(57)【要約】【課題】内燃機関のピストン機構を利用しかつ低コストで、化石燃料で駆動する内燃機関を、その燃料とは異なるエネルギ源で駆動させる。【解決手段】エンジン１０は、燃焼室１２が形成された内燃機関１４のピストン機構１７と、燃焼室１２に通じる通路の末端に設けられるコネクタ３８と、コネクタ３８に接続され、燃焼室１２へ圧力ガスを供給する圧力ガス供給源４０とを有する。この構成により、圧力ガス供給源４０がコネクタ３８に接続された場合、ピストン機構１７は、圧力ガス供給源４０から燃焼室１２内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力する。【選択図】図１
2011122475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、
ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられるコネクタと、
コネクタに接続され、燃焼室へ圧力ガスを供給する圧力ガス供給源と、
を有し、
圧力ガス供給源がコネクタに接続された場合、ピストン機構は、圧力ガス供給源から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力する、
ことを特徴とする圧力ガスエンジン。
【請求項２】
燃焼室内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、
ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられるコネクタと、
を有し、
コネクタは、混合気を生成するための空気が流れる吸気管に対して着脱可能であるとともに、圧力ガスが流れる圧力ガス管に対して着脱可能であり、
圧力ガス管がコネクタに接続された場合、ピストン機構は、圧力ガス管から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力する、
ことを特徴とするハイブリッドエンジン。
【請求項３】
燃焼室内の混合気を燃焼させて生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、
混合気を生成するための空気を燃焼室に供給する空気供給源と、
圧力ガスを燃焼室に供給する圧力ガス供給源と、
ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられ、空気供給源と圧力ガス供給源にそれぞれ接続される中間コネクタと、
を有し、
中間コネクタは、前記通路と、前記２つの供給源の一方とを選択的に連通させる切替バルブを含み、
切替バルブにより圧力ガス供給源と前記通路とが連通された場合、ピストン機構は、圧力ガス供給源から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力する、
ことを特徴とするハイブリッドエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン機構を有するエンジンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃焼室内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関が知られている。この内燃機関のエネルギ源である混合気は、空気に燃料が混ざったものであり、この燃料には、通常、化石燃料である石油（例えばガソリン）や天然ガスが使用される。
【０００３】
下記特許文献１には、燃焼ガスの燃焼で作動するピストン機構で構成される内燃機関と、水蒸気の圧力を利用して作動するピストン機構で構成されるスチーム機関とを有するエンジンが開示されている。そして、この特許文献１には、内燃機関の排熱を利用して、スチーム機関に供給される水蒸気を発生させることにより、エンジンの熱効率が向上することが記載されている。
【０００４】
下記特許文献２には、作動チャンバ内に供給される圧縮空気の圧力エネルギによりピストンを移動させて運動エネルギを出力する空気圧ピストンエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２００４７６号公報
【特許文献２】特表２００４−５３４１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の内燃機関は、運動エネルギを生み出す原動機として様々な装置、例えば自動車に用いられてきた。しかしながら、近年、地球温暖化防止のために二酸化炭素排出量を抑制しようとする運動の高まりなどを背景に、原動機として電力で駆動するモータを用いる装置、例えば電気自動車やハイブリッド自動車が増大しつつある。
【０００７】
このように、装置の原動機が、化石燃料で駆動する内燃機関から電力で駆動するモータへと移行すれば、その装置の運転時における二酸化炭素排出量が低減されるので、地球温暖化防止という観点では地球環境の悪化を抑制することができる。しかしながら、原動機のモデルを単に変更するだけでは、限られた地球資源が消費されてしまうので、資源保全の観点では地球環境が悪化してしまう。また、原動機のモデルの変更に伴い装置全体を変更しなければならないので、コストがかかってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的の一つは、内燃機関のピストン機構を利用しかつ低コストで、化石燃料で駆動する内燃機関を、その燃料とは異なるエネルギ源で駆動させることができるエンジンを提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的の一つは、内燃機関のピストン機構を利用しかつ低コストで、内燃機関を、化石燃料と、この燃料とは異なるエネルギ源との一方で駆動させることができるエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧力ガスエンジンは、燃焼室内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられるコネクタと、コネクタに接続され、燃焼室へ圧力ガスを供給する圧力ガス供給源と、を有し、圧力ガス供給源がコネクタに接続された場合、ピストン機構は、圧力ガス供給源から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力することを特徴とする。
【００１１】
また、別の本発明のハイブリッドエンジンは、燃焼室内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられるコネクタと、を有し、コネクタは、混合気を生成するための空気が流れる吸気管に対して着脱可能であるとともに、圧力ガスが流れる圧力ガス管に対して着脱可能であり、圧力ガス管がコネクタに接続された場合、ピストン機構は、圧力ガス管から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力することを特徴とする。
【００１２】
さらに、別の発明のハイブリッドエンジンは、燃焼室内の混合気を燃焼させて生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関のピストン機構と、混合気を生成するための空気を燃焼室に供給する空気供給源と、圧力ガスを燃焼室に供給する圧力ガス供給源と、ピストン機構に形成された、燃焼室に通じる通路の末端に設けられ、空気供給源と圧力ガス供給源にそれぞれ接続される中間コネクタと、を有し、中間コネクタは、前記通路と、前記２つの供給源の一方とを選択的に連通させる切替バルブを含み、切替バルブにより圧力ガス供給源と前記通路とが連通された場合、ピストン機構は、圧力ガス供給源から燃焼室内に供給される圧力ガスの圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンジンによれば、内燃機関のピストン機構を利用しかつ低コストで、化石燃料で駆動する内燃機関を、その燃料とは異なるエネルギ源で駆動させることができる。
【００１４】
また、別の発明のエンジンによれば、内燃機関のピストン機構を利用しかつ低コストで、内燃機関を、化石燃料と、この燃料とは異なるエネルギ源との一方で駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るエンジンの構成を示す図である。
【図２】別の実施形態に係るエンジンの構成を示す図である。
【図３】圧力ガスエンジンの構成を示す図である。
【図４】クランクシャフトが正回転する場合におけるピストン機構の状態を示す図である。
【図５】クランクシャフトが逆回転する場合におけるピストン機構の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るエンジンの実施形態について、図を用いて説明する。一例として、車両に搭載されるエンジンを挙げ、このエンジンについて説明する。なお、本発明は、車両に搭載されるエンジンに限らず、他の移動体に搭載されるエンジン、または他の用途で使用される原動機にも適用することができる。
【００１７】
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の構成を示す図である。エンジン１０は、燃焼室１２内の混合気を燃焼させることで生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する内燃機関１４を有する。本実施形態の内燃機関１４は、燃焼室１２内の混合気を点火プラグ１６により点火することで燃焼させる火花点火内燃機関である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、内燃機関１４が圧縮着火内燃機関であってもよい。
【００１８】
内燃機関１４はピストン機構１７を有する。ピストン機構１７は、ピストン１８と、ピストン１８が往復運動する気筒２０と、ピストン１８にコンロッド２２を介して接続され、ピストン１８の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト２４とを有する。気筒２０には、これの内部にある燃焼室１２の混合気に点火する点火装置として、点火プラグ１６が設けられている。
【００１９】
また、ピストン機構１７は、燃焼室１２に通じ、この燃焼室１２内の吸排気を行う通路である吸気ポート２６と排気ポート２８とを有する。吸気ポート２６には、燃料を噴射する燃料噴射弁３０が設けられる。ここで、燃料とは、ガソリンや天然ガスなどの化石燃料のことである。
【００２０】
気筒２０には、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ３２と、排気ポート２８を開閉する排気バルブ３４とが設けられる。吸気及び排気バルブ３２，３４は、カムやバルブスプリングなどで構成されるバルブシステム３６の駆動により開閉される。本実施形態のバルブシステム３６は、混合気によって内燃機関１４が駆動する場合、４ストローク１サイクルになるように吸気及び排気バルブ３２，３４を作動させる。しかし、本発明はこの構成に限定されず、バルブシステム３６は、２ストローク１サイクルになるように吸気及び排気バルブ３２，３４を作動させることもできる。
【００２１】
本実施形態におけるエンジン１０は、吸気ポート２６の末端に設けられるコネクタ３８を有する。このコネクタ３８は、燃焼室１２へ圧力ガスを供給する圧力ガス供給源４０に接続される。圧力ガスは、大気圧より高圧のガスであり、圧縮空気または水蒸気である。圧力ガス供給源４０は、これらのガスを発生させる装置、例えば圧縮機または蒸気発生器（例えばボイラ）である。
【００２２】
このように構成されるエンジン１０のピストン機構１７の動作について説明する。なお、この動作のおいては、バルブシステム３６が、４ストローク１サイクルから、吸気行程と排気行程の２ストローク１サイクルになるように吸気及び排気バルブ３２，３４を作動させることが好適である。具体的には、４ストローク用のカムから２ストローク用のカムに変更することで、各弁の開閉のタイミングを変更することができる。すなわち、２ストローク用のカムに変更することで、吸気行程においては、吸気バルブ３２が開状態、排気バルブ３４が閉状態になるように、排気行程においては、吸気バルブ３２が閉状態、排気バルブ３４が開状態になるようにタイミングを変更する。また、この動作では、燃焼室１２内における混合気の燃焼を必要としないので燃料噴射弁３０と点火プラグ１６を停止させる。
【００２３】
圧力ガス供給源４０から吸気ポート２６に導入された圧力ガスは、吸気バルブ３２の開弁に伴って燃焼室１２に吸入される。燃焼室１２に吸入された圧力ガスの膨張しようとする圧力に伴うピストン１８の直線運動が、クランクシャフト２４により回転運動に変換される。すなわち、内燃機関１４において、圧力ガスによる圧力エネルギが運動エネルギに変換される。体積の膨張により低圧となった圧力ガスは、排気になり、排気バルブ３４の開弁に伴って排出され、排気ポート２８を介し外部に放出される。このように、圧力ガス供給源４０と内燃機関１４のピストン機構１７とがコネクタ３８を介して接続された場合、エンジン１０は、空気圧エンジンまたはスチームエンジンとして機能する。ここで、空気圧エンジンまたはスチームエンジンは、ピストン機構１７の作動により、ともに圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力するエンジンであるので、これらのエンジンのことを、以降、圧力ガスエンジンと記す。
【００２４】
本実施形態のエンジン１０、すなわち圧力ガスエンジンによれば、内燃機関１４に通常用いられるエネルギ源（化石燃料）とは異なるエネルギ源である圧力ガスにより内燃機関１４を駆動させることができる。このように、化石燃料とは異なるエネルギ源を内燃機関１４に供給可能な構造にすることにより、二酸化炭素排出量を低減する運転、すなわち化石燃料を使用しない運転が可能になるので、地球温暖化防止という観点で地球環境の保全に貢献することができる。また、既存の内燃機関１４のピストン機構１７をそのまま利用することにより、原動機のモデルの変更による資源の消費が防止されるので、資源保全の観点で地球環境の保全に貢献することができる。
【００２５】
次に、内燃機関１４のピストン機構１７に、複数の異なるエネルギ源を選択的に供給可能な構造を有するエンジン１０、すなわちハイブリッドエンジンについて説明する。
【００２６】
本実施形態のコネクタ３８は、空気が流れる吸気管（図示せず）に対して着脱可能であるとともに、圧力ガスが流れる圧力ガス管（図示せず）に対して着脱可能であることを特徴とする。コネクタ３８はフランジ３８ａを有する。フランジ３８ａと、吸気管または圧力ガス管のフランジ（図示せず）とを、パッキンを挟んで突合せて、締結部材により締結することにより、コネクタ３８と、吸気管または圧力ガス管とが着脱可能に接続される。
【００２７】
吸気管がコネクタ３８に接続された場合、エンジン１０は、火花点火内燃機関として機能する。以下、この場合におけるエンジン１０の動作について説明する。
【００２８】
ピストン１８の動作により、吸気管を介して吸気ポート２６に導入された空気は、燃料噴射弁３０により噴射された燃料と混合して混合気になり、吸気バルブ３２の開弁に伴って燃焼室１２に吸入される。燃焼室１２に吸入された混合気は、点火プラグ１６から発生される電気火花により点火されて爆発燃焼する。この爆発燃焼に伴うピストン１８の直線運動が、クランクシャフト２４により回転運動に変換される。すなわち、内燃機関１４において、混合気の燃焼による熱エネルギが運動エネルギに変換される。燃焼した混合気は、排気になり、排気バルブ３４の開弁に伴って排出され、排気ポート２８を介し外部に放出される。このように、吸気管がコネクタ３８に接続された場合、エンジン１０は、火花点火内燃機関として機能する。
【００２９】
圧力ガス管がコネクタ３８に接続された場合、エンジン１０は、圧力ガスエンジンとして機能する。なお、圧力ガスエンジンの動作については、上述したので、詳細な説明は省略する。
【００３０】
本実施形態のエンジン１０は、上述のように、複数の異なるエネルギ源、すなわち化石燃料を含む混合気と圧力ガスとにより駆動するハイブリッドエンジンである。このハイブリッドエンジンによれば、複数の異なるエネルギ源と接続可能なコネクタを設けるという簡易な構造および低コストで、化石燃料で内燃機関１４を駆動させる、すなわちピストン機構１７を作動させることができるとともに、圧力ガスでも内燃機関１４を駆動させる、すなわちピストン機構１７を作動させることができる。このように、内燃機関１４のピストン機構１７に、複数の異なるエネルギ源を選択的に供給可能な構造にすることにより、必要に応じて、二酸化炭素排出量を低減する運転、すなわち化石燃料を使用しない運転が可能になるので、地球温暖化防止という観点で地球環境の保全に貢献することができる。また、既存の内燃機関１４のピストン機構１７を利用することにより、原動機のモデルの変更による資源の消費が防止されるので、資源保全の観点で地球環境の保全に貢献することができる。
【００３１】
次に、別の実施形態のエンジン１１０について、図２を用いて説明する。図２は、別の態様のエンジン１１０の構成を示す図である。このエンジン１１０も、上述のような、内燃機関１４のピストン機構１７に、複数の異なるエネルギ源を選択的に供給可能な構造を有するハイブリッドエンジンである。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３２】
この実施形態のエンジン１１０は、燃焼室１２に圧力ガスを供給する圧力ガス供給源４０と、燃焼室１２に空気を供給する空気供給源４２とを有する。圧力ガス供給源４０は、圧力ガスが圧縮空気である場合、圧縮機であり、圧力ガスが蒸気である場合、蒸気発生器（例えばボイラ）である。圧力ガス供給源４０は、これらの装置で発生させた圧力ガスを内燃機関１４の燃焼室１２に供給する。空気供給源４２は、空気を濾過するフィルタと、空気の流量を調整するスロットルバルブ（ともに図示せず）とを有し、外部から取り入れた空気を、これらの部材を通して内燃機関１４の燃焼室１２に供給する。
【００３３】
また、エンジン１１０は、コネクタ３８に接続される中間コネクタ４４を有する。コネクタ３８と中間コネクタ４４は、コネクタ３８のフランジ３８ａと中間コネクタ４４ａとを、パッキンを挟んで突合せて、ボルトなどの締結部材により締結することにより着脱可能に接続される。なお、本実施形態においては、中間コネクタ４４がコネクタ３８に接続される場合について説明したが、この構成に限定されず、中間コネクタ４４が、コネクタ３８を介さずに、吸気ポート２６の末端に直接設けられてもよい。
【００３４】
中間コネクタ４４は、圧力ガス供給源４０と空気供給源４２にそれぞれ接続される。具体的には、中間コネクタ４４と、圧力ガス供給源４０及び空気供給源４２とは、上述の実施形態のような吸気管と圧力ガス管を介してそれぞれ接続される。
【００３５】
本実施形態における中間コネクタ４４は、吸気ポート２６と、２つの供給源４０，４２の一方とを選択的に連通させる切替バルブを有することを特徴とする。切替バルブは、二方弁構造であり、圧力ガスの流れを制御する圧力ガス系バルブ４６と、空気の流れを制御する空気系バルブ４８とを有する。圧力ガス系バルブ４６は、アクチュエータ４６ａの駆動により弁の開閉が行われ、空気系バルブ４８は、アクチュエータ４８ａの駆動により弁の開閉が行われる。なお、本実施形態の切替バルブは、二方弁構造である場合について説明したが、この構成に限定されない。吸気ポート２６と、２つの供給源４０，４２の一方とを選択的に連通させることができるのであれば、切替バルブが、一個の弁体で切替可能な三方弁構造であってもよい。
【００３６】
本実施形態のエンジン１１０の動作について、このエンジン１１０が火花点火内燃機関として機能する場合と圧力ガスエンジンとして機能する場合に分けて説明する。
【００３７】
まず、エンジン１１０が火花点火内燃機関として機能する場合について説明する。中間コネクタ４４の切替バルブにより空気供給源４２と吸気ポート２６とを連通させる。すなわち、空気系バルブ４８を開弁させて、圧力ガス系バルブ４６を閉弁させる。ピストン１８の動作により、空気供給源４２から吸気管を介して吸気ポート２６に導入された空気は、燃料噴射弁３０により噴射された燃料と混合して混合気になり、吸気バルブ３２の開弁に伴って燃焼室１２に吸入される。燃焼室１２に吸入された混合気は、点火プラグ１６から発生される電気火花により点火されて爆発燃焼する。この爆発燃焼に伴うピストン１８の直線運動が、クランクシャフト２４により回転運動に変換される。すなわち、内燃機関１４において、混合気の燃焼による熱エネルギが運動エネルギに変換される。燃焼した混合気は、排気になり、排気バルブ３４の開弁に伴って排出され、排気ポート２８を介し外部に放出される。このように、中間コネクタ４４の切替バルブにより空気供給源４２と吸気ポート２６とを連通させた場合、エンジン１１０は、火花点火内燃機関として機能する。
【００３８】
次に、エンジン１１０が圧力ガスエンジンとして機能する場合について説明する。なお、この動作では、燃焼室１２内における混合気の燃焼を必要としないので燃料噴射弁３０と点火プラグ１６を停止させる。
【００３９】
中間コネクタ４４の切替バルブにより圧力ガス供給源４０と吸気ポート２６とを連通させる。すなわち、圧力ガス系バルブ４６を開弁させて、空気系バルブ４８を閉弁させる。圧力ガス供給源４０から圧力ガス管を介して吸気ポート２６に導入された圧力ガスは、吸気バルブ３２の開弁に伴って燃焼室１２に吸入される。燃焼室１２に吸入された圧力ガスの膨張しようとする圧力に伴うピストン１８の直線運動が、クランクシャフト２４により回転運動に変換される。すなわち、内燃機関１４において、圧力ガスによる圧力エネルギが運動エネルギに変換される。体積の膨張により低圧となった圧力ガスは、排気になり、排気バルブ３４の開弁に伴って排出され、排気ポート２８を介し外部に放出される。このように、中間コネクタ４４の切替バルブにより圧力ガス供給源４０と吸気ポート２６とを連通させた場合、エンジン１１０は、圧力ガスエンジンとして機能する。
【００４０】
本実施形態のエンジン１１０によれば、複数の異なるエネルギ源にそれぞれ接続し且つ切替機構を備えるコネクタを設けるという簡易な構造で、化石燃料で内燃機関１４を駆動させる、すなわちピストン機構１７を作動させることができるとともに、圧力ガスでも内燃機関１４を駆動させる、すなわちピストン機構１７を作動させることができる。このように、内燃機関１４のピストン機構１７に、複数の異なるエネルギ源を選択的に供給可能な構造にすることにより、必要に応じて、二酸化炭素排出量を低減する運転、すなわち化石燃料を使用しない運転が可能になるので、地球温暖化防止という観点で地球環境の保全に貢献することができる。また、既存の内燃機関１４のピストン機構１７を利用することにより、原動機のモデルの変更による資源の消費が防止されるので、資源保全の観点で地球環境の保全に貢献することができる。
【００４１】
上述した２つの実施形態においては、燃料噴射弁３０が吸気ポート２６に設けられる場合について説明したが、この構成に限定されない。ハイブリッドエンジン１０が火花点火内燃機関として機能するときに、燃焼室１２内に混合気を供給することができるのであれば、燃料噴射弁３０が吸気ポート２６より更に上流側、たとえば吸気管に設けられてもよい。
【００４２】
次に、別の態様の圧力ガスエンジンについて、図３を用いて説明する。図３は、圧力ガスエンジン５０の構成を示す図である。なお、上記実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付す。
【００４３】
圧力ガスエンジン５０は、圧力エネルギを運動エネルギに変換して出力するエンジンである。圧力ガスエンジン５０はピストン機構１７を有する。ピストン機構１７は、ピストン１８と、ピストン１８が往復運動する気筒２０と、ピストン１８にコンロッド２２を介して接続され、ピストン１８の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト２４とを有する。ピストン１８と気筒２０によりチャンバ５２が形成される。
【００４４】
また、ピストン機構１７は、チャンバ５２に通じ、このチャンバ５２内の吸排気を行う通路である吸気ポート２６と排気ポート２８とを有する。吸気及び排気ポート２６，２８の末端は、外部に開放されている。
【００４５】
気筒２０には、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ３２と、排気ポート２８を開閉する排気バルブ３４とが設けられる。吸気及び排気バルブ３２，３４は、カムやバルブスプリングなどで構成されるバルブシステム（図示せず）の駆動により開閉される。本実施形態のバルブシステムは、２ストローク１サイクルになるように吸気及び排気バルブ３２，３４を作動させる。
【００４６】
また、圧力ガスエンジン５０は、チャンバ５２に圧力ガスを供給する圧力ガス供給源４０を有する。圧力ガス供給源４０は、圧力ガスが圧縮空気である場合、圧縮機であり、圧力ガスが蒸気である場合、蒸気発生器（例えばボイラ）である。圧力ガス供給源４０は、これらの装置で発生させた圧力ガスをピストン機構１７のチャンバ５２に供給する。
【００４７】
本実施形態の圧力ガスエンジン５０は、圧力ガス供給源４０からチャンバ５２へ供給される圧力ガスが吸気及び排気ポート２６，２８の一方を流れるように選択的に切り替える切り替え構造５４を有することを特徴とする。以下、切り替え機構５４の構成について詳細に説明する。
【００４８】
切り替え構造５４は、圧力ガス供給源４０と吸気ポート２６とを接続する第一の流路５６と、圧力ガス供給源４０と排気ポート２８とを接続する第二の流路５８とを有する。また、切り替え構造５４は、圧力ガス供給源４０と、吸気及び排気ポート２６，２８の一方とを選択的に連通させる切替バルブを有する。切替バルブは、二方弁構造であり、吸気ポート系統と排気ポート系統にそれぞれ設けられる。吸気ポート系統においては、第一の流路５６にバルブ６０ａと、吸気ポート２６であって、第一の流路５６との接続部より末端側にバルブ６０ｂとが設けられる。一方、排気ポート系統においては、第二の流路５８にバルブ６０ｃと、排気ポート５８であって、第二の流路５８との接続部より末端側にバルブ６０ｄとが設けられる。これらのバルブは、アクチュエータ（図示せず）の駆動により弁の開閉がそれぞれ行なわれる。
【００４９】
切り替え構造５４の動作であって、圧力ガス供給源４０の圧力ガスを、第一の流路５６と吸気ポート２６とを介してチャンバ５２に供給する場合の動作について説明する。吸気ポート系統の切替バルブにおいては、バルブ６０ａを開弁させて、バルブ６０ｂを閉弁させる。そして、排気ポート系統の切替バルブにおいては、バルブ６０ｃを閉弁させて、バルブ６０ｄを開弁させる。これにより、圧力ガス供給源４０の圧力ガスが、第一の流路５６と吸気ポート２６とを介してチャンバ５２に供給され、チャンバ５２からの排気が排気ポート２８を介して外部に排出される。
【００５０】
一方、切り替え構造５４の動作であって、圧力ガス供給源４０の圧力ガスを、第二の流路５８と排気ポート２８とを介してチャンバ５２に供給する場合の動作について説明する。吸気ポート系統の切替バルブにおいては、バルブ６０ａを閉弁させて、バルブ６０ｂを開弁させる。そして、排気ポート系統の切替バルブにおいては、バルブ６０ｃを開弁させて、バルブ６０ｄを閉弁させる。これにより、圧力ガス供給源４０の圧力ガスが、第二の流路５８と排気ポート２８とを介してチャンバ５２に供給され、チャンバ５２からの排気が吸気ポート２６を介して外部に排出される。
【００５１】
なお、吸気及び排気ポート系統の各切替バルブは、二方弁構造である場合について説明したが、この構成に限定されない。圧力ガス供給源４０と、吸気及び排気ポート２６，２８の一方とを選択的に連通させることができるのであれば、切替バルブが、一個の弁体で切替可能な三方弁構造であってもよい。この場合、三方弁は、第一の流路５６と吸気ポート２６の接続部と、第二の流路５８と排気ポート２８の接続部とにそれぞれ設けられる。
【００５２】
このような切り替え構造５４を有する圧力ガスエンジン５０のピストン機構１７の動作について、図４，５を用いて説明する。図４は、クランクシャフト２４が正回転する場合におけるピストン機構１７の状態を示す図であり、図５は、クランクシャフト２４が逆回転する場合におけるピストン機構１７の状態を示す図である。本実施形態の圧力ガスエンジン５０は２ストローク１サイクルのエンジンであるので、図４，５では、吸気行程（左側）と排気行程（右側）のピストン機構１７の状態をそれぞれ示す。ここで、本実施形態においては、一例として、正回転が図中の反時計回り方向であり、逆回転が図中の時計回り方向である場合について説明する。
【００５３】
まず、クランクシャフト２４が正回転する場合におけるピストン機構１７の状態について、図４を用いて説明する。このとき、圧力ガスエンジン５０は、切り替え構造５４により、圧力ガスが、圧力ガス供給源４０から第一の流路５６と吸気ポート２６とを介してチャンバ５２に供給され、チャンバ５２からの排気が排気ポート２８を介して外部に排出される状態になっている。
【００５４】
吸気行程においては、吸気バルブ３２が開弁状態であり、排気バルブ３４が閉弁状態である。そして、クランクシャフト２４の回転角度は０から１８０度の間に位置する。圧力ガスが吸気バルブ３２の開弁に伴ってチャンバ５２に供給される。チャンバ５２に供給された圧力ガスの膨張しようとする圧力に伴い、ピストン１８が矢印６２方向に下降する。このピストン１８の直線運動により、クランクシャフト２４が正回転する。
【００５５】
排気行程においては、吸気バルブ３２が閉弁状態であり、排気バルブ３４が開弁状態である。そして、クランクシャフト２４の回転角度は１８０から３６０度の間に位置する。この範囲内の位置においては、クランクシャフト２４の回転に伴い、ピストン１８が矢印６４方向に上昇する。このピストン１８の運動により、チャンバ５２内の圧力ガスは、排気バルブ３４の開弁に伴って外部に排出される。
【００５６】
次に、クランクシャフト２４が逆回転する場合におけるピストン機構１７の状態について、図５を用いて説明する。このとき、圧力ガスエンジン５０は、切り替え構造５４により、圧力ガスが、圧力ガス供給源４０から第二の流路５８と排気ポート２８とを介してチャンバ５２に供給され、チャンバ５２からの排気が吸気ポート２６を介して外部に排出される状態になっている。
【００５７】
吸気行程においては、吸気バルブ３２が閉弁状態であり、排気バルブ３４が開弁状態である。そして、クランクシャフト２４の回転角度は１８０から３６０度の間に位置する。すなわち、吸気及び排気バルブ３２，３４と、クランクシャフト２４とは、ともに、クランクシャフト２４の正回転時における排気行程と同じ状態である。圧力ガスが排気バルブ３４の開弁に伴ってチャンバ５２に供給される。チャンバ５２に供給された圧力ガスの膨張しようとする圧力に伴い、ピストン１８が矢印６２方向に下降する。このピストン１８の直線運動により、クランクシャフト２４が逆回転する。
【００５８】
排気行程においては、吸気バルブ３２が開弁状態であり、排気バルブ３４が閉弁状態である。そして、クランクシャフト２４の回転角度は０から１８０度の間に位置する。すなわち、吸気及び排気バルブ３２，３４と、クランクシャフト２４とは、ともに、クランクシャフト２４の正回転時における吸気行程と同じ状態である。クランクシャフト２４の回転角度が０から１８０度の間に位置する場合においては、クランクシャフト２４の回転に伴い、ピストン１８が矢印６４方向に上昇する。このピストン１８の運動により、チャンバ５２内の圧力ガスは、排気バルブ３４の開弁に伴って外部に排出される。
【００５９】
この実施形態の圧力ガスエンジン５０によれば、切り替え構造５４を用いた圧力ガスの吸気と排気のルート変更という簡易な構成により、バルブシステムによる吸気及び排気バルブ３２，３４の動作のタイミングとクランクシャフト２４の回転角度を全く変更することなく、クランクシャフト２４の正回転と逆回転を容易に変更することができる。したがて、この圧力ガスエンジン５０においては、これの出力側でクランクシャフト２４の正回転及び逆回転を制御する機構、例えば歯車機構を省くことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０，１１０  エンジン、１２  燃焼室、１４  内燃機関、１７  ピストン機構、１８  ピストン、２０  気筒、２４  クランクシャフト、２６  吸気ポート、２８  排気ポート、３２  吸気バルブ、３４  排気バルブ、３８  コネクタ、４０  圧力ガス供給源、４２  空気供給源、４４  中間コネクタ、４６  圧力ガス系バルブ、４８  空気系バルブ、５０  圧力ガスエンジン、５２  チャンバ、５４  切り替え構造、５６  第一の流路、５８  第二の流路、６０  バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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