[发明专利]带有气动增力器的可变气门致动器

说明书

相关申请 

本申请要求于2007年4月16递交的No.11/787,295的美国专利申请的优先权，该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、灵活地实施大开启力量控制的致动器。 

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。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)与压缩气缸和动力气缸互连，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气缸和动力气缸上的进气阀和排气阀。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那样运行发动机。相对于电混合发动机，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，对于整个四冲程循环来说，在横跨通道中空气或者空气-燃料的混合物必须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。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。横跨阀在动力活塞处于上止点(TDC)或接 近上止点时开启，并且在此之后立刻或短期内关闭。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续的高压，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。当关闭时，在横跨通道的压力下阀盘或阀头压靠阀座。为了开启阀，致动器必须提供非常大的初始开启力，以克服在阀头上的压强力以及惯性。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(等压过程)，该压强力将很快显著下降。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，这也是为了克服高于横跨通道压力的动力气缸压力而保持阀稳坐在阀座上的必需要求。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初始开启力、足够的就位力、合理的低就位速度、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——传统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，一种致动器的优选实施例包括：驱动件，该驱动件进一步包括限定了纵向轴线及第一和第二方向的壳体、能够至少沿第一方向产生致动力的致动机构、以及一端可操作地相连于致动机构的至少一部分而另一端可操作地相连于如发动机气门这样的负载的杆子；至少一个回程弹簧，通过弹簧座组件可操作地连接于杆子，并沿第二方向偏压(bias)杆子；和气动增力器，该气动增力器进一步包括气动气缸、通过弹簧座组件可操作地连接于杆子并沿第一方向偏压杆子的气动活塞、在气动气缸和高压气源之间提供受控制的流体连通的充气机构、及在气动气缸和低压气汇之间提供受控制的流体连通的泄气机构。 

在运行中，致动器依靠来自至少一个回程弹簧的沿第二方向偏压的力 来克服其它所有的力——包括来自气动增力器及负载的力——而把负载保持在第二方向的终端位置，而致动机构不产生沿第一方向的力，气动增力器通过充气机构被充气以产生沿第一方向的、可观的力来抗衡沿第二方向的、可观的负载力。 

通过致动机构所产生的沿第一方向的致动力，该致动器启动其负载沿第一方向的行进，致动力和来自气动增力器的力相结合能够克服包括来自于至少一个回程弹簧和负载的其余的力的总和，并沿第一方向加速负载。 

通过沿第一方向的致动力，致动器保持沿第一方向的行进，直到达到目标行程，如果需要把负载停留在目标行程上，则把致动力保持在第一方向。至少通过关闭沿第一方向的致动力，致动器开始负载沿第二方向的回程行进，使得负载至少被回程弹簧沿第二方向加速。