[发明专利]一端带锁的可变气门致动器

说明书

相关申请

本申请要求于2006年5月26日递交的No.60/809,117的美国临时专利 申请及于2007年5月7日递交的No.11/800,586的美国专利申请的优先权， 这些申请的全部内容合并于此作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及致动器以及用于控制该致动器的相关方法与系统，且 特别是，涉及能高效、快捷、灵活地实施大力量控制的致动器。

背景技术

在美国专利No.6,543,225中描述了一种分开式四冲程循环内燃机(a split four-stroke cycle internal combustion engine)。其包括至少一个动力活塞 及对应的第一或动力气缸，以及至少一个压缩活塞及对应的第二或压缩气 缸。该动力活塞通过四冲程循环的动力冲程和排气冲程往复运动，而该压缩 活塞通过进气冲程和压缩冲程往复运动。压力室或横跨通道(cross-over passage)与压缩和动力气缸互联，以进气单向阀提供从压缩气缸到横跨通道 的基本上单向的气流，而出口或横跨阀(cross-over valve)提供在横跨通道 和动力气缸之间的气流连通。该发动机还包括分别在压缩和动力气缸上的进 气和排气阀。根据所引用的专利和其他相关的开发技术的分开式循环发动机 潜在地提供很多燃料效率方面的优点，尤其当与互连至横跨通道的附加储气 罐结合时，其能够像空气混合发动机(air hybrid engine)那样运行发动机。 相对于电混合发动机(electrical hybrid engine)，空气混合发动机可以以很低 的制造和废弃物处理成本潜在地提供同样大甚至更大的燃料经济利益。

为了取得潜在的利益，在横跨通道中空气或者空气-燃料的混合物必须 为整个四冲程循环中保持在预定的点火条件压力下，例如，大约270psi或 者18.6bar的表压力(gage-pressure)。该压力可以达到更加高的值，以取得 更好的燃烧效率。同时，横跨阀的开启时间段(opening window)必须非常 窄，尤其在中、高发动机转速下。横跨阀在动力活塞在上止点或接近上止点 (top dead center)(TDC)时开启，并且在此之后立刻关闭。与传统发动机 的六至八毫秒的最小周期相比，在分开式循环发动机中总开启时间段可以短 至一至二毫秒。为了在横跨通道中密封持久稳固的高压，实用可行的横跨阀 很可能是带有向外(离开动力气缸，而不是进入动力气缸内)开启运动的 提升阀(poppet valve)或圆盘阀(disk valve)。当关闭时，在横跨通道的压 力下阀盘或阀头压向阀座。为了开启阀，致动器必须提供非常大的开启力， 以克服在阀头上的压力以及惯性。一旦横跨阀开启，由于在横跨通道和动力 气缸之间的实质上的等压化或等压过程，该压力很快显著下降。一旦开始燃 烧，阀应该按要求迅速关闭，以防止燃烧扩散到横跨通道，在一定的燃烧周 期中，这也是必需的要求，以克服高于横跨通道压力的动力气缸压力来保持 阀稳在阀座上。另外，当动力冲程在空气混合动力运行的一定阶段上不起作 用时，要求横跨阀不起作用。类似于传统的发动机气门，横跨阀的就位速度 必须保持在一定的限度下，以减小噪声并且保持一定的耐久性。

总的来说，横跨阀致动器必须提供大的开启力、足够的就位力、合理的 就位速度、高的致动速度和适时的灵活性，而自身消耗最少的能量。大多数 (若不是全部)发动机气门致动系统不能满足这些要求。

发明内容

简要地讲，在本发明的一个方面中，一种流体致动器的优选实施例包括： 壳体，具有第一和第二端口；致动缸，在该壳体中，定义了纵向轴线，并且 在第一和第二方向上分别具有第一和第二端部；致动活塞，在该致动缸中， 带有第一和第二表面，沿着该纵向轴线可移动；弹簧子系统，将该致动活塞 偏压(bias)到中立位置；第一流体空间，由该致动缸的该第一端部和该致动活 塞的该第一表面限定；和第二流体空间，由该致动缸的该第二端部和该致动 活塞的该第二表面限定；及流动旁路，其在致动活塞不靠近致动缸的第二端 部时，基本上使第一和第二流体空间短路连接。第一流动机制控制第一流体 空间和第一端口之间的流体连通；而第二流动机制控制第二流体空间和第二 端口之间的流体连通。第一流动机制始终是敞开的，而第二流动机制分别在 流动旁路关闭和开通时开启和关闭。