本發(fā)明涉及用于外熱式發(fā)動機(外熱機，external-heat engine)的進氣閥裝置和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于外熱式發(fā)動機的進氣閥裝置，其包括至少一個工作室，每個工作室具有協(xié)同操作的活塞，且經(jīng)由至少一個受控的提升閥(提動閥，poppet valve)為該工作室供給工作流體，該提升閥被設(shè)置為沿與該流體的流動方向相反的方向開啟。本發(fā)明還包括一種用于外熱式發(fā)動機的進氣閥裝置的方法。

背景技術(shù)：

這里，“外熱式發(fā)動機”是指這樣一種發(fā)動機，其中例如通過在外熱式發(fā)動機的外部加熱工作流體，使工作流體在進入工作室(如發(fā)動機缸中)之前已達到其工作壓力，并且其中工作流體被注入外熱式發(fā)動機中并在其內(nèi)膨脹。

在熱力發(fā)動機(熱機)中，將通過凸輪軸操作的提升閥用于進氣閥和排氣閥是公知的。提升閥具有較高程度的可靠性，具有長的使用壽命和良好的密封，還具有良好的液壓性能，例如在流經(jīng)期間具有較低的壓降。相對長的工作壽命和良好的密封(除卻其它因素之外)或許可歸因于這一事實：由于閥彈簧的結(jié)構(gòu)，在操作期間提升閥將圍繞它的中軸線旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)還有助于使提升閥內(nèi)的溫度變化平緩。

有些提升閥緊靠一個以上的閥座(seat)，即所謂的雙座閥。這類閥的優(yōu)點在于：即便當(dāng)提升閥兩側(cè)的壓力差很大時，開啟閥所需的力卻很小。缺點是這些閥非常昂貴。用于現(xiàn)代發(fā)動機的絕大多數(shù)提升閥的設(shè)計只緊靠一個閥座。然而，提升閥存在如下缺點：如果開啟方向與通過提升閥的流動方向一致，而且提升閥兩側(cè)具有較大的壓力差，則該提升閥表現(xiàn)出不可靠的關(guān)閉功能。在這種情況下，不得不利用特別大的彈簧力來獲得滿意的關(guān)閉效果。這些力進而難免會大到足以抵抗汽鍋(鍋爐，boiler)和汽缸室之間的壓力差，這在大多數(shù)情況下將是非常不利的。

針對這一缺點的顯而易見的解決方案是讓提升閥沿與流動方向相反的方向開啟，因為提升閥兩側(cè)的差壓將因此幫助提升閥保持關(guān)閉。許多此類解決方案均是公知的，但是它們在機械構(gòu)造方面相對復(fù)雜，且相應(yīng)地其功能性及使用壽命均不可靠，或者它們導(dǎo)致外熱式發(fā)動機的工作室內(nèi)存在有相當(dāng)大的死區(qū)容積(無效容積，dead volume)。造成這種情況的原因可能是閥桿和其它相關(guān)元件(如閥導(dǎo)管)會占用大量與工作室關(guān)聯(lián)的空間，進而導(dǎo)致死區(qū)容積增大，因為傳統(tǒng)上這些元件需要額外的空間。另外，由于閥兩側(cè)具有較大的壓力差，所以采用這種閥方案，開啟力會大幅提高。

本發(fā)明的目的是改善或消除現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點，或者至少提供針對現(xiàn)有技術(shù)的一個有益的替代方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，通過在下文的描述及隨附的權(quán)利要求中詳細(xì)說明的特征來實現(xiàn)上述目的。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，為外熱式發(fā)動機提供一種進氣閥裝置，其包括至少一個工作室，每個工作室具有協(xié)同操作的活塞，且通過至少一個受控的提升閥為該工作室供給工作流體，該提升閥被設(shè)置為沿與流體的流動方向相反的方向開啟。該進氣閥裝置的特征在于，提升閥的中軸線被布置為在±45度的偏差范圍內(nèi)垂直于活塞的中軸線。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例允許將提升閥的閥座靠近活塞設(shè)置，由此能夠?qū)⑺纬傻乃绤^(qū)容積保持在可接受的大小?！八绤^(qū)容積”是指在正常操作中的移位期間不能被活塞填充的工作室容積。

如果該提升閥(此處為進氣閥)在汽缸蓋內(nèi)被定向為使其閥桿斜對角地“向下”臥置，這將需要汽缸蓋/頂部的部件在缸體上部以下延伸，從結(jié)構(gòu)方面來說這是不實際的。

如果提升閥被定向為使其閥桿斜對角地“向上”，則死區(qū)容積將稍微增大，特別是在閥和閥座的“頂側(cè)”，此處難以實施合適的移位設(shè)計(在活塞中尤其如此)。其結(jié)果，死區(qū)容積將難免更大，這是不期望的。

需要提供具有這種“水平”角度的僅一個提升閥。

如上文所述，根據(jù)提升閥的閥桿設(shè)置中的實際條件，可能的閥導(dǎo)管(valve guide)和外熱式發(fā)動機的汽缸蓋中的閥座的定位以及死區(qū)容積的大小都將表明，從垂直位置超過±45度的偏差是不合適的。

由于所提到的這些條件，已證明了相對于活塞的中軸線保持偏差在±20度范圍內(nèi)是合適的，而最有利的是將提升閥的中軸線布置為在±10度的偏差范圍內(nèi)垂直于活塞的中軸線。

可經(jīng)由一個以上的提升閥為每個工作室供給加壓流體。根據(jù)壓力條件，所需的流通面積(flow area)和實際設(shè)計來確定向工作室供給流體的提升閥數(shù)量。

上述提升閥中的至少兩個可具有不同尺寸。例如，可將較小的提升閥布置為稍微先于較大的提升閥開啟，從而在較大的提升閥被開啟時降低其兩側(cè)壓力差。其目的是減小閥所需的開啟力進而延長使用壽命。

活塞可形成有活塞頭，當(dāng)活塞處于其最接近汽缸蓋的位置時，該活塞頭至少部分地伸入介于提升閥與活塞之間的進氣通道，從而減小死區(qū)容積。

在進氣通道內(nèi)可以設(shè)置一些構(gòu)造來進一步減小死區(qū)容積。該構(gòu)造通常可包括相對于活塞布置在閥桿和/或閥導(dǎo)管之上的材料，如圖中所示。

提升閥的閥導(dǎo)管可被設(shè)計為使進氣通道的容積減小。

這些特征均通過減小死區(qū)容積而有助于提高效率。

這些閥中的一個或多個可由閥致動器來控制，該閥致動器具有至少一個可變的開放輪廓或者可變的開放間隔(variable opening interval)，通常稱為“可變閥正時(variable valve timing)”，或者在最簡單的情況下，此開放間隔可相對于活塞位置(即，相對于曲軸位置)而被移位。

第一提升閥可具有可變的開放點(variable opening point)和/或可變的開放間隔，而第二提升閥可具有固定的開放點和/或固定的開放間隔。

本發(fā)明規(guī)定閥座應(yīng)被設(shè)置為相對于活塞的徑向方向較靠近活塞。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于外熱式發(fā)動機的進氣閥裝置的方法，該外熱式發(fā)動機包括至少一個工作室，每個工作室具有協(xié)同操作的活塞，且通過至少一個受控的提升閥為工作室供給工作流體，該提升閥被設(shè)置為沿與流體的流動方向相反的方向開啟。該方法的特征在于包括將提升閥的中軸線相對于活塞的中軸線在±45度偏差范圍內(nèi)垂直地布置。

與上文所述的一致，該偏差可選擇為介于±20度內(nèi)、還可選擇為介于±10度內(nèi)。

此外，該方法可包括在外熱式發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，使第二進氣閥先于第一進氣閥開啟。

本發(fā)明允許在外熱式發(fā)動機中使用傳統(tǒng)的提升閥裝置，并且在必要時可將提升閥的開啟方向布置成與通過提升閥的流動方向相反。傳統(tǒng)的提升閥裝置的良好的功能穩(wěn)定性和耐磨性也有助于使外熱式發(fā)動機具有同樣的期望性質(zhì)。另外，進氣通道、閥導(dǎo)管和活塞頭的細(xì)節(jié)的設(shè)計有助于提高外熱式發(fā)動機的效率。

附圖說明

在下文中描述了一優(yōu)選實施例及方法的示例，在附圖中直觀顯示了這一示例，其中：

圖1示出活塞及帶有根據(jù)本發(fā)明的進氣閥裝置的汽缸蓋的一部分的剖視圖；

圖2以剖視圖示出另一個實施例中的汽缸蓋的部件和活塞。

圖3示出沿圖2的II-II線的剖視圖；以及

圖4示出沿圖1的IV-IV線的剖視圖。

具體實施方式

在圖中，附圖標(biāo)記1表示位于汽缸蓋2內(nèi)的進氣閥裝置?；钊?被示出，但是構(gòu)成外熱式發(fā)動機5的一部分的那些必要的發(fā)動機部件的其余部件沒有被示出。這些部件是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。

進氣閥裝置1包括具有閥頭(valve head，氣門頭)8和閥桿10的提升閥6(其設(shè)計本身公知)、閥座12、閥導(dǎo)管14和閥彈簧16，閥彈簧16借助軸環(huán)18連接到閥桿。提升閥6具有中軸線20。

搖臂22被可樞轉(zhuǎn)地支撐在支撐活塞24中，并設(shè)置為當(dāng)搖臂內(nèi)的滾子26抵靠于凸輪軸28時開啟提升閥6。部件22至28構(gòu)成閥致動器29。

支撐活塞24是液壓操作的，該支撐活塞被設(shè)置為當(dāng)提升閥6抵靠在閥座12上時，在閥桿10與搖臂22之間保持一期望間隙。

進氣通道30在活塞4上方延伸穿過汽缸蓋2并與汽缸(未示出)接合。閥座12位于進氣通道30內(nèi)并與提升閥6一起限定工作室33的死區(qū)容積32。

當(dāng)活塞4處于其最接近汽缸蓋2的位置時，死區(qū)容積32由位于關(guān)閉的提升閥6與活塞4之間的工作室33的容積構(gòu)成。死區(qū)容積32造成壓縮/膨脹比降低，因此較大的死區(qū)容積32降低了效率。活塞4具有中軸線34。

如圖1所示，如角度36所表示的，提升閥6的中軸線20實際上垂直于活塞的中軸線34。如在本文的概述部分所論述的，角度36是基于實際情況并著重于減小死區(qū)容積32而選擇的。

也可以借助其它方法來尋求減小死區(qū)容積32，例如：使閥導(dǎo)管14盡可能最遠(yuǎn)的伸入到死區(qū)容積32；為閥導(dǎo)管14的處于死區(qū)容積32內(nèi)的部分設(shè)定一適當(dāng)?shù)男螤?；在死區(qū)容積32內(nèi)，在不會阻礙工作流體流動達到任何值得一提的位置處設(shè)置材料37，以及設(shè)置具有活塞頭38的活塞4，此活塞頭被設(shè)計為當(dāng)活塞4在其最接近汽缸蓋2的位置時(同樣見圖4)減小死區(qū)容積32。

在一替代實施例中(見圖2)，汽缸蓋2與第二提升閥40一起形成，該第二提升閥的頭部直徑比第一提升閥6小。第二提升閥40抵靠第二閥座42(其直徑相應(yīng)地較小)，并且以與第一提升閥6相同的方式被搖臂22控制。

圖3中的剖面II-II圖示出了在汽缸蓋2中的第二提升閥40的布置。

由于處于其關(guān)閉位置的提升閥6兩側(cè)的壓力差可能相當(dāng)大，所以必須施加到閥桿10以開啟第一提升閥6的力也較大。這種較大的力可能會縮減搖臂22和相鄰部件的使用壽命。

因此，使第二提升閥40略微先于第一提升閥6開啟，以在第一提升閥6被開啟之前平衡其兩側(cè)的流體壓力也許是合適的，這樣就減小了所需要的開啟力。

在圖1中示出了作為工作室33的排氣閥44形式的提升閥。排氣閥44相對于活塞4的定位可以為傳統(tǒng)方式，或者通過其它一些實用方式來實現(xiàn)。

應(yīng)注意的是，所有上述實施例闡示了本發(fā)明，但并不對其構(gòu)成限制，而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠在不背離從屬權(quán)利要求的范圍的情況下做出多個變型實施例。

在權(quán)利要求中，括號內(nèi)的附圖標(biāo)記不應(yīng)被視為具有限制性。

動詞“包括”及其多個不同形式并不排除存在未在權(quán)利要求中提及的元件或步驟的情況。元件前面的不定冠詞“一”并不排除存在多個這種元件的情況。