專利名稱：單循環(huán)發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用壓縮氣體來使活塞機構(gòu)動作的發(fā)動機的改良。
背景技術(shù)：
先前以來，已知有具有活塞機構(gòu)的發(fā)動機，其中該活塞機構(gòu)將導入形成在氣缸內(nèi)的氣缸室的壓縮氣體，例如壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動能量而輸出。在下述專利文獻1中，記載了利用導入氣缸內(nèi)的壓縮空氣使活塞下降而使曲柄軸旋轉(zhuǎn)的氣壓機構(gòu)。在該氣壓機構(gòu)中，壓縮空氣供應(yīng)至氣缸內(nèi)的供氣口、與壓縮空氣從氣缸內(nèi)排出的排氣口與氣缸連接，并且在這些口上分別設(shè)置開閉裝置?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻1 日本特開2001-132403號公報

發(fā)明內(nèi)容
在上述專利文獻1中記載的機構(gòu)中，能夠利用導入氣缸內(nèi)的壓縮空氣使活塞進行 1沖程動作而使曲柄軸旋轉(zhuǎn)。但是，由于沒有設(shè)定將氣缸內(nèi)的壓縮空氣作為殘留空氣進行排出的時間，具有該機構(gòu)的運轉(zhuǎn)效率降低的可能性。此外，在上述機構(gòu)中，在供氣口和排氣口兩者都分別設(shè)置有開閉裝置，因此部件的數(shù)量變多，構(gòu)造變得復雜。因此，會帶來故障的發(fā)生次數(shù)增加、裝置大型化以及重量化，乃至制造成本增加的問題。本發(fā)明的目的之一在于提供一種通過適時將壓縮氣體導入氣缸室內(nèi)，并且將該壓縮氣體作為殘留氣體排出，從而能夠提高運轉(zhuǎn)效率的單循環(huán)發(fā)動機。此外，本發(fā)明的目的之一在于提供一種不設(shè)置對應(yīng)于排氣的開閉裝置而能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造的簡單化的單循環(huán)發(fā)動機。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先，本發(fā)明涉及一種單循環(huán)發(fā)動機，將活塞的1次往復運動作為單循環(huán)，所述活塞的1次往復運動由將壓縮氣體導入形成于氣缸內(nèi)的氣缸室的壓縮氣體導入沖程、和將被導入氣缸室的壓縮氣體作為殘留氣體排出的排氣沖程所組成，所述單循環(huán)發(fā)動機的特征在于包括導入通路，連接于氣缸室，并且將壓縮氣體導入氣缸室；排氣通路，連接于氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出；以及開閉機構(gòu)，基于所述壓縮氣體導入沖程和所述排氣沖程分別開閉導入通路和排氣通路。其次，本發(fā)明還涉及一種單循環(huán)發(fā)動機，將活塞的1次往復運動作為單循環(huán)，所述活塞的1次往復運動由將壓縮氣體導入形成于氣缸內(nèi)的氣缸室的壓縮氣體導入沖程、和將被導入氣缸室的壓縮氣體作為殘留氣體排出的排氣沖程所組成，所述單循環(huán)發(fā)動機的特征在于包括導入通路，連接于氣缸室，并且將壓縮氣體導入氣缸室；排氣通路，連接于氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出；以及導入閥，基于所述壓縮氣體導入沖程和所述排氣沖程開閉導入通路；排氣通路在完成向氣缸室14導入壓縮空氣而關(guān)閉導入閥時，以通過活塞的移動而與氣缸室相導通的方式連接于氣缸室的側(cè)壁。本發(fā)明的效果表現(xiàn)為根據(jù)本發(fā)明第1方面的單循環(huán)發(fā)動機，通過適時將壓縮氣體導入氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出，能夠提高運轉(zhuǎn)效率。此外，根據(jù)本發(fā)明第2方面的單循環(huán)發(fā)動機，其沒有對應(yīng)于排氣的開閉裝置，因此能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造的簡單化。


圖1是示出了本實施方式涉及的單循環(huán)發(fā)動機的構(gòu)成的視圖。圖2是示出了在活塞的每次沖程時發(fā)動機的狀態(tài)的視圖。圖3是示出了曲柄軸的旋轉(zhuǎn)角度和開閉機構(gòu)的動作時間之間的關(guān)系的視圖。圖4是示出了另一實施方式涉及的單循環(huán)發(fā)動機的構(gòu)成的視圖。圖5是示出了在活塞的每次沖程時發(fā)動機的狀態(tài)的視圖。圖6是示出了曲柄軸的旋轉(zhuǎn)角度和導入閥的動作時間之間的關(guān)系的視圖。符號說明10、50單循環(huán)發(fā)動機12 氣缸14氣缸室16 活塞20曲柄軸22導入通路24排氣通路26導入閥28排氣閥
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的單循環(huán)發(fā)動機的實施方式進行說明。該發(fā)動機可以適用于裝載在車輛等的移動體上的原動機，或者在其他用途上使用的原動機。在本實施方式的單循環(huán)發(fā)動機中，使用壓縮空氣作為壓縮氣體。但是，本發(fā)明并不限于該構(gòu)成，只要是相對于大氣壓為高壓狀態(tài)的氣體，也可以使用水蒸氣或者其他氣體作為壓縮氣體。圖1是示出了本實施方式的單循環(huán)發(fā)動機10的構(gòu)成。單循環(huán)發(fā)動機10將2沖程，換言之是活塞16的1次往復運動作為單循環(huán)，該2沖程由將壓縮空氣導入形成于氣缸 12內(nèi)的氣缸室14的壓縮空氣導入沖程、和將氣缸室14中的殘留空氣排出的排氣沖程所組成，具有將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為運動能而輸出的活塞機構(gòu)。殘留空氣是指通過氣缸室14 的膨脹而壓力降低的氣缸室14中的壓縮空氣。單循環(huán)發(fā)動機(以下簡稱為“發(fā)動機”)10具有氣缸12 ；活塞16，收容于氣缸12 并進行往復運動；以及曲柄軸20，通過連桿18連接于活塞16，并將活塞16的往復運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。在曲柄軸20上設(shè)置有檢測旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)角度傳感器(圖未示出)。在氣缸 12內(nèi)部形成有被其和活塞16的頂面所包圍的氣缸室14。此外，發(fā)動機10具有導入通路22，連通于氣缸室14，并向氣缸室14導入壓縮空氣；以及排氣通路對，同樣連通于氣缸室14，并將氣缸室14內(nèi)的殘留空氣排出。壓縮空氣由壓縮機(圖未示出)等生成，并從壓縮機經(jīng)由導入通路22供應(yīng)至氣缸室14。
此外，發(fā)動機10具有分別開閉導入通路22和排氣通路M的開閉機構(gòu)。開閉機構(gòu)基于上述壓縮空氣導入沖程和排氣沖程，分別開閉導入通路22和排氣通路24。這樣，對應(yīng)于各沖程使開閉機構(gòu)動作，適時將壓縮空氣導入氣缸室14，并且將氣缸室14中的殘留空氣排出，從而能夠提高發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)效率。開閉機構(gòu)具有開閉導入通路22的導入閥26、開閉排氣通路M的排氣閥28、以及控制這些閥沈、28的動作的閥系統(tǒng)30。閥系統(tǒng)30具有使導入閥沈動作的凸輪32和彈簧 34、以及使排氣閥觀動作的凸輪36和彈簧38。凸輪32、36被設(shè)置成分別與凸輪軸40、42 同步旋轉(zhuǎn)，凸輪軸40、42通過正時皮帶或者齒輪等動力傳遞機構(gòu)(圖未顯示)連接于曲柄軸20。在該動力傳遞機構(gòu)中，發(fā)動機10的循環(huán)為2沖程單循環(huán)，因此當曲柄軸20進行1次旋轉(zhuǎn)時，凸輪軸40、42也進行1次旋轉(zhuǎn)，在該1次循環(huán)內(nèi)，導入閥以及排氣閥沈、28的開閉動作分別執(zhí)行一次。在本實施方式中，雖然對閥系統(tǒng)30是具有兩個凸輪軸40、42的系統(tǒng)，即DOHC式 (雙頂置凸輪軸)的情況進行說明，但是本發(fā)明并不限于此構(gòu)成，閥系統(tǒng)30也可以是通過一個凸輪軸來使導入閥以及排氣閥26J8動作的SOHC式(單頂置凸輪軸)。以下根據(jù)圖2、圖3對這樣構(gòu)成的發(fā)動機10的動作以及此時開閉機構(gòu)的動作進行說明。圖2是示出了在活塞16的每個沖程時發(fā)動機10的狀態(tài)的視圖，圖3是示出了曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度和開閉機構(gòu)的動作時間之間的關(guān)系的視圖。在這些圖中，作為一示例，對循環(huán)為圖中順時針方向的情況進行說明。本實施方式的發(fā)動機10為如上所述的2沖程單循環(huán)發(fā)動機，圖2分別示出了壓縮空氣導入沖程(左側(cè))時和排氣沖程(右側(cè))時發(fā)動機10的狀態(tài)。此外，在圖3中，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度為0度時，活塞16處于上死點，其旋轉(zhuǎn)角度為180度時，活塞16處于下死點。而且，如上所述，循環(huán)為順時針方向，因此在圖3中，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在0度至180 度時為壓縮空氣導入沖程，其旋轉(zhuǎn)角度在180度至360度時為排氣沖程。首先，對壓縮空氣導入沖程時的發(fā)動機10的狀態(tài)進行說明。在此沖程時，導入閥沈在規(guī)定的期間成為開閥狀態(tài)，而排氣閥觀成為閉閥狀態(tài)。隨著導入閥沈的開閥，壓縮空氣被導入氣缸室14。通過被導入氣缸室14的壓縮空氣的壓力，活塞16沿箭頭44方向被推壓而下降。通過該活塞16的直線運動，曲柄軸20沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。該壓縮空氣導入沖程時的導入閥沈的開閥狀態(tài)如圖3所示，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度僅在30度至105度之間為適宜。在此時刻，導入閥沈成為開閥狀態(tài)，因此可以抑制發(fā)動機10的輸出降低，并且能夠減少被導入的壓縮空氣量，結(jié)果實現(xiàn)運轉(zhuǎn)效率的提高。接著，對排氣沖程時發(fā)動機10的狀態(tài)進行說明。在此沖程時，導入閥沈成為閉閥狀態(tài)，排氣閥觀在規(guī)定的期間，成為開閥狀態(tài)。殘留空氣隨著排氣閥觀的開閥被排到外部。 此外，在排氣閥觀為開閥狀態(tài)時，隨著曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)(慣性)，通過沿箭頭46方向上升的活塞16的運動，殘留空氣被推出而被排到外部。該排氣沖程時的排氣閥觀的開閥狀態(tài)如圖3所示，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在185 度至355度之間為適宜。在此時刻排氣閥28成為開閥狀態(tài)，因此能夠減小對活塞16的運動的阻力，結(jié)果能夠?qū)崿F(xiàn)運轉(zhuǎn)效率的提高。根據(jù)本實施方式，在各沖程中，基于曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在適宜的時刻使開閉機構(gòu)動作，因此能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機10的運轉(zhuǎn)效率的提高。
在本實施方式中，雖然是在曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在30度至105度之間的情況下， 對導入閥沈的開閥狀態(tài)進行說明，但是本發(fā)明并不限定于此構(gòu)成。在壓縮空氣導入沖程中，由于利用壓縮空氣的壓力使活塞16驅(qū)動，因此可以延長導入閥沈的開閥狀態(tài)的時間， 使更多的壓縮空氣導入氣缸室14。此外，在本實施方式中，雖然在曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在185至355度之間的情況下，對排氣閥觀的開閥狀態(tài)進行了說明，但是該旋轉(zhuǎn)角度的范圍為一例，本發(fā)明并沒有限定該旋轉(zhuǎn)角度的范圍在185度至355度。例如，在壓縮空氣導入沖程中，也可以當曲柄軸20 的旋轉(zhuǎn)角度超過105度之后，即導入閥沈關(guān)閉之后，排氣閥觀開閥。接著，根據(jù)圖4對另一實施方式的單循環(huán)發(fā)動機(同樣，以下簡稱為“發(fā)動機”)50 進行說明。圖4是示出了另一方式的發(fā)動機50的構(gòu)成的視圖。此外，對與上述實施方式相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號，并省略詳細的說明。該實施方式的發(fā)動機50，沒有設(shè)置如上述實施方式的發(fā)動機10那樣的開閉排氣通路M的開閉機構(gòu)，即沒有設(shè)置排氣閥觀和相當于使其動作的機構(gòu)的構(gòu)成。這樣，由于沒有對應(yīng)于排氣通路M的開閉裝置，因此可以實現(xiàn)發(fā)動機50的構(gòu)造的簡單化。其結(jié)果可以減少故障的發(fā)生次數(shù)，實現(xiàn)裝置的小型化以及輕型化，還能夠降低制造成本。以下，對排氣通路M的構(gòu)成進行說明。排氣通路M連接于氣缸室14的側(cè)壁14a，即連接于與活塞16的側(cè)面16a相接觸的區(qū)域的側(cè)壁14a。與活塞16的側(cè)面16a相接觸的區(qū)域指的是，在上死點以及下死點與側(cè)面16a相接觸的側(cè)壁14a的各部分所連接起來的區(qū)域，即活塞16的可動區(qū)域所對應(yīng)的領(lǐng)域。具體來說，排氣通路M在完成向氣缸室14導入壓縮空氣而關(guān)閉導入閥沈時，以通過活塞16的移動而與氣缸室14相導通的方式連接于側(cè)壁14a。根據(jù)此構(gòu)成，如上所述， 由于沒有對應(yīng)于排氣通路M的開閉裝置，從而可以實現(xiàn)發(fā)動機50的構(gòu)造的簡單化。下面根據(jù)圖5、6對如上構(gòu)成的發(fā)動機50的動作以及此時導入閥沈的動作進行說明。圖5是示出了在活塞16的每個沖程時發(fā)動機50的狀態(tài)的視圖，圖6是示出了曲柄軸 20的旋轉(zhuǎn)角度和導入閥沈的動作時間之間的關(guān)系的視圖。此外，在這些圖中，作為一例，對循環(huán)為圖中的順時針方向的情況進行說明。該實施方式的發(fā)動機50，與上述實施方式相同，為2沖程單循環(huán)的發(fā)動機，圖5分別示出了壓縮空氣導入沖程(左側(cè))時和排氣沖程(右側(cè))時發(fā)動機50的狀態(tài)。此外，在圖6中，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度為0度時，活塞16處于上死點，其旋轉(zhuǎn)角度為180度時，活塞 16處于下死點。而且，如上所述，循環(huán)為順時針方向，因此在圖6中，曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在0度至180度時，為壓縮空氣導入沖程，其旋轉(zhuǎn)角度在180度至360度時，為排氣沖程。首先，對壓縮空氣導入沖程時發(fā)動機50的狀態(tài)進行說明。在該沖程時，導入閥沈在規(guī)定的期間，成為開閥狀態(tài)，壓縮空氣隨著導入閥26的開閥被導入氣缸室14。在該導入閥沈的開閥期間，如圖5所示，排氣通路M被氣缸16的側(cè)面16a堵住，使得與氣缸室14 的導通被遮斷。通過被導入氣缸室14的壓縮空氣的壓力，活塞16沿箭頭44方向被推壓而下降。通過該活塞16的直線運動，曲柄軸20沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。在該壓縮空氣導入沖程中，如圖6所示，導入閥沈的開閥狀態(tài)在曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度為30度至105度之間為適宜。因為在此時刻下，導入閥沈為開閥狀態(tài)，因此能夠抑制發(fā)動機50的輸出降低，同時能夠減少被導入的壓縮空氣量，結(jié)果可以實現(xiàn)運轉(zhuǎn)效率的提
尚ο而且，在該壓縮空氣導入沖程的后半段，要進行殘留空氣的排氣。即，在曲柄軸20 的旋轉(zhuǎn)角度變成105度并且導入閥沈關(guān)閉之后，由于活塞16的下降，被側(cè)面16a堵住的排氣通路M與氣缸室14相導通。通過該導通，氣缸室14的殘留空氣被排到外部。接著，對排氣沖程時發(fā)動機50的狀態(tài)進行說明。在該沖程時，導入閥沈為閉閥狀態(tài)。隨著曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)(慣性)，活塞16沿箭頭46方向上升。直到排氣通路M由于該活塞16的移動而被側(cè)面16a堵住的這段時間，排氣通路M和氣缸室14相導通，在這段時間里，氣缸室14的殘留空氣被排到外部。S卩，排氣通路M與氣缸室14相導通而可以排出殘留空氣的狀態(tài)，如圖6所示，是曲柄軸20的旋轉(zhuǎn)角度在105度至255度之間。此外，該旋轉(zhuǎn)角度的范圍為一例，本發(fā)明并沒有限定該角度的范圍在105度至255度。只要能使排氣通路M和氣缸室14在導入閥沈關(guān)閉之后相導通，例如也可以將排氣通路M和側(cè)壁Ha的連接位置設(shè)置在更下方(下死點側(cè))。在該情況下，雖然能夠排氣的狀態(tài)的時間變短，但是導入閥26的開閥時間變長。另一方面，也可以將排氣通路M和側(cè)壁14a的連接位置設(shè)置在更上方(上死點側(cè))。在該情況下，雖然能夠排氣的狀態(tài)的時間變長，但是導入閥26的開閥時間變短。根據(jù)該實施方式，由于沒有對應(yīng)于排氣的開閉裝置，因此可以實現(xiàn)發(fā)動機50的構(gòu)造的簡單化。其結(jié)果如上所述，能夠減少故障的發(fā)生次數(shù)，實現(xiàn)裝置的小型化以及輕型化， 還能夠降低制造成本。
權(quán)利要求
1.一種單循環(huán)發(fā)動機，將活塞的1次往復運動作為單循環(huán)，所述活塞的1次往復運動由將壓縮氣體導入形成于氣缸內(nèi)的氣缸室的壓縮氣體導入沖程、和將被導入氣缸室的壓縮氣體作為殘留氣體排出的排氣沖程所組成，所述單循環(huán)發(fā)動機的特征在于包括導入通路，連接于氣缸室，并且將壓縮氣體導入氣缸室；排氣通路，連接于氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出；以及開閉機構(gòu)，基于所述壓縮氣體導入沖程和所述排氣沖程分別開閉導入通路和排氣通路。
2.一種單循環(huán)發(fā)動機，將活塞的1次往復運動作為單循環(huán)，所述活塞的1次往復運動由將壓縮氣體導入形成于氣缸內(nèi)的氣缸室的壓縮氣體導入沖程、和將被導入氣缸室的壓縮氣體作為殘留氣體排出的排氣沖程所組成，所述單循環(huán)發(fā)動機的特征在于包括導入通路，連接于氣缸室，并且將壓縮氣體導入氣缸室； 排氣通路，連接于氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出；以及導入閥，基于所述壓縮氣體導入沖程和所述排氣沖程開閉導入通路； 排氣通路在完成向氣缸室導入壓縮空氣而關(guān)閉導入閥時，以通過活塞的移動而與氣缸室相導通的方式連接于氣缸室的側(cè)壁。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單循環(huán)發(fā)動機，通過適時將壓縮氣體導入氣缸室，并且將氣缸室的殘留氣體排出，能夠提高發(fā)動機的運轉(zhuǎn)效率。本發(fā)明的單循環(huán)發(fā)動機(10)，將活塞的1次往復運動作為單循環(huán)，所述活塞的1次往復運動由將壓縮空氣導入氣缸室(14)的壓縮氣體導入沖程、和將氣缸室(14)的殘留空氣排出的排氣沖程所組成。該發(fā)動機(10)的特征在于包括導入通路(22)，連接于氣缸室(14)，并且將壓縮空氣導入氣缸室(14)；排氣通路(24)，連接于氣缸室(14)，并且將氣缸室(14)的殘留空氣排出；以及開閉機構(gòu)，基于所述壓縮氣體導入沖程和所述排氣沖程分別開閉導入通路(22)和排氣通路(24)。
文檔編號F01B25/02GK102251810SQ20101056156
公開日2011年11月23日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者*楊久慶 申請人:*楊久慶