[发明专利]变力阀门弹簧

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2011年1月27日提交的美国临时专利申请61/436,739的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用被结合于此。

技术领域

本发明涉及用于启动发动机阀门的方法和装置。更具体地说，本发明涉及变力阀门弹簧及相关方法。

背景技术

内燃机通常包括一个或多个阀门，用于控制通过发动机的空气和燃料的流动。这些阀门一般由机械凸轮驱动。例如，一根具有泪珠状凸轮凸角的旋转轴可以被配置用来将运动传递到阀门，要么直接，要么借助一个或多个中间部件。随着轴的旋转，凸轮凸角的偏心部分在轴的旋转范围内将线性运动传给阀门。

常常必须使阀门偏向特定位置（即开启或关闭位置）。在常规的内燃机中，阀门通常是内开式的（即在燃烧室中打开并朝向活塞），并且由一个或多个机械的阀门弹簧偏置到闭合位置。该系统的一个问题是无法改变或者控制压缩阀门弹簧所需的力的大小。机械弹簧通常如此选择，以便它们具有足够的配合力，并且有足够的刚性，足以应付发动机在其工作范围内会经受的大多数工况之需，这些可能只有在非常罕见的情况下才能遇到。换句话说，阀门弹簧远比发动机大部分工作范围所需的坚固。在常规的内燃机中，阀门弹簧越坚固，摇臂轴和凸轮轴轴承产生的摩擦力越大，这会增加发动机的附加损失，并降低总的发动机效率。

传统的机械阀门弹簧也不太适合“空转的”阀门组系。空转系统通常是指这样的系统，在该系统中，一个空转的阀门组系元件被有选择地驱动，从而在凸轮的部分旋转过程中，断开阀门与凸轮的工作联系。在没有空转系统的阀门组系中，当弹簧膨胀到靠在凸轮的闭合斜面上时，一些用于压缩阀门弹簧的能量回到凸轮，并最终使发动机旋转。但是在空转系统中，通过断开阀门与凸轮的工作联系，阀门可以闭合得比凸轮要求的要早。在此情况下，保存在开式阀门的被压缩的阀门弹簧中的能量没有回到凸轮，而是当阀门闭合时，仅仅被施加到阀门上。由于能量没有回到凸轮，因此当初用于压缩阀门弹簧的能量基本上都被浪费。

因此，需要改进阀门弹簧和相关方法。

为清楚起见，用在本申请中的术语“常规发动机”是指发动机的每个活塞/汽缸组合都包含公知的奥托循环的所有四个冲程（吸气，压缩，膨胀和排气冲程）的内燃机。每个冲程需要曲轴转半圈（180度的曲柄角（“CA”）），在常规发动机的每个汽缸中完成整个奥托循环需要曲轴整整转两圈（720度CA）。

此外，为清晰起见，为术语“分开循环发动机”提供如下定义，它可以用在现有技术中公开的和本申请提到的发动机上。

一种分开循环发动机，通常包括：

可绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，它可滑动地容纳在压缩缸内并且工作连接到曲轴上，以便在曲轴的单次旋转过程中，压缩活塞往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀（动力）活塞，它可滑动地容纳在膨胀缸内并且工作连接到曲轴上，以便在曲轴的单次旋转过程中，膨胀活塞往复通过膨胀冲程和排气冲程；以及

相互连接压缩缸和膨胀缸的跨接通道，该跨接通道包括至少一个位于其中的跨接膨胀（XovrE）阀，但更优选包括一个跨接压缩（XovrC）阀和一个跨接膨胀（XovrE）阀，这两者之间限定了一个压力腔。

分开循环空气混合式发动机将分开循环发动机与空气储存器和各种控制系统结合在一起。该组合能让发动机将能量以压缩空气的形式储存在空气储存器中。空气储存器中的压缩空气随后用在膨胀缸中，以驱动曲轴。通常，这里所说的分开循环空气混合式发动机包括：

可绕曲轴轴线旋转的曲轴；

压缩活塞，它可滑动地容纳在压缩缸内并且工作连接到曲轴，以便在曲轴的单次旋转过程中，压缩活塞往复通过进气冲程和压缩冲程；

膨胀（动力）活塞，它可滑动地容纳在膨胀缸内并且工作连接到曲轴，以便在曲轴的单次旋转过程中，膨胀活塞往复通过膨胀冲程和排气冲程；

相互连接压缩缸和膨胀缸的跨接通道（端口），该跨接通道包括至少一个位于其中的跨接膨胀（XovrE）阀，但更优选包括一个跨接压缩（XovrC）阀和一个跨接膨胀（XovrE）阀，这两者之间限定了一个压力腔；以及

工作连接到跨接通道上的空气储存器，它可以有选择地操作，以便储存来自压缩缸的压缩空气，并将压缩空气输送到膨胀缸。