CN113153477A - 配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具 - Google Patents

配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具 Download PDF

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CN113153477A CN202110468473.4A CN202110468473A CN113153477A CN 113153477 A CN113153477 A CN 113153477A CN 202110468473 A CN202110468473 A CN 202110468473A CN 113153477 A CN113153477 A CN 113153477A
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Abstract

本申请提供一种配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具。该配气机构中，阀套具有阀套高压进气口、阀套低压排气口和阀套输出口；阀芯具有位于阀芯高压排气口和阀芯低压进气口二者第一侧的截头圆锥部，阀套具有位于阀套输出口第一侧的圆台段，圆台段和截头圆锥部的二者的中轴线均与阀芯轴线重叠，圆台段与截头圆锥部贴合；阀芯的第二侧区段具有第一受力部以使圆台段与截头圆锥部气密贴合。本申请的配气机构能够有效抑制漏气，提高效率。

Description

配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年11月9日申请的专利申请号为CN 202011237778.6且发明名称为“配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具”的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请属于动力机械技术领域，具体涉及一种配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具。
背景技术
活塞式气动机，其中设置有配气机构和气缸，配气机构控制高压气体进入气缸从而推动气缸内的活塞做功并将推动活塞做功后产生发乏气排出。配气机构的密封性是否良好，对活塞式气动机的效率有很大影响。因此，如何提高配气机构的密封性成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种配气机构、活塞式气动机、动力系统和交通工具。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种配气机构，包括阀芯和阀套，所述阀芯套设于所述阀套内且所述阀芯能够环绕阀芯轴线旋转，
所述阀芯内部具有高压进气通道和低压排气通道，所述高压进气通道在所述阀芯表面形成阀芯高压进气口和阀芯高压排气口，所述低压排气通道在所述阀芯表面形成阀芯低压进气口和阀芯低压排气口，所述阀套具有阀套高压进气口、阀套低压排气口和阀套输出口；
当所述阀芯环绕所述阀芯轴线旋转至第一角度范围时，所述阀套高压进气口经所述高压进气通道与所述阀套输出口相通，所述阀套低压排气口与所述阀套输出口不连通；
当所述阀芯环绕所述阀芯轴线旋转至第二角度范围时，所述阀套低压排气口经所述低压排气通道与所述阀套输出口相通，所述阀套高压进气口与所述阀套输出口不连通；
当所述阀芯环绕所述阀芯轴线旋转至第三角度范围时所述阀套高压进气口、阀套低压排气口二者均与所述阀套输出口不连通；
所述阀芯具有位于所述阀芯高压排气口和所述阀芯低压进气口二者第一侧的截头圆锥部，所述截头圆锥部的底面朝向所述高压进气通道和所述低压排气通道，所述阀套具有位于所述阀套输出口第一侧的圆台段，所述圆台段呈圆台形的侧面状，所述圆台段和所述截头圆锥部的二者的中轴线均与所述阀芯轴线重叠，所述圆台段的侧面与所述截头圆锥部的侧面贴合；
所述阀芯的第二侧区段具有第一受力部，所述第一受力部用于接收使所述截头圆锥部与所述圆台段气密切合的推力；
所述阀芯还具有位于所述截头圆锥部第一侧的第二受力部，所述第二受力部用于受控带动所述阀芯环绕所述阀芯轴线旋转，所述第一侧和所述第二侧为相反方向的两侧。
在一些实施例中，还包括具有输出轴的驱动部件，所述驱动部件的输出轴与所述第二受力部固定连接，所述输出轴与所述阀芯同轴，所述驱动部件用于驱动所述阀芯环绕所述阀芯轴线旋转。
在一些实施例中，所述驱动部件包括步进电机。
在一些实施例中，所述第一受力部与所述阀套之间形成压力腔室，所述第一受力部背向所述第二受力部的受力面垂直于阀芯轴线，所述压力腔室用于接收高压液体或高压气体。
在一些实施例中，所述阀套上形成有至少一个第一凹槽环，所述第一凹槽环环绕所述阀芯，所述第一凹槽环的开口朝向所述阀芯，在所述第一凹槽环内设置有弹性的配气密封环，所述配气密封环超出所处第一凹槽环并与所述阀芯气密接触。
在一些实施例中，所述配气密封环的材料包括：聚氨酯。
在一些实施例中，所述配气密封环具有相对的顶面和底面，所述配气密封环的顶面上形成有第二凹槽环，所述第二凹槽环环绕所述阀芯，沿所述顶面指向所述底面的方向所述第二凹槽环的与所述阀芯相对的表面逐渐远离所述阀芯。
在一些实施例中，经过所述阀芯轴线的任意平面与所述第二凹槽环的截面呈V型。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种配气机构，包括：第一阀芯、第一阀套、第二阀芯、第二阀套、第一联轴器、第一推力结构、第二推力结构和传动件；
所述第一阀芯套设于所述第一阀套内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯套设于所述第二阀套内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯和所述第二阀芯均呈截头圆锥状，所述第一联轴器穿过所述第一阀套和第二阀套二者的阀套壁且连接所述第一阀芯的底部和所述第二阀芯的底部，以使所述第一阀芯和所述第二阀芯的转速相等；
所述第一阀芯具有高压进气通道，所述高压进气通道在所述第一阀芯表面形成阀芯高压进气口和阀芯高压排气口，所述第一阀套具有阀套高压进气口和阀套高压排气口，所述第二阀芯具有低压排气通道，所述低压排气通道在所述第二阀芯表面形成阀芯低压进气口和阀芯低压排气口，所述第二阀套具有阀套低压进气口和阀套低压排气口；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第四角度范围时，所述阀套高压进气口经所述高压进气通道与所述阀套高压排气口相通，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第五角度范围时，所述阀套低压进气口经所述低压排气通道与所述阀套低压排气口相通，所述阀套高压进气口与所述阀套高压排气口不连通；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第六角度范围时，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通，且所述阀套高压进气口与所述阀套高压排气口不连通；
所述第一阀芯能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套具有第一圆台段，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯以使所述第一阀芯与所述第一圆台段保持气密贴合；
所述第二阀套具有第二圆台段，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯以使所述第二阀芯与所述第二圆台段保持气密贴合；
所述传动件与所述第一阀芯的顶部相连并延伸出所述第一阀套，所述传动件用于受控而带动所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转。
在一些实施例中，所述第一阀芯轴线和所述第二阀芯轴线为同一条直线，且所述第一阀芯的底面与所述第二阀芯的底面相对。
在一些实施例中，所述传动件呈柱状且所述传动件的第一端部通过第二联轴器与所述第一阀芯的顶部相连，以使所述传动件与所述第一阀芯同轴且转速相等；所述第一阀套与所述第一阀芯的顶部相对的阀套壁为传动阀套壁，所述传动阀套壁上安设有轴承，所述轴承的轴承外圈相对于所述传动阀套壁固定设置，所述轴承的轴承内圈固定在所述传动件上，所述传动件的第二端部延伸出所述第一阀套；或者，
所述传动件呈柱状且所述传动件的第一端部通过第二联轴器与所述第二阀芯的顶部相连，以使所述传动件与所述第二阀芯同轴且转速相等；所述第二阀套与所述第二阀芯的顶部相对的阀套壁为传动阀套壁，所述传动阀套壁上安设有轴承，所述轴承的轴承外圈相对于所述传动阀套壁固定设置，所述轴承的轴承内圈固定在所述传动件上，所述传动件的第二端部延伸出所述第二阀套。
在一些实施例中，所述第一推力结构为形成在所述第一阀芯的底面以及与所述第一阀芯的底面相对的第一阀套的阀套壁之间的第一高压油腔室，所述第一阀套上还开设有用于向所述第一高压油腔室供油的第一进油口；所述第二推力结构为形成在所述第二阀芯的底面以及与所述第二阀芯的底面相对的第二阀套的阀套壁之间的第二高压油腔室，所述第二阀套上还开设有用于向所述第二高压油腔室供油的第二进油口。
在一些实施例中，所述气缸内与工质气体接触的表面均由绝热材料形成。
在一些实施例中，所气缸的气缸壁包括金属气缸壁层和设置在所述金属气缸壁层内表面上的工程塑料层。
在一些实施例中，所述气缸内设置有活塞，所述活塞由绝热材料形成。
在一些实施例中，形成所述活塞的材料包括工程塑料。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种配气机构，包括：第一阀芯、第一阀套、第二阀芯、第二阀套、第一联轴器、第一推力结构、第二推力结构和传动件；
所述第一阀芯套设于所述第一阀套内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯套设于所述第二阀套内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯和所述第二阀芯均呈截头圆锥状，所述第一联轴器穿过所述第一阀套和第二阀套二者的阀套壁且连接所述第一阀芯的顶部和所述第二阀芯的顶部，以使所述第一阀芯和所述第二阀芯的转速相等；
所述第一阀芯具有高压进气通道，所述高压进气通道在所述第一阀芯表面形成阀芯高压进气口和阀芯高压排气口，所述第一阀套具有阀套高压进气口和阀套高压排气口，所述第二阀芯具有低压排气通道，所述低压排气通道在所述第二阀芯表面形成阀芯低压进气口和阀芯低压排气口，所述第二阀套具有阀套低压进气口和阀套低压排气口；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第七角度范围时，所述阀套高压进气口经所述高压进气通道与所述阀套高压排气口相通，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第八角度范围时，所述阀套低压进气口经所述低压排气通道与所述阀套低压排气口相通，所述阀套高压进气口与所述阀套高压排气口不连通；
当所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转至第九角度范围时，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通，且所述阀套高压进气口与所述阀套高压排气口不连通；
所述第一阀芯能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套具有第一圆台段，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯以使所述第一阀芯与所述第一圆台段保持气密贴合；
所述第二阀套具有第二圆台段，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯以使所述第二阀芯与所述第二圆台段保持气密贴合；
所述传动件与所述第一阀芯的底部相连并延伸出所述第一阀套，所述传动件用于受控而带动所述第一阀芯环绕所述第一阀芯轴线旋转；或者，所述传动件与所述第二阀芯的底部相连并延伸出所述第二阀套，所述传动件用于受控而带动所述第二阀芯环绕所述第二阀芯轴线旋转；
其中，在所述第一阀芯的顶面以及与所述第一阀芯顶面相对的第一阀套的阀套壁之间形成第一高压油腔室，所述第一阀套上还开设有用于向所述第一高压油腔室供油的第一进油口；在所述第二阀芯的顶面以及与所述第二阀芯的顶面相对的第二阀套的阀套壁之间形成第二高压油腔室，所述第二阀套上还开设有用于向所述第二高压油腔室供油的第二进油口。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种活塞式气动机，包括气缸和为所述气缸配气的配气机构，所述气缸内设置有活塞以及与所述活塞固定连接的活塞密封环，所述活塞密封环环绕所述活塞且与所述气缸内壁气密接触，所述活塞密封环的材料包括聚氨酯。
在一些实施例中，所述活塞的顶部中心区域向上凸起成高台部，所述活塞密封环的数量为1环且环绕所述高台部。
在一些实施例中，在所述活塞的顶部固定设置有压盖以覆盖所述活塞的顶部暴露于工质气体的表面，所述压盖的材料包括硬质聚合物。
在一些实施例中，所述硬质聚合物包括聚四氟乙烯。
在一些实施例中，所活塞密封环具有相对的顶面的底面，所述活塞密封环的顶面朝向所述气缸顶部，所述活塞密封环的顶面上开设有第三凹槽环，所述第三凹槽环环绕所述活塞，沿所述活塞密封环顶面到所述活塞密封环底面的方向所述第三凹槽环的与所述气缸侧壁相对的表面逐渐远离所述气缸侧壁。
在一些实施例中，经过所述气缸的气缸轴线的任意平面与所述第三凹槽环的截面呈V型。
在一些实施例中，所述气缸的数量至少为一个，所述配气机构的数量至少为一个，所述气缸与所述配气机构一一对应，且所述配气机构为前述的配气机构。
在一些实施例中，所述活塞式气动机的工质气体包括二氧化碳气体。
在一些实施例中，还包括绝热层，所述绝热层设置在所述气缸的内侧面上，和/或，设置在所述气缸的顶盖内表面上。
在一些实施例中，所述绝热层的材料包括：工程塑料。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种活塞式气动机，包括至少一个气缸和至少一个配气机构，所述气缸与所述配气机构一一对应，所述配气机构为前述的配气机构，所述气缸的顶部形成有气缸进出气口，所述阀套输出口与对应的气缸进出气口相通。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种活塞式气动机，包括至少一个气缸和至少一个配气机构，所述气缸与所述配气机构一一对应，所述配气机构为前述的配气机构，所述气缸的顶部形成有气缸进气口和气缸排气口，所述气缸进气口与对应的阀套高压排气口相通，所述气缸排气口与对应的阀套低压进气口相通。
在一些实施例中，还包括：驱动部件，所述驱动部件与所述传动件相连，以驱动所述第一阀芯旋转。
在一些实施例中，所述驱动部件包括：步进电机。
在一些实施例中，所述驱动部件包括同步带，所述活塞式气动机还包括曲轴，所述传动件通过同步带与所述曲轴相连，以使所述第一阀芯的转速与所述曲轴转速相等。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种动力系统，包括蒸汽发生器和前述的活塞式气动机，所述蒸汽发生器用于产生高压工质气体，并将所述高压工质气体输出至所述阀套高压进气口。
在一些实施例中，所述高压工质气体包括二氧化碳气体。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种交通工具，其特征在于，包括前述的动力系统。
在一些实施例中，所述交通工具具体为船舶，所述活塞式气动机用于驱动螺旋桨；所述冷凝器为壳管式冷凝器，所述船舶还包括冷水采集装置，用于采集所述船舶所处环境的冷水并驱动至所述冷凝器的管程以对所述冷凝器壳程中的所述乏气进行冷凝。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：第一受力部受到指向第二受力部方向的推力时，可以使得截头圆锥部与圆台段气密切合，二者之间不存在装配间隙，从而避免截头圆锥部与圆台段之间存在漏气的缝隙。即使截头圆锥部存在磨损，由于第一受力部始终能够受到指向第二受力部方向的推力，对磨损有自动补偿的功能，仍能保证截头圆锥部与圆台段之间良好的气密性。
附图说明
图1是根据本申请实施例的配气机构以及其参与构成的活塞式气动机的剖面图。
图2是图1所示活塞式气动机沿AA线的剖面图。
图3是传统活塞式气动机的剖面图。
图4是根据本申请实施例的动力系统的结构示意图。
图5是根据本申请的另外一些实施例提供的配气机构的结构示意图。
图6是包含图5所示配气机构的活塞式气动机的结构示意图。
图7是根据本申请实施例的气缸的气缸壁的结构示意图。
图8是根据本申请实施例的气缸内活塞相关结构的结构示意图。
图9是根据本申请另一实施例的配气机构的结构示意图。
其中，1、阀芯；11、高压进气通道；111、阀芯高压进气口；112、阀芯高压排气口；12、低压排气通道；121、阀芯低压进气口；122、阀芯低压排气口；13、截头圆锥部；14、第一受力部；15、第二受力部；16、压力腔室；17、轴套；18、配气密封环；2、阀套；21、阀套高压进气口；22、阀套低压排气口；23、阀套输出口；24、圆台段；25、第一凹槽环；3、驱动部件；31、输出轴；4、气缸；40、气缸进出气口；41、绝热层；5、活塞；51、高台部；6、活塞密封环；61、导向环；7、压盖；8、销孔；D、蒸汽发生器；E、活塞式气动机；H、螺旋桨；G、冷凝器；A1、工质储液罐；A2、储气罐；S1、第一阀门；S2、第二阀门；S3、第三阀门；1a、第一阀芯；11a、高压进气通道；111a、阀芯高压进气口；112a、阀芯高压排气口；12a、传动件；1411、1413、轴承外圈；1412、1414、轴承内圈；15a、阀轮；16a、曲轴轮；2a、第一阀套；21a、阀套高压进气口；22a、阀套高压排气口；23a、第一圆台段；24a、传动阀套壁；166、同步带；9、曲轴；91、连杆；1b、第二阀芯；11b、低压排气通道；111b、阀芯低压进气口；112b、阀芯低压排气口；2b、第二阀套；21b、阀套低压进气口；22b、阀套低压排气口；23b、第二圆台段；92、第一联轴器；93、第二联轴器；94、第三联轴器；42、气缸进气口；43、气缸排气口；29a、第一进油口；29b、第二进油口；44、金属气缸壁层；45、工程塑料层；3a、第一高压油腔室；3b、第二高压油腔室；1001、第一弹簧；1002、第二弹簧；2001、高压油管；12b、支撑柱；24b、支撑阀套壁。
具体实施方式
在本申请中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，但是并不排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
下面结合附图所示的实施例对本申请作进一步说明。
如附图1和图2所示，本申请的实施例提供一种配气机构，包括阀芯1和阀套2，阀芯1套设于阀套2内且能够环绕阀芯轴线旋转。
即本申请的实施例中，阀套2为固定件，阀芯1为转动件。按照图2当前视角，阀芯1能够顺时针旋转或逆时针旋转。
阀芯1内部具有高压进气通道11和低压排气通道12，高压进气通道11在阀芯1表面形成阀芯高压进气口111和阀芯高压排气口112，低压排气通道12在阀芯1表面形成阀芯低压进气口121和阀芯低压排气口122，阀套2具有阀套高压进气口21、阀套低压排气口22和阀套输出口23。
当所述阀芯1环绕所述阀芯轴线旋转至第一角度范围时，所述阀套高压进气口21经所述高压进气通道11与所述阀套输出口23相通，所述阀套低压排气口22与所述阀套输出口23不连通；
当所述阀芯1环绕所述阀芯轴线旋转至第二角度范围时，所述阀套低压排气口22经所述低压排气通道12与所述阀套输出口23相通，所述阀套高压进气口21与所述阀套输出口23不连通；
当所述阀芯1环绕所述阀芯轴线旋转至第三角度范围时所述阀套高压进气口21、阀套低压排气口22二者均与所述阀套输出口23不连通。
阀套高压进气口21用于接收外部的高压气体，例如参考图4，阀套高压进气口21从蒸汽发生器D接收高压工质气体。当阀芯高压进气口111和阀套高压进气口21相通，并且阀芯高压排气口112与阀套输出口23相通时，高压工质气体能够通过阀套输出口23进入气缸4，从而推动活塞5做功。
具体地，阀芯高压进气口111是360°环绕阀芯轴线的，阀套高压进气口21是环绕阀芯轴线一部分角度的，那么无论阀芯如何旋转，外部的蒸汽发生器D所提供的高压工质气体是能够持续地输入至阀芯高压进气通道11的。
高压工质气体推动活塞5做功后得到的乏气会经阀套输出口23、阀芯1低压排气通道12、阀芯低压排气口122和阀套低压排气口22排放出去。
图1和图2所示的状态下，配气机构处于向外排放乏气的阶段。阀芯1环绕阀芯轴线旋转，从而使得阀芯高压排气口112与阀芯1低压进气口121交替地与阀套输出口23连通，也就相当于阀芯1高压进气通道11与阀芯1低压排气通道12交替地与气缸4连通。
需要说明的是，为使得配气机构正常工作，当阀芯1高压进气通道11与阀套输出口23连通时，应当满足阀芯1高压进气通道11也与阀套高压进气口21连通；当阀芯1低压排气通道12与阀套输出口23连通时，应当满足阀芯1低压排气通道12也与阀套低压排气口22连通。
本申请对阀芯1高压进气通道11与阀芯1低压配气通道的位置、形状和尺寸不做限定。例如存在一种变式，阀芯高压进气口111与阀套高压进气口21都是仅环绕阀芯轴线的一部分角度范围，那么外部的蒸汽发生器D所提供的高压工质气体是间断地输入至阀芯高压进气通道11的。
本申请对以上各个角度范围不做限定。例如以某一状态为0°角的位置，那么第一角度范围例如是0°至90°，第三角度范围例如是90°至270°，第二角度范围例如是270°至360°。也就是首先高压工质气体首先注入气缸内，然后在气缸内充分扩散，最后再将乏汽排出。
阀芯1具有位于阀芯高压排气口112和阀芯1低压进气口121二者第一侧的截头圆锥部13，截头圆锥部13的底面朝向高压进气通道11和低压排气通道12(换言之，高压进气通道11和低压排气通道12位于截头圆锥部13底面所处平面的一侧，截头圆锥部13的顶面位于截头圆锥部13底面所处平面的另一侧)，阀套2具有位于阀套输出口23第一侧的圆台段24，圆台段呈圆台形的侧面状，圆台段24和截头圆锥部13的二者的中轴线均与阀芯轴线重叠，圆台段24的侧面与截头圆锥部13的侧面贴合。
阀芯1的第二侧的区段具有第一受力部14，第一受力部14能够接收使截头圆锥部13与圆台段24气密切合的推力。
阀芯1还具有位于截头圆锥部13第一侧的第二受力部15，第二受力部15用于受控带动阀芯1环绕阀芯轴线旋转。
以上第一侧和第二侧是相反方向的两侧，按照图1当前视角，第一侧为右侧，第二侧为左侧。
第一受力部14受到指向第二受力部15方向的推力时，可以使得截头圆锥部13与圆台段24气密切合，二者之间不存在装配间隙，从而避免截头圆锥部13与圆台段24之间存在漏气的缝隙。即使截头圆锥部13存在磨损，由于第一受力部14始终能够收到指向第二受力部15方向的推力，对磨损有自动补偿的功能，仍能保证截头圆锥部13与圆台段24之间良好的密封性，配气机构内的高压工质气体不会泄露至第二受力部15所处空间(通常为大气环境)。密封性的提高，这能够提高活塞式气动机E的效率。
具体地，图1中阀芯1的末端固定在轴套17内。
在一些实施例中，配气机构还包括具有输出轴31的驱动部件3，驱动部件3的输出轴31与第二受力部15固定连接，输出轴31与阀芯1同轴，驱动部件3用于驱动阀芯1环绕阀芯轴线旋转。即由驱动部件3带动阀芯1环绕阀芯轴线旋转，从而使得阀芯1高压进气通道11与阀芯1低压排气通道12交替地与阀套输出口23连通(也就相当于在活塞式气动机E中使得阀芯1高压进气通道11与阀芯1低压排气通道12交替地与气缸4连通)。
例如，驱动部件3包括步进电机。如此，阀芯1的转速精确可控。在后述的应用中，阀芯1旋转的周期也就是对应的活塞5运动的周期，从而使得活塞5运动的周期精确可控。
在一些实施例中，第一受力部14与阀套2之间形成压力腔室16，第一受力部14背向第二受力部15的受力面垂直于阀芯轴线，压力腔室16用于接收高压液体或高压气体。
即采用高压液体或高压气体推动阀芯1沿阀芯轴线方向抵住阀套2，从而使得阀芯1的截头圆锥部13紧贴阀套2的圆台段24，这能够使得阀芯1受力更加均匀，且方向一致，提高截头圆锥部13与圆台段24之间的密封性。
在一些实施例中，阀套2上形成有至少一个第一凹槽环25，第一凹槽环25环绕阀芯1，第一凹槽环25的开口朝向阀芯1，在第一凹槽环25内设置有弹性的配气密封环18，配气密封环18超出所处第一凹槽环25并与阀芯1气密接触。
配气密封环18的作用是防止配气机构在运转过程中高压的工质气体沿阀芯1与阀套2之间的装配缝隙泄露，从而提高活塞式气动机E的效率。由于配气密封环18的材质为弹性的材料，即使阀芯1的旋转造成配气密封环18朝向阀芯1一侧的表面产生磨损，仍能保持配气密封环18与阀芯1之间的气密接触。
在一些实施例中，配气密封环18的材料包括：聚氨酯。
聚氨酯具有优异的耐磨性和一定的弹性，随着阀芯1旋转造成配气密封环18的磨损能够得到自动的补偿。特别的，当活塞式气动机E采用二氧化碳气体作为工质气体时，高压工质气体与与其在气缸4内做功后得到的乏气之间的压力差是很大的，本申请的发明人在众多的合成橡胶材料(例如氟橡胶、丁晴橡胶、硅胶等)进行试验，发现只有聚氨酯材料能抵抗爆发性减压造成的破坏，而其他合成橡胶材料表面容易产生气泡和破裂等不良。加之二氧化碳具有很强的溶解性，微小的裂痕会造成严重的漏气。故当选用二氧化碳气体作为工质气体时，配气密封环18的材质优选包含聚氨酯。
在一些实施例中，配气密封环18具有相对的顶面和底面，配气密封环18的顶面上形成有第二凹槽环，第二凹槽环环绕阀芯1沿顶面指向底面的方向，第二凹槽环的与阀芯1相对的表面逐渐远离阀芯1。
显然，第二凹槽环的开口方向应当指向高压气体区域的方向，高压气体区域内的漏气将推动第二凹槽环产生弹性形变，从而使得配气密封环18与阀芯1和阀套2贴合得更加紧密。
具体的，以下以图1为例说明第二凹槽环的开口朝向。
压力腔室16内的高压液体或高压气体的压力显然大于阀芯高压进气口111附近阀芯1与阀套2缝隙内的气体压力，故如在压力腔室16与阀芯高压进气口111之间设置配气密封环18，则该配气密封环18上的第二凹槽环的开口方向朝向压力腔室16一侧。
阀芯高压进气口111附近阀套2与阀芯1之间缝隙内的气压压力大于阀芯低压排气口122附近阀套2与阀芯1之间缝隙内的气体压力，故如在阀芯高压进气口111与阀芯低压排气口122之间设置配气密封环18，则该配气密封环18上的第二凹槽环的开口方向朝向阀芯高压进气口111一侧。
阀芯低压排气口122附近阀套2与阀芯1之间缝隙内的气压小于高压进气时阀芯高压排气口112附近阀套2与阀芯1之间缝隙内的气压，该压力差造成的漏气较为严重，故如在阀芯低压排气口122与阀芯高压排气口112之间设置配气密封环18，则该配气密封环18上的第二凹槽环的开口方向朝向阀芯高压排气口112一侧。
阀芯高压排气口112附近阀芯1与阀套2之间缝隙内的高压气体的气压是大于第二受力部15附近阀芯1与阀套2之间缝隙内的气压的，故如在第二受力部15处设置配气密封环18，则第二凹槽环的开口方向朝向阀芯高压排气口112一侧。
为使得配气密封环18的密封效果优异，且便于加工，经过阀芯轴线的任意平面与第二凹槽环的截面呈V型。
参考图5和图6，本申请的实施例还提供一种配气机构，包括：第一阀芯1a、第一阀套2a、第二阀芯1b、第二阀套、第一联轴器92、第一推力结构、第二推力结构和传动件12a；
所述第一阀芯1a套设于所述第一阀套2a内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯1b套设于所述第二阀套内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯1a和所述第二阀芯1b均呈截头圆锥状，所述第一联轴器92穿过所述第一阀套2a和第二阀套二者的阀套壁且连接所述第一阀芯1a的底部和所述第二阀芯1b的底部，以使所述第一阀芯1a和所述第二阀芯1b的转速相等；
所述第一阀芯1a具有高压进气通道11a，所述高压进气通道11a在所述第一阀芯1a表面形成阀芯高压进气口111a和阀芯高压排气口112a，所述第一阀套2a具有阀套高压进气口21a和阀套高压排气口22a，所述第二阀芯1b具有低压排气通道11b，所述低压排气通道11b在所述第二阀芯1b表面形成阀芯低压进气口111b和阀芯低压排气口112b，所述第二阀套具有阀套低压进气口和阀套低压排气口；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第四角度范围时，所述阀套高压进气口21a经所述高压进气通道11a与所述阀套高压排气口22a相通，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第五角度范围时，所述阀套低压进气口经所述低压排气通道11b与所述阀套低压排气口相通，所述阀套高压进气口21a与所述阀套高压排气口22a不连通；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第六角度范围时，所述阀套低压进气口与所述阀套低压排气口不连通，且所述阀套高压进气口21a与所述阀套高压排气口22a不连通；
所述第一阀芯1a能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯1b能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套2a具有第一圆台段23a，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯1a的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯1a以使所述第一阀芯1a与所述第一圆台段23a保持气密贴合；
所述第二阀套具有第二圆台段，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯1b的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯1b以使所述第二阀芯1b与所述第二圆台段保持气密贴合；
所述传动件12a与所述第一阀芯1a的顶部相连并延伸出所述第一阀套2a，所述传动件12a用于受控而带动所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转。
为简化图纸，图6中仅示出了图5提供的配气机构的第一阀套2a和第二阀套2b的外围结构。
第一推力结构的作用是使得第一截头圆锥部14a与第一圆台段23a始终保持气密贴合，第二推力结构的作用使得第二截头圆锥部14b与第二圆台段23b始终保持气密贴合。这与前述实施例是基于相同的发明构思。第一推力结构和第二推力结构例如分别由弹簧构成，或者由电机提供推力。
进一步，相比前述实施例的结构，由于高压进气通道11a和低压排气通道11b在物理上是分别位于不同的阀套内，二者之间的热传导是被阻断的，避免工质气体的热损失，可提高其制成的活塞式气动机的热效率。
进一步，相比于前述实施例的结构，由于高压进气通道11a和低压排气通道11b在物理上是分别位于不同的阀套内，避免了二者之间串气，减少工质气体的气压的损失，可提高其制成的活塞式气动机的热效率。
在一些实施例中，所述第一阀芯轴线和所述第二阀芯轴线为同一条直线。如此可以简化联轴器的设计，降低第一联轴器92的结构复杂性。本申请对各联轴器的结构不作限定，均可以按照现有技术进行设计，只要能够保证联轴器所连接的两个结构能够保持旋转的角速度相等且该两个结构(或者其中一个结构)能够沿各自转轴的延伸方向移动即可。
在一些实施例中，所述传动件12a呈柱状且所述传动件12a的第一端部通过第二联轴器93与所述第一阀芯1a的顶部相连，以使所述传动件12a与所述第一阀芯1a同轴且转速相等；所述第一阀套2a与所述第一阀芯1a的顶部相对的阀套壁为传动阀套壁24a，所述传动阀套壁24a上安设有轴承，所述轴承的轴承外圈1411相对于所述传动阀套壁24a固定设置，所述轴承的轴承内圈1412固定在所述传动件12a上，所述传动件12a的第二端部延伸出所述第一阀套2a。
也即是外部的驱动部件直接驱动第一阀芯1a旋转，再由第一阀芯1a带动第二阀芯1b旋转。
当然，也可以用是外部的驱动部件直接驱动第二阀芯1b旋转，再由第二阀芯1b带动第一阀芯1a旋转。
也即是，所述传动件12a呈柱状且所述传动件12a的第一端部通过第二联轴器93与所述第二阀芯1b的顶部相连，以使所述传动件12a与所述第二阀芯1b同轴且转速相等；所述第二阀套与所述第二阀芯1b的顶部相对的阀套壁为传动阀套壁24a，所述传动阀套壁24a上安设有轴承，所述轴承的轴承外圈1411相对于所述传动阀套壁24a固定设置，所述轴承的轴承内圈1412固定在所述传动件12a上，所述传动件12a的第二端部延伸出所述第二阀套。
在一些实施例中，所述第一推力结构为形成在所述第一阀芯1a的底面以及与所述第一阀芯1a的底面相对的第一阀套2a的阀套壁之间的第一高压油腔室3a，所述第一阀套2a上还开设有用于向所述第一高压油腔室3a供油的第一进油口29a；所述第二推力结构为形成在所述第二阀芯1b的底面以及与所述第二阀芯1b的底面相对的第二阀套的阀套壁之间的第二高压油腔室3b，所述第二阀套上还开设有用于向所述第二高压油腔室3b供油的第二进油口29b。
使用时，将高压油通入第一阀芯1a的底面与第一阀套2a之间，并将高压油通入第二阀芯1b的底面与第二阀套之间。高压油的作用是保证第一阀芯1a与第一阀套2a的第一圆台段23a气密贴合，第二阀芯1b与第二阀套的第二圆台段气密贴合，并且渗入第一阀芯1a与第一圆台段23a之间的间隙，使得第一阀芯1a与第一圆台段23a之间具有一定的润滑效果，渗入第二阀芯1b与第二圆台段之间的缝隙，使得第二阀芯1b与第二圆台段之间具有一定的润滑效果。同时，高压油还起到辅助密封的作用。
以下对活塞式气动机E的改进特别适用于二氧化碳气体作为工质气体的场景。在众多低沸点液体中，从蒸汽压力，臭氧破坏，全球变暖系数，无毒无味、无腐蚀、不易燃、不易爆，成本等众多方面考虑试验，二氧化碳作为优选的压力工质。
参考图1，本申请的实施例还提供一种活塞式气动机E，包括气缸4和为气缸4配气的配气机构，气缸4内设置有活塞5以及与活塞5固定连接的活塞密封环6，活塞密封环6环绕活塞5且与气缸4内壁气密接触，活塞式气动机E的工质气体包括二氧化碳气体，活塞密封环6的材料包括聚氨酯。
经申请的发明人反复试验，采用的聚氨酯材料的活塞密封环6有以下优点：优异的耐磨性和一定的弹性。在已知的人工合成橡胶塑料类材料中，聚氨酯是最耐磨的，且因其自身具有一定弹性，使其在使用过程中可随磨损自动补偿，使活塞密封环6始终紧贴于气缸4壁侧壁内表面，能够实现零泄漏，这是其他人工合成橡胶材料所不具备的特点。
活塞式气动机E膨胀做功所产生的乏气被排出之后，气缸4内气压显著降压，称为爆发性减压。进一步本申请的发明人对市面上的其他合成橡胶材料(如氟橡胶、丁腈橡胶、硅胶等)制成的活塞密封环6进行实验，发现除聚氨酯外，其他合成橡胶材料无法耐受二氧化碳爆发性减压造成的破坏。在其他的合成橡胶制成的活塞密封环6表面上会出现起泡和破裂现象。特别地，二氧化碳气体在合成橡胶材料内具有很强的溶解性，活塞密封环6上微小的损伤会造成严重的漏气。故本申请特别提出，当采用二氧化碳气体作为工质气体时，活塞密封环6的材料应包含聚氨酯。
在一些实施例中，活塞5的顶部中心区域向上凸起成高台部51，活塞密封环6的数量为1环且环绕高台部51。
传统活塞密封环6采用钢制环，如出现缺油断环、卡缸等情况，很容易造成气缸4侧壁的磨损和划伤。这就需要更换气缸4，维修成本上升。而聚氨酯材料制成的活塞密封环6能够避免对气缸4侧壁内表面的划伤。传统的活塞式气动机E为防止漏气，常采用3道钢制环进行密封，进一步造成对气缸4侧壁内表面的磨损加重。本申请的实施例中，如采用聚氨酯材料制作活塞密封环6，仅需一环即可实现良好的密封效果。
进一步将活塞密封环6安装在活塞5顶部，也便于对活塞5环进行更换。
具体地，活塞5的顶部中心区域向上凸出形成一高台，活塞密封环6环绕该高台。
在一些实施例中，在活塞5的顶部固定设置有压盖7以覆盖活塞5的顶部暴露于工质气体的表面，压盖7的材料包括硬质聚合物。压盖还有固定活塞密封环的作用。
传统活塞式气动机E中的活塞5是用合金铝制作的，其具有很高的导热率。当采用二氧化碳气体作为工质气体时，气缸4进气温度通常在40℃附近，排气温度在-5℃附近，温差较大，而且二氧化碳蒸汽压对温度相当敏感。当高温高压二氧化碳气体从气缸4顶部刚进入气缸4时，温度如为40℃，对应气压9.6MPa。随着二氧化碳气体膨胀做功，活塞5到达下止点时，二氧化碳气体可温降至-5℃，对应蒸汽压为3MPa。如果此时活塞5顶部仍然是金属材质，低温会迅速传于其中，当下一个行程开始时，则活塞5顶部需要额外吸收压缩气体的温度，导致蒸汽压力的下降损失。所以如选用传统金属活塞5，需要在活塞5顶部加盖一层硬质聚合物做顶部的外壳(本申请称为压盖7)。选用硬质聚合物作为压盖7的材料主要是利用其绝热的特性。
在图1所示的实施例中，压盖7还起到固定活塞密封环(6)的作用。
本申请的一实施例中采用聚四氟乙烯材料制作压盖7。如此能够杜绝热量从工质气体向活塞5的传递，使工质气体膨胀过程尽量接近于绝热膨胀，提高活塞式气动机E的效率。
在一些实施例中，所活塞密封环6具有相对的顶面的底面，活塞密封环6的顶面朝向气缸4顶部，活塞密封环6的顶面上开设有第三凹槽环，第三凹槽环环绕活塞5，沿活塞密封环6顶面到活塞密封环6底面的方向第三凹槽环的与气缸4侧壁相对的表面逐渐远离气缸4侧壁。
当高压二氧化碳气体进入气缸4推动活塞5做功时，高压二氧化碳使得活塞密封环6与气缸4侧壁贴合的紧密。且二氧化碳气压越大，活塞密封环6与气缸4侧壁的贴合越紧密。有效防止气体泄漏，提高活塞式气动机E的效率。
例如，经过气缸4的气缸轴线的任意平面与第三凹槽环的截面呈V型。当然该截面也可以是半圆形。
在一些实施例中，参考图1，气缸4的数量至少为一个，配气机构的数量至少为一个，气缸4与配气机构一一对应，且配气机构为前述的配气机构。具体地，所述气缸4的顶部形成有气缸进出气口40，所述阀套输出口23与对应的气缸进出气口40相通。
传统的活塞式气动机E是多个气缸4对应一个配气阀，这会产生明显的余隙间隙。而在本申请的实施例中，配气机构与气缸4一一对应，配气机构提供的高压二氧化碳气体直接排入气缸4中，避免了余隙间隙，提高活塞式气动机E的效率。加之本申请的实施例所提供的配气机构的漏气得到很好的抑制，也有利于提高活塞式气动机E的效率。
在一些实施例中，还包括绝热层41，绝热层41设置在气缸4的内侧面上，和/或，设置在气缸4的顶盖内表面上。
在气缸4内部设置绝热层41，一方面是因为在采用二氧化碳气体作为工质气体时，其刚进入气缸4时的温度一般在40℃左右，其做功完成被排出气缸4时的温度一般在-5℃左右，大多数的绝热材料能够承受这样的温度范围；另一方面二氧化碳气体高温状态与低温状态的温度变化范围非常小且气压对温度非常敏感，微弱的热能散失或冷能的散失都会对活塞式气动机E的效率产生较大的影响，故需要在气缸4内部设置绝热层41。如此，能够保证进入气缸4的高温气体不会产生明显的温度下降，保证排出气缸4的低温气体不会产生明显的温度上升，保持进气与排气之间由足够的压差，避免传统金属气缸壁对温度的中和。
图1所示示意图中气缸4的顶盖部分没有特别示出，容易理解按照图1当前视角，部分绝热层41位于气缸4的顶盖的下表面上。
在一些实施例中，绝热层41的材料包括：工程塑料。具体例如是聚四氟乙烯或尼龙。由于绝热层41的材料可以具有一定弹性，它可以直接贴附在气缸4的侧壁上。绝缘层41也可以通过诸如螺钉固定的方式固定在气缸4的顶盖内表面上。
基于相同的原理，在一些实施例中，参考图1，活塞式气动机E包括至少一个气缸4和至少一个配气机构，气缸4与配气机构一一对应，配气机构用于为对应的气缸4配气，且配气机构为前述的配气机构。具体地，所述气缸4的顶部形成有气缸进出气口40，所述阀套输出口23与对应的气缸进出气口40相通。这种配气机构本身对工质气体的种类没有限定。
图1中还示出了活塞式气动机中的销孔8，其用于连接连杆，可按照常规活塞式气动机进行设计。
参考图3，传统的活塞式气动机中，设置一个配气阀来控制多个气缸的进气和排气。这导致从配气阀到气缸之间存在较长的一段进气管路和排气管路。进气管路和排气管路中会有残留的气体，这导致从配气阀排出的高压气体到达气缸时会有一定的压力损失。
而根据本申请的活塞式气动机，配气机构能够制作地距离对应的气缸4的顶部非常接近，配气机构排出的高压工质气体可以直接排入气缸4内，无需经过一段管路，从而活塞式气动机整体的效率能够得到提升。
参考图5和图6，本申请的实施例还提供一种活塞式气动机，包括至少一个气缸和至少一个配气机构，所述气缸与所述配气机构一一对应，所述配气机构为前述的配气机构，所述气缸的顶部形成有气缸进气口42和气缸排气口43，所述气缸进气口42与对应的阀套高压排气口22a相通，所述气缸排气口43与对应的阀套低压进气口21b相通。
即第一阀套2a的阀套高压排气口22a将高压状态的工质气压经气缸进气口42输送至气缸内推动活塞做功，随后乏汽从气缸低压排气口经第二阀套2b的阀套低压进气口21b以及低压排气通道11b排出第二阀套2b。
为使得活塞式气动机正常工作，本领域技术人员可以灵活设计高压进气通道11a和低压排气通道11b的形状，以及气缸进气的时长与时机，排气的时长与时机。本申请对此不作限定。
在一些实施例中，该活塞式气动机还包括：驱动部件，所述驱动部件与所述传动件12a相连，以驱动所述第一阀芯1a旋转。传动件12a可以直接驱动第一阀芯1a旋转，也可以是直接驱动第二阀芯1b旋转，再由第一联轴器92带动第一阀芯1a旋转。
在一些实施例中，所述驱动部件包括：步进电机。采用步进电机驱动第一阀芯1a或第二阀芯1b旋转，更适用于活塞式气动机转速相对较低且转速需要精确控制的应用场景。
参考图6，所述驱动部件包括同步带166，所述活塞式气动机还包括曲轴9，所述传动件12a通过同步带166与所述曲轴9相连，以使所述第一阀芯1a的转速与所述曲轴9转速相等。
具体地，曲轴9通过连杆91连接活塞5，曲轴9的一端连接曲轴轮16a，第五受力部12a连接阀轮15a，同步带3缠绕在曲轴轮16a和阀轮15a上，从而由曲轴9的转动带动传动件12a的转动，进而实现由曲轴9的转速决定第一阀芯1a的转速(也就是同时决定了第二阀芯1b的转速)。这更适用于活塞式气动机转速相对较高，且转速无需精确控制的应用场景。
当然，对于图1所示的实施例中，阀芯的转动也可以由同步带带动曲轴9的转动来驱动的。
以下是为减少工质气体的热损失，提高热效率而做出的一些改进。
在一些实施例中，参考图7，所述气缸4的气缸壁包括金属气缸壁层44和设置在所述金属气缸壁层44内表面上的工程塑料层45(例如是尼龙层)。金属气缸壁层44例如是由钢形成。
在一些实施例中，所述气缸4内设置有活塞5，所述活塞5由绝热材料形成。即活塞整体均是绝热的，而非采用常规的铝材制作活塞5。
在一些实施例中，形成所述活塞5的材料包括工程塑料(例如是尼龙)。
此外，考虑到工质气体可采用二氧化碳，还可对气缸4内结构进一步优化。
在一些实施例中，结合图6、图7和图8，在所述气缸4内还设置有与所述活塞5固定连接的活塞密封环6，所述活塞密封环6环绕所述活塞5且与所述气缸4内壁气密接触，所述活塞密封环6的材料包括聚氨酯；在所述气缸4内还设置有与所述活塞5固定连接的导向环61，所述导向环61环绕所述活塞5且与所述气缸4的内壁气密接触，所述导向环61的材料包括聚氨酯；所述导向环61相对于所述活塞密封环6更靠近所述气缸4的底部。
具体的，活塞密封环6是通过压盖7固定在活塞5上的，当然活塞密封环6的固定方式可以如导向环61那样固定在一个活塞5的侧面上的凹槽环内。导向环61是固定在活塞5侧面上的凹槽环内的，当然，导向环61也可以在活塞5的底端采用压盖固定。
导向环61和活塞密封环6的作用即使保持活塞5与气缸4之间的密封性，同时保持活塞5的轴线与气缸4的轴线始终重合。采用聚氨酯材料制作导向环61和活塞密封环6也是为了更好地适应二氧化碳作为工质气体的场景。
本申请对以上各个角度范围不做限定。例如以某一状态为0°角的位置，那么第四角度范围例如是0°至90°，第六角度范围例如是90°至270°，第五角度范围例如是270°至360°。也就是首先高压工质气体首先注入气缸内，然后在气缸内充分扩散，最后再将乏汽排出。
参考图9，本申请的实施例还提供一种配气机构，包括：第一阀芯1a、第一阀套2a、第二阀芯1b、第二阀套2b、第一联轴器92、第一推力结构、第二推力结构和传动件12a；
所述第一阀芯1a套设于所述第一阀套2a内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯1b套设于所述第二阀套2b内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯1a和所述第二阀芯1b均呈截头圆锥状，所述第一联轴器92穿过所述第一阀套2a和第二阀套2b二者的阀套壁且连接所述第一阀芯1a的顶部和所述第二阀芯1b的顶部，以使所述第一阀芯1a和所述第二阀芯1b的转速相等；
所述第一阀芯1a具有高压进气通道11a，所述高压进气通道11a在所述第一阀芯1a表面形成阀芯高压进气口111a和阀芯高压排气口112a，所述第一阀套2a具有阀套高压进气口21a和阀套高压排气口22a，所述第二阀芯1b具有低压排气通道11b，所述低压排气通道11b在所述第二阀芯1b表面形成阀芯低压进气口111b和阀芯低压排气口112b，所述第二阀套2b具有阀套低压进气口21b和阀套低压排气口22b；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第七角度范围时，所述阀套高压进气口21a经所述高压进气通道11a与所述阀套高压排气口22a相通，所述阀套低压进气口21b与所述阀套低压排气口22b不连通；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第八角度范围时，所述阀套低压进气口21b经所述低压排气通道11b与所述阀套低压排气口22b相通，所述阀套高压进气口21a与所述阀套高压排气口22a不连通；
当所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转至第九角度范围时，所述阀套低压进气口21b与所述阀套低压排气口22b不连通，且所述阀套高压进气口21a与所述阀套高压排气口22a不连通；
所述第一阀芯1a能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯1b能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套2a具有第一圆台段23a，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯1a的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯1a以使所述第一阀芯1a与所述第一圆台段23a保持气密贴合；
所述第二阀套2b具有第二圆台段23b，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯1b的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯1b以使所述第二阀芯1b与所述第二圆台段23b保持气密贴合；
所述传动件12a与所述第一阀芯1a的底部相连并延伸出所述第一阀套2a，所述传动件12a用于受控而带动所述第一阀芯1a环绕所述第一阀芯轴线旋转；或者，所述传动件12a与所述第二阀芯1b的底部相连并延伸出所述第二阀套2b，所述传动件12a用于受控而带动所述第二阀芯1b环绕所述第二阀芯轴线旋转；
其中，在所述第一阀芯1a的顶面以及与所述第一阀芯1a的顶面相对的第一阀套2a的阀套壁之间形成第一高压油腔室3a，所述第一阀套2a上还开设有用于向所述第一高压油腔室3a供油的第一进油口29a；在所述第二阀芯1b的顶面以及与所述第二阀芯1b的顶面相对的第二阀套2b的阀套壁之间形成第二高压油腔室3b，所述第二阀套2b上还开设有用于向所述第二高压油腔室3b供油的第二进油口29b。
与图5所示配气机构不同之处在于，第一高压油腔室3a内注入的高压油主要起到对第一阀芯1a与第一圆台段23a进行润滑的作用，第二高压油腔室3b内注入的高压油主要起到对第二阀芯1b与第二圆台段23b进行润滑的作用，当然阀芯阀套之间的油也能起到辅助密封的作用。由另外的第一推力结构(例如是第一弹簧1001)将第一阀芯1a朝着第一圆台段23a的尖端推动，从而保证二者始终气密贴合。由另外的第二推力结构(例如是第二弹簧1002)将第二阀芯1b朝着第二圆台段23b的尖端推动，即自动补偿阀芯的磨损，从而保证二者始终气密贴合。
具体地，通过高压油管2001向第一阀套2a与第一阀芯1a的顶面之间注油以及向第二阀套2b与第二阀芯2a的顶面之间注油。两个高压油管2001可以是相通的，也可以是独立的。
作为阀芯转动的动力来源，既可以是步进电机带动传动件转动，也可以是由曲轴和同步带配合带动传动件的转动。
在一些实施例中，所述第一阀芯轴线和所述第二阀芯轴线为同一条直线，且所述第一阀芯1a的顶面与所述第二阀芯1b的顶面相对。
在一些实施例中，参考图9，所述传动件12a呈柱状且所述传动件12a的第一端部通过第二联轴器93与所述第一阀芯1a的底部相连，以使所述传动件12a与所述第一阀芯1a同轴且转速相等；所述第一阀套2a与所述第一阀芯1a的底部相对的阀套壁为传动阀套壁24a，所述传动阀套壁24a上安设有第一轴承，所述第一轴承的轴承外圈1411相对于所述传动阀套壁24a固定设置，所述第一轴承的轴承内圈1412固定在所述传动件12a上，所述传动件12a的第二端部延伸出所述第一阀套2a，所述第一推力结构为第一弹簧1001，所述第一弹簧1001的第一端与第一轴承的轴承内圈1412固定连接，所述第一弹簧(1001)的第二端与所述第一阀芯1a的底部固定连接或抵住所述第一阀芯1a的底面，所述第一弹簧1001处于压缩状态；
所述第二阀芯1b的底部通过第三联轴器94与一支撑柱12b相连，以使所述支撑柱12b与所述第二阀芯1b同轴且转速相等；所述第二阀套2b与所述第二阀芯1b的底部相对的阀套壁为支撑阀套壁24b，所述支撑阀套壁24b上安设有第二轴承，所述第二轴承的轴承外圈1413相对于所述支撑阀套壁24b固定设置，所述轴承的轴承内圈1414固定在所述支撑柱12b上，所述支撑柱12b位于所述第二阀套2b内；所述第二推力结构为第二弹簧1002，所述第二弹簧1002的第一端与第二轴承的轴承内圈1414固定连接，所述第二弹簧(1002)的第二端与所述第二阀芯1b的底部固定连接或抵住所述第二阀芯1b的底面，所述第二弹簧1002处于压缩状态。
第一弹簧1001整体上同第一阀芯1a同步转动，并且在第一阀芯轴线所处方向上，第一弹簧1001的第一端的位置是固定的，第一弹簧1001的第二端能够推动第一阀芯1a朝第一圆台段23a的顶端方向移动。按照图9当前视角，第一弹簧1001将第一阀芯1a朝右推动。
第二弹簧1002整体上同第二阀芯1b同步转动，并且在第二阀芯轴线所处方向上，第二弹簧1002的第一端的位置是固定的，第二弹簧1002的第二端能够推动第二阀芯1b朝第二圆台段23b的顶端方向移动。按照图9当前视角，第二弹簧1002将第二阀芯1b朝左推动。
图9所示实施例中，传动件12a是从第一阀套2a内穿出第一阀套2a的，当然容易理解，传动件12a也可以是从第二阀套2b内穿出第二阀套2b的。也即是，所述传动件呈柱状且所述传动件的第一端部通过第二联轴器与所述第二阀芯的底部相连，以使所述传动件与所述第二阀芯同轴且转速相等；所述第二阀套与所述第二阀芯的底部相对的阀套壁为传动阀套壁，所述传动阀套壁上安设有第一轴承，所述第一轴承的轴承外圈相对于所述传动阀套壁固定设置，所述第一轴承的轴承内圈固定在所述传动件上，所述传动件的第二端部延伸出所述第二阀套，所述第二推力结构为第二弹簧，所述第二弹簧的第一端与第一轴承的轴承内圈固定连接，所述第二弹簧的第二端与所述第二阀芯的底部固定连接或抵住所述第二阀芯的底面，所述第二弹簧处于压缩状态；
所述第一阀芯的底部通过第三联轴器与一支撑柱相连，以使所述支撑柱与所述第一阀芯同轴且转速相等；所述第一阀套与所述第一阀芯的底部相对的阀套壁为支撑阀套壁，所述支撑阀套壁上安设有第二轴承，所述第二轴承的轴承外圈相对于所述支撑阀套壁固定设置，所述轴承的轴承内圈固定在所述支撑柱上，所述支撑柱位于所述第一阀套内；所述第一推力结构为第一弹簧，所述第一弹簧的第一端与第二轴承的轴承内圈固定连接，所述第一弹簧的第二端与所述第一阀芯的底部固定连接或抵住所述第一阀芯的底面，所述第一弹簧处于压缩状态。
本申请对以上各个角度范围不做限定。例如以某一状态为0°角的位置，那么第七角度范围例如是0°至90°，第九角度范围例如是90°至270°，第八角度范围例如是270°至360°。也就是首先高压工质气体首先注入气缸内，然后在气缸内充分扩散，最后再将乏汽排出。
参考图4，本申请的实施例还提供一种动力系统，包括蒸汽发生器D和前述的活塞式气动机E，蒸汽发生器D用于产生高压工质气体，并将高压工质气体输出至阀套高压进气口21。
基于前述活塞式气动机E在效率上的提升，该动力系统的效率也相较现有技术得到提升。该动力系统可以是外燃机形式，也可以是内燃机形式。
在一些实施例中，蒸汽发生器D由燃料燃烧供能并将其内的工质液体加热成高压工质气体；动力系统还包括冷凝器G，阀套低压排气口22与冷凝器G相通，冷凝器G用于将高压工质气体做功后的乏气冷凝成工质液体并输运至蒸汽发生器D。
例如蒸汽发生器D经二氧化碳液体加热成高压二氧化碳气体，高压二氧化碳气体做功后得到的乏气(低压二氧化碳气体)被冷凝器G冷却得到二氧化碳液体并输运至蒸汽发生器D。
在一些实施例中，该动力系统还包括储气罐A2；蒸汽发生器D通过储气罐A2与阀套高压进气口21连通，储气罐A2用于存储高压工质气体。
储气罐A2的开启与关闭是可控的。采用储气罐A2的好处在于可以在储气罐A2内气压合适的时候，储气罐A2内存储的气体才会流向气动机。从而保证流向气动机的输入压力工质的压力稳定性。
在一些实施例中，该动力系统还包括工质储液罐A1，其与冷凝器G相比位于更低位置且通过第一阀门S1与冷凝器G连通，并通过第二阀门S2与蒸汽发生器D连通；当第一阀门S1处于打开状态时，第二阀门S2处于关闭状态，使冷凝器G与工质储液罐A1连通，同时保持工质储液罐A1与蒸汽发生器D断开连通，从而使冷凝器G中冷凝所得的工质液体流入工质储液罐A1中；并且当工质储液罐A1的液位高于预定第一阈值时，第一阀门S1变为关闭状态且第二阀门S2变为打开状态，使工质储液罐A1与冷凝器G断开连通，并且与蒸汽发生器D连通，从而能够使工质储液罐A1中冷凝所得工质液体返回蒸汽发生器D。
即采用工质储液罐A1收集工质液体，仅在收集到足够的工质液体后，才将收集到的工质液体提供给蒸汽发生器D。如此，可保证蒸汽发生器D工作的连续性。
在一些实施例中，当工质储液罐A1中的液位低于预定第二阈值时，第一阀门S1变为打开状态且第二阀门S2变为关闭状态，使工质储液罐A1与蒸汽发生器D断开连通而与冷凝器G重新连通，使得冷凝器G中冷凝所得工质液体能够流入工质储液罐A1中，其中预定第二阈值低于预定第一阈值。
即工质储液罐A1内工质液体较少时，停止向蒸汽发生器D提供工质液体，转而继续收集工质液体。
在一些实施例中，工质储液罐A1还通过第三阀门S3与储气罐A2连通。
当第一阀门S1关闭，第二阀门S2打开时，此时希望工质储液罐A1内的工质液体向下流入蒸汽发生器D内，但蒸汽发生器D以及储气罐A2内的气压通常是高于工质储液罐A1内部气压的，此时如打开第三阀门S3，则使得工质储液罐A1和储气罐A2内气体的压力一致，工质储液罐A1内的工质液体能够依靠自身重力流入蒸汽发生器D。
在一些实施例中，第一阀门S1和第二阀门S2为单向阀，第三阀门S3为电动阀。
在一些实施例中，工质气体为二氧化碳气体。
本申请的实施例还提供一种交通工具，包括前述的动力系统。
为节省能源，冷凝器G的冷源可选自然环境中的冷源。例如采用冰冷的海水。如此，在一些实施例中，交通工具具体为船舶，活塞式气动机E用于驱动螺旋桨H；冷凝器G为壳管式冷凝器G，船舶还包括冷水采集装置，用于采集船舶所处环境的冷水并驱动至冷凝器G的管程以对冷凝器G壳程中的乏气进行冷凝。
当然，如在寒带冬日运行的火车，也可以采用外界冷空作为冷凝器G的冷源。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本申请的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变形而不脱离本申请的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本申请权利要求及其等同技术的范围，则本申请的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种配气机构，包括阀芯(1)和阀套(2)，所述阀芯(1)套设于所述阀套(2)内并且能够环绕阀芯轴线旋转，其特征在于，
所述阀芯(1)内部具有高压进气通道(11)和低压排气通道(12)，所述高压进气通道(11)在所述阀芯(1)表面形成阀芯高压进气口(111)和阀芯高压排气口(112)，所述低压排气通道(12)在所述阀芯(1)表面形成阀芯低压进气口(121)和阀芯低压排气口(122)，所述阀套(2)具有阀套高压进气口(21)、阀套低压排气口(22)和阀套输出口(23)；
当所述阀芯(1)环绕所述阀芯轴线旋转至第一角度范围时，所述阀套高压进气口(21)经所述高压进气通道(11)与所述阀套输出口(23)相通，所述阀套低压排气口(22)与所述阀套输出口(23)不连通；
当所述阀芯(1)环绕所述阀芯轴线旋转至第二角度范围时，所述阀套低压排气口(22)经所述低压排气通道(12)与所述阀套输出口(23)相通，所述阀套高压进气口(21)与所述阀套输出口(23)不连通；
当所述阀芯(1)环绕所述阀芯轴线旋转至第三角度范围时所述阀套高压进气口(21)、阀套低压排气口(22)二者均与所述阀套输出口(23)不连通；
所述阀芯(1)具有位于所述阀芯高压排气口(112)和所述阀芯低压进气口(121)二者第一侧的截头圆锥部(13)，所述截头圆锥部(13)的底面朝向所述高压进气通道(11)和所述低压排气通道(12)，所述阀套(2)具有位于所述阀套输出口(23)第一侧的圆台段(24)，所述圆台段(24)呈圆台形的侧面状，所述圆台段(24)和所述截头圆锥部(13)的二者的中轴线均与所述阀芯轴线重叠，所述圆台段(24)的侧面与所述截头圆锥部(13)的侧面贴合；
所述阀芯(1)的第二侧的区段具有第一受力部(14)，所述第一受力部(14)用于接收使所述截头圆锥部(13)与所述圆台段(24)气密贴合的推力；
所述阀芯(1)还具有位于所述截头圆锥部(13)第一侧的第二受力部(15)，所述第二受力部(15)用于受控带动所述阀芯(1)环绕所述阀芯轴线旋转，所述第一侧和所述第二侧为相反方向的两侧。
2.一种配气机构，其特征在于，包括：第一阀芯(1a)、第一阀套(2a)、第二阀芯(1b)、第二阀套(2b)、第一联轴器(92)、第一推力结构、第二推力结构和传动件(12a)；
所述第一阀芯(1a)套设于所述第一阀套(2a)内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯(1b)套设于所述第二阀套(2b)内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯(1a)和所述第二阀芯(1b)均呈截头圆锥状，所述第一联轴器(92)穿过所述第一阀套(2a)和第二阀套(2b)二者的阀套壁且连接所述第一阀芯(1a)的底部和所述第二阀芯(1b)的底部，以使所述第一阀芯(1a)和所述第二阀芯(1b)的转速相等；
所述第一阀芯(1a)具有高压进气通道(11a)，所述高压进气通道(11a)在所述第一阀芯(1a)表面形成阀芯高压进气口(111a)和阀芯高压排气口(112a)，所述第一阀套(2a)具有阀套高压进气口(21a)和阀套高压排气口(22a)，所述第二阀芯(1b)具有低压排气通道(11b)，所述低压排气通道(11b)在所述第二阀芯(1b)表面形成阀芯低压进气口(111b)和阀芯低压排气口(112b)，所述第二阀套(2b)具有阀套低压进气口(21b)和阀套低压排气口(22b)；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第四角度范围时，所述阀套高压进气口(21a)经所述高压进气通道(11a)与所述阀套高压排气口(22a)相通，所述阀套低压进气口(21b)与所述阀套低压排气口(22b)不连通；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第五角度范围时，所述阀套低压进气口(21b)经所述低压排气通道(11b)与所述阀套低压排气口(22b)相通，所述阀套高压进气口(21a)与所述阀套高压排气口(22a)不连通；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第六角度范围时，所述阀套低压进气口(21b)与所述阀套低压排气口(22b)不连通，且所述阀套高压进气口(21a)与所述阀套高压排气口(22a)不连通；
所述第一阀芯(1a)能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯(1b)能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套(2a)具有第一圆台段(23a)，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯(1a)的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯(1a)以使所述第一阀芯(1a)与所述第一圆台段(23a)保持气密贴合；
所述第二阀套(2b)具有第二圆台段(23b)，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯(1b)的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯(1b)以使所述第二阀芯(1b)与所述第二圆台段(23b)保持气密贴合；
所述传动件(12a)与所述第一阀芯(1a)的顶部相连并延伸出所述第一阀套(2a)，所述传动件(12a)用于受控而带动所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转；或者，所述传动件(12a)与所述第二阀芯(1b)的顶部相连并延伸出所述第二阀套(2b)，所述传动件(12a)用于受控而带动所述第二阀芯(1b)环绕所述第二阀芯轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的配气机构，其特征在于，所述第一推力结构为形成在所述第一阀芯(1a)的底面以及与所述第一阀芯(1a)的底面相对的第一阀套(2a)的阀套壁之间的第一高压油腔室(3a)，所述第一阀套(2a)上还开设有用于向所述第一高压油腔室(3a)供油的第一进油口(29a)；所述第二推力结构为形成在所述第二阀芯(1b)的底面以及与所述第二阀芯(1b)的底面相对的第二阀套(2b)的阀套壁之间的第二高压油腔室(3b)，所述第二阀套(2b)上还开设有用于向所述第二高压油腔室(3b)供油的第二进油口(29b)。
4.一种配气机构，其特征在于，包括：第一阀芯(1a)、第一阀套(2a)、第二阀芯(1b)、第二阀套(2b)、第一联轴器(92)、第一推力结构、第二推力结构和传动件(12a)；
所述第一阀芯(1a)套设于所述第一阀套(2a)内且能环绕第一阀芯轴线旋转，所述第二阀芯(1b)套设于所述第二阀套(2b)内且能够环绕第二阀芯轴线旋转，所述第一阀芯(1a)和所述第二阀芯(1b)均呈截头圆锥状，所述第一联轴器(92)穿过所述第一阀套(2a)和第二阀套(2b)二者的阀套壁且连接所述第一阀芯(1a)的顶部和所述第二阀芯(1b)的顶部，以使所述第一阀芯(1a)和所述第二阀芯(1b)的转速相等；
所述第一阀芯(1a)具有高压进气通道(11a)，所述高压进气通道(11a)在所述第一阀芯(1a)表面形成阀芯高压进气口(111a)和阀芯高压排气口(112a)，所述第一阀套(2a)具有阀套高压进气口(21a)和阀套高压排气口(22a)，所述第二阀芯(1b)具有低压排气通道(11b)，所述低压排气通道(11b)在所述第二阀芯(1b)表面形成阀芯低压进气口(111b)和阀芯低压排气口(112b)，所述第二阀套(2b)具有阀套低压进气口(21b)和阀套低压排气口(22b)；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第七角度范围时，所述阀套高压进气口(21a)经所述高压进气通道(11a)与所述阀套高压排气口(22a)相通，所述阀套低压进气口(21b)与所述阀套低压排气口(22b)不连通；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第八角度范围时，所述阀套低压进气口(21b)经所述低压排气通道(11b)与所述阀套低压排气口(22b)相通，所述阀套高压进气口(21a)与所述阀套高压排气口(22a)不连通；
当所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转至第九角度范围时，所述阀套低压进气口(21b)与所述阀套低压排气口(22b)不连通，且所述阀套高压进气口(21a)与所述阀套高压排气口(22a)不连通；
所述第一阀芯(1a)能够沿所述第一阀芯轴线的延伸方向移动，所述第二阀芯(1b)能够沿所述第二阀芯轴线的延伸方向移动；
所述第一阀套(2a)具有第一圆台段(23a)，所述第一推力结构用于沿所述第一阀芯(1a)的底部指向其顶部的方向推动所述第一阀芯(1a)以使所述第一阀芯(1a)与所述第一圆台段(23a)保持气密贴合；
所述第二阀套(2b)具有第二圆台段(23b)，所述第二推力结构用于沿所述第二阀芯(1b)的底部指向其顶部的方向推动所述第二阀芯(1b)以使所述第二阀芯(1b)与所述第二圆台段(23b)保持气密贴合；
所述传动件(12a)与所述第一阀芯(1a)的底部相连并延伸出所述第一阀套(2a)，所述传动件(12a)用于受控而带动所述第一阀芯(1a)环绕所述第一阀芯轴线旋转；或者，所述传动件(12a)与所述第二阀芯(1b)的底部相连并延伸出所述第二阀套(2b)，所述传动件(12a)用于受控而带动所述第二阀芯(1b)环绕所述第二阀芯轴线旋转；
其中，在所述第一阀芯(1a)的顶面以及与所述第一阀芯(1a)的顶面相对的第一阀套(2a)的阀套壁之间形成第一高压油腔室(3a)，所述第一阀套(2a)上还开设有用于向所述第一高压油腔室(3a)供油的第一进油口(29a)；在所述第二阀芯(1b)的顶面以及与所述第二阀芯(1b)的顶面相对的第二阀套(2b)的阀套壁之间形成第二高压油腔室(3b)，所述第二阀套(2b)上还开设有用于向所述第二高压油腔室(3b)供油的第二进油口(29b)。
5.一种活塞式气动机(E)，包括气缸(4)和为所述气缸(4)配气的配气机构，所述气缸(4)内设置有活塞(5)以及与所述活塞(5)固定连接的活塞密封环(6)，所述活塞密封环(6)环绕所述活塞(5)且与所述气缸(4)内壁气密接触，其特征在于，所述活塞密封环(6)的材料包括聚氨酯。
6.一种活塞式气动机(E)，其特征在于，包括至少一个气缸(4)和至少一个配气机构，所述气缸(4)与所述配气机构一一对应，所述配气机构为根据权利要求1所述的配气机构，所述气缸(4)的顶部形成有气缸进出气口(40)，所述阀套输出口(23)与对应的气缸进出气口(40)相通。
7.一种活塞式气动机，其特征在于，包括至少一个气缸(4)和至少一个配气机构，所述气缸(4)与所述配气机构一一对应，所述配气机构为根据权利要求2-4任意一项所述的配气机构，所述气缸(4)的顶部形成有气缸进气口(42)和气缸排气口(43)，所述气缸进气口(42)与对应的阀套高压排气口(22a)相通，所述气缸(4)排气口(43)与对应的阀套低压进气口(21b)相通。
8.根据权利要求7所述的活塞式气动机，其特征在于，所气缸(4)的气缸壁包括金属气缸壁层(44)和设置在所述金属气缸壁层(44)内表面上的工程塑料层(45)。
9.一种动力系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(D)和根据权利要求5-8任意一项所述的活塞式气动机(E)，所述蒸汽发生器(D)用于产生高压工质气体，并将所述高压工质气体输出至所述阀套高压进气口(21、21a)。
10.一种交通工具，其特征在于，包括根据权利要求9所述的动力系统。
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