CN102251810A

CN102251810A - 单循环发动机

Info

Publication number: CN102251810A
Application number: CN2010105615644A
Authority: CN
Inventors: 福杨久庆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2011-11-23
Also published as: JP2015038319A

Abstract

本发明提供了一种单循环发动机，通过适时将压缩气体导入气缸室，并且将气缸室的残留气体排出，能够提高发动机的运转效率。本发明的单循环发动机(10)，将活塞的1次往复运动作为单循环，所述活塞的1次往复运动由将压缩空气导入气缸室(14)的压缩气体导入冲程、和将气缸室(14)的残留空气排出的排气冲程所组成。该发动机(10)的特征在于包括：导入通路(22)，连接于气缸室(14)，并且将压缩空气导入气缸室(14)；排气通路(24)，连接于气缸室(14)，并且将气缸室(14)的残留空气排出；以及开闭机构，基于所述压缩气体导入冲程和所述排气冲程分别开闭导入通路(22)和排气通路(24)。

Description

单循环发动机

技术领域

本发明涉及利用压缩气体来使活塞机构动作的发动机的改良。

背景技术

先前以来，已知有具有活塞机构的发动机，其中该活塞机构将导入形成在气缸内的气缸室的压缩气体，例如压缩空气的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内的压缩空气使活塞下降而使曲柄轴旋转的气压机构。在该气压机构中，压缩空气供应至气缸内的供气口、与压缩空气从气缸内排出的排气口与气缸连接，并且在这些口上分别设置开闭装置。

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，能够利用导入气缸内的压缩空气使活塞进行1冲程动作而使曲柄轴旋转。但是，由于没有设定将气缸内的压缩空气作为残留空气进行排出的时间，具有该机构的运转效率降低的可能性。此外，在上述机构中，在供气口和排气口两者都分别设置有开闭装置，因此部件的数量变多，构造变得复杂。因此，会带来故障的发生次数增加、装置大型化以及重量化，乃至制造成本增加的问题。

本发明的目的之一在于提供一种通过适时将压缩气体导入气缸室内，并且将该压缩气体作为残留气体排出，从而能够提高运转效率的单循环发动机。

此外，本发明的目的之一在于提供一种不设置对应于排气的开闭装置而能够实现构造的简单化的单循环发动机。

本发明的技术方案是：首先，本发明涉及一种单循环发动机，将活塞的1次往复运动作为单循环，所述活塞的1次往复运动由将压缩气体导入形成于气缸内的气缸室的压缩气体导入冲程、和将被导入气缸室的压缩气体作为残留气体排出的排气冲程所组成，所述单循环发动机的特征在于包括：导入通路，连接于气缸室，并且将压缩气体导入气缸室；排气通路，连接于气缸室，并且将气缸室的残留气体排出；以及开闭机构，基于所述压缩气体导入冲程和所述排气冲程分别开闭导入通路和排气通路。

其次，本发明还涉及一种单循环发动机，将活塞的1次往复运动作为单循环，所述活塞的1次往复运动由将压缩气体导入形成于气缸内的气缸室的压缩气体导入冲程、和将被导入气缸室的压缩气体作为残留气体排出的排气冲程所组成，所述单循环发动机的特征在于包括：导入通路，连接于气缸室，并且将压缩气体导入气缸室；排气通路，连接于气缸室，并且将气缸室的残留气体排出；以及导入阀，基于所述压缩气体导入冲程和所述排气冲程开闭导入通路；排气通路在完成向气缸室14导入压缩空气而关闭导入阀时，以通过活塞的移动而与气缸室相导通的方式连接于气缸室的侧壁。

本发明的效果表现为：根据本发明第1方面的单循环发动机，通过适时将压缩气体导入气缸室，并且将气缸室的残留气体排出，能够提高运转效率。

此外，根据本发明第2方面的单循环发动机，其没有对应于排气的开闭装置，因此能够实现构造的简单化。

附图说明

图1是示出了本实施方式涉及的单循环发动机的构成的视图。

图2是示出了在活塞的每次冲程时发动机的状态的视图。

图3是示出了曲柄轴的旋转角度和开闭机构的动作时间之间的关系的视图。

图4是示出了另一实施方式涉及的单循环发动机的构成的视图。

图5是示出了在活塞的每次冲程时发动机的状态的视图。

图6是示出了曲柄轴的旋转角度和导入阀的动作时间之间的关系的视图。

符号说明

10、50单循环发动机

12 气缸

14 气缸室

16 活塞

20 曲柄轴

22 导入通路

24 排气通路

26 导入阀

28 排气阀

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的单循环发动机的实施方式进行说明。该发动机可以适用于装载在车辆等的移动体上的原动机，或者在其他用途上使用的原动机。在本实施方式的单循环发动机中，使用压缩空气作为压缩气体。但是，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，也可以使用水蒸气或者其他气体作为压缩气体。

图1是示出了本实施方式的单循环发动机10的构成。单循环发动机10将2冲程，换言之是活塞16的1次往复运动作为单循环，该2冲程由将压缩空气导入形成于气缸12内的气缸室14的压缩空气导入冲程、和将气缸室14中的残留空气排出的排气冲程所组成，具有将压缩空气的能量转化为运动能而输出的活塞机构。残留空气是指通过气缸室14的膨胀而压力降低的气缸室14中的压缩空气。

单循环发动机(以下简称为“发动机”)10具有：气缸12；活塞16，收容于气缸12并进行往复运动；以及曲柄轴20，通过连杆18连接于活塞16，并将活塞16的往复运动变换为旋转运动。在曲柄轴20上设置有检测旋转角度的旋转角度传感器(图未示出)。在气缸12内部形成有被其和活塞16的顶面所包围的气缸室14。

此外，发动机10具有：导入通路22，连通于气缸室14，并向气缸室14导入压缩空气；以及排气通路24，同样连通于气缸室14，并将气缸室14内的残留空气排出。压缩空气由压缩机(图未示出)等生成，并从压缩机经由导入通路22供应至气缸室14。

此外，发动机10具有分别开闭导入通路22和排气通路24的开闭机构。开闭机构基于上述压缩空气导入冲程和排气冲程，分别开闭导入通路22和排气通路24。这样，对应于各冲程使开闭机构动作，适时将压缩空气导入气缸室14，并且将气缸室14中的残留空气排出，从而能够提高发动机10的运转效率。

开闭机构具有开闭导入通路22的导入阀26、开闭排气通路24的排气阀28、以及控制这些阀26、28的动作的阀系统30。阀系统30具有使导入阀26动作的凸轮32和弹簧34、以及使排气阀28动作的凸轮36和弹簧38。凸轮32、36被设置成分别与凸轮轴40、42同步旋转，凸轮轴40、42通过正时皮带或者齿轮等动力传递机构(图未显示)连接于曲柄轴20。在该动力传递机构中，发动机10的循环为2冲程单循环，因此当曲柄轴20进行1次旋转时，凸轮轴40、42也进行1次旋转，在该1次循环内，导入阀以及排气阀26、28的开闭动作分别执行一次。

在本实施方式中，虽然对阀系统30是具有两个凸轮轴40、42的系统，即DOHC式(双顶置凸轮轴)的情况进行说明，但是本发明并不限于此构成，阀系统30也可以是通过一个凸轮轴来使导入阀以及排气阀26、28动作的SOHC式(单顶置凸轮轴)。

以下根据图2、图3对这样构成的发动机10的动作以及此时开闭机构的动作进行说明。图2是示出了在活塞16的每个冲程时发动机10的状态的视图，图3是示出了曲柄轴20的旋转角度和开闭机构的动作时间之间的关系的视图。在这些图中，作为一示例，对循环为图中顺时针方向的情况进行说明。

本实施方式的发动机10为如上所述的2冲程单循环发动机，图2分别示出了压缩空气导入冲程(左侧)时和排气冲程(右侧)时发动机10的状态。此外，在图3中，曲柄轴20的旋转角度为0度时，活塞16处于上死点，其旋转角度为180度时，活塞16处于下死点。而且，如上所述，循环为顺时针方向，因此在图3中，曲柄轴20的旋转角度在0度至180度时为压缩空气导入冲程，其旋转角度在180度至360度时为排气冲程。

首先，对压缩空气导入冲程时的发动机10的状态进行说明。在此冲程时，导入阀26在规定的期间成为开阀状态，而排气阀28成为闭阀状态。随着导入阀26的开阀，压缩空气被导入气缸室14。通过被导入气缸室14的压缩空气的压力，活塞16沿箭头44方向被推压而下降。通过该活塞16的直线运动，曲柄轴20沿顺时针方向旋转。

该压缩空气导入冲程时的导入阀26的开阀状态如图3所示，曲柄轴20的旋转角度仅在30度至105度之间为适宜。在此时刻，导入阀26成为开阀状态，因此可以抑制发动机10的输出降低，并且能够减少被导入的压缩空气量，结果实现运转效率的提高。

接着，对排气冲程时发动机10的状态进行说明。在此冲程时，导入阀26成为闭阀状态，排气阀28在规定的期间，成为开阀状态。残留空气随着排气阀28的开阀被排到外部。此外，在排气阀28为开阀状态时，随着曲柄轴20的旋转(惯性)，通过沿箭头46方向上升的活塞16的运动，残留空气被推出而被排到外部。

该排气冲程时的排气阀28的开阀状态如图3所示，曲柄轴20的旋转角度在185度至355度之间为适宜。在此时刻排气阀28成为开阀状态，因此能够减小对活塞16的运动的阻力，结果能够实现运转效率的提高。

根据本实施方式，在各冲程中，基于曲柄轴20的旋转角度在适宜的时刻使开闭机构动作，因此能够实现发动机10的运转效率的提高。

在本实施方式中，虽然是在曲柄轴20的旋转角度在30度至105度之间的情况下，对导入阀26的开阀状态进行说明，但是本发明并不限定于此构成。在压缩空气导入冲程中，由于利用压缩空气的压力使活塞16驱动，因此可以延长导入阀26的开阀状态的时间，使更多的压缩空气导入气缸室14。

此外，在本实施方式中，虽然在曲柄轴20的旋转角度在185至355度之间的情况下，对排气阀28的开阀状态进行了说明，但是该旋转角度的范围为一例，本发明并没有限定该旋转角度的范围在185度至355度。例如，在压缩空气导入冲程中，也可以当曲柄轴20的旋转角度超过105度之后，即导入阀26关闭之后，排气阀28开阀。

接着，根据图4对另一实施方式的单循环发动机(同样，以下简称为“发动机”)50进行说明。图4是示出了另一方式的发动机50的构成的视图。此外，对与上述实施方式相同的构成要素赋予相同的符号，并省略详细的说明。

该实施方式的发动机50，没有设置如上述实施方式的发动机10那样的开闭排气通路24的开闭机构，即没有设置排气阀28和相当于使其动作的机构的构成。这样，由于没有对应于排气通路24的开闭装置，因此可以实现发动机50的构造的简单化。其结果可以减少故障的发生次数，实现装置的小型化以及轻型化，还能够降低制造成本。以下，对排气通路24的构成进行说明。

排气通路24连接于气缸室14的侧壁14a，即连接于与活塞16的侧面16a相接触的区域的侧壁14a。与活塞16的侧面16a相接触的区域指的是，在上死点以及下死点与侧面16a相接触的侧壁14a的各部分所连接起来的区域，即活塞16的可动区域所对应的领域。

具体来说，排气通路24在完成向气缸室14导入压缩空气而关闭导入阀26时，以通过活塞16的移动而与气缸室14相导通的方式连接于侧壁14a。根据此构成，如上所述，由于没有对应于排气通路24的开闭装置，从而可以实现发动机50的构造的简单化。

下面根据图5、6对如上构成的发动机50的动作以及此时导入阀26的动作进行说明。图5是示出了在活塞16的每个冲程时发动机50的状态的视图，图6是示出了曲柄轴20的旋转角度和导入阀26的动作时间之间的关系的视图。此外，在这些图中，作为一例，对循环为图中的顺时针方向的情况进行说明。

该实施方式的发动机50，与上述实施方式相同，为2冲程单循环的发动机，图5分别示出了压缩空气导入冲程(左侧)时和排气冲程(右侧)时发动机50的状态。此外，在图6中，曲柄轴20的旋转角度为0度时，活塞16处于上死点，其旋转角度为180度时，活塞16处于下死点。而且，如上所述，循环为顺时针方向，因此在图6中，曲柄轴20的旋转角度在0度至180度时，为压缩空气导入冲程，其旋转角度在180度至360度时，为排气冲程。

首先，对压缩空气导入冲程时发动机50的状态进行说明。在该冲程时，导入阀26在规定的期间，成为开阀状态，压缩空气随着导入阀26的开阀被导入气缸室14。在该导入阀26的开阀期间，如图5所示，排气通路24被气缸16的侧面16a堵住，使得与气缸室14的导通被遮断。通过被导入气缸室14的压缩空气的压力，活塞16沿箭头44方向被推压而下降。通过该活塞16的直线运动，曲柄轴20沿顺时针方向旋转。

在该压缩空气导入冲程中，如图6所示，导入阀26的开阀状态在曲柄轴20的旋转角度为30度至105度之间为适宜。因为在此时刻下，导入阀26为开阀状态，因此能够抑制发动机50的输出降低，同时能够减少被导入的压缩空气量，结果可以实现运转效率的提高。

而且，在该压缩空气导入冲程的后半段，要进行残留空气的排气。即，在曲柄轴20的旋转角度变成105度并且导入阀26关闭之后，由于活塞16的下降，被侧面16a堵住的排气通路24与气缸室14相导通。通过该导通，气缸室14的残留空气被排到外部。

接着，对排气冲程时发动机50的状态进行说明。在该冲程时，导入阀26为闭阀状态。随着曲柄轴20的旋转(惯性)，活塞16沿箭头46方向上升。直到排气通路24由于该活塞16的移动而被侧面16a堵住的这段时间，排气通路24和气缸室14相导通，在这段时间里，气缸室14的残留空气被排到外部。

即，排气通路24与气缸室14相导通而可以排出残留空气的状态，如图6所示，是曲柄轴20的旋转角度在105度至255度之间。此外，该旋转角度的范围为一例，本发明并没有限定该角度的范围在105度至255度。只要能使排气通路24和气缸室14在导入阀26关闭之后相导通，例如也可以将排气通路24和侧壁14a的连接位置设置在更下方(下死点侧)。在该情况下，虽然能够排气的状态的时间变短，但是导入阀26的开阀时间变长。另一方面，也可以将排气通路24和侧壁14a的连接位置设置在更上方(上死点侧)。在该情况下，虽然能够排气的状态的时间变长，但是导入阀26的开阀时间变短。

根据该实施方式，由于没有对应于排气的开闭装置，因此可以实现发动机50的构造的简单化。其结果如上所述，能够减少故障的发生次数，实现装置的小型化以及轻型化，还能够降低制造成本。

Claims

1.一种单循环发动机，将活塞的1次往复运动作为单循环，所述活塞的1次往复运动由将压缩气体导入形成于气缸内的气缸室的压缩气体导入冲程、和将被导入气缸室的压缩气体作为残留气体排出的排气冲程所组成，所述单循环发动机的特征在于包括：

导入通路，连接于气缸室，并且将压缩气体导入气缸室；

排气通路，连接于气缸室，并且将气缸室的残留气体排出；以及

开闭机构，基于所述压缩气体导入冲程和所述排气冲程分别开闭导入通路和排气通路。

2.一种单循环发动机，将活塞的1次往复运动作为单循环，所述活塞的1次往复运动由将压缩气体导入形成于气缸内的气缸室的压缩气体导入冲程、和将被导入气缸室的压缩气体作为残留气体排出的排气冲程所组成，所述单循环发动机的特征在于包括：

导入通路，连接于气缸室，并且将压缩气体导入气缸室；

导入阀，基于所述压缩气体导入冲程和所述排气冲程开闭导入通路；

排气通路在完成向气缸室导入压缩空气而关闭导入阀时，以通过活塞的移动而与气缸室相导通的方式连接于气缸室的侧壁。