵52驱动连接，用于在发动机启动时带动第一液压泵52工作，电动机51所需的电能由电瓶组53提供。

第一液压泵52的输入端由电动机51驱动，其出液口与储能器35的进液口连通。当电动机51启动时，第一液压泵52运转，将低压液压油加压后输送至储能器35进行储存，为后续的液压加速做功冲程储备能量。

电瓶组53与电动机51电连接，为电动机51提供启动电能。电瓶组53可重复充电使用，是发动机启动阶段的独立能源。

发电机54与飞轮22传动连接，其输出端与电瓶组53电连接。当发动机进入稳定运行状态后，飞轮22持续旋转，带动发电机54发电，产生的电能输送至电瓶组53进行补充充电，进行能量的回收利用。

具体而言，发动机启动前，电瓶组53为电动机51供电，电动机51驱动第一液压泵52向储能器35充注高压油，为首次液压做功储备能量；发动机启动后进入稳定运行阶段，飞轮22的旋转动能通过发电机54转化为电能，为电瓶组53持续充电；电瓶组53储存的电能可用于下一次启动或补充电动机51的驱动力。

在本发明的一个实施例中，还包括与飞轮22传动连接的大流量齿轮液压泵6，大流量齿轮液压泵6的出液口与储能器35的进液口连通。

需要说明的是，大流量齿轮液压泵6与飞轮22传动连接，其出液口与储能器35的进液口连通，用于在发动机运行过程中向储能器35持续补充高压液压油。

在本发明的一个实施例中，还包括用于对大受力液压缸31的下腔室抽真空的电动抽气真空机7，电动抽气真空机7与大受力液压缸31的下腔室连接，用于进一步增强大气压做功冲程的驱动力。

需要说明的是，电动抽气真空机7是一种电动驱动的气体抽取装置，能够将下腔室内的残余空气或液体快速抽出，使腔体内形成更接近绝对真空的低压状态。该装置由外部电源或电瓶组53供电，可独立控制启停。

本装置在使用时，首先进行启动准备：电瓶组53为电动机51供电，电动机51驱动第一液压泵52运转，将低压液压油加压后输送至储能器35进行储存，为首次液压做功储备能量。

启动阶段开始，打开设置在大受力液压缸31底部的泄液阀门4，大受力液压缸31的下腔室内的液体被排出，使该腔体内形成低压区，与此同时，电动抽气真空机7启动，对大受力液压缸31的下腔室进行主动抽真空，将下腔室内的残余空气进一步抽出，使腔体内形成更接近绝对真空的低压状态。此时，由于透气口55的存在，受力活塞32上方的上腔室与大气相通，受力活塞32上表面受到标准大气压力作用，上下两侧形成巨大压力差，驱动受力活塞32向下运动。

受力活塞32向下运动，通过第一连杆36带动大曲轴211旋转，完成大气压做功冲程，同时，大曲轴211通过反向连接带动小曲轴212同步反向旋转，小曲轴212通过第二连杆37驱动施力活塞34向上运动，将小施力液压缸33下腔室的液压油通过液压管路38压入大受力液压缸31的下腔室。

当受力活塞32运动至下止点时，第一控制阀39和第二控制阀310同时打开，储能器35内储存的高压油通过第二控制阀310进入大受力液压缸31的下腔室，同时高压油也通过液压管路38和第一控制阀39进入小施力液压缸33的下腔室，由于小施力液压缸33的内径远小于大受力液压缸31，根据帕斯卡原理，在小施力活塞34上形成的较小作用力在大受力活塞32上产生巨大的推力，推动受力活塞32迅速向上运动，通过第一连杆36继续带动大曲轴211旋转，完成液压加速做功冲程。

受力活塞32如此往复运动，反向曲轴轮轴21和飞轮22持续旋转，向外输出动力，飞轮22利用其转动惯量储存和释放旋转动能，使发动机输出更加平稳，克服活塞运动的死点。

在发动机进入稳定运行状态后，与飞轮22传动连接的发电机54开始发电，产生的电能输送至电瓶组53进行补充充电，实现能量的回收利用，同时，与飞轮22传动连接的大流量齿轮液压泵6同步工作，持续不断地向储能器35补充高压液压油，为后续的液压加速做功冲程储备能量，通过第一控制阀39和第二控制阀310的配合控制，实现液压能的精确释放和液压力的高效放大，如此周而复始，发动机持续稳定运行，不断对外输出动力。

综上，本发明实施例的一种液压气压互动式回旋加速环保发动机，通过大气压力与液压能的互动作用形成双冲程做功，受力活塞在大气压做功冲程中利用大气压力差向下运动，在液压加速做功冲程中利用液压力向上运动，无需燃烧燃料即可实现持续运转，解决了传统内燃机依赖化石燃料、能耗大、尾气污染严重的问题，利用大曲轴与小曲轴反向连接构成的连体反向曲轴轮轴，配合第一连杆和第二连杆分别驱动受力活塞与施力活塞，实现了两个活塞的交替往复运动与旋转运动的高效转换。大曲轴通过第一连杆与受力活塞连接，将受力活塞的直线运动转换为旋转运动；小曲轴通过第二连杆与施力活塞连接，将施力活塞的往复运动转换为旋转运动，同时反向连接结构使得两个曲柄在旋转过程中始终保持180度的相位差，确保两个活塞运动协调有序，结构紧凑可靠，传动效率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。