專利名稱：帶有氣動增力器的可變氣門致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及致動器以及用于控制該致動器的相關(guān)方法與系統(tǒng)， 且特別是，涉及能高效、快捷、靈活地實(shí)施大開啟力量控制的致動器。
背景技術(shù)：
在美國專利No. 6，543，225中描述了一種分開式四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)。 其包括至少一個動力活塞及對應(yīng)的第一或動力氣缸，以及至少一個壓縮活 塞及對應(yīng)的第二或壓縮氣缸。該動力活塞通過四沖程循環(huán)的動力沖程和排 氣沖程往復(fù)運(yùn)動，而該壓縮活塞通過進(jìn)氣沖程和壓縮沖程往復(fù)運(yùn)動。壓力 室或橫跨通道(cross-over passage)與壓縮氣缸和動力氣缸互連，以進(jìn)
氣單向閥提供從壓縮氣缸到橫跨通道的基本上單向的氣流，而出口或橫跨 閥提供在橫跨通道和動力氣缸之間的氣流連通。該發(fā)動機(jī)還包括分別在壓 縮氣缸和動力氣缸上的進(jìn)氣閥和排氣閥。根據(jù)所引用的專利和其他相關(guān)的 開發(fā)技術(shù)的分開式循環(huán)發(fā)動機(jī)潛在地提供很多燃料效率方面的優(yōu)點(diǎn)，尤其 當(dāng)與互連至橫跨通道的附加儲氣罐結(jié)合時，其能夠像空氣混合發(fā)動機(jī)那樣 運(yùn)行發(fā)動機(jī)。相對于電混合發(fā)動機(jī)，空氣混合發(fā)動機(jī)可以以很低的制造和 廢棄物處理成本潛在地提供同樣大甚至更大的燃料經(jīng)濟(jì)利益。
為了取得潛在的利益，對于整個四沖程循環(huán)來說，在橫跨通道中空氣 或者空氣-燃料的混合物必須保持在預(yù)定的點(diǎn)火條件壓力下，例如，大約 270psi或者18.6bar的表壓力。該壓力可以達(dá)到更加高的值，以取得更好 的燃燒效率。同時，橫跨閥的開啟時間段(opening window)必須非常窄， 尤其在中、高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下。橫跨閥在動力活塞處于上止點(diǎn)(TDC)或接近上止點(diǎn)時開啟，并且在此之后立刻或短期內(nèi)關(guān)閉。與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的六至 八毫秒的最小周期相比，在分開式循環(huán)發(fā)動機(jī)中總開啟時間段可以短至一 至二毫秒。為了在橫跨通道中密封持續(xù)的高壓，實(shí)用可行的橫跨閥很可能 是帶有向外(離開動力氣缸，而不是進(jìn)入動力氣缸內(nèi))開啟運(yùn)動的提升閥
(poppet valve)或圓盤閥。當(dāng)關(guān)閉時，在橫跨通道的壓力下閥盤或閥頭 壓靠閥座。為了開啟閥，致動器必須提供非常大的初始開啟力，以克服在 閥頭上的壓強(qiáng)力以及慣性。 一旦橫跨閥開啟，由于在橫跨通道和動力氣缸 之間的實(shí)質(zhì)上的等壓化(等壓過程)，該壓強(qiáng)力將很快顯著下降。 一旦開 始燃燒，閥應(yīng)該按要求迅速關(guān)閉，以防止燃燒擴(kuò)散到橫跨通道，在一定的 燃燒周期中，這也是為了克服高于橫跨通道壓力的動力氣缸壓力而保持閥 穩(wěn)坐在閥座上的必需要求。另外，當(dāng)動力沖程在空氣混合動力運(yùn)行的一定 階段上不起作用時，要求橫跨閥不起作用。類似于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)氣門，橫 跨閥的就位速度必須保持在一定的限度下，以減小噪聲并且保持一定的耐 久性。
總的來說，橫跨閥致動器必須提供大的初始開啟力、足夠的就位力、 合理的低就位速度、高的致動速度和適時的靈活性，而自身消耗最少的能 量。大多數(shù)——若不是全部——傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)氣門致動系統(tǒng)不能滿足這些要 求。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地講，在本發(fā)明的一個方面中， 一種致動器的優(yōu)選實(shí)施例包括 驅(qū)動件，該驅(qū)動件進(jìn)一步包括限定了縱向軸線及第一和第二方向的殼體、 能夠至少沿第一方向產(chǎn)生致動力的致動機(jī)構(gòu)、以及一端可操作地相連于致 動機(jī)構(gòu)的至少一部分而另一端可操作地相連于如發(fā)動機(jī)氣門這樣的負(fù)載
的桿子；至少一個回程彈簧，通過彈簧座組件可操作地連接于桿子，并沿 第二方向偏壓(bias)桿子；和氣動增力器，該氣動增力器進(jìn)一步包括氣動 氣缸、通過彈簧座組件可操作地連接于桿子并沿第一方向偏壓桿子的氣動 活塞、在氣動氣缸和高壓氣源之間提供受控制的流體連通的充氣機(jī)構(gòu)、及 在氣動氣缸和低壓氣匯之間提供受控制的流體連通的泄氣機(jī)構(gòu)。
在運(yùn)行中，致動器依靠來自至少一個回程彈簧的沿第二方向偏壓的力來克服其它所有的力——包括來自氣動增力器及負(fù)載的力——而把負(fù)載 保持在第二方向的終端位置，而致動機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生沿第一方向的力，氣動增 力器通過充氣機(jī)構(gòu)被充氣以產(chǎn)生沿第一方向的、可觀的力來抗衡沿第二方 向的、可觀的負(fù)載力。
通過致動機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的沿第一方向的致動力，該致動器啟動其負(fù)載沿 第一方向的行進(jìn)，致動力和來自氣動增力器的力相結(jié)合能夠克服包括來自 于至少一個回程彈簧和負(fù)載的其余的力的總和，并沿第一方向加速負(fù)載。
通過沿第一方向的致動力，致動器保持沿第一方向的行進(jìn)，直到達(dá)到 目標(biāo)行程，如果需要把負(fù)載停留在目標(biāo)行程上，則把致動力保持在第一方 向。至少通過關(guān)閉沿第一方向的致動力，致動器開始負(fù)載沿第二方向的回 程行進(jìn)，使得負(fù)載至少被回程彈簧沿第二方向加速。
在上述時段的至少部分時間內(nèi)，致動器通過泄氣機(jī)構(gòu)泄掉增力器氣缸 中過剩的空氣，以減少來自氣動增力器的力，否則它對負(fù)載的返回行進(jìn)產(chǎn) 生太過分的阻力。隨著不斷減少的回程彈簧力和不斷增加的氣動增力器力 ——這有助于減緩負(fù)載——致動器完成回程行進(jìn)。
在另一實(shí)施例中，驅(qū)動件是流體驅(qū)動件；致動機(jī)構(gòu)包括致動活塞、致
動油缸及分別與第一和第二端口流體連通的第一和第二流體空間；及桿子
為可操作地與致動活塞和負(fù)載相連的活塞桿。
在另一實(shí)施例中，驅(qū)動件是電磁驅(qū)動件；致動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在銜鐵
腔內(nèi)的銜鐵及至少一個第一電磁鐵，該電磁鐵在銜鐵腔的第一方向一側(cè)，
由此能夠在通電時沿第一方向拉銜鐵；及桿子為可操作地與銜鐵和負(fù)載相 連的銜鐵桿。
在另一實(shí)施例中，充氣機(jī)構(gòu)包括充氣孔，由此在相當(dāng)程度上限制充氣 流量(flowra1:e)。它還可包括控制機(jī)構(gòu)，至少當(dāng)泄氣機(jī)構(gòu)正在積極泄出 過量空氣時大大關(guān)閉了充氣流。
相對于通用的流體致動器及其控制，本發(fā)明提供了重要的優(yōu)勢，對于 這樣的橫跨通道發(fā)動機(jī)氣門——其需要大量的初始開放力、充分的就坐 力、相當(dāng)?shù)偷木妥俣取⑤^高的致動速度及正時的靈活性，同時致動器本 身消耗最少的能源——來說是特別需要的。該氣動增力器能夠提供大初始 力，無需增加太多的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性或要求太多能源消耗或受制于液體或電磁致動器的能力和功能限制，通過直接利用橫跨通道或空氣儲罐。通過此充 氣機(jī)構(gòu)，增力器的力可以隨橫跨通道工作壓力的變化而直接調(diào)整，不用復(fù) 雜的主動控制。通過此泄氣機(jī)構(gòu)，通過大大降低回程時的增力器力，從而 能夠大幅度降低發(fā)動機(jī)氣門返回力。
由于氣動增力器，驅(qū)動件——無論是流體式或電磁式——能夠或多或 少地集中于進(jìn)行常規(guī)氣門驅(qū)動，沒有因很大的初始開啟力而帶來的設(shè)計、 功能和成本負(fù)擔(dān)，這種很大的初始開啟力對流體驅(qū)動件而言常規(guī)需要大流 量和安裝尺寸，對電磁驅(qū)動件而言常規(guī)需要很高的——如果不是不可能的 ——磁力和電功力。
結(jié)合附圖，參照下面的詳細(xì)描述，將更好地理解本發(fā)明及其進(jìn)一步的 目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。


圖l是發(fā)動機(jī)氣門致動器優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其在關(guān)閉狀態(tài)； 圖2是另一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其包括在流體驅(qū)動件、彈簧座組件
以及氣動增力器中的設(shè)計變化；
圖3是另 一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其包括三通比例閥和充氣閥； 圖4是另一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其包括四通比例閥、帶雙端活塞桿
的流體驅(qū)動件以及不帶泄氣機(jī)構(gòu)的氣動增力器；和
圖5是另一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其包括電磁驅(qū)動件。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖l，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種致動器，其包括流體 驅(qū)動件30、致動三通閥90、回程彈簧72和氣動增力器85。致動器的負(fù)載或 控制目標(biāo)是發(fā)動機(jī)氣門20。
該致動三通閥90通過流體驅(qū)動件30的第二端口62來供應(yīng)流體驅(qū)動件 30。三通閥90的三條通道中的兩條與低壓P一L流體管線和高壓PJi流體管線 相連，第三條通道與第二端口62相連。流體驅(qū)動件30的第一端口60直接 與低壓P一L流體管線流體連通。
該致動三通閥90可被切換到左位92或者右位94。在左位92和右位
ii94時，第二端口62分別與P—H管線禾BP—L管線流體連通。
壓力P—H可以是常數(shù)或連續(xù)可變。當(dāng)可變時，它是為了適應(yīng)以下的變 化系統(tǒng)摩擦、發(fā)動機(jī)氣門開放度、空氣壓力、發(fā)動機(jī)氣門就坐速度要求、 等等，并/或盡可能節(jié)約運(yùn)行能源。壓力P一L可以簡單地是流體箱壓力、大 氣壓力或流體系統(tǒng)背壓。例如，流體系統(tǒng)背壓可簡單地例如由一個彈簧式 止回閥(使用或不使用蓄能器均可)來支持或控制的。P—L值優(yōu)選在盡可 能地低以提高系統(tǒng)效率，但又足夠高以有助于防止流體氣蝕。必要時，可 以更嚴(yán)格地控制P一L。在必要和/或允許的時候，連接于兩個端口60和62 的兩條P一L管線可維持在兩個壓力值。例如，第一端口60可能只是用來傾 倒一些泄漏流到流體箱(未顯示在圖l中)。在這種情況下，第一流體空 間的大部分可能只是充滿空氣，而不是工作流體(假設(shè)工作流體不是空 氣)。
該發(fā)動機(jī)氣門20包括發(fā)動機(jī)氣門頭22和發(fā)動機(jī)氣門桿24。該發(fā)動機(jī)氣 門頭22包括第一表面28和第二表面29，它們在分開式循環(huán)的發(fā)動機(jī)中分別 暴露于橫跨通道110和發(fā)動機(jī)氣缸102。該發(fā)動機(jī)氣門20通過發(fā)動機(jī)氣門桿 24、沿縱向軸線116可操作地與流體驅(qū)動件30相連，發(fā)動機(jī)氣門桿24可滑 動地設(shè)置在發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo)管或發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo)向裝置120中。為便于說明， 組件和縱向軸線116具有第一和第二方向，它們與圖l中頂部和底部的方向 是一樣的。如圖1所示的該發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo)管120不像傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo) 管，該傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo)管通常是一個具有非常有限的壁厚的套。導(dǎo)管120 的設(shè)計是位于氣缸頭82中，在氣門組件開口83上面，該開口大到足以在組 裝時讓發(fā)動機(jī)氣門頭22滑過。這只是許多潛在組裝方式之一。這并不排除 在導(dǎo)管120內(nèi)增加傳統(tǒng)外觀的套筒的可能性。該導(dǎo)管120可能包含必要的發(fā)
動機(jī)冷卻液和潤滑油通道(未顯示在圖l中)。
當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20完全關(guān)閉時，發(fā)動機(jī)氣門頭22與發(fā)動機(jī)氣門座26接 觸，封閉橫跨通道110和發(fā)動機(jī)氣缸102之間的流體連通。
流體驅(qū)動件30包括致動器殼體70、致動活塞40和致動油缸50。該致動 活塞40可滑動地設(shè)置于致動油缸50中。該致動活塞40固定在活塞桿46上， 在緊固元件45和肩49之間。該致動活塞40包含了第一表面42和第二表面 44，沿縱向把致動油缸50分為第一流體空間52 (在致動油缸第一端56和致動活塞第一表面42之間)和第二流體空間54 (在致動活塞第二表面44和致 動油缸第二端58之間)。致動活塞40和活塞桿46的徑向間隙充分地緊，以
提供充分的流體密封，但對相對運(yùn)動提供可容許的阻力。
通過活塞桿上的頸結(jié)構(gòu)48周圍的第二流道64，第二流體空間54與第二 端口62實(shí)現(xiàn)流體連通。當(dāng)致動活塞40接近致動油缸第二端58時，該第二 流道64變得更充分地狹窄，肩49沿縱向接近和/或重疊第二流道64。如果 第二流動機(jī)制限定為包括第二流道64、頸48和肩49，那么第二流動機(jī)制提 供了第二流體空間和第二端口之間的充分開放的流體連通。致動活塞40接 近致動油缸第二端58時，它提供了緩沖功能(snubbing function)。若需 要，第二流動機(jī)制還可包括一個單向或止回閥(未顯示在圖l中)，從第 二端口62到第二流體空間54提供一個平行的、大幅度開放的流體連通。
第一流體空間52在沒有很大的流量限制的情況下與第一端口60流體 連通。
活塞桿46可操作地與發(fā)動機(jī)氣門桿24相連，在這實(shí)施例中(如圖l 所示)桿46和桿24是同一結(jié)構(gòu)，但這不是唯一的設(shè)計方案。
彈簧座組件74被設(shè)計為有助于支撐回程彈簧72和把它的力傳至發(fā)動 機(jī)氣門桿24。如圖1所示的回程彈簧72是一個單一的機(jī)械壓縮彈簧。這并 不排除其它的設(shè)計方案，如一對平行的壓縮彈簧。彈簧72也可是蝶形15 (Belleville)型的或氣動性質(zhì)的。
該彈簧座組件74包括第一和第二彈簧座78和80和一套氣門固定件76。 第一彈簧座78還有氣動活塞的職能，它可滑動地設(shè)置于氣動氣缸84——發(fā) 動機(jī)氣門導(dǎo)管120上方的一個腔——內(nèi)，形成了氣動增力器85。第一彈簧 座78和氣動氣缸84的側(cè)面的、滑動的壁保持不漏氣的密封，并通過必要的
潤滑和密封機(jī)制(細(xì)節(jié)沒有在圖l中顯示)來達(dá)到合理程度的摩擦?；爻?彈簧72和氣動增力器85分別沿第二和第一方向加力于第一座78，以此加力 于發(fā)動機(jī)氣門桿24。該彈簧座組件74因此設(shè)計成能在兩個方向受力?；爻?彈簧72的力被加于第一彈簧座78，再通過氣門固定件76傳給發(fā)動機(jī)氣門桿 24。氣動氣缸84的氣動力主要被加于第一彈簧座78，并通過彈簧座緊固件 81圖1未示詳情)、第二彈簧座80及氣門固定件76傳給閥桿24。
通過包括充氣道112和充氣孔86的充氣機(jī)構(gòu)，氣動氣缸84由加壓氣體或來自橫跨通道110的空氣——高壓氣源~~"來充氣或被供給氣體。該充
氣孔86被設(shè)計為比充氣道112更有限制性。通道112和孔86可合并為一個單 一的限制性長孔(未顯示在圖l中)。充氣孔86的單獨(dú)建造或存在可以簡 化制造過程。氣動氣缸84還在其頂端部分故意設(shè)計有一個擴(kuò)張部分118， 以使得只有當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20就坐且處于發(fā)動機(jī)氣門沿第一方向行進(jìn)的預(yù) 定距離L1內(nèi)時，第一座78和氣動氣缸84之間保持有效的空氣密封，其中， 超出該預(yù)定距離L1時，氣動氣缸84和第一座78之間有很大的間隙或泄氣通 道，氣動氣缸84與大氣或低壓氣匯(low-pressure gas sink)有大量流 體連通，但與橫跨通道110有有限制性的流體連通。
該致動油缸50在縱向提供充分空間，以便在負(fù)載或發(fā)動機(jī)氣門20分別 在其第一方向和第二方向的終端位置時，致動活塞40不接觸該油缸50的第 一端56和第二端58。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20如圖1所示就坐或在其第二方向的終 端位置時，致動活塞第二表面44和致動油缸第二端58之間還有距離，以適 應(yīng)發(fā)動機(jī)氣門間隙調(diào)整。當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20是完全開放或在其第一方向的 終端位置時，有足夠的回程彈簧72力和/或足夠的油缸50內(nèi)的縱向空間， 以防止致動活塞第一表面42和致動油缸第一端56的直接接觸。
可替代地，人們可以設(shè)計通過致動活塞第一表面42和致動油缸第一 端56——或與它們相當(dāng)?shù)谋砻妗g的實(shí)體接觸來對發(fā)動機(jī)氣門開放 行進(jìn)加以限制或界定，再加上必要的緩沖或控制措施，如在下面出現(xiàn)的圖 2和圖5中所示。
該發(fā)動機(jī)氣門頭22在其第一表面28上通常接觸到橫跨通道110的壓 力，和在其第二表面29上通常接觸到發(fā)動機(jī)氣缸102的壓力。
第一彈簧座或氣動活塞78的橫截面積將基本等于發(fā)動機(jī)氣門頭橫 截面積，以使得當(dāng)氣動氣缸84中的壓力由于通過充氣孔86的流體連通而基 本上等于橫跨通道的壓力時，氣動活塞78上的氣壓強(qiáng)力基本取消發(fā)動機(jī) 氣門第一表面28的壓強(qiáng)力?？商娲?，氣動活塞78橫截面積要明顯地" 但不一定充分地——不同于(無論是大于或小于)發(fā)動機(jī)氣門頭22的橫 截面積。例如，更大的氣動活塞橫截面積提供額外的發(fā)動機(jī)氣門開啟力， 這樣，相對更緊湊的流體驅(qū)動件30就可勝任。
該系統(tǒng)還經(jīng)歷各種摩擦力、穩(wěn)態(tài)流動力、瞬變流動力和其他慣性力。
14穩(wěn)態(tài)流動力是由流動速度變化所造成的液體靜壓(hydrostatic pressure)再分配，即伯努利效應(yīng)。瞬變流動力是流體慣性力。其它慣性 力是具有慣性的物體——這里不包括流體——的加速度所產(chǎn)生的，因?yàn)楹?大的加速度或快速正時，它們大量地來自發(fā)動機(jī)氣門組件。
動力關(guān)閉狀態(tài)
在動力關(guān)閉狀態(tài)下，所有流體的供應(yīng)來源P一H和P—L處于低或零表壓 力。致動活塞40上的總流體力實(shí)質(zhì)上等于零。發(fā)動機(jī)氣門僅靠回程彈簧72 即可就坐或關(guān)閉。如果氣動活塞78比發(fā)動機(jī)氣門頭22有一個較小的直徑以 及橫跨通道110壓力仍然足夠——特別是對帶有儲氣罐的空氣混合應(yīng)用， 則就坐更可靠。
動力關(guān)閉時，致動三通閥90的默認(rèn)位置(default position)優(yōu)選是 ——但不一定要——在其如圖1所示的右位94，以便如果發(fā)動機(jī)氣門可靠 就坐是非常重要或關(guān)鍵的話，則第二流體空間54與低壓P—L流體管線有流 體連通且肯定處于很低或?yàn)榱愕谋韷毫?。緊接著發(fā)動機(jī)的關(guān)閉之后，高壓 P一H流體管線可能仍然有壓。在發(fā)動機(jī)啟動時，發(fā)動機(jī)氣門20可保持在 關(guān)閉位置，不用主動地切換開關(guān)閥90。
啟動
從動力關(guān)閉狀態(tài)下來啟動該系統(tǒng)，所有流體的供應(yīng)來源被加壓，確保 致動三通閥90不論是通過默認(rèn)控制或主動控制都處于其如圖1所示的右位 94。發(fā)動機(jī)氣門20至少通過回程彈簧72而被確保處于在如圖1所示的關(guān)閉 或就坐的位置。
氣門的開啟和關(guān)閉
要打開發(fā)動機(jī)氣門20，致動三通閥90切換到其左位92。第二流體空間 54通過第二流動機(jī)制而向高壓P—H供應(yīng)源幵放，而第一流體空間52仍然暴 露于低氣壓P一L供應(yīng)源。由此產(chǎn)生的在致動活塞40上的差壓力
(differential pressure)是沿第一方向的(或在圖l中是向上的)，以 主要克服彈簧力，推開發(fā)動機(jī)氣門20。與此同時，考慮到氣動氣缸84和橫跨通道110是在相同的壓力下，發(fā)動機(jī)氣門20上的向下的空氣差壓力基本 上由氣動活塞78上的向上的空氣差壓力來平衡。在分開式循環(huán)的發(fā)動機(jī)
中，發(fā)動機(jī)氣門上的主導(dǎo)力量是從橫跨通道110來的空氣壓強(qiáng)力。納入 氣動活塞78有助于平衡和抵消這一巨大的力量，否則需要一個非常大的
和能源密集型的致動器。
當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20—打開時，發(fā)動機(jī)氣缸102被迅速地充氣，遠(yuǎn)在發(fā)動 機(jī)氣門20通過開啟行程的中點(diǎn)之前，其壓力就在很短的時間內(nèi)達(dá)到橫跨 通道的壓力，從而迅速消除發(fā)動機(jī)氣門表面28和29的差壓力。在同一短的 時間內(nèi)，氣動氣缸84中的壓力和氣動活塞78上的差壓力也迅速下降，這是 由于氣缸的有限的和預(yù)先確定的初始體積、與發(fā)動機(jī)氣門運(yùn)動有關(guān)的快速 體積擴(kuò)張、有限的通過充氣孔86的空氣流入量、以及隨著氣動活塞78上升 過如圖1所示的預(yù)定的距離L1而進(jìn)入氣動氣缸84的擴(kuò)張上部118時的空氣 排泄。
對于其余的開放行程或在距離Ll以外處，氣動活塞78和發(fā)動機(jī)氣 門20上的空氣壓強(qiáng)力最低，致動活塞40抗衡來自回程彈簧72的正在增長的 彈簧力，繼續(xù)在第一方向(或向圖l的上方)推動發(fā)動機(jī)氣門20，直至發(fā) 動機(jī)氣門達(dá)到其完全打開的位置，此時，彈簧力和跨過致動活塞40的流 體差動力(differential force)相平衡，考慮到結(jié)構(gòu)的彈簧-質(zhì)量 (spring-mass)性質(zhì)，此平衡應(yīng)是帶有某些過沖和阻尼振蕩的動態(tài)平衡。 但如在其他優(yōu)選實(shí)施例(圖2和圖4 )中所示，有措施來實(shí)現(xiàn)更為明確的 升程或全開位置。
只要致動三通閥90仍然在其左位92，發(fā)動機(jī)氣門20依然敞開。在此期 間，氣動氣缸84不斷接到從充氣孔86來的小流量氣流，和不斷地通過氣動 活塞78和其頂端的、擴(kuò)張的氣缸壁118之間可觀的間隙來排泄空氣。這 種能量損失將繼續(xù)下去，直至氣動活塞78回到氣動氣缸84的下部分。然而， 由于充氣孔86的限制性質(zhì)和發(fā)動機(jī)氣門開放時期相對整個熱循環(huán)是有限 的，所以能量損失被控制到最小程度。
為了開始關(guān)閉發(fā)動機(jī)氣門，致動三通閥90切換至其右位94，以及第二 流體空間54重新開放到低壓P—L流體供應(yīng)源，在致動活塞40上導(dǎo)致基本上 是零的壓差?；爻虖椈?2能夠向下驅(qū)動發(fā)動機(jī)氣門20。當(dāng)氣動活塞78通過
16氣動氣缸84的擴(kuò)張部分118時，氣動活塞18和氣動氣缸84的壁之間再次建'立充分的空氣密封，氣動氣缸中的壓力在開始上升，這主要是隨著發(fā)動機(jī)氣門20以及氣動活塞18向下移動，氣缸體積縮小。壓力上升也得益于從充氣孔86來的流動。氣動氣缸84的功能如氣動彈簧，減緩發(fā)動機(jī)氣門20的前進(jìn)，并最終有助于實(shí)現(xiàn)當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20到達(dá)發(fā)動機(jī)氣門座26時的軟就坐。
大約在發(fā)動機(jī)氣門座落或著陸時及此后不久，發(fā)動機(jī)氣缸中的壓力因?yàn)槿紵挠绊憰簳r超過了橫跨通道的壓力，造成了短暫的沿第一方向或向上的差壓力?；爻虖椈?2的預(yù)加載荷(preload)應(yīng)設(shè)計得能抵抗這個短暫的、向上的在發(fā)動機(jī)氣門上的差動力及來自氣動氣缸84的壓強(qiáng)力而將發(fā)動機(jī)氣門20保持在就坐的位置。但是，氣動氣缸的壓力在此時刻不等于橫跨通道的全部壓力。這是通過早期經(jīng)過氣動氣缸84擴(kuò)張部分118的排泄和充氣孔的限制性質(zhì)來特意實(shí)現(xiàn)的。
此后隨著容積的進(jìn)一步擴(kuò)大，發(fā)動機(jī)氣缸壓力低于橫跨通道的壓力。在其余的發(fā)動機(jī)熱循環(huán)中，通過從充氣孔86來的限制流量，氣動氣缸壓力進(jìn)一步上升，這是緩慢的，但能足夠地為下一個發(fā)動機(jī)氣門打開動作準(zhǔn)備好。
圖2描述本發(fā)明的替代實(shí)施例，它具有流體驅(qū)動件30設(shè)計的變化。第一流動機(jī)制——這是指第一端口60和第一流體空間52之間的流體連通——包括第一沉割槽32和至少一個第一緩沖溝33。當(dāng)在開放行程中致動活塞第一表面42沿第一方向縱向通過第一沉割槽32時，工作流體大大被困在第一流體空間52中，只有通過至少一個第一緩沖槽33的有限出口導(dǎo)致緩沖動作，以有助于減緩行進(jìn)速度和降低潛在的振蕩。當(dāng)有此愿望時，該致動油缸第一端可以縱向布置，以對致動活塞第一表面42提供可靠的止動，由此明確地界定發(fā)動機(jī)氣門升程。如果是這樣希望的話，可以布置止回閥(未顯示在圖2中)，以便在發(fā)動機(jī)氣門關(guān)閉行程開始階段，允許從第一端口60到第一流體空間52的端部中的單向流動，由此避免氣蝕。
同樣，第二流動機(jī)制——這是指第二端口62和第二流體空間58之間的流體連通——包括第二沉割槽34和至少一個第二緩沖溝35。當(dāng)致動活塞第二表面44在關(guān)閉行程中沿第二方向縱向通過第二沉割槽34時，工作流體大大地被困在第二流體空間58中，只有通過至少一個第二緩沖溝35的有限出 口，造成緩沖動作，以有助于放慢行進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)氣門20的軟就坐。 希望在致動油缸第二端和致動活塞第二表面44之間留下一個預(yù)先確定的 縱向距離，以確保在發(fā)動機(jī)氣門20坐著時在發(fā)動機(jī)氣門頭22和閥座26之 間有穩(wěn)固的接觸和緊密的密封，此要求必須在發(fā)動機(jī)所有運(yùn)行條件下和在 整個發(fā)動機(jī)使用壽命中得到滿足。必要時，需要在這個和其它實(shí)施例中整 合一額外的發(fā)動機(jī)氣門間隙調(diào)整裝置(未顯示在圖2中)。
圖2所示實(shí)施例進(jìn)一步包括彈簧座組件74的設(shè)計變化。第二彈簧 座80——而不是第一彈簧座78——行使或兼帶氣動活塞80的功能。它還包 括兩套氣門固定件76b和76c。該實(shí)施例使發(fā)動機(jī)氣門桿24和活塞桿46為兩 個單獨(dú)的實(shí)體，可操作地通過彈簧座組件74——加上必要的緊固件106或 同等零件——來連接。
該實(shí)施例還顯示了為氣動增力器85服務(wù)的充氣和泄氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計變 化。它采用至少一個泄氣孔87作為泄氣通道——而不是圖1所示的擴(kuò) 張的壁118——來在氣動活塞80b行進(jìn)到圖2所示的預(yù)定的距離Ll時 讓氣動氣缸84排出其額外的氣體。泄氣孔87可能裝有多孔材料或過濾器
(未顯示)，以減少與泄氣過程有關(guān)的噪音。為了節(jié)省鉆或鑄造泄氣孔87 所需的努力和費(fèi)用，可以簡單地把發(fā)動機(jī)氣門導(dǎo)管120以及把氣動氣缸84 設(shè)計到此高度， 一旦氣動活塞80b行進(jìn)到這一點(diǎn)，它將與氣動氣缸84脫 離，造成廣泛的開放泄氣過程。
也可以利用氣動活塞80b和氣動氣缸84之間的徑向間隙的一些預(yù)先 定義的變化(圖2中未示出)。采取相反的做法，可用某些膜片(未顯示在 圖2中)來完全封閉通過徑向間隙的泄漏，完全依靠至少有一個泄氣孔87 或其等同的設(shè)計來控制空氣或氣體質(zhì)量(mass)排泄。此外，如想要的話， 可使用控制閥(未顯示在圖2中)來控制其開/關(guān)狀態(tài)。
圖2中充氣孔86b是受包括氣孔門89和桿件沉割槽104的控制機(jī)制來調(diào) 控的，當(dāng)發(fā)動機(jī)氣門20向上行進(jìn)到一個預(yù)先確定的距離L2 (圖2所示)時， 氣孔門89和桿件沉割槽104不是互相開放的。距離L2最好是等于或短于距 離L1，以便當(dāng)通過泄氣孔87或同等設(shè)計的排泄在進(jìn)行時，經(jīng)充氣孔86b的 流動和充氣過程被充分地封鎖。這種充氣機(jī)構(gòu)的設(shè)計變化將有助于減少不
18必要的、無論多么小的能量損失。
圖3描繪本發(fā)明的另一備選實(shí)施例。在該流體驅(qū)動件30中，用比例或
伺服三通閥90c來控制對第二流體空間54的流體供應(yīng)。該發(fā)動機(jī)氣門或致 動器的位置信號可以通過位置傳感器(未顯示在圖3中)來收集。反饋控 制將有助于實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)氣門升程及就坐速度的更加精確的控制。比例或 伺服閥90c本身可直接通過各種手段(未顯示在圖3中)來致動，這些手段
包括電磁閥或其它電磁手段、電液先導(dǎo)閥和壓電致動器。
該實(shí)施例進(jìn)一步采用作為控制機(jī)制的充氣閥108，它與充氣道112—起 有助于實(shí)現(xiàn)對氣動氣缸84充氣過程的更好的控制。該充氣閥108至少有 以下兩個主要功能之一(1 )在發(fā)動機(jī)氣門開放行程之前打開充氣道112 以使氣動氣缸84被充氣，并當(dāng)氣動氣缸84正在泄氣時——尤其是如果沒有 使用限制性充氣孔86的話——關(guān)閉充氣道112以消除或減少泄漏流；
(2 )如在空氣混合動力汽車的應(yīng)用中，當(dāng)發(fā)動機(jī)或某特定發(fā)動機(jī)氣缸 無動力時，完全關(guān)閉充氣道U2，以盡量減少泄漏和維持橫跨通道和/或儲 氣罐中的加壓空氣。對于第一功能，分裂四沖程循環(huán)發(fā)動機(jī)的每個動力缸 需要一個充氣閥108，因?yàn)槊總€動力缸都有其獨(dú)特的正時。如果只需要第 二功能，可以選擇地在整個發(fā)動機(jī)中只使用一個充氣閥108，閥108控制一 個共同充氣道(圖3未示出)，此共同充氣道最終分流到支流充氣道(未顯 示在圖3中)來服務(wù)于單個(individual)動力缸(未顯示在圖3中)。 進(jìn)一步為了第一功能，充氣閥108可以是比例閥(proportional valve)， 而不是開關(guān)閥。采用比例閥的形式，充氣閥108例如能夠積極控制氣動氣 缸84的空氣壓力，以滿足各種功能、耐用性和NVH (噪音、振動及聲振粗 糙度)的需求。
在這個和其它圖中，充氣道112連接到橫跨通道110?？蛇x地，它可以 連接到儲氣罐(如在空氣混合動力汽車中)或一個單獨(dú)的儲存裝置(圖中 未10 顯示)。單獨(dú)的儲存裝置可能有自己的壓力，這可以被調(diào)節(jié)以有 助于實(shí)現(xiàn)最佳的氣動氣缸84的充氣過程。
現(xiàn)在參照圖4，描繪本發(fā)明的另一備選實(shí)施例。在這種情況下，用比 例或伺月艮四通闊(proportional or servo 4—way valve) 90<5來——起矛空帶」 第一和第二流體空間52和54的流體供應(yīng)。該實(shí)施例能夠在第一和第二方向都提供積極控制的致動力?？蛇x擇地，活塞桿46縱向地延伸通過第一流體
空間52，成為雙端(double-ended)活塞桿?；钊麠U的兩端可擁有兩種不 同直徑，較小桿直徑的一邊有較大的有效流體壓力表面積，以提供有偏差 的或不對稱的差動流體力(differential fluid force)。
還有一個變化或選擇是不用泄氣機(jī)構(gòu)。在發(fā)動機(jī)氣門關(guān)閉時，沿第二 方向的致動力將很容易有助于克服來自氣動增力器85的高氣壓力。消除 泄氣機(jī)構(gòu)將有助于簡化氣動增力器85的結(jié)構(gòu)。沒有了泄氣機(jī)構(gòu)或重大排 泄，仍然需要包括充氣孔86在內(nèi)的充氣機(jī)制，以彌補(bǔ)潛在的輕微泄漏及 調(diào)整氣動增力器85的壓力和空氣質(zhì)量(mass)，以適應(yīng)在橫跨通道或儲氣 罐中壓力值的變化。例如當(dāng)橫跨通道的壓力較低時，致動器需求較低的推 動力量。從這個意義上講，充氣機(jī)構(gòu)也有一種平衡功能，在具有泄氣機(jī)構(gòu) 的氣動增力器中也是如此。
根據(jù)不同的應(yīng)用，如果較低的空氣壓強(qiáng)力有利于發(fā)動機(jī)氣門的就坐過 程，則圖4實(shí)施例中的其余部分仍可能采用之前實(shí)施例(圖l-3所示)中的 泄氣機(jī)構(gòu)之一。
現(xiàn)在參照圖5，描繪本發(fā)明的另一備選實(shí)施例。在此實(shí)施例中，電磁 驅(qū)動件130取代圖1-4所示的流體驅(qū)動件30。電磁驅(qū)動件130包括殼體132， 其中從頂部向底部有第一電磁鐵134、銜鐵腔(armature chamber) 146 和第二電磁鐵136。第一和第二電磁鐵134和136還包括他們的電氣繞組和 硅鋼片組(lamination stacks),詳細(xì)設(shè)計沒有顯示在圖5中。銜鐵138 被安置在銜鐵腔46中、在第一和第二電磁鐵34和36之間，且是剛性地連接 到銜鐵桿140。該銜鐵桿140可滑動地設(shè)置為通過第二電磁鐵136和殼體 132，并且可操作地與發(fā)動機(jī)氣門桿24相連。
供電時，第一和第二電磁鐵134和136分別沿第一 (上)和第二 (下) 方向吸引銜鐵138。在整個升程中第一電磁鐵134能夠吸住銜鐵138及保持 發(fā)動機(jī)氣門20打開。當(dāng)在發(fā)動機(jī)氣門20和氣動活塞80上的空氣壓強(qiáng)力基本 平衡時打開發(fā)動機(jī)氣門20，第一電磁鐵134只需要克服回程彈簧72的預(yù)加 載荷，盡管電磁力有高度非線性性質(zhì)，但這也是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)闄M跨發(fā) 動機(jī)氣門總的升程及由此銜鐵134和電磁鐵134之間的空氣間隙偏小。如有 必要，通過把氣動活塞80設(shè)計得略微大于發(fā)動機(jī)氣門頭22，從而引入在第
20一方向的空氣差壓力，這可以進(jìn)一步得到協(xié)助。
要把發(fā)動機(jī)氣門20從全開位置關(guān)閉，可將第一電磁鐵134斷電
(de-energize),發(fā)動機(jī)氣門20靠回程彈簧72的返回力而被往下壓，如有 必要，可通過被通電的第二電磁鐵136來產(chǎn)生拉力援助。在關(guān)閉的稍后階 段，氣動氣缸86因體積收縮和可選的、通過充氣孔86b的充氣動作而被 加壓，它有助于減緩發(fā)動機(jī)氣門20以實(shí)現(xiàn)軟就坐。還可以通過有控制地 給第一電磁鐵134通電來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的延緩行動，根據(jù)工況需要或反饋信 號達(dá)到沿第一方向的理想拉力。
另外，如果想要一個低的彈簧預(yù)加載荷，則來自第二電磁鐵136的、 沿第二方向的拉力也可協(xié)助回程彈簧72，以便在至少部分燃燒期間，當(dāng)動 力氣缸102的壓力明顯超過了橫跨通道110的壓力時，保持發(fā)動機(jī)氣門20 坐定。
如果氣動增力器85包括如圖5中的泄氣孔87似的泄氣機(jī)構(gòu)，則第二電 磁鐵136就是一個可取舍的組件，它可以被消除，如果回程彈簧72和其 他相關(guān)組件能足夠地實(shí)現(xiàn)各種職能的話。
但是，如果采用如圖4所示的、沒有泄氣機(jī)構(gòu)的氣動增力器設(shè)計，第 二電磁鐵136是不可缺的。在這種情況下，第二電磁鐵136需要產(chǎn)生在第二 方向的致動力，以在發(fā)動機(jī)氣門關(guān)閉過程中有助于克服來自氣動增力器的 高氣壓強(qiáng)力，此時，發(fā)動機(jī)氣門上沒有極高的空氣差壓力來平衡氣動增力 器的力。
在圖1-5中的氣動增力器85的各種實(shí)施例是專門為了克服發(fā)動機(jī) 氣門第一表面28上的最初壓強(qiáng)力來開啟發(fā)動機(jī)氣門。然而，在氣門關(guān)閉 時，發(fā)動機(jī)氣門頭上壓差力充分地縮小，氣動增力器85能通過其泄氣機(jī) 構(gòu)縮小其壓強(qiáng)力。通過本氣動增力器85，圖1-4中的流體驅(qū)動件30和圖5 中的電磁驅(qū)動件130可以處理發(fā)動機(jī)氣門開閉中力度較小的部分。氣動增 力器85的各種實(shí)施例的有效整合不僅限于以上討論的這些流體和電磁驅(qū) 動件30和130。事實(shí)上，由于氣動增力器85解決了很大的初始開啟力， 任何具有足夠的力和控制來為發(fā)動機(jī)氣門加速、減速及就坐控制的驅(qū)動件 均可采用。
在所有上述說明中，開關(guān)和/或控制閥中的每一個可以是單級式或多級式的類型。每個閥可以是直線型(如滑閥(spool valve))或旋轉(zhuǎn)式。
每個閥門可以通過電動、電磁、機(jī)械、壓電或流體的手段來驅(qū)動或先導(dǎo)驅(qū) 動。
在一些附圖和說明中，流體介質(zhì)可以被假定或暗示為液壓或液態(tài)形 式。在大多數(shù)情況下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋榷日{(diào)整，相同的概念可以適用于氣動 增力器和系統(tǒng)。因此，本文中所使用的術(shù)語"流體"應(yīng)同時包括液體和 氣體。此外，在到目前為止的許多附圖和說明中，本發(fā)明的應(yīng)用被默認(rèn)為 是應(yīng)用在分開式四沖程循環(huán)內(nèi)燃機(jī)氣門控制，但不應(yīng)有如此的限制。這項(xiàng) 發(fā)明可以應(yīng)用到其它有快速和/或高的初始力的運(yùn)動控制要求的情況。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的變化而不脫離本發(fā)明的精神 和范圍。同樣，前面的詳細(xì)描述應(yīng)當(dāng)看作是說明性的而不是限制性的，旨 在由所附權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍，包括其所有的等同物。
權(quán)利要求
1、一種致動器，包括驅(qū)動件，包括限定了縱向軸線及第一和第二方向的殼體、以及至少沿第一方向產(chǎn)生致動力的致動機(jī)構(gòu)；至少一個回程彈簧，可操作地與所述致動機(jī)構(gòu)相連，并沿第二方向偏壓所述致動機(jī)構(gòu)；和氣動增力器，可操作地與所述致動機(jī)構(gòu)相連，并沿第一方向偏壓所述致動機(jī)構(gòu)，由此沿第一方向給予所述驅(qū)動件增力。
2、 如權(quán)利要求l所述的致動器，其中，所述氣動增力器包括 氣動氣缸；氣動活塞，至少在其部分行進(jìn)范圍可滑動地設(shè)置于所述氣動氣缸之 中；禾口充氣機(jī)構(gòu)，由此在發(fā)動機(jī)熱循環(huán)的至少部分期間，給所述氣動氣缸充 氣并使其壓力與來自高壓氣源的加壓空氣平衡。
3、 如權(quán)利要求2所述的致動器，其中，所述氣動增力器還包括-泄氣機(jī)構(gòu)，由此在發(fā)動機(jī)熱循環(huán)的至少部分期間，將過量的空氣從所述氣動氣缸排泄到低壓氣匯中。
4、 如權(quán)利要求2所述的致動器，其中，所述充氣機(jī)構(gòu)包括充氣孔，由此大體上限制充氣流量。
5、 如權(quán)利要求2所述的致動器，其中，所述充氣機(jī)構(gòu)包括控制機(jī)構(gòu)，由此在所述氣動氣缸不在其最小體積時 的大體一部分時期，基本上關(guān)閉充氣流。
6、 如權(quán)利要求5所述的致動器，其中.-所述致動機(jī)構(gòu)通過桿而可操作地與所述致動器的負(fù)載相連； 所述充氣機(jī)構(gòu)的所述控制機(jī)構(gòu)包括氣孔門和所述桿上的沉割槽；和 當(dāng)所述氣孔門和所述沉割槽縱向重疊和錯開時，充氣流分別打開和關(guān)閉。
7、 如權(quán)利要求3所述的致動器，其中-所述泄氣機(jī)構(gòu)是在所述氣動氣缸的壁上的至少一個泄氣通道，當(dāng)所述 氣動活塞到達(dá)并超出由初始位置起的預(yù)定距離時，所述至少一個泄氣通道 被暴露于所述氣動氣缸中的加壓空氣，由此泄出過量空氣。
8、 如權(quán)利要求2所述的致動器，進(jìn)一步包括彈簧座，可操作地連接于所述至少一個回程彈簧和所述致動機(jī)構(gòu)，并 發(fā)揮所述氣動活塞的作用。
9、 如權(quán)利要求l所述的致動器，其中 所述驅(qū)動件是流體驅(qū)動件；所述致動機(jī)構(gòu)包括致動油缸、可滑動地設(shè)置于所述致動油缸中并把 所述致動油缸的內(nèi)部體積分為第一和第二流體空間的致動活塞、可操作地 與所述致動活塞相連的活塞桿、和分別與所述第一和第二流體空間流體連 通的第一和第二端口。
10、 如權(quán)利要求9所述的致動器，其中，所述第二端口通過致動三通閥交替地由高壓和低壓流體管線來供應(yīng)。
11、 如權(quán)利要求9所述的致動器，其中，所述第二端口通過比例三通閥來供應(yīng)。
12、 如權(quán)利要求9所述的致動器，其中，所述第一和第二端口通過四通閥來供應(yīng)。
13、 如權(quán)利要求9所述的致動器，進(jìn)一步包括至少一個緩沖器，由此 基本上對臨近沿第二方向的行進(jìn)結(jié)束時的速度進(jìn)行緩沖。
14、 如權(quán)利要求l所述的致動器，其中 所述驅(qū)動件是電磁驅(qū)動件；所述致動機(jī)構(gòu)包括銜鐵腔、設(shè)置于所述銜鐵腔中的銜鐵、可操作地 與所述銜鐵相連的銜鐵桿、和在所述銜鐵腔的第一方向一側(cè)的至少一個第 一電磁鐵，由此在通電時能夠沿第一方向拉動所述銜鐵。
15、 如權(quán)利要求14所述的致動器，進(jìn)一步包括在所述銜鐵腔的第二 方向一側(cè)的第二電磁鐵，由此在通電時能夠沿第二方向拉動所述銜鐵。
16、 一種發(fā)動機(jī)氣門致動器，包括 驅(qū)動件，該驅(qū)動件包括限定縱向軸線及第一和第二方向的殼體、至少沿第一方向產(chǎn)生致動力的致動機(jī)構(gòu)、和可操作地與所述致動機(jī)構(gòu)的至少一部分相連的且沿縱向軸線可移動的桿子；發(fā)動機(jī)氣門，通過發(fā)動機(jī)氣門桿可操作地與所述桿子相連； 至少一個回程彈簧，可操作地與所述發(fā)動機(jī)氣門桿相連，并沿第二方向偏壓所述發(fā)動機(jī)氣門；和氣動增力器，可操作地與所述發(fā)動機(jī)氣門桿相連，并沿第一方向偏壓 所述發(fā)動機(jī)氣門，由此沿第一方向給所述發(fā)動機(jī)氣門增力。
17、 如權(quán)利要求16所述的發(fā)動機(jī)氣門致動器，其中，所述氣動增力器包括氣動氣缸；氣動活塞，至少在其部分行進(jìn)范圍可滑動地設(shè)置于所述氣動氣缸之中；和充氣機(jī)構(gòu)，由此給所述氣動氣缸充氣并使其壓力與來自高壓氣源的加 壓空氣平衡。
18、 如權(quán)利要求17所述的發(fā)動機(jī)氣門致動器，進(jìn)一步包括泄氣機(jī)構(gòu)，由此在發(fā)動機(jī)熱循環(huán)的至少部分期間，將過量空氣從所述 氣動氣缸排泄到低壓氣匯中。
19、 如權(quán)利要求16所述的發(fā)動機(jī)氣門致動器，其中 所述驅(qū)動件是流體驅(qū)動件；所述致動機(jī)構(gòu)包括致動油缸、可滑動地設(shè)置于所述致動油缸中并把 所述致動油缸的內(nèi)部體積分為第一和第二流體空間的致動活塞、可操作地 與所述致動活塞相連的活塞桿、和分別與所述第一和第二流體空間流體連 通的第一和第二端口。
20、 如權(quán)利要求16所述的發(fā)動機(jī)氣門致動器，其中，所述驅(qū)動件是電磁驅(qū)動件；和所述致動機(jī)構(gòu)包括銜鐵腔、設(shè)置于所述銜鐵腔中的銜鐵、可操作地 與所述銜鐵相連的銜鐵桿、和在所述銜鐵腔的第一方向一側(cè)的至少一個第 一電磁鐵，由此在通電時能夠沿第一方向拉動所述銜鐵。
21、 如權(quán)利要求20所述的發(fā)動機(jī)氣門致動器，進(jìn)一步包括在所述銜 鐵腔的第二方向一側(cè)的第二電磁鐵，由此通電時能夠沿第二方向拉動所述 銜鐵。
22、 一種控制致動器的方法，包括(a) 提供致動器，包括以下組成部分驅(qū)動件，進(jìn)一步包括限定了縱向軸線及第一和第二方向的殼體， 至少沿第一方向能夠產(chǎn)生致動力的致動機(jī)構(gòu)，和 一端可操作地與所述致動機(jī)構(gòu)的至少一部分相連而另一端可操作地與所述致動器的負(fù)載相連的桿子；至少一個回程彈簧，可操作地與所述桿子相連并沿第二方向偏壓所述桿子；和氣動增力器，其進(jìn)一步包括氣動氣缸，可操作地與所述桿子相連并沿第一方向偏壓所述桿子的氣動活 塞，禾B '充氣機(jī)構(gòu)，由此為氣動氣缸和高壓氣源之間提供可控制的流體連通；(b) 把所述致動器的負(fù)載保持在第二方向終端位置， 來自所述至少一個回程彈簧的力沿第二方向偏壓和克服包括來自所述氣動增力器和負(fù)載的其余力的總和，所述致動機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生沿第一方向的致動力，及通過所述充氣機(jī)構(gòu)給所述氣動增力器充氣，由此沿第一方向產(chǎn)生充分的力來抗衡沿第二方向的大量負(fù)載力；(c) 通過由所述致動機(jī)構(gòu)產(chǎn)生沿第一方向的致動力，發(fā)起所述致動 器的負(fù)載沿第一方向的行進(jìn)，此致動力和來自所述氣動增力器的力相結(jié)合 能夠克服包括來自所述至少一個回程彈簧和負(fù)載在內(nèi)的其余力的總和，并 且沿第一方向加速負(fù)載；(d) 在沿第一方向的致動力下繼續(xù)沿第一方向的行進(jìn)，至少直到到 達(dá)目標(biāo)行程；(e) 至少通過關(guān)閉沿第一方向的致動力，使負(fù)載至少被所述回程彈 簧沿第二方向加速，來發(fā)起所述致動器的負(fù)載沿第二方向的回程行進(jìn)；(f) 通過來自所述回程彈簧的漸減的力和來自所述氣動增力器的漸增的力來完成回程行進(jìn)，由此減緩負(fù)載。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述氣動增力器還包括泄氣機(jī)構(gòu)，由此提供所述氣動氣缸到低壓氣匯 之間的受控的流體連通。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括在沿第一方向最初的行進(jìn)之后、并在臨近沿第二方向行進(jìn)結(jié)束之前的 至少一部分時間期間，通過所述泄氣機(jī)構(gòu)來排泄所述增力器氣缸中過量的 空氣，由此減少所述氣動增力器的力。
25、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述充氣機(jī)構(gòu)包括充氣孔，由此大致限制充氣流量。
26、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述充氣機(jī)構(gòu)包括控制機(jī)構(gòu)，由此在所述氣動氣缸并不在其最小體積 的大致一部分時期，大致關(guān)閉充氣流量。
27、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述泄氣機(jī)構(gòu)為在所述氣動氣缸的壁上的至少一個通道，當(dāng)氣動活塞 由最初位置行至并超出預(yù)定的距離時，所述至少一個通道被暴露于所述氣 動氣缸中的加壓空氣，由此排泄掉多余空氣。
28、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述驅(qū)動件是流體驅(qū)動件；所述致動機(jī)構(gòu)包括致動油缸、可滑動地設(shè)置于所述致動油缸中并把 所述致動油缸的內(nèi)部體積分為第一和第二流體空間的致動活塞、和分別與 所述第一和第二流體空間流體連通的第一和第二端口；和所述桿子是活塞桿，可操作地與所述致動活塞相連。
29、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述驅(qū)動件是電磁驅(qū)動件；所述致動機(jī)構(gòu)包括銜鐵腔、設(shè)置于所述銜鐵腔中的銜鐵、及在所述 銜鐵腔的第一方向一側(cè)的至少一個第一電磁鐵，由此在通電時能夠沿第一 方向拉動所述銜鐵；和所述桿子是銜鐵桿，可操作地與所述銜鐵相連。
30、 如權(quán)利要求29所述的方法，進(jìn)一步包括在所述銜鐵腔的第二方向一側(cè)的第二電磁鐵，由此在通電時能夠沿第二方向拉動所述銜鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開提供一種帶有氣動增力器的可變氣門致動器。致動器包括驅(qū)動件，驅(qū)動件包括限定縱向軸線的殼體、能夠至少沿第一縱向方向產(chǎn)生致動力的致動機(jī)構(gòu)、以及一端可操作地相連于致動機(jī)構(gòu)的至少一部分而另一端可操作地相連于諸如發(fā)動機(jī)氣門這樣的負(fù)載的桿件；至少一個回程彈簧，通過彈簧座組件可操作地連接于桿件，并沿第二方向偏壓桿件；和氣動增力器，進(jìn)一步包括氣動氣缸、通過彈簧座組件可操作地連接于桿件并沿第一方向偏壓桿件的氣動活塞、在氣動氣缸和高壓氣源之間提供受控制的流體連通的充氣機(jī)構(gòu)、及在氣動氣缸和低壓氣匯之間提供受控制的流體連通的泄氣機(jī)構(gòu)。
文檔編號F01L9/02GK101675216SQ200780052612
公開日2010年3月17日 申請日期2007年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者征 婁 申請人:史古德利集團(tuán)有限責(zé)任公司