[发明专利]一种滑阀组件

说明书

发明背景

1．发明领域

本发明涉及一种适合用在包含压力致动器的压力系统中的阀组件，该压力系统是例如能量转换发动机，例如内燃发动机，或者热发动机，例如柴油发动机、斯特林循环发动机、米勒循环发动机、和奥托循环发动机。更具体地，本发明涉及一种滑阀组件，这种滑阀组件是用于压力系统中并且具有改进的密封系统，该密封系统被配置成减小在阀与同本体相关的密封部件上的摩擦、热以及磨损。

2．现有技术的说明

最现代的内燃发动机利用被称为奥托循环的四冲程运行顺序。奥托循环包括一个进气冲程，其中进气阀打开并且空气和燃料的混合物被引导进入发动机的汽缸中。然后发生一个压缩冲程，其中活塞将燃料和空气的混合物压缩以便增加汽缸中的压力。由一个火花塞提供的火花在活塞即将到达汽缸的顶部之前将混合物点燃，从而致使活塞在工作冲程中在汽缸内被迫下移。然后在排气冲程中一个排气阀打开，其中燃烧后的气体被迫离开汽缸。这四个冲程在发动机运行的过程中不断重复。

以奥托循环原理运行的内燃发动机总体上利用弹簧加载的提升阀，这些提升阀在每个循环的过程中选择性地打开和关闭进气和排气端口。在大多数发动机中，一个曲轴被联接至一个正时皮带或链条上，该正时皮带或链条进而联接到一个凸轮轴上，该凸轮轴会旋转以便在进气和排气冲程的过程中对应地打开该进气和排气阀。与每个阀相关联的一个弹簧在其他循环的过程中关闭这个阀。

使用这样的弹簧加载的提升阀存在若干缺点。一个缺点是在每个循环的过程中这些阀伸入汽缸中，并且存在以下固有的风险：活塞可能在很大的力下接触一个打开的阀并且导致实质性的发动机损伤。此外，阀正时事件可能由于阀头伸入汽缸中而受到限制。

在常规的内燃发动机中使用提升阀的另一个不利之处在于使用了相对硬的弹簧来关闭这些阀。因此，要求相对强的力来克服弹簧的抵抗力以便在每个循环中打开每个阀，这减小了发动机的效率。而且，由于这些弹簧所提供的这种强硬的抵抗力，阀正时事件可以受到限制。例如，在采用常规的提升阀和坚硬弹簧时，总体上有一个短的时间段，在此过程中进气阀与排气阀二者都是打开的。在这个重叠的时段内，未燃烧的烃类分子可能在下一个循环中保留在燃烧室中，由此不利地影响了动态压缩并且减小了发动机效率。

与使用常规提升阀相关联的又一个不利之处在于，由于孔口的阻碍而损失能量，即，是因为提升阀的一部分伸过孔口并且进入汽缸中。而且，通过进气端口进入汽缸的流动在接触到提升阀的头部（即，阀的将孔口密封成关闭状态的那个部分）时被中断。该进气阀头部可以在汽缸内导致紊流和无法利用的空气空间，这进而减小了发动机的效率。此外，在排气冲程的过程中当排气阀头伸入汽缸中时，燃烧后的气体可能不会有效地流出汽缸，这进一步减小了燃烧能力。

已经开发了可以与内燃发动机相结合使用的多种不同的滑阀设计来克服与常规的提升阀相关联的的若干缺点。滑阀组件的一个主要优点是能够具有一个基本上无阻碍的流动路径。具体是，因为未采用常规的提升阀，而因此不会阻碍通过进气或排气端口的流动路径，滑阀具有显著增加进入汽缸的空气流动能力的潜力。而且，由于省却了与常规的提升阀相结合使用的这些坚硬的弹簧，滑阀组件可以实现减小的机械负载。

一些滑阀组件具有旋转盘、圆柱体、套筒以及其他球状的旋转机构。这样的先前已知的滑阀可以被定时成使得在进气和排气冲程的过程中它们的穿孔与圆柱体重叠。然而，由于它们的连续的密封接触，这些已知的滑阀可能经历高温和极度的摩擦，从而导致在阀以及任何相关的密封机构上出现高的磨损率。

而且，这样的滑阀组件总体上具有固定的穿孔大小，即，与汽缸相对应的穿孔的大小不可以随着阀被平移或移位（即在一个平面中与旋转相反的来回移动）而改变。因而，提供一个相对大的端口穿孔可能会增加燃料消耗和排放，从而导致低的气体速率，这不利地影响了低发动机速度下的发动机性能，尤其是在怠速过程中。

在美国专利号1,722,873；1,922,678；2,074,487；和5,694,890中披露了滑阀组件的多个实例。

与现有技术的一些滑阀系统相关联的另一个缺点是采用大量密封件的这种密封系统的复杂性。所希望的是为滑阀系统提供一种有效的密封系统，该密封系统采用了显著更少的部件。

因此需要提供被配置成易于合并到一个压力系统，例如，能量转换发动机、例如内燃发动机中的一种滑阀组件。

又进一步需要提供被配置成减小在阀本体以及相关的密封部件上的摩擦、热和磨损的一种滑阀组件。