往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如內(nèi)燃機(jī))是使用一個(gè)或多個(gè)往復(fù)活塞來(lái)將壓力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。在典型示例中，活塞容納在可密封的活塞室或壓力室中，且在其基部處附接至可旋轉(zhuǎn)的軸。當(dāng)活塞沿活塞室滑動(dòng)時(shí)，可旋轉(zhuǎn)的軸旋轉(zhuǎn)，且反之亦然。

背景技術(shù)：

空氣渦輪起動(dòng)器(ats)可用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。ats通常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)附近，且可聯(lián)接至高壓流體源，諸如壓縮空氣，其沖擊在ats中的渦輪葉輪上，引起其在相對(duì)高的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)。ats包括輸出軸，其聯(lián)接至渦輪葉輪，且或許經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)齒輪聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)。輸出軸因此與渦輪葉輪一起旋轉(zhuǎn)。此旋轉(zhuǎn)繼而又引起發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。

壓縮空氣至ats的流動(dòng)例如可由閥控制。該閥通常稱(chēng)為起動(dòng)器空氣閥或控制閥。當(dāng)起動(dòng)器空氣閥打開(kāi)時(shí)，壓縮空氣可流過(guò)起動(dòng)器空氣閥，且流入ats中。相反，當(dāng)起動(dòng)器閥關(guān)閉時(shí)，可防止至ats的壓縮空氣流。在一些情形中，起動(dòng)器空氣閥包括氣動(dòng)促動(dòng)器來(lái)將閥移動(dòng)到其打開(kāi)位置。到促動(dòng)器的氣動(dòng)動(dòng)力源可為例如從輔助動(dòng)力單元(apu)供應(yīng)的加壓空氣、來(lái)自另一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)的放出空氣等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其包括加壓空氣源、空氣起動(dòng)器和控制閥，控制閥包括限定具有流體地聯(lián)接至加壓空氣源的入口端口和流體地聯(lián)接至空氣起動(dòng)器的出口端口的流動(dòng)通路的殼體、可在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)以選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉入口端口和出口端口中的一者而導(dǎo)致控制閥的對(duì)應(yīng)打開(kāi)和關(guān)閉的閥體，以及可操作地聯(lián)接至閥體以使閥體在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)的線性馬達(dá)，其中流動(dòng)通路尺寸確定成允許至少900scfm的流率，且線性馬達(dá)使閥體在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)在關(guān)閉位置與打開(kāi)位置之間移動(dòng)。

另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種控制閥，其包括：限定內(nèi)部的殼體，具有形成在殼體中的入口端口和出口端口，其中流動(dòng)通路穿過(guò)內(nèi)部從入口端口到出口端口限定；活塞，其具有頭部和從頭部延伸的軸，且可在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間往復(fù)移動(dòng)以用于打開(kāi)和關(guān)閉入口端口和出口端口中的至少一者；偏壓元件，其將偏壓力施加至活塞以將活塞推至關(guān)閉位置；以及線性馬達(dá)，其包括安裝至軸的永磁體和外接軸的電磁線圈，其中在電通過(guò)電磁線圈時(shí)，其生成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與永磁體相互作用以將足以克服偏壓力的力施加至軸，以引起活塞從關(guān)閉位置移動(dòng)到打開(kāi)位置。

技術(shù)方案1.一種控制閥，包括：

限定內(nèi)部的殼體，其具有形成在所述殼體中的入口端口和出口端口，其中流動(dòng)通路穿過(guò)所述內(nèi)部從所述入口端口到所述出口端口限定；

具有頭部和從所述頭部延伸的軸的活塞，且所述活塞可在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間往復(fù)移動(dòng)以用于打開(kāi)和關(guān)閉所述入口端口和所述出口端口中的至少一者；

偏壓元件，其將偏壓力施加至所述活塞以將所述活塞推至所述關(guān)閉位置；以及

線性馬達(dá)，其包括安裝至所述軸的永磁體和外接所述軸的電磁線圈；

其中在電通過(guò)所述電磁線圈時(shí)，其生成磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)與所述永磁體相互作用以將足以克服所述偏壓力的力施加至所述軸，以引起所述活塞從所述關(guān)閉位置到所述打開(kāi)位置的移動(dòng)。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的控制閥，其中，所述流動(dòng)通路尺寸確定成允許至少900scfm的流率。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的控制閥，其中，所述線性馬達(dá)使所述頭部在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)在所述關(guān)閉位置與所述打開(kāi)位置之間移動(dòng)。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的控制閥，其中，所述流率至少達(dá)到1700scfm，且所述響應(yīng)時(shí)間小于25ms。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案1所述的控制閥，其中，所述偏壓元件包括具有抵靠所述活塞的頭部的一端的螺旋彈簧。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的控制閥，其中，所述線性馬達(dá)包括殼體，且所述螺旋彈簧外接所述線性馬達(dá)的殼體。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的控制閥，其中，所述頭部具有限定到凹部的開(kāi)口的下端，且所述線性馬達(dá)的殼體的至少一部分設(shè)在所述凹部?jī)?nèi)。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案7所述的控制閥，其中，所述電磁線圈位于所述線性馬達(dá)的殼體內(nèi)，所述軸的至少一部分延伸到所述線性馬達(dá)的殼體中，且所述永磁體位于所述線性馬達(dá)的殼體內(nèi)。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的控制閥，其中，所述線性馬達(dá)的殼體固定至所述控制閥的殼體。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案9所述的控制閥，其中，所述控制閥還包括外接所述軸且安裝至所述線性馬達(dá)的殼體的軸承。

技術(shù)方案11.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，包括：

加壓空氣源；

空氣起動(dòng)器；以及

控制閥，其包括限定具有流體地聯(lián)接至所述加壓空氣源的入口端口和流體地聯(lián)接至所述空氣起動(dòng)器的出口端口的流動(dòng)通路的殼體、可在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)來(lái)選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉所述入口端口和所述出口端口中的一者而導(dǎo)致所述控制閥的對(duì)應(yīng)打開(kāi)和關(guān)閉的閥體，以及可操作地聯(lián)接至所述閥體以使所述閥體在所述打開(kāi)位置與所述關(guān)閉位置之間移動(dòng)的線性馬達(dá)；

其中所述流動(dòng)通路尺寸確定成允許至少900scfm的流率，且所述線性馬達(dá)使所述閥體在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)在所述關(guān)閉位置與所述打開(kāi)位置之間移動(dòng)。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案11所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述流率至少達(dá)到1700scfm且所述響應(yīng)時(shí)間小于25ms。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案11所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述閥體包括具有頭部和從所述頭部延伸的軸的活塞，且所述線性馬達(dá)包括安裝至所述軸的永磁體和電磁線圈，其中在電通過(guò)所述電磁線圈時(shí)，其生成磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)使所述永磁體移動(dòng)，引起所述活塞的對(duì)應(yīng)移動(dòng)，導(dǎo)致所述頭部從所述關(guān)閉位置移動(dòng)到所述打開(kāi)位置。

技術(shù)方案14.根據(jù)技術(shù)方案13所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述控制閥還包括施加偏壓力的偏壓元件，所述偏壓力在沒(méi)有來(lái)自所述線性馬達(dá)的反力的情況下將所述活塞移動(dòng)到關(guān)閉位置。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述電磁線圈限定內(nèi)部且所述永磁體穿過(guò)所述內(nèi)部往復(fù)。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案15所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述軸延伸穿過(guò)所述內(nèi)部。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案16所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述偏壓元件包括外接所述電磁線圈的螺旋彈簧。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述螺旋彈簧抵靠所述頭部。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，其中，所述電磁線圈的至少一部分位于所述頭部?jī)?nèi)。

技術(shù)方案20.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣起動(dòng)系統(tǒng)，包括：

加壓空氣源；

空氣起動(dòng)器；以及

控制閥，包括：

限定內(nèi)部的殼體，其具有形成在所述殼體中的入口端口和出口端口，其中流動(dòng)通路穿過(guò)所述內(nèi)部從所述入口端口到所述出口端口限定，且所述入口端口流體地聯(lián)接至所述加壓空氣源，且所述出口端口流體地聯(lián)接至所述空氣起動(dòng)器；

具有活塞的閥體，所述活塞具有頭部和從所述頭部延伸的軸，且所述活塞可在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間往復(fù)移動(dòng)以用于打開(kāi)和關(guān)閉所述入口端口和所述出口端口中的至少一者；

偏壓元件，其將偏壓力施加至所述活塞以將所述活塞推至所述關(guān)閉位置；以及

線性馬達(dá)，其可操作地聯(lián)接至所述閥體以使所述閥體在所述打開(kāi)位置與所述關(guān)閉位置之間移動(dòng)；

其中所述流動(dòng)通路尺寸確定成允許至少900scfm的流率，且所述線性馬達(dá)使所述閥體在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)在所述關(guān)閉位置與所述打開(kāi)位置之間移動(dòng)。

附圖說(shuō)明

在附圖中：

圖1為可使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的空氣起動(dòng)系統(tǒng)的具有曲軸的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。

圖2為諸如圖1的發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞的示意性截面視圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的與圖1和圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的空氣起動(dòng)組件的示意圖。

圖4為可結(jié)合圖3的空氣起動(dòng)系統(tǒng)使用的控制閥的示意性截面視圖，且示為在關(guān)閉位置。

圖5為圖4的控制閥的示意性截面視圖，且示為在打開(kāi)位置。

零件清單

10燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)

12曲軸

14活塞

15活塞

16發(fā)動(dòng)機(jī)組

17活塞軸

18活塞室

19齒輪箱

20發(fā)動(dòng)機(jī)頭部部分

21花鍵齒輪

22進(jìn)氣通路

23齒輪系

24排氣通路

26進(jìn)氣閥

28排氣閥

30壓縮室

32燃料噴嘴

34曲軸旋轉(zhuǎn)

36進(jìn)氣沖程

38箭頭

40打開(kāi)進(jìn)氣閥

42壓縮沖程

44空氣起動(dòng)系統(tǒng)

52空氣起動(dòng)器

54壓力源

56控制閥

58控制器

64起動(dòng)器傳感器

66齒

70本體部分

72起動(dòng)器輸出

74第二組齒

78存儲(chǔ)器

80殼體

82流動(dòng)通路

84入口端口

86出口端口

88閥體

90打開(kāi)位置

92關(guān)閉位置

94線性馬達(dá)

156控制閥

180殼體

182流動(dòng)通路

184入口端口

186出口端口

188閥體

194線性馬達(dá)

198內(nèi)部

200活塞

202頭部

204軸

206下端

208開(kāi)口

210凹部

211o形環(huán)

212殼體

214永磁體

216電磁線圈

218內(nèi)部

220偏壓裝置

222螺旋彈簧

224一端

230第一軸承

232第二軸承

234密封件。

具體實(shí)施方式

可適應(yīng)高流率的現(xiàn)代的起動(dòng)器空氣閥不是很響應(yīng)的。高流率通常包括范圍從900scfm到超過(guò)1700scfm的流率。例如，可適應(yīng)1700scfm的流率的閥消耗一秒以上來(lái)完全打開(kāi)。一秒或更久的響應(yīng)時(shí)間認(rèn)為是慢響應(yīng)時(shí)間。相反，很響應(yīng)的閥不可適應(yīng)高流動(dòng)性。例如，可在小于100ms內(nèi)(其認(rèn)作是快的響應(yīng)時(shí)間)打開(kāi)的閥僅可適應(yīng)高達(dá)300scfm的流，300scfm和以下的流率認(rèn)作是低流率。

為了利用現(xiàn)有的慢響應(yīng)閥來(lái)適應(yīng)高流率，常用的技術(shù)在于在需要打開(kāi)或關(guān)閉閥之前開(kāi)始閥的打開(kāi)或關(guān)閉過(guò)程。這可提前五秒完成。這需要對(duì)系統(tǒng)要做的事情的預(yù)計(jì)或預(yù)測(cè)，而非響應(yīng)于實(shí)時(shí)系統(tǒng)事件，且提供了有風(fēng)險(xiǎn)的途徑，尤其是在狀態(tài)快速變化的瞬變系統(tǒng)中。本發(fā)明的實(shí)施例提供了相比于當(dāng)前已知的閥組件提供改善的閥打開(kāi)特征的控制閥組件和空氣起動(dòng)器系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例可在任何適合的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，包括但不限于使用往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境，而不論往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)是否提供驅(qū)動(dòng)力或是用于另一目的，諸如發(fā)電。出于此描述的目的，此往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)將大體上稱(chēng)為燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)。此燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)可由汽油、天然氣、甲烷或柴油燃料作為燃料。因此，提供對(duì)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的初步理解。

圖1示出了往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10)的示意圖，其具有可旋轉(zhuǎn)的軸(諸如曲軸12)和位于發(fā)動(dòng)機(jī)組16內(nèi)的至少一個(gè)活塞14。具有花鍵齒輪21和一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部齒輪或齒輪系23的齒輪箱19可包括在內(nèi)且與曲軸12可操作地聯(lián)接。如圖2中較好示出，定位在發(fā)動(dòng)機(jī)組16的對(duì)應(yīng)部分內(nèi)的活塞14可包括與活塞軸17可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的活塞頭15，其中活塞頭可在活塞室18(圖2)內(nèi)滑動(dòng)?；钊S17可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至曲軸12上的銷(xiāo)，其從曲軸的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向偏移，使得曲軸12的旋轉(zhuǎn)引起活塞頭15在活塞室18內(nèi)的往復(fù)。

盡管圖2中僅示出了一個(gè)活塞14，但燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10通常具有容納在對(duì)應(yīng)的活塞室18內(nèi)的多個(gè)活塞14，其中活塞14安裝到曲軸12上的不同的銷(xiāo)，其中銷(xiāo)圍繞曲軸12的旋轉(zhuǎn)軸線沿徑向間隔開(kāi)?；钊?4可布置成一個(gè)或多個(gè)線性排，其中僅具有一排線性排列的活塞14的發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)為直列式布置。具有多排活塞14的發(fā)動(dòng)機(jī)10可在形成的排之間具有角度間距。活塞14還可圍繞曲軸12沿徑向間隔開(kāi)，其通常稱(chēng)為徑向布置。

活塞14進(jìn)或出活塞室18的運(yùn)動(dòng)在下文中將稱(chēng)為"沖程"或"活塞沖程"。盡管本公開(kāi)內(nèi)容可包含"向上"沖程(其中活塞14進(jìn)一步移入活塞室18，遠(yuǎn)離曲軸12)以及"向下"沖程(其中活塞14從活塞室18朝曲軸12移動(dòng))的描述，但本發(fā)明的實(shí)施例可包括具有垂直或成角度沖程的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10。因此，短語(yǔ)"向上"和"向下"是本發(fā)明的實(shí)施例的非限制性相對(duì)用語(yǔ)。

如圖所示，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10還可包括發(fā)動(dòng)機(jī)頭部部分20，其具有可密封的進(jìn)氣通路22和可密封的排氣通路24。通路22、24經(jīng)由相應(yīng)的進(jìn)氣閥26和排氣閥28與活塞室18流體地聯(lián)接且可與其密封。共同地，活塞頭15、發(fā)動(dòng)機(jī)組16、頭部部分20、進(jìn)氣閥26和排氣閥28可限定可密封的壓縮室30。

頭部部分20還可包括用于將燃料(諸如柴油燃料)噴射到壓縮室30中來(lái)用于燃燒的燃料噴嘴32。盡管示出了用于噴射柴油燃料的燃料噴嘴32，但本發(fā)明的備選實(shí)施例可包括，燃料噴嘴32在汽油或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的示例中可選由用于點(diǎn)燃用于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣/燃料或空氣/氣體混合物的火花塞替換。

在一個(gè)示例中，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒循環(huán)可包括四個(gè)活塞沖程：進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒沖程和排氣沖程。以上描述假定了發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒循環(huán)在活塞14完全向上延伸到活塞室18中時(shí)(其通常稱(chēng)為"上死點(diǎn)"或tdc)起動(dòng)。在進(jìn)氣沖程期間，曲軸的旋轉(zhuǎn)(由順時(shí)針箭頭34所示)在向下的進(jìn)氣沖程(沿箭頭38的方向)中將活塞14拉出壓縮室30，在壓縮室30中產(chǎn)生真空。真空從可密封的進(jìn)氣通路22吸入空氣，通路22由于進(jìn)氣閥26的開(kāi)啟(虛線40所示)而未密封，且定時(shí)成與進(jìn)氣沖程對(duì)應(yīng)。

一旦活塞14到達(dá)其進(jìn)氣沖程的最低點(diǎn)(虛線36所示)，則進(jìn)氣閥26密封，且活塞開(kāi)始向上壓縮沖程。壓縮沖程使活塞14滑到壓縮室30中，從而壓縮空氣。在壓縮沖程42的tdc位置處，燃料噴嘴32可將柴油燃料噴射到壓縮室30中。作為備選，可燃燃料可在進(jìn)氣沖程之前加至進(jìn)入空氣，或燃料可在壓縮沖程42期間加至壓縮室30。

燃燒可由于壓縮的空氣/燃料混合物(例如在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中)的高熱和高壓或作為備選由于外部點(diǎn)火(諸如由壓縮室30中的火花塞(例如在汽油或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)中)生成的火花)而在壓縮室中發(fā)生。在燃燒沖程期間，空氣/燃料混合物的爆炸在壓縮氣體中生成熱，且產(chǎn)生的爆炸和膨脹氣體的膨脹在向下沖程中驅(qū)動(dòng)活塞遠(yuǎn)離壓縮室30。向下沖程機(jī)械地驅(qū)動(dòng)曲軸12的旋轉(zhuǎn)34。

在燃燒之后，排氣閥28未密封以與排氣沖程對(duì)應(yīng)，且活塞向上驅(qū)動(dòng)到壓縮室30中以將燃燒或排出的氣體推出壓縮室30。一旦活塞14返回活塞室18中的tdc位置，則發(fā)動(dòng)機(jī)10的燃燒循環(huán)然后可重復(fù)。

盡管典型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10可具有一組活塞14和活塞室18，但這里為了簡(jiǎn)明而示出和描述了單個(gè)活塞14。將理解的是，如本文使用的"一組"可包括任何數(shù)目(包括僅一個(gè))。在具有多個(gè)活塞14的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10中，活塞14可沿曲軸12構(gòu)造以使活塞14沖程交錯(cuò)，使得一個(gè)或多個(gè)活塞14可連續(xù)地提供驅(qū)動(dòng)力來(lái)使曲軸12旋轉(zhuǎn)，且因此通過(guò)額外的燃燒循環(huán)沖程驅(qū)動(dòng)活塞14。由曲軸12的旋轉(zhuǎn)生成的機(jī)械力可進(jìn)一步輸送來(lái)驅(qū)動(dòng)另一個(gè)構(gòu)件，諸如發(fā)電機(jī)、葉輪或推進(jìn)器。

圖3示出了諸如用于燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10的空氣起動(dòng)系統(tǒng)44的示例性示意構(gòu)造?？諝馄饎?dòng)系統(tǒng)44可包括經(jīng)由控制閥56和控制器58或處理器與壓力源54流體地聯(lián)接的空氣起動(dòng)器52。

空氣起動(dòng)器52示為還包括本體部分70、起動(dòng)器輸出端72(示為齒輪)，具有鍵合的一組齒74來(lái)與齒輪箱19的花鍵齒輪21嚙合，齒輪箱19可操作地聯(lián)接至曲軸12。將注意的是，這通常是用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的起動(dòng)器的布置。對(duì)于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)上的起動(dòng)器，起動(dòng)器傳動(dòng)軸上的外部正齒輪可驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上的大型外部正齒輪或環(huán)形齒輪，且此發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形齒輪可聯(lián)接至發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸。

起動(dòng)器傳感器64也可包括在內(nèi)且構(gòu)造成感測(cè)或測(cè)量空氣起動(dòng)器52的特征，例如，起動(dòng)器輸出72的轉(zhuǎn)矩、由起動(dòng)器52生成的轉(zhuǎn)矩等。傳感器64可進(jìn)一步能夠生成表示起動(dòng)器特征的模擬或數(shù)字信號(hào)，且可將生成的信號(hào)提供至控制器58。構(gòu)想出了本發(fā)明的其中起動(dòng)器52例如機(jī)械地或可除去地安裝至發(fā)動(dòng)機(jī)10的實(shí)施例。作為備選，起動(dòng)器52能夠可控地延伸和收縮起動(dòng)器52的起動(dòng)器輸出72部分，使得齒74可僅在起動(dòng)操作期間接合或解除接合。構(gòu)想出了額外的構(gòu)造。

控制器58可進(jìn)一步包括存儲(chǔ)器78，存儲(chǔ)器78包括但不限于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、只讀存儲(chǔ)器(rom)、閃速存儲(chǔ)器，或一個(gè)或多個(gè)不同類(lèi)型的便攜式電子存儲(chǔ)器，諸如磁盤(pán)、dvd、cd-rom等，或這些類(lèi)型的存儲(chǔ)器的任何適合的組合。控制器58可與存儲(chǔ)器78可操作地聯(lián)接，使得控制器58和存儲(chǔ)器78中的一者可包括具有用于控制控制閥56和空氣起動(dòng)器52的操作的可執(zhí)行指令集的所有或部分計(jì)算機(jī)程序。程序可包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其可包括用于執(zhí)行或具有儲(chǔ)存在其上的機(jī)器可執(zhí)行的指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的機(jī)器可讀介質(zhì)。此機(jī)器可讀介質(zhì)可為任何可用的介質(zhì)，其可由通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或具有處理器的其它機(jī)器訪問(wèn)。大體上，此計(jì)算機(jī)程序可包括例程、程序、對(duì)象、構(gòu)件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等，其具有執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)嵤┨囟ǔ橄髷?shù)據(jù)類(lèi)型的技術(shù)效果。機(jī)器可執(zhí)行的指令、相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序代表用于執(zhí)行如本文公開(kāi)的信息交換的程序代碼的示例。例如，機(jī)器可執(zhí)行的指令可包括引起通用計(jì)算機(jī)、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、控制器58或?qū)Ｓ锰幚頇C(jī)器執(zhí)行某一功能或一組功能的指令和數(shù)據(jù)。

控制閥56示為包括限定流動(dòng)通路82的殼體80，其具有流體地聯(lián)接至加壓空氣源54的入口端口84，以及流體地聯(lián)接至空氣起動(dòng)器52的出口端口86。流動(dòng)通路可以以任何適合的方式來(lái)針對(duì)系統(tǒng)確定尺寸，包括但不限于流動(dòng)通路82可確定尺寸成允許至少900scfm的流率。構(gòu)想出了流動(dòng)通路82可確定尺寸成適應(yīng)至少達(dá)到1700scfm的流率。也包括閥體88，其可在打開(kāi)位置90與關(guān)閉位置92(影線所示)之間移動(dòng)來(lái)選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉入口端口84而導(dǎo)致控制閥56的對(duì)應(yīng)打開(kāi)和關(guān)閉。盡管閥體88示為選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉入口端口84，但將理解的是，閥體88可作為備選選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉流動(dòng)通路82的出口端口86或另一部分。

線性馬達(dá)94可操作地聯(lián)接至閥體88，以使閥體88在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)。線性馬達(dá)94可響應(yīng)于由控制器58提供的控制信號(hào)來(lái)移動(dòng)閥體88。此外，線性馬達(dá)94可構(gòu)造成在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)使閥體88在關(guān)閉位置與打開(kāi)位置之間移動(dòng)。通過(guò)另一個(gè)非限制性示例，構(gòu)想出了線性馬達(dá)94可使閥體88在25ms或更短時(shí)間內(nèi)在位置之間移動(dòng)。線性馬達(dá)94相比于典型的電磁馬達(dá)具有較大的行進(jìn)距離，且這允許了線性馬達(dá)94使閥體88在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間完全移動(dòng)。此外，在操作期間，由線性馬達(dá)94生成的拉力與加壓空氣的推力組合使閥體88在期望的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)移離入口端口84。

在操作期間，空氣起動(dòng)器52和控制閥56響應(yīng)于提供的空氣壓力供應(yīng)而操作以生成力，諸如起動(dòng)器輸出端72處的轉(zhuǎn)矩。由空氣起動(dòng)器52生成的轉(zhuǎn)矩施加(經(jīng)由花鍵齒輪21、齒輪系23和曲軸12)以生成由壓縮沖程42使用的壓縮力來(lái)壓縮壓縮室30的內(nèi)容物。舉例來(lái)說(shuō)，空氣起動(dòng)系統(tǒng)44可用于緩慢啟動(dòng)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10，其中如果壓縮室30包含不可壓縮的流體(諸如水)，則燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)10的緩慢啟動(dòng)防止對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)10的破壞。如本文使用的"緩慢啟動(dòng)"用于描述在低于操作或自足運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)速度(諸如怠速)的速度下旋轉(zhuǎn)曲軸12。方法的慢速或"慢滾"操作可允許在任何內(nèi)部破壞可發(fā)生至發(fā)動(dòng)機(jī)10之前識(shí)別到關(guān)于適當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作的問(wèn)題或關(guān)注。由控制閥56供應(yīng)至空氣起動(dòng)器52的空氣可由于充分慢滾性能所需的低速操作而可為非連續(xù)的。例如，控制器58可控制控制閥56來(lái)提供供應(yīng)空氣的爆發(fā)，以保持曲軸在預(yù)計(jì)或目標(biāo)速度下運(yùn)動(dòng)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例且可用于如上文所述的空氣起動(dòng)系統(tǒng)44中的示例性控制閥156?？刂崎y156的實(shí)施例類(lèi)似于控制閥56的實(shí)施例。因此，類(lèi)似的部分以增加100的類(lèi)似數(shù)字標(biāo)示，其中將理解控制閥56的相似部分的描述適用于控制閥156，除非另外指出。

如前述實(shí)施例那樣，控制閥156具有殼體180，其具有形成在殼體180中的入口端口184和出口端口186。流動(dòng)通路182(圖5)穿過(guò)殼體的內(nèi)部198從入口端口184到出口端口186限定。

一個(gè)差別在于閥體188示為包括提升閥或活塞200，其具有頭部202和從頭部202延伸的軸204。活塞200在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間可往復(fù)移動(dòng)以用于打開(kāi)和關(guān)閉入口端口184。作為備選，閥體188可設(shè)計(jì)成使得活塞200在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間可往復(fù)移動(dòng)以用于打開(kāi)和關(guān)閉出口端口186。

活塞200可以以任何適合的方式設(shè)計(jì)，包括但不限于，頭部202可包括下端206，從而限定到凹部210的開(kāi)口208。此外，o形環(huán)211形式的密封件示為可操作地聯(lián)接至頭部202。在頭部202處于閉合位置時(shí)，o形環(huán)211抵靠殼體180，且有助于密封入口端口184。

另一個(gè)差別在于，線性馬達(dá)194示為包括殼體212。線性馬達(dá)194的殼體212可以以任何適合的形狀定形，且可固定至控制閥156的殼體180。此外，如圖所示，線性馬達(dá)194可包括安裝至活塞200的軸204的永磁體214以及電磁線圈216。永磁體214位于線性馬達(dá)194的殼體212內(nèi)，且軸204的至少一部分延伸到線性馬達(dá)194的殼體212中。

如圖所示，電磁線圈216可包括在殼體212內(nèi)且外接軸204。線性馬達(dá)194的殼體212的至少一部分可設(shè)在頭部202的凹部210內(nèi)。以此方式，電磁線圈216的至少一部分可位于頭部202內(nèi)。電磁線圈216限定內(nèi)部218，且軸204延伸穿過(guò)內(nèi)部218，使得永磁體214可穿過(guò)內(nèi)部218往復(fù)。以此方式，線性馬達(dá)194和其構(gòu)件可整體結(jié)合到閥體188中或位于閥體188內(nèi)，且這提供了緊湊的控制閥156。

此外，偏壓元件220包括在控制閥156中，且將偏壓力施加至活塞200以將活塞200推至關(guān)閉位置(圖4)。任何適合的偏壓元件220都可使用，包括但不限于如圖所示的壓縮彈簧或螺旋彈簧222。螺旋彈簧222具有抵靠活塞200的頭部202的一端224。在所示的示例中，螺旋彈簧222外接線性馬達(dá)194的殼體212和電磁線圈216的至少一部分，但這不一定是此情況。

軸承可包括在控制閥156內(nèi)以便于軸204的運(yùn)動(dòng)。例如，第一軸承230示為安裝至線性馬達(dá)194的殼體212且外接軸204。第二軸承232可安裝至殼體180且外接軸204。更具體而言，軸承232示為安裝在凸緣233內(nèi)。將理解的是，任何數(shù)目的額外的適合密封件或凸緣都可包括在閥156內(nèi)。在頭部202在打開(kāi)位置與關(guān)閉位置之間移動(dòng)時(shí)，第一軸承230和第二軸承232兩者允許軸204的線性運(yùn)動(dòng)。更進(jìn)一步，多種密封件234可用于使控制閥156的部分從加壓空氣密封。

當(dāng)電穿過(guò)電磁線圈216時(shí)，其生成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)與永磁體214的磁場(chǎng)相互作用，以將足以克服偏壓元件220的偏壓力的力施加至軸204。更具體而言，當(dāng)電穿過(guò)電磁線圈216時(shí)，其生成磁場(chǎng)，磁場(chǎng)使永磁體214移動(dòng)，引起活塞200的對(duì)應(yīng)移動(dòng)，導(dǎo)致頭部202從關(guān)閉位置(圖4)移動(dòng)到如圖5中所示的打開(kāi)位置。這允許了加壓空氣從入口端口184穿過(guò)流動(dòng)通路182流至出口端口186。線性馬達(dá)194在30ms或更短的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)使頭部202在關(guān)閉位置與打開(kāi)位置之間移動(dòng)。

在壓力源54的操作期間，加壓空氣在入口端口184處接收。空氣的力作用于閥體188上以試圖且推動(dòng)閥體188遠(yuǎn)離入口端口184且打開(kāi)控制閥156。螺旋彈簧222和線性馬達(dá)194產(chǎn)生力，其抵消加壓空氣的氣動(dòng)力，且保持控制閥156關(guān)閉。更具體而言，在沒(méi)有來(lái)自線性馬達(dá)194的反力的情況下，螺旋彈簧222促使閥體188關(guān)閉。此外，在具有特定極性的電壓施加至電磁線圈216時(shí)，由電磁線圈216產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體214的磁場(chǎng)相互作用，且產(chǎn)生朝入口端口184驅(qū)動(dòng)活塞200的力。閥體188中的o形環(huán)211相對(duì)于閥殼體180密封，且閥體188閉合且防止空氣進(jìn)入入口端口184。

當(dāng)控制閥156打開(kāi)時(shí)，線性馬達(dá)194上的電壓極性反向。在電流以相反方向流過(guò)電磁線圈216的情況下，生成力，其作用為將閥體188拉離入口端口184。由線性馬達(dá)194生成的拉力與加壓空氣的推力組合，使閥體188移離入口端口184，允許空氣進(jìn)入入口端口184且通過(guò)出口端口184離開(kāi)。

相反，當(dāng)控制閥156需要再關(guān)閉時(shí)，線性馬達(dá)194上的電壓極性再次反向，且線性馬達(dá)194的力和螺旋彈簧222的力作用為將閥體188朝入口端口184推回，使入口端口184對(duì)于加壓空氣密封，再次關(guān)閉控制閥156。通過(guò)使線性馬達(dá)194的電壓極性交替，控制閥156可快速打開(kāi)和關(guān)閉以快速調(diào)制穿過(guò)控制閥156的空氣流。

上述實(shí)施例提供了多種益處，包括快速響應(yīng)的氣動(dòng)閥可在大約30ms內(nèi)完全打開(kāi)，可調(diào)制高達(dá)50psig的入口壓力，可利用高達(dá)150psi的入口壓力打開(kāi)，且可適應(yīng)至少高達(dá)1700scfm的流率。上述實(shí)施例可電力地觸動(dòng)，且可用于需要在相對(duì)較短時(shí)期內(nèi)引入高空氣流的系統(tǒng)。此外，上述實(shí)施例可用于需要在相對(duì)較短時(shí)期內(nèi)切斷高空氣流的系統(tǒng)。此外，上述實(shí)施例的尺寸和重量相比現(xiàn)代的解決方案更小、更輕、更可靠且成本更低，且上述實(shí)施例不依靠?jī)?nèi)部反饋，且提供基本開(kāi)/關(guān)功能。

更進(jìn)一步，上述實(shí)施例提供實(shí)時(shí)響應(yīng)和現(xiàn)場(chǎng)反饋，且因此可用于依靠閉環(huán)反饋的系統(tǒng)。更具體而言，在信號(hào)給至上述實(shí)施例時(shí)，按空氣流scfm的輸出響應(yīng)目標(biāo)為在30ms或更短內(nèi)發(fā)生。輸入信號(hào)與輸出響應(yīng)之間的此最小延遲對(duì)于使用相對(duì)較高流率且需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的實(shí)時(shí)響應(yīng)的氣動(dòng)系統(tǒng)很關(guān)鍵。例如，最小延遲在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)期間很重要，因?yàn)槠饎?dòng)器系統(tǒng)將另外不會(huì)及時(shí)切斷，且如果存在問(wèn)題，諸如在氣缸頭部中存在水時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可在活塞繼續(xù)往復(fù)時(shí)被破壞。

在并未描述的程度上，各種實(shí)施例的不同特征和結(jié)構(gòu)可按期望與彼此組合?？赡芪丛谒袑?shí)施例中示出的一個(gè)特征并不意味著其不可構(gòu)造，而是僅為了描述簡(jiǎn)單而這樣做。因此，不同實(shí)施例的各種特征可按期望混合和匹配來(lái)形成新的實(shí)施例，而不論是否清楚描述新實(shí)施例。本文所述的所有組合或置換可由本公開(kāi)內(nèi)容覆蓋。

該書(shū)面描述使用示例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請(qǐng)專(zhuān)利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)要素，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。