控制阀的活塞致动器以及操作该活塞致动器的方法
【专利说明】控制阀的活塞致动器以及操作该活塞致动器的方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2013年I月14日提交的美国临时专利申请号为61/752，291以及2013年10月22日提交的美国临时专利申请号为61/894，159的优先权。
技术领域
[0003]本申请涉及在开启和关闭位置之间速动(snap)的活塞致动器，尤其涉及压力启动和磁力辅助的活塞致动器，其用于在内燃机中使用的阀的操作，以在打开和关闭位置之间移动阀，而不存在所述位置之间的延迟或“浮动(floating) ”。
【背景技术】
[0004]在当前的致动器中，气动设备中的开/关操作通过电螺线管获得。真空力只有在螺线管“开启”并且只有在真空力足够高以移动致动器其行程的整个长度时才被施加到致动器。替换地，在没有控制致动器暴露到真空的螺线管的情况下，受到真空力的致动器在所有条件下将会在开启位置和关闭位置之间“浮动”。不期望浮动，其效率低并且提供对连接到致动器的阀较差的控制。存在对于制造有效控制阀而不需要使用电螺线管的节能致动器的需要。螺线管的消除减小了设备的功率消耗、其重量、其成本以及复杂性。
【发明内容】
[0005]本文中描述的致动器用于控制阀而不需要使用螺线管，但其仍然具有开关功能。该致动器将停在起始位置直到阈值力施加到其中的活塞上，起始位置可以与附接阀的开启或关闭位置相对应。一旦达到阈值力，活塞将移动其行程的整个长度至其第二位置，将阀从其起始打开或关闭位置移动至替换位置，并且将保持在其第二位置直到达到更低的阈值力，此时活塞通过再次移动其行程的整个长度而移动返回其起始位置。致动器包括壳体，其限定腔室并具有与腔室流体连通的孔口 ；封装在腔室中的活塞；以及弹簧，其抵靠活塞以将活塞偏置进入起始位置。活塞至少部分地包括铁磁材料或一个或多个磁体中的一个或多个。第一磁体或第一铁磁材料被定位，以辅助弹簧将活塞保持在起始位置，第二磁体或第二铁磁材料被定位，以在活塞移动到第二位置时将活塞保持在第二位置。
[0006]活塞从其起始位置到其第二位置的移动可以描述为“速动”移动。这种“速动”是活塞在起始和第二位置之间快速、接近瞬时的移动其行程的整个长度，而不存在活塞在其之间的延迟或浮动。磁体的存在便于致动器在其在起始位置和第二位置之间行进时的“速动”动作，磁体在两个位置之间吸引和拉动活塞。这种移动如此迅速，而不需要缓冲器来减小噪声，在活塞随着其到达替换位置与壳体接触时，能够听到类似啪的声音，该替换位置取决于致动器的配置，其可以是附接阀的“打开”或“关闭”位置。
[0007]在一个实施例中，活塞致动器包括壳体，其限定腔室并包括与腔室流体连通的孔口 ；活塞，其在腔室内并具有铁磁材料、磁体或者两者都包含在活塞中；弹簧，其抵靠活塞以将活塞偏置进入起始位置；以及第二磁体或铁磁材料，其与活塞形成第一磁性/铁磁对并且被定位，以在活塞移动至第二位置时将活塞保持在第二位置。在操作期间，向腔室引入或者从中移除足以克服弹簧力的一定量的流体使得第一磁性/铁磁对的构件之间吸引，以将活塞以速动移动而移动至第二位置。第一磁性/铁磁对在其后将活塞保持在第二位置直到被引入腔室或从中移除的流体量足以克服其之间的吸引力。在第一磁性/铁磁对的吸引力被克服时，弹簧将活塞移动至起始位置。
[0008]在另一实施例中，以上描述的致动器还包括第三磁体或铁磁材料，其与活塞形成第二磁性/铁磁对。第三磁体或铁磁材料被定位，以帮助弹簧将活塞保持在起始位置。因此，在操作期间，向腔室引入或者从其中移除足以克服弹簧力以及第二磁性/铁磁对的力的一定量的流体使得第一磁性/铁磁对的构件之间能够吸引，以将活塞以速动移动而移动至第二位置。第一磁性/铁磁对此后将活塞保持在第二位置直到引入腔室或者从其中移除的流体的量足以克服其之间的吸引力。在第一磁性/铁磁对的吸引力被克服时，弹簧和第二磁性/铁磁对之间的吸引力将活塞以速动移动而移动至起始位置。
[0009]本文中还描述了用于操作活塞致动器的方法。该方法包括:提供活塞致动器中的一个；以及首先向腔室引入或从其中移除一定量的流体，该一定量的流体足以克服将活塞保持在起始位置的弹簧力或者弹簧力和第二磁性/铁磁对(如果存在)之间的吸引力；以及由此第一磁性/铁磁对的构件之间的吸引力将活塞以速动移动而移动至第二位置，并且此后将活塞保持在第二位置。该方法还包括:与首先执行向腔室引入或从其中移除一定量的流体相反，随后向腔室引入或从其中移除足以克服第二磁性/铁磁对之间的吸引力的一定量的流体；以及由此弹簧和第二磁性/铁磁对的构件之间的吸引力将活塞以速动移动而移动至起始位置。
【附图说明】
[0010]图1是速动致动器和阀的一个实施例的前视立体图。
[0011]图2是阀在起始位置时图1的速动致动器和阀沿阀的导管部分的纵轴的横截面视图。
[0012]图3是阀在起始位置时横向于通过闸门构件的导管的纵轴的速动致动器和阀的横截面视图。
[0013]图4是阀在第二位置时横向于通过闸门构件的导管的纵轴的速动致动器和阀的横截面视图。
[0014]图5是速动致动器和阀的另一实施例的前视立体图。
[0015]图6A是环形磁体的俯视平面视图。
[0016]图6B是图6A中的环形磁体的纵截面。
[0017]图7是速动致动器的一个实施例的纵截面。
[0018]图8是速动致动器的另一实施例的纵截面。
【具体实施方式】
[0019]下面的详细说明将示例说明本发明的总体原理，本发明的示例另外在附图中表示。在附图中，相同参考标号表示相同或功能类似的元件。
[0020]这里使用的“流体”的意思是任意液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或它们的组入口 O
[0021]图1-4示出了用于在内燃机中使用的设备100的一个实施例。在一个实施例中，设备100被包含在制动真空助力系统(brake vacuum boost system)中。设备100包括壳体102，其包括容器部分130和帽132，容器部分130和帽132限定了内部腔室103 (图2)并具有与腔室103流体连通的孔口 108。如图1和2中能够看出，孔口 108通过容器部分130进入壳体102。然而，在图5中示出的替换实施例中，壳体102’也包括容器部分130和帽132，但这里的口 108’通过帽132进入壳体102’。优选地，在这两个实施例中，帽132密封连接至容器部分130。
[0022]参考图2-4，致动器104被封装在腔室103内，其包括活塞110，该活塞具有可与阀机构120连接的杆114。杆114具有靠近阀机构120的近端152以及远离阀机构120的远端154(图2中标记)。在该实施例中，阀机构120包括导管122，导管具有阀口 124和空腔(pocket) 126 ;并且包括闸门构件128，闸门构件可以至少部分地接受在空腔126中并具有通过其中的通路129。其他阀可以被连接至致动器104，例如提升阀、蝶形阀或者其他已知的阀。
[0023]如图2中能够看出，导管122可以是具有孔123的管，其从两端156、157向阀口 124连续逐渐变细或变窄，由此在阀口 124处具有其最小内部尺寸。孔可以是任何圆形形状、椭圆形形状或者一些其他多边形形式，逐渐连续变细的内部尺寸可以限定但不限于双曲面或圆锥形。以阀口 124处为中心的孔123的这种沙漏形截面125减少了所需的闸门行程。在另一实施例中，如图5中能够看出，导管122可以沿其整个长度具有均匀的内部直径127。
[0024]在图1-4的实施例中，通过