专利名称：往复运动型单循环发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有通过压缩气体进行动作的活塞机构并且将活塞的1次往复运动作为单循环的往复运动型单循环发动机(cycle engine)的改良。
背景技术：
先前以来，已知有具有活塞机构的发动机，其中该活塞机构包括气缸以及以将该气缸分隔成2个空间的方式而被收容的活塞。在该发动机中，通过交替导入活塞的两个空间的压缩气体使活塞机构动作，能够将压缩气体的压力能量转变为运动能量而输出。在下述专利文献1中，记载了利用导入气缸的压缩气体使活塞进行往复运动而使曲柄轴旋转的气压机构。在该气压机构中，气缸被活塞分隔成2个气缸室。并且，这2个气缸室分别与供应压缩空气的供气口以及将供应的压缩空气作为残留空气而进行排出的排气口连接，在这4个位置的口处分别设置开闭装置。开闭装置对应于活塞的往复运动而开闭。现有技术文献专利文献1 日本特开2001-132403号公报
发明内容
在上述专利文献1中记载的机构中，供气口与排气口分别连接于2个气缸室，而且在这些总计4个口处全部设置有开闭装置。在这样的构成中，部件数量较多，构造变得复杂。从而，导致故障的发生次数增加、装置大型化以及重量化、以及制造成本增加的问题。本发明的目的在于提供一种能够实现在具有2个气缸室的发动机中，将压缩气体择一地导入2个气缸室以及将残留气体择一地从2个气缸室排出的构造简单的往复运动型单循环发动机。本发明的技术方案是本发明的往复运动型单循环发动机，具有气缸、活塞，其中该活塞是以将所述气缸分隔成第1气缸室和第2气缸室的方式被收容并且做往复移动，将所述活塞的1次往复运动作为单循环，其中所述活塞的1次往复运动包括将压缩气体导入所述第1气缸室并将所述第2气缸室的残留气体排出的第1冲程、以及将所述第1气缸室的残留气体排出并将压缩气体导入所述第2气缸室的第2冲程，所述往复运动型单循环发动机的特征在于包括将压缩气体导入各气缸室的导入路径；将各气缸室的残留气体排出的排气路径；以及切换阀，设置在各气缸室与所述导入路径以及所述排气路径之间，基于所述第1以及所述第2冲程，对各气缸室、所述导入路径以及所述排气路径的连接关系进行切换。并且，所述切换阀在所述第1冲程的规定期间，将所述第1气缸室与所述导入路径连接，同时将所述第2气缸室与所述排气路径连接，在所述第2冲程的规定期间，将所述第 1气缸室与所述排气路径连接，同时将所述第2气缸室与所述导入路径连接。并且，所述切换阀包括阀箱，具有通向所述第1气缸室的第1气缸室口、通向所述第2气缸室的第2气缸室口、通向所述导入路径的导入口、以及通向所述排气路径的排气口 ；阀体，收容于所述阀箱，并且对各气缸室口与所述导入口以及所述排气口之间进行开闭；以及阀体移动部件，基于所述第1以及第2冲程，使所述阀体移动到2个位置。当所述阀体位于第1位置时，所述第1气缸室口与所述导入口、以及所述第2气缸室口与所述排气口分别成为开阀状态，当所述阀体位于第2位置时，所述第1气缸室口与所述排气口、以及所述第2气缸室口与所述导入口分别成为开阀状态。并且，所述阀箱具有作为以所述第1气缸室口、所述排气口、以及所述第2气缸室口的顺序并排形成的面的阀座，所述阀体移动部件，以所述阀体的位置沿着这些口顺次排列的方向成为所述第2位置、所述第1位置的顺序的方式，一边使所述阀体接触所述阀座一边使所述阀体进行往复移动，所述导入口配置在通过从所述导入路径供应的压缩气体的压力，能够将往复移动的所述阀体压向所述阀座的位置。并且，所述阀体在与所述阀座相对向的面的中央处具有凹部，当所述阀体位于所述第1位置时，所述第1气缸室口被开阀而连接于所述导入口，所述第2气缸室口与所述排气口经由所述凹部而连通，当所述阀体位于所述第2位置时，所述第1气缸室口与所述排气口经由所述凹部连通，同时所述第2气缸室口被开阀而连接于所述导入口。并且，具有连接于所述活塞的曲柄轴，所述阀体移动部件将所述曲柄轴的旋转运动变换为往复运动而使所述阀体移动。并且，邻接于所述第2气缸室，设置有收容所述曲柄轴的曲柄轴室，在形成于分隔所述第2气缸室与所述曲柄轴室的壁、并且连接所述气缸与所述曲柄轴的连接棒所贯通的孔上，设置有保持第2气缸室的气密的密封部件。本发明的效果是根据本发明的往复运动型单循环发动机，能够实现在具有2个气缸室的发动机中，将压缩气体择一地导入2个气缸室以及将残留气体择一地从2个气缸室排出的简单构造。
图1是示出本实施方式的往复运动型单循环发动机的构成的视图。图2是示出第1冲程时发动机的状态的视图。图3是示出第2冲程时发动机的状态的视图。图4是示出曲柄轴的旋转角度与切换阀的动作时刻的关系的视图。符号说明10往复运动型单循环发动机12 气缸14第1气缸室16第2气缸室18 活塞20连接棒24曲柄轴26曲柄轴室28 壁
30贯通孔32密封部件34导入路径36排气路径38切换阀40 阀箱42 阀体44阀体移动部件46第1气缸室口48第2气缸室口50 道入口52 排气口54 阀座56 凹部58 阀轴60 凸轮62 弹簧63阀轴密封部件64凸轮轴
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明涉及的往复运动型单循环发动机的实施方式进行说明。 该发动机可适用于搭载于车辆等移动体的原动机或者用于其他用途的原动机。在本实施方式的往复运动型单循环发动机中，使用压缩空气作为压缩气体。并且，本发明并不限于该构成，只要是相对于大气压为高压状态的气体，还可以使用水蒸气或者其他气体作为压缩气体。图1是示出本实施方式的往复运动型单循环发动机10的构成的视图。往复运动型单循环发动机10具有气缸12、以及以将气缸12分隔成2个气缸室即第1气缸室14和第 2气缸室16的方式而被收容的活塞18。往复运动型单循环发动机10是将活塞18的1次往复运动作为1次循环的发动机， 是包含将压缩空气变换为运动能量而进行输出的活塞机构的装置。活塞18的1次往复运动为2冲程，包括将压缩空气导入第1气缸室14并且将第2气缸室16的残留空气排出的第1冲程、以及将第1气缸室14的残留空气排出并且将压缩空气导入第2气缸室16的第 2冲程。残留空气为导入各气缸室14、16之后由于各气缸室14、16的膨胀而压力降低的压缩空气。往复运动型单循环发动机(以下，仅称为“发动机”)10，包括气缸12 ；活塞18，被收容于气缸12并进行往复运动；以及曲柄轴24，经由连接棒20和连杆22连接于活塞18， 并将活塞18的往复运动变换为旋转运动。在曲柄轴24上设置有检测其旋转角度的旋转角度传感器(未示出)。
活塞18以将气缸12分隔成第1以及第2气缸室14、16的方式配置。在本实施方式中，第1气缸室14形成在上死点侧(图面上侧)，第2气缸室16形成在下死点侧(图面下侧)，即曲柄轴24侧。 收容曲柄轴24的曲柄轴室26邻接于第2气缸室16设置。并且，在分隔成第2气缸室16与曲柄轴室26的壁28上形成有连接棒20所贯通的贯通孔30。在该贯通孔30上设置有保持第2气缸室16的气密性的密封部件32，例如0形环。通过这样的气密构造，能够防止压缩空气从第2气缸室16向曲柄轴室26侵入。并且，即使使用于发动机10的压缩气体为水蒸气，由于防止该水蒸气的侵入，因此，该水蒸气积存在储存于曲柄轴室26的润滑油上，能够防止该油的润滑性能降低。并且，发动机10具有将压缩空气导入各气缸室14、16的导入路径34、以及将各气缸室14、16的残留空气排出的排气路径36。压缩空气通过压缩气体发生源，例如压缩机(未示出)而生成，经由导入路径34供应至各气缸室14、16。并且，本实施方式的发动机10具有各气缸室14、16以及设置在导入路径34与排气路径36之间的切换阀38。切换阀38基于第1以及第2冲程，对各气缸室14、16与导入路径34以及排气路径36的连接关系进行切换。具体来说，切换阀38择一地切换压缩气体向各气缸室14、16的导入，同时择一地切换残留气体从各气缸室14、16的排出。通过该构成，对应于各气缸室14、16的开闭装置从现有技术中记载的总计4个减少至1个，因此能够实现发动机10的构造的简单化。结果，能够实现故障的发生次数减少、装置的小型化以及轻量化、以及制造成本的降低。以下，对切换阀38的构成进行说明。切换阀38具有阀箱40、收容于阀箱40的阀体42、以及连接于阀体42并且使阀体 42移动的阀体移动部件44。阀箱40具有通向第1气缸室14的第1气缸室口 46、通向第2气缸室16的第2气缸室口 48、通向导入路径34的导入口 50、以及通向排气路径36的排气口 52。这样，通过将连接于各气缸室14、16的通路从现有技术中记载的总计4个减少至2个(第1以及第2气缸室46、48)，能够实现发动机10的构造的简单化。并且，阀箱40具有对应于阀体42的阀座54。本实施方式的切换阀38为使阀体 42向一个方向滑动而切换连接关系的阀装置。因此，在阀座54上，第1气缸室口 46、排气口 52、第2气缸室口 48 —列并排配置。具体来说，第1气缸室口 46、排气口 52、第2气缸室口 48以从活塞18进行往复运动的方向的上死点向下死点侧的顺序配置。另一方面，导入口 50配置在通过从导入路径34供应的压缩空气的压力将阀体42向阀座54按压的位置。 具体来说，如图所示，导入口 50配置在与含有阀座54的面不同的面上。通过该构成，即使在阀体42与阀座54的接触面上没有设置密封部件，也能够利用压缩空气的压力来确保阀体42与阀座54的气密性。并且，在本实施方式中，对导入口 50 配置在与含有阀座54的面不同的面上的情况进行说明，但是本发明并不限定于该构成。只要导入口 50不通过阀体42堵塞，导入口 50也可以配置在含有阀座54的面上。阀体42为对各气缸室口 46、48与导入口 50以及排气口 52之间进行开闭的部件。 阀体42在与阀座54相对向的面的中央处具有凹部56。该凹部56如后述，具有使配置于阀座54的各气缸室口 46、48与排气口 52连通的功能。图1中示出的阀体42的位置为闭阀状态的位置(后述的第3位置)。在该位置，与阀座54相对向的阀体42的面堵塞第1以及第2气缸室口 46、48，凹部56覆盖排气口 52。即，为4个口与任一个口都不连接的闭阀状态。阀体移动部件44经由阀轴58连接于阀体42，并且具有使阀体42动作的凸轮60 以及弹簧62。在阀箱40上，与活塞18进行往复运动的方向平行地形成有阀轴58所贯通的孔，在该孔上设置有保持阀箱40的气密性的阀轴密封部件63，例如0形环。通过这样的气密构造，能够防止压缩空气通过阀箱40与阀轴58的间隙而流出。凸轮60被设置成与凸轮轴64同步旋转。凸轮轴64经由正时皮带或者齿轮等动力传递机构(未示出)连接于曲柄轴M。在该动力传递机构中，发动机10的循环为2冲程单循环，因此在曲柄轴M旋转 1次的过程中，凸轮轴64旋转1次。在该单循环内，即在第1以及第2冲程内，阀体移动部件44将曲柄轴M的旋转运动变换为往复运动而使阀体42移动。即，阀体移动部件44能够使阀体42以在2个位置之间进行往复的方式移动。并且，对于阀体42的2个位置，以后将活塞18进行往复运动的方向的下死点侧的位置记为第1位置。另一方面，对于阀体42 的2个位置，以后将活塞18进行往复运动的方向的上死点侧的位置记为第2位置。并且， 对于第1以及第2位置之间，以后将图1示出的闭阀状态的位置记为第3位置。当阀体42 位于第3位置时，阀箱40填充有从导入口 50导入的压缩空气。使用图2至图4对这样构成的发动机10的动作以及此时的切换阀38的动作进行说明。图2是示出第1冲程时发动机10的状态的视图，图3是示出第2冲程时发动机10的状态的视图，图4是示出曲柄轴M的旋转角度与切换阀38的动作时刻的关系的视图。在这些图中，作为一例，以循环为图中顺时针方向的情况进行说明。在图4中，示出了当曲柄轴M的旋转角度为0度时，活塞18位于上死点，当曲柄轴M的旋转角度为180度时，活塞18位于下死点。并且，如上所述，由于循环为顺时针方向，因此，在图4中，示出了当曲柄轴M的旋转角度从0至180度时，为第1冲程，当曲柄轴 24的旋转角度从180度至360度时，为第2冲程。首先，对第1冲程时的发动机10的状态进行说明。在第1冲程时，切换阀38在规定的期间，将第1气缸室14与导入路径34连接，同时将第2气缸室16与排气路径36连接。 在该期间，阀体42向箭头70方向移动，为图2所示的第1位置，第1气缸室口 46与导入口 50以及第2气缸室口 48与排气口 52分别成为开阀状态。具体来说，通过从图1示出的阀体42的状态向箭头70方向的移动，被阀体42堵塞的第1气缸室口 46被开阀，并连接于导入口 50。另一方面，通过阀体42向箭头70方向的移动，被阀体42堵塞的第2气缸室口 48 经由凹部56与排气口 52连通。伴随第1气缸室口 46与导入口 50的连接，压缩空气从导入路径34被导入到第1 气缸室14。通过导入到第1气缸室14的压缩空气的压力，活塞18被压向箭头70方向而下降。另一方面，伴随该活塞18的移动以及第2气缸室口 48与排气口 52的连接，残留空气从第2气缸室16被排出到排气路径36。通过这样的活塞18的直线运动，曲柄轴M向顺时针方向旋转。在该第1冲程中，对于阀体42为第1位置的状态，如图4所示，曲柄轴M的旋转角度位于5至175度之间是适合的。通过在该时刻使阀体42位于第1位置，能够确保导入的压缩空气量更多，能够实现输出的增大。并且，通过在该时刻使阀体42位于第1位置，能够可靠地确保排出的残留空气量，能够减小对于活塞18运动的阻力，结果，能够实现运动效率的提高。接着，对第2冲程时的发动机10的状态进行说明。在第2冲程时，切换阀38在规定的期间，将第1气缸室14与排气路径36连接，同时将第2气缸室16与导入路径34连接。 在该期间，阀体42向箭头72方向移动，为图3所示的第2位置，第1气缸室口 46与排气口 52以及第2气缸室口 48与导入口 50分别成为开阀状态。具体来说，通过从图1示出的阀体42的状态向箭头72方向的移动，被阀体42堵塞的第1气缸室口 46经由凹部56与排气口 52连通。另一方面，通过阀体42向箭头70方向的移动，被阀体42堵塞的第2气缸室口 48被开阀而连接于导入口 50。伴随第2气缸室口 48与导入口 50的连接，压缩空气从导入路径34被导入到第2 气缸室16。通过导入到第2气缸室16的压缩空气的压力，活塞18被压向箭头72方向而上升。另一方面，伴随该活塞18的移动以及第1气缸室口 46与排气口 52的连接，残留空气从第1气缸室14被排出到排气路径36。通过这样的活塞18的直线运动，曲柄轴M向顺时针方向旋转。在该第2冲程中，对于阀体42为第2位置的状态，如图4所示，曲柄轴M的旋转角度位于185至355度之间是适合的。通过在该时刻使阀体42位于第2位置，能够确保导入的压缩空气量更多，能够实现输出的增大。并且，通过在该时刻使阀体42位于第2位置， 能够可靠地确保排出的残留空气量，能够减小对于活塞18运动的阻力，结果，能够实现运动效率的提高。根据本实施方式，由于通向各气缸室14、16的通路分别为1个，并且对各气缸室 14、16，以及导入路径34、排气路径36的连接进行切换的机构为1个，因此能够实现发动机 10的构造的简单化。结果，如上所述，能够减少故障发生的次数，实现装置的小型化以及轻量化，以及制造成本的降低。在本实施方式中，虽然说明了对于阀体42的第1位置，曲柄轴M的旋转角度在5 至175度之间的情况，以及对于阀体42的第2位置，曲柄轴M的旋转角度在185至355度之间的情况，但是本发明并不限于该构成。在第1以及第2冲程中，由于利用压缩空气的压力来驱动活塞18，也可以延长第1以及第2位置的时间，将更多的压缩空气导入到各气缸室 14、16。由此，能够将成为活塞18的运动阻力的残留空气更多地从各气缸室14、16排出。并且，在本实施方式中，虽然说明了切换阀38是使阀体42向一方向滑动而切换连接关系的阀装置，但是本发明并不限于该构成。切换阀38也可以是以阀轴58为中心使阀体42旋转而切换4个口的连接的阀装置，即四通阀。
权利要求
1.一种往复运动型单循环发动机，具有气缸、活塞，其中该活塞是以将所述气缸分隔成第1气缸室和第2气缸室的方式被收容并且做往复移动，将所述活塞的1次往复运动作为单循环，其中所述活塞的1次往复运动包括将压缩气体导入所述第1气缸室并将所述第2 气缸室的残留气体排出的第1冲程、以及将所述第1气缸室的残留气体排出并将压缩气体导入所述第2气缸室的第2冲程，所述往复运动型单循环发动机的特征在于包括将压缩气体导入各气缸室的导入路径； 将各气缸室的残留气体排出的排气路径；以及切换阀，设置在各气缸室与所述导入路径以及所述排气路径之间，基于所述第1以及所述第2冲程，对各气缸室与所述导入路径以及所述排气路径的连接关系进行切换。
2.根据权利要求1所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于，所述切换阀在所述第1冲程的规定期间，将所述第1气缸室与所述导入路径连接，同时将所述第2气缸室与所述排气路径连接，在所述第2冲程的规定期间，将所述第1气缸室与所述排气路径连接，同时将所述第2气缸室与所述导入路径连接。
3.根据权利要求2所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于， 所述切换阀包括阀箱，具有通向所述第1气缸室的第1气缸室口、通向所述第2气缸室的第2气缸室口、 通向所述导入路径的导入口、以及通向所述排气路径的排气口 ；阀体，收容于所述阀箱，并且对各气缸室口与所述导入口以及所述排气口之间进行开闭；以及阀体移动部件，基于所述第1以及第2冲程，使所述阀体移动到2个位置； 当所述阀体位于第1位置时，所述第1气缸室口与所述导入口、以及所述第2气缸室口与所述排气口分别成为开阀状态，当所述阀体位于第2位置时，所述第1气缸室口与所述排气口、以及所述第2气缸室口与所述导入口分别成为开阀状态。
4.根据权利要求3所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于，所述阀箱具有阀座，该阀座是作为以所述第1气缸室口、所述排气口、以及所述第2气缸室口的顺序并排形成的面，所述阀体移动部件，以所述阀体的位置沿着这些口顺次排列的方向成为所述第2位置、所述第1位置的顺序的方式，一边使所述阀体接触所述阀座一边使所述阀体进行往复移动，所述导入口配置在通过从所述导入路径供应的压缩气体的压力，能够将往复移动的所述阀体压向所述阀座的位置。
5.根据权利要求4所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于， 所述阀体在与所述阀座相对向的面的中央处具有凹部，当所述阀体位于所述第1位置时，所述第1气缸室口被开阀而连接于所述导入口，所述第2气缸室口与所述排气口经由所述凹部而连通，当所述阀体位于所述第2位置时，所述第1气缸室口与所述排气口经由所述凹部连通， 同时所述第2气缸室口被开阀而连接于所述导入口。
6.根据权利要求4或5所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于，具有连接于所述活塞的曲柄轴，所述阀体移动部件将所述曲柄轴的旋转运动变换为往复运动而使所述阀体移动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的往复运动型单循环发动机，其特征在于， 邻接于所述第2气缸室，设置有收容所述曲柄轴的曲柄轴室，在形成于分隔所述第2气缸室与所述曲柄轴室的壁、并且连接所述气缸与所述曲柄轴的连接棒所贯通的孔上，设置有保持第2气缸室的气密的密封部件。
全文摘要
本发明提供一种能够实现在具有2个气缸室的发动机中，将压缩气体择一地导入2个气缸室以及将残留气体择一地从2个气缸室排出的简单构造的往复运动型单循环发动机。本发明的往复运动型单循环发动机(10)的特征在于具有将压缩气体导入第1以及第2气缸室(14、16)的导入路径(34)；以及将第1以及第2气缸室(14、16)的残留气体排出的排气路径(36)。并且发动机(10)具有切换阀(38)，该切换阀(38)设置在第1以及第2气缸室(14、16)与导入路径(34)以及排气路径(36)之间，基于第1以及第2冲程，对第1以及第2气缸室(14、16)与导入路径(34)以及排气路径(36)的连接关系进行切换。
文档编号F01B25/02GK102261264SQ201010562909
公开日2011年11月30日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年5月24日
发明者*杨久庆 申请人:*杨久庆