控制閥的活塞致動器以及操作該活塞致動器的方法
【專利說明】控制閥的活塞致動器以及操作該活塞致動器的方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2013年I月14日提交的美國臨時專利申請?zhí)枮?1/752，291以及2013年10月22日提交的美國臨時專利申請?zhí)枮?1/894，159的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請涉及在開啟和關(guān)閉位置之間速動(snap)的活塞致動器，尤其涉及壓力啟動和磁力輔助的活塞致動器，其用于在內(nèi)燃機中使用的閥的操作，以在打開和關(guān)閉位置之間移動閥，而不存在所述位置之間的延遲或“浮動(floating) ”。
【背景技術(shù)】
[0004]在當(dāng)前的致動器中，氣動設(shè)備中的開/關(guān)操作通過電螺線管獲得。真空力只有在螺線管“開啟”并且只有在真空力足夠高以移動致動器其行程的整個長度時才被施加到致動器。替換地，在沒有控制致動器暴露到真空的螺線管的情況下，受到真空力的致動器在所有條件下將會在開啟位置和關(guān)閉位置之間“浮動”。不期望浮動，其效率低并且提供對連接到致動器的閥較差的控制。存在對于制造有效控制閥而不需要使用電螺線管的節(jié)能致動器的需要。螺線管的消除減小了設(shè)備的功率消耗、其重量、其成本以及復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文中描述的致動器用于控制閥而不需要使用螺線管，但其仍然具有開關(guān)功能。該致動器將停在起始位置直到閾值力施加到其中的活塞上，起始位置可以與附接閥的開啟或關(guān)閉位置相對應(yīng)。一旦達到閾值力，活塞將移動其行程的整個長度至其第二位置，將閥從其起始打開或關(guān)閉位置移動至替換位置，并且將保持在其第二位置直到達到更低的閾值力，此時活塞通過再次移動其行程的整個長度而移動返回其起始位置。致動器包括殼體，其限定腔室并具有與腔室流體連通的孔口 ；封裝在腔室中的活塞；以及彈簧，其抵靠活塞以將活塞偏置進入起始位置?；钊辽俨糠值匕ㄨF磁材料或一個或多個磁體中的一個或多個。第一磁體或第一鐵磁材料被定位，以輔助彈簧將活塞保持在起始位置，第二磁體或第二鐵磁材料被定位，以在活塞移動到第二位置時將活塞保持在第二位置。
[0006]活塞從其起始位置到其第二位置的移動可以描述為“速動”移動。這種“速動”是活塞在起始和第二位置之間快速、接近瞬時的移動其行程的整個長度，而不存在活塞在其之間的延遲或浮動。磁體的存在便于致動器在其在起始位置和第二位置之間行進時的“速動”動作，磁體在兩個位置之間吸引和拉動活塞。這種移動如此迅速，而不需要緩沖器來減小噪聲，在活塞隨著其到達替換位置與殼體接觸時，能夠聽到類似啪的聲音，該替換位置取決于致動器的配置，其可以是附接閥的“打開”或“關(guān)閉”位置。
[0007]在一個實施例中，活塞致動器包括殼體，其限定腔室并包括與腔室流體連通的孔口 ；活塞，其在腔室內(nèi)并具有鐵磁材料、磁體或者兩者都包含在活塞中；彈簧，其抵靠活塞以將活塞偏置進入起始位置；以及第二磁體或鐵磁材料，其與活塞形成第一磁性/鐵磁對并且被定位，以在活塞移動至第二位置時將活塞保持在第二位置。在操作期間，向腔室引入或者從中移除足以克服彈簧力的一定量的流體使得第一磁性/鐵磁對的構(gòu)件之間吸引，以將活塞以速動移動而移動至第二位置。第一磁性/鐵磁對在其后將活塞保持在第二位置直到被引入腔室或從中移除的流體量足以克服其之間的吸引力。在第一磁性/鐵磁對的吸引力被克服時，彈簧將活塞移動至起始位置。
[0008]在另一實施例中，以上描述的致動器還包括第三磁體或鐵磁材料，其與活塞形成第二磁性/鐵磁對。第三磁體或鐵磁材料被定位，以幫助彈簧將活塞保持在起始位置。因此，在操作期間，向腔室引入或者從其中移除足以克服彈簧力以及第二磁性/鐵磁對的力的一定量的流體使得第一磁性/鐵磁對的構(gòu)件之間能夠吸引，以將活塞以速動移動而移動至第二位置。第一磁性/鐵磁對此后將活塞保持在第二位置直到引入腔室或者從其中移除的流體的量足以克服其之間的吸引力。在第一磁性/鐵磁對的吸引力被克服時，彈簧和第二磁性/鐵磁對之間的吸引力將活塞以速動移動而移動至起始位置。
[0009]本文中還描述了用于操作活塞致動器的方法。該方法包括:提供活塞致動器中的一個；以及首先向腔室引入或從其中移除一定量的流體，該一定量的流體足以克服將活塞保持在起始位置的彈簧力或者彈簧力和第二磁性/鐵磁對(如果存在)之間的吸引力；以及由此第一磁性/鐵磁對的構(gòu)件之間的吸引力將活塞以速動移動而移動至第二位置，并且此后將活塞保持在第二位置。該方法還包括:與首先執(zhí)行向腔室引入或從其中移除一定量的流體相反，隨后向腔室引入或從其中移除足以克服第二磁性/鐵磁對之間的吸引力的一定量的流體；以及由此彈簧和第二磁性/鐵磁對的構(gòu)件之間的吸引力將活塞以速動移動而移動至起始位置。
【附圖說明】
[0010]圖1是速動致動器和閥的一個實施例的前視立體圖。
[0011]圖2是閥在起始位置時圖1的速動致動器和閥沿閥的導(dǎo)管部分的縱軸的橫截面視圖。
[0012]圖3是閥在起始位置時橫向于通過閘門構(gòu)件的導(dǎo)管的縱軸的速動致動器和閥的橫截面視圖。
[0013]圖4是閥在第二位置時橫向于通過閘門構(gòu)件的導(dǎo)管的縱軸的速動致動器和閥的橫截面視圖。
[0014]圖5是速動致動器和閥的另一實施例的前視立體圖。
[0015]圖6A是環(huán)形磁體的俯視平面視圖。
[0016]圖6B是圖6A中的環(huán)形磁體的縱截面。
[0017]圖7是速動致動器的一個實施例的縱截面。
[0018]圖8是速動致動器的另一實施例的縱截面。
【具體實施方式】
[0019]下面的詳細(xì)說明將示例說明本發(fā)明的總體原理，本發(fā)明的示例另外在附圖中表示。在附圖中，相同參考標(biāo)號表示相同或功能類似的元件。
[0020]這里使用的“流體”的意思是任意液體、懸浮液、膠體、氣體、等離子體或它們的組入口 O
[0021]圖1-4示出了用于在內(nèi)燃機中使用的設(shè)備100的一個實施例。在一個實施例中，設(shè)備100被包含在制動真空助力系統(tǒng)(brake vacuum boost system)中。設(shè)備100包括殼體102，其包括容器部分130和帽132，容器部分130和帽132限定了內(nèi)部腔室103 (圖2)并具有與腔室103流體連通的孔口 108。如圖1和2中能夠看出，孔口 108通過容器部分130進入殼體102。然而，在圖5中示出的替換實施例中，殼體102’也包括容器部分130和帽132，但這里的口 108’通過帽132進入殼體102’。優(yōu)選地，在這兩個實施例中，帽132密封連接至容器部分130。
[0022]參考圖2-4，致動器104被封裝在腔室103內(nèi)，其包括活塞110，該活塞具有可與閥機構(gòu)120連接的桿114。桿114具有靠近閥機構(gòu)120的近端152以及遠(yuǎn)離閥機構(gòu)120的遠(yuǎn)端154(圖2中標(biāo)記)。在該實施例中，閥機構(gòu)120包括導(dǎo)管122，導(dǎo)管具有閥口 124和空腔(pocket) 126 ;并且包括閘門構(gòu)件128，閘門構(gòu)件可以至少部分地接受在空腔126中并具有通過其中的通路129。其他閥可以被連接至致動器104，例如提升閥、蝶形閥或者其他已知的閥。
[0023]如圖2中能夠看出，導(dǎo)管122可以是具有孔123的管，其從兩端156、157向閥口 124連續(xù)逐漸變細(xì)或變窄，由此在閥口 124處具有其最小內(nèi)部尺寸?？卓梢允侨魏螆A形形狀、橢圓形形狀或者一些其他多邊形形式，逐漸連續(xù)變細(xì)的內(nèi)部尺寸可以限定但不限于雙曲面或圓錐形。以閥口 124處為中心的孔123的這種沙漏形截面125減少了所需的閘門行程。在另一實施例中，如圖5中能夠看出，導(dǎo)管122可以沿其整個長度具有均勻的內(nèi)部直徑127。
[0024]在圖1-4的實施例中，通過