具有弯曲构件的控制元件

申请号 CN201580072804.5 申请日 2015-11-24 公开(公告)号 CN107209530B 公开(公告)日 2020-01-07
申请人 詹尼斯高级技术有限公司; 发明人 詹姆斯·B·克拉森;
摘要 本 发明 公开了一种控制元件,其具有被分成致动区段和 阀 区段的梁构件,致动区段和阀区段位于枢转构件的相对侧,其中致动区段的主动控制导致阀区段的弯曲以使阀区段从关闭状态转到打开状态或导致阀区段的释放以使阀区段从打开状态转到关闭状态。
权利要求

1.一种组件,包括第一控制元件和第二控制元件,所述第一控制元件包括:
所述第一控制元件的梁构件,其被加载成受压以引起所述第一控制元件的所述梁构件在所述第一控制元件的所述梁构件的相对端之间弯曲;以及
所述第一控制元件的运动限制构件,其设置在所述第一控制元件的所述梁构件的相对端之间,且被布置成限制所述第一控制元件的所述梁构件的弯曲及在允许所述第一控制元件的所述梁构件相对于所述第一控制元件的所述运动限制构件纵向运动的同时将所述第一控制元件的所述梁构件分成所述第一控制元件的第一区段和所述第一控制元件的第二区段,
所述第一控制元件用作压缩机的进气阀,所述进气阀朝向压缩腔室打开,且当所述压缩腔室的压低于低压进口腔室的压力的压力差存在时允许气体被动的流入压缩腔室,所述第二控制元件包括:
所述第二控制元件的梁构件,其被加载成受压以引起所述第二控制元件的所述梁构件在所述第二控制元件的所述梁构件的相对端之间弯曲;以及
所述第二控制元件的运动限制构件,其设置在所述第二控制元件的所述梁构件的相对端之间,且被布置成限制所述第二控制元件的所述梁构件的弯曲及在允许所述第二控制元件的所述梁构件相对于所述第二控制元件的所述运动限制构件纵向运动的同时将所述第二控制元件的所述梁构件分成所述第二控制元件的第一区段和所述第二控制元件的第二区段,
所述第二控制元件远离所述压缩腔室打开,使得当所述压缩腔室的压力高于高压排放腔室的压力的压力差存在时允许气体被动的流出压缩腔室。
2.根据权利要求1所述的阀组件,其中,所述阀组件在膨胀器模式中使用,并且其中所述压缩腔室为膨胀腔室。
3.根据权利要求1所述的阀组件,还包括致动机构,其与所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述梁构件相关联地设置以作用在所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述第一区段和所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述第二区段中的一个上以引起在所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述第一区段和所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述第二区段中的另一个上的相应变化。
4.根据权利要求3所述的阀组件,其中所述致动机构包括电磁、液压设备、气动设备、或压电设备。
5.根据权利要求3-4中任意一项所述的阀组件,其中所述第一控制元件或所述第二控制元件的所述运动限制构件包括枢轴。
6.根据权利要求1或2所述的阀组件,其中,所述高压排放腔室由高压源提供以使得其形成高压进口腔室,且低压进口腔室连接到低压排放源以使得其形成低压排放腔室。
7.根据权利要求6所述的阀组件,其中,所述第二控制元件为第二阀,并且所述第二阀被构造成在膨胀循环的一部分中保持主动的打开。
8.根据权利要求6所述的阀组件,其中,所述第二控制元件为第二阀,并且在膨胀循环期间,当气缸压力满足足够低的压力时,所述第二阀采用主动控制而关闭,以使得在最大膨胀腔室体积处或者接近所述最大膨胀腔室体积或者在最大膨胀腔室体积之前,剩余的膨胀引起所述膨胀腔室的压力降低至接近或低于或等于低压排放腔室的压力,以允许所述第二阀采用被动控制或主动控制打开。
9.根据权利要求6所述的阀组件,其中,所述第一控制元件为第一阀,并且所述第一阀在下止点或接近下止点打开,及当低压力气体被排放到所述低压排放腔室时关闭,在对于膨胀腔室的剩余体积减少而言压力足够高以使膨胀腔室压力达到或高于高压进口腔室压力时允许所述第一阀采用被动控制或主动控制打开。
10.根据权利要求1或2所述的阀组件,其中所述第一控制元件从所述低压进口腔室密封。
11.根据权利要求1或2所述的阀组件,其中所述第二控制元件的致动端处于与高压排放腔室相同的压力。
12.根据权利要求1所述的阀组件,其中所述第一控制元件的致动端从所述压缩腔室密封。
13.根据权利要求2所述的阀组件,其中所述第一控制元件的致动端从所述膨胀腔室密封。

说明书全文

具有弯曲构件的控制元件

技术领域

[0001] 本发明涉及具有弯曲构件的诸如开关的控制元件。

背景技术

[0002] 本装置属于气动和液压的机械和工业技术领域。更具体地说,本装置属于阀和流体控制的技术领域。
[0003] 本技术也可以用于气动或液压以外的应用。在高速电气开关中,高速是有利,并且可以使用本装置。这可以用于高速继电器或高压开关以减少电弧

发明内容

[0004] 在一个实施方式中,本装置包括控制元件,其可能用作阀或开关,其允许主动和/或被动机械或机电控制阀或开关的打开和关闭。控制元件包括弯曲梁,其用作阀或开关,储存在弯曲梁构件的能量可以在枢转构件的任一侧上的双稳态之间被利用、适应和转移,使得只需要低的致动和/或位移就可以将阀从打开移动到关闭或到打开和关闭之间。
[0005] 在一个实施方式中,提供一种控制元件,包括:梁构件,被加载成受压以引起所述梁构件在所述梁构件的相对端之间弯曲;横向运动限制构件,设置在所述梁构件的相对端,且被布置成限制和控制所述梁构件在运动限制构件和梁构件之间的接触处的弯曲及在允许所述梁构件相对于所述运动限制构件纵向运动的同时将所述梁构件分成第一区段和第二区段。还提供一种致动机构,与所述梁构件相关联地设置以作用在所述第一区段和所述第二区段中的一个上以引起在所述第一区段和所述第二区段中的另一个上的相应变化。附图说明
[0006] 现在将参考附图以示例的方式对实施方式进行描述,其中相同的参考标记指代相同的元件,以及其中:
[0007] 图1为控制元件中的阀和阀座的实施方式的一个示例性实施方式的等距视图。
[0008] 图2为图1的实施方式的侧视图。
[0009] 图3为图1的实施方式的顶视图。
[0010] 图4为设计成安装到压缩机气缸头的控制元件的示例性实施方式的立体图。
[0011] 图5示出根据本装置的控制元件在打开位置的示例性实施方式的侧视图。
[0012] 图6示出根据本装置的控制元件在关闭位置的示例性实施方式的侧视图。
[0013] 图7A-图7E示出控制元件的一些其他可能的实施方式,其示出了梁构件的最终状态的可能变化。图7A-图7E并不是体现控制元件的所有机制的决定性集合,反而其旨在表现控制元件背后的操作原理。
[0014] 图8A-图8D是用于使用所公开的控制元件的阀致动器的几个可能实施方式的侧视图。图8A-图8D并不是由控制元件体现的所有致动方法的决定性集合,反而其旨在表示控制元件的致动背后的操作原理。注意:上面的示意图显示了弯曲的梁构件处于各种打开、关闭和中间位置。
[0015] 图9A-图9B示出作为用于闭合电路电连接器的控制元件的一个实施方式的简化原理图。
[0016] 图10是用于激活一个实施方式的开关的压电陶瓷的示意图。
[0017] 图11A-图11D和图12A-图12F示出用于压缩机的簧片阀操作原理。
[0018] 图13-图19示出控制元件的一个示例性实施方式。

具体实施方式

[0019] 可以在不脱离权利要求所涵盖的内容的情况下对这里描述的实施例进行不重要的修改。在权利要求中,词语“包括”以包容性的意义使用,并且不排除其他元件的存在。在权利要求特征之前的不定冠词“一”和“一个”不排除存在多于一个特征。这里描述的每个单独特征可以在一个或多个实施例中使用,并且不应仅如在本文中被描述的被解释为对于由权利要求限定的所有实施例是必需的。
[0020] 现在更详细地参考本装置,图1-图4示出了构造成用作阀的控制元件20的实施例的基本组件和构造。梁或梁构件21刚性地附接到阀座22,阀座22被加工到阀23。梁21沿着梁21的长度被加载压缩,以使梁21在梁21的相对端之间弯曲。梁21、阀座22和阀块23仅表示控制元件的实施例的一个可能应用,其不应以任何方式限制本发明的范围。横向运动限制装置24设置成在梁21的相对端之间与梁21接触,以限制相对于梁的横向方向的运动。运动限制装置24限制梁构件21在垂直运动限制装置24和梁构件21之间的接触处的横向运动或弯曲,并在将梁构件21分成在运动限制装置24两侧的第一区段25和第二区段26。运动限制装置可以是如图1-图4所示的枢轴、挠曲件或摇杆,作为创建运动限制构件的可能方法,以在梁21中产生横向运动受限的区域。可以想到许多其它纵向柔性梁的约束方法,包括辊和/或挠曲件或滑块。任何限制横向运动同时允许具有最小的摩擦和惯性的纵向运动是优选的。通过参考纵向运动,可以理解的是,不是整个梁都可以相对于横向运动限制构件纵向运动,而只是在运动限制构件处的梁的部分。枢轴24可以是齿轮枢轴。在一个实施例中,控制元件可以被动地移动,并且依靠流体压力或流动阻力来打开和关闭阀。在这种情况下,致动机构是流体流本身。
[0021] 图5和图6示出了用作阀元件的控制元件20分别位于打开和关闭位置,以控制通过控制元件20的流体流FF。图5和图6还示出了被分成两区段的梁21:致动区域或致动区段25和密封区域或阀区段26。摇杆24限制梁在两区段之间的横向运动。摇杆24的可选变型可以包括但不限于:使用线性轴承、挠曲件、滑动表面,用于允许直线运动同时承受垂直负载的任何机构,以及上述变型的任何组合。
[0022] 现在更详细地参考控制元件20的实施方式,控制元件20因此可包括具有致动区段25和阀区段26的梁构件28,其中致动区段25和阀区段26在枢转构件24的相对侧上,致动区段25的主动控制导致阀区段26的弯曲以使阀区段26从关闭状态转为打开状态,或者导致阀区段26的释放以使阀区段26从打开状态转为关闭状态。
[0023] 梁21被纵向预加载以引起弯曲。这种纵向载荷的作用是增加弯曲的梁构件21内的内部纵向压缩应力以及使得弯曲的梁构件21的储存能量高于其未加载或未弯曲或无应力状态的能量。梁21使用由纵向地弯曲阀而引起的增加的内部能量来在低致动力和快速响应时间的两个双稳态之间快速致动。由于梁21内存储的能量和内部应力,因此需要施加到致动区域25以使阀循环的力可能较低。可选地,致动力可能很高,但是使用这个原理比阀不被纵向加载的或者在较低载荷下纵向加载的情况可以实现阀以更高的速度运动。梁21使用通过纵向地预加载阀而引起的增加的内部能量来以较低的致动力和快速响应时间快速地在双稳态之间转换。在任一种情况下,致动力使梁21从图5中的打开位置切换到图6中的关闭位置,反之亦然。这里所使用的术语“切换”可意味着弯曲梁构件的一部分移动到直的、接近直的或与弯曲时相比更直的位置。它也可以指梁构件穿过直的位置到在相对方向的轻微的曲线。
[0024] 这种相对的弯曲区域的构造意味着可以使用低能量来控制/致动密封区域26的打开和关闭。此外,高平的储存能量(相对于梁构件的低质量)导致潜在的在双稳态之间以非常高的速度切换的效果。在控制元件20的另一实施方式中,最接近密封区域26的梁21的端部与阀座22保持相切,而最接近致动区域25的梁21的端部被允许枢转,以使得致动区域25可以在阀座22的平面之上上下移动。梁21的致动可以通过诸如但不限于电磁体、机械凸轮、压电、液压和气动、手动致动或由与另一构件接触而产生的力的装置来实现。
[0025] 现在参考控制元件20的一个实施方式的结构,梁21可以由诸如但不限于弹簧板料、不锈钢、高合金和适合于弹簧材料的其它合金的材料制成。也可以使用非金属材料,例如塑料或纤维增强复合材料。在具有4英寸活塞的压缩机的非限制性示例性应用中(如图1-图4所示),梁21可以具有长12英寸、宽2英寸和厚0.050英寸的尺寸。为了形成具有进气和排气阀的压缩机气缸盖,可以采用图1-图4所示的组件中的两个,或者采用实现与图1-图4所示的组件中的两个相同效果的部件的组合。压缩机入口阀组件可以具有梁21的曲率,以使得其可被动地(具有或不具有致动输入)允许空气进入活塞进气冲程。压缩机出口阀可以具有梁21的曲率,以使得在具有或不具有致动输入的情况下空气都能在活塞的排气行程上逸出。
[0026] 图1-图4中的组件不应被视为限制,反而其仅旨在传达控制元件20的基本原理。作为非限制性示例,切入密封表面22的狭槽的宽度可以等于梁21的宽度的80%,或者可以使用多个狭槽。摇杆24可以使用标准滚动轴承制成,并且最接近密封表面22的梁21的端部可以使用由诸如但不限于低钢的材料制成的夹具夹紧成与密封表面22相切。
[0027] 为了在某些操作条件下实现有利的性能,梁21存在变型,诸如但不限于:偏压梁21的形状成凹形、凸形或凹形区段和凸形区段的任何组合,改变梁21沿其长度的宽度,改变梁21沿其宽度的长度,改变梁21沿其长度的厚度,并且依赖于或独立于几何形状改变梁21的材料性质,以及上述变型的任何组合。
[0028] 为了在某些操作条件下实现良好的性能,阀座22存在变型,诸如但不限于:将轮廓改变成不是平的形状,使用不是钢的材料(诸如但不限于聚酯或PEEK塑料),以及上述变形的任何组合。
[0029] 阀块23上的存在的可选变化包括但不限于:用于调整摇杆24的纵向位置的设置,用于调节在最接近密封区域26的端部处的梁21的夹紧度的设置,在梁21的端部处夹紧或非夹紧的夹具的装置的任何组合,用于调整梁21的端部之间的长度的设置,基于操作条件调整材料选择的设置,阀块23中的一个或多个与其他部件的组合以创建气缸盖,将阀块23的特性与现有气缸盖集成,以及上述变型的任意组合。本装置还可以用作包括MEMS器件的任何尺寸的流体回路或电气开关中的快速作用阀。
[0030] 图8A示出使用第一电磁体EM1和第二电磁体EM2形成的致动装置,其被设置成在梁运动限制器的一侧的梁的区段上操作,并且引起在运动限制器的另一侧的梁的状态的相应变化。本实施例中所示的控制元件20可以根据图1-图4来构造。当电流通过第一电磁体EM1时,邻近的梁区段被致动,而另一区段变直,其在阀实施方式中可以被操作成关闭阀。图8B示出图8A的致动装置,其中电流通过第二电磁体EM2以打开阀。
[0031] 图8C示出了使用液压或气动P和设置成在梁的区段上操作的袋B形成的致动装置,其中液压或气动泵P使袋B膨胀和收缩以移动梁的该区段并引起梁的另一区段的相应运动。当这里示出的控制元件20可以根据图1-图4组成,由致动机构致动的控制元件20的作用使得阀打开和关闭。
[0032] “达林顿对”(未示出),其中第一控制元件用于致动第二较大的控制元件。压力腔室设置在第一控制元件和第二较大控制元件之间,使得第一控制元件的致动操作第二控制元件。
[0033] 图8D示出了使用压电机构形成的致动装置。控制元件20的梁的致动区段设置有压电元件PZ,其例如通过接触梁设置成在梁上操作。当压电元件通电时,它们通过弯曲和/或接触或膨胀而作用在它们所连接的梁的区段上,以移动梁的该区段并引起梁的另一区段的相应变化。
[0034] 控制元件20可以用在压缩机中或作为膨胀器,其中气体在一个或两个方向上行进或穿过控制元件20,因此控制元件20将作为阀操作。它还可以用在内燃机中,其中一个或多个控制元件将用作入口阀,并且一个或多个将用作排放阀。在这种情况下,两个控制元件都将作为止回阀防止流出腔室的流(除非被致动成打开)。基本上,阀被动地或主动地在压缩模式下工作。在膨胀模式,之前的阀关闭的时间必须始终足够快,以使得气缸(或其他膨胀装置)中的压力足够的减小或增加以允许气缸压力与适当的端口(无论是进气还是排气)相等。这允许下一个需要打开的阀,可以免受压差而打开。
[0035] 当处于打开状态时,梁构件21可以具有用于流体流动的孔或狭槽。当处于关闭状态时,孔或槽抵靠阀座密封。
[0036] 图9A和图9B示出了本装置作为电连接器的简化示意图,在该实例中该电连接器通过用磁性致动器端致动而闭合电路EC。当电流流过电磁EM1而不通过电磁铁EM2时,电路EC打开。当电流流过第二电磁铁EM2而不通过电磁铁EM1时,电路闭合。
[0037] 如图10所示,当用作用于闭合电路的开关或其它电连接器时,压电陶瓷也可以使用来致动控制元件20。也可以用这个原理制造MEMS开关和流量控制阀
[0038] 控制元件20可以被控制在可以用作膨胀器的可逆压缩机中。在本应用中,所公开的控制元件20可以在闭合时用作止回阀,其功能类似于簧片阀。然而,与簧片阀不同,控制元件20可以保持在打开位置,以允许回流通过阀(例如但不限于在膨胀器中使用时)。在通过打开的阀的回流期间,在三个致动端需要相对较小的力来将梁构件保持在阀端处的弯曲状态。这是因为触发的致动端比处于弯曲状态的端部具有机械优点。这允许阀在回流期间以较高的流速保持打开,并且在梁的致动器的端具有较小的力。当在回流期间期望关闭事件时(例如但不限于在活塞膨胀器循环的动力/进气冲程的结束时),当磁体被解除激活和/或磁体被激活时,通过打开的阀回流的气体的空气动力将作用在梁构件上以高速将其闭合。
[0039] 可以使用弯曲的梁的设计的其他应用可以包括任何类型的快速作用装置,例如但不限于:电或机械触发器、高电压开关、机械MEMS应用、计量阀、质量流计量阀、质量流量控制器、PWM喷嘴和传感应用。
[0040] 应用包括但不限于汽车、航空、航天,发电机,能量存储系统、工业产品、消费产品以及需要高速度和/或轻重量致动的任何地方。
[0041] 簧片阀操作原理的示意性示例
[0042] 图11A-图11D和图12A-图12F是本装置如何应用于气体压缩机的非限制性示例,该气体压缩机也可以反向操作作为膨胀器。在该示例中,排放压力显示为2900psi。要注意的是,与凸轮致动阀系统不同,控制元件20允许诸如但不限于活塞式压缩机和/或膨胀器的位移装置在压缩机模式或膨胀器模式下操作并且可以与在任一方向运行的活塞和曲轴(或其他活塞致动方法)操作。控制元件20还可用于其他压缩机或膨胀器装置,诸如反弹活塞发动机或压缩机或膨胀器或旋转式压缩机或膨胀器。该示例性实施例作为许多可想到和预期的配置和应用之一的非限制性示例给出。除了非限制性示例中所示的电磁体之外,还可以使用其它致动装置。
[0043] 在图11A-图12D和图12A-图12F中,LP表示低压,HP表示高压。虚线活塞线L表示在每一步骤活塞的起始位置。边界线显示入口和出口腔室(不同的是,LP和HP腔室是入口和出口腔室)。HP或LP腔室与气缸之间的端口中的箭头的长度表示HP和LP腔室与气缸之间的相对压力。磁体M1,M2,M3和M4中的箭头表示每个磁体之间的相对磁力。磁体M1和M2周围的边界可以连接/排放到气缸体积。或者,容纳磁体M1和M2的腔室可以从气缸体积密封。这需要在压力构件和LP阀的枢转构件周围的密封件。磁体M3和M4周围的边界位于从气缸体积密封的HP腔室内。
[0044] 要注意的是,磁力箭头的长度表示在各个阶段所需的动力。具体来说,启动致动事件所需的磁力通常(但不一定)大于将梁构件保持在该位置所需的磁力。
[0045] 图11A-图11D显示了本装置当它可用于气体压缩机模式时的工作顺序的非限制性示例,下表描述了步骤a,b,c和d:
[0046]
[0047]
[0048] 步骤a示出进气阶段,其在接近上止点开始,并且如图所示前进到接近下止点
[0049] 步骤b示出了在接近下止点的进气阀关闭事件。
[0050] 步骤c示出了在接近下止点开始并在上止点之前结束的压缩阶段。
[0051] 步骤d示出了在上止点之前开始(其中气缸和排放口压力相等)并且在接近上止点结束的排放阶段。
[0052] 图12A-图12F示出了当其用在气动达或膨胀器模式下的相同的阀配置,下表描述了步骤a-f:
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 在步骤A中,HP阀在TDC处或接近TDC并优选在TDC之前打开。气缸中的压力优选略微在TDC之前达到HP源压力(由于在排放阶段E期间将LP排放阀关闭到正确的位置,导致气缸压力在TDC升高到略高于HP入口压力)。这就产生了一个情况,即HP阀不需要打开高压进气口的背压,因为阀的两侧的压力相等或稍大于在阀的气缸侧的压力。这可能导致在TDC之前,少量气体从气缸排放到HP入口端口。由于这可以防止入口阀打开,本发明人认为这比气缸压力未达到HP入口的压力优选。
[0059] 在步骤B中,示出了在膨胀期间的入口阀关闭事件。在这种情况下,控制元件20的高速特性具有很大的好处,特别是因为阀闭合得越快,阀关闭期间的节流损失就越低。该阀关闭的时间由CPU基于操作情况确定,使得剩余的活塞行进到或略早于BDC足以使气缸压力下降到排放口压力或略低于排放口压力或优选略微在步骤C中所述的BDC之前。
[0060] 在步骤C中,示出了从HP阀闭合事件B到接近BDC或到BDC处的膨胀。步骤D显示排放阶段。
[0061] 步骤E示出了LP阀闭合事件。本装置的高速特性在这种情况下也具有很大的好处,因为在排放阶段排放阀关闭的速度越快,阀关闭期间的节流损失越低。该阀闭合的时间由CPU基于操作情况确定,使得剩余的活塞行进到或略早于TDC足以使气缸压力升高到进气口压力或略高于进气口压力或优选略微在步骤A中所述的TDC之前。
[0062] 弯曲构件可以具有连接到其上的永磁体和/或软磁材料,以增加电磁体的磁吸引力和/或排斥力。
[0063] 阀可以与具有各种控制顺序和阀时间策略的气体或液体一起使用,其中一些在这里作为非限制性实例给出。
[0064] 亚稳青铜(Spinodal bronze)是枢轴和/或摇杆支座和/或与摇杆支座相对的平滑动表面的优选材料。许多其他材料也可用于不同的应用。
[0065] 图13中示出了本装置130的简化的示意性非限制性示例性实施方式,其被构成为压缩机的排放阀。这种构造也可以用作膨胀器的入口阀。在压缩机应用中还需要来自低压源的入口阀,但是为了简单起见,图13-19中未示出。
[0066] 参考图13,壳体131包括将弯曲阀构件132的端部保持在一端133的装置,以及允许构件在致动端134枢转的装置。图14示出了摇杆元件135如何将构件132的致动端136与阀/流量控制端137分离。在该非限制性示例中的摇杆元件135由滚动圆柱轴承组成,但可以是任何构造,包括在轴上的固定滚子轴承,或挠曲件或许多其它可想到的方法,其在与摇杆135接触的区域中保持构件132的受控高度,同时允许弯曲构件132在接触摇杆135处纵向移动。
[0067] 该非限制性示例使用具有厚度0.04”、长10”和宽1”的弯曲构件132。弯曲构件132的流动控制端136的垂直偏转可以从0.001”或更小到在打开时大至0.5”或更大,取决于构件132的材料的柔性和其它系统要求,诸如但不限于流量。由于该装置的高速致动允许非常多的循环次数,构件132上的弯曲应力优选地保持在材料的疲劳强度以下。类似的阀配置的原型展示了小于一毫秒的关闭速度。
[0068] 电磁体140、141在阀130的致动端136处固定到压接构件132上方和下方的壳体上。电磁体或其它致动装置也可以位于构件132的流动端处并且在阀的流动端137作用在构件
132上(这里未示出所述致动构件)。
[0069] 如图15所示,低磨损和优选低摩擦的插入件138由诸如但不限于亚稳青铜的材料制成,其位于与摇杆构件轴承135相对的构件132的下表面的近侧。摇杆构件135和插件138的目的是允许构件132在该区域中的纵向移动,而不允许构件132在该区域中的不必要的垂直移动。当滚动轴承元件用于构件135时,纵向运动限制表面139优选地用于将元件135定位在预定的最大纵向位移内。
[0070] 在图16中示出了用于调节构件132上的纵向预加载的装置。许多其他调节方法是可想到的并且由发明人预期的。在该非限制性示例中,楔形构件141定位在壳体131和固定枢转构件143之间。楔形构件141通过螺纹螺栓142(这里未示出螺纹)垂直地调节,以使得当调整螺栓142和楔形构件141时,在调节期间,固定的枢转构件143沿着弯曲构件132的纵向轴线水平移动。一旦调节后,固定的枢转构件143保持静止。
[0071] 弯曲构件132可以直接接触调节块(这里未示出),或者优选地,滚动接触构件144(如所示其具有比构件132的端部更大的接触面积)可以用于减小滚动接触面积的接触压力。滚动接触构件144具有用于弯曲构件132的端部的接收槽145,并且还优选地具有带有啮合接合的几何形状146的滚动接触表面,其允许固定枢转构件143和滚动接触枢转构件144之间的垂直滚动接触,但是防止滚动接触枢转构件144相对于固定枢转构件143的垂直滑动。
[0072] 构件143和144上的圆形齿146可以是任何合适的齿廓,并且优选地足够小以允许在构件132的致动期间的平滑滚动接触。为了在组装期间允许齿146的正确垂直对准,固定枢转构件143上的突出表面147确保滚动接触构件143上的齿146与构件143上的齿146正确接合。滚动接触构件上的减小的半径区域148允许滚动接触构件的垂直滚动位移,但只有在组装中完全接合正确的齿之后才发生。图17示出了当操作期间构件132的致动端136弯曲时,减小的径向距离区域148和突起147如何彼此互相隔开。
[0073] 如图18所示,当构件132的阀端137由于构件132的致动端136的切换/矫直而弯曲时,阀130处于打开位置。这允许气体或液体如箭头152所示的通过气缸150中的排放口149向上流动并横向进入高压排出腔151中。对下电磁体153(或在弯曲构件的顶部和/或底部和/或侧面上的其它能引起弯曲构件变平的致动装置)通电将压曲构件132的流动控制端137保持在气缸150上方的打开位置,如图所示。以这种方式激励电磁体153(或其他致动装置)也可以将弯曲构件132保持在阀端137上的打开位置,抵抗液体或气体的回流,例如但不限于当使用阀130致动气体膨胀器或液压马达时。当阀130作为非限制性示例与活塞一起使用作为压缩机或膨胀器时,活塞154优选地具有在排放口/入口149中占据一定百分比的体积的突起155。这是为了通过减少上止点处的气体体积来增加活塞154和气缸150的压缩和/或膨胀比。
[0074] 当下电磁体153被断电时及上电磁体156(或弯曲构件的顶部和/或底部和/或侧面上的导致弯曲构件132的致动端136变弯和弯曲的其它致动装置)通电时,如图19所示,阀130的流量控制端137将关闭。这使得弯曲构件132形成围绕端口149的密封区域157。排放口
151中的流体的压力提供了当阀130闭合时以及当气缸150中的压力低于端口151中的压力时流体密封所需的接触压力。该密封作用类似于被动簧片阀的密封作用。本装置的显著益处在于,当需要时,弯曲构件132可以保持打开,以允许从端口151到气缸150的回流,例如但不限于当本装置用于控制流体流入气缸或其他装置时,例如但不限于当本装置与膨胀器或液压马达一起使用时。
[0075] 要注意的是,对于诸如但不限于压缩机的应用,每个气缸优选地用两个本装置的阀。一个类似于图13-图19进行配置。另一个将优选地反转,如图11和图12所示的阀时序设计,以使得它开放到气缸150,而不是远离气缸150。这将允许使用两个阀130的组合来控制到同一汽缸150的入口流量及从气缸150排出流量。本发明装置可以被动地操作,在一些应用中作为止回阀,其中由流体流作用的力足以提供在流动端137上的力以打开和/或关闭阀。当本装置与不可压缩流体而不是与密度较小的可压缩流体一起使用时,这被认为更有效。这种被动操作模式可以与主动控制一起并且在不同时间使用。在主动模式下有许多可能用于操作阀的方式。在图19中示出了非限制性示例,其中CPU 158接收来自活塞位置传感器160和诸如但不限于涡流传感器或声波传感器或光学传感器的阀位置传感器159的输入。CPU 158确定一个或多个阀的正确的打开和关闭时间,并且向阀致动器161发送控制信号,以在适当的时间给电磁铁153和156供电或断电,以根据预定的阀的时序(诸如但不限于图11和图12所描述的)来控制理想阀致动时间。
[0076] 在弯曲构件中可以提供轻微的预弯曲,以防止当端部被切换/不弯曲时的定。
[0077] 所公开的控制元件20允许使用电磁体、液压、气动、压电或任何其它致动方法主动地控制和致动阀。
[0078] 所公开的控制元件20可以在需要使用主动或被动控制的流体的前进和/或反向流动的系统中、在压缩机、膨胀器或两者的设置中操作,并且能够用于内燃机或外燃机
[0079] 在一些实施例中,横向运动限制器两侧的梁的两个部分可以被致动。权利要求中对“其中一个区段”的引用并不排除这种可能性。因此,在阀的情况中,还可以直接致动阀的密封端(除了控制端的致动之外或没有控制端的致动时)。
[0080] 在一些实施例中,在横向运动限制器或摇杆机构的任一侧上的梁的两端可以用作相同或不同流动回路的流量控制阀。
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