技术领域

本发明总体上涉及一种由马达驱动的阀和与之相关的活塞。特别 是，本发明涉及一种以恒定速度旋转的可变行程马达和阀。

                      现有技术的描述

在现有技术中，内燃活塞型设备通常是将一液态碳氢化合物注入一 活塞组件中，向外抽动活塞以产生足够的真空度，从而将碳氢化合物汽 化，然后在其点燃之前压缩该碳氢化合物。由于碳氢化合物的点燃通常 产生废气并用尽活塞组件内的大部分氧化剂，因此在碳氢化合物燃烧之 前必须将废气排出并向该活塞组件中注入新的氧化剂。

该类内燃机的一个缺陷在于其所产生的污染。此外，由于在内燃机 中通常燃料并不能充分燃烧，因此在活塞内产生的废物将会降低内燃机 的效率或需要定期地对内燃机进行维护。

该类内燃机的另一个缺陷在于其通常情况下的运行速度范围。由于 内燃机基于一预定的行程长度而运行，燃烧所产生的力必须至少足以使 该活塞移动到所述预定的行程长度。然而，该力不能太大，否则将会破 坏该内燃机的部件。尽管该行程的“力”可以调节，但内燃机内的行程 长度通常不能变化。因此，由该内燃机驱动的车辆通常需要一离合器及 齿轮组件，以提高或降低由该内燃机产生的旋转能。

上述现有技术中遇到的问题可以通过本发明完全消除。本发明的目 的在于提供一种可变行程马达，其具有以恒定速度旋转的阀，以提高效 率并消除与现有技术中的内燃机相关的缺陷。

                   发明概述

根据本发明，提供了一种流体阀系统，它包括：一形成一中空筒体 的阀壳；一与该中空筒体流体连通的第一流体入口；一与该中空筒体流 体连通的第一流体出口；一与该中空筒体流体连通的第二流体入口；一 与该中空筒体流体连通的第二流体出口；一位于所述中空筒体内的轴， 所述轴在一基本上密封所述第一流体入口和第一流体出口之间的第一位 置和一基本上密封所述第二流体入口和第二流体出口之间的第二位置之 间旋转；其中，所述轴设有一第一开槽和一第二开槽；所述第一开槽在 所述轴上按照这样的方式取向，以当所述轴处于所述的第二位置时打开 所述第一流体入口和所述第二流体出口之间的流体通道；所述第二开槽 在所述轴上按照这样的方式取向，以当所述轴处于所述的第二位置时打 开所述第一流体入口和所述第一流体出口之间的流体通道；以及与所述 轴相连、以使所述轴在所述第一位置和所述第二位置之间转动的装置。

                   附图的简要说明

图1为本发明的阀和活塞组件的侧面剖视图；

图2为图1的阀和活塞组件的立体图；

图3为图2的阀和活塞组件的分解图；

图4为图1的阀和活塞组件的剖开俯视图。

优选实施例的详细描述

参照附图，图1中总体上以标号10示出了一可变行程马达。如图 3所示，该可变行程马达包括一阀壳12。在该优选实施例中，该阀壳12 由铝制成，并设有一中空筒体14，以容纳一阀轴16。该阀壳12被构造 成形成一与所述中空筒体14流体连通的第一流体入口18和一与所述中 空筒体14流体连通的第一流体出口20。如图1所示，该阀壳12还形成 一第二流体入口22和第二流体出口24。

如图3所示，该阀轴16设有一第一开槽26和一第二开槽28。该 阀轴16还设有一第一环座30、一第二环座32以及一第三环座34。在 第一环座30、第二环座32以及第三环座34上设有三个特氟隆环36、38 和40，其用于防止在阀轴16和中空筒体14之间发生流体泄露。

如图2所示，一轴转子42固定在该阀壳12上，其可操作地与如图 3所示从阀轴16延伸出来的键44相连。该轴转子42可以为一小的电动 马达或现有技术中公知的任何类似转动设备。

如图3所示，阀轴16的第一开槽26和第二开槽28设置在阀轴16 的相对侧。因此，如图1所示，当该阀轴16位于阀壳12的中空筒体14 中时，第二开槽28打开第二流体入口22和第二流体出口24之间的流 体通道。如图1所示，当第二开槽28打开第二流体入口22和第二流体 出口24之间的流体通道时，第一开槽26被阀轴16完全覆盖(图1和3)。 因此，阀轴16中位于第一开槽26相对侧的部分将第一流体入口18和 第一流体出口20之间的流体通道密封。

同样，当轴转子42将阀轴16旋转180°时，第一开槽26打开第 一流体入口18和第一流体出口20之间的流体通道，而阀轴16中位于 第一开槽26相对侧的部分将第二流体入口22和第二流体出口24之间 的流体通道密封。在该优选实施例中，开槽26、28和入口18、22以及 出口20、24的尺寸这样设计，以使得当第一流体入口18和第一流体出 口20之间的流体通道开通，第二流体入口22和第二流体出口24之间 的流体通道封闭。同样，当第二流体入口22和第二流体出口24之间的 流体通道开通时，第一流体入口18和第一流体出口20之间的流体通道 封闭。

如图1所示，一驱动壳体46固定在阀壳12上，其形成一驱动缸体 48。在该优选实施例中，驱动壳体46由不锈钢无缝钢管制成。优选的 是，该驱动壳体46固定在一传动箱50上，该传动箱50优选地由铝制 成。在驱动缸体48内设有一活塞52。该活塞52优选地由一铝盖54和 一铝座56构成。由于该活塞52为(行程不定)摆动型，该活塞52设 有一塑料密封环58，以允许活塞52从与驱动缸体48的中央轴线垂直的 位置处枢转2°，同时保持密封环58与驱动壳体46之间的密封。

一优选地由淬硬钢制成的活塞杆60通过一固定螺钉62固定在活塞 52上(图1)。如图3所示，活塞杆60设有孔眼62，其装配在一摆动臂 66的轭64中。在该孔眼62中设有一滚针轴承68或现有技术中已知的 类似轴承，以降低摩擦。滚针轴承68位于孔眼62内，该孔眼62位于 该轭64中，一由热处理钢制成的定位销70穿过该轭64的第一孔眼72、 滚针轴承68和一第二孔眼74而布置。该定位销优选地由热处理钢制成， 以承受活塞杆60致动时产生的巨大压力。该摆动臂66优选地由淬硬钢 制成，并设有一大的孔76，以容纳一对驱动挡圈78。该驱动挡圈78以 这样的方式与一驱动轴80相连，以在驱动行程中将摆动臂66的旋转能 传递给驱动轴80，并在回复行程中允许驱动轴80相对于摆动臂66“空 转”，从而使得驱动轴80在相反方向上不旋转。如图2所示，驱动轴80 延伸穿过传动箱50，以驱动一车辆或其它任何可驱动设备。

一流体压力发生器82可操作地与第一流体入口18流体连通(图2)。 在该优选实施例中，该流体压力发生器82为一蒸汽发生器，但是理所 当然，该流体压力发生器82也可以为任何其它类似设备。该流体压力 发生器82通过一输送管84与第一流体入口18相连(图2、3)，在该优 选实施例中，第二流体出口24也通过一附加输送管86与该流体压力发 生器82相连。

如图2所示，该可变行程马达10还设有一附加阀和活塞组件88。 该附加阀和活塞组件88的结构与前述组件基本上相同。但是，如图3 所示，该阀轴16在与第一开槽26和第二开槽28相反的位置上设有一 第三开槽90和一第四开槽92。如上所述，开槽26、28、90、92的这种 布置方式导致当附加阀和活塞组件88的活塞94回复时活塞52驱动， 而当附加阀和活塞组件88的活塞94驱动时活塞52回复。这种活塞52、 94的互补驱动导致驱动轴80被两个活塞52、94基本上连续地驱动。

如图4所示，设置两个回复弹簧96、98，以使如上所述的摆动臂66 以及附加阀和活塞组件88的摆动臂100回复至初始位置。当每个摆动 臂66、100交替地移动到初始位置时，该摆动臂66、100将它们各自的 活塞52、94也移动到其初始位置。该回复弹簧96、98围绕着驱动轴80 固定在传动箱50上。每个回复弹簧96、98设有一回复臂102、104和 一固定爪106、108。一旦该回复弹簧96、98固定到该传动箱50上，该 固定爪106、108便位于设置在摆动臂66、100上的孔110、112中。如 图4所示，驱动轴80连接到一对驱动挡圈114的内周上，该驱动挡圈114 反过来连接在摆动臂100的外周上。该驱动挡圈114这样取向，以使得 当摆动臂100被活塞94驱动时，该驱动挡圈114将摆动臂100的旋转 运动传递给驱动轴80。在回复行程中，动挡圈114“空转”，以允许回 复弹簧96将摆动臂100回复至其初始位置，而不将大的旋转能传递给 驱动轴80。

一抗后冲挡圈116固定在位于摆动臂66、100之间的驱动轴80上， 以进一步降低摆动臂66、100和驱动轴80之间的旋转能传递。如图4 所示，该抗后冲挡圈116在一驱动轴开口118中固定在传动箱50上， 该驱动轴开口118设置在传动箱50中并位于摆动臂66、100之间。

该抗后冲挡圈116通过焊接件或其它类似装置固定在传动箱50上。 该抗后冲挡圈116采用与驱动挡圈114类似的结构，但相对于驱动挡圈 114以相反的方向连接到驱动轴80上。因此，当摆动臂100处于其驱动 行程中时，驱动挡圈114将摆动臂100的旋转能传递给驱动轴80，在该 驱动行程中，抗后冲挡圈116处于其“空转”方向，以允许驱动轴80 自由旋转。一旦摆动臂100结束其驱动行程，回复弹簧96便将摆动臂100 回复至其初始位置。当回复弹簧96转动摆动臂100时，驱动挡圈114 处于其“空转”方向，其限制将摆动臂100的旋转能传递给驱动轴80， 并降低在回复弹簧96上的阻抗力。

抗后冲挡圈116用于防止驱动轴80沿摆动臂100的回复方向上的 进一步旋转。如果驱动挡圈114和驱动轴80之间的摩擦力足够大，以 在摆动臂100的回复行程中将一部分旋转能从驱动挡圈114传递给驱动 轴80，则抗后冲挡圈116可防止驱动轴80的旋转。由于抗后冲挡圈116 焊接在传动箱50上，因此该抗后冲挡圈116将驱动轴80的任何“向后” 旋转能传递给传动箱50，以防止驱动轴80沿摆动臂100的回复方向的 旋转。

抗后冲挡圈116继续阻止驱动轴80的向后旋转，直到摆动臂66或 100中的一个在其驱动行程中开始转动驱动轴80为止。通过这种方式， 该抗后冲挡圈116可以确保驱动轴80仅沿一个单一方向旋转。

为了操作本发明的可变行程马达10，轴转子42被驱动，以转动位 于中空筒体14内的阀轴16。流体压力发生器82被启动，以向第一流体 入口18以及附加阀和活塞组件88供应流体，例如蒸汽。阀轴16从而 以恒定的速度旋转。当以较低的压力向第一流体入口18供应流体时， 由于第一开槽26打开第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体 通道，因而只有少量的流体进入驱动缸体48中。进入驱动缸体48的流 体迫使活塞52远离阀壳12。由于摆动臂66的转动，活塞杆60的孔眼 62随着摆动臂66的往复运动轻微地枢转。活塞杆60的枢转导致整个活 塞52相对于驱动缸体48略微倾斜。为降低倾斜度，活塞52这样布置， 以使得在其初始位置和结束位置时，活塞52均略微倾斜。这样便降低 了当活塞处于整个行程中点时活塞52的倾斜度。摆动臂66和活塞杆60 优选地设计成其长度足以将活塞52置于一初始位置，在该初始位置上 活塞52相对于驱动缸体48的中央轴线从垂直位置处倾斜2°。

为检测活塞52如何倾斜，希望在活塞52的整个行程中进行检测， 即，当流体以全部压力施加到第一流体入口18中时，随着驱动缸体48 开始充入流体，活塞52向着摆动臂66运动，并导致活塞52远离阀壳12， 从而推动摆动臂6开始旋转。随着摆动臂66的旋转，活塞杆60在摆动 臂66的轭64中枢转。活塞52继续旋转，直到活塞52与驱动缸体48 的中央轴线垂直，这发生在活塞52处于其整个行程的1/4处时。

随着更多的流体进入到驱动缸体48中，活塞52继续远离驱动轴80 而枢转，直到如图1所示，活塞52处于其整个行程的1/2处，在该位 置处，活塞52相对于驱动缸体48的轴线的垂线倾斜2°，但是该倾斜 方向与初始点处时的倾斜方向相反。随着驱动缸体48中继续充入流体， 摆动臂66进一步旋转，直到活塞52处于其整个行程的3/4处，在该位 置处摆动臂66已经充分旋转，从而活塞52再次与驱动缸体48的中央 轴线垂直。随着在驱动缸体48中继续充入流体，摆动臂66继续旋转， 活塞52向着一相对于驱动缸体48的中央轴线的垂线倾斜2°的位置运 动。此处的倾斜方向与活塞52在初始位置时的倾斜方向相同。在完全 流体压力下，每次流体通道在第一流体入口18和第一流体出口20之间 打开时，该整个行程便发生一次。

因此，与在初始位置时使活塞52垂直于驱动缸体48的中央轴线并 在其周期过程中随着摆动臂66的旋转活塞52将枢转一很大的角度的方 式不同，该活塞52在与驱动缸体48的中央轴线相垂直的方向倾斜2° 的位置开始工作。通过这种方式，活塞52以一与垂直方向倾斜2°的位 置开始，经过一垂直位置、一沿相反方向与垂直方向倾斜2°的位置、 另一垂直位置，并最终返回到与初始位置时相同的与垂直方向倾斜2° 的位置，从而完成一个循环周期。在整个行程中，相对于垂直位置的偏 移量保持在一很小值内。

尽管该可变行程马达100完全能够如前所述在整个行程上循环，但 该整个行程是在完全(最大)流体压力的情况下实现的。当只有较小的 压力施加到第一流体入口18中时，活塞52将在一较短的行程周期中运 动。随着由流体压力发生器82提供的流体压力的增加，在阀轴16的每 次旋转中，将有更多的流体通过第一流体入口18、第一流体出口20进 入驱动缸体48中。这些进入驱动缸体48中的更大数量的流体使活塞52 移动得更加迅速，从而产生越来越长的行程。摆动臂66将该更长的行 程转化成驱动轴80的更多旋转。由于轴转子42以恒定的速度转动阀轴 16，不管施加的流体压力如何，每次循环将占用同样的时间。因此，在 同样的时间内，驱动轴80的更多旋转将转换成驱动轴80的更大速度。

对于阀轴16的每次旋转，设在阀轴16上的第二开槽28便打开一 次第二流体入口22和第二流体出口24之间的流体通道(图1)。在这段 时间内，回复弹簧96的力导致摆动臂66将活塞杆60推向活塞52，进 而通过第二流体入口22和第二流体出口24将流体排出驱动缸体48。该 流体随后通过附加输送管86返回到流体压力发生器82中，从而可以再 次被加压并通过马达10进行循环(图2)。随着活塞52被驱动，附加阀 和活塞组件88以往复方式工作，以在活塞52处于其回复行程时驱动驱 动轴80。如上所述，在回复行程中时，抗后冲挡圈116可防止摆动臂66、 98将旋转能传递给驱动轴80。

由于阀轴16以恒定的速度旋转，因此改变进入第一流体入口18的 流体压力将导致活塞52具有不同的行程，并从而在同样的时间间隔中 以更大的速度驱动驱动轴80。流体压力发生器82可以设有一加热调整 控制器120，例如一丙烷阀，以改变传递给流体压力发生器82的热量， 并从而改变流体压力，因此，该可变行程马达10可直接将一更大的热 能转化成驱动轴80的更快旋转。

以上附图及说明仅仅以例举的方式描述和解释了本发明。但是，很 显然，除了权利要求书所限定的情况外，本发明并不局限于此。对于本 领域的普通技术人员来讲，还可以对本发明作出各种改进和变化，这些 都不脱离本发明的范围。例如，可以将任何数目的附加阀和活塞组件连 接到驱动轴80上；阀壳的流体入口和流体出口以及阀轴的开槽的尺寸 可以在很宽的范围内变化等。

按照条约第19条的修改

1.一种流体阀系统，包括：

(a)一阀壳，它形成：

    (i)一中空筒体；

    (ii)一与所述中空筒体流体连通的第一流体入口；

    (iii)一与所述中空筒体流体连通的第一流体出口；

    (iv)一与所述中空筒体流体连通的第二流体入口；

    (v)一与所述中空筒体流体连通的第二流体入口；

(b)一个位于所述中空筒体内的阀轴，所述阀轴在一基本上密封所 述第一流体入口和第一流体出口之间的第一位置和一基本上密封所述第 二流体入口和第二流体出口之间的第二位置之间旋转；

(c)所述阀轴设有一第一开槽和一第二开槽；

(d)所述第一开槽在所述阀轴上按照这样的方式取向，以当所述阀 轴处于所述的第二位置时打开所述第一流体入口和所述第二流体出口之 间的流体通道；

(e)所述第二开槽在所述阀轴上按照这样的方式取向，以当所述阀 轴处于所述的第二位置时打开所述第一流体入口和所述第一流体出口之 间的流体通道；以及

(f)与所述阀轴相连以使所述阀轴在所述第一位置和所述第二位置 之间转动的装置；

(g)一驱动壳体，它形成一与所述第一流体出口和所述第二流体入 口流体连通的驱动缸体；

(h)一位于所述驱动缸体中的活塞盖；

(i)一与所述活塞盖相连的活塞杆；

(j)一可枢转地与所述活塞杆相连的摆动臂；

(k)一驱动轴；

(l)一可操作地连接在所述摆动臂和所述驱动轴之间的挡圈；

(m)用于使所述活塞杆以一第一行程长度往复运动以及以一第二行 程长度往复运动的装置，其中，所述第一行程长度大于所述二行程长度。

2.根据权利要求1所述的流体阀系统，其特征在于，用于使所述 活塞杆以一第一行程长度以及第二行程长度往复运动的装置进一步包括 向所述第一流体入口供应流体的装置。

3.根据权利要求2所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 改变供应到所述第一流体入口中的流体的压力的装置。

4.根据权利要求1所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 设置在所述活塞盖上的装置，以当所述活塞盖从一与所述驱动缸体的轴 线相垂直的位置旋转倾斜至少2°时，在所述活塞盖和所述驱动壳体之 间保持流体密封。

5.根据权利要求1所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 一个可操作地与所述驱动轴相连的抗后冲挡圈。

6.根据权利要求5所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 用于偏压所述活塞的装置，以将所述流体排出所述驱动缸体。

7.根据权利要求6所述的流体阀系统，其特征在于，所述偏压装 置为一弹簧。

8.根据权利要求1所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括：

(a)一附加阀壳，它形成：

    (i)一附加中空筒体；

    (ii)一与所述中空筒体流体连通的第一附加流体入口；

    (iii)一与所述中空筒体流体连通的第一附加流体出口；

    (iv)一与所述中空筒体流体连通的第二附加流体入口；

    (v)一与所述中空筒体流体连通的第二附加流体入口；

(b)所述阀轴位于所述附加中空筒体内；

(c)所述阀轴的第一位置基本上密封所述第二附加流体入口和第二 附加流体出口之间的流体通道；

(d)所述阀轴的第二位置基本上密封所述第一附加流体入口和第一 附加流体出口之间的流体通道；

(e)所述阀轴设有一第三开槽和一第四开槽；

(f)所述第三开槽在所述阀轴上按照这样的方式取向，以当所述阀 轴处于所述的第一位置时打开所述第一附加流体入口和所述第一附加流 体出口之间的流体通道；以及

(g)所述第四开槽在所述阀轴上按照这样的方式取向，以当所述阀 轴处于所述的第二位置时打开所述第二附加流体入口和所述第二附加流 体出口之间的流体通道。

9.根据权利要求8所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 向所述第一流体入口和所述第一附加流体入口供应流体的装置。

10.根据权利要求9所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括 改变供应到所述第一流体入口和所述第一附加流体入口中的流体的压力 的装置。

11.根据权利要求8所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包括：

(a)一驱动壳体，它形成一与所述第一流体出口和所述第二流体 入口流体连通的驱动缸体；

(b)一附加驱动壳体，它形成一与所述第一附加流体出口和所述 第二附加流体入口流体连通的附加驱动缸体。

12.根据权利要求11所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包 括：

(a)一个位于所述驱动缸体中的活塞；

(b)一个位于所述附加驱动缸体中的附加活塞。

13.根据权利要求12所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包 括：

(a)设置在所述活塞上的装置，以当所述活塞从一与所述驱动缸 体的轴线相垂直的位置旋转倾斜至少2°时，在所述活塞和所述驱动壳 体之间保持流体密封；

(b)设置在所述附加活塞上的附加装置，以当所述附加活塞从一 与所述附加驱动缸体的轴线相垂直的位置旋转倾斜至少2°时，在所述 附加活塞和所述附加驱动壳体之间保持流体密封。

14.根据权利要求13所述的流体阀系统，其特征在于，所述活塞 包括一个连接在一活塞杆上的活塞盖，所述附加活塞包括一个连接在一 附加活塞杆上的附加活塞盖，并包括：

(a)一可枢转地与所述活塞杆相连的摆动臂；

(b)一可枢转地与所述附加活塞杆相连的附加摆动臂；

(c)一驱动轴；

(d)一可操作地连接在所述摆动臂和所述驱动轴之间的挡圈；

(e)一可操作地连接在所述附加摆动臂和所述驱动轴之间的附加 挡圈。

15.根据权利要求14所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包 括一个可操作地与所述驱动轴相连的抗后冲挡圈。

16.根据权利要求15所述的流体阀系统，其特征在于，进一步包 括：

(a)用于偏压所述活塞的装置，以将所述流体排出所述驱动缸体；

(b)用于偏压所述附加活塞的装置，以将所述流体排出所述附加 驱动缸体。

17.根据权利要求16所述的流体阀系统，其特征在于，所述偏压 装置为一弹簧，所述附加偏压装置为一附加弹簧。

                    本发明的背景技术