CN106958682A - 控制阀和空气起动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及控制阀和空气起动系统。具体而言，一种用于发动机的控制阀和空气起动系统具有加压空气源、空气起动器和控制阀。控制阀具有：壳体，其限定具有流体地联接至加压空气源的入口端口和流体地联接至空气起动器的出口端口的流动通路，可在打开位置与关闭位置之间移动来选择性地打开和关闭入口端口和出口端口中的一者而导致控制阀的对应打开和关闭的阀体，以及可操作地联接至阀体以使阀体在打开位置与关闭位置之间移动的线性马达。

Description

控制阀和空气起动系统
技术领域
往复式发动机(诸如内燃机)是使用一个或多个往复活塞来将压力转换成旋转运动的热力发动机。在典型示例中，活塞容纳在可密封的活塞室或压力室中，且在其基部处附接至可旋转的轴。当活塞沿活塞室滑动时，可旋转的轴旋转，且反之亦然。
背景技术
空气涡轮起动器(ATS)可用于启动发动机的旋转。ATS通常安装在发动机附近，且可联接至高压流体源，诸如压缩空气，其冲击在ATS中的涡轮叶轮上，引起其在相对高的转速下旋转。ATS包括输出轴，其联接至涡轮叶轮，且或许经由一个或多个齿轮联接至发动机。输出轴因此与涡轮叶轮一起旋转。此旋转继而又引起发动机开始旋转。
压缩空气至ATS的流动例如可由阀控制。该阀通常称为起动器空气阀或控制阀。当起动器空气阀打开时，压缩空气可流过起动器空气阀，且流入ATS中。相反，当起动器阀关闭时，可防止至ATS的压缩空气流。在一些情形中，起动器空气阀包括气动促动器来将阀移动到其打开位置。到促动器的气动动力源可为例如从辅助动力单元(APU)供应的加压空气、来自另一个发动机压缩机的放出空气等。
发明内容
一方面，本发明的实施例涉及一种用于发动机的空气起动系统，其包括加压空气源、空气起动器和控制阀，控制阀包括限定具有流体地联接至加压空气源的入口端口和流体地联接至空气起动器的出口端口的流动通路的壳体、可在打开位置与关闭位置之间移动以选择性地打开和关闭入口端口和出口端口中的一者而导致控制阀的对应打开和关闭的阀体，以及可操作地联接至阀体以使阀体在打开位置与关闭位置之间移动的线性马达，其中流动通路尺寸确定成允许至少900scfm的流率，且线性马达使阀体在30ms或更短的响应时间内在关闭位置与打开位置之间移动。
另一方面，本发明的实施例涉及一种控制阀，其包括：限定内部的壳体，具有形成在壳体中的入口端口和出口端口，其中流动通路穿过内部从入口端口到出口端口限定；活塞，其具有头部和从头部延伸的轴，且可在打开位置与关闭位置之间往复移动以用于打开和关闭入口端口和出口端口中的至少一者；偏压元件，其将偏压力施加至活塞以将活塞推至关闭位置；以及线性马达，其包括安装至轴的永磁体和外接轴的电磁线圈，其中在电通过电磁线圈时，其生成磁场，磁场与永磁体相互作用以将足以克服偏压力的力施加至轴，以引起活塞从关闭位置移动到打开位置。
技术方案1. 一种控制阀，包括：
限定内部的壳体，其具有形成在所述壳体中的入口端口和出口端口，其中流动通路穿过所述内部从所述入口端口到所述出口端口限定；
具有头部和从所述头部延伸的轴的活塞，且所述活塞可在打开位置与关闭位置之间往复移动以用于打开和关闭所述入口端口和所述出口端口中的至少一者；
偏压元件，其将偏压力施加至所述活塞以将所述活塞推至所述关闭位置；以及
线性马达，其包括安装至所述轴的永磁体和外接所述轴的电磁线圈；
其中在电通过所述电磁线圈时，其生成磁场，所述磁场与所述永磁体相互作用以将足以克服所述偏压力的力施加至所述轴，以引起所述活塞从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
技术方案2. 根据技术方案1所述的控制阀，其中，所述流动通路尺寸确定成允许至少900scfm的流率。
技术方案3. 根据技术方案2所述的控制阀，其中，所述线性马达使所述头部在30ms或更短的响应时间内在所述关闭位置与所述打开位置之间移动。
技术方案4. 根据技术方案3所述的控制阀，其中，所述流率至少达到1700scfm，且所述响应时间小于25ms。
技术方案5. 根据技术方案1所述的控制阀，其中，所述偏压元件包括具有抵靠所述活塞的头部的一端的螺旋弹簧。
技术方案6. 根据技术方案5所述的控制阀，其中，所述线性马达包括壳体，且所述螺旋弹簧外接所述线性马达的壳体。
技术方案7. 根据技术方案6所述的控制阀，其中，所述头部具有限定到凹部的开口的下端，且所述线性马达的壳体的至少一部分设在所述凹部内。
技术方案8. 根据技术方案7所述的控制阀，其中，所述电磁线圈位于所述线性马达的壳体内，所述轴的至少一部分延伸到所述线性马达的壳体中，且所述永磁体位于所述线性马达的壳体内。
技术方案9. 根据技术方案8所述的控制阀，其中，所述线性马达的壳体固定至所述控制阀的壳体。
技术方案10. 根据技术方案9所述的控制阀，其中，所述控制阀还包括外接所述轴且安装至所述线性马达的壳体的轴承。
技术方案11. 一种用于发动机的空气起动系统，包括：
加压空气源；
空气起动器；以及
控制阀，其包括限定具有流体地联接至所述加压空气源的入口端口和流体地联接至所述空气起动器的出口端口的流动通路的壳体、可在打开位置与关闭位置之间移动来选择性地打开和关闭所述入口端口和所述出口端口中的一者而导致所述控制阀的对应打开和关闭的阀体，以及可操作地联接至所述阀体以使所述阀体在所述打开位置与所述关闭位置之间移动的线性马达；
其中所述流动通路尺寸确定成允许至少900scfm的流率，且所述线性马达使所述阀体在30ms或更短的响应时间内在所述关闭位置与所述打开位置之间移动。
技术方案12. 根据技术方案11所述的空气起动系统，其中，所述流率至少达到1700scfm且所述响应时间小于25ms。
技术方案13. 根据技术方案11所述的空气起动系统，其中，所述阀体包括具有头部和从所述头部延伸的轴的活塞，且所述线性马达包括安装至所述轴的永磁体和电磁线圈，其中在电通过所述电磁线圈时，其生成磁场，所述磁场使所述永磁体移动，引起所述活塞的对应移动，导致所述头部从所述关闭位置移动到所述打开位置。
技术方案14. 根据技术方案13所述的空气起动系统，其中，所述控制阀还包括施加偏压力的偏压元件，所述偏压力在没有来自所述线性马达的反力的情况下将所述活塞移动到关闭位置。
技术方案15. 根据技术方案14所述的空气起动系统，其中，所述电磁线圈限定内部且所述永磁体穿过所述内部往复。
技术方案16. 根据技术方案15所述的空气起动系统，其中，所述轴延伸穿过所述内部。
技术方案17. 根据技术方案16所述的空气起动系统，其中，所述偏压元件包括外接所述电磁线圈的螺旋弹簧。
技术方案18. 根据技术方案17所述的空气起动系统，其中，所述螺旋弹簧抵靠所述头部。
技术方案19. 根据技术方案18所述的空气起动系统，其中，所述电磁线圈的至少一部分位于所述头部内。
技术方案20. 一种用于发动机的空气起动系统，包括：
加压空气源；
空气起动器；以及
控制阀，包括：
限定内部的壳体，其具有形成在所述壳体中的入口端口和出口端口，其中流动通路穿过所述内部从所述入口端口到所述出口端口限定，且所述入口端口流体地联接至所述加压空气源，且所述出口端口流体地联接至所述空气起动器；
具有活塞的阀体，所述活塞具有头部和从所述头部延伸的轴，且所述活塞可在打开位置与关闭位置之间往复移动以用于打开和关闭所述入口端口和所述出口端口中的至少一者；
偏压元件，其将偏压力施加至所述活塞以将所述活塞推至所述关闭位置；以及
线性马达，其可操作地联接至所述阀体以使所述阀体在所述打开位置与所述关闭位置之间移动；
其中所述流动通路尺寸确定成允许至少900scfm的流率，且所述线性马达使所述阀体在30ms或更短的响应时间内在所述关闭位置与所述打开位置之间移动。
附图说明
在附图中：
图1为可使用根据本发明的实施例的空气起动系统的具有曲轴的燃烧发动机的示意图。
图2为诸如图1的发动机的燃烧发动机中的活塞的示意性截面视图。
图3为根据本发明的实施例的与图1和图2的发动机的曲轴旋转地联接的空气起动组件的示意图。
图4为可结合图3的空气起动系统使用的控制阀的示意性截面视图，且示为在关闭位置。
图5为图4的控制阀的示意性截面视图，且示为在打开位置。
零件清单
10 燃烧发动机
12 曲轴
14 活塞
15 活塞
16 发动机组
17 活塞轴
18 活塞室
19 齿轮箱
20 发动机头部部分
21 花键齿轮
22 进气通路
23 齿轮系
24 排气通路
26 进气阀
28 排气阀
30 压缩室
32 燃料喷嘴
34 曲轴旋转
36 进气冲程
38 箭头
40 打开进气阀
42 压缩冲程
44 空气起动系统
52 空气起动器
54 压力源
56 控制阀
58 控制器
64 起动器传感器
66 齿
70 本体部分
72 起动器输出
74 第二组齿
78 存储器
80 壳体
82 流动通路
84 入口端口
86 出口端口
88 阀体
90 打开位置
92 关闭位置
94 线性马达
156 控制阀
180 壳体
182 流动通路
184 入口端口
186 出口端口
188 阀体
194 线性马达
198 内部
200 活塞
202 头部
204 轴
206 下端
208 开口
210 凹部
211 O形环
212 壳体
214 永磁体
216 电磁线圈
218 内部
220 偏压装置
222 螺旋弹簧
224 一端
230 第一轴承
232 第二轴承
234 密封件。
具体实施方式
可适应高流率的现代的起动器空气阀不是很响应的。高流率通常包括范围从900scfm到超过1700scfm的流率。例如，可适应1700scfm的流率的阀消耗一秒以上来完全打开。一秒或更久的响应时间认为是慢响应时间。相反，很响应的阀不可适应高流动性。例如，可在小于100ms内(其认作是快的响应时间)打开的阀仅可适应高达300scfm的流，300scfm和以下的流率认作是低流率。
为了利用现有的慢响应阀来适应高流率，常用的技术在于在需要打开或关闭阀之前开始阀的打开或关闭过程。这可提前五秒完成。这需要对系统要做的事情的预计或预测，而非响应于实时系统事件，且提供了有风险的途径，尤其是在状态快速变化的瞬变系统中。本发明的实施例提供了相比于当前已知的阀组件提供改善的阀打开特征的控制阀组件和空气起动器系统。
本发明的实施例可在任何适合的环境中实现，包括但不限于使用往复式发动机的环境，而不论往复式发动机是否提供驱动力或是用于另一目的，诸如发电。出于此描述的目的，此往复式发动机将大体上称为燃烧发动机或类似术语。此燃烧发动机可由汽油、天然气、甲烷或柴油燃料作为燃料。因此，提供对燃烧发动机的初步理解。
图1示出了往复式发动机(诸如燃烧发动机10)的示意图，其具有可旋转的轴(诸如曲轴12)和位于发动机组16内的至少一个活塞14。具有花键齿轮21和一个或多个内部齿轮或齿轮系23的齿轮箱19可包括在内且与曲轴12可操作地联接。如图2中较好示出，定位在发动机组16的对应部分内的活塞14可包括与活塞轴17可旋转地联接的活塞头15，其中活塞头可在活塞室18(图2)内滑动。活塞轴17可旋转地联接至曲轴12上的销，其从曲轴的旋转轴线沿径向偏移，使得曲轴12的旋转引起活塞头15在活塞室18内的往复。
尽管图2中仅示出了一个活塞14，但燃烧发动机10通常具有容纳在对应的活塞室18内的多个活塞14，其中活塞14安装到曲轴12上的不同的销，其中销围绕曲轴12的旋转轴线沿径向间隔开。活塞14可布置成一个或多个线性排，其中仅具有一排线性排列的活塞14的发动机称为直列式布置。具有多排活塞14的发动机10可在形成的排之间具有角度间距。活塞14还可围绕曲轴12沿径向间隔开，其通常称为径向布置。
活塞14进或出活塞室18的运动在下文中将称为"冲程"或"活塞冲程"。尽管本公开内容可包含"向上"冲程(其中活塞14进一步移入活塞室18，远离曲轴12)以及"向下"冲程(其中活塞14从活塞室18朝曲轴12移动)的描述，但本发明的实施例可包括具有垂直或成角度冲程的燃烧发动机10。因此，短语"向上"和"向下"是本发明的实施例的非限制性相对用语。
如图所示，燃烧发动机10还可包括发动机头部部分20，其具有可密封的进气通路22和可密封的排气通路24。通路22、24经由相应的进气阀26和排气阀28与活塞室18流体地联接且可与其密封。共同地，活塞头15、发动机组16、头部部分20、进气阀26和排气阀28可限定可密封的压缩室30。
头部部分20还可包括用于将燃料(诸如柴油燃料)喷射到压缩室30中来用于燃烧的燃料喷嘴32。尽管示出了用于喷射柴油燃料的燃料喷嘴32，但本发明的备选实施例可包括，燃料喷嘴32在汽油或天然气发动机的示例中可选由用于点燃用于燃烧发动机10的空气/燃料或空气/气体混合物的火花塞替换。
在一个示例中，燃烧发动机10的燃烧循环可包括四个活塞冲程：进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。以上描述假定了发动机10的燃烧循环在活塞14完全向上延伸到活塞室18中时(其通常称为"上死点"或TDC)起动。在进气冲程期间，曲轴的旋转(由顺时针箭头34所示)在向下的进气冲程(沿箭头38的方向)中将活塞14拉出压缩室30，在压缩室30中产生真空。真空从可密封的进气通路22吸入空气，通路22由于进气阀26的开启(虚线40所示)而未密封，且定时成与进气冲程对应。
一旦活塞14到达其进气冲程的最低点(虚线36所示)，则进气阀26密封，且活塞开始向上压缩冲程。压缩冲程使活塞14滑到压缩室30中，从而压缩空气。在压缩冲程42的TDC位置处，燃料喷嘴32可将柴油燃料喷射到压缩室30中。作为备选，可燃燃料可在进气冲程之前加至进入空气，或燃料可在压缩冲程42期间加至压缩室30。
燃烧可由于压缩的空气/燃料混合物(例如在柴油发动机中)的高热和高压或作为备选由于外部点火(诸如由压缩室30中的火花塞(例如在汽油或天然气发动机中)生成的火花)而在压缩室中发生。在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的爆炸在压缩气体中生成热，且产生的爆炸和膨胀气体的膨胀在向下冲程中驱动活塞远离压缩室30。向下冲程机械地驱动曲轴12的旋转34。
在燃烧之后，排气阀28未密封以与排气冲程对应，且活塞向上驱动到压缩室30中以将燃烧或排出的气体推出压缩室30。一旦活塞14返回活塞室18中的TDC位置，则发动机10的燃烧循环然后可重复。
尽管典型的燃烧发动机10可具有一组活塞14和活塞室18，但这里为了简明而示出和描述了单个活塞14。将理解的是，如本文使用的"一组"可包括任何数目(包括仅一个)。在具有多个活塞14的燃烧发动机10中，活塞14可沿曲轴12构造以使活塞14冲程交错，使得一个或多个活塞14可连续地提供驱动力来使曲轴12旋转，且因此通过额外的燃烧循环冲程驱动活塞14。由曲轴12的旋转生成的机械力可进一步输送来驱动另一个构件，诸如发电机、叶轮或推进器。
图3示出了诸如用于燃烧发动机10的空气起动系统44的示例性示意构造。空气起动系统44可包括经由控制阀56和控制器58或处理器与压力源54流体地联接的空气起动器52。
空气起动器52示为还包括本体部分70、起动器输出端72(示为齿轮)，具有键合的一组齿74来与齿轮箱19的花键齿轮21啮合，齿轮箱19可操作地联接至曲轴12。将注意的是，这通常是用于燃气涡轮发动机上的起动器的布置。对于往复式发动机上的起动器，起动器传动轴上的外部正齿轮可驱动发动机上的大型外部正齿轮或环形齿轮，且此发动机环形齿轮可联接至发动机传动轴。
起动器传感器64也可包括在内且构造成感测或测量空气起动器52的特征，例如，起动器输出72的转矩、由起动器52生成的转矩等。传感器64可进一步能够生成表示起动器特征的模拟或数字信号，且可将生成的信号提供至控制器58。构想出了本发明的其中起动器52例如机械地或可除去地安装至发动机10的实施例。作为备选，起动器52能够可控地延伸和收缩起动器52的起动器输出72部分，使得齿74可仅在起动操作期间接合或解除接合。构想出了额外的构造。
控制器58可进一步包括存储器78，存储器78包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器，或一个或多个不同类型的便携式电子存储器，诸如磁盘、DVD、CD-ROM等，或这些类型的存储器的任何适合的组合。控制器58可与存储器78可操作地联接，使得控制器58和存储器78中的一者可包括具有用于控制控制阀56和空气起动器52的操作的可执行指令集的所有或部分计算机程序。程序可包括计算机程序产品，其可包括用于执行或具有储存在其上的机器可执行的指令或数据结构的机器可读介质。此机器可读介质可为任何可用的介质，其可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问。大体上，此计算机程序可包括例程、程序、对象、构件、数据结构、算法等，其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。机器可执行的指令、相关数据结构和程序代表用于执行如本文公开的信息交换的程序代码的示例。例如，机器可执行的指令可包括引起通用计算机、专用计算机、控制器58或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。
控制阀56示为包括限定流动通路82的壳体80，其具有流体地联接至加压空气源54的入口端口84，以及流体地联接至空气起动器52的出口端口86。流动通路可以以任何适合的方式来针对系统确定尺寸，包括但不限于流动通路82可确定尺寸成允许至少900scfm的流率。构想出了流动通路82可确定尺寸成适应至少达到1700scfm的流率。也包括阀体88，其可在打开位置90与关闭位置92(影线所示)之间移动来选择性地打开和关闭入口端口84而导致控制阀56的对应打开和关闭。尽管阀体88示为选择性地打开和关闭入口端口84，但将理解的是，阀体88可作为备选选择性地打开和关闭流动通路82的出口端口86或另一部分。
线性马达94可操作地联接至阀体88，以使阀体88在打开位置与关闭位置之间移动。线性马达94可响应于由控制器58提供的控制信号来移动阀体88。此外，线性马达94可构造成在30ms或更短的响应时间内使阀体88在关闭位置与打开位置之间移动。通过另一个非限制性示例，构想出了线性马达94可使阀体88在25ms或更短时间内在位置之间移动。线性马达94相比于典型的电磁马达具有较大的行进距离，且这允许了线性马达94使阀体88在打开位置与关闭位置之间完全移动。此外，在操作期间，由线性马达94生成的拉力与加压空气的推力组合使阀体88在期望的响应时间内移离入口端口84。
在操作期间，空气起动器52和控制阀56响应于提供的空气压力供应而操作以生成力，诸如起动器输出端72处的转矩。由空气起动器52生成的转矩施加(经由花键齿轮21、齿轮系23和曲轴12)以生成由压缩冲程42使用的压缩力来压缩压缩室30的内容物。举例来说，空气起动系统44可用于缓慢启动燃烧发动机10，其中如果压缩室30包含不可压缩的流体(诸如水)，则燃烧发动机10的缓慢启动防止对发动机10的破坏。如本文使用的"缓慢启动"用于描述在低于操作或自足运行发动机速度(诸如怠速)的速度下旋转曲轴12。方法的慢速或"慢滚"操作可允许在任何内部破坏可发生至发动机10之前识别到关于适当发动机操作的问题或关注。由控制阀56供应至空气起动器52的空气可由于充分慢滚性能所需的低速操作而可为非连续的。例如，控制器58可控制控制阀56来提供供应空气的爆发，以保持曲轴在预计或目标速度下运动。
图4示出了根据本发明的实施例且可用于如上文所述的空气起动系统44中的示例性控制阀156。控制阀156的实施例类似于控制阀56的实施例。因此，类似的部分以增加100的类似数字标示，其中将理解控制阀56的相似部分的描述适用于控制阀156，除非另外指出。
如前述实施例那样，控制阀156具有壳体180，其具有形成在壳体180中的入口端口184和出口端口186。流动通路182(图5)穿过壳体的内部198从入口端口184到出口端口186限定。
一个差别在于阀体188示为包括提升阀或活塞200，其具有头部202和从头部202延伸的轴204。活塞200在打开位置与关闭位置之间可往复移动以用于打开和关闭入口端口184。作为备选，阀体188可设计成使得活塞200在打开位置与关闭位置之间可往复移动以用于打开和关闭出口端口186。
活塞200可以以任何适合的方式设计，包括但不限于，头部202可包括下端206，从而限定到凹部210的开口208。此外，O形环211形式的密封件示为可操作地联接至头部202。在头部202处于闭合位置时，O形环211抵靠壳体180，且有助于密封入口端口184。
另一个差别在于，线性马达194示为包括壳体212。线性马达194的壳体212可以以任何适合的形状定形，且可固定至控制阀156的壳体180。此外，如图所示，线性马达194可包括安装至活塞200的轴204的永磁体214以及电磁线圈216。永磁体214位于线性马达194的壳体212内，且轴204的至少一部分延伸到线性马达194的壳体212中。
如图所示，电磁线圈216可包括在壳体212内且外接轴204。线性马达194的壳体212的至少一部分可设在头部202的凹部210内。以此方式，电磁线圈216的至少一部分可位于头部202内。电磁线圈216限定内部218，且轴204延伸穿过内部218，使得永磁体214可穿过内部218往复。以此方式，线性马达194和其构件可整体结合到阀体188中或位于阀体188内，且这提供了紧凑的控制阀156。
此外，偏压元件220包括在控制阀156中，且将偏压力施加至活塞200以将活塞200推至关闭位置(图4)。任何适合的偏压元件220都可使用，包括但不限于如图所示的压缩弹簧或螺旋弹簧222。螺旋弹簧222具有抵靠活塞200的头部202的一端224。在所示的示例中，螺旋弹簧222外接线性马达194的壳体212和电磁线圈216的至少一部分，但这不一定是此情况。
轴承可包括在控制阀156内以便于轴204的运动。例如，第一轴承230示为安装至线性马达194的壳体212且外接轴204。第二轴承232可安装至壳体180且外接轴204。更具体而言，轴承232示为安装在凸缘233内。将理解的是，任何数目的额外的适合密封件或凸缘都可包括在阀156内。在头部202在打开位置与关闭位置之间移动时，第一轴承230和第二轴承232两者允许轴204的线性运动。更进一步，多种密封件234可用于使控制阀156的部分从加压空气密封。
当电穿过电磁线圈216时，其生成磁场，磁场与永磁体214的磁场相互作用，以将足以克服偏压元件220的偏压力的力施加至轴204。更具体而言，当电穿过电磁线圈216时，其生成磁场，磁场使永磁体214移动，引起活塞200的对应移动，导致头部202从关闭位置(图4)移动到如图5中所示的打开位置。这允许了加压空气从入口端口184穿过流动通路182流至出口端口186。线性马达194在30ms或更短的响应时间内使头部202在关闭位置与打开位置之间移动。
在压力源54的操作期间，加压空气在入口端口184处接收。空气的力作用于阀体188上以试图且推动阀体188远离入口端口184且打开控制阀156。螺旋弹簧222和线性马达194产生力，其抵消加压空气的气动力，且保持控制阀156关闭。更具体而言，在没有来自线性马达194的反力的情况下，螺旋弹簧222促使阀体188关闭。此外，在具有特定极性的电压施加至电磁线圈216时，由电磁线圈216产生的磁场与永磁体214的磁场相互作用，且产生朝入口端口184驱动活塞200的力。阀体188中的O形环211相对于阀壳体180密封，且阀体188闭合且防止空气进入入口端口184。
当控制阀156打开时，线性马达194上的电压极性反向。在电流以相反方向流过电磁线圈216的情况下，生成力，其作用为将阀体188拉离入口端口184。由线性马达194生成的拉力与加压空气的推力组合，使阀体188移离入口端口184，允许空气进入入口端口184且通过出口端口184离开。
相反，当控制阀156需要再关闭时，线性马达194上的电压极性再次反向，且线性马达194的力和螺旋弹簧222的力作用为将阀体188朝入口端口184推回，使入口端口184对于加压空气密封，再次关闭控制阀156。通过使线性马达194的电压极性交替，控制阀156可快速打开和关闭以快速调制穿过控制阀156的空气流。
上述实施例提供了多种益处，包括快速响应的气动阀可在大约30ms内完全打开，可调制高达50psig的入口压力，可利用高达150psi的入口压力打开，且可适应至少高达1700scfm的流率。上述实施例可电力地触动，且可用于需要在相对较短时期内引入高空气流的系统。此外，上述实施例可用于需要在相对较短时期内切断高空气流的系统。此外，上述实施例的尺寸和重量相比现代的解决方案更小、更轻、更可靠且成本更低，且上述实施例不依靠内部反馈，且提供基本开/关功能。
更进一步，上述实施例提供实时响应和现场反馈，且因此可用于依靠闭环反馈的系统。更具体而言，在信号给至上述实施例时，按空气流scfm的输出响应目标为在30ms或更短内发生。输入信号与输出响应之间的此最小延迟对于使用相对较高流率且需要对现场反馈的实时响应的气动系统很关键。例如，最小延迟在缓慢转动起动期间很重要，因为起动器系统将另外不会及时切断，且如果存在问题，诸如在气缸头部中存在水时，发动机可在活塞继续往复时被破坏。
在并未描述的程度上，各种实施例的不同特征和结构可按期望与彼此组合。可能未在所有实施例中示出的一个特征并不意味着其不可构造，而是仅为了描述简单而这样做。因此，不同实施例的各种特征可按期望混合和匹配来形成新的实施例，而不论是否清楚描述新实施例。本文所述的所有组合或置换可由本公开内容覆盖。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种控制阀，包括：
限定内部的壳体，其具有形成在所述壳体中的入口端口和出口端口，其中流动通路穿过所述内部从所述入口端口到所述出口端口限定；
具有头部和从所述头部延伸的轴的活塞，且所述活塞可在打开位置与关闭位置之间往复移动以用于打开和关闭所述入口端口和所述出口端口中的至少一者；
偏压元件，其将偏压力施加至所述活塞以将所述活塞推至所述关闭位置；以及
线性马达，其包括安装至所述轴的永磁体和外接所述轴的电磁线圈；
其中在电通过所述电磁线圈时，其生成磁场，所述磁场与所述永磁体相互作用以将足以克服所述偏压力的力施加至所述轴，以引起所述活塞从所述关闭位置到所述打开位置的移动。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述流动通路尺寸确定成允许至少900scfm的流率。
3.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，所述线性马达使所述头部在30ms或更短的响应时间内在所述关闭位置与所述打开位置之间移动。
4.根据权利要求3所述的控制阀，其特征在于，所述流率至少达到1700scfm，且所述响应时间小于25ms。
5.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，所述偏压元件包括具有抵靠所述活塞的头部的一端的螺旋弹簧。
6.根据权利要求5所述的控制阀，其特征在于，所述线性马达包括壳体，且所述螺旋弹簧外接所述线性马达的壳体。
7.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述头部具有限定到凹部的开口的下端，且所述线性马达的壳体的至少一部分设在所述凹部内。
8.根据权利要求7所述的控制阀，其特征在于，所述电磁线圈位于所述线性马达的壳体内，所述轴的至少一部分延伸到所述线性马达的壳体中，且所述永磁体位于所述线性马达的壳体内。
9.根据权利要求8所述的控制阀，其特征在于，所述线性马达的壳体固定至所述控制阀的壳体。
10.根据权利要求9所述的控制阀，其特征在于，所述控制阀还包括外接所述轴且安装至所述线性马达的壳体的轴承。
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