CN102016262A - 采用活性材料致动的可调节进气口 - Google Patents

Abstract

一种适于选择性地调节进入发动机的流体流量的活动的进气口，总体上包括限定了开口的壳体、相对于开口设置并可在打开状态和关闭状态之间移动的覆盖构件、包括可操作以实现该构件运动的活性材料元件的致动器、构造成为该元件提供第二输出路径的负载极限保护器、防止无意识的激活以及该构件中应力负载的过热保护机构、使该构件返回至初始状态的偏置机构、以及用于将该构件保持在关闭状态中的锁定机构。

Description

采用活性材料致动的可调节进气口

技术领域

本发明涉及活动的进气口，以及调节进入内燃发动机中的流体流量的方法。更具体地，本发明涉及采用了活性材料致动以及相应的锁定、偏置和过载/过热保护构造的活动进气口。

背景技术

进气系统(例如那些适于与内燃发动机一起使用的进气系统)已经被开发成能够对进入发动机内的空气流、湿气、以及在空气中传播的颗粒物质进行管理。例如，在汽车装置中，空气通常在与燃料混合以形成适于燃烧的空气/燃料混合物之前被送入导管和/或歧管组件中。控制空气流入的能力使得能够对混合物进行令人满意的修改。这样，活动的进气口已经被开发成至少可以在关闭状态和开启状态之间操作。传统地，活动的进气口通常包括可旋转的遮板(louver)，可重置的滑动门或其它可移动的覆盖物、以及马达、螺线管、或其它可选择地导致旋转、重置和/或移动产生的机械装置。然而，现有技术中各种传统的活动进气口还是令人担忧的。例如，各种电组件和机械组件的添加导致了封装困难、质量增加、且结构复杂，并且相对于非活动结构而言降低了可靠性。

发明内容

本发明提供了一种利用活性材料致动来对进入发动机中的流体流量进行调节从而减少或解决上述问题的活动的进气系统和方法。也就是说，相对于传统的活动的进气系统，该创造性的进气口有利于改善封装选项，减少功能等同物的质量和复杂性/运动部件的数量，并且更为可靠。本发明有利于降低工作噪音(声学上的以及关于EMF的)以及与传统致动相关的其它能量浪费/副产物。该创造性的进气口和方法利用了活性材料在受到激活时改变弹性模量、形状或其它基本性质的能力，从而更有效地实现了流体导管的开启和关闭。本发明还进一步提供了一种以出现故障时自动关闭和空气辅助关闭/密封构造为特征的活动的进气口。

本发明的第一方面涉及一种适于与内燃发动机一起使用的活动进气口。该进气口包括限定有开口的壳体，该开口与周围环境以及发动机流体连通。该进气口进一步包括至少一个可移动的构件，从而可在打开和关闭状态之间以及相对于该开口的中间位置之间运动。该构件在关闭状态下覆盖该开口的至少一部分，并在打开状态下不会阻塞该部分，从而允许流体在环境与发动机之间流动。最后，至少一个致动器被驱动地耦接至该构件，并且包括活性材料元件，该活性材料元件当暴露于激活信号时可操作以经历基本性质中的可逆变化。该致动器构造成使得该变化可操作，从而致使该构件运动至打开和关闭状态之一。

本发明的第二方面涉及一种可选择地改变进入到发动机中的流体流量的方法。该方法包括步骤：通过开口将发动机流体耦接到周围环境，从而允许两者之间形成流体流动，以及相对于该开口紧固活性材料元件。接着，确定环境状态或车辆特性的样本值，并将样本值与阈值相比较，以便确定非适从状态。当样本值超出了阈值时，该元件被激活，并且该元件的激活导致该开口被改变从而改变流体流量。优选地，采用至少一个传感器来自主地确定样本值。

本发明的其它方面和优点在于包括优选的进气构造和方法，其采用了形状记忆线丝致动器、单个或多个叶片遮板、可旋转的鼓形件、弓弦致动器、锁定及过载保护装置，更多的内容将通过以下对(一个或多个)优选实施方式的详细说明以及相应附图来呈现。

附图说明

下面结合附图对本发明的(一个或多个)优选实施方式进行了详细描述，其中透视图所示的是所描述的特定实施方式的比例图。

图1是根据本发明优选实施方式的车辆的正视图，其包括耦接至传感器、输入装置、控制器和电源的活动进气口；

图1a是根据本发明优选实施方式的车辆车盖进风口以及在其中起作用的活动进气口的透视图；

图2是根据本发明优选实施方式的单个叶片或风门片(flap)的活动进气口；

图3a是图2中进气口的侧视图，尤其示出了位于关闭状态中的风门片及被驱动地与其耦接的活性材料致动器，其中所述致动器包括形状记忆合金线丝和偏置弹簧；

图3b是图3-3a中进气口的侧视图，其中通过对线丝的激活致使风门片处于打开状态中；

图3c是图3-3b中进气口的侧视图，其中当线丝被激活时，风门片的运动受到外物的阻碍；

图3d是图3-3c中进气口的侧视图，其中该阻挡致使负载极限保护器被接合，从而为该元件提供第二输出路径；

图4a是根据本发明优选实施方式的基于活性材料的进气口的侧视图，尤其示出了风门片的枢转轴线和基于棘轮的锁定机构，该锁定机构包括放大图示出的棘爪、齿轮连接器、形状记忆合金线丝以及偏置弹簧；

图4b是图4a中所示的枢转轴线和锁定机构的放大图，其中风门片已经摆动至打开状态，从而使棘爪与齿轮接合；

图4c是图4a中所示的枢转轴线和锁定机构的放大图，其中线丝已经被激活，从而使棘爪与齿轮脱开；

图4d是图4a中所示的枢转轴线和锁定机构的放大图，其中风门片已经返回至关闭状态，而线丝还未被冷却；

图5a是根据本发明优选实施方式的活动进气口致动器的示意图，其使得构件产生运动，并且包括形状记忆合金致动器线丝、复位弹簧、包括拉伸弹簧和杠杆的负载保护器、以及包括连接到杠杆的辅助SMA线丝的过热保护机构；

图5b是图5a中所示致动器的示意图，其中，负载保护器被致动；

图5c是图5a中所示致动器的示意图，其中，过热保护机构被致动；

图6a是根据本发明优选实施方式的活动进气口致动器的示意图，其使得构件产生运动，并包括形成弓弦构造的形状记忆致动器线丝、第一和第二复位弹簧、包括第一和第二拉伸弹簧以及杠杆的负载保护器、以及包括与杠杆相互连接的辅助SMA线丝的过热保护机构；

图6b是图6a中所示致动器的示意图，其中，负载保护器被致动；

图6c是图6a中所示致动器的示意图，其中，过热保护机构被致动；

图7a是根据本发明优选实施方式的单个风门片的进气口的透视图，其具有位于中间的枢转轴线；

图7b是图7a中所示进气口的侧视图，其中所示风门片摆动至完全打开状态，以及回到以虚线表示的完全关闭状态；

图8是根据本发明优选实施方式的基于活性材料的进气口的透视图，其具有多个水平枢转轴线以及与其相关联的风门片；

图9是根据本发明优选实施方式的基于活性材料的进气口的透视图，其具有多个竖直枢转轴线以及与其相关联的风门片；

图10a是根据本发明优选实施方式的图8中所示进气口的侧视图以及图9中所示进气口的俯视图，其中单个活性材料致动器接合所有这些风门片；

图10b是根据本发明优选实施方式的图10a中所示进气口的侧视图，其中多个单独起作用的活性材料致动器接合这些风门片，从而改变角度；

图11a是根据本发明优选实施方式的多叶片覆盖构件、壳体缝槽和致动器的侧视图，该致动器包括可在缝槽中直线移动的滑动件、以弓弦构造与该滑动件接合的形状记忆合金致动器线丝、与顶叶片和滑动件相连的连杆、以及在缝槽中作用以接合滑动件的复位弹簧；

图11b是图11a中所示各叶片和致动器的视图，其中线丝已经被激活，从而致使叶片向前摆动；

图12a是根据本发明优选实施方式的多叶片覆盖构件和致动器的侧视图，致动器由与叶片相连接的形状记忆合金致动器线丝组成；

图12b是图12a中所示叶片和致动器的视图，其中线丝已经被激活，从而致使叶片向前摆动；

图13是根据本发明优选实施方式的进气口的透视图，其包括壳体、通过中间接合齿轮耦接从而反向旋转的多叶片覆盖构件、以及包括以弓弦构造形式的形状记忆合金线丝的致动器；

图14a是根据本发明优选实施方式的图13中所示进气口的侧视图，其中该致动器进一步包括滑轮，且线丝以直线构造的形式，从而在滑轮的作用下被拖拽并改变方向；

图14b是图14a中所示进气口的侧视图，其中线丝已经被激活，从而致使叶片向前摆动；

图15a是根据本发明优选实施方式的壳体缝槽、由三件式连杆耦接的多叶片覆盖构件、以及致动器的侧视图，其中三件式连杆包括构造成在缝槽内直线移动的主杆以及第一和第二摆动臂，致动器包括以弓弦构造形式接合主杆的形状记忆合金线丝；

图15b是图15a中所示进气口的侧视图，其中线丝已经被激活，从而致使叶片向前摆动；

图16a是根据本发明优选实施方式的壳体缝槽、由剪式驱动器耦接的多叶片覆盖构件、以及致动器的侧视图，其中剪式驱动器包括构造成在缝槽中直线移动的中心尖头(prong)以及第一和第二摆动臂，致动器包括连接至各臂并以弓弦构造形式接合该尖头的形状记忆合金线丝；

图16b是图16a中所示进气口的侧视图，其中线丝已经被激活，从而致使叶片向前摆动；

图17a是根据本发明优选实施方式的多板式覆盖构件的正视图和俯视图，其中这些板通过形状记忆合金致动器线丝相互连接，每个板都限定了多个(四个)板孔，且这些孔完全偏置；

图17b是图17a中所示构件的正视图和俯视图，其中线丝已经被激活，并且这些孔被完全对准，从而限定了多个(四个)通孔；

图18是根据本发明优选实施方式的活动进气口的透视图，其包括壳体、鼓形覆盖构件、致动器、摆动臂以及电磁锁定机构，其中该致动器包括有接合该鼓形件的端盖的形状记忆合金线丝；

图19是根据本发明优选实施方式的鼓形覆盖构件、包括棘爪的棘轮接合式锁定机构、板簧、以及形状记忆致动器线丝的透视图；

图20a是鼓形件和壳体的侧视图，其中该鼓形件处于打开状态；

图20b是图20a中所示鼓形件和壳体的侧视图，其中该鼓形件处于关闭状态，且该壳体进一步限定了多个排出孔；

图21是根据本发明优选实施方式的非对称的鼓形件和壳体的侧视图；

图22是根据本发明优选实施方式的半鼓形件和壳体的侧视图；

图23是根据本发明优选实施方式的鼓形件和壳体的侧视图，其中该鼓形件限定了第一和第二垂直交叉的槽。

具体实施方式

本发明涉及一种活动的进气系统10(即，“进气口”)，其利用活性材料的致动来实现其功能。也就是说，活性材料致动可用来驱动一个或多个进气口的功能，包括但不局限于进气系统10的运动部件的锁定、解锁、打开和关闭；而且，它们可与传统致动手段相结合以提供单独的功能或帮助实现相同的功能(例如，在需要时使作用力水平增加到超过传统致动器所能提供的作用力水平)。在此关于车辆12的内燃发动机12a对进气口10进行图示和描述，并且进气口10可结合在如图1a所示的“车盖通风口”的车盖进风口14中；然而，应当认识到的是，该创造性的进气口10的好处和优点也可以被用在其它应用中，例如可变出口、排气口、HVAC调节(HVAC registries)、或希望对进入开口的空气、颗粒和/或湿气流进行任何改进管理的地方。

本发明提供了用于可选择地允许或限制(例如，增加或减少)进入到内燃发动机12a中的环境空气流量的手段，其中，选择性可由环境条件来触发，例如空气水分含量或湿度、相邻流体流率、或车辆特征/状态，例如车速、发动机速度/扭矩/温度、风挡刮水器致动、时间和GSP/地图定位或其它远程传送的信息。这样，创造性的系统10优选包括至少一个可操作以确定相关特性和/或状态的传感器16；和/或通讯地耦接至控制器20的输入装置18，其中控制器20具有存储在其上用于进行处理的致动模块(图1)。

1.活性材料详述及功能

在此所用的术语“活性材料”应当具有本领域技术人员所理解的普通含义，其包括当暴露于外部信号源时在基本(例如，化学的或固有物理的)性质中呈现出可逆变化的任何材料或复合物。因此，活性材料应当包括那些响应于激活信号能在刚度特性、形状和/或尺寸方面发生变化的复合物，激活信号可以根据不同的活性材料而采用电、磁、热或类似领域的类型。

适用于本发明的活性材料包括但不局限于形状记忆材料，例如形状记忆合金和形状记忆聚合物。形状记忆材料通常指的是具有这样的能力的材料或复合物，该能力即：其具有记忆至少一个初始特性(例如形状)，并且能通过施加外部刺激继而恢复该特性的能力。这样，从初始形状的变形是一个暂时的状态。通过这样的方式，形状记忆材料能响应于激活信号而改变为训练的形状。示例性的形状记忆材料包括上述的形状记忆合金(SMA)和形状记忆聚合物(SMP)，以及形状记忆陶瓷、电活性聚合物(EAP)、铁磁SMA、电流变(ER)复合物、磁流变(MR)复合物、电介质弹性体、压电聚合物、压电陶瓷、以及上述材料的各种组合，等等。

形状记忆合金(SMA)通常指的是一组金属材料，当其遭受适当的热刺激时具有返回某些之前限定的形状或尺寸的能力。形状记忆合金能够经历相变，其中，它们的屈服强度、刚度、尺寸和/或形状作为温度的函数发生变化。术语“屈服强度”指的是这样的应力，即：在该应力下，材料呈现背离应力和应变的比例性的特定偏离。通常，在低温下或马氏体相中，形状记忆合金能够塑性变形，而当暴露于某些更高的温度时，其将转变至奥氏体相或母相，从而返回它们变形前的形状。仅在加热时才展现其形状记忆现象的材料被称为具有单程形状记忆。那些在再次冷却时也展现形状记忆现象的材料被称为具有双程形状记忆行为。

形状记忆合金可存在于一些依赖于温度的不同的相中。这些相中最常用的就是上面提到的所谓马氏体相和奥氏体相。在以下的讨论中，马氏体相通常指的是更易变形的较低温度的相，而奥氏体相通常指的是更为刚性的较高温度的相。当处于马氏体相中的形状记忆合金被加热时，其开始向奥氏体相转变。此现象开始的温度通常称为奥氏体转变起始温度(A_s)。此现象结束的温度称为奥氏体转变完成温度(A_f)。可以通过电流信号(例如，通过连接至车辆充电系统和电池的电引线(未示出))、流体流动换能(例如，通过与车辆冷却系统(也未示出)的选择性接合)、或其它物理或化学转换引起的温度变化来实现激活。

当处于奥氏体相的形状记忆合金被冷却时，其开始向马氏体相转变。且此现象开始的温度通常称为马氏体转变起始温度(M_s)。奥氏体完成向马氏体的转变的温度称为马氏体转变完成温度(M_f)。通常，形状记忆合金在它们的马氏体相时更为柔软且更易变形，而在它们的奥氏体相时更为坚硬和/或刚性更大。如上所述，适用于形状记忆合金的激活信号为热激活信号，其具有导致在马氏体相和奥氏体相之间发生转变的量级。

形状记忆合金可呈现单程形状记忆效应、固有的(内因)双程形状记忆效应或非固有的(外因)双程形状记忆效应，这取决于合金成分及加工历史。退火的形状记忆合金通常仅呈现单程记忆效应。在形状记忆材料低温变形后实施足够的加热将导致马氏体向奥氏体类型的转变，且该材料将回复至初始的退火形状。因此，单程形状记忆合金效应仅在加热时能被观察到。包括呈现单程记忆效应的形状记忆合金成分的活性材料不会自动重新成形，而是可能需要外部的机械力来重新形成为之前适于气流控制的形状。

固有的和非固有的双程形状记忆材料的特征在于：既在从马氏体相转变至奥氏体相的加热过程中产生形状转变，也在从奥氏体相冷却回到马氏体相的过程中产生另外的形状转变。具有固有形状记忆效应的活性材料由作为上述相变的结果而导致活性材料自动重新成形的形状记忆合金成分制造。形状记忆材料必须通过处理才能呈现固有的双程形状记忆行为。这样的过程包括：在马氏体相中的材料的极限变形，在约束或负载下的加热和冷却，或者例如激光退火、抛光或喷丸硬化处理这样的表面改性。一旦该材料被训练成具有双程形状记忆效应，则低温和高温状态之间的形状改变通常是可逆的，并持续发生在相当多的热循环中。相反，具有非固有的双程形状记忆效应的活性材料是复合物或多组分材料，其将具有单程效应的形状记忆合金组合物与为提供回复力以重新成形初始形状的另一元件相组合。

加热时形状记忆合金记住其高温形态时的温度可通过该合金成分中的微小变化以及热处理来进行调节。例如，在镍钛形状记忆合金中，该温度可以在高于约100℃至低于约-100℃的范围内改变。形状的回复过程在仅仅几度的范围内产生，并且转变的开始和结束可被控制在一度或两度之内，这取决于所期望的应用以及合金成分。形状记忆合金的机械性质在跨越其转变的温度范围内变化很大，通常给系统提供了形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼能力。

适合的形状记忆合金材料包括但不局限于：镍钛基合金，铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(例如，铜锌合金、铜铝合金、铜金合金和铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁铂基合金、铁钯基合金，等等。这些合金可为二元合金、三元合金、或更高阶的合金，只要该合金成分具有形状记忆效应，例如，形状取向的变化、阻尼能力，等等。

因此，为了本发明的目的，要认识到的是，当被加热至马氏体至奥氏体的转变温度之上时，SMA具有2.5倍的模量增加以及高达8％的尺寸变化(取决于预应变量)。还要认识到的是，热引发的SMA相变是单程的，从而使得需要偏置力返回机构(如弹簧)，以便一旦所施加的场被去除，则能使SMA回复至其开始时的构造。可以利用焦耳加热以使整个系统是电可控的。不过，应力在SMA中引起的相变在本质上是双向的。当SMA处于其奥氏体相时，施加足够的应力将导致其转变至较低模量的马氏体相，其中，其可具有高达8％的“超弹性”变形。所施加应力的去除将导致SMA变回其奥氏体相，从而回复其开始时形状和较高的模量。

铁磁SMA(FSMA)是SMA的子类，也可以用于本发明中。这些材料的行为类似于传统的SMA材料，具有应力或热引起的马氏体和奥氏体之间的相变。另外，FSMA为铁磁的并具有强的磁晶体各向异性，其允许外部磁场影响场对准的马氏体变体的取向/部分(fraction)。当磁场被移除时，该材料可具有完全双程、部分双程或单程形状记忆。对于部分或单程形状记忆而言，外部刺激、温度、磁场或应力都可允许材料回复至其开始时的状态。理想的双程形状记忆可用于具有持续供应电力的比例控制。外部磁场一般通过汽车应用中的软磁芯电磁体来产生，然而一对赫尔姆霍茨(Helmholtz)线圈也可以用于快速响应。

形状记忆聚合物(SMP)通常指的是一组聚合材料，当其遭受适当的热刺激时具有返回某些之前限定的形状或尺寸的能力。形状记忆聚合物能够经历相变，其中它们的形状作为温度的函数发生变化。通常，SMP具有两个主要段，硬段和软段。可通过在高于最高热转变的温度下熔化或处理该聚合物并随后冷却至热转变温度以下来形成所述之前限定的形状或永久形状。最高热转变通常为玻璃转变温度(T_g)或硬段的熔点。可通过将材料加热至高于软段的转变温度或T_g，但低于硬段的熔点或T_g来设定临时形状。当以软段的转变温度处理该材料并随后进行冷却以固定该形状时，设定该临时形状。通过加热该材料至软段转变温度以上，能够使该材料回复至永久形状。

例如，聚合物材料的永久形状可以是具有大致直线形状并限定了第一长度的线丝，而临时形状可以是限定了比第一长度短的第二长度的类似线丝。在另一实施方式中，该材料可以是在被激活时具有第一弹性模量而在去除激活时具有第二模量的弹簧。

回复永久形状所需要的温度可以被设定成约-63℃至约120℃或更高温度之间的任意值。对聚合物本身的成分和结构进行工程设计时可根据期望的应用考虑特定的温度选择。用于形状回复的优选温度为高于或等于约-30℃，更为优选地为高于或等于约0℃，最为优选地是高于或等于约50℃的温度。同样，用于形状回复的优选温度要低于或等于约120℃，最优选地是低于或等于约120℃且高于或等于约80℃。

适合的形状记忆聚合物包括热塑性的、热固的、互穿网络的、半互穿网络的、或混合网络的。该聚合物可以是单一聚合物，或者可以是多种聚合物的混合。该聚合物可以是线型的热塑性弹性体，或者是具有侧链或枝状结构元件的支化的热塑性弹性体。适于形成形状记忆聚合物的聚合物组分包括但不局限于：聚磷腈、聚(乙烯醇)、聚酰胺、聚酰胺酯、聚(氨基酸)、聚酐、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚烷撑、聚丙烯酰胺、聚烷撑乙二醇、聚烷撑氧化物、聚烷撑对苯二酸酯、聚原酸酯、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚乙烯卤化物、聚酯、聚交酯、聚乙交酯、聚硅氧烷、聚尿烷、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯、以及它们的共聚物。适合的聚丙烯酸酯的示例包括：聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸异丁酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸异癸酯)、聚(甲基丙烯酸月桂酯)、聚(甲基丙烯酸苯酯)、聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸异丙酯)、聚(丙烯酸酸异丁酯)、聚(丙烯酸十八酯)。其它适合的聚合物示例包括聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯苯酚、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯丁烯、聚(十八基乙烯醚)乙酸乙烯脂、聚乙烯、聚(环氧乙烷)-聚(对苯二甲酸亚乙酯)、聚乙烯/尼龙纤维(接枝共聚物)、聚己酸内酯-聚酰胺(嵌段共聚物)、聚(己内酯)二甲基丙烯酸酯-n-丙烯酸丁酯、聚(降冰片基-多面体低聚倍半硅氧烷)(poly(norbornyl-polyhedral oligomeric silsequioxane))、聚氯乙烯、尿烷/丁二烯共聚物、聚氨基甲酸乙脂嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，等等。

因此，为了本发明的目的，要认识到的是，当被加热至它们的成分的玻璃转变温度(这些成分具有低的玻璃转变温度)之上时，SMP在模量上出现急剧的下降。如果在温度下降同时保持加载/变形，则在SMP中将设定变形后的形状，直到其在无负载的情况下被重新加热，在这样的条件下，它将回复其模制形状。尽管SMP可以是以块、片、板、格、束、纤维或泡沫的各种形式被使用，但是它们需要持续的电力以保持在处于它们的低模量状态中。

适合的压电材料包括但不局限于，无机化合物、有机化合物和金属。关于有机材料，具有非中心对称的结构以及在其分子内的主链或侧链上或者在主链和侧链这两者上具有大偶极矩基团的所有聚合物材料都可以用作压电膜的适合的候选材料。例如，示例性聚合物包括但不局限于：聚(钠-4-苯乙烯磺酸)、聚(聚(乙烯胺)主链偶氮发色团)(poly(poly(vinylamine)backbone azo chromophore))及它们的衍生物；聚氟烃，包括聚偏二氟乙烯、它的偏二氟乙烯共聚物(“VDF”)、三氟乙烯共聚物及它们的衍生物；聚氯烃，包括聚(氯乙烯)、聚偏二氯乙烯，及它们的衍生物；聚丙烯腈，及它们的衍生物；多聚羧酸，包括聚(甲基丙烯酸)，及它们的衍生物；聚脲，及它们的衍生物；聚亚安酯，及它们的衍生物；生物分子，例如聚-L-乳酸，及它们的衍生物，和细胞膜蛋白质，以及磷酸酯生物分子，例如磷酸二酯；聚苯胺，及它们的衍生物，以及四胺的所有衍生物；包括芬芳聚酰胺在内的聚酰胺，和包括Kapton和聚醚酰亚胺在内的聚酰亚胺，以及它们的衍生物；所有的膜聚合物；聚(N-乙烯吡咯烷酮)(PVP)均聚物，及它们的衍生物，和随机PVP-共-醋酸乙烯酯共聚物；以及所有在主链或侧链中或者在主链和侧链这两者中均具有偶极矩基团的芳香族聚合物，及它们的混合物。

压电材料也可包括选自以下组的金属，即铅、锑、锰、钽、锆、铌、镧、铂、钯、镍、钨、铝、锶、钛、钡、钙、铬、银、铁、硅、铜，包括至少一种前述金属的合金，以及包括至少一种前述金属的氧化物。适合的金属氧化物包括SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、SrTiO₃、PbTiO₃、BaTiO₃、FeO₃、Fe₃O₄、ZnO及它们的混合物，以及VIA和IIB族的混合物，例如CdSe、CdS、GaAs、AgCaSe₂、ZnSe、GaP、InP、ZnS，及其混合物。优选地，压电材料从包括聚偏二氟乙烯、锆钛酸铅、钛酸钡及其混合物的组中选择。

适合的磁流变流体材料包括但不局限于，散布于载体流体中的铁磁或顺磁颗粒。适合的颗粒包括：铁；铁合金，例如那些包括铝、硅、钴、镍、钒、钼、铬、钨、锰和/或铜的铁合金；氧化铁，包括Fe₂O₃和Fe₃O₄；氮化铁；碳化铁；羰基铁；镍及镍合金；钴及钴合金；二氧化铬；不锈钢；硅钢；等等。适合的颗粒示例包括纯铁粉、还原铁粉、氧化铁粉/纯铁粉混合物、以及氧化铁粉/还原铁粉混合物。磁响应颗粒优选为羰基铁，更为优选的是还原羰基铁。

可选择颗粒尺寸，以使得颗粒在受到磁场作用时具有多域特性。颗粒的直径尺寸可小于或等于约1000微米，优选小于或等于约500微米，更优选地小于或等于约100微米。同样优选的是颗粒直径大于或等于约0.1微米，更优选地大于或等于0.5微米，特别优选地大于或等于约10微米。颗粒优选为总MR流体成分的约5％到约50％(按体积)之间的量。

适合的载体流体包括有机液体，尤其是非极性有机液体。这些示例包括但不局限于：硅油；矿物油；石蜡油；硅酮共聚物；白油；液态油；变压器油；卤化有机液体，例如氯代烃类、卤化烷烃、全氟聚醚，和氟化烃；二酯；聚氧化烯；氟化硅；氰烷基硅氧烷(cyanoalkyl siloxanes)；乙二醇；合成烃油，包括不饱和的和饱和的；以及包括至少一种上述流体的组合。

载体组分的粘度可以小于或等于约100000厘泊，优选小于或等于约10000厘泊，更优选地小于或等于约1000厘泊。并且，粘度优选大于或等于约1厘泊，更为优选的是大于或等于约250厘泊，以及特别优选地大于或等于约500厘泊。

也可以采用水成载体流体，尤其是那些包括亲水的矿土(如膨润土或锂皂石)的水成载体流体。该水成载体流体可包括水，或者是包括有少量极性的且可与水混溶的有机溶剂的水，所述有机溶剂例如，甲醇、乙醇、丙醇、二甲亚砜、二甲替甲酰胺、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丙酮、四氢呋喃、二乙醚、乙二醇、丙二醇，等等。极性有机溶剂的量小于或等于总的MR流体的约5.0％(按体积)，优选小于或等于约3.0％(按体积)。并且，极性有机溶剂的量优选大于或等于总MR流体的约0.1％(按体积)，更优选大于或等于约1.0％(按体积)。水成载体流体的pH值优选小于或等于约13，更优选地是小于或等于约9.0。另外，水成载体流体的pH值大于或等于约5.0，优选大于或等于约8.0。

也可以采用天然的或合成的膨润土或锂皂石。MR流体中膨润土或锂皂石的量小于或等于总MR流体的约10％(按重量)，优选小于或等于总MR流体的约8.0％(按重量)，更优选地是小于或等于总MR流体的约6.0％(按重量)。优选地，膨润土或锂皂石大于或等于总MR流体的约0.1％(按重量)，更为优选地大于或等于总MR流体的约1.0％(按重量)，以及特别优选地大于或等于总MR流体的约2.0％(按重量)。

MR流体中的可任选成分包括粘土、有机粘土、羧酸皂、分散剂、阻蚀剂、滑润剂、极压耐磨添加剂、抗氧化剂、触变剂以及传统的悬浮剂。羧酸皂包括油酸亚铁、环烷酸亚铁、硬脂酸亚铁、三硬脂酸二铝(aluminum di-and tri-stearate)、硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钠、如磺酸盐这样的表面活性剂、磷酸酯、硬脂酸、甘油单油酸酯、山梨坦倍半油酸酯(sorbitan sesquioleate)、月桂酸盐、脂肪酸、脂肪醇、氟代脂族聚合酯、以及钛酸盐、铝酸盐和锆酸盐耦联剂，等等。还可以包括聚烷撑二醇，例如聚乙二醇，以及部分酯化的多元醇。

适合的MR弹性体材料包括但不局限于，弹性聚合物基体，其包括铁磁或顺磁颗粒的悬浮物，其中颗粒已经在上文中进行了描述。适合的聚合物材料包括但不局限于：聚α-烯烃、天然橡胶、硅酮、聚丁二烯、聚乙烯、聚异戊二烯，等等。

电活性聚合物包括那些响应于电场或机械场而具有压电、热电或电致伸缩特性的聚合材料。电致伸缩接枝弹性体的示例是压电聚(偏二氟乙烯-三氟-乙烯)共聚物。该化合物具有产生铁电-电致伸缩的分子复合物系统的变化量的能力。这些可作为压电传感器或者甚至电致伸缩传感器来操作。

适于用作电活性聚合物的材料可包括能响应于静电力而变形或其变形能导致电场变化的任何基本绝缘的聚合物或橡胶(或它们的组合)。适于用作预应变聚合物的示例性材料包括硅酮弹性体、丙烯酸酯弹性体、聚亚安酯、热塑性弹性体、包括PVDF的共聚物、压敏粘结剂、含氟弹性体、包括硅酮和丙烯酸基团(moieties)的聚合物，等等。包括硅酮和丙烯酸基团的聚合物可包括，例如，包含硅酮和丙烯酸部分的共聚物、包含硅酮弹性体和丙烯酸酯弹性体的聚合物混合物。

用作电活性聚合物的材料可根据一个或多个材料特性进行选择，例如高的电击穿强度、低的弹性模量(关于大或小的变形)、高介电常数，等等。在一个实施方式中，聚合物被选择成使其具有最大约100MPa的弹性模量。在另一实施方式中，聚合物被选择成使其最大致动压力位于约0.05MPa至约10MPa之间，优选位于约0.3MPa至约3MPa之间。在又一实施方式中，聚合物被选择成使其介电常数位于约2至约20之间，优选位于2.5至12之间。本发明并不旨在仅局限于这些范围。理想地，如果该材料即具有高介电常数又具有高介电强度，那么具有比上述范围更高的介电常数的材料也是期望的。在许多情形中，电活性聚合物可以被制造和实施成薄膜。这些薄膜的适合厚度是在50微米以下。

由于电活性聚合物可在高应变时偏斜，所以附接至该聚合物的电极应当也在不损害机械或电性能的情况下产生偏斜。通常，适于使用的电极可以是任何形状和材料，只要其能为电活性聚合物提供适合的电压或从其接收适合的电压。电压可以是恒定的，或是随时间变化的。在一个实施方式中，电极附着在聚合物的表面。附着于聚合物的电极优选地适应并遵从聚合物的形变。相应地，本发明还可包括与其附接的电活性聚合物的形状相适应的柔性电极。电极可仅被应用于电活性聚合物的一部分，并根据其几何形状来限定激活区域。适于与本发明一起使用的各种类型的电极包括具有金属迹线和电荷分布层的结构化电极、具有超出平面维度变化的织构电极、例如含碳油脂和含银油脂这样的导电油脂、胶状悬浮体、例如碳纤维和碳纳米管这样的高展弦比导电材料、以及离子导电材料的混合物。

用于本发明电极的材料可以不同。适用于电极的材料可包括石墨、炭黑、胶状悬浮液、包括银和金的薄金属、填充银和填充碳的凝胶及聚合物、以及离子导电或电子导电聚合物。应当理解，某些电极材料可以很好地与颗粒聚合物一起工作，但却可能不能很好地为其它物质工作。举例来说，碳纤维可以很好地与丙烯酸酯弹性体聚合物一起工作，却不能很好地和硅酮聚合物一起工作。

最后，应当了解的是，高输出石蜡(HOP)致动器及在固相至液相的转变过程中具有大的体积膨胀(例如，大于8％)的其它材料都可用来为直线致动器提供原动力。这样，如本文中所用的那样，术语“活性材料”应当被认为还可以进一步包括这些材料。对于HOP，通过约束致动器主体内石蜡的膨胀将可以产生流体静压力形式的势能。在一个实施方式中，HOP致动器的中心是包含与电阻加热元件相接触的石蜡的密封的环形腔。当元件被赋能时，石蜡被加热至其熔点。适合的石蜡在熔化过程中体积能够膨胀至少15％。石蜡的成分决定了其致动特性。标准的石蜡配方可以被改变，以便提供从-70℃至80℃的致动温度，其中全程需要的温度变化可从2℃变化至50℃。储存的压力可通过致动器转化成机械功，例如，通过直线的轴运动。

II.示例性活动进气口、方法和应用

现在转到本发明的结构构造，在图1-22中，示出了采用活性材料致动的活动的进气口10的各种实施方式。如图1a所示，系统10包括壳体22，例如由车辆的车盖进风口14整体限定的那样；另外，壳体22可单独地安装车辆12上。壳体22限定了开口24以及空气在相对运动期间流动穿过其中的导管。这样，开口24被限定，从而使其能朝着流体的流动(例如，在车辆12的前面)取向。

如图示的实施方式中所示，至少一个覆盖构件26被紧固地耦接至壳体22，并优选设置在开口24处或在其附近。构件26在相对于开口24的第一和第二位置之间移动，并以此可移动地(例如，可滑动地、可枢转地等)耦接至壳体22。在第一位置中，进气口10打开，从而使得空气流量增加；在第二位置中，进气口10关闭，从而使得空气流量减少，并且更优选将其阻断。因此，进气口10可从打开和关闭状态中的一个切换至另一个，从而限定了初始状态和完成状态。更为优选地，构件26和壳体22协同地构造成使得构件26能实现多个中间位置，因而最终具有多个打开角度。

虽然只是描述和图示了单个的情况，但应当了解，可采用与发动机12a连通的并且被分别控制的多个进气口10。

为了进一步阻断流体流，优选的进气口10进一步包括设置在开口24周围的弹性密封件。该密封件位于构件26和壳体22之间，从而由此在关闭状态下被压缩。

构件26的运动由活性材料致动器28驱动。致动器28包括活性材料元件30(图3a-d)，如前所述，当暴露于激活信号时，活性材料元件30可操作以经历基本性质中的可逆变化。致动器28被配置成使得该变化可操作，以便导致构件26实现改变的状态，并且在如此配置的情况下，随后的激活既能用来实现打开状态，也能够用来实现关闭状态。

电源32与致动器28操作地连通，并可操作以提供适合的激活信号(图1)。电源32可通过输入装置18自动请求，并通过PWM、调节器或串联的功率电阻进行调节。例如，在包括热激活的形状记忆材料的致动器的情形中，当车辆乘坐者(未示出)发出请求时，可通过电源32供应电流以实现焦耳加热。更优选地，为了有助于防止过热，电源32可被调节成向致动器28周期性地提供功率；然而，应当了解的是，这将导致构件26的轻微运动(例如，摇摆和/或振动)。可替代地，电源32可来源于环境能源，例如来自车辆冷却系统、发动机或太阳的热能，从而使得进气口10被动激活。

在图2-3d的示例性实施方式中，构件26为在关闭和打开位置之间旋转的单个叶片(例如，“风门片”或“遮板”)，从而限定了枢转轴线p。更为优选地，叶片26能够在竖直的关闭位置和水平的打开位置之间旋转90度，并向前打开从而提供空气辅助的关闭和密封。叶片26可通过铰链34耦接至壳体22。铰链34可以限定最上方的枢转轴线，从而使得叶片26向上摆动以达到打开状态，铰链34也可以限定最下方的枢转轴线，在该情形中叶片26向下摆动，或者铰链34还可以限定内部轴线。当达到水平打开位置时，壳体22优选地限定了凹口(未示出)以接收和保护处于打开状态的叶片26。

更具体地，在图3a-d所示的实施方式中，进气口优选包括用于将叶片26连接至致动器28的连接器36。连接器36优选沿着叶片26的外缘附接至叶片26和/或由其限定。连接器36具有与构件26的枢转轴线中心对准的摆动臂，以及长臂38和短臂40。长臂38与构件26共同延伸并限定了与构件26的纵向尺寸相等的第一臂长。短臂40具有第二臂长，其优选小于第一臂长的一半，更为优选的是小于四分之一，最优选地是小于八分之一。

活性材料元件30呈现为具有限定长度且附接至短臂40的形状记忆线丝30(图3a-d)。线丝30的一端附接至短臂40并且另一端附接至壳体22或其它车辆结构。在通过电源32激活时，线丝30的长度减小，导致构件26绕其轴线枢转。在中断激活信号时，线丝30回到其最初的尺寸或是经历塑性变形，这取决于用来实现构件26关闭的活性材料。如图3b所示，一旦被激活，则导致线丝30作为通过短臂40的旋转的结果而摆动；以便避免在固定端处的应力累积和/或扭曲，期望将线丝30枢转地连接至壳体22。

示例性致动器线丝30分别具有170MPa的应力和2.5％的应变，以便在被激活时能产生2N的密封力。要认识到的是，具有0.012mm、0.015mm和0.02mm的直径尺寸的SMA线丝分别具有1250克、2000克和3560克的最大拉力。致动器28被优选构造成使得2.5-12V、2安培的电流能被提供以致动进气口10。基于这样的构造，已经观察到小于5秒的致动时间、约100000次致动的寿命以及-40℃至90℃的工作环境。

在另一构造中，致动器28包括至少一个与构件26接合的形状记忆线丝30，以具有弓弦构造。也就是说，与构件26的接合在线丝30中形成一个顶点。应当清楚，当被激活时线丝30产生了位移(长度的变化)，基于弓弦构造的三角关系，这将导致构件26的移动距离比上述位移大。

还要认识到的是，在叶片26向前打开的情况中，流体流动可以作用在构件26上而使其向关闭的方向返回。然而，更为优选地，偏置机构42被驱动地耦接至构件26，从而当变化逆转时(例如，线丝30被去除激活时)施加一个可操作的偏置力，以促使构件26向着初始状态运动。例如，如图3b所示，以压缩的复位弹簧形式的偏置机构42也可附接至短臂40，并构造成在冷却的线丝30中产生塑性变形，从而实现构件26的关闭。结果，构件26在断电状态下保持与壳体22相抵靠，从而提供了出现故障便自动关闭的构造(作为替代，可在枢转轴线周围设置扭力弹簧并构造成以同样的方式起作用)。要认识到的是，偏置弹簧42拉伸形状记忆线丝30，以便在除冷却之外还导致由应变引起的至马氏体相的转变。

还应当清楚，前述构造可以是相反的，其中压缩弹簧(未示出)工作以驱动构件26打开，而线丝30工作以选择性地关闭进气口10。另外，还可采用两个对抗性的活性材料致动器，一个打开进气口10，而另一个则关闭进气口10(或作为替代，可以采用具有双程效应的单个致动器)。

在优选系统10中，锁定机构44(图4a-d)耦接至构件26，并构造成选择性地接合构件26，以便当变化逆转时(即，元件30被去除激活时)将构件26保持在已达到的状态中。例如，在图4a-d中，锁定机构44由弹簧驱动，并构造成导致机构44接合构件26。第二活性材料元件(例如，形状记忆线丝)46具有大于锁定力的激活力，当其被激活时可操作来使得机构44脱开并释放构件26。

更为优选地，锁定机构44包括可抵抗地绕轴线在接合位置与脱开位置之间枢转的棘爪48(图4a)，且连接器36具有限定了至少一个齿的可旋转的齿轮50，所述齿构造成当处于接合位置中时抓住棘爪48。更为优选地，齿轮50具有多个齿，使其能够在多个中间位置处与棘爪48接合，从而实现变化的打开角度(例如，位于17度至52度之间)。与棘爪48接合的弹簧52构造成使机构44与构件26接合。第二线丝46被相反地附接至棘爪48，并当被激活时产生收缩，从而致使机构44脱开并释放构件26。

作为替代，可以理解，第二元件46和弹簧52各自的角色可以通过切换它们与棘爪48的连接点而颠倒；也就是说，第二元件46可被构造成当被激活时使机构44与构件26接合，而偏置弹簧52具有小于激活力的弹簧模量，以便被构造成仅当第二元件46被去除激活时才致使机构44脱开并释放构件26。

如图18所示，除了基于弹簧的锁定机构44之外，或者代替基于弹簧的锁定机构44，进气系统10进一步包括电磁体54(或螺线管)。在电的作用下，磁体54被致使选择性地接合构件26或接合附接在其上的金属条(未示出)，以此将构件26保持在已达到的状态中。作为替代，可以理解，也可通过采用螺线管销(也未示出)在进气口10的中部或侧部实现锁定。磁体(或螺线管)54确保了进气口10弹性回复到初始状态，更为优选地是在电力故障情形下回到关闭状态。更为优选的，可以理解为了将进气口10保持在打开状态，螺线管/磁体需要持续的电力，一旦电力中断(由于控制或故障)，则构件26将解锁并回复至关闭状态。

回到图3a-d，优选的致动器28包括耦接至元件30的负载极限保护器56。保护器56构造成当暴露于信号且期望的运动受到阻碍时为元件30提供第二输出路径。可以发现，这提供了应变/应力缓解能力，并因此增加了元件30的寿命。也就是说，要认识到的是，当活性材料经受变形，但却被阻止经历作为结果的物理变化(例如，加热伸长的SMA线丝至其转变温度之上但却不允许线丝回复到它的非应力状态)，那么将对材料性能和/或寿命产生有害影响。在本发明中，例如，可预见到，当受到致动时，构件26的运动可能被外物58(图3c-d)或者其它形式的障碍物(例如，阻碍运动的变形主体板或堆积在进气构件上的冰/泥)所约束。这样，优选地提供了第二输出路径，其允许元件30在构件26在状态保持不变的同时对激活信号作出响应。

例如，在图示的实施方式中，线丝30可进一步连接至与其串联设置并与连接器36相对的拉伸弹簧60(图3a-d)。弹簧60被拉伸至某点，在此处该弹簧施加的预加载与某个负载水平相对应，应意识到的是，该负载水平是当被阻挡而使得致动器28开始承受过大的力时的负载水平。结果，受到激活的致动器28将首先施加力以试图打开构件26，然而如果这个力超出了弹簧60中的预加载(例如，该构件26受到阻挡)，则线丝30的收缩将操作弹簧60而不是构件26，由此为线丝应变提供了输出路径，并保持了活动进气口10的完整性(图3d)。

更为优选地，如图3a-d所示，保护器56可包括位于元件30和弹簧60之间的杠杆62(或“凸轮”)。杠杆62限定了第一臂64和第二臂66，以及枢转轴线。在此，元件30附接至第一臂64，从而与该轴线间隔以第一距离。弹簧60附接至第二臂66并与该轴线间隔以第二距离，第二距离优选大于第一距离。这样的结构提供了机械效益并且便利于封装。

进一步优选地，保护器56进一步包括防过热机构68，其防止对致动器28进行不期望的(意外的)加热以及因此出现对进气口10的意外致动。在这点上，要认识到的是，车盖下过高的温度可能导致致动器28被意外激活。在图5a-c中，由相对于致动器元件30(例如，第一线丝)具有较低转变温度的辅助SMA线丝68来提供过热保护。辅助线丝68也附接至杠杆62的第一臂64，并且在另一端附接至固定结构(例如，壳体22)。这样，在致动器线丝30以及辅助线丝68都处于被动加热的情况下，辅助线丝68将首先被激活，从而收缩并朝着致动器线丝30拉动杠杆62(图5c)。这将导致在致动器线丝30中形成松弛，从而使得其在没有受到应力加载的情况下被激活。

在图6a-c的弓弦构造中，保护器56包括与线丝30串联连接的第一和第二压缩弹簧60a、b。同样地，第一和第二杠杆62a、b优选地设置在线丝30和弹簧60a、b之间。每个杠杆62均限定了第一和第二臂以及枢转轴线。线丝30附接至第一臂64a、b，并与这些轴线相距第一距离，而弹簧60a、b则附接至第二臂66a、b，并与这些轴线相距第二距离，第二距离优选大于第一距离，从而提供机械效益。保护器56优选地包括与杠杆62a、b互相连接的辅助(或第二)形状记忆线丝68。辅助线丝68在被激活时，使得杠杆62a、b在不影响构件26位置的情况下向内旋转(图6c)，从而在致动器线丝30中产生松弛并且减小应力。

如前所述，叶片构件26可限定中间枢转轴线，从而能围绕其纵向中线旋转(图7a-b)。在该构造中可以发现，在打开状态下，构件26的一半将伸入壳体22中，导致从开口24伸出较少的突出部分。通过连接并构造成牵拉叶片26的SMA线丝来使叶片26枢转；或更优选地，可采用SMA扭力管或其它旋转致动器。为了节省空间，进气口10优选包括多叶片遮板构造，其中多个遮板相互联结，并共同被致动，从而共同且一致地运动(图8-12b)。在这个构造中，相邻的遮板可通过四杆连杆系统70进行连接，如现有技术已知的那样。

图8和图9示出了具有多个水平或垂直取向的叶片26的进气口10，其中每个叶片均枢转地连接至壳体22，从而限定了相等数量的多个枢转轴线。各个构件26都可分别连接一个单独的致动器28，致动器28被构造成实现一致的运动，如图10a所示；或更为优选的，如图10b所示，单独的致动器28可以控制相关联的构件26的运动。同样，构件26优选为偏置的，从而当相应的元件30被去除激活时，密封地关闭开口的一部分。单个锁44(或止动器)可直接与连杆系统70接合，而不是与叶片26接合，从而在该情形中提供一致的运动；或者多个锁44可分别独自接合多个单独起作用的叶片。

在图11a-b所示的构造中，壳体22限定了缝槽72，滑动件74安放在缝槽72内从而可在缝槽72内直线地移动，且SMA线丝30接合滑动件74，从而具有弓弦构造。线丝30在其远端处被固定地附接至壳体22或其它结构，更特别地，通过如前所述的负载极限保护器56连接到壳体22或其它结构。固定长度的连杆76可旋转地耦接至滑动件74并优选耦接至顶部叶片26，从而便于封装并减少阻碍。可通过激活线丝30来使滑动件74产生直线移动从而使得联结的叶片26产生旋转(图11b)。偏置弹簧77可设置在缝槽72中，并构造成致使叶片26向着关闭状态偏置。

更为有效的是，相邻叶片26可通过SMA线丝30相互连接(图12a-b)，从而使得线丝30的收缩将致使叶片26朝着打开状态向外摆动。例如，对于向前摆动的叶片26，线丝30可优选地附接至上方相邻叶片26a的内表面，以及附接至下方相邻叶片26b的外表面。线丝30具有比叶片高度更大的去除激活的长度，从而优选地附接至下方叶片26b的某一点，该点相对应地低于上方叶片26a的附接点。更为优选地，线丝30附接至上方相邻叶片26a的枢转轴线，以及附接至下方叶片26b的上半部，如图12b所最佳示出的那样。线丝30优选这样构造，从而具有与叶片高度大致相等的激活长度，从而使叶片26在打开状态下达到大致水平的取向。在这个构造中要认识到的是，致动器28自包含在进气口10中的，从而减少了致动器部件的数量。

在另一实施方式中，通过促使镜像的上下叶片26a、b产生相反的旋转，从而去除开口24中心区域中的阻碍(图13-16b)。在这个构造中，叶片26a、b优选在关闭状态中朝向开口24形成角度，并协同地构造成具有重叠的远端边缘(图14a)，这使得在运动期间的流体流动将进气口10密封在关闭状态中。

镜像的叶片26a、b优选为相联接的，从而当只有一个被驱动的时候，两者能产生一致的运动。例如，叶片26a、b可以通过第一和第二齿轮78a、b互相接合，如图14a-b所示那样。在图示的实施方式中，致动器28包括与上方叶片的枢转轴线同心地对准的滑轮80，以及连接至下方叶片26b的SMA线丝30。线丝30在滑轮80的夹带下，被重新朝着水平方向取向，这使得线丝的长度能够更长。可以发现，该构造中的致动器28可完全置于进气口10的侧面，从而清空了流体流动的通路。示例性地，在线丝30受到激活的情况下，下方叶片26b将被导致向前摆动。因此，下方叶片26b进一步具有短的致动器接合段26c。在叶片轴线被间隔开50mm的情况下，段26c可具有15mm的长度。通过齿轮78a、b之间的互相接合，也可导致上方叶片26b向前摆动。可以发现，通过齿轮比，可使上方叶片26a摆动的距离比下方叶片26b更大或者更小；结果，上方和下方叶片26a、b可具有不同的长度和构造。

作为替代，如图15a-b所示，其中壳体22再次限定了缝槽72，叶片26a、b可通过滑动的三件式连杆82被相互接合。三件式连杆82包括设置在缝槽72中从而相对于其进行直线移动的主杆84。第一和第二摆动臂86a、b枢转地连接至主杆84。在它们的相对端，摆动臂86a、b枢转地连接至相应的叶片26a、b，这限定了固定的枢转轴线。因此，叶片26a、b构造成当主杆84产生直线移动时，互相且一致地沿相反方向旋转(图15b)。更具体地，摆动臂86a、b在固定点处连接至主杆84，从而限定了第一间隔距离，并且还连接至叶片26a、b使得叶片连接点在它们最靠近(关闭状态)的点处限定了大于第一距离的距离。

在该构造(图15a-b)中，致动器28可主要包括SMA线丝30，SMA线丝30固定地附接至壳体22或其它固定结构，更为优选地，其通过前述的负载极限保护器56连接到壳体22或其它固定结构。线丝30通过附接至主杆84的尖头88来携带，并因此导致具有弓弦构造。更为优选地，尖头88以缝槽72为移动轨道(图15a-b)(并且尖头88可以是置于缝槽72中的连续体)，以便减少致动期间的运动。另外，也可在缝槽72中设置偏置机构44，例如压缩弹簧(未示出)，其构造成在主杆84移动时与其接合，从而将进气口10朝向关闭状态偏置。

在镜像叶片实施方式的另一替代方式中(图16a-b)，通过将摆动臂86a、b延长并将主杆84与布置在缝槽72中的尖头或滑动件并置从而将三件式连杆82改变为滑动的剪式驱动器90。尖头84提供了枢转联接点，摆动臂86a、b围绕该点可旋转地在折叠的关闭状态和更圆钝的打开状态之间移动(比较图16a-b)。在该构造中，致动器28包括优选在摆动臂86a、b的远端处或在其附近或者在叶片连接端处被固定地附接至摆动臂86a、b的SMA线丝30，从而完全自包含。线丝30还是围绕尖头被携带，从而使线丝30以及叶片26的固定枢转轴线的收缩致使尖头直线移动，进而使得臂86a、b以及叶片26a、b向外摆动。最后，负载极限保护可进一步被提供并且也附接至臂86a、b。

在另一实施方式中，覆盖构件26包括相邻定位设置的多个滑板92，其中各板92均限定了至少一个孔94(图17a-b)。在打开状态中，多个孔94可选择性地对准，从而协同地限定出通孔96。在该构造中，致动器28可包括对角地与板92相互连接的SMA线丝30。例如，如图17a-b所示，三个板92a、b、c被构造成协同地限定出形成两组的四个通孔96，所述三个板92a、b、c可通过附接至板92a、b、c顶部的SMA线丝30相互连接。线丝30在中间板92b的中间点附接至中间板92b，从而使得中间板92b滑动了一段相对距离，该距离等于由外板92a、c所移动的相对距离的一半。

线丝30和板92a、b、c协同地构造成，使得当线丝30被去除激活时孔94完全偏置，从而使流体流动受到阻碍，而当线丝30被激活时使孔94完全对准，从而允许流体流动。如果必要，在关闭状态中提供橡胶球(未示出)以填充形成在板92a、b、c之间的间隙。最后，为了提供返回，可以发现，可在邻近各板92的侧缘的附近紧固地设置至少一个弹簧(也未示出)，其可以是拉伸弹簧或压缩弹簧，这取决于板92是朝向还是远离该弹簧滑动。

在又一实施方式中，构件26呈现为限定了通槽100(图18-22)的鼓形件98。鼓形件98设置在壳体22中并可相对其旋转(图18，图20a-b)，使得槽100和开口24可选择地对准(图20a-b)。为了作为车辆的进气口使用，槽100可高35mm。在该构造中，致动器28构造成使得元件30受到激活后致使鼓形件旋转。例如，如图18所示，SMA线丝30可连接至鼓形件98并构造成使得在鼓形件轴线周围的力矩是由于激活线丝30而造成的。更具体地，在关闭状态中(图20a)，通槽100竖直取向，从而被壳体22覆盖；在打开状态中(图20b)，开口24水平对准槽100，从而协作地提供打开的通道。因此，设计线丝30的尺寸以产生实现所需旋转角度(例如，90度)所需的致动力以及鼓形件的位移。

作为替代，构件26可具有非对称鼓形件102(图21)或半鼓形件104(图22)构造，其中，改变后的鼓形件在水平关闭位置和竖直打开位置之间旋转90度。可以发现，在这些构造中，封装、复杂度和质量均得到降低，这是因为可以不必考虑完全的360度的旋转以及鼓形件的容置。还可以发现，鼓形件98可具有垂直交叉的槽(图23)，从而使得打开和关闭进气口10只需要45度的旋转角度。最后，在鼓形件构造中，壳体22优选地限定了排出孔106(图20a)以避免积累湿气。

在图19所示的实施方式中，构件26包括限定在或附接到鼓形件98的被致动端的棘轮作用面108。致动器28包括与作用面108偏置接合的棘爪110。更具体地，作用面108包括与鼓形件98的枢转轴线同心地对准的轴或销112，而棘爪110则限定了构造成自由地接收销112的孔。压缩弹簧(未示出)接合棘爪110并朝向作用面108推动棘爪110。由现有技术可知，作用面108和棘爪110协同地限定了多个相互啮合的齿(也未示出)，其在一个旋转方向上具有倾斜的接合表面，而在另一方向则充分接合，从而仅允许在一个方向上的相对旋转。

在该构造中，锁定机构44可包括板簧114(图19)，板簧114构造成接合作用面108从而产生抵靠作用面108的向下偏置力，由此防止鼓形件98在可能的方向上旋转。板簧114抵靠壳体22或其它固定结构而被支撑。线丝30产生的致动力足以克服板簧114的偏置力，从而使得棘爪110和鼓形件98均以90度的增量旋转。

更具体地，当SMA线丝30被冷却时，连接至棘爪110的复位弹簧拉紧SMA线丝30并使棘爪110回复至其初始位置。棘齿彼此滑出，以允许棘爪110返回，而板簧114则将鼓形件98保持就位。一旦线丝30冷却并重新拉紧时，则致动器28准备好用于另一次循环，以及再旋转90度或更多度。因此，由于鼓形件98和棘轮作用面108的构造，单个SMA线丝30通过在一个方向上的拉扯就能控制进气口10的打开和关闭。

在图18所示的替代性锁定结构中，鼓形件98具有由致动器28接合的远端盖116。当鼓形件98位于打开状态中时，SMA线丝30连接至附接在端盖116上且位于第二象限位置处的尖头118。线丝30构造成使得其激活导致尖头118被促使旋转90度而到达盖116的第一象限。另外，复位扭力弹簧(未示出)由于线丝的致动而储存势能。在去除激活时(或线丝冷却)时该弹簧释放能量，从而促使鼓形件98旋转回到正常的打开状态。

进一步如图18所示，锁定机构44通过限定了弯曲部的偏置摆动臂120和与该弯曲部的中线同心对准的接合盘122来提供。盖116限定了三个等距间隔开的锁定接合尖头124，其限定为“L”形，从而在打开和关闭状态(图18)中与机构44接合或将其保持住。这样，要认识到的是，致动力和回复力均足以克服锁定强度。作为替代，还可以认识到的是，当不足以克服时，可以添加电磁体54(图18)从而可选择地接合或升高臂120，由此松开鼓形件98以实现改变的状态。

可以设想的是，可采用其它活性材料致动器构造来实现旋转运动，例如采用了相对抗偏置的扭力弹簧来耦接的扭力管。还应当理解，除了SMA之外，其它活性材料也可替代性地用作活性材料元件30，这些其它活性材料包括以卷绕带或细带形式的电介质弹性体形式的电活性聚合物、以及压电单晶或双晶，它们都能提供快速、可逆、与场强度成比例的位移。另外，应当理解，元件30可具有不同于单根线丝的几何形式，例如，多条平行的线丝(例如，束)，多线丝编织或缠绕在一起形成缆索或细带。因而，需要理解的是，术语“线丝”包含那些其它适合的几何形式。采用与本发明一致的各种旋转、折叠、滑动或隔膜型(iris-type)的覆盖构件26也在本发明的范围之内。

因此，可选择地改变流进车辆发动机的空气流量的创造性方法包括通过开口24将发动机12a和周围环境流体耦接，并且固定可操作以阻挡至少一部分开口24的可移动构件。构件26被驱动地耦接至包括活性材料元件的致动器28。然后，通过传感器16自主地确定环境状态或车辆特性的样本值。传感器16将与该值相关的信息传送至控制器20，控制器20可编程地构造成将样本值与阈值进行比较，当阈值被超出时，控制器20被进一步构造成找到非适从值。

当确定非适从值之后，元件30被激活，激活的结果致使开口24被改变，从而改变了进入发动机12a的流体流量。不作为限制，要认识到的是，传感器16可以是速度计、干湿计、湿度计或其它温度/湿度传感器、转速计或其它发动机速度传感器、测功计(或测力计)或其它发动机扭矩传感器、或构造成采用定位系统确定车辆的位置并基于该位置从地图数据库中取回样本值的远程信息处理系统。

本文所公开的范围是可包含的和可组合的(例如，范围“高达约25wt％(其中wt％为重量百分比)，或更具体地，约5wt％至约20wt％”表示了范围“约5wt％至约25wt％”的端点值以及所有中间值，等等)。“组合物”包含掺合物、混合物、合金、反应产物，等等。另外，术语“第一”、“第二”等，在本文中并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将某个元件和另一元件区别开来，术语“一”和“一个”在本文中并不表示对数量的限制，而是表示具有至少一个所指物体。与数值结合使用的修饰词“约”包含了状态值并具有由上下文所表示的含义(例如，包括与特定数值的测量结果相关的误差程度)。在此所用的修饰语“(一个或多个)”(或“(一种或多种)”)旨在包括由其修饰的单个或复数个术语，从而包含一个或多个该术语(例如，“(一种或多种)着色剂”是指包括一种着色剂或多种着色剂)。对贯穿整个说明书的“一个实施方式”、“另一实施方式”、“某一实施方式”等等都表示了与该实施方式联系起来描述的特定元素(例如，特征、结构和/或特性)包含在本文所描述的至少一个实施方式中，且可以出现或不出现在其它实施方式中。此外，应当理解，所述元素可以以任何适当的方式组合在其它实施方式中。

对于本发明而言，适当的算法、处理容量以及传感器输入对于本领域技术人员而言是熟悉的。本发明是参考示例性实施方式进行描述的，本领域技术人员要理解的是，在不脱离本发明范围的前提下可以实现各种改变并可用等同物对其元件进行替换。另外，在不偏离本发明实质范围的前提下，可实现多种修改以使特定情形或材料适应本发明的教导。因此，本发明并非旨在对作为实施本发明所设想的最佳模式而公开的特定实施方式进行限制，而是将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (26)

1.一种适于与内燃发动机一起使用的活动的进气口，所述进气口包括：

限定了开口的壳体，所述开口与周围环境和所述发动机流体连通；

至少一个覆盖构件，所述至少一个覆盖构件能够移动，从而被导致相对于所述开口在打开状态和关闭状态之间运动，其中，所述构件在所述关闭状态中覆盖所述开口的至少一部分，并在所述打开状态中不阻塞所述部分，从而允许在所述环境与所述发动机之间的流体流量的增加；和

至少一个致动器，所述至少一个致动器被驱动地耦接至所述构件并且包括活性材料元件，所述活性材料元件当暴露于激活信号时可操作以经历基本性质中的可逆变化；

所述致动器被构造成使得所述变化可操作以促使或使得所述构件能够运动至所述打开状态和关闭状态中的一个。

2.如权利要求1所述的进气口，其中，所述活性材料选自主要由形状记忆合金、铁磁形状记忆合金、形状记忆聚合物、压电材料、电活性聚合物、磁流变流体及弹性体、电流变流体、以及它们的复合物所构成的组。

3.如权利要求1所述的进气口，其中，所述构件包括棘轮作用面，且所述致动器包括与所述作用面偏置接合的棘爪，所述棘爪和所述作用面协同地构造成仅在一个方向允许相对旋转。

4.如权利要求1所述的进气口，其中，所述至少一个构件包括叶片，且所述叶片限定了关于所述壳体的中间枢转轴线。

5.如权利要求1所述的进气口，其中，所述至少一个构件包括多个互相联接的叶片，以便一致运动并协同地提供所述打开状态和关闭状态中的一个。

6.如权利要求1所述的进气口，其中，所述至少一个构件包括多个相邻定位的滑板，各板均限定了至少一个孔，且所述多个孔仅在处于所述打开状态中时才能够选择性地对准从而协同地限定通孔。

7.如权利要求1所述的进气口，其中，所述至少一个构件包括限定了纵向通槽的鼓形件，所述鼓形件能够相对于所述壳体旋转，并与其协同地构造成选择性地使所述槽和所述开口对准。

8.如权利要求7所述的进气口，其中，所述鼓形件具有选自主要由非对称鼓形件、半鼓形件和限定有多个侧向槽的鼓形件所构成的组中的几何构造。

9.如权利要求1所述的进气口，进一步包括：

被驱动地耦接至所述构件的偏置机构，从而在所述构件上施加偏置力，其中，当所述变化逆转时，所述力可操作以促使所述构件运动至所述打开状态和关闭状态中的另一个。

10.如权利要求1所述的进气口，进一步包括：

耦接至所述构件并构造成可选择地接合所述构件的锁定机构，从而当所述变化逆转时将所述构件保持在所述打开状态和关闭状态中的所述一个中。

11.如权利要求10所述的进气口，其中，所述锁定机构包括构造成促使所述机构接合所述构件的偏置弹簧，以及具有比所述弹簧的弹簧模量大的激活力的第二活性材料元件，从而当所述机构与所述构件接合且所述第二元件被激活时，所述第二活性材料元件可操作以促使所述机构脱开并释放所述构件。

12.如权利要求10所述的进气口，其中，所述锁定机构包括磁体或螺线管，且所述磁体或螺线管被促使选择性地接合所述构件，从而当所述变化逆转时将所述构件保持在所述打开状态中。

13.如权利要求1所述的进气口，其中，所述致动器包括至少一个形状记忆线丝并且接合所述构件，使得所述线丝具有限定了顶点的弓弦构造，所述线丝当被激活时产生位移，从而促使所述构件移动大于所述位移的距离。

14.如权利要求13所述的进气口，其中，所述至少一个构件包括多个相互联接的叶片，各叶片均枢转地连接至所述壳体，从而限定了相等数量的多个枢转轴线，所述致动器包括被驱动地连接至所述顶部叶片的形状记忆线丝。

15.如权利要求14所述的进气口，其中，所述壳体限定了槽，滑动件安放于所述槽内以便能够直线地移动，所述线丝具有弓弦构造并接合所述滑动件，且长度固定的连杆被可旋转地耦接至所述滑动件和顶部叶片，从而使得所述滑动件的直线移动导致所述叶片旋转，且所述滑动件的直线移动是通过激活所述线丝而导致的。

16.如权利要求1所述的进气口，进一步包括：

负载极限保护器，其耦接到所述元件，并且构造成当所述元件暴露于所述信号并且所述构件被阻止运动至所述打开状态和关闭状态中的所述一个时，为所述元件提供第二输出路径。

17.如权利要求16所述的进气口，其中，所述保护器包括串联地连接至所述元件的至少一个拉伸弹簧。

18.如权利要求17所述的进气口，其中，所述保护器进一步包括位于所述元件和弹簧之间的杠杆，所述杠杆限定了第一臂和第二臂以及枢转轴线，所述元件附接至所述臂中的一个并与所述轴线间隔以第一距离，且所述弹簧附接至所述臂中的另一个并与所述轴线间隔以比所述第一距离大的第二距离。

19.如权利要求17所述的进气口，其中，所述保护器进一步包括辅助的形状记忆元件，所述辅助的形状记忆元件连接至所述杠杆并构造成促使所述杠杆朝向所述致动器元件旋转，从而在所述致动器元件中减小应力并产生松弛，从而提供了过热保护机构。

20.一种适于与内燃发动机一起使用的活动的进气口，所述进气口包括：

限定了开口的壳体，所述开口与周围环境和所述发动机流体连通；

至少一个构件，所述至少一个构件可移动，从而被导致相对于所述开口在打开状态和关闭状态之间运动，所述至少一个构件包括多个叶片，所述多个叶片枢转地连接至所述壳体从而限定相等数量的多个枢转轴线，其中，所述叶片在所述关闭状态中协同地覆盖所述开口的至少一部分，并在所述打开状态中不阻塞所述部分，从而允许在所述发动机与环境之间的流体流动；和

至少一个致动器，所述至少一个致动器被驱动地耦接至所述叶片并且包括活性材料元件，所述活性材料元件当暴露于激活信号时可操作以经历基本性质中的可逆变化；

所述致动器和叶片被协同地构造成使得所述变化可操作以促使所述叶片互相且一致地沿相反方向旋转，从而实现所述打开状态和关闭状态中的一个。

21.如权利要求20所述的进气口，其中，第一叶片和第二叶片通过第一齿轮和第二齿轮相互接合。

22.如权利要求20所述的进气口，其中，第一叶片和第二叶片朝向所述开口形成角度，并协同地构造成具有重叠的远端边缘，从而在所述关闭状态中时密封地相互接合。

23.如权利要求20所述的进气口，其中，所述壳体限定了槽，第一叶片和第二叶片通过三件式连杆而相互接合，所述三件式连杆包括置于所述槽中从而能够直线移动的主杆以及第一摆动臂和第二摆动臂，所述第一摆动臂和第二摆动臂枢转地连接至所述主杆并独立地连接至所述叶片，使得所述叶片被构造成当促使所述主杆直线移动时，所述叶片互相且一致地沿相反方向旋转。

24.一种选择性改变进入车辆发动机的流体流量的方法，所述方法包括步骤：

a)通过开口将所述发动机流体耦接到周围环境，从而允许两者之间的流体流动；

b)相对于所述开口紧固活性材料元件；

c)确定环境状态或车辆特性的样本值；

d)将所述样本值与阈值进行比较，并且当所述样本值超出所述阈值时确定非适从值；

e)当确定了所述非适从值时，激活所述元件；和

f)作为激活所述元件的结果来改变所述开口，从而改变所述流体流量。

25.如权利要求24所述的方法，其中，步骤c)进一步包括如下步骤：相对于所述发动机或环境紧固至少一个传感器，并利用所述传感器来检测所述值。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述传感器为速度计、测功计、转速计、干湿计、温湿计、或者定位系统，所述定位系统可操作以确定所述车辆发动机的位置并从地图数据库中取回与所述位置相关的所述样本值。

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