CN105765183B - 活塞式机器 - Google Patents

Abstract

一种活塞式机器，包括：曲轴；限定有内室的气缸；定位在该室中的活塞，活塞连接至曲轴并且构造成在室内往复运动；缸盖，缸盖附接至气缸并且在与活塞相对的端部处封闭该室。缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括用于允许室与相应歧管之间的流体连通的端口；以及对于每个端口组而言的联接至缸盖的气门装置，每个气门装置包括气门、桥和致动器，气门用于操作性地控制通过相应端口的流体流，桥联接至气门，其中，桥相对于缸盖的运动引起气门的同步操作，该致动器用于基于活塞的往复运动而引起桥移动。

Description

活塞式机器

技术领域

本发明涉及一种活塞机器，特别地但非排它性地涉及通过加压气体如空气来提供动力的往复式发动机或压缩机，以及在活塞式机器中使用的气门装置。

背景技术

通常也称为活塞发动机的往复式发动机用于将施加于往复式活塞的压力转换成所连接的轴的旋转运动。在往复式内燃发动机中，通过在活塞进行往复运动的气缸内的燃料的燃烧而提供了压力。在其他类型的往复式发动机中，可以通过将加压气体直接供给至气缸中来提供用于对发动机提供动力的压力。例如，蒸汽发动机通过加热和压缩水蒸汽来提供动力，并且空气发动机通过压缩空气来提供动力。

尽管空气发动机和不依赖于内部燃烧通过加压气体提供动力的其他往复式发动机类型相比于类似尺寸的内燃发动机通常具有减小的能量产生能力，然而仍存在可能有需要的一系列应用，比如在燃烧可能不安全的情形下或不期望将燃烧废物排放到工作环境中。

人们已经对使用压缩气体发动机并且尤其是空气发动机作为汽车的动力源越来越感兴趣。一般来说，假设加压空气可以通过由可再生动力源或至少相比于等同的内燃发动机产生减少的排放物的动力源驱动的压缩机有效产生，空气发动机将在使用时不产生任何污染排放物，并且因而被视为提供了对内燃发动机的相对清洁的替代方案。

US-6,598,392公开了一种压缩气体发动机的示例——被提出用作小型车辆的动力设备，其可以通过压缩气体而非内部燃烧提供动力。特别地，本文的压缩气体发动机包括在气缸内的多个往复式活塞，活塞通过来自源容器的压缩气体驱动。进气门和排气门各自选择性地打开以将压缩气体引导至活塞以驱动活塞以及排出空气。

遗憾的是，目前提出的以空气发动机提供动力的汽车通常具有高度限制的性能和/或操作范围。这可能归因于空气发动机的设计上的缺陷、可以储存的压缩空气的量和其储存压力的物理限制。

本领域中的近期研究寻求解决这些问题中的一些问题，然而大规模空气发动机研究公司比如Engineair Pty Ltd以及Motor Development International S.A.(MDI)提出的设计仍未提供足够的改进以使以空气发动机提供动力的汽车目前在商业上可行——尽管与常规往复发动机结构具有显著差异。

此外，空气发动机技术在汽车中的广泛采用可能需要用于有效提供压缩空气的基础设施以对汽车的供给进行补充，这方面仍不可用。

尽管关于设计不足以及压缩空气的储存和/或生产的类似问题使得在这一点上具有有限的实际应用，然而空气发动机也可以用于允许产生电力，比如在具有不存在电力或燃料分配设备的偏远区域中产生电力。

鉴于以上所述，仍存在对改进的往复式发动机技术特别是关于通过压缩空气提供动力的往复式压缩机的未满足的需要。

本说明书中所引用的任何现有出版物(或从现有出版物推出的信息)或者已知的任何东西都不是并且不应视为对现有出版物(或从现有出版物推出的信息)或者已知的东西构成本说明书所应涉及领域中的公知常识的一部分的承认或认可或任何形式的暗示。

发明内容

在第一概括形式中，本发明旨在提供一种往复式发动机，该往复式发动机包括：

a)曲轴；

b)限定有内室的气缸；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述曲轴并且构造成在所述室内往复运动；

d)缸盖，所述缸盖附接至所述气缸并且在与所述活塞相对的端部处封闭所述室，所述缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括两个或更多个端口，以便允许所述室与相应歧管之间的流体连通；以及

e)对于每个端口组而言的联接至所述缸盖的气门装置，每个气门装置包括：

i)对于所述端口组的每个端口而言的用于操作性地控制通过相应端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥相对于所述缸盖的运动引起所述气门的同步操作；以及

iii)用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥移动的致动器。

通常，所述致动器包括安装在凸轮轴上的凸轮，所述凸轮轴旋转地联接至所述曲轴，所述凸轮构造成根据所述曲轴的旋转位置而控制所述桥的运动。

通常，所述桥包括用于接合所述凸轮的凸轮从动件。

通常，所述致动器引起所述桥移动离开所述缸盖。

通常，每个气门装置包括用于将所述桥朝向所述缸盖偏置的至少一个偏置构件。

通常，所述偏置构件为弹簧。

通常，至少一个气门装置构造成使得所述桥离开所述缸盖的运动引起所述气门关闭相应端口。

通常，所述偏置构件辅助使所述桥朝向所述缸盖移动由此引起所述气门打开相应端口。

通常，至少一个气门装置构造成使得所述桥离开所述缸盖的运动引起所述气门打开相应端口。

通常，所述偏置构件辅助使所述桥朝向所述缸盖移动由此引起所述气门关闭相应端口。

通常，所述致动器引起所述桥朝向所述缸盖移动。

通常，所述致动器基于所述活塞的往复运动而引起所述桥以可控方式朝向所述缸盖移动以及移动离开所述缸盖。

通常，每个气门包括：

a)长形杆，所述杆联接至所述桥；以及

b)位于所述杆的端部处的塞，所述塞用于密封相应端口的开口由此关闭所述端口。

通常，每个气门的所述杆由定位在所述缸盖中的气门导引件径向地支承。

通常，对于所述气门装置中的一个气门装置的所述气门而言，所述气门通过被所述桥提升成使得所述塞移动至所述缸盖中而被打开。

通常，所述活塞相对于所述气缸沿行程方向往复运动，并且所述桥沿所述行程方向移动由此引起所述气门沿所述行程方向移动。

通常，所述气门以关于所述桥的中央平面对称的方式联接至所述桥。

通常，所述发动机包括：

a)位于所述缸盖中的：

i)进气端口组，所述进气端口组用于允许所述室与进气歧管之间的流体连通；以及

ii)排气端口组，所述排气端口组用于允许所述室与排气歧管之间的流体连通；

b)进气门装置，所述进气门装置包括用于对通过所述进气端口组的相应进气端口的流体流进行控制的进气门和联接至所述进气门的进气桥；以及

c)排气门装置，所述排气门装置包括用于对通过所述排气端口组的相应排气端口的流体流进行控制的排气门和联接至所述进气门的排气桥。

通常，所述进气门构造成在所述进气桥移动离开所述缸盖时打开并且所述排气门构造成在所述排气桥移动离开所述缸盖时关闭。

通常，所述进气桥通过进气凸轮移动离开所述缸盖并且所述排气桥通过排气凸轮移动离开所述缸盖。

通常，所述进气凸轮和所述排气凸轮安装在单个凸轮轴上，所述凸轮轴联接至所述曲轴。

通常，所述进气门组件包括用于朝向所述缸盖迫压所述进气桥由此将所述进气门偏置于关闭位置的至少一个进气偏置构件。

通常，所述排气门组件包括用于朝向所述缸盖迫压所述排气桥由此将所述排气门偏置于打开位置的至少一个排气偏置构件。

通常，所述进气门构造成在所述进气桥移动离开所述缸盖时关闭并且所述排气门构造成在所述排气桥移动离开所述缸盖时关闭。

通常，所述进气门组件包括用于朝向所述缸盖迫压所述进气桥由此将所述进气门偏置于打开位置的至少一个进气偏置构件。

通常，所述排气门组件包括用于朝向所述缸盖迫压所述排气桥由此将所述排气门偏置于打开位置的至少一个排气偏置构件。

通常，所述排气端口组与所述进气组相比包括更大数量的端口。

通常，穿过所述排气端口组的排气端口的总排气流动面积比穿过所述进气端口组的进气端口的总进气流动面积大。

通常，所述活塞具有凹形活塞面。

通常，所述曲轴使用滚子轴承而被支承在所述发动机内。

通常，所述活塞包括用于在所述活塞与所述气缸的壁之间形成密封的活塞密封件。

通常，所述发动机包括多个气缸，每个气缸具有相应的活塞、缸盖和气门组件。

通常，针对所述多个气缸中的每个气缸使用相同的活塞、缸盖和气门组件。

通常，所述气门组件构造成使得用于至少一个气缸的所述进气端口对于所有曲轴旋转位置均打开。

在第二概括形式中，本发明旨在提供一种动力生成***，该动力生成***包括：

a)气体压缩机，所述气体压缩机用于接纳气体并且对所述气体进行加压由此供给加压气体；

b)根据权利要求1至34中任一项所述的发动机，所述发动机构造成接纳来自所述气体压缩机的加压气体使得所述发动机由所述加压气体驱动。

通常，所述***还包括联接至所述发动机的发电机。

通常，所述发电机用于将电力供给至下述项中的至少一者：

a)电力负载；

b)电力储存器；

c)电动马达；以及

d)所述气体压缩机。

通常，所述发动机排出具有比环境温度低的排气温度的废气，所述废气用于下述项中的至少一者：

a)冷却；

b)设备的冷却；

c)制冷；以及

d)空气调节。

通常，所述气体压缩机由内燃发动机驱动。

通常，所述内燃发动机通过由所述发动机排出的废气冷却。

在第三概括形式中，本发明旨在提供一种包括如上所述的动力生成***的车辆动力设备。

通常，所述车辆包括车轮并且所述发动机以机械方式联接至传动系由此驱动所述车辆的车轮。

通常，所述***包括储存器，所述储存器用于储存在通过所述气体压缩机供给所述加压气体时未被用来驱动所述发动机的任何加压气体，所述储存器构造成以可控方式向所述发动机供给加压气体。

在第四概括形式中，本发明旨在提供一种加压气体发动机，所述加压气体发动机构造成由加压气体驱动，所述加压气体发动机包括：

a)曲轴；

b)限定有内室的气缸；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述曲轴并且构造成在所述室内往复运动；

d)缸盖，所述缸盖附接至所述气缸并且在与所述活塞相对的端部处封闭所述室，所述缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括两个或更多个端口，以便允许所述室与相应歧管之间的流体连通；以及

e)对于每个端口组而言的联接至所述缸盖的气门装置，每个气门装置包括：

i)对于所述端口组的每个端口而言的用于操作性地控制通过相应端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥相对于所述缸盖的运动引起所述气门的同步操作；以及

iii)用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥移动的致动器。

通常，所述加压气体发动机包括：

a)位于所述缸盖中的：

i)进气端口组，所述进气端口组用于允许加压气体在所述室与进气歧管之间的流体连通；以及

ii)排气端口组，所述排气端口组用于允许废气在所述室与排气歧管之间的流体连通；

b)进气门装置，所述进气门装置包括用于对通过所述进气端口组的相应进气端口的加压气体流进行控制的进气门和联接至所述进气门的进气桥；以及

c)排气门装置，所述排气门装置包括用于对通过所述排气端口组的相应排气端口的废气流进行控制的排气门和联接至所述排气门的排气桥。

在第五概括形式中，本发明旨在提供一种内燃发动机，包括：

a)曲轴；

b)限定有内室的气缸；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述曲轴并且构造成在所述室内往复运动；

d)缸盖，所述缸盖附接至所述气缸并且在与所述活塞相对的端部处封闭所述室，所述缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括两个或更多个端口，以便允许所述室与相应歧管之间的流体连通；以及

e)对于每个端口组而言的联接至所述缸盖的气门装置，每个气门装置包括：

i)对于所述端口组的每个端口而言的用于操作性地控制通过相应端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥相对于所述缸盖的运动引起所述气门的同步操作；以及

iii)用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥移动的致动器。

通常，所述内燃发动机包括：

a)位于所述缸盖中的：

i)进气端口组，所述进气端口组用于允许燃料和空气混合物在所述室与进气歧管之间的流体连通；以及

ii)排气端口组，所述排气端口组用于允许废气在所述室与排气歧管之间的流体连通；

b)进气门装置，所述进气门装置包括进气门和联接至所述进气门的进气桥，所述进气门用于对通过所述进气端口组的相应进气端口的燃料和空气混合物的流动进行控制；以及

c)排气门装置，所述排气门装置包括排气门和联接至所述排气门的排气桥，所述排气门用于对通过所述排气端口组的相应排气端口的废气的流动进行控制。

通常，所述内燃发动机包括下述项中的至少一者：

a)点火源；

b)热塞；以及

c)燃料喷射器。

在第六概括形式中，本发明旨在提供一种往复式发动机，包括：

a)曲轴；

b)限定有内室的气缸；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述曲轴并且构造成在所述室内往复运动；

d)缸盖，所述缸盖附接至所述气缸并且在与所述活塞相对的端部处封闭所述室，所述缸盖包括用于允许所述室与相应歧管之间的流体连通的端口；以及

e)气门装置，所述气门装置包括：

i)用于操作性地控制通过所述端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一方向的运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二方向的运动引起所述气门打开；

iii)关闭致动器，所述关闭致动器用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥沿所述第一方向移动由此主动地关闭所述气门；以及

iv)用于将所述桥朝向所述第二方向偏置的至少一个偏置构件。

通常，所述气门装置构造成使得所述偏置构件在所述关闭致动器未被用来主动地关闭所述气门时引起所述气门打开。

通常，所述关闭致动器包括安装在凸轮轴上的凸轮，所述凸轮轴旋转地联接至所述曲轴，所述凸轮构造成根据所述曲轴的旋转位置而控制所述桥的运动，所述桥包括用于接合所述凸轮的凸轮从动件。

通常，所述桥包括第一桥部和第二桥部，所述气门联接至所述第一桥部，所述第二桥部包括所述凸轮从动件。

通常，所述桥在所述第一桥部与所述第二桥部之间限定有腔，所述凸轮轴延伸穿过所述腔。

通常，每个偏置构件为联接至所述桥的弹簧。

通常，每个弹簧联接至所述桥使得在使用所述关闭致动器以主动地关闭所述气门而使所述桥沿所述第一方向移动时所述弹簧被压缩，使得被压缩的所述弹簧沿所述第二方向迫压所述桥由此在所述关闭致动器未被用来主动地关闭所述气门时打开所述气门。

通常，每个弹簧安装在从所述缸盖向外延伸的突柱上。

通常，所述气门装置包括关于所述气门对称地布置的一对偏置构件。

通常，所述桥沿所述第一方向的运动涉及所述桥移动离开所述缸盖并且所述桥沿所述第二方向的运动涉及所述桥朝向所述缸盖移动。

通常，所述气门装置包括联接至所述桥的两个或更多个气门，每个气门用于操作性地控制通过相应端口的流体流，由此所述桥的运动引起所述两个或更多个气门的同步操作。

通常，所述发动机为构造成由压缩气体驱动的加压气体发动机。

通常，所述发动机为内燃发动机并且还包括下述项中的至少一者：

a)点火源；

b)热塞；以及

c)燃料喷射器。

通常，所述气门装置还包括打开致动器，所述打开致动器用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥沿所述第二方向移动由此主动地打开所述气门。

通常，所述气门装置包括密封解除致动器，所述密封解除致动器用于引起所述桥沿所述第二方向移动以在所述气门关闭之后主动地解除所述端口与所述气门之间的密封。

通常，所述关闭致动器包括安装在凸轮轴上的第一凸轮，所述凸轮轴旋转地联接至所述曲轴，并且所述密封解除致动器包括安装在同一凸轮轴上的第二凸轮，所述第一凸轮和所述第二凸轮构造成根据所述曲轴的旋转位置而控制所述桥的运动。

通常，所述第一凸轮包括第一凸轮凸起部并且所述第二凸轮包括第二凸轮凸起部，并且，根据所述凸轮轴的旋转，所述第一凸轮凸起部沿所述第一方向迫压所述桥由此主动地关闭所述气门并且所述第二凸轮凸起部沿所述第二方向迫压所述桥以主动地解除所述密封。

通常，所述桥包括用于接合所述第一凸轮的第一凸轮从动件和用于接合所述第二凸轮的第二凸轮从动件。

通常，所述桥包括：

a)第一桥部，所述气门联接至所述第一桥部，所述第一桥部包括所述第二凸轮从动件；以及

b)第二桥部，所述第二桥部包括所述第一凸轮从动件。

通常，所述凸轮轴在所述第一桥部与所述第二桥部之间延伸。

通常，所述气门装置构造成使得所述偏置构件对所述气门的关闭进行缓冲。

在另一概括形式中，本发明旨在提供一种活塞式机器，包括：

a)旋转轴；

b)限定有内室的壳体；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述轴并且构造成随着所述轴旋转而在所述室内移动；

d)端口，所述端口设置在所述壳体中以便允许所述室与相应歧管之间的流体连通；以及

e)气门装置，所述气门装置包括：

i)用于操作性地控制通过所述端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一方向的运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二方向的运动引起所述气门打开；

iii)关闭致动器，所述关闭致动器用于基于所述活塞的往复运动而引起所述桥沿所述第一方向移动由此主动地关闭所述气门；以及

iv)用于将所述桥朝向所述第二方向偏置的至少一个偏置构件。

通常，所述活塞式机器为压缩机和往复式发动机中的至少一者。

在另一概括形式中，本发明旨在提供一种用于在活塞式机器中使用的气门装置，包括：

a)用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；

b)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一方向的线性运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二方向的线性运动引起所述气门打开；

c)关闭致动器，所述关闭致动器包括具有凸轮凸起部的可旋转凸轮，并且，根据所述凸轮的旋转，所述凸轮凸起部沿第一线性方向迫压所述桥由此主动地关闭所述气门；以及

d)至少一个偏置构件，所述至少一个偏置构件用于将所述桥沿第二线性方向偏置使得所述至少一个偏置构件在所述气门未被所述致动器主动地关闭时打开所述气门。

在另一概括形式中，本发明旨在提供一种活塞式机器，包括：

a)旋转轴；

b)限定有内室的壳体；

c)定位在所述室中的活塞，所述活塞连接至所述轴并且构造成随着所述轴旋转而在所述室内移动；

d)缸盖，所述缸盖附接至所述气缸并且在与所述活塞相对的端部处封闭所述室，所述缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括两个或更多个端口，以便允许所述室与相应歧管之间的流体连通；以及

e)对于每个端口组而言的联接至所述缸盖的气门装置，每个气门装置包括：

i)对于所述端口组的每个端口而言的用于操作性地控制通过相应端口的流体流的气门；

ii)联接至所述气门的桥，其中，所述桥相对于所述缸盖的运动引起所述气门的同步操作；以及

iii)用于引起所述桥移动的致动器。

在一个概括形式中，本发明旨在提供一种用于在活塞式机器中使用的气门装置，包括：

a)用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；

b)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一方向的线性运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二方向的线性运动引起所述气门打开；

c)关闭致动器，所述关闭致动器包括具有第一凸轮凸起部的可旋转第一凸轮，并且，根据所述第一凸轮的旋转，所述第一凸轮凸起部沿第一线性方向迫压所述桥由此主动地关闭所述气门；以及

d)打开致动器，所述打开致动器用于引起所述桥沿所述第二方向移动由此至少主动地打开所述气门。

通常，所述气门装置包括安装在所述桥上的第一凸轮从动件，所述第一凸轮从动件与所述第一凸轮配合以引起所述桥沿所述第一线性方向的运动。

通常，所述第一凸轮定位在所述第一凸轮从动件与所述气门之间。

通常，所述第一凸轮凸起部沿所述第一线性方向迫压所述第一凸轮从动件离开所述气门。

通常，所述第一凸轮从动件以可移动方式安装至所述桥。

通常，所述第一凸轮从动件通过偏置弹簧相对于所述桥沿所述第二方向而被迫压。

通常，所述第一凸轮从动件在所述第一方向或所述第二方向上的位置被调整以调整气门提升程度。

通常，所述打开致动器包括具有第二凸轮凸起部的可旋转第二凸轮，并且，根据所述第二凸轮的旋转，所述第二凸轮凸起部沿第二线性方向迫压所述桥由此主动地打开所述气门。

通常，所述气门装置包括安装在所述桥上的第二凸轮从动件，所述第二凸轮从动件与所述第二凸轮配合以引起所述桥沿所述第二线性方向的运动。

通常，所述第二凸轮从动件定位在所述第二凸轮与所述气门之间。

通常，所述第二凸轮以与所述第一凸轮同轴且旋转一致的方式安装。

通常，所述气门装置包括安装在共用凸轮轴上的第一凸轮和第二凸轮。

通常，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第一凸轮，所述至少两个第一凸轮与安装在所述桥上的对应的至少两个第一凸轮从动件配合。

通常，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第二凸轮，所述至少两个第二凸轮与安装在所述桥上的对应的至少两个第二凸轮从动件配合。

通常，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开多个第一凸轮。

通常，所述第二凸轮凸起部还在第一凸轮凸起部不沿所述第一线性方向迫压所述桥时限制所述桥沿所述第一线性方向的运动。

通常，所述打开致动器包括用于将所述气门沿第二线性方向偏置的弹簧。

通常，所述桥包括第一桥部和第二桥部。

通常，所述第一桥部和所述第二桥部在所述第一桥部与所述第二桥部之间限定有开口，在使用时凸轮轴延伸穿过所述开口。

通常，所述气门联接至所述第一桥部，并且，所述气门装置包括安装在所述第二桥部上的第一凸轮从动件。

通常，所述气门装置包括联接至所述第一桥部的第二凸轮从动件。

通常，所述气门装置包括从所述桥侧向地偏移的至少一个凸轮和凸轮从动件。

通常，所述气门装置包括间隔开布置的多个打开致动器、桥和气门，每个打开致动器包括至少一个第一凸轮，每个第一凸轮安装在共用凸轮轴上。

在另一概括形式中，本发明旨在提供一种用于在活塞式机器中使用的气门装置，包括：

a)用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；

b)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一方向的线性运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二方向的线性运动引起所述气门打开；以及

c)关闭致动器，所述关闭致动器包括可旋转凸轮，所述可旋转凸轮具有与所述桥上的凸轮从动件接合的凸轮凸起部，并且，根据所述凸轮的旋转，所述凸轮凸起部沿第一线性方向迫压所述凸轮从动件进而迫压所述桥由此主动地关闭所述气门，所述凸轮定位在所述凸轮从动件与所述气门之间。

本发明的上面的概括形式和其相应特征可以独立使用、组合地使用或可互换地使用，并且对相应概括形式的参照并不意在进行限制。

附图说明

现在将参照附图对本发明的示例进行描述，在附图中：

图1A为具有第一曲轴旋转位置的往复式发动机的第一示例的示意立体图；

图1B为具有第二曲轴旋转位置的图1A的往复式发动机的示意立体图；

图1C为如图1B中示出的往复式发动机的缸盖的示意下侧立体图；

图1D为图1A的往复式发动机的示意俯视图；

图1E为图1A的往复式发动机的在图1D上指示的截面A-A’处的示意截面图，图中示出在第一曲轴旋转位置时的进气门位置；

图1F为图1A的往复式发动机的在图1D上指示的截面B-B’处的示意截面图，图中示出在第一曲轴旋转位置时的排气门位置；

图1G为图1B的往复式发动机的在图1D上指示的截面A-A’处的示意截面图，图中示出在第二曲轴旋转位置时的进气门位置；

图1H为图1B的往复式发动机的在图1D上指示的截面B-B’处的示意截面图，图中示出在第二曲轴旋转位置时的排气门位置；

图1I至图1P为图1B的往复式发动机的在图1D上指示的截面C-C’处的示意截面图，图中示出在不同的曲轴旋转位置时的相应的进气门和排气门位置；

图2A为具有V4构型的空气发动机的示例的示意前视立体图；

图2B为图2A的空气发动机的示意后视立体图；

图2C为安装有多个罩的图2A的空气发动机的示意前视立体图；

图2D为曲轴箱被移除以露出曲轴的图2A的空气发动机的示意底视立体图；

图2E为图2A的空气发动机的气缸中的一个气缸的示意截面图；

图3A为图2A的发动机的缸盖和相应的气门组件的示意前视立体图；

图3B为图3A的缸盖和气门组件的示意前视图；

图3C为图3A的缸盖和气门组件的示意侧视图；

图3D为图3A的缸盖和气门组件的示意底视立体图；

图3E为缸盖被移除的图3A的气门组件的示意底视立体图；

图4A为示出图2A的空气发动机的第一活塞和相应的气门的示意侧视图，其中第一活塞接近上止点位置；

图4B为图4B的第一活塞的示意前视图；

图4C为示出图2A的空气发动机的第二活塞和相应的气门的示意侧视图，其中第二活塞接近上止点位置后90°处；

图4D为图4C的第二活塞的示意前视图；

图4E为示出图2A的空气发动机的第三活塞和相应的气门的示意侧视图，其中第三活塞接近上止点位置后180°处；

图4F为图4E的第三活塞的示意前视图；

图4G为示出如图4A中示出的空气发动机的第四活塞和对应的气门的示意侧视图，其中第四活塞接近上止点位置后270°处；

图4H为图4G的第四活塞的示意前视图；

图5A为如图4A中示出的空气发动机的第一活塞关于绝对曲轴角度的气门正时图表；

图5B为如图4C中示出的空气发动机的第二活塞关于绝对曲轴角度的气门正时图表；

图5C为如图4C中示出的空气发动机的第三活塞关于绝对曲轴角度的气门正时图表；

图5D为如图4D中示出的空气发动机的第四活塞关于绝对曲轴角度的气门正时图表；

图6A为图2A的空气发动机的缸盖的示意俯视立体图；

图6B为图6A的缸盖的示意底视立体图；

图6C为图6A的缸盖的示意截面图；

图7A为图2A的空气发动机的进气桥的示意俯视立体图；

图7B为图7A的进气桥的示意底视立体图；

图8A为图2A的空气发动机的排气桥的示意俯视立体图；

图8B为图8A的排气桥的示意底视立体图；

图9A为图2A的空气发动机的进气门的示意俯视立体图；

图9B为图9A的进气门的示意底视立体图；

图10A为图2A的空气发动机的排气门的示意俯视立体图；

图10B为图10A的排气门的示意底视立体图；

图11A为图2A的空气发动机的气门导引件的示意俯视立体图；

图11B为图11A的气门导引件的示意底视立体图；

图12A为图2A的空气发动机的曲轴的示意立体图；

图12B为图12A的曲轴的示意前视图；

图13为图2A的空气发动机的凸轮轴的示意立体图；

图14A为内燃发动机的示例的示意立体图；

图14B为如图14A中示出的内燃发动机的缸盖的示意下侧立体图；

图14C为图1A的内燃发动机的示意截面图，图中示出当活塞处于上止点位置时相应的进气门和排气门位置；

图14D为图1A的内燃发动机的示意截面图，图中示出当活塞处于排气行程的中间部分的位置时相应的进气门和排气门位置；

图15A为往复式发动机的气门装置和缸盖的示例的示意端视图；

图15B为图15A的气门装置和缸盖的示意侧视图；

图16为与图15A的气门装置和缸盖类似但具有联接至桥的两个气门的气门装置和缸盖的另一示例的示意侧视图；

图17A至图17C为压缩机的示意截面图，图中示出在不同的轴旋转位置时的相应的进气门和排气门位置；

图18A为往复式发动机的气门装置和缸盖的另一示例的示意端视图；

图18B为图18A的气门装置和缸盖的示意侧视图；

图19A为气门装置的另一示例的示意侧视图；

图19B为图19A的气门装置的示意端视图；以及

图20A至图20C为在凸轮轴的旋转期间图19A的气门装置的示意端视图。

具体实施方式

现在将参照图1A至图1D对往复式发动机100的示例进行描述。如将从以下描述变得清楚的，发动机100包括通常用在常规的往复式发动机设计中的一些特征并且应当理解的是可以根据已知技术来提供这些特征。

参照图1A和图1B，发动机100通常包括可以具有大致常规构造的曲轴110、气缸120以及活塞130。根据常规的往复式发动机结构，气缸120限定内燃室121，其中活塞130定位在室121内，活塞130连接至曲轴110并且构造成在室121内往复运动。

在这种情况下，发动机100具有单个气缸120和活塞130，然而应当理解的是，根据已知技术，可以使用具有多个气缸120和对应的活塞130的发动机构型。在多缸发动机构型中，每个活塞130可以连接至共用的曲轴110(然而这不是必要的)，并且缸120可以以多种不同几何形状比如在典型的直列、V型、径向式和平式发动机构型中见到的几何形状布置。

在任何情况下，发动机100还包括缸盖140，该缸盖140附接至气缸120并且在与活塞130相反的一端处使室121封闭。应当注意的是，如上所述的多缸发动机构型可以包括与每个气缸120对应的多个缸盖140或替代性地可以包括为不止一个气缸120所共用的一个或更多个缸盖140。

在图1C中示出了与室121接合(交界)的缸盖140的下侧的更多细节。缸盖140包括端口组141、142，端口组141、142包括用于允许室121与相应的歧管(未示出)之间的流体连通的两个或更多个端口143、145，其中，相应的歧管连接至形成在缸盖140中的开口144、146。

在这种情况下，缸盖140包括两个端口组141、142。特别地，进气端口组141设置成用于经由两个进气端口143而允许流体在室121与进气歧管(未示出)之间连通，其中，该进气歧管连接至进气开口144，并且排气端口组142设置成用于经由两个排气端口145而允许流体在室121与排气歧管(未示出)之间连通，其中，该排气歧管连接至排气开口146。

应当理解的是，经由端口组141、142中的每一者连通的流体将取决于往复式发动机100的类型。在内燃发动机中，进气歧管可以供给燃料/空气混合物，该燃料/空气混合物经由进气端口组141连通至室121中以燃烧，并且燃烧的产物可以从室121经由排气端口组142连通至排气歧管中。替代性地，在空气发动机中，加压空气可以通过进气歧管供给并且经由进气端口组141连通至室121中以膨胀，并且膨胀的空气可以从室121经由排气端口组142连通至排气歧管中。

为了本示例，假定发动机100构造成作为空气发动机来操作，然而应当理解的是，发动机100的特征可以应用于任何合适的往复式发动机类型。还注意的是，本示例将假定两行程往复式发动机循环，然而应当理解的是，类似的原理可以适用于四行程循环或其他发动机循环。

在任何情况下，发动机100还包括对于每个端口组141、142而言的气门装置161、162(在图1D的俯视图中大致指示)，气门装置161、162联接至缸盖140。每个气门装置161、162包括对于每个端口143、145而言的气门163、165，气门163、165用于操作性地控制通过相应的端口143、145的流体流。

因此，在本示例中，设置了进气门装置161，该进气门装置161包括进气门163，该进气门163用于控制通过进气端口组141的进气端口143的流体流，并且类似地，设置了排气门装置162，该排气门装置162包括排气门165，该排气门165用于控制通过排气端口组142的排气端口145的流体流。在本示例中，每个气门装置161、162中有两个气门163、165，然而应当理解的是，在气门装置161、162中可以设置有不止两个气门163、165，其中，气门163、165的数量对应于相应的端口组141、142中的端口143、145的数量。

每个气门装置161、162包括联接至气门163、165的桥171、172。在本示例中，进气桥171联接至两个进气门163并且排气桥172联接至两个排气门165。桥171、172构造成使得每个桥171、172相对于缸盖140的运动引起联接至每个桥171、172的相应的气门163、165的同步操作。

每个气门装置161、162还包括致动器181、182，该致动器181、182用于使相应的桥171、172根据活塞130的往复运动而移动。因此，每个桥171、172能够移动使得气门163、165可以与发动机100的操作合拍地控制通过相应的端口143、145的流体流。

致动器181、182的操作可以根据活塞130的往复运动以一系列不同的方式来控制。例如，致动器181、182可以以机械的方式联接至曲轴110使得致动器181、182根据曲轴110的旋转位置使相应的桥171、172移动，如应当理解的是，这将与连接的活塞130的往复运动相对应。致动器181、182可以以凸轮的形式设置在凸轮轴上，该凸轮轴以可旋转的方式联接至曲轴110，比如通过使用正时带或正时链连接。每个凸轮可以与相应的桥171、172接合以使桥根据凸轮的轮廓而以特定的方式移动。在之后的示例中将提供将凸轮用作致动器181、182的这种布置(结构)的更多细节。

替代性地，可以提供用于感测活塞130的位置或曲轴的旋转位置的传感器(未示出)，并且致动器181、182可以基于由传感器提供的信号来操作。在这种情况下，致动器181、182可以根据感测的位置在需要的情况下以机电的方式致动，并且与在机械联接布置下所可能允许的相比，这可以允许桥171、172的更加高度控制的或复杂的运动。

在任何事件(情形)中，桥171、172中的每一者联接至控制通过相应的端口组141、142的端口143、145的流体流的气门163、165，并且因而允许同步控制经由每个端口组141而流入或流出室121的流体流。这允许发动机100设置有成组布置并且以同步的方式一起控制的多个进气端口143和/或出口端口145。然而，尽管在本示例中对进气端口143和出口端口145中的每一者设置端口组141、142，但这并不是必要的并且可以是这样的情况：单独的常规带气门的进气或出口端口装置可以与根据以上示例的端口组141、142一起使用。

应当理解的是，上述往复式发动机100装置提供了用于使用相对简单的机械布置来同步控制多个端口143、145的有效技术。与使用单个进气端口和排气端口相比，使用由对应的气门163、165——其用于控制通过成组的多个进气端口143和排气端口145的气体流——所控制的成组的多个进气端口143和排气端口145通常是有益的，这是因为其在不需要增大气门163、165的尺寸的情况下提供了更大的气体流量，因此有助于确保响应能力和能量效率。然而，在常规的发动机中，多个气门的控制导致了显著增大的复杂性。

与此相比，上述布置允许使用桥171、172而以可靠的方式同步地控制与端口组141、142对应的多个气门163、165，其中，与常规的气门控制技术相比复杂性显著的减小。这种布置还可以引起在气门163、165的响应能力方面的实质改进，这有助于改进的效率。

在发动机100构造成作为空气发动机来操作的本示例中，随着活塞130从位于或靠近上止点的位置移动至向下行程中(即，沿离开缸盖140的方向移动)，进气桥171通常将通过对应的致动器181而移动使得进气门163允许加压空气经由进气端口143供给至室121中，以使加压空气可以驱动活塞130并且使得将动力输送至曲轴110。

如将从图1A和图1B的对比中理解的，这些图中的每个图示出具有不同活塞位置的发动机100。特别地，图1A示出活塞130在经过上止点之后开始向下行程之后不久的发动机100，并且其中致动器181、182使得进气桥171和排气桥172向上移动至上升位置中。另一方面，图1B示出活塞130在经过下止点(在上止点后180°处)之后开始向上行程之后不久的发动机100，并且在这种情况下，致动器181、182使得进气桥171和排气桥172向下移动至下降位置中。

应当理解的是，在空气马达的背景下，图1A图示了在动力(做功)行程期间的示意图，其中，活塞130通过加压气体驱动以做功。图1E和图1F分别示出通过了如图1D中指示的进气门组件161和排气门组件162的截面图。

参照图1E，进气桥171的上升位置使得进气门163提升成打开以使进气门密封件164与进气端口143断开接合。这允许如通过箭头101指示的通过进气开口144供给至进气室147中的加压空气穿过进气端口143进入室121中。因而加压气体能够作用在活塞130上以驱动发动机100的动力行程。

转向示出处于与图1E相同的活塞130位置的排放组件162部件的图1F，应当理解的是，排气桥的上升位置使得排气门165的气门密封件166与排气端口145接合以使排气端口关闭从而防止加压气体从室121逸出。

图1B图示了在返回行程期间的示意图，其中活塞130将膨胀气体从室121排出。图1G和图1H提供了通过了进气门组件161和排气门组件162的对应截面图。

关于图1G，进气致动器181使进气桥171移动至下降位置中并且这进而使进气门163下降从而进气门密封件164使进气端口143关闭并且防止在返回行程期间加压气体进入室121。

在图1H中，排气桥172的下降位置使得排气门165的排气门密封件166沿向下方向与排气端口145断开接合以使排气端口145打开并且允许排放气体经由排气端口而排出至排放室148并且进而通过排气开口146而从缸盖140排出，如通过箭头102指示的。

与每个气缸具有多个进气门和/或排气门的常规的发动机相比，桥171、172可以允许发动机100的机械复杂性显著地减小。例如，使用用于每个端口组141、142的桥171、172意味着与用于根据常规设计的每个气门的单独的致动器(凸轮、摇臂等)相反，合适的致动器181、182仅需要设置成用于控制每个端口组141、142。这能够减小在发动机100的设计中的移动零部件和潜在的磨损和/或失效点的数量。

从上面提及的机械复杂性的减小得出，与等同的常规气门和致动器的等同的移动质量相比，气门装置161、162的移动质量可以减小并且这可以允许在端口143、144、145、146的控制中的改善的响应能力。换言之，桥171、172可以在切换流入或流出室的流体流上便于速度和效率的提升。这进而可以允许发动机100以更高的旋转速度来操作和/或允许端口143、145在使用常规的布置所不可获得的正时参数下来控制。应当理解的是，这可以允许发动机100具有比常规设计的等同发动机可以以其他方式获得的更高的性能和/或效率。

在机械联接的致动器181、182的情况中，与常规的气门***相比，气门装置161、162的减小的机械复杂性还可以引起发动机100上用以操作气门163、165的负荷的减小，因而允许发动机100与常规设计相比具有进一步增大的效率。

应当理解的是，由致动器181、182引起的桥171、172的特定运动可以根据一系列因素——比如联接至桥171、172的气门163、165的类型、流体流需求等——来选择。如以上举例说明的，提升桥171、172会主动打开或关闭相关联的气门163、165，这取决于气门163、165是构造成通过移动至缸盖140中而打开——如同进气门163——还是通过移动进入室121中而打开——如同排气门165。替代性地，致动器181、182可以使得桥171、172中的一者或两者朝向缸盖140下降以主动地打开或关闭气门163、165。在一些示例中，致动器181、182可以构造成使桥171、172主动地上升和下降以主动地打开和关闭气门163、165。

因此，应当理解的是，气门163、165的构型及其取决于由致动器181、182引起的桥171、172的运动的特定的打开和关闭行为并不是特定受限的，然而，如将在之后的示例中变得清楚的，在特定的应用中某些布置可以是有利的。

上述布置还可以允许使用具有非常规设计和操作原理的气门163、165。例如，桥171允许根据致动器181、182和气门163、165是如何构造的而通过推动或拉动动作使气门163、165打开和关闭。与通常使用标准提升气门装置的常规的现代带气门发动机相比，这允许在气门163、165如何可以用于控制通过端口143、145的流体流方面更大的灵活性。

例如，气门163、165中的至少一些气门163、165可以构造成使得其拉动打开至缸盖140中由此避免气门163、165的一部分侵入室121中。这表示与标准提升气门——其通常被推动打开使得密封塞侵入室中从而需要仔细的设计以避免在使用中与活塞相干涉——相比的有效的反向操作。这种反向操作可以通过使缸中的死区容积——这在常规发动机中可以另外需要以避免与气门相干涉——最小化而允许进一步的效率改善。此外，以这种方式使气门163、165的操作反向的能力可以允许设计更好地利用发动机100的整个操作中的压差从而辅助气门163、165的打开或关闭。

在这种情况下，进气门163具有如上所述的反向操作，而排气门165具有与常规的内燃发动机气门类似的打开操作。

如上所述的桥171、172的使用还可以允许主动地将气门163、165驱动至打开和关闭位置中，因而消除在使用提升气门的常规发动机的高速操作时另外遇到的气门浮动影响，其中，提升气门传统地仅通过凸轮活动地打开而通过弹簧关闭。

应当理解的是，可以选择用于控制对于每个端口组141、142而言的流体流的气门163、165的特定打开和关闭正时以根据需要调节发动机100的性能。图1I至图1P提供了适用于作为空气发动机的发动机100的操作的正时的特定示例，图1I至图1P示出了与图1E至图1H中示出的截面图垂直的截面图以示出进气门163和排气门165相对于关于上止点位置测量的活塞位置的位置。

图1I示出在上止点后(ATDC)0°处打开的进气门163，因而通过允许供给至进气室中的加压空气经由进气端口143进入室121而开始动力行程。这种构型被允许而继续经过如图1J中示出的上止点后90°直到如图1K中示出的进气门163关闭的上止点后大致156°为止。此后不久，排气门165如图1L中指示的打开，其中，图1L示出上止点后165°处。排气门165仅在进气门163关闭之后打开以防止交叉排气并且因而防止浪费加压空气。

如图1M中示出的，活塞130移动经过上止点后180°(或下止点)，其中，排气门165保持打开并且此后返回行程开始，在整个返回行程中，室121中的目前膨胀的气体经由排气端口145排出。图1N示出经过上止点后270°的继续的返回行程。在上止点后355°处，如图1O中示出的，排气门165关闭以准备下一动力行程。活塞130最终返回至如图1P示出的上止点位置，其中，进气门163再次打开并且发动机100的下一循环开始。

应当理解的是，发动机100可以使用已知的发动机制造技术和常规材料来构造。在一个示例中，气缸120和室121可以形成为曲轴箱101的一部分，其中该曲轴箱101封围曲轴110。发动机部件/组件比如曲轴箱101、气缸120、活塞130、连接杆131、缸盖140、气门组件161、162的零部件等可以根据操作需求而由包括钢、铝合金、陶瓷、塑料等的任何合适的材料制造。

现在将参照发动机的实施方式的以下详细示例对优选的构造技术和可选特征的示例的更多细节进行描述。

现在将参照图2A至图2E对包含有上述往复式发动机100的特征的空气发动机200的示例进行描述。与先前示例中所述的部件相似的部件被指定以相似的附图标记——将先前所使用的附图标记增加100。

参照图2A和图2B，可以看到空气发动机200包括中央曲轴箱201，其中，四个气缸220附接至该中央曲轴箱201。在本示例中，曲轴箱201由使用合适的紧固件比如螺钉而紧固在一起的机加工的铝板形成。然而，应当理解的是，可以根据对于空气发动机200的特定设计需求而使用一系列不同的曲轴箱构造技术。为了安装，发动机架202可以配装至曲轴箱201。

曲轴箱201容置曲轴210，该曲轴210通常由附接至曲轴箱201结构的轴承(未示出)来支承。滚子轴承为优选的以确保具有减小的摩擦的良好支承，然而应当理解的是可以使用其他类型的轴承比如球轴承或轴颈轴承。

空气发动机200的四个气缸220从曲轴箱201以双排延伸。在本示例中，空气发动机200具有V4构型。换言之，空气发动机200的四个气缸包括四个气缸220并且定位在内的对应的活塞230以“V”形状围绕曲轴210布置。在这种情况下，位于“V”的两个腿部上的相应排的气缸220以90°的角度彼此偏移。

气缸220可以由铝或适于承受在使用中的室内的操作条件的任何其他材料形成。

图2D示出曲轴箱201被移除以露出曲轴210和活塞230的细节的空气发动机200的进一步视图。活塞230设置在每个气缸220内并且使用连接杆131附接至曲轴210。

曲轴210包括各自在两个腹板212之间延伸并且从曲轴210的旋转轴线偏移的两个曲轴销211。曲轴210的更多细节可以在图12A和图12B中看到。

曲轴销211各自联接至两个连接杆231，连接杆231进而联接至位于由成排的气缸220形成的“V”的每个腿部中的相应的活塞230。曲轴销211各自以180°彼此偏移——这鉴于成排的气缸220之间的90°角度提供了相对于曲轴210的旋转位置四个活塞230中的每个活塞之间的90°角度偏移。这具有下述效果：使活塞230的在其相应的气缸220内的位置相互错开以允许通过空气发动机200的均匀的动力输送，并且通过适当的气门正时，动力行程交叠以允许空气发动机200在不需要起动器马达等的情况下自起动。

在图2E的截面图中可以看到气缸220、活塞230以及缸盖240之间的相互关系的更多细节。可以看到可视的活塞230通过连接杆231连接至曲轴销211。通常在连接杆231的一端与曲轴销211之间的连接处设置有轴承232。轴头销233用于将活塞230连接至连接杆231的另一端，并且在该连接处还可以设置有另一轴承234。

在本示例中，活塞230由工程塑料材料比如乙酰形成。然而，应当理解的是，可以使用任何合适的材料。在活塞230的设计中使用结合有形成适当的减轻特征的相对轻质材料有助于减小活塞230的重量并且因而减小在空气发动机200的操作期间使活塞230移动所需的能量。在本示例中，活塞230配装有定位在密封导引件235内的气动密封件(未示出)。替代性地，可以使用其他类型的密封件比如导引环。在任何事件中，这可以允许在不需要润滑***的情况下来操作空气发动机200。然而，应当理解的是，可以使用常规的带润滑活塞装置。活塞230可以包括凹形活塞面，该凹形活塞面可以提供在使用中的期望的加压气体流和压力施加特征。

相应的缸盖240配装至每个气缸220并且每个缸盖240包括相应的进气门装置261和排气门装置262，如图2A和图2B中大致指示的，并且相应的进气门装置261和排气门装置262关于先前的示例如上所述进行操作。

缸盖240可以具有标准化设计使得相同的缸盖240部件可以配装至每个气缸220而与每个气缸220在空气发动机200上的位置无关。应当理解的是，在每个气缸220上使用共用的缸盖240设计可以是期望的，这是由于这将有助于减小构造空气发动机所需的独特零部件数。

缸盖240可以包括位于两侧上的相应的进气开口244和排气开口246以便于灵活的定位。例如，在配装在位于气缸排中的一个气缸排上的缸上的缸盖240上，进气歧管和排气歧管可以分别连接至位于缸盖240的一侧上的进气开口253和排气开口254并且罩板250可以附接至缸盖240的另一侧以覆盖位于那一侧上的开口244、246中的至少一者。另一气缸排上的缸盖240的开口244、246的使用可以通过在缸盖240的不同一侧上将歧管连接至开口253、254而相反。在本示例中，罩板250使进气开口244打开以使加压空气可以从每侧供给至缸盖240，而使排气开口146关闭以使排放空气仅经由排气歧管管路251在一侧上离开缸盖240，如图2B中部分示出的。

缸盖240可以容置不同的气门装置261、262构型以允许不同的气门正时特征。每个缸盖240可以由机加工的铝制成，然而应当理解的是，可以使用不同的材料。

尽管在本示例中示出的缸盖240由单个零部件形成，但应当理解的是，将可以由多个零部件来构造缸盖240。这可以允许不能够轻易机加工成单个零部件的复杂的内部端口几何形状。缸盖240的多个零部件可以使用任何合适的紧固技术而以机械的方式紧固在一起。在缸盖240零部件之间可以定位有垫圈以确保可以通过零部件限定的端口的良好的密封。

还应当理解的是，尽管本示例包括用于提供气缸220和缸盖240的离散式部件，在一些实施方式中，气缸220和缸盖240可以一体地形成为单个零部件，该单个零部件可以使用铸造和/或机加工工艺来形成。

尽管本示例提供了用于每个气缸220的单独的缸盖240，但应当理解的是，一排多个气缸220可以配装有使各自具有如上所述的特征的多个有效缸盖240成一体的单个部件。尽管这会消除在每个气缸220上使用标准化缸盖240的通用化优势，但这可以允许进一步的减重并且在发动机200的大量生产中可以是有用的。

图2E的截面图揭示了定位在形成于缸盖240内的排气端口中的排气门265的细节。气门263、265中的每一者使用气门导引件267而支承在缸盖240内。气门导引件267提供了对于气门263、265而言的稳定侧向支承使得气门263、265相对于端口243、245准确地定位，同时允许平滑的轴向打开和关闭操作。

在本示例中，气门导引件267为可移除的并且具有同样的构造而与气门导引件267是用于支承进气门263还是排气门265无关。

在图2E中，还可以看到进气桥271和排气桥272通过进气凸轮281和排气凸轮282而移动，其中，进气凸轮281和排气凸轮282用作用于使桥271、272移动的相应的致动器。特别地，凸轮281、282与联接至桥271、271的一个或更多个凸轮从动件277接合并且基于对应的活塞230的旋转位置而在凸轮轴280上旋转。每个凸轮从动件277可以以圆柱滚子的形式设置，其中，该圆柱滚子支承在附接至相应的桥271、272的轴上。在适当的时候将提供气门装置261、262的操作的更多细节。

在图13中可以看到凸轮轴280和安装的凸轮281、282的更多细节。在本示例中，进气凸轮281具有凸起部设计，该凸起部设计提供了进气门263的通过使进气桥271提升而打开的大致156°。应当理解的是这延长大多数活塞的动力行程并且与常规的空气发动机设计相比使加压气体暴露于活塞130的时间特别长。排气凸轮282具有凸起部设计，该凸起部设计提供了排气门265的通过将排气桥272提升而关闭的170°。进气凸轮281和排气凸轮282具有其在凸轮轴的同一侧上大致突出的凸起部——该凸起部使得在进气门263打开的同时排气门265关闭——从而避免在动力行程期间加压气体逸出。

图2C示出附接有多个罩的空气发动机200。这些罩可以用于保护空气发动机200的内部部件免受外部环境影响和/或保护操作者免于与内部部件接触。

气缸罩205可以设置成封围实际的气缸220以提供期望的热特性和/或关于气缸220和定位在内的活塞230的保护屏障。缸盖罩206可以设置成封围进气门装置261和排气门装置262的工作部件并且因而有助于减轻由于与移动零部件的无意接触而可能产生的危险和/或降低零部件在机械失效的事件中从空气发动机200被抛出的风险。正时带轮罩207还可以设置成防止被夹危险或防止用于将曲轴210联接至凸轮轴280的正时带在失效的事件中被抛出。

凹谷罩208可以设置成横跨于成排的气缸220之间并且可以保护歧管管道(未示出)，该歧管管道用于将压缩空气供给至进气开口244或将排放空气从缸盖240的排气开口246排出。在这种情况下，凹谷罩包括切口209，进气歧管管道可以定路线为从进气开口244穿过该切口209。

图3A至图3D示出空气发动机200的隔离缸盖140和对应的气门组件261、262的不同视图。

进气门组件261包括联接至进气桥271的两个进气门263，而排气门262包括联接至单个排气桥272的四个排气门265，因而对具有包括不止两个气门265的气门组的情况进行举例说明。每个气门263、265通过气门导引件267而支承在缸盖240中，其中，该气门导引件267使用带肩部、带螺纹的定位***——钉板278通过其而随后附接至气门导引件267——而相对于缸盖240固定就位。根据桥271、272的运动，气门263、265滑动地移动穿过通过气门导引件267而纵向形成的孔口，使得将允许气门263、265的仅线性运动。然而，应当理解的是，气门263、265的这种线性运动——尽管是期望的——不是必要的并且可以设置替代性的装置以允许气门263、265的非线性运动。

每个桥271、272通过突柱273来支承，突柱273从联接至缸盖240的上部面的钉板278向外延伸。桥271、272联接至突柱273使得桥271、272可以沿与突柱273的纵向轴线对准的方向移动，并且在这种情况下，这种运动方向还与相应的活塞230的往复运动方向对准。每个突柱273包括用于偏置构件的保持件275，该偏置构件用于使桥271、272朝向缸盖240偏置。在本示例中，在每个突柱273上设置有弹簧274，并且这些弹簧274用作偏置构件。然而，应当理解的是，在一些示例中，甚至可以不需要偏置构件，比如在桥271、272通过致动器而沿用于使相应的气门263、265打开和关闭的两个方向移动的情况下。然而，弹簧274仍然可以设置成用于对关闭操作进行缓冲并且有助于减小磨损。

每个桥271、272的运动由安装在凸轮轴280上的凸轮281、282引起。在凸轮轴280的一端处安装有凸轮轴正时带轮283并且正时带(未示出)将凸轮轴正时带轮283连接至安装在曲轴210的端部处的曲轴正时带轮214。关于图2B，将看到曲轴箱201包括槽口203，该槽口203用于允许正时带(未示出)在凸轮轴正时带轮283与位于曲轴箱201内的曲轴正时带轮214中的一个曲轴正时带轮之间延伸。

在本示例中，相应的带轮283、214具有匹配的尺寸和齿轮齿数以提供1：1的正时关系，其中，曲轴210的一个完整的回转引起凸轮轴280的一个完整的回转。这提供了适于空气发动机200的操作的2行程气门正时。应当理解的是，2：1正时关系可以用于4行程正时——如对于内燃发动机可能是期望的。

如图3C中示出的，凸轮281、282定轮廓为随着凸轮轴280旋转而使相应的桥271、272周期性地升起，并且一个或更多个凸轮从动件277可以设置在桥271上以允许桥271、272基于旋转凸轮轮廓的平滑运动。应当理解的是，桥271、272将通过形成在凸轮281、282中的凸起部而直接地提升至上升位置中，同时弹簧274的动作将另外使桥271、272朝向下降位置偏置并且确保凸轮281、282与相应的凸轮从动件之间的接合。

设置成用于每个桥271、272的弹簧274可以根据相应的桥的期望操作而具有不同的弹簧刚度。例如，因为进气门263设计成使得进气室247中的加压气体将倾向于将进气门263保持在关闭位置中直到进气门263通过进气桥271而主动地提升成打开为止，因此用于进气桥271的弹簧274可以具有相对较低的弹簧刚度。

如先前所讨论的，进气门263的反向操作可以更适于用在空气发动机实施方式中。在本示例中，进气门263的打开通过进气致动器281由进气桥271的向上运动而主动地控制，并且进气门263通过弹簧而关闭。由于加压气体可以辅助将进气门263维持在关闭位置中，因此弹簧274可以具有相对较小的弹簧刚度。

用于进气桥271的弹簧274的特定弹簧刚度将关于进气门263的表面面积来选择——在关闭状态下，压力负荷将施加到该表面面积上——使得根据需要施加足够的关闭力，但要避免需要将过多的力施加于进气桥271以使进气门263打开。这可以有助于确保进气门263在使用中高度地响应。与此相比，与排气桥272一起使用的弹簧274仅需要具有下述张力：所述张力计算成当排气门265没有通过排气桥272而主动地提升至关闭位置中时施加比施加在室221内的排气门265面上的力略大的力。

在任何事件中，考虑在操作期间的施加的气体压力而合适地选择用于每个桥271、272的弹簧274可以有助于确保期望的快速气门打开和关闭性能。此外，与气门263、265和对应的端口243、245的特定设计构型相关的合适的弹簧274的选择有助于消除许多传统的气门问题——比如气门跳动(磨损)、气门拉伸，并且会导致对于排气门265而言的缓冲关闭效果，并且减小对于进气门263的打开力的需求。

在替代性布置中，进气门263可以具有与排气门265类似的构型，使得其具有大致常规的提升气门密封件，该密封件在打开时向下移动至室221中(即，朝向活塞230)并且通过向上移动(即，离开活塞230)而关闭。以这种方式构造的进气门263的操作将涉及当进气致动器281(即，凸轮等)使进气桥271离开缸盖向上移动时使进气门263主动地关闭——如同排气门265那样。

在上述替代性进气门263构型中的这种主动关闭动作将防止进气门263由于加压气体供给而无意的打开。在这种情况下，进气门263将在偏置构件(即，弹簧)的影响下打开，并且这种打开动作将通过加压空气的供给来辅助。在一些情况下，甚至将不需要偏置构件并且打开可以通过加压空气而完全地实现，然而仍然可以结合有弹簧以在关闭期间提供缓冲效果并且辅助打开操作以用于改善的响应能力。

注意的是，尽管在排气门265中并且在上述替代性进气门263构型中使用大致常规的提升气门密封设计，与常规的内燃发动机——气门主动地打开并且气门关闭依靠弹簧张力——中的提升气门应用相比，特定的打开和关闭方式因桥271的使用仍然是相反的。因此，对于发动机200而言的气门操作比对于常规发动机而言更少地依赖于弹簧。

在任何情况下，注意的是，弹簧274可以完全定位在缸盖外并且因而在空气发动机200的使用期间将不暴露于空气流或温度波动。此外，在本示例中的弹簧274的外部布置并不约束通过缸盖240的空气流。

应当理解的是，空气发动机200中的气门263、265的打开和关闭运动可以与活塞230往复运动方向对准。尽管不是必要的，这允许相比于许多的常规发动机设计的机械简化布置，其中，常规发动机设计具有相对于活塞的往复运动以较大角度作用的气门。例如，控制所有的气门263、265的操作的进气桥271和排气桥272可以使用设置在同一凸轮轴280上的凸轮281、282而移动。与此相比，常规成角度的气门装置将通常需要位于气缸的任一侧上的用于气门的单独的凸轮轴——具有用于每个气门的单独的凸轮。然而，应当理解的是，在发动机的替代性实施方式中，单独的凸轮轴仍然可以用于致动每个桥271、272。

此外，与活塞230的两个面相关的并且与桥271、272和相应的致动器281、282相关的气门263、265的线性致动有助于通过施加直接力(与角度力相反)而提供改善的能量效率，并且还可以提供改善的磨损特性。

转回到图2A，将看到凸轮轴280可以由安装在缸盖240上的凸轮轴轴承284支承。凸轮轴轴承284可以构造成允许调整凸轮轴280在缸盖240上方的相对定位以允许用于具有不同尺寸的凸起部的凸轮281、282设计，这将进而使得用于气门263、265的不同的打开行为。在本示例中，单个凸轮轴280越过发动机200的气缸排而用于两个气缸220。这允许单个正时带轮283用于每个气缸排。然而，应当理解的是，可以对每个气缸设置单独的凸轮轴。

可以关于通过使凸轮轴280相对于曲轴210位置旋转而使气门263、265打开和关闭正时提前以及延迟来调整气门正时。还可以通过使凸轮轴280相对于曲轴210以180°旋转而沿反向方向操作空气发动机200。

图3D示出与气缸220接合的缸盖240的下侧的更多细节。气缸帽249设置成用于与气缸220接合以使室221封闭。端口243、245形成在气缸帽249内。应当理解的是，在这种情况下的两个进气端口243具有与四个排气端口245相比显著更小的直径。

与排气端口组242相比的这些在用于进气端口组241的端口的直径和数量方面的差异允许与可以进入室121的加压气体相比显著更大的体积流量的排放气体从室121被去除。应当理解的是，这可以补偿在空气发动机200的动力行程期间加压气体的膨胀，使得进入以及离开室121的气体的总质量将近似相等。因此，通过由与进气端口243相比更大体积的排气端口245或更多的排气端口245进行排放可以获得性能效率。

图3E示出与图3D类似但将缸盖240隐藏以揭示气门支承件267和气门263、265的更多细节的视图。

注意的是，缸盖240、气门263、265以及气门263、265的相应的桥271、272的总体设计可以实现对气门263、265的运动的最小需求以实现最大打开或关闭操作。如此，这可以允许使用具有较不具侵略性设计的凸轮凸起部的凸轮281、282，这能够提供更平滑的操作和减小的磨损的益处。

在图6A至图6C中可以更详细地看到缸盖240的构造特征。在本示例中，缸盖240通过钻削和其他机加工工艺由实心铝块制造。进气开口244和限定在进气开口244之间的进气室248可以通过越过缸盖240的宽度的钻削孔而形成，并且排气开口246和排放室249可以以类似的方式形成。

导引孔口601可以从缸盖240的上表面钻削并且排放孔口604可以通过继续钻削通过缸盖240的深度而形成从而形成排气端口245。在缸盖240的下侧上，可以对排气端口245的肩部机加工以形成排气门座605。对于进气端口243而言，进气孔口604将不会以同一直径整体延伸通过缸盖240而是将在未达到缸盖的下侧处便停止，使材料的环体形成进气门座603以允许进气门263的密封。

尽管本示例示出单个零部件构造的缸盖240，但应当理解的是，可以使用多个零部件构造来形成更复杂的内部几何形状，如上所述。

如将理解的，缸盖240具有对称的几何布置，该对称的几何布置便于缸盖240用作标准零部件而与气缸构型无关。此外，缸盖240的设计允许使用不同类型的气门263、265或不同的操作方式，从而提供了改善的灵活性。

在图7A和图7B中可以看到进气桥271的细节。进气桥271由整体进气桥本体701形成。进气门孔口702允许进气门263联接至桥，而支承孔口703设置成允许进气桥271支承在突柱273上，如图3A至图3D中示出的。支承孔口703对于其大部分长度而言具有扩大的直径以容置偏置弹簧274。进气桥271还包括用于保持凸轮从动件277的凸轮从动件切口704，其中该凸轮从动件277通常安装在由位于切口704的两侧上的凸轮从动件支承孔口276支承的轴上。

参照示出排气桥272的细节的图8A和图8B，应当理解的是，排气桥272具有与进气桥相比大致相似的构造，但适于容置四个排气门265。因此，排气桥272包括四个排气门孔口802，四个排气门孔口802关于穿过排气桥272的凸轮从动件支承孔口276而限定的中央平面对称间隔开。在这种情况下，存在两个凸轮从动件切口804，两个凸轮从动件切口804用于保持具有与进气桥272所使用的相似构型的两个凸轮从动件277。支承孔口803也与用在进气桥272中的支承孔口类似，从而有助于将独特的零部件数保持最小。

如图9A和图9B中示出的，进气门263包括气门杆901，该气门杆901穿过位于进气桥271上的相应的进气门孔口702。进气门263可以使用任何已知的技术联接至进气桥271并且优选地联接将能够比如通过使用螺纹部和螺母或其他合适的紧固件来调整，以允许对进气门263的打开和关闭操作的精细调整。

如先前所述，本示例中的进气门263具有相比于传统提升气门的反向操作，当关闭时，进气门263可以提供抵抗加压气体的改进的密封。进气门263包括进气门塞902，该进气门塞902在其下侧上限定进气门密封件264并且该进气门塞902由构造成与缸盖240内的进气门座603接合的渐缩进气门座接合部903围绕。

在图10A和图10B中更详细地示出具有更常规气门构造的排气门265。排气门265包括排气门杆1001，该排气门杆1001从排气门塞1002延伸，其中排气门密封件264限定在下侧上，但在这种情况中，在排气门塞1002的相反顶部位置上形成有排气门座接合部1003。因此，当排气门265通过排气桥272而上升时，排气门座接合部1003与形成在缸盖240的下侧上的排气门座605接合。

图11A和图11B示出用于在使用中支承并且导引每个气门263、265的气门导引件267的细节。气门导引件267的导引本体1101包括中央导引孔口1102，在使用中被支承的气门263、265的气门杆901、1001可以线性地行进通过该中央导引孔口1102。导引凸缘1103用于将气门导引件267定位到对应的导引孔口601中，该导引孔口601可以包括用于将气门导引件267定位在形成于缸盖240中的进气孔口602和排气孔口604内的肩部特征部。

应当理解的是，尽管本设计的气门组件261、262已经示出为包括提供桥271、272和气门263、265的单独部件的组件，然而在一些实施方式中，上述气门组件261、262的这些和其他元件可以一体地形成。

如先前所述，空气发动机200的V4构型使得四个活塞230中的每个活塞的往复运动相对于彼此以90°偏移。四个活塞230在图2D中描绘的曲轴210位置处的偏移位置连同气门263、265的内部位置在图4A至图4H中图示。

图4A和图4B示出接近上止点位置的第一活塞230的相应的侧视图和前视图。排气凸轮282使排气桥272提升，这使排气门265刚性地保持在关闭位置中。另一方面，进气凸轮281没有使进气桥271提升而弹簧274有助于确保进气门263向下偏置到关闭位置。

还注意的是，当活塞230靠近上止点时在室221中实际上没有浪费的容积。这是可能的，因为在动力行程开始时进气门263将通向缸盖240并且因而没有与活塞230干涉的风险。与此相比，如果常规气门在上止点处或接近上止点处打开，通向室121的常规气门会与活塞相干涉除非在上止点处在活塞230上方设置合适的容积或者活塞面具有用于避免与气门接触的凹部。因此，存在关于气缸的最小或没有浪费的行程长度，并且这允许当刚将进气门263打开时，就将完全加压气体实际恒定地施加于活塞230的面。

图4C和图4D示出与图4A和图4B中示出的第一活塞230偏移90°的第二活塞230。在这种情况下，第二活塞230经过动力行程。排气门265由于排气桥272通过排气凸轮282提升而保持关闭并且进气门263由于进气桥271通过进气凸轮281提升而对于第二活塞而言也是打开的。

图4E和图4F示出第三活塞230，该第三活塞230以另外90°从前述第二活塞230偏移，使得第三活塞230接近下止点和其动力行程的终点。进气门263已经通过位于进气桥271上的弹簧274的偏置动作而关闭。弹簧274还使排气桥272偏置到下降位置由此使排气门265打开至室121。因此，排气门265准备好允许在返回行程期间将排放气体从室121排出。

图4G和图4H示出第四活塞230，该第四活塞230从第三活塞230再一次以90°偏移并且在这种情况下近似上止点后270°处。根据图4E和图4F，排气门265打开以允许排放气体排出，同时进气门263保持偏置到关闭位置中。

图4A至图4H中图示的对于每个活塞的整体相对气门正时可以通过与图5A至图5D中示出的相应正时图进行比较来更好的理解。正时图分别示出进气门263和排气门265何时相对于绝对曲轴角度打开，绝对曲轴角度在第一活塞处于上止点位置时被设定为0°。

如图5A中可以看到的，其中，第一活塞位置与绝对曲轴角度直接对应，进气门263从上止点打开到上止点后大致156°处，此后，进气门263关闭并且排气门265在上止点后大致165°处打开。排气门在行程的整个剩余时间中保持打开直到上止点后355°处为止。

图5B至图5D图示了分别用于第二活塞、第三活塞以及第四活塞230的类似的正时循环，但由于正时图表是参照绝对曲轴角度而不是活塞230的局部位置因此各自以90°偏移。这允许下述时间段之间的交叠的显现：在这些时间段中，进气门263打开并且加压气体主动驱动相应的活塞230。应当理解的是，在任何绝对曲轴角度，将存在具有打开的进气门263的至少一个活塞230，并且在大多数曲轴角度，将实际存在具有打开的进气门263的两个活塞230。

由于加压气体将始终能够沿着动力行程而开始驱动至少一个活塞230，因此这允许在没有任何特定的起动过程的情况下通过简单地将加压气体供给至缸盖240的进气开口244而使空气发动机200容易地自起动。

应当理解的是，空气发动机200可以通过通常经由进气歧管将加压空气供给至缸盖240的进气开口244来操作。排放产物将为膨胀空气，该膨胀空气通常可以经由单独的排气歧管从缸盖240的排气开口246去除。通常排放空气将处于或接近大气压力并且由于其在空气发动机200中的快速膨胀而可以处于相比于环境条件显著减小的温度。

动力生成***可以使用连接至合适的加压空气源的空气发动机200。在一个示例中，空气发动机200可以供给以储存在合适的压力容器中的加压空气。加压空气至空气发动机的流动可以被控制以改变由空气发动机200产生的操作速度和动力。在另一示例中，动力生成***可以包括空气压缩机，该空气压缩机生成可以根据需要而储存或者直接供给至空气发动机的加压空气。在储存加压空气的情况下，储存加压空气可以使用高压储存箱来执行，使得加压空气可以根据要求供给至空气发动机。这还可以允许对加压空气至空气发动机200的供给压力和流量的进一步控制，由此根据需要控制动力输出。

优选地，空气压缩机将通过可易于获得的动力源来提供动力，并且空气发动机200可以使用加压空气来输送有用的旋转动力以用于其他应用。用于对空气压缩机提供动力的动力源可以包括可再生动力源比如太阳能电池。替代性地，空气压缩机可以通过常规发动机或通过由电网供给的或储存在电池中的电力来提供动力。

发电机可以联接至空气发动机200的曲轴210以允许使用加压空气源而产生的旋转动力被转换成电力。这可以允许空气发动机200有用地应用于下述远程应用中：其中电力或化学燃料是不可用的但能够使用空气压缩机在本地运送储存的加压空气或压缩空气。还应当理解的是，由空气发动机200生成的动力可以储存以用于后续使用，比如通过使发电机将电力供给至电池以用于储存。

如先前所述，作为排放流从空气发动机200输出的膨胀空气可以比周围环境空气显著地更冷。这种变冷(制冷)的排放流还可以用于其他冷却应用比如空调或使发热设备冷却。

在一个示例中，来自空气发动机200的变冷的排放流可以用于比如在远程矿业应用中使柴油发电机冷却。空气压缩机可以通过柴油提供动力并且空气压缩机产生的加压空气可以用于操作空气发动机200，其中，该空气发动机200进而联接至发电机以补充由柴油发电机产生的电力。来自空气发动机200的变冷的废气可以随后给送至冷却***以用于使柴油发电机冷却。

在另一示例中，空气发动机200可以用在车辆动力设备——比如用于长距离原动力卡车——中。车辆动力设备可以包括内燃发动机，该内燃发动机对压缩机提供动力以用于产生可以储存或直接供给至空气发动机200的加压空气的供给。在卡车动力设备的一个示例中，空气压缩机可以通过柴油发动机来常规地提供动力，该柴油发动机可以以最高效率恒定地操作并且可以具有比驱动卡车自身另外所需的显著更低的容量。然而，空气发动机200可以定尺寸为使用加压空气输送足够的动力以驱动卡车。与使柴油马达运行以驱动卡车自身的替代性实施方式相比，由于柴油压缩机的有效操作因此可以实现效率效益。应当理解的是，可以另外使用除了柴油发动机之外的内燃发动机。

如上所述的车辆动力设备还可以有益地使用来自空气发动机200的冷却排放空气以用于在使用中使内燃发动机冷却。应当理解的是，这可以进一步改善车辆动力设备的效率并且还可以有助于防止过热——特别在极端环境条件中和/或在车辆的重度使用期间。

这种车辆动力设备还可以包括用于储存由空气压缩机供给的加压空气的能力，这可以允许加压空气根据要求供给至空气发动机200。在一些示例中，储存的加压空气可以以比另外由空气压缩机所提供的更高的流量来供给，因而允许当需要时通过空气发动机200输送额外的动力。在较小动力要求的时间段中——比如在斜坡或车辆的制动期间——空气发动机200所不需要的过多的加压空气可以储存以用于后续使用。

应当理解的是，这种布置与用在矿用卡车上的***有些类似，在矿用卡车中，柴油动力发电机生成被电动马达使用的电力以驱动卡车。这种布置通过用更简单的机械***来替换昂贵的电池***和高电流线路而可以消除对昂贵的电池***和高电流线路的需要。还应当理解的是，可以对包括船、坦克、直升飞机、挖掘机等在内的其他类型的车辆提供类似的车辆动力设备布置。类似的布置还可以用在仍然需要旋转动力的静态设备——比如钻削设备——中。

鉴于上述，应当理解的是，使用空气发动机200的***可以在可能不是特别好地适应于常规技术的情况下实现动力的有效生成。注意的是，大量的加压空气可以常规地储存以便在需要时被空气发动机200使用，并且新供给的加压空气可以使用可再生资源而持续地产生。与此相比，将大量的电能储存在电池中通常是不可行的。

往复式发动机的上述特征提供了利用压缩气体的动能的独特有效的方法。如上所述的优选实施方式将下述特征组合从而将能量的输入控制至无可匹敌的效率级别：所述特征显著降低储存在压缩气体中的能量的浪费。

这种效率可以通过以上详细公开的独特的机械操作气门和缸盖构型来实现。气门和缸盖构型允许较长的动力行程(在2行程构型中操作的任何时候都达到180度)，提供流动致动和气体输送的快速和准确的可重复性、控制性以及效率。这会导致对于输入能量而言的显著更大的动力和扭矩输出(与其他类似的往复式发动机设计相比)。

应当理解的是，包括使用所述桥的气门装置的设计允许发动机产生燃料源要克服的减小的内部阻力，这会引起更有效的操作。发动机可以构造有使发动机相对更容易翻转的固有低旋转惯性，而与气门是否打开无关，从而避免在气缸中对空气进行压缩的需要。对此有若干原因，并且这些原因中的一些原因在以下陈述，然而应当理解的是下述并不是穷举性列表。

首先，注意的是，气门装置的设计允许气门在不需要使用高度张紧弹簧以使气门返回至其歇止状态的情况下来操作。因此，发动机的旋转并不需要克服由于高度张紧弹簧产生的阻力，从而意味着在操作气门***时消耗较少的能量，并且更多有用的动力可用于曲轴处。这可以与高性能发动机比如在牵引车中发现的高性能发动机——其中，发动机具有带有极高的弹簧张力的弹簧以使气门尽可能快的突然关闭——相反。

上述气门装置可以消除对这种弹簧构型的需要。由偏置构件比如弹簧所需的唯一的力为下述力：该力需要克服由施加在气门的面上的内室压力所施加的力。如此，所有严格需要的是仅具有比作用在气门面表面上的力略高的张力的偏置构件。事实上，在用于空气发动机的进气门的情况中，假设最高的压力将通常作用在气门的相反侧上，则甚至不需要偏置构件，然而弹簧仍然可以用于缓冲或用于辅助气门的响应能力。

此外，注意的是，气门装置可以通过相对较小的气门运动来操作，并且在呈凸轮的形式的致动器的情况下，这可以允许与常规的凸***作式气门设计中相比更小的凸轮几何形状。假设可以减小每个凸轮凸起部的重量和偏心距，这可以减小每一次回转所需的凸轮接触速度，还可以减小磨损，并且有益于凸轮轴平衡。

通过允许在紧凑的布置中的气门的线性致动，发动机设计还通过消除角运动的机械缺点和需要更多的固有发动机动力来克服的较长的行程距离提供了相比于常规的成角度提升气门装置和特别传统的摇臂***的显著改进。凸轮用作致动器的气门装置的实施方式具有下述益处：凸轮凸起部直接作用在桥的凸轮从动件上以使联接至气门的桥有效地且主动地移动。如此，桥接***消除了具有更有利的杠杆比的这种机械缺点。还注意的是，由于在曲轴与凸轮轴之间的连接中使用了有利的机械优势，因此发动机的实施方式还可以通过发动机上减小的内在约束而提供改进的机械效率。在优选的实施方式中，凸轮轴正时带轮在最高凸起部点达到凸轮直径的两倍。

如上所述，上述往复式发动机构型的方面还可以发现应用于内燃发动机。例如，包括用于在紧凑且机械简化的构型中对多个气门的操作进行同步控制的桥的气门装置还可以用在内燃发动机中。应当理解的是，上述示例可以比如通过相对于曲轴改变凸轮轴正时以允许4冲程操作以及通过将排气门重新构造成与进气门类似而适用于内燃发动机应用。

图14A至图14D中示出内燃发动机1400的示例实施方式。将注意的是，本示例与参照图1A至图1P所描述的示例类似，并且由此，相似的特征被指定以相似的附图标记。

根据本示例的内燃发动机1400总体包括曲轴110(未示出)；气缸120，该气缸120限定内室121；活塞130，该活塞130定位在室中，活塞130连接至曲轴110并且构造成在室121内往复运动。

内燃发动机还包括缸盖140，然而在这种情况下缸盖140可以包括与前述示例的构造特征相比不同的构造特征以容置点火源1410，比如如图14B至图14D中图示的火花塞或任何其他已知类型的点火源1410。应当理解的是，点火源1410在柴油发动机的情况中并不是必要的，尽管缸盖140仍然可以根据发动机类型而包括其他的改变形式。例如，在柴油发动机的情况下，缸盖140可以适于容置热塞(电热塞)、燃料喷射器等。

如在先前示例中，缸盖140附接至气缸120并且在与活塞130相反的一端使室121封闭，并且缸盖140包括端口组141、142，端口组141、142包括用于允许室121与相应的歧管之间的流体连通的两个或更多个端口143、145。在这种情况下，进气端口组141包括两个进气端口143并且排气端口组142包括两个排气端口145。对于每个端口组141、142而言，设置有联接至缸盖140的气门装置161、162。每个气门装置161、162包括对于端口组141、142的每个端口143、145而言的气门163、165，气门163、165用于操作性地控制通过相应的端口143、145的流体流。

桥171、172联接至用于每个气门装置161、162的气门163、165，其中，相应的桥171、172相对于缸盖140的运动致使联接至相应的桥171、172的气门163、165的同步操作。致动器181、182设置成用于使每个桥171、172根据活塞130的往复运动而移动。

如在图14B至图14D中可以看到的，进气端口143和对应的进气门163的构型与更具体地涉及空气发动机的先前示例相比是不同的。特别地，在这种情况下进气门163与排气门165的类似之处在于：两种类型的气门163、165都通过移动至室121中而使其相应的端口143、145打开，并且具有大致类似的气门密封件164、165构型。图14C示出在活塞130经过上止点以开始进气行程时打开的进气门163，而图14D示出在活塞130向上行进在排气行程时打开的排气门165。注意的是，活塞130面可以包括凹部以避免当活塞130处于上止点时与点火源1410和当打开时深入室121中的进气门163相干涉，从而允许活塞130与缸盖140之间的死区容积减小。

将回想到先前的空气发动机示例的进气门163能够通过移动至缸盖140中而打开，这鉴于通过供给的加压空气而施加于进气门163的压力而可以是有益的。这种布置在被供给空气的内燃发动机1400的情况中益处较小并且气门密封件164、165更好的适于承受由于燃烧而在室121内生成的压力。

因此，当相应的致动器181、182使桥171、172移动离开缸盖140时，进气门163和排气门165可以各自主动地关闭，与先前描述的示例的排气门165类似。进气门163和排气门165可以通过偏置构件比如弹簧而打开，然而还可以通过致动器181、182致使桥171、172朝向缸盖140运动以主动地打开气门163、165。

注意的是，使用各自以这种方式主动地关闭的进气门163和排气门165的类似的装置还可以用在与上述空气发动机类似的空气发动机中。还应当理解的是，内燃发动机示例中的气门163、165可以替代性地由于致动器181、182而主动地打开以及通过偏置构件而关闭。

在任何事件中，应当理解的是，使用下述气门装置161、162将提供与每个先前示例所述的类似的益处：其中相应的桥171、172通过致动器181、182而移动以实现对应的气门163、165的同步操作。

此外，当应用于内燃发动机时，考虑的是由于气门163、165可以在不像常规内燃发动机中那样依靠弹簧张力以使气门返回的情况下主动地关闭(并且可选地主动地打开)，因此如上所述的气门装置161、162可以允许改善的气门耐久性和致动速度。这在下述高性能发动机中将是特别有益的：在该高性能发动机中，气门关闭响应能力可以是与操作速度相关的限制因素。在根据上述示例的一些发动机中，弹簧甚至可以不需要用于使气门打开或关闭而可以仅需要用于提供缓冲效果。

鉴于上述，应当理解的是，具有主动关闭气门的气门装置可以展现出期望的性能改善，特别是在内燃发动机中。这种气门装置的示例已经在多气门发动机的背景下进行描述，然而类似的原理还可以有用地应用于具有仅单个进气门和单个排气门的发动机。

因此，现在将参照图15A和图15B对用于具有单个进气门和单个排气门的发动机的气门装置1560和对应的缸盖1540的示例进行描述。

应当理解的是，图15A和图15B中描绘的采用气门装置和缸盖140的往复式发动机将包括下述典型的往复式发动机特征：曲轴；气缸，该气缸限定内室；活塞，该活塞定位在室中，活塞连接至曲轴并且构造成在室内往复运动，然而考虑到在本示例中主要关注气门装置1560和缸盖1540的特定构型，这些特征已经隐藏。

发动机还包括缸盖1540和气门装置1560，其中，该缸盖1540附接至气缸并且在与活塞相反的一端处使室封闭。缸盖1540包括用于允许室与相应的歧管之间的流体连通的端口，并且气门装置1560包括用于操作性地控制通过端口的流体流的气门1563。

在这种情况下，在气门装置1560中设置仅单个气门1563。为了本示例，该气门1563假定为进气门1563。为了完整起见，另一气门1565在图15A中图示并且另一气门1565假定为排气门1565。应当理解的是，类似的气门装置可以用于排气门1565，然而出于简洁起见类似的气门装置在图15A中已被隐藏。

气门装置1560包括联接至气门263的桥1570，其中，桥1570沿第一方向的运动使气门263关闭并且桥1570沿第二方向的运动使气门263打开。气门装置1560还包括关闭致动器1580和至少一个偏置构件1574，其中，该关闭致动器1580用于使桥1570根据活塞的往复运动而沿第一方向移动以由此使气门主动地关闭，该至少一个偏置构件1574用于使桥1570朝向第二方向偏置。

当关闭致动器1580作用在桥1570上时，气门装置1560的这种形式允许气门1563抵抗偏置构件而以机械的方式移动至关闭位置中，而当关闭致动器1580没有作用在桥上时，偏置构件1574可以用于使气门1563返回至自然打开位置。应当理解的是，所产生的气门操作与在内燃发动机等中的常规提升气门的气门操作相反，在常规提升气门中，气门以机械的方式传统地打开并且依靠弹簧使气门返回至关闭状态。

如上所述，当与这种常规装置相比时，提供具有主动气门关闭的气门装置有显著优势。重申一下，这些优势包括当使用主动关闭气门装置1560而不是传统的主动打开气门构型时，对发动机的旋转的固有阻力的显著减小。

注意的是，常规内燃发动机中的旋转阻力的主要来源为使传统的主动打开气门可靠地关闭所需的弹簧张力。由于常规发动机的弹簧的固有动态响应特性，因此常规发动机的弹簧仅可以使气门以给定的速度返回至其关闭位置，其中，该固有动态响应特性取决于包括弹簧张力和气门质量在内的因素。在较高的操作速度时，气门可能没有时间成功地关闭。这个问题已知为气门浮动。如果在常规内燃发动机中气门在充足的时间内没有关闭，结果或是由于通过仍然打开的气门逸出而使压缩气体减小从而损失动力，或是更严重地，导致气门与活塞之间的相干涉，这种相干涉会导致对气门和/或活塞的大范围的损坏。因此，气门浮动传统地限制常规发动机的最大操作速度。

传统地，在常规提升气门构型中的气门浮动的问题通过控制弹簧的性能而仅部分地缓解。例如，如果需要常规发动机的更高的操作速度，则可能需要更重的气门弹簧以确保气门能够可靠地返回至关闭位置。这导致当弹簧在使气门打开期间压缩时以在凸轮轴上的增大的负荷为代价，并且这进而在凸轮轴使用正时带等联接至发动机的常见情况中生成更高的旋转阻力。

与此相比，在根据本示例的气门装置1560中，消除了在较高速度时由于气门浮动而引起的气门没有适当地关闭的问题。因为其基于活塞的往复运动而主动地关闭，因此在越发增大的气门速度下气门1563可以移动至关闭位置中，并且在气门1563的关闭操作中不依靠弹簧或其他时间限制偏置装置。

尽管气门装置1560包括偏置构件1574，比如联接至桥1570的弹簧，这仅可以设置成用于便于气门1563的打开操作。在本示例中，气门装置1560构造成使得每当关闭致动器1580没有用于使气门1563主动地关闭，偏置构件1574就致使气门1563打开。已经发现这种构型与常规发动机中所需的弹簧张力相比需要更大程度减小的弹簧张力。

特别地，用于使气门1563打开所需的弹簧张力可以计算成仅抵消在气门1563需要打开时施加于气门1563的面的最大内室压力。注意的是，无论增大的速度如何，所需的弹簧张力在整个转速范围中保持恒定。在气门装置1560的优选实施方式中，用以提供使气门1563打开的偏置构件1574的弹簧的弹簧张力可以设定为用于使对应的尺寸和性能的常规内燃发动机的类似气门关闭所需的弹簧张力的近似一半。

因此，应当理解的是，具有主动关闭气门1563的气门装置1560通过允许使用具有相对轻的弹簧张力的弹簧而有助于减小固有阻力。

在本示例中，桥1570沿第一方向的运动涉及使桥1570移动离开缸盖1540并且桥1570沿第二方向的运动涉及使桥1570朝向缸盖1540移动。这允许气门1563具有大致常规气门密封件1564布置并且通过使气门密封件1564延伸至室中而打开以及通过使密封件1564座置于形成在缸盖1540中的端口中而关闭。然而，应当理解的是，用于允许通过桥1570的致动的主动气门关闭的其他构型可以是可能的。

如图15A中描绘的，气门装置1560可以结合于包括点火源比如火花塞1510的内燃发动机中。应当理解的是，气门装置1560可以定位成使得允许常规的火花塞1510垂直于活塞面定位。

在其他内燃发动机比如柴油发动机中，可以不需要火花塞1510然而可以提供其他标准的发动机特征比如热塞或燃料喷射器。替代性地，气门装置1560可以用于构造成通过加压气体来驱动的加压气体式发动机，其可以以与上述类似的方式来操作。

现在将对如图15A和图15B中示出的气门装置1560的另外优选(虽然是可选的)特征进行描述。

根据先前示例，关闭致动器可以以凸轮轴1580的形式设置，该凸轮轴1580包括安装在其上的至少一个凸轮1581。就这点而言，尽管示出了单个凸轮1581，多个凸轮可以设置成在共用的凸轮轴上间隔开，其中，每个凸轮具有相应的从动件，如以下将关于图19和图20的示例更详细地描述的。为了解释本示例，将参照单个凸轮1581，然而应当理解的是这并不旨在限制。

凸轮轴1580将通常以可旋转的方式联接至发动机的曲轴。因此，凸轮1581可以构造成根据曲轴的旋转位置来控制桥1570的运动。应当理解的是，气门装置1560可以使用顶置(高架)凸轮1581布置而安装在缸盖1540上方。桥1570可以进而包括用于与凸轮1581接合的凸轮从动件1577，如图15A中示出的。因此，这提供了用于将曲轴的旋转运动转换成气门1563的所需的运动的低摩擦装置以用于根据需要使气门1563关闭和打开。

桥1570可以包括第一桥部1571(或主桥本体)和第二桥部1572(或桥帽)，其中，气门1563联接至该第一桥部1571，该第二桥部1572包括凸轮从动件1577。在该特定示例中，桥1570限定位于第一桥部1571与第二桥部1572之间的腔体，使得凸轮轴1580能够延伸通过腔体。桥1570的这种结构构型提供：用于在桥1570通过凸轮1581的凸起部致动时允许气门1563提升至关闭位置中的方便的几何布置。

如上所述，每个偏置构件可以以联接至桥1570的弹簧1573的形式设置。在本示例中，每个弹簧1574联接至桥1570使得当使用位于凸轮轴1580上的凸轮1581(或任何其他合适的关闭致动器)而使桥1570沿第一方向移动时弹簧1574压缩从而使气门1563主动地关闭，以使得当凸轮1581没有用于使气门1563主动地关闭时压缩的弹簧1574沿第二方向迫压桥1570由此使气门1563打开。

换言之，弹簧1574提供了在气门1563的机械关闭期间由作用在凸轮从动件1577上的凸轮1581所克服的偏置张力，同时通过释放偏置张力而实现气门1563的打开。

如图15A和15B中示出的，每个弹簧1574可以安装在从缸盖1540向外延伸的突柱1573上。在与先前所述类似的布置中，每个弹簧1574可以使用保持件1575而保持在突柱1573上，使得弹簧1574有效地联接至桥1570。在本示例中，气门装置1560包括关于气门1563对称布置的一对弹簧1574，从而允许桥1570的平衡的偏置由此确保气门1563线性地打开。

鉴于具有用于多个气门的同步操作的桥的发动机的以上示例，还应当理解的是，参照图15A和图15B所描述的气门装置1560的类型还可以用于多个气门。为了图示这种情况，图16示出与上述的气门装置大致类似但包括联接至同一桥1570的两个气门1563的气门装置1660的另一示例。每个气门1563用于操作性地控制通过相应的端口的流体流，从而桥1570的运动致使两个气门1563的同步操作。

通过将图16与图15B进行对比，应当理解的是，这种气门装置1660包括如同较早描述的大致类似的特征，虽然其中一些特征被复制或另外修改以适应于两个气门1563而不是先前示例的单个气门1563。在任何事件中，如果期望，将应用类似的操作原理以及多个气门1563的机械同步操作的另外益处连同使用单个凸轮1581操作多个气门的能力。

尽管图15A、图15B以及图16的示例示出包括关闭致动器1580的布置——该关闭致动器1580由用于仅确保气门1563的主动关闭的凸轮等来提供，但应当理解的是，可以提供还允许气门1563的主动打开的发动机的其他示例。在一个示例中，气门装置1560可以额外地包括用于使桥1570根据活塞的往复运动而沿第二方向移动的打开致动器，以由此使气门1563主动地打开。应当理解的是，这可以例如通过使用下述额外的凸轮来实现：与用于提供关闭致动器的凸轮相比，该额外的凸轮构造成使桥沿相反方向致动，其中，两个凸轮将优选地具有互补的轮廓以确保在任一时刻凸轮中的仅一个凸轮使桥主动地致动。

不考虑发动机是构造成仅使气门主动地关闭——其中偏置构件用于使气门打开——还是构造成使气门主动地关闭和打开，气门装置仍然可以包括偏置构件，并且可以构造成使得偏置构件对气门的关闭进行缓冲。

气门装置1860的另一示例在图18A和图18B中示出。气门装置1860与图15A和图15B的气门装置1560的先前示例大致类似并且共用的特征被指定以先前示例相同的附图标记。然而，在这种情况下，气门装置1860包括额外的特征以改进在下述情况下的气门打开：可能需要克服极大的压力以使气门关闭时气门与端口之间的密封解除。

这种情况可能例如在内燃发动机中出现，在内燃发动机中，排气门需要抵抗燃烧之后的增大的压力而打开。尽管偏置构件可以构造成当关闭致动器没有用于使气门主动地关闭时使气门打开，根据先前示例，这可能必须使用强力弹簧或其他合适地强力偏置构件以使气门密封可靠地解除并且抵抗室中的压力使气门打开。使用更强的偏置构件会不期望地增大对发动机的操作的阻力。

在图18A和图18B的示例中，这种潜在的问题通过将密封解除致动器1885设置为气门装置1860的一部分来解决，其中，该密封解除致动器1885用于在气门1563关闭之后使桥1570沿第二方向(在本示例中为朝向缸盖1540)移动以使端口(未示出)与气门1563之间的密封主动地解除。

因此，密封解除致动器1885用作上述的用于主动打开气门1563的打开致动器的具体形式。尽管打开致动器可以用于使桥1570沿第二方向移动以完全打开气门1563，然而这对于密封解除致动器1885而言不是必要的。而是，密封解除致动器1885可以构造成仅提供桥1570的充分运动以克服室压并且解除密封从而允许通过偏置构件1574提供的剩余的打开运动。应当理解的是由于不再需要提供足以解除气门密封的偏置力，因此可以允许使用相对更弱的偏置构件1574。密封解除致动器1885可以仅在发动机循环的一小段中作用在桥1570上以开始打开气门1563。

根据前述示例，关闭致动器可以通过安装在凸轮轴1580上的旋转地联接至该曲轴的第一凸轮1581提供。在本示例中，密封解除致动器可以通过安装在同一凸轮轴1580上的第二凸轮1885提供。第一凸轮1581和第二凸轮1885因而构造成根据曲轴的旋转位置控制桥1570的运动。应当理解的是关闭致动器和密封解除致动器将因其设置在同一凸轮1580上而直接同步。

如图18A中最佳可见的，第一凸轮1581包括第一凸轮凸起部而第二凸轮1885包括第二凸轮凸起部。在凸轮轴1580旋转时，第一凸轮凸起部沿第一方向迫压桥1570从而主动关闭气门1563并且第二凸轮凸起部沿第二方向迫压桥1570从而主动解除密封。

这种类型的凸轮装置可以被认为包括主关闭凸轮(第一凸轮1581)和第二“推进”凸轮(第二凸轮1885)，第二推进凸轮被赋以提供短程推进以解除密封并且允许呈弹簧等形式的偏置构件1574使气门1563偏置到打开位置的功能。

应当理解的是由推进凸轮(第二凸轮1885)提供的密封解除致动器可以向气门1563施加一些动量，这也可以有助于使气门1563朝向打开位置移动而不需要来自偏置构件1574的大的偏置力。然而，偏置构件1574仍可以用于在使用打开致动器时对上面提到的气门1563的关闭进行缓冲。

为允许这种操作，桥1570可以包括用于接合第一凸轮1581的第一凸轮从动件1577以及用于接合第二凸轮1885的第二凸轮从动件1879。应当理解的是在所述示例中，第二凸轮从动件1879将接合第二凸轮1885并且因而使气门密封在第一凸轮从动件1577脱离第一凸轮1581即当关闭致动器不主动关闭气门1563时解除。

根据参照图15A和图15B描述的前面示例，桥可以包括第一桥部1571和第二桥部1572，气门1563联接至第一桥部1571，第二桥部1572包括第一凸轮从动件1577。然而，在本示例中，第一桥部1571还可以包括第二凸轮从动件1879。在本示例中，凸轮轴1580在第一桥部1571与第二桥部1572之间延伸，特别地在形成在上面讨论的这两部分之间的腔中延伸。这可以允许紧凑的结构(布置)。

在一些示例中，气门1563可以使用气门支座联接至桥1570，气门支座包括用于对气门1563进行预加载的预加载弹簧(未示出)等。第二凸轮从动件1879可以与气门支座结合使得预加载弹簧也提供对气门1563上的密封解除致动器的动作的一些缓冲。

如图18B中所述，用于提供密封解除致动器的第二凸轮1885在凸轮轴1580上以与第一凸轮1581间隔开的偏距定位，并且第二凸轮从动件1879从第一凸轮从动件1577偏移相同的量。尽管这种类型的偏移结构不是必要的，然而可能需要使用在同一凸轮轴1580上的分开的凸轮并且也避免与联接至第一桥部1571的气门1563的干涉。

应当理解的是，如在打开致动器用于主动打开气门1563时的情况，与完全依靠偏置构件1574打开气门1563的气门装置相比，图18A和图18B中所示的气门装置1860可以允许减小因偏置弹簧引起的偏置阻力的量，但不需要在发动机循环的整个打开部分期间中致动器与桥1570之间接合。因此，这可以有助于消除对完全主动关闭和打开气门1563而言可能需要的紧密的制造公差的需要。

上述技术也可以更普遍地应用于活塞式机器。关于这点，术语活塞式机器被理解为包括往复式发动机以及压缩机。

在一个示例中，压缩机可以具有与上述往复式压缩机的结构基本相同的结构。然而，在本示例中，气门致动的正时通常将被改变并且因而，现在将参照图17A至图17C描述使用图1A至图1D的往复式发动机的正时布置。

在本示例中，气门165用作进气门，从而允许空气从室148流入活塞室121，而气门163用作排气门，从而允许压缩空气供给通过室147。

图17A示出了在TDC处关闭的进气门165和排气门163。当轴110旋转时，进气门165在5°ATDC处打开，而排气门163仍关闭，其中，这种构型被保持直到180°ATDC为止，从而允许空气在活塞的向下行程期间吸入活塞室121。在180°ATDC处，排气门163打开，而进气门165关闭，从而允许加压空气经由室147而被供给。允许这种构型继续直到TDC——在该点处排气门163关闭——为止，从而允许过程重复。

现在将参照图19A和图19B描述气门装置的另一示例。

在本示例中，气门装置包括桥1970，该桥1970包括第一桥部1971和第二桥部1972。第一桥部1971包括联接至伸长的第二桥部的臂1971.1，使得桥1970围绕凸轮轴穿过的开口O延伸。尽管在本示例中示出了两个臂，但这仅用于说明的目的并且实际上可以使用任何数量的臂。因此，单个臂可以用于限定“C形”桥，而超过两个臂——例如呈平行间隔开的臂对的形式——可以用于提供附加强度。应当理解的是尽管桥由两个主体部形成，但这不是必要的并且可以使用单个主体部。

第一桥部1971支承第二凸轮从动件1979，第二凸轮从动件1979经由轴1978以可旋转的方式安装在第一桥部1971上。气门密封件1964也使用合适的联接——比如通过使气门杆螺纹接合第二桥部的开口——经由气门杆1963联接至第一桥部1971。

第二桥部1972支承第一凸轮从动件1977，第一凸轮从动件1977经由轴1976以可旋转的方式安装在第二桥部1972上，并且第二桥部1972可以经由合适的联接——比如穿过第二桥部并且进入臂1971.1的螺栓1972.1或者通过干涉联接等——联接至第一桥部1971的臂。

在本示例中，提供了呈安装在凸轮轴1980上的凸轮1981的形式的关闭致动器，凸轮1981与第一凸轮从动件1977接合从而控制桥1970的基于凸轮轴旋转的运动。因此，凸轮1981可以构造成根据凸轮轴的旋转位置控制桥1970的运动。特别地，凸轮1981可以用于如图20A至图20C那样沿第一方向1991迫压桥1970，使得气门密封件1964密封地接合气门座，并且接着释放桥1970，允许桥1970沿第二方向移动从而释放气门密封件1964。

如前面所述，为了帮助打开气门，可以使用偏置机构。在本示例中，使用了呈安装在凸轮轴1980上的第二凸轮的形式的密封解除致动器1985来沿第二方向1992迫压桥1970。在图18A和图18B的前述示例中，偏置机构用作解除密封的“推进”凸轮，而第二偏置机构如弹簧保持气门打开。然而，在这种情况下，第二凸轮1985操作成防止在凸轮凸起部接合第二凸轮从动件1979的同时密封关闭。这特别是处在下述情形中：如例如在高旋转场景期间发生的气门密封件1964可能反弹从而使气门在循环的打开部分期间关闭。通过提供第二凸轮1985，这防止气门密封件1964在其通过第一凸轮的动作主动关闭前回到关闭位置。

应当理解的是一个或多个弹簧或第二凸轮1985可以设置成辅助打开气门和/或防止无意的气门关闭，但并非在所有情况下都需要一个或多个弹簧或第二凸轮1985并且因此如前所述，可以例如在低旋转情形下使用不具有弹簧或第二凸轮1985的替代性结构。因此，例如联接至第二桥部1972.2的一个或更多个弹簧1972.4可以作用在桥上以沿第二方向迫压桥从而有助于气门，作为对第二凸轮1985的替代或补充。这也可以有助于对气门的就位的缓冲并且提供线性导引。另外，在本示例中，弹簧1972.4可以安装在筒形壳体中，该筒形壳体可以与外部导引件配合以帮助确保实现桥的线性运动。在任何情况下，在这种示例中，第一凸轮1981定轮廓为确定气门关于所需回转(闭合)角度和提升高度的参数。第一凸轮1981控制针对整个操作循环中的值设定的循环参数，并且特别地确定气门的关闭和通过关闭气门作用在气门座上的压力的量。第一凸轮1981也确定了提升的高度和气门提升和返回气门座所执行的方式，而第二凸轮1985操作成打开气门，并且防止气门无意地关闭。

应当理解的是在上面描述中，第一凸轮1981和第二凸轮1985结合操作以主动关闭和打开气门，从而避免对单独的偏置装置如弹簧等的需要。所使用的特定布置具有多个益处。

首先，通过在桥1970的开口内提供凸轮1981、1985，这允许凸轮从动件设置在开口的相对侧上，使得第一凸轮从动件1977和第二凸轮从动件1979沿相反方向主动迫压桥。这允许完全线性运动并且从而避免由使用摇臂和枢轴引起的低效率和附加磨损。

第二，这允许凸轮同轴地设置在共用凸轮轴上，从而确保第一凸轮和第二凸轮的完全同步。这可以有助于防止在一些发动机中经历的正时问题。

第三，在所示构型中，第二凸轮1985比第一凸轮1981小。这允许凸轮轴1980和凸轮1981、1985由单个主体机加工成。关于这点，材料杆可以首先被机加工成第一凸轮1981的轮廓，其中，在第一凸轮的位置中间的区域进行进一步机加工以形成第二凸轮1985。

此外，在当前示例中，第二凸轮1985和第二凸轮从动件1979与桥1970对准而第一凸轮1981和第一凸轮从动件1977从桥1970偏移。另外，在本示例中，两个第一凸轮1981和两个第二从动件1977对称安装在桥1970的任一侧上从而确保桥上的力平衡，从而减少磨损并且提高效率。应当理解的是这并非必要的并且可以使用任何合适的结构，包括例如提供任何数量的第一凸轮1981或第二凸轮1985以及对应的凸轮从动件1977，或通过在桥内提供第一凸轮1981和第二凸轮1985以及凸轮从动件1977、1979中的每一者使得这些元件都不从桥1970偏移。

另外，在本示例中，桥1970由两个桥部形成以便于在发动机或其他活塞式机器内的组装。这允许气门密封件1964在第二桥部1972联接至第一桥部1971之前在发动机的缸盖中与待安装的第一桥部1971、定位的凸轮轴一起安装。这也允许调整桥例如以提供可变的张紧从而适应遵循伸长使用的气门座的伸展。特别地，这种调整仅需要使用在发动机内通常更易触及的第二桥部1972而进行，从而使调整过程更简单。

在一个示例中，这可以使用第二桥部1972的可以相对于第二桥部1972的其余部分移动的可调整部段1972.2实现，从而允许调整凸轮从动件1977的位置。然而，应当理解的是也可以在不使用具有两个桥部的桥的情况下例如使用填隙等提供调整。

另外，第二桥部1972可以结合有用于沿第二方向1922迫压第一凸轮从动件1977朝向第一凸轮1981的弹簧1972.3比如波形弹簧或其他偏置机构。这可以提供包括确保第一凸轮从动件1977与第一凸轮1981之间的主动接合的多种益处。这也提供对凸轮凸起部之间的过渡的缓冲，从而可以有助于减小气门颤动并且通过允许更好的生产公差使装置更易制造并且有利于磨损和可调整性。这也有助于对气门关闭进行缓冲，进而有助于减少气门座磨损。应当理解的是这可以以不同于非线性布置的情况的简单方式实现。应当理解的是可以通过在第一桥部1971中提供用于迫压第二凸轮从动件1979朝向第二凸轮1985的弹簧1972.3或通过提供与第一凸轮从动件1977和第二凸轮从动件1979相关联的弹簧或其他偏置机构获得类似益处。

上述装置可以进一步扩展为包括多个成列气门装置，其中，多个桥1970经由延伸穿过每个桥1970的开口O的共用凸轮轴而操作。这提供了同时致动多个气门的能力，其中，正时根据凸轮轴构型容易在气门之间同步。关于这点，凸轮轴可以由单个整合本体形成，这防止气门的相对正时中的偏差，从而确保气门同步地操作，甚至在长期使用之后也是如此。

因此，上面示例描述了在活塞式机器中使用的气门装置，该气门装置包括：用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；桥，该桥联接至气门使得桥沿第一方向的线性运动使气门关闭并且桥沿第二方向的线性运动使气门打开；关闭致动器，该关闭致动器包括具有第一凸轮凸起部的可旋转的第一凸轮，并且其中，在第一凸轮旋转时，第一凸轮凸起部沿第一线性方向迫压桥从而主动关闭气门；以及打开致动器，该打开致动器用于使桥沿第二方向移动从而至少主动打开气门。

这提供了用于允许待使用的桥实现气门的线性打开的机构，该机构可以减少磨损并且增大操作效率。

在一个示例中，气门装置包括安装在桥上的第一凸轮从动件，第一凸轮从动件与第一凸轮配合使桥沿第一线性方向运动。然而，替代性地，凸轮可以在不需要单独的分离的从动件的情况下直接接合桥。

在任一情况下，第一凸轮定位在第一凸轮从动件(或桥的被凸轮接合的部分)与气门之间，从而允许桥沿第一方向离开待使用的气门的线性运动以关闭气门。这允许凸轮凸起部确保气门的主动关闭从而允许更可靠的气门关闭。

在一个示例中，第一凸轮从动件以可移动的方式安装在桥上。这可以用于允许第一凸轮从动件通过偏置弹簧相对于桥沿第二方向被迫压以提供装置中的公差，或允许调整第一凸轮从动件在第一方向或第二方向上的位置从而调整气门提升的程度。替代性地，可以通过使第二凸轮从动件相对于桥可移动地安装和/或偏置来实现类似效果。

打开致动器通常包括具有第二凸轮凸起部的可旋转的第二凸轮，并且其中，在第二凸轮旋转时，第二凸轮凸起部沿第二线性方向迫压桥从而主动打开气门。然而，替代性地可以使用偏置弹簧。

在使用第二凸轮的情况下，气门装置通常包括安装在桥上的第二凸轮从动件，第二凸轮从动件与第二凸轮配合以使桥沿第二线性方向运动。在这种情况下，第二凸轮从动件通常定位在第二凸轮与气门之间。

在这种装置中，第二凸轮可以以与第一凸轮同轴且旋转一致无变化的方式——例如通过提供位于共用凸轮轴上的第一凸轮和第二凸轮——安装。这可以通过制造凸轮并且将这些凸轮附接至凸轮轴而实现，但更普遍地第一凸轮和第二凸轮一体地形成为曲轴的一部分。

气门装置可以包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第一凸轮，所述至少两个第一凸轮与安装在桥上的对应的至少两个第一凸轮从动件配合。这可以用于使施加至桥的力平衡。

替代性地，气门装置可以包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第二凸轮，所述至少两个第二凸轮与安装在桥上的对应的至少两个第二凸轮从动件配合。

在另一示例中，第二凸轮凸起部在第一凸轮凸起部不沿第一线性方向迫压桥时还限制桥沿第一线性方向的运动。

在一个示例中，气门装置包括第一桥部和第二桥部。尽管不是必要的，但这可以在构造和维护气门装置方面是有利的，例如通过使气门部件更易于触及而在构造和维护气门装置方面是有利的。

在本示例中，第一桥部和第二桥部在其间限定有开口，在使用时凸轮轴延伸穿过该开口。另外，气门可以联接至第一桥部，并且其中，气门装置包括安装在第二桥部上的第一凸轮从动件和联接至第一桥部的第二凸轮从动件。

气门装置可以包括从桥侧向偏移的至少一个凸轮和凸轮从动件，并且更普遍地，凸轮和凸轮从动件对称地安装在桥的任一侧上以使施加至桥的力平衡。

气门装置通常也包括多个气门、桥以及打开致动器——间隔开布置，每个打开致动器包括至少一个第一凸轮，每个第一凸轮安装在共用凸轮轴上。

因此，应当理解的是上述技术尤其是气门控制方法可以应用于任何活塞式机器，包括但不限于往复式发动机、压缩机等。

关于这一点，这样的活塞式机器通常包括：旋转轴；限定有内室的壳体；定位在室中的活塞，该活塞连接至轴并且构造成当轴旋转时在室内移动；端口，该端口设置在壳体中用于允许室与相应歧管之间的流体连通；以及气门装置，气门装置包括：用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；联接至气门的桥，其中，桥沿第一方向的运动使气门关闭并且桥沿第二方向的运动使气门打开；关闭致动器，该关闭致动器用于使桥基于活塞的往复运动沿第一方向移动从而主动关闭气门；以及至少一个偏置构件，所述至少一个偏置构件用于使桥朝向第二方向偏置。

上述装置提供了特别的操作效率。特别地，与如在传统活塞发动机/压缩机结构的情况下使用偏置弹簧迫压气门关闭不同，致动器用于主动关闭气门。在这种情况下，大大地更弱的弹簧可以用于打开气门，使得打开和关闭气门需要的总能量相比于标准气门装置显著减小。

应当理解的是在一个示例中，这通过使用具有长形凸起部的凸轮从而允许桥提升而实现，并且因而关闭气门达大部分的凸轮旋转循环。因此，机械地关闭气门并且接着使用更弱弹簧以使气门能够打开提高了能量效率。效率的这种提高在燃烧发动机可以大至6％至8％，并且在其他应用中潜在性地、显著地更大。

上述装置的另一益处在于桥的使用允许气门线性致动。特别地，旋转凸轮可以用于使桥线性运动，从而进一步导致气门的线性运动。因此，如上所述，这可以引起能量效率和磨损特性的进一步改进。

由此可以理解的是上面描述的装置也可以涉及在活塞式机器中使用的气门装置，该气门装置包括：用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；联接至气门的桥，其中，桥沿第一方向的线性运动使气门关闭并且桥沿第二方向的线性运动使气门打开；关闭致动器，该关闭致动器包括具有凸轮凸起部的可旋转的凸轮，并且其中，在凸轮旋转时，凸轮凸起部沿第一线性方向迫压桥从而主动关闭气门；以及至少一个偏置构件，所述至少一个偏置构件用于使桥沿第二线性方向偏置使得至少一个偏置构件在气门未通过致动器主动关闭时打开气门。

也应当理解的是上述技术可以应用于具有多组气门的活塞式机器。在本示例中，活塞式机器包括：旋转轴；限定有内室的壳体；定位在室中的活塞，该活塞连接至轴并且构造成当轴旋转时在室内移动；附接至气缸并且在与活塞相对的端部处封闭该室的缸盖，缸盖包括至少一个端口组，所述至少一个端口组包括用于允许室与相应歧管之间的流体连通的两个或更多个端口；以及对于每个端口组而言的联接至缸盖的气门装置，每个气门装置对于端口组中的每个端口而言包括：用于操作性地控制通过相应端口的流体流的气门；联接至气门的桥，其中，桥相对于缸盖的运动引起气门和用于使桥移动的致动器的同步操作。

应当理解的是上述气门装置可以在大范围应用中使用，包括但不限于两冲程设计的空气发动机或四冲程设计的内燃发动机以及压缩机等。

气门装置可以根据优选实施方案包括不同数量的凸起部。例如，当在两冲程结构中使用时，凸轮通常对于每个气门组具有一个凸起部，然而在四冲程设计中，可以使用对于每个气门或气门组而言的两个或更多个并且更普遍地三个的凸起部。

应当理解的是许多部件在不同应用中是可互换的，因此，例如，在空气发动机中使用的多部段曲轴和/或双臂式连接杆可以在IC发动机中使用。

该***可以与大范围的气门构型——包括但不限于逆止气门和标准气门——一起使用。在一个特别示例中，在空气发动机和IC发动机中使桥离开缸盖提升将关闭气门并且使桥朝向缸盖下降将打开气门。

该***可以容易地适应气门杆的变化张力，从而使调整气门装置适应气门座/推杆结构的伸展更简单。另外，内置式张力调整装置可以用于补偿IC发动机在其工作时的热所产生的气门杆膨胀。

该装置可以在通过共用凸轮轴驱动的单个气门或多个气门组内使用，从而确保多个气门之间的正时可以得到维持。

气门装置可以用在往复式压缩机上以提升效率，特别是在2冲程形式往复式压缩机中。在本示例中，由于两冲程操作和较低的内室压力，可以使用偏置装置。相比之下，在IC发动机中，可以不需要这种偏置，并且替代地，“推进”装置可以用于促进气门的打开，然而也可以不需要这种装置。当使用时，推进凸轮执行打开但依赖于主凸轮凸起部的参数来确定桥的运动并且因而确定气门或多个气门的正时。

在一个特定装置中，由于桥允许从动件设置成与气门杆轴线大致成直线，这意味着运动是线性的并且因而如前面讨论地减小了磨损并且提升了效率，因此，桥的使用是特别有益的。

在整个说明书和下面的权利要求书中，除非上下文另有说明，否则词语“包括(comprise)”和变型如“包括了(comprises)”或“包括有(comprising)”将理解为意味着包括所述的整体或整体组或步骤但不排除任何其他整体或整体组。

本领域技术人员应当理解的是多种变型和修改将变得明显。对本领域技术人员来说明显的所有这样的变型和修改应视为落入本发明在进行描述前概括地呈现出的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种用于在活塞式机器中使用的气门装置，包括：

a)用于操作性地控制通过端口的流体流的气门；

b)联接至所述气门的桥，其中，所述桥沿第一线性方向的线性运动引起所述气门关闭并且所述桥沿第二线性方向的线性运动引起所述气门打开；

c)关闭致动器，所述关闭致动器包括具有第一凸轮凸起部的可旋转第一凸轮，并且，根据所述第一凸轮的旋转，所述第一凸轮凸起部沿第一线性方向迫压所述桥由此主动地关闭所述气门；

d)打开致动器，所述打开致动器包括具有第二凸轮凸起部的可旋转第二凸轮，并且，根据所述第二凸轮的旋转，所述第二凸轮凸起部沿所述第二线性方向迫压所述桥由此主动地打开所述气门；以及

e)用于将所述桥沿所述第二线性方向偏置的至少一个偏置构件。

2.根据权利要求1所述的气门装置，其中，所述气门装置包括安装在所述桥上的第一凸轮从动件，所述第一凸轮从动件与所述第一凸轮配合以引起所述桥沿所述第一线性方向的线性运动。

3.根据权利要求2所述的气门装置，其中，所述第一凸轮定位在所述第一凸轮从动件与所述气门之间。

4.根据权利要求3所述的气门装置，其中，所述第一凸轮凸起部沿所述第一线性方向迫压所述第一凸轮从动件离开所述气门。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的气门装置，其中，所述第一凸轮从动件以可移动方式安装至所述桥。

6.根据权利要求5所述的气门装置，其中，所述第一凸轮从动件通过偏置弹簧相对于所述桥沿所述第二线性方向而被迫压。

7.根据权利要求5所述的气门装置，其中，所述第一凸轮从动件在所述第一线性方向或所述第二线性方向上的位置被调整以调整气门提升程度。

8.根据权利要求1-4、6-7中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括安装在所述桥上的第二凸轮从动件，所述第二凸轮从动件与所述第二凸轮配合以引起所述桥沿所述第二线性方向的线性运动。

9.根据权利要求8所述的气门装置，其中，所述第二凸轮从动件定位在所述第二凸轮与所述气门之间。

10.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述第二凸轮以与所述第一凸轮同轴且旋转一致的方式安装。

11.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括安装在共用凸轮轴上的第一凸轮和第二凸轮。

12.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第一凸轮，所述至少两个第一凸轮与安装在所述桥上的对应的至少两个第一凸轮从动件配合。

13.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开的至少两个第二凸轮，所述至少两个第二凸轮与安装在所述桥上的对应的至少两个第二凸轮从动件配合。

14.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括沿着共用凸轮轴间隔开多个第一凸轮。

15.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述第二凸轮凸起部还在第一凸轮凸起部不沿所述第一线性方向迫压所述桥时限制所述桥沿所述第一线性方向的线性运动。

16.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述打开致动器包括用于将所述气门沿第二线性方向偏置的弹簧。

17.根据权利要求1-4、6-7、9中任一项所述的气门装置，其中，所述桥包括第一桥部和第二桥部。

18.根据权利要求17所述的气门装置，其中，所述第一桥部和所述第二桥部在所述第一桥部与所述第二桥部之间限定有开口，在使用时凸轮轴延伸穿过所述开口。

19.根据权利要求17所述的气门装置，其中，所述气门联接至所述第一桥部，并且，所述气门装置包括安装在所述第二桥部上的第一凸轮从动件。

20.根据权利要求19所述的气门装置，其中，所述气门装置包括联接至所述第一桥部的第二凸轮从动件。

21.根据权利要求1-4、6-7、9、18-20中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括从所述桥侧向地偏移的至少一个凸轮和凸轮从动件。

22.根据权利要求1-4、6-7、9、18-20中任一项所述的气门装置，其中，所述气门装置包括间隔开布置的多个打开致动器、桥和气门，每个打开致动器包括至少一个第一凸轮，每个第一凸轮安装在共用凸轮轴上。