用于超声波液体传送装置的工作的控制系统和方法

专利名称：用于超声波液体传送装置的工作的控制系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及用于脉冲或间歇式短时间传送雾化喷射液体的超声波液体传送 装置，确切地说，涉及用于控制这样的超声波液体传送装置的工作的开环控制系统。
背景技术：
超声波液体传送装置被用于激励液体以使液体雾化而形成液体细雾或喷雾的各 种领域。例如这种超声波液体传送装置被用于喷雾器和其它药品输送装置、模制成型设备、 加湿器、发动机燃料喷射器(喷油器)、漆料喷涂装置、油墨输送装置、混合装置、均勻化装 置等。这种超声波液体传送装置一般包括具有流动通道的壳体，处于加压状态的液体流过 流动通道，到达壳体的至少一个、有时是多个排出口或排出孔。压力液体在排出孔被迫从壳 体流出。在某些结构中，超声波液体传送装置可以包括用于控制液体从超声波液体传送装 置流出的阀件。在某些传统的超声波液体传送装置中，通常加装有超声激振件，具体地说，其形成 限定排出口的壳体部分。当液体从排出口被排出时，使激振件超声振动，从而把超声波能量 施加给流出液体。超声波能量力图使液体雾化，从而细小的液滴喷雾从排出口被送出。例 如，美国专利US5，330，IOO(Malinowski)披露一种燃料喷射器(喷油器)，其中燃料喷射器 的喷嘴(例如壳体部分)本身被做成能超声振动，因此当燃料经燃料喷射器的排出孔流出 时，超声波能量被施加给燃料。但在这样的配置中，存在喷嘴本身振动将会引起在排出孔处 的喷嘴液流气泡侵蚀的危险(例如由排出孔内的燃料气蚀引起)。在其它的超声波液体传送装置中，超声激振件可以设置在流动通道中，液体在该 流动通道中在排出口上游的壳体内流动。这种超声波液体传送装置的例子在相关的美国专 利 US5, 803, 106 (Cohen 等人)、US5, 868, 153 (Cohen 等人)、US6, 053, 424 (Gipson 等人)和 US6，380，264 (Jameson等人)中公开，这些文献的披露内容均被引用纳入本文。这些文献 总体公开一种通过对压力液体施加超声波能量来增大压力液体流经孔的流速的装置。特别 是，压力液体被送入具有模制尖端的壳体的腔中，模制尖端具有排出孔(或者出口孔)，高 压流体经该孔流出该腔。超声变幅杆的一部分在该腔中纵向延伸，一部分在腔室外延伸，并且超声变幅杆 的直径朝向设在出口孔附近的尖端减小，以在其尖端放大变幅杆的超声振动。换能器与变 幅杆的外端头相连，用于使变幅杆超声振动。这种装置的潜在缺点是各零部件暴露在高压 环境下，从而这些零部件承受较大的应力。特别是，因为超声变幅杆的一部分浸没在腔中而 另一部分没有，所以有较大的压差作用在变幅杆的不同部分上，导致在变幅杆上出现附加 应力。此外，这种装置不易适应阀门操作件，该阀门操作件在某些超声波液体传送装置中常 被用于控制从该装置中送出液体。在其它的液体传送装置中，尤其是在那些包括用于控制液体从装置流出的阀门操 作件的液体传送装置中，在液体离开装置时，众所周知地超声激振该阀门操作件本身。例 如，美国专利US6，543，700 (Jameson等人)的披露内容被引用纳入本文，该文献披露一种燃
5料喷射器，该燃料喷射器的阀针(针阀)至少部分由能对以超声频率变化的磁场做出反应 的磁致伸缩材料制成。当阀针位于允许燃料从阀体(即壳体)排出的位置时，以超声频率 变化的磁场作用在阀针的磁致伸缩部分上。于是，阀针被超声激振，从而在燃料经排出孔流 出喷油器时把超声波能量赋予燃料。在带阀的超声波液体传送装置中，超声波能量以脉冲形式或间歇形式(有时被称 为输送事件或喷射事件)被赋予液体(例如在传送装置是燃料喷射器的情况下是燃料)，例 如只有在阀打开时。这些事件被适当的控制系统控制，控制系统在阀打开时发出波形(例 如具有超声频率的正弦波形)电信号给换能器，以使变幅杆超声振动一段预定时间，这段 时间的长短决定输送事件或喷射事件。一旦阀关闭，则不再输送信号给换能器，从而终止变 幅杆振动。在某些液体传送装置如超声波燃料喷射器中，超声激振件(例如超声变幅杆)经 历能引起激振件的固有频率变化的各种环境状况。例如，超声波燃料喷射器在发动机起动 和随后运行之间经历相当大的温度变化，导致超声变幅杆热膨胀和材料性能变化，这又能 使变幅杆的固有频率变化。另外，接触受力状况例如变幅杆和燃料喷射器的其它元件如阀 针之间的硬碰硬接触也可能使固有频率变化(例如因为阀针将具有会造成超声变幅杆的 共振频率出现一定变化的自身共振频率)。这样的状况甚至可能在单次输送事件或喷射事 件的预定时间段内导致变化。传统的反馈控制系统如相锁环路对超声波液体传送装置中的超声变幅杆的控制 是有用的，此时，与燃料喷射器的单次喷射事件相比，变幅杆工作相当长的时间。但是，这样 的反馈控制系统对于这种持续时间短的事件来说是不胜任的，因为反馈环路时间常数太慢 而无法完成电(即驱动)信号所需要的变化。因此，人们需要一种用于超声波液体传送装置的控制系统，尤其是需要一种开环 控制系统，它提供对这种液体传送装置的工作的更有效控制。

发明内容
在一个实施例中，超声波液体传送装置总体包括壳体，该壳体具有内腔、与内腔流 体连通以接纳液体进入内腔的至少一个入口和与内腔流体连通的至少一个排出孔，内腔中 的液体由此在所述至少一个排出孔处离开壳体。超声波波导组件与该壳体分开并且至少部 分射置在该壳体的内腔中，用于在液体经所述至少一个排出孔从壳体中排出之前给内腔中 的液体超声供能。控制系统在激励模式和无效模式之间控制液体传送装置工作，在激励模 式中，超声波波导组件被激励做超声振动，在无效模式中，超声波波导组件基本未被激励。 控制系统可操作用来在该液体传送装置的激励模式中激励该超声波波导组件达一段包括 波导组件的多个振动周期的预定时间t。该控制系统总体上包括驱动信号发生器，它可操作用来产生电驱动信号，该电驱 动信号包括用于传送至波导组件以便在液体传送装置的激励模式中激励波导组件的超声 频率。相位探测器与波导组件相连通，用于探测在液体传送装置的激励模式中在波导组件 操作过程中的波导组件相位状态数据，并且用于产生表示相位状态数据的信号。控制器可 操作用来接收来自相位探测器的、在预定时间t的整个持续时间内的多个瞬时的相位状态 数据，在所述预定时间t的持续时间内，液体传送装置按照其激励模式工作，并且控制器可操作用来产生至少依据相位状态数据的驱动信号控制表，其中该驱动信号控制表至少包括 针对该激励模式的整个预定时间t内的每个瞬时的驱动信号频率，并且用来进一步控制驱 动信号发生器的工作，以根据驱动信号控制表产生用于该超声波液体传送装置按照激励模 式随后工作的驱动信号。在一种用于控制超声波液体传送装置的方法的一个实施例中，根据第一驱动信号 控制表，第一驱动信号被传送至超声波波导组件，以限定持续预定时间的激励事件。第一驱 动信号控制表至少限定在整个预定时间内的多个瞬时的第一驱动信号频率，其中第一驱动 信号频率是超声频率。该超声波波导组件响应第一驱动信号，超声振动预定时间。在第一 驱动信号控制表的每个瞬时，与波导组件超声振动预定时间的过程中的波导组件中的电流 和电压相关的相位角被确定。根据第一驱动信号控制表，第一驱动信号在预定时间结束时 不再被传送至波导组件。第二驱动信号控制表被确定，其包括用于此时已确定第一驱动信号相位角的每个 瞬时的第二超声驱动信号频率。在每个瞬时的第二驱动信号频率至少部分依据在波导组件 根据第一驱动信号控制表超声振动过程中的每个瞬时确定的相位角。根据第二驱动信号控 制表的第二驱动信号被传送至超声波波导组件达预定时间，超声波波导组件响应于该驱动 信号，超声振动达该预定时间。


图1表示本发明超声波液体传送装置的一个实施例的纵截面，其如图所示为用于 内燃机供油的燃料喷射器形式；图2表示图1的燃料喷射器的、沿不同于截取图1截面的角位的角位所截取的纵 截面；图3是图1的截面的第一部分的放大视图；图4是图1的截面的第二部分的放大视图；图5是图2的截面的第三部分的放大视图；图6是图1的截面的第四部分的放大视图；图6a是图1的截面的中心部分的放大视图；图7是图1的截面的第五部分的放大视图；图8是图1的截面的局部放大图；图9是图1的燃料喷射器的波导组件和其它内部构件的透视图；图10表示图1的燃料喷射器壳体的一部分的局部截面，但燃料喷射器内部构件被 省去以显示壳体构造；图11表示根据本发明第二实施例的超声波液体传送装置的纵截面；图12表示根据本发明第三实施例的超声波液体传送装置的纵截面；图13是与图2相似的视图，示意表示用于控制图2的燃料喷射器的工作的控制系 统的一个实施例；图14是图13的控制系统的示意流程图。相应的附图标记在所有附图中表示相应的零部件。
具体实施例方式现在参见附图，特别是图1，示出了根据一个实施例的超声波液体传送装置，该装 置呈与(未示出的)内燃机连用的超声波燃料喷射器(喷油器)的形式并且总体以附图标 记21表示。但应该理解，本文所公开的、与燃料喷射器21相关的构想可适用于其它超声波 液体传送装置，包括但不限于喷雾器和其它药品输送装置、模制成型设备、加湿器、漆料喷 涂装置、油墨输送系统、混合装置、均勻化装置等。本文所用的术语“液体”是指介于气体和固体之间的物质无定形(非晶态)形态， 在液体中的分子比在气体中更加高度聚集，但远不如在固体中的分子那样集中。液体可包 含单一组分或可由多种组分组成。例如，液体的特性是其因所施加的力而能流动的能力。一 受力就能流动且流速直接与受力成正比的液体通常被称为牛顿液体。其它合适的液体在力 作用下具有非正常的流动响应，并且显示出非牛顿流动特性。例如，本发明的超声波液体传送装置可用来传送各种液体，例如但不限于熔融的 浙青、黏性漆料、热熔胶、遇热时软化成可流动形态并在冷却时返回到相对凝固或硬化的状 态的热塑性材料(例如生橡胶、蜡、聚烯烃等)、糖浆、重油、油墨、燃料、液体药剂、乳化液、 泥浆、悬浮液及其组合物。图1所示的燃料喷射器21可被用于陆地、空中和海上的运载工具、发电机和其它 采用燃料工作式发动机的装置。特别是，燃料喷射器21适合与使用柴油的发动机连用。但 应当理解，燃料喷射器可以用于使用其它类型燃料的发动机中。因此，本文所用的术语“燃 料”是想表示在发动机工作中使用的任何燃料(油)，不限于柴油。燃料喷射器21包括总体用标记23表示的壳体(喷油器体)，用于容纳来自燃料源 (未示出)的压力燃料并输送油滴喷雾给发动机，如发动机的燃烧室。在所示的实施例中， 壳体23包括细长形的主体25、喷嘴27 (有时也称为阀体)和紧固件29 (例如螺母)，用于 将主体、喷嘴和螺母组装固定在一起。特别是，主体25下端31压靠在喷嘴27上端33上。 紧固件29适当地紧固(例如螺纹紧固)在主体25的外表面上，以将主体和喷嘴27的配合 端面31、33迫紧在一起。本文所用的术语“上”和“下”是参照各附图所示的燃料喷射器21的竖直取向而 言，但不想要描述使用中的燃料喷射器的必需取向。就是说，应该理解燃料喷射器21可以 不同于如附图所示的竖直取向，这也在本发明范围内。术语“轴向”和“纵向”就方向而言在 此是指燃料喷射器的长度方向(例如在所示的实施例中是竖向)。本文的术语“横向”、“侧 向”和“径向”是指垂直于轴向(例如纵向)的方向。术语“内”和“外”是参照燃料喷射器 轴向的横向而言的，其中术语“内”指朝向燃料喷射器内部的方向，术语“外”指朝向燃料喷 射器外部的方向。主体25具有沿其长度纵向延伸的轴向孔35。为变得更加清楚起见，孔35的横向 尺寸或横截面尺寸(例如图1所示的圆孔直径)沿该孔的各纵向部分是变化的。具体说， 参见图3，在主体25上端37，孔35的横截面尺寸为台阶形，从而形成将传统的电磁阀(未 示出)安放于主体上的支座39，电磁阀的一部分在主体的中央孔内向下延伸。燃料喷射器 21和电磁阀通过适当的连接器件(未示出)装配在一起。合适的电磁阀的结构和操作是 本领域技术人员所熟悉的，因此在此未作进一步的描述，除非有必要。适用的电磁阀的例子 在题为“用来控制内燃机的燃料喷射器的电磁阀”的美国专利US6，688，579、题为“电磁阀”的美国专利US6，827，332和题为“包括插入/旋转连接的电磁阀”的美国专利US6，874，706 中被公开。也可使用其它合适的电磁阀。随着中央孔在电磁阀座的下方延伸，中央孔35的横截面尺寸进一步向内成台阶 形变化，从而限定出台肩45，台肩上安置销座47，该销座在中央孔内纵向(在所示实施例中 同轴地)延伸。如图4所示，随着销座47在其中延伸的孔部分的下方延伸，主体25中央孔 35的横截面尺寸进一步缩小，并且至少部分限定出燃料喷射器21的低压腔49。沿纵向在低压腔49的下方，主体25的中央孔35甚至进一步缩窄，从而限定出该 孔的导向通道(和高压密封)部分51(图4和图5)，用于在该孔中至少部分地正确定位燃 料喷射器21的阀针(针阀)53(广义上讲是阀件)，如本文以后所描述的那样。参见图8， 孔35的横截面尺寸于是随该孔在导向通道部分51的下方纵向延伸向主体25的敞开下端 31而增大，从而部分(例如与如下所述的喷嘴27 —起)限定出燃料喷射器壳体23的高压 腔55 (广义上讲是内部燃料腔，更广义地说是内部液体腔)。燃料入口 57 (图1和图4)在主体的上端和下端37和31之间形成在主体25侧面 中，该入口与在主体内分叉延伸的上分配通道和下分配通道59和61相连通。具体说，上分 配通道59在主体25内从燃料入口 57向上延伸并大致在固定于该孔内的销座47的附近通 入孔35，确切说就在其上安置销座的台肩45的下面。下分配通道61在主体25内从燃料入 口 57向下延伸并且大致在高压腔55处通到中央孔35。传送管63在燃料入口 57处向内延 伸经过主体25，并通过适合的套筒65和螺纹接头67与该主体装配在一起。应该理解，燃料 入口 57可位于除图1和图4所示位置之外的其它位置，这没有超出本发明范围。也可以理 解，燃料可以被单独输送至壳体23的高压腔55，这也在本发明范围内。主体25还具有出口 69(图1和图4)，该出口形成在低压燃料经此从燃料喷射器 21流出以送往适当的燃料返回系统(未示出)的主体侧。第一返回通道71形成在主体25 中并且在出口 69和主体的中央孔35的低压腔49之间提供流体连通。第二返回通道73形 成在主体25中，以在出口 69和主体的敞开上端37之间提供流体连通。但应该理解，可以 从燃料喷射器21中省掉返回通道71和73之一或两者，这没有超出本发明范围。现在尤其参见图6至图8，所示的喷嘴27总体为细长的并且大体与燃料喷射器的 壳体23的主体25同轴对齐。具体说，特别是在主体下端31，喷嘴27具有与主体25的轴向 孔35同轴对齐的轴向孔75，因此主体和喷嘴共同限定出燃料喷射器壳体23的高压腔55。 喷嘴孔75的横截面尺寸在喷嘴27上端33向外成台阶形，从而限定出用于将安装件79安 置在燃料喷射器壳体23中的台肩77。喷嘴27的下端(也称为尖端81)大体为锥形。在喷嘴的尖端81和上端33之间，喷嘴孔75的横截面尺寸(例如是所示实施例中 的直径)沿喷嘴长度通常是均勻不变的，如图8所示。在喷嘴27中形成一个或多个排出孔 83 (在图7的横截面中能看到两个，而在图10的横截面中能看到其它孔口)，如同在所示实 施例中的喷嘴尖端81处那样，通过该排出孔，高压燃料从壳体23被排出以送往发动机。例 如在一个合适的实施例中，喷嘴27可以具有8个排出孔83，每个排出孔的直径约为0. 006 英寸(0.15mm)。但是可以理解，排出孔的数目及其直径是可改变的，这没有超出本发明范 围。在这里，下分配通道61和高压腔55共同大致限定出壳体23中的流动通道，沿该流动 通道，高压燃料从燃料入口 57流向喷嘴27的多个排出孔83。现在参见图1和图3，销座47包括细长的管状体85和与管状体的上端整体构成的
9头部87，该头部的横截面尺寸大于管状体，用于在其中央孔35内将销座定位在主体25的台 肩45上。在所示的实施例中，销座47与主体25的轴向孔35同轴对齐，销座的管状体85 的尺寸允许其在主体的轴向孔中大致与主体密封配合。销座47的管状体85限定出销座的 纵向延伸内部通道91，用于可滑动地容纳长销93进入该销座。销座47的头部87在头部上表面的中央形成有总体为凹形或盘形的凹槽95，还具 有从该凹槽中心纵向延伸向销座的内部通道91的孔97。如图3所示，在主体的孔35的上 部，在销座47侧壁和主体25内表面之间形成环形空隙99。进料通道101大体在通道上端 横向延伸穿过销座47的管状体85侧壁，到达内部通道91，进料通道101在其横向的外端 与环形空隙99相通。进料通道101通过环形空隙99与主体25中的上分配通道59流体连 通，以接纳高压燃料进入进料通道、在销93上方的管状体85内部通道和在销座47头部87 内纵向延伸的孔97。销93是细长的并且适当地同轴延伸在销座通道91和主体25轴向孔35中。销93 的上部以紧密贴合方式滑动容纳在销座47的内部通道91中，而销的其余部分从销座纵向 伸出，向下伸入主体25孔35的低压腔49。如图3所示，销93的上端103 (例如在销座47 内通道101的上部)为锥形，以允许高压燃料可容纳于在销上端的上方的销座内部通道中。管状套筒107 (图4)、锤形体109和螺旋弹簧111也设置在主体的孔35的低压腔 49内，套筒就在销座47下面(例如上抵在销座47底面上)围绕销93并且限定出弹簧座， 锤形体109与销同轴地抵靠销的下端并具有限定出对置弹簧座的上端，螺旋弹簧111在销 纵向穿过弹簧的情况下保持在锤形体和弹簧套筒之间。阀针53 (广义上讲是阀件)是细长的并且在主体25的孔35内同轴延伸，从抵接 锤形体109底面的阀针上端113 (图2)起向下延伸经过主体孔的导向通道部分51 (图8)， 再向下经过高压腔55，一直到达在高压腔内紧邻喷嘴27尖端81而设的阀针末端115。如 图4和图8最清楚所示，阀针53的横截面尺寸允许与轴向孔35的导向通道部分51中的主 体25形成很小间隙，以保持阀针相对喷嘴27的正确对准。尤其参见图7，依据喷嘴27尖端81的锥形，所示的阀针53的末端115大体为锥 形，并且限定出适合在阀针关闭位置(未示出)上基本密封贴合在喷嘴尖端的内表面上的 闭合表面117。确切说，在阀针53的关闭位置上，阀针的闭合表面117密封贴合在排出孔 83上方的喷嘴尖端81内表面上，从而封闭喷嘴(更广义地讲是燃料喷射器壳体23)，阻止 燃料通过多个排出孔从喷嘴排出。在阀针的打开位置上(图7所示)，阀针53的闭合表面 117与喷嘴尖端81的内表面分隔开一个间隙，从而允许高压腔55中的燃料在阀针53和喷 嘴尖端81之间流向多个排出孔83，以便流出燃料喷射器21。通常，在阀针打开位置上，在阀针末端115的闭合表面117和喷嘴尖端81的对置 表面之间的间隙适当地介于约0. 002英寸(0. 051mm)至约0. 025英寸(0. 64mm)的范围。但 是可以理解，在不超出本发明范围的情况下，该间隙可以大于或者小于以上规定的范围。可以想到，喷嘴27且确切说尖端81或许可以如此设计，即，多个排出孔83可设置 在除喷嘴内表面之外的其它位置上，该喷嘴内表面在阀针关闭位置上落座在阀针53的闭 合表面117上。例如，多个排出孔83可以设置在供阀针53闭合表面117所落座的喷嘴表 面的下游(就燃料流向排出口的方向而言)，这也在本发明范围内。这样的阀针、喷嘴尖端 和排出孔配置的一个适当例子在美国专利US6，543，700中被公开，其公开内容以与本文一致的程度被引用纳入本文。人们将会理解，销93、锤形体109和阀针53由此能在燃料喷射器壳体23中在阀针 关闭位置和阀针打开位置之间在公共轴线上共同纵向移动。设置在套筒107和锤形体109 之间的弹簧111适当地偏压锤形体和进而阀针53向阀针关闭位置。可以理解，其它合适的 阀配置结构可被用于控制燃料从燃料喷射器流出供给发动机，这没有超出本发明范围。例 如，喷嘴27 (广义上讲是壳体23)可以具有开口，阀针53穿过该开口伸出喷嘴，燃料经过该 开口流出喷嘴以供给发动机。在这样的实施例中，阀针53末端115将在阀针关闭位置上密 封贴合在喷嘴27外表面上。也可以理解，阀针53的操作可以用除电磁阀外的其它机构来 控制，这也在本发明范围内。还可以理解，可以从燃料喷射器21中全部省掉阀针53或其它 阀门机构，这没有超出本发明范围。现在尤其参见图8和图9，超声波波导121与阀针53和燃料喷射器壳体23分开形 成，并且该波导在壳体的高压腔55内纵向延伸至波导的末端123，该波导末端就设置在喷 嘴27尖端81的上面，用于就在燃料经形成在喷嘴中的多个排出孔83离开燃料喷射器21之 前对燃料腔中的燃料进行超声激励。所示的波导121适当地为长管形，具有限定内部通道 127的侧壁125，内部通道沿侧壁长度在波导的纵向相对的上端(上端用129表示)和下端 之间延伸。波导121下端限定出波导末端123。所示的波导121具有总体为环形的(即圆 形)的横截面。但是可以理解，波导121的截面形状可以成除环形之外的其它形状，这没有 超出本发明范围。也可以想到，波导121在其部分长度上为管形，甚至可以沿其长度基本是 实心的。在其它实施例中可以想到，阀针可以总体为管形，波导至少部分安置在阀针内部。一般，波导可以由具有适当的声学性能和机械性能的金属制成。适用于制造波导 的金属的例子包括但不限于铝、蒙乃尔合金(高强度耐蚀镍铜合金)、钛和某些合金钢。可 以想到，波导可以全部或部分涂覆有其它金属。超声波波导121被固定在燃料喷射器壳体 23中，在所示实施例中，更合适的是通过安装件79被固定在高压腔55中。沿纵向定位在 波导121的两端123和129之间的安装件79总体限定出沿纵向从安装件79向上(在所示 的实施例中)延伸向波导的上端129的波导上部分131和沿纵向从安装件延伸向波导末端 123的波导下部分133。尽管波导121在所示的实施例中(即其上下部分均)均安置在壳体高压腔55中， 但可以想到，可只将波导的一部分安置在高压腔内，这没有超出本发明范围。例如，可以只 将波导121的下部分133，包括其末端123，安置在高压腔55内，而波导上部分131安置在 高压腔的外面，并且可以承受或不承受喷射器壳体23中的高压燃料。波导121的内横截面尺寸(例如所示实施例中的内径)，例如波导内部通道127的 横截面尺寸，总体上沿波导长度是均勻不变的，并且具有适当尺寸以容纳在波导内通道中 沿波导整个长度(在所示的实施例中，在波导上方抵接锤形体109)同轴延伸的阀针53。但 应该理解，阀针53可以仅沿波导121内部通道127的一部分延伸，这没有超出本发明范围。 也可以理解，波导121的内横截面尺寸可以沿波导长度是变化的。在所示的实施例中，阀针 53末端115，更合适地说是阀针的闭合表面117，在阀针的打开位置和关闭位置上沿纵向设 置在波导121末端123之外。但应该理解，阀针53末端115的闭合表面117只需要在阀针 关闭位置上延伸到波导121末端123之外，而在阀针打开位置上，闭合表面可以完全或部分 配置在波导的内部通道127中。
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如图7最清楚所示，在波导121内部通道127中延伸的阀针53部分的横截面尺寸 (例如所示实施例中的直径)被选定为略小于波导内通道的横截面尺寸，从而至少部分限 定在壳体内的高压燃料流动路径，更合适地限定出在波导侧壁125内表面和阀针之间沿阀 针长度延伸的流动通道部分。例如在一个实施例中，阀针53在波导内部通道127中与波导 侧壁125的内表面横向间隔(例如在所示实施例中径向间隔)约0. 0005英寸(0. 013mm) 至约0. 0025英寸(0. 064mm)的间隙。沿着在通道127内的阀针53的一对纵向间隔部分(例如一个部分137 (图7)邻 近波导121末端123，另一部分139 (图6a)邻近并就在安装件79上方)，阀针53的横截面 尺寸被增大，从而阀针在通道中与波导形成更小间隙，甚至形成滑动接触关系，以促成在其 中的正确对准并禁止阀针在通道中横向移动。在这些部分的阀针53外表面具有一个或多 个形成于其中的平面(未示出)，从而至少部分限定在波导121内部通道127内延伸的流动 通道部。或者，阀针53外表面可以沿纵向在这些部分处开槽，以允许在波导121内部通道 127内的燃料流过这些部分。尤其参见图7，波导侧壁125的外表面与主体25和喷嘴27横向间隔开，以进一步 限定高压燃料沿其从燃料入口 57流向多个排出孔83的流动路径，更合适地形成在波导121 的外侧或外面的流动通道部分。通常，在沿纵向设于波导121末端123上和/或附近的波导 扩大部195和沿纵向设于波导上端129附近的另一扩大部153之间，波导侧壁125的外横 截面尺寸(例如在所示的实施例中是外径)沿其长度是均勻一致的。例如，在波导侧壁125 和波导末端123上游(例如就燃料从喷嘴上端33流向多个排出孔83的方向而言)的喷嘴 27之间的横向(例如所示的实施例中的径向)间隙的适当范围为约0.001英寸(0.025mm) 到约0.021英寸(0. 533mm)的范围。但是，在不超出本发明范围的情况下，该间隙可以大于 或者小于该范围。波导121下部分133的扩大部195的外横截面尺寸适当增大，更合适的是在波导 末端123附近或更恰当地在波导末端123处，横向向外扩成锥形或喇叭形。例如，波导121 下部分133的扩大部195的横截面尺寸被选定成在中央孔75中与喷嘴27紧邻或甚至滑动 接触，以保持该波导(和进而阀针53)在高压腔55中的正确轴向对其。结果，在波导121和喷嘴27之间的流动路径部分总体在波导末端123处或其附近 比紧接在波导末端上游的流动路径部窄，从而基本限制燃料流经波导末端地流向多个排出 孔83。波导121下部分133的扩大部195也提供增大的超声激振表面积，流经波导末端123 的燃料承受该超声激振表面积的作用。一个或多个平面197 (图9)形成在下部分133扩大 部195的外表面中，促使燃料沿流动路径流经波导121末端123，以便流向喷嘴27的多个排 出孔83。可以理解，波导侧壁115的扩大部195可以向外成阶梯形，而不是扩成锥形或喇叭 形。也可以想到，扩大部195的上下表面均可以具有异型形状，而不是平直的，这也在本发 明范围内。在一个例子中，波导下部分133的扩大部195，例如在波导末端123上和/或其附 近，具有约为0.2105英寸(5.35mm)的最大外横截面尺寸(例如所示实施例中的外径)，而 紧接在该扩大部上游的波导的最大外横截面尺寸可以处于约0. 16英寸(4. 06mm)至略小于 约0. 2105英寸(5. 35mm)的范围。波导121末端123和喷嘴27之间的横向间隙限定出一个开口面积，燃料经过此开口面积沿流动通道流经波导末端。所述一个或多个排出孔83限定了燃料经此离开壳体23 的开口面积。例如在设有一个排出孔的情况下，燃料经此离开壳体23的所述开口面积被定 义为该排出孔(例如在燃料进入排出口处)的横截面积，在设有多个排出孔83的情况下， 燃料经此离开壳体的所述开口面积被定义为每个排出孔的横截面面积之和，在一个实施例 中，在波导121末端123和喷嘴27处的开口面积同燃料经此离开壳体23 (例如在排出孔83 处)的开口面积之比适当地处于约4 1至约20 1的范围。可以理解，在其它合适的实施例中，波导121下部分133可以沿其整个长度具有 大体均勻不变的外横截面尺寸(例如因而没有形成扩大部195)，或者其外横截面尺寸减小 (例如明显缩向其末端123)，这没有超出本发明范围。再参见图8和图9，适合给波导121供能以便机械超声振动的激振装置适当地与波 导一起完全安置在高压腔55内，激振装置总体用标记145表示。在一个实施例中，激振装 置145适当地响应于高频(例如超声频率)电流，以使波导超声振动。例如，激振装置145 可适当地从合适的发生装置(未示出)中接收高频电流，该发生装置可操作用来输送高频 交流电流给激振装置。本文所用的术语“超声(波)”是指范围为约15kHz至约IOOkHz的 频率。例如在一个实施例中，发生装置可以适当地供应频率范围为约15kHz至约100kHz、更 合适地为约15kHz至约60kHz、更加合适地为约20kHz至约40kHz的超声频率的交流电给激 振装置。这样的发生装置对本领域技术人员来说是所众所周知的，因此不需要在此作进一 步的描述。在所示的实施例中，激振装置145包括压电器件，更合适的是包括多个堆叠的压 电环147 (例如至少两个，在所示实施例中是四个)，压电环围绕波导121上部分131并安放 在由安装件79构成的台肩149上。环形的套环151在多个压电环147上方围绕波导121 的上部分131并且下压在最上方的压电环上。合适的是，套环151由高密度材料构成。例 如，一种适合制造套环151的材料是钨。但是应该理解，套环151可以由其它合适的材料构 成，这也在本发明范围内。靠近波导121上端129的扩大部153具有增大的外横截面尺寸 (例如在所示实施例中是增大的外径)并且沿该部分制有螺纹。套环151具有内螺纹，用于 将套环螺纹连接在波导121上。套环151适当地被拧紧压下到堆叠的压电环147上，从而 在套环和安装件79台肩149之间压紧压电环。所示实施例的波导121和激振装置145共同广义地限定总体用标记150表示的 波导组件，用于给高压腔55中的燃料超声供能。因此，整个波导组件150完全设置在燃料 喷射器21的高压燃料腔55中，于是，总体均勻承受燃料喷射器中的高压环境作用。例如， 所示的波导组件尤其被构造成能既充当超声变幅杆，又充当用于超声振动超声变幅杆的换 能器。具体说，图8所示的波导121下部分133总体像超声变幅杆一样工作，而波导上部分 131，更合适的是上部分的这样一个部分，其大体从安装件79延伸至套环151在此连接于波 导上部分的位置，与激振装置(如多个压电环)一起像换能器一样工作。在输送电流(例如以超声频率输送的交流电流)给所示实施例的多个压电环147 时，多个压电环立即以电流以此输送至压电环的超声频率来伸缩(特别是沿燃料喷射器21 纵向)。因为这些压电环147在套环151 (它被固定在波导21上部分131上)和安装件79 之间被压缩，这些环的伸缩造成波导上部分超声伸缩(例如大体以压电环伸缩的频率)，例 如按照换能器方式。波导121上部分131的如此伸缩将激发波导的共振频率，尤其是沿波导下部分133，导致波导沿下部分超声振动，例如按照超声变幅杆的方式。例如在一个实施例中，由其超声激振造成的波导121下部分133的位移可达到压 电环和波导上部分的位移的六倍。但可以理解，下部分133的位移可以被放大超过6倍，或 者也可以根本未被放大，这些都在本发明范围内。可以想到，波导121的一部分(例如波导上部分131的一部分)或许可由对以超 声频率变化的磁场做出响应的磁致伸缩材料构成。在这样的实施例(未示出)中，激振装 置可以包括磁场发生器，它部分或完全设置在壳体23中并可响应于电流接收地工作，以对 该磁致伸缩材料施加磁场，其中该磁场以超声频率变化(例如从开到关，从一个量级到另 一个量级和/或方向改变)。例如，合适的发生器可以包括导电线圈，它连接至以超声频率输送电流给线圈的 发生装置。这个实施例的波导磁致伸缩部分和该磁场发生器于是共同起到换能器的作用， 而波导121下部分133又起到超声变幅杆的作用。合适的磁致伸缩材料和磁场发生器的一 个例子在美国专利US6，543，700中被公开，其公开内容按照与本文一致的程度被引用纳入 本文。虽然整个波导组件150如图所示地设置在燃料喷射器壳体23的高压腔55内，但 可以理解，在不超出本发明范围的情况下，波导组件的一个或多个零部件可完全或部分设 置在高压腔之外，甚至可以设置在壳体之外。例如在使用磁致伸缩材料的场合，磁场发生器 (广义上讲是激振装置)可以安置在主体25或燃料喷射器壳体23的其它组成部分中，可 以仅部分承受高压腔55作用或者完全与高压腔隔绝。在另一个实施例中，波导121上部分 131和多个压电环147 (和套环151)可以共同位于高压腔55之外，这没有超出本发明范围， 只要波导末端123安置在高压腔中就行。通过将多个压电环147和套环151套设在波导121上部分131周围，整个波导组 件150不再需要比波导本身长(例如与其换能器和超声变幅杆以首尾对接方式或层叠方式 布置的组件的长度不同)。例如，整个波导组件150可适当地具有等于波导共振波长的约一 半(有时常称为半波长)的长度。特别是，波导组件150适当构造成以介于约15kHz至约 100kHz、更合适地介于约15kHz至约60kHz且更加合适地介于约20kHz至约40kHz范围的 超声频率共振。以这样的频率工作的半波长波导组件150具有处于约133mm至约20mm、更 合适地处于约133mm至约37. 5mm、更加合适地处于约IOOmm至约50mm范围的相应全长(对 应于半波长)。作为更具体的例子，图8和图9所示的波导组件150被配置能能在约40kHz 频率下工作并且具有约50mm的全长。但应该理解，壳体23的尺寸可以大到足以允许具有 全波长的波导组件能安置在壳体中。也可以理解，在这样的配置中，波导组件可包括按照重 叠配置形式的超声变幅杆和换能器。非导电套筒155 (在所示的实施例中为圆柱形，但也可以是其它形状)安放在套环 151的上端并且从套环起向上延伸向高压腔55的上端。套筒155也可适当地由总体柔性的 材料构成。例如，一种适用于制造套筒155的材料是无定形热塑性聚醚酰亚胺材料，其能从 美国通用电子公司以商品名ULTEM获得。但是，其它合适的非导电材料例如陶瓷材料可被 用来制造套筒155，这也在本发明范围内。套筒155的上端具有一体形成的且径向向外突出 的环形凸缘157和一组四个纵向延伸的狭槽159，这四个狭槽在套筒上端限定出四个总体 柔性的突舌161。第二环形凸缘163与套筒155 —体形成并且就在纵向延伸的狭槽159下
14面径向伸出套外，即与设在套筒上端的环形凸缘157纵向间隔开地伸出。由导电材料构成的接触环165在套筒的纵向间隔的环形凸缘157和163之间环 绕在该套筒155上。在一个实施例中，接触环165适当地由黄铜构成。但应该理解，接触 环165可以由其它合适的导电材料构成，这没有超出本发明范围。可以理解，可以使用除环 之外的触点元件例如单点触点元件、柔性的和/或承受弹簧力的突舌或其它合适的导电元 件，这没有超出本发明范围。在所示的实施例中，接触环165的内横截面尺寸(例如直径) 被选定为略小于套筒155的、在环形凸缘157和163之间延伸的纵向部分的外横截面尺寸。通过使接触环伸缩下移至套筒上端上，接触环165被插装在套筒155上。环165的 在套筒155上端作用于环形凸缘157的力迫使突舌161径向向内挠曲(例如弯曲)，从而允 许该环下滑经过形成在套筒上端的环形凸缘并将环安置在第二环形凸缘163上。突舌161 弹性向外回移至其初始位置，在接触环165和套筒155之间产生摩擦配合并将接触环保持 在该套筒的环形凸缘157和163之间。由非导电材料构成的导向环167环绕接触环165并将接触环165电隔离。例如 导向环167可以(但不一定必须)由与套163—样的材料构成。在一个实施例中，导向环 167被适当固定在套筒上，更合适的是固定在接触环165上，通过导向环在接触环上的夹持 或摩擦配合。例如导向环167可以是开口环，其如图9所示沿狭槽断开。导向环167因此 可沿周向在该槽处张开，从而将导向环装配在接触环165上，并且随后松开时弹性闭合并 紧套住接触环。在一个特别合适的实施例中，环形定位块169从导向环167起径向内伸出并可被 容纳在形成于接触环165上的环形槽171中，以将导向环正确定位在接触环上。但应该理 解，接触环165和导向环167可以不像图8和图9所示的那样，而是装在套筒155上，这没 有超出本发明范围。至少一个且更合适的是多个锥形或截头圆锥形的开口 173沿径向穿过 导向环167地形成，以允许接近接触环165地给接触环输送电流。如图5最清楚所示，由适当的非导电材料构成的绝缘套筒175穿过在主体25侧面 中的开口并具有大体为锥形的末端177，该末端被构造成能安置在导向环167的其中一个 开口 173中。绝缘套筒175通过适当的附件179保持就位，该附件螺纹紧固在主体25的开 口 173中并具有一个中央开口，绝缘套筒穿过中央开口。适当的供电线181穿过绝缘套筒 175，在接线一端与接触环165导电接触，并在其相反端(未示出)与电流源(未示出)导 电接通。附加的供电线183从接触环165起向下沿套筒155外表面在高压腔55内延伸并 与设在最上方压电环147和相邻的下方压电环之间的电极(未示出)导电接通。独立的电 线184将该电极和设在最下方的压电环147和次最下方压电环之间的另一电极(未示出) 导电连接。安装件79和/或波导121为送往多个压电环147的电流提供接地。具体说，地 线185被连接到安装件79并延伸到中间两个压电环147之间，接触一个设于两者之间的电 极(未示出)。作为可选方式，另一条地线(未示出)可以从中间两个压电环147之间伸 出，接触在最上方压电环和套环151之间的另一电极(未示出)。现在尤其参见图6、图6a、图8和图9，安装件79合适地在波导两端123和129之 间被连接至波导121。更合适的是，安装件79在波导节点区连接至波导121。本文所用术语 波导121“节点区”是指波导纵向区或区段，沿该纵向区或区段，在波导超声振动过程中几乎没有(或没有)纵向位移，而横向(例如在所示实施例中是径向)位移通常达到最大。波 导121的横向位移适当地包括波导横向伸长，但也可以包括波导的横向移动(例如弯曲)。在所示的实施例中，波导121如此配置，即不存在节点平面(即波导横向平面，在 此平面上没有出现纵向位移，但横向位移通常达到最大)。相反，所示的波导121的节点区 大体为穹顶形，从而在该节点区内的任何给定纵向点上，仍可能有一定的纵向位移，但波导 的主要位移是横向位移。但应该理解，波导121可被适当地构造成具有节点平面(或者有时称为节点)，这 种波导的节点平面被认为落在本文所限定的节点区的含义内。也可以想到，安装件79可沿 纵向设置在波导121节点区的上方或下方，这没有超出本发明范围。安装件79适当设计和设置在燃料喷射器21中，用于振动方面将波导121和燃料 喷射器壳体23隔离。就是说，安装件25阻止传递波导121的纵向和横向(例如径向)机 械振动给燃料喷射器壳体23，同时保持波导在高压腔55内的期望横向位置并允许波导在 燃料喷射器壳体中纵向位移。例如，所示实施例的安装件79通常包括沿横向(例如所示的 实施例中沿径向)伸出波导121外的环形内部分18、横向于波导延伸并与内部分横向间隔 的环形外部分189、和在内部分和外部分之间横向延伸并连接内部分和外部分的环形连接 条191。虽然内外部分187和189和连接条191是环绕波导121周边连续延伸的，但可以理 解，这些构件中的一个或多个可以像车轮辐条那样环绕波导是间断的，这没有超出本发明 范围。在图6a所示的实施例中，安装件79的内部分187具有大体平坦的上表面，其限定 出其上安置激振装置145如多个压电环147的台肩149。内部分187的下表面193被适当 构形成从波导121附近延伸向其与连接条191相连之处，更合适地具有混合的半径外形。具 体说，在安装件79的连接条191和内部分187的结合处的下表面193形状适当地具有较小 半径(例如较尖的、小锥度或更像角的)形状，以便连接条在波导121振动中变形。在安装 件79内部分187和波导121的结合处的下表面193形状适当地具有较大半径(例如较大 锥度或平整的)的形状，以便在连接条191在波导振动过程中变形时减小安装件内部分中 的应力。安装件79的外部分189被构造成大体在喷嘴上端33附近安座在由喷嘴27形成 的台肩上。如图6最清楚所示，喷嘴27的内横截面尺寸(例如内径)在喷嘴上端33附近 向内成阶梯形，例如沿纵向在安装件79的下面，从而喷嘴沿纵向与安装件内部分187的异 形下表面193和连接条191间隔开，以允许安装件在波导121超声振动过程中位移。安装 件79的横截面具有适当尺寸，从而至少外部分189的外边缘区沿纵向设置在喷嘴27的台 肩和燃料喷射器壳体23主体25的下端31 (即落座在喷嘴上端33的主体表面)之间。燃 料喷射器21的紧固件29将喷嘴27和主体25迫合在一起，以将安装件外部分189的边缘 区固定在两者间。连接条191被构造成比安装件79的内部分和外部分187、189薄，以方便连接条响 应于波导121超声振动挠曲和/或弯曲。例如在一个实施例中，安装件79的连接条191的 厚度范围可以为约0. 2mm至约1mm，更合适地为约0. 4mm。安装件79的连接条191适当地 包括至少一个轴向部分192a和至少一个横向(例如在所示的实施例中是径向)部分194。 在所示的实施例中，连接条191具有一对横向间隔的轴向部分192，它们通过横向部分194相连，从而连接条的横截面基本上为U形。但是应该理解，具有至少一个轴向部分192和至少一个横向部分194的其它构 型是合适的，例如L形、H形、I形、倒U形、倒L形等，这没有超出本发明范围。美国专利 US6, 676，003示出和描述了合适的连接条191构造的附加例子，该文献的公开内容以与本 文一致的程度被引用纳入本文。连接条191的轴向部分192从该安装件的内外部分187和189起垂下并大体悬臂 支承在横向部分194上。因此，轴向部分192能够响应于安装件内部分187的横向振动位 移地相对安装件外部分189动态弯曲和/或挠曲，由此将壳体23同波导横向位移隔离开。 连接条191的横向部分194悬臂支承在轴向部分192上，从而该横向部分能够响应于内部 分187的轴向振动位移地相对该轴向部分(进而相对安装件的外部分189)动态弯曲和挠 曲，由此将该壳体23与波导轴向位移隔离开。在所示的实施例中，波导121在波导超声激振时在节点区(例如在安装件79与波 导连接的地方)径向伸长以及略微轴向位移。U形连接件191 (例如其轴向和横向部分192 和194)做出响应地通常弯曲和挠曲，具体说，相对安装件79的外部分189滚动，例如按照 类似于马桶柱塞头在柱塞手柄轴向移动时滚动的方式。因此，连接条191将燃料喷射器壳 体23与波导121的超声振动隔离开，在所示的实施例中，它尤其将安装件外部分189与其 内部分187的振动位移隔离。安装件79的这种构造也提供足以补偿可能出现在日常工作 中的节点区偏移的带宽。尤其是，安装件79能够补偿节点区实时位置的变化，该变化出现 在超声波能量经波导121实际传送当中。这样的变化或偏移可能由例如高压腔55内的温 度和/或其它环境状态的变化引起。虽然在所示的实施例中安装件79的内部分和外部分187和189大体相对波导设 置在相同的纵向位置上，但可以理解，内部分和外部分可沿纵向相互错开，这没有超出本发 明范围。也可以想到，连接条191可包括一个或多个轴向部分192(例如可省掉横向部分 194)，这也在本发明范围内。例如，在波导121具有节点平面且安装件79定位在节点平面 上的情况下，安装件只需要被构造成隔离波导横向位移。在一个替代实施例(未示出)中 可以想到，安装件可设置在波导的波腹区或其附近，例如在波导的相对两端123和129之一 上。在这样的实施例中，连接条191可以仅包括一个或包括多个横向部分194，用于隔离波 导轴向位移(即在波腹区几乎没有或没有横向位移)。在一个特别合适的实施例中，安装件79为单件结构。更合适的是，安装件79可以 与波导121整体地形成，如图6所示。但可以理解，安装件79可与波导121分开构成，这也 在本发明范围内。也可以理解，安装件79的一个或多个组成部分可以单独构成并适当连接 或以其它方式装配在一起。在一个合适的实施例中，安装件79还被构造成总体是刚性的(例如抵抗力作用下 的静止位移)，以保持波导121 (进而阀针53)在高压腔55内处于正确对准状态。例如在一 个实施例中，刚性的安装件可以由非弹性材料构成，更合适地由金属构成，更加合适地由与 制造波导一样的金属构成。但是，术语“刚性”不想要表示安装件无法响应波导超声振动地 动态挠曲和/或弯曲。在其它实施例中，刚性安装件可以由弹性体材料构成，其足以抵抗力 作用下的静止位移，但在某些情况下能随着波导超声振动而动态挠曲和/或弯曲。虽然如 图6所示的安装件79由金属构成，更合适地由与波导121—样的材料构成，但可以想到，安装件可以由其它合适的、总体刚性的材料构成，这没有超出本发明范围。再次参见图6和图8，燃料沿其在燃料喷射器壳体23的高压腔55内流动的流动路 径部分由喷嘴27的内表面和波导121下部分133的外表面之间的、在主体25内表面和激 振装置145外表面之间的、和套环151和套筒155 (例如在安装件的上方)之间的横向间隙 限定(例如在安装件79的下面)。燃料流动路径通常在套筒155处与燃料喷射器壳体23 主体25的燃料入口 57流体连通，从而从燃料入口进入流动路径的高压燃料向下(在所示 的实施例中)沿流动路径流向喷嘴尖端81，以便经多个排出孔83流出喷嘴27。如上所述， 另外的高压燃料在波导121的内部通道127内在波导和阀针53之间流动。因为安装件79沿波导121的横向在高压腔55中延伸，所以主体25下端31和喷嘴 27上端33被适当构形成可以在燃料在高压腔中流动时允许燃料流动路径基本环绕安装件 转向。例如如图10最清楚所示，合适的多个通道199形成在主体25的下端31中，与安装 件79上游的流动通道连通，并对准形成在喷嘴27上端33中且与安装件下游的流动通道流 体连通的相应通道。因此，从燃料入口 57沿安装件79上游的流动通道向下流动的高压燃 料(例如在主体25和套筒155/套环151/压电环147之间)经过主体中的环绕安装件的 通道199，经过喷嘴27中的通道201，到达安装件下游的流动通道(例如在喷嘴和波导121 之间)。在一个实施例中，燃料喷射器通过适当的控制系统(未示出)被操作，该控制系统 控制电磁阀和激振装置145的工作。这样的控制系统对本领域技术人员来说是众所周知的 并且无需作进一步描述，除非有必要。除非正在进行喷油操作，否则阀针53被主体25孔35 中的弹簧111偏压至其关闭位置，此时阀针末端115处于与喷嘴尖端81的密封接触中，从 而关闭多个排出孔83。电磁阀在形成于销座47头部87中的凹槽95处提供封闭，从而关闭 纵向延伸穿过销座的孔97。在阀针53的关闭位置上，控制系统没有供应电流给波导组件。高压燃料从燃料源(未示出)在壳体23的燃料入口 57流入燃料喷射器21。适 用于将高压燃料从燃料源送往燃料喷射器21的燃料传送系统在现有技术中是已知的，因 此无需在此作进一步描述。在一个实施例中，高压燃料能以介于约5000psi (340巴)至约 30000psi(2070巴)范围的压力被传送给燃料喷射器21。高压燃料经过主体25的上分配 通道59流到主体和销座47之间的环形空隙99，经过销座的进料通道101流入在销93上 方的销座内部通道91，再向上流过销座中的孔97。高压燃料也流经高压流道，即，经过主体 25的下分配通道61流向高压腔55，从而既从波导121外又从波导内部通道127来充填高 压腔。在此情况下，在销93上方的高压燃料与弹簧111的偏压一起阻止高压腔55内的高 压油推动阀针53到其打开位置。当喷油器控制系统确定需要向内燃机喷油时，电磁阀就通过控制系统被通电，以 打开销座孔97，从而高压燃料从销座流出，作为低压燃料流到在主体25上端37的燃料返回 通道71，由此降低销座内的在销93之后(例如上面)的燃料压力。因此，在高压腔55内的 高压燃料现在又能克服弹簧111偏压，迫使阀针53移动到阀针打开位置。在阀针53的打 开位置上，阀针末端115在多个排出孔83处离喷嘴的尖端81足够远，以允许高压腔55中 的燃料经所述多个排出孔排出。当给电磁阀通电以允许阀针53移动至其打开位置时，例如大约与此同时，该控制 系统也控制高频电流发生器，通过接触环165和合适的导电连接接触环至多个压电环147的接线183输送电流给激振装置145。如上所述，大体按照电流以此被输送给激振装置145 的超声频率使多个压电环147伸缩(尤其在燃料喷射器21的纵向上)。压电环147的伸缩引起波导121的上部分131超声伸缩(例如大体以与多个压电 环伸缩相同的频率)。波导121上部分131如此伸缩激励了波导(例如适当地以波导共振 频率)，尤其沿波导下部分133，导致波导沿下部分超声振动，特别在其末端123在下部分的 扩大部195上。在阀针53处于其打开位置的情况下，高压腔55内的高压燃料沿该流动路径流动， 尤其是流经超声振动的波导121末端123，到达喷嘴尖端81的多个排出孔83。超声波能量 通过波导121末端123被施加至在多个排出孔83上游(沿流动通道)的高压燃料，从而基 本雾化燃料(例如，减小从燃料喷射器21流出的燃料的液滴尺寸并缩窄液滴尺寸分布)。 在燃料离开多个排出孔83前对燃料进行超声激励将产生脉动的、大体为锥形的雾化燃料 液体喷射，其被送入由燃料喷射器21供油的燃烧室。在如图1至图10所示的实施例中且如前所述，销93的操作和进而阀针53的操作 由电磁阀(未示出)来控制。但是应该理解，其它机构例如但不限于凸轮驱动机构、压电操 作机构或磁致伸缩操作机构、液压操作机构或者其它合适的带有或不带液体放大阀的机械 装置可被用来控制阀针操作，这没有超出本发明范围。图11表示总体以421表示的本发明超声波液体传送装置的第二实施例。在本文 中，参照任何超声驱动装置来概括描述第二实施例的超声波液体传送装置421，在该超声 驱动装置中，高压喷射液体在对液体施加超声波能量后从装置中被排出，可以想到，这样的 装置可以被用在以下装置，例如但不限于喷雾器和其它药剂输送装置、模制成型设备、加湿 器、发动机燃料喷射器、漆料喷涂装置、油墨输送装置、混合装置、均勻化装置、喷雾干燥装 置、冷却装置和采用超声发生的液体喷雾的其它应用中。所示的超声波液体传送装置421包括总体用标记423表示的壳体，该壳体具有 用于接纳流体进入壳体的入口 457。液体适当地被加压到略高于0.0psi(0.0巴)至约 50000psi(3450巴)的压力范围。在所示的实施例中，壳体423至少部分由上(就图11所 示的超声波液体传送装置421的竖直取向而言)壳体件425和下壳体件427。上壳体件425 的下端431安座在下壳体件427的上端433上，这两个壳体件通过合适的螺纹连接件429 紧固在一起。上和下壳体件425、427 —起限定出与入口 457流体连通的内腔455。下壳体 件427具有形成在底面上的轴向延伸的螺纹孔480，用于拧装接纳一个插入件482，从而插 入件进一步限定超声波液体传送装置421的壳体423。排出孔483沿轴向穿过插入件482， 从而大致限定壳体423的排出孔，液体可经过该排出孔被排出壳体。虽然图11所示的插入件482具有单个排出孔483，但可以想到插入件可以具有多 于一个的排出孔。也可以想到插入件483可以完全被省掉，并且下壳体件427的底部大体 是封闭的，一个或多个排出孔形成于其中。所示实施例的壳体423大体为圆柱形，但也可以 合适地成任何形状，并且壳体尺寸至少部分取决于传送前需要安置在壳体中的液体量、排 出孔的数量和尺寸以及超声波液体传送装置的工作频率。也可以想到，下壳体件427可以 与图1至图10的实施例的喷嘴27相似地构成，有一个或多个排出孔83形成在喷嘴尖端81 中。液体入口 457横向穿过下壳体件427的侧壁552，与壳体423的内腔455流体连
19通。但是可以想到，液体入口 457基本上可设置在沿下壳体件427侧面的任何位置或沿上壳 体件425侧面的任何位置，甚至轴向穿过上壳体件的顶面，这也在本发明范围内。因此，图 11所示的内腔455大致限定出一个液体流道，液体沿该流道在壳体423中流向排出孔483， 以便从壳体中排出液体。图11所示的超声波液体传送装置421缺少阀件(例如与图1至图10的实施例的 阀针53相似的阀件)或设置在壳体中用于控制液体流向排出孔483的其它构件。相反，在 第二实施例中，液体可在内腔455中连续流向排出孔483。但应该理解，在壳体423外的合 适的控制系统(未示出)可以控制液体流向壳体入口 457，由此控制液体送往排出孔483， 这没有超出本发明范围。总体以550表示的细长的超声波波导组件沿壳体423的轴向延伸(例如沿图11所 示的壳体纵向或竖向)，并且完全设置在壳体的内腔455中。特别是，波导组件550可以适 当地按照基本与图1至图10的实施例的燃料喷射器21的波导组件150相同的方式构造。 该组件550的波导521末端523适当设置在排出孔483附近。本文所用术语“附近”是定 性意义上的，只表示超声波能量就在液体进入排出孔483之前通过波导521末端523被赋 予内腔455中的液体，不想要表示排出口和波导末端之间的特定间距。如图11所示，下壳体件427侧壁552的内横截面尺寸朝向下壳体件的下端481地 缩减。由此，在波导521末端523处和/或附近的扩大部695紧邻或甚至滑动接触到朝向 下壳体件427下端481的侧壁552，例如就在排出口的上游(就高压流体在内腔455内流向 排出孔483的方向而言)，从而壳体内的液体流道在波导末端处和/或附近变窄。但应该理解，波导521末端523 (或它的其它部分)不一定与下壳体件427的侧壁 552紧邻，这也在本发明范围内。例如，波导521的外横截面尺寸可以沿其长度基本是均勻 一致的，而不是有扩大部695，或者它可以向波导末端523缩小。作为替代或补充，下壳体件 427侧壁552的内横截面尺寸不会朝向下壳体件下端481缩减。波导521在内腔455中通过横向延伸的安装件479适当连接到壳体423，安装件 的构造基本与图1至图10的实施例的安装件79相似。因此，安装件479将壳体423与波 导521的机械振动隔离开。安装件479的外部分689固定在上壳体件425的下端431和下 壳体件427的上端433之间。合适的孔(未示出，但与图1至图10的实施例所示的孔199 和201相似)可以形成在上和下壳体件425和427中，安装件479的外部分689在此被固 定在两者间，以允许液体在内腔中纵向流经该安装件。波导组件550也包括激振装置545 (例如所示实施例中的多个压电环547)，其被套 环551紧压在安装件479上，该套环螺纹紧固在波导521上部分531上。电流通过适当的 接线(未示出，但与图1至图10的实施例的接线181、183相似)被供给激振装置545，该接 线延伸穿过壳体423侧壁并且导电连接在内腔455中的接触环683上。工作中，液体被送往壳体423的液体入口 457，以便沿流道流动，例如在内腔455 中，流向排出孔483。当高压流体流过波导521末端523而流向排出孔483时，波导组件450 按照基本与图1至图10的燃料喷射器21的波导组件150相似的方式被操作，以超声振动 该波导末端，例如按照超声变幅杆的方式。超声波能量于是就在液体进入排出孔483之前 通过波导521末端523被赋予液体，从而基本雾化液体(例如减小离开超声液体传送装置 421的液体的液滴尺寸和缩小液滴尺寸分布)。在液体离开排出孔483之前的液体超声供能总体产生由超声液体传送装置421送出的、脉动的且大体为锥形的液体喷雾。图12表示根据本发明第三实施例的超声波液体传送装置，其总体用821表示。第 三实施例的超声波液体传送装置821与第二实施例的超声波液体传送装置相似，除了第三 实施例的波导组件950如图所示地是仅部分设置在壳体823内腔855中。第三实施例的壳 体823包括限定出内腔855的壳体件825、和盖板826 (例如所示实施例中的环形盖板)， 盖板螺纹紧固在壳体件的开放上端837上，用于进一步限定壳体并将安装件879的外部分 1089紧固在盖板和壳体件之间而由此紧固安装件(进而波导组件850)就位。于是，如同结 合第一和第二实施例所描述的那样，安装件879将壳体823与波导921的机械振动隔离开。 第三实施例的插入件882如图所示地具有多个排出孔883。在图12所示的实施例中，波导921的下部分933完全在内腔855里延伸，而波导 的上部分931从安装件879起轴向延伸至壳体823之外。激振装置945如多个压电环947 因此连同将这些环压在安装件879的上表面上的套环951，设置在壳体823之外。电流可以 通过适当的接线(未示出)被传送给激振装置945，不需要与图1至图10所示的燃料喷射 器21相关联的套筒155、接触环165和导向环167。但可以理解，这样的套筒、接触环和导 向环可以被加入超声波液体传送装置821中，这没有超出本发明范围。图13和图14表示总体以2001表示的控制系统的一个合适的实施例，用于控制超 声波液体传送装置的工作，在该超声波液体传送装置中，使超声波波导组件间歇超声振动 相对短的脉冲时间或持续时间，即预定短暂时间t (波导超声振动预定时间t的每个瞬时广 义限定了液体传送装置的一次激励事件)。每次激励事件的时间t包括在整个激励事件持 续时间内的多个超声频率振动周期(即振动周期)。所示的控制系统2001与具有阀件的超 声波液体传送装置连用，阀件被可选择地打开和关闭，更合适的是，为了在此描述该控制系 统，它与如图1至图10所示且如上所述的燃料喷射器21结合使用。在这样的实施例中，每次激励事件对应于本文所称的燃料喷射器21的一次喷油 事件，在喷油事件中，使波导组件150在超声频率下振动达短暂时间t，而阀件53被打开以 从燃料喷射器中送出雾化喷油。在其它实施例中，阀件53可以保持打开状态，同时进行多 次激励事件(即波导组件150的超声振动的多个脉冲)。也可以理解，本文所示和所述的控 制系统2001适合与其它超声波液体传送装置结合使用，所述其它超声波液体传送装置包 括与图11和图12所示且如上所述的相似的连续流动式超声波液体传送装置，其中使波导 组件间歇振动达短暂时间t。本实施例的控制系统2001适当地包括用2003表示的控制单元，包括可操作用来 控制燃料喷射器21 (广义上讲是液体传送装置)的工作的控制器2005，还包括电源(未示 出)、驱动信号发生器2007、波导组件150且确切说是在控制电路中提供载荷的激振装置 145、相位探测器2009和峰值探测器2011。驱动信号发生器2007与电源导电连通以便接收 电功率，并且可操作用来从电输入中产生药被送往波导组件150且尤其是波导组件的激振 装置145的高频(例如超声频率)电信号。在一个特别合适的实施例中，驱动信号发生器 2007是可变驱动信号发生器如振荡器，更合适地是可变电压控制振荡器。但是应该理解，其 它合适的发生器可以被用来产生高频电信号，这也在本发明范围内。由驱动信号发生器2007产生的电驱动信号适当地为波形例如正弦波，其具有超 声频率和波幅。在一个适当的例子中，驱动信号可以包括超声频率交变电流模拟正弦波。在另一个合适的例子中，驱动信号可以包括数字阶梯形正弦波，用于提高波导组件145的波 导121跃升至其期待动作的速率。相位探测器2009与超声波波导组件150连通，在一个合适的实施例中是导电连 接至超声波波导组件150，更合适的是与激振装置145连通或导电连接，用于探测在控制电 路2003中的电流和电压相关的相位状态数据并且产生表示这种相位状态数据的信号。例 如在一个合适的实施例中，相位探测器2009可以包括比较器或施密特触发器(两者均是本 领域技术人员所熟知的)，借此来探测控制电路2003中的电流和电压，并且在按照已知方 式被合适地信号处理成比较器或施密特触发器的输入后，以确定电压和电流的状态(即相 位状态数据)在任何时刻是在零之上或零之下。可以理解，其它合适的相位探测器可被用 来探测相位状态数据并产生表示随后用于确定电流和电压之间相位角的合适信号，如下所 述。在一个特别合适的实施例中，相位探测器2009能够探测在控制电路2003中的电流和 电压的90°相位差状态。峰值探测器2011也与波导组件150且更合适的是激振装置145连通，确切说导电 连接，以探测控制电路2003中的电流或电压的波幅数据并且产生表示波幅数据的信号。本 文所用的术语“峰值探测器”是指用于确定控制电路2003中的电流或电压的峰值波幅的任 何合适机构。控制器2005可以包括任何合适的控制器，例如但不限于执行控制软件的计算机、 可编程的逻辑控制器、数字信号处理器和/或能接收并传送信号并存储和处理数据的其它 合适装置。在所示的实施例中，控制器2005尤其能够发送信号(未示出)给螺线管2004(或 其它合适机构)，以控制阀针53在其关闭位置和打开位置之间的定位。控制器2005也能够 至少接收来自相位探测器2009的信号(即表示相位状态数据)和来自峰值探测器2011的 信号(即表示电路中电流的波幅数据)并且能够发送表示各种不同工作参数的信号(例如 但不限于驱动信号的频率和波幅)给驱动信号发生器2007，以操作该激振装置145来超声 振动该超声波波导组件150。控制器2005也能以手动或电子方式方式接收输入，例如至少 限定燃料喷射器单次激励事件的预定时间t和在加载(例如来自振动的波导组件)时的电 路中的电流和电压之间的目标相位角或预定相位角。在一个实施例中，预定相位角适当地 是这样的相位角，即其对应于波导组件共振频率或者总体接近波导组件共振频率。但是应 该理解，在其它实施例中，预定相位角可以表示除波导组件共振频率之外的其它参数，这没 有超出本发明范围。在燃料喷射器21的激励模式中，例如当要进行激励事件以输送燃料给燃烧室时， 控制器2005给螺线管2004发送信号，以使阀针53从其关闭位置移位到其打开位置。控制 器2005也发送信号给驱动信号发生器2007，以产生在激励频率和激励振幅下驱动激振装 置145的超声频率驱动信号，激振装置又激励超声波波导121以便在燃料从壳体排出之前 给燃料供能。在一个实施例中，控制器2005在如上所述地给螺线管2004发送信号的同时或之 后不久发送信号给驱动信号发生器2007。或者，控制器2005可以在给螺线管2004发送信 号之前不久发送信号给驱动信号发生器2007。例如，当控制系统2001确定需要内燃机喷油 时，该控制系统通过控制驱动信号发生器2007来通过接触环165和将接触环电连接至多个 压电环的合适接线183传送驱动信号给激振装置145即所示实施例中的多个压电环147而启动对高压腔55内的液体的超声供能。大体以驱动信号的超声频率使多个压电环147伸 缩(尤其在燃料喷射器21的纵向上)。这些环147的伸缩造成波导121上部分131如上所述地超声伸缩(例如大体在与 多个压电环伸缩相同的频率下)。特别是，波导121上部分131的如此伸缩激励该波导，尤 其是沿波导的下部分133，导致沿下部分的波导超声振动，特别是在其末端123处的下部分 的扩大部195上。就在控制驱动信号发生器2007以输送驱动信号给激振装置145之后不久(即在 启动对高压腔55内的燃料德超声供能后)，螺线管2004通过控制系统2001被通电，以将阀 针53移向其打开位置。具体说，如上所述，销座的孔97被打开，从而高压燃料作为低压燃 料从销座流出到在主体25上端37的燃料返回通道71，由此减小在销座内的在销93之后 (例如之上)的燃料压力。因此，高压腔55内的高压燃料现在能够克服弹簧111偏压地将 阀针53压迫至阀针打开位置。就在将阀针53移向其打开位置之前超声供能在高压腔55中的燃料方便了阀针更 快速地移动至其打开位置。例如在一个合适的实施例中，驱动信号发生器2007启动在约 0. 1毫秒至约5毫秒范围内将驱动信号输送给激振装置145，更合适地在约1毫秒至约5毫 秒范围内，随后控制系统2001给电磁阀通电，以使阀针53移向其打开位置。一旦油从燃料喷射器21中被喷出，则允许阀针53关闭并且控制器2005发送信号 给驱动信号发生器2007，以停止驱动激振装置145，由此不再有效驱动超声波波导121。在 特别合适的实施例中，发动机周期可以包括一连串激励或喷油事件短脉冲(例如为预定时 间t)，在这一连串激励或喷油事件短脉冲中，阀针53重复开闭，伴随超声激振装置145(进 而波导组件150)在阀针每次打开和随后关闭时被驱动信号发生器2007 (即驱动信号2009 被接通和断开)驱动和随后未被驱动。阀针53于是保持关闭(激振装置145保持未被驱动 信号发生器2007激励)达相对长的时间，例如发动机周期开始前的发动机周期其余时间。控制器2005可以在液体传送装置(例如所示实施例中的燃料喷射器21)按激励 模式工作的整个预定时间t内的多个瞬时适当操作，以存储来自相位探测器2009的且表示 在每个瞬时的相位状态数据(即电路中的电压和电流)的信号。在本文中关于控制器2005 操作所采用的术语“瞬时”是指在总预定时间t的持续时间内的瞬时或者特定时刻。在一 个特别合适的实施例中，控制器2005此刻接收并存储来自相位探测器2009的相位状态数 据的每个瞬时对应于驱动信号超声频率的一个周期，从而相位状态数据(更合适的是相位 差数据)在波导组件150的每个振动周期中被控制器2005存储起来。但可以想到，瞬时可 处于任何时间增量并且瞬时可在预定时间t的整个持续时间内是均勻不变的，或者可以在 预定时间t的整个持续时间内被不均勻地分割。控制器2005此刻接收并存储相位数据的瞬时可以被编程到控制器中，此时控制 器2005具有内部计时器用于控制数据接收和存储计划的时刻。例如，控制器2005在一个 实施例中可以被编程，从而瞬时之间的时刻t大致对应于预定理论计算或者确定波导组件 150的共振频率应该是怎样的其它判定的一个周期。在其它实施例中，控制器2005可以与 驱动信号发生器2007通讯，以从发生器针对每个频率周期接收信号并随后用该信号标记 该周期作为相位状态数据此刻要被控制器接收和存储的瞬时。可以想到，其它合适的方法 可以被用于确定和控制控制器2005此刻接收和存储相位状态数据的瞬时，这没有超出本发明范围。当来自驱动信号发生器2007的驱动信号被断开(例如在液体传送装置21此时处 于其激励模式的预定时间t结束时)，超声波波导121，在所示的实施例中更合适的是波导 组件150，转换至本文中所称的传送装置无效模式。在无效模式中，波导组件150未被驱动 信号发生器2007驱动。一旦处于无效模式，则对于相位状态数据此时被控制器存起来的每 个瞬时，控制器2005可被进一步操作，以依据从相位探测器2009接收到的相位状态数据来 确定电流和电压之间的相位角。或者可以想到，相位探测器2009本身也许能够存储在波导 组件150正振动时在多个瞬时的相位状态数据，随后给信号给控制器2005发送表示针对所 有瞬时存储起来的相位状态数据的信号，在上述瞬时，在预定时间t内检测数据。针对相位状态数据此刻被接收的每个瞬时，控制器2005也可以被操作来确定相 位差(也常被称为相位误差)，其在本文中指目标或预定相位角和测定相位角之差。例如在 相位探测器2009使用比较器或施密特触发器的情况下，控制器2005将能够执行“或”功能 (常称为XOR功能)或其它合适算法，以确定电压和电流之间的相位角，做法是作为电压和 电流波形的函数来积分复合波形下得最终面积。根据所确定的相位差数据组(即在整个预定时间t中的每个瞬时确定的相位差)， 控制器2005还能对预定时间t的整个持续时间内的每个瞬时来操作，以确定要被送往驱动 信号发生器2007的驱动信号控制表(例如作为瞬时的函数，例如在启动波导组件振动后所 经过的时间的函数或者在启动这样的振动后所经过的周期数的函数)，用来控制在下次激 励事件(即液体传送装置按激励模式的下次工作)的预定时间t的整个持续时间内的每个 瞬时的驱动信号。特别是，控制器2005通过适合的算法或其它软件或固件在每个瞬时确定 需要对驱动信号频率采取什么样的调整(如果有)以使控制电路2003的测定相位角在振 动的波导组件150的载荷下移动接近目标相位角或预定相位角。为了减小调整潜在导致频 率的大幅度变化或步长的可能性，适当地经过多个激励事件来逐步或渐变地完成调整。例 如，频率调整在一个实施例中适当地在一次激励事件到下次激励事件之间不超过约2至约 5Hz。但是可以理解，所述调节可以在除该范围之外的范围，这没有超出本发明范围。尤其参见图14，在适用于控制具有超声振动短脉冲的液体传送装置的工作的方法 的一个实施例中，在液体传送装置(例如燃料喷射器21)按其激励模式3003工作(例如当 发动机被起动，从而超声燃料喷射器被首先激励)的第一次3001时，控制器2005在3005 发送驱动信号控制表给驱动信号发生器2007，在驱动信号发生器中，超声频率和波幅对于 传送装置此时处于其激励模式的整个预定时间t内的所有瞬时都保持恒定不变。在一个实 施例中，该恒定不变的信号表示或者总体接近波导组件150共振时的预定或预期频率/波 幅。例如，在控制系统在串联共振下运行的场合，最初的恒定频率被适当设定(例如被编程 为略低于预期共振频率)，从而该控制系统经过多次激励事件蠕升至共振频率。但是在控制 系统在平行共振下工作的场合，最初的恒定频率被适当设定为略高于预期共振频率，从而 该控制系统经过多次激励事件蠕降到共振频率。驱动信号发生器2007根据驱动信号控制表产生并发送一个相应的驱动信号给激 振装置145 (广义上讲，给波导组件150)，由此在液体(例如燃料)从传送装置被排出时(例 如在阀件53处于其打开位置时)使波导组件超声振动。在传送装置按激励模式工作的预定时间t的持续时间中的不同瞬时(例如在一个合适的实施例中，对于驱动信号频率的每个振动周期)，相位探测器2009在3007中探测来 自激振装置145 (即来自波导组件150)的相位状态数据(即加载下的电压和电流)并给控 制器2005发送表示相位状态数据的信号。控制器2005接收并存储相位状态数据。与加载 下的电流相关的波幅数据也在3007中在每个间断期间内被峰值探测器2011探测，并且表 示波幅数据的信号被发送给控制器2005，控制器2005接收并存储这样的波幅数据。在预定时间t结束时，驱动信号不再驱动激振装置145，液体传送装置21转换至 其无效模式。处于无效模式中时，控制器2005在3009中确定驱动信号控制表是否已经完 全针对下次激励事件的整个预定时间t被确定。如果没有，则控制器2005进至作为控制器 2005此刻存储相位状态数据和波幅数据的瞬时的函数来确定这样的驱动信号控制表。特 别是，控制器2005在3011处开始，此时存储有针对最近激励事件的第一瞬时的相位状态数 据。控制器2005依据所存储的相位状态数据确定在该第一瞬时的电压和电流之间的相位 角，并且在3013中进一步确定在目标相位角或期望相位角和针对该瞬时确定的相位角之 间的相位差。控制器2005在3013中也比较针对该瞬时的波幅数据和目标波幅或预定波幅 并确定差值是否大于预定的容许误差。控制器2005随后在3015中确定针对特定瞬时适合对驱动信号频率进行的增量调 整(如果需要)，以使在下次激励事件中在瞬时处于载荷下的相位角接近预定相位角。控制 器2005也确定用于该瞬时的新的驱动信号频率并在3017中在驱动信号控制表中存储该新 频率。在所示的实施例中，控制器2005还在3015中确定适用于驱动信号波幅的波幅调整 (若所确定的波幅差超过预定容许误差)，以使在该瞬时处于载荷下的波幅接近预定波幅。 控制器2005随后确定用于该瞬时的新的驱动信号波幅并在3017中在驱动信号控制表中存 储下新的波幅。控制器2005随后在3019进至相位状态数据此刻已被存储的下个瞬时(例如下个 振动周期)并且重复步骤3013、3015、3017和3019，这些步骤被需要用来确定驱动信号控制 表，该驱动信号控制表限定出在下次激励事件的预定时间t的整个持续时间内的每个瞬时 的新驱动信号。在下次激励事件中，即当下次使液体传送装置21按照其激励模式操作时，驱动信 号控制表(例如限定出在整个预定时间t内的每个瞬时的驱动信号频率和波幅)在3021 被送往驱动信号发生器2007，以控制该驱动信号发生器的操作，由此根据驱动信号控制表 驱动激振装置145。在整个下次激励事件中，在预定时间t的每个瞬时，相位状态数据和波 幅数据在3007被控制器2005检测、输送和接收、储存。在下次激励事件的预定时间t结束 时，液体传送装置(例如燃料喷射器21)又进入其无效模式并且控制器2005利用整个更加 新的相位状态数据和波幅数据来确定用于下次激励事件的新驱动信号控制表。随着经过多次激励事件重复此过程，驱动信号控制表汇集成稳态表，其提供在整 个激励模式持续时间内的期望相位角和波幅，即从波导组件150激励的启动到此时该船送 装置转变至其无效模式且波导组件不再被激振的预定时间t的结束。例如，驱动信号控制 表在一个实施例中可汇集成这样一张表，其在超声波液体传送装置21激励模式的整个持 续时间内维持波导组件150处于共振或接近共振。于是，稳态驱动信号控制表是按激励模 式工作的预定时间t内的瞬时且更合适地说是振动周期的函数。预期这种汇集不超过约几 百次激振事件，这对于燃料喷射器21来说一般是发动机工作几秒时间。
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在介绍本发明的元件或其优选实施例时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”本想 要表示有一个或多个元件。用语“包括”、“包含”和“具有”本想要是开放的，意味着可以有 除所列元件之外的其它元件。因为可以在不超出本发明范围的情况下在上述结构和方法中作出各种修改，所以 包含在以上说明中和如附图所示的所有内容想要应被理解为是示范性的，而不是限制意味 的。
权利要求
一种超声波液体传送装置，包括壳体，该壳体具有内腔、与该内腔流体连通以接收液体进入该内腔的至少一个入口和与该内腔流体连通的至少一个排出孔，该内腔中的液体由此在所述至少一个排出孔离开该壳体；超声波波导组件，它与该壳体分开并至少部分设置在该壳体的内腔中以便在该液体经所述至少一个排出孔从该壳体排出之前超声供能该内腔中的液体；控制系统，用于在激励模式和无效模式之间控制该液体传送装置工作，在激励模式中，该超声波波导组件被激励做超声振动，在无效模式中，该超声波波导组件基本未被激励，该控制系统可操作用来在该液体传送装置的激励模式中激励该超声波波导组件达包括该波导组件的多个振动周期的预定时间，所述控制系统包括驱动信号发生器，它可操作用来产生电驱动信号，该电驱动信号具有用于输送至该波导组件的超声频率，以便在该液体传送装置的激励模式中激励该波导组件；与该波导组件相连通的相位探测器，用于在该液体传送装置激励模式中的该波导组件的操作过程中探测该波导组件的相位状态数据，并且用于产生表示相位状态数据的信号；控制器，可操作用来接收来自该相位探测器的、此时该液体传送装置按其激励模式工作的整个预定时间的持续时间内的多个瞬时的相位状态数据，并且可操作用来至少依据该相位状态数据产生驱动信号控制表，其中该驱动信号控制表至少包括针对该激励模式的整个预定时间内的每个瞬时的驱动信号频率，还可操作用来控制该驱动信号发生器的操作，以根据该驱动信号控制表产生用于该超声波液体传送装置按激励模式的后续工作的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，针对该液体传送装置按其 激励模式工作的预定时间内的每个瞬时，该控制器可操作用来确定该控制系统中的电流和 电压的相位角，该控制器依据在该预定时间内的每个瞬时的相位角确定该驱动信号控制表
3.根据权利要求2所述的超声波液体传送装置，其特征是，针对该液体传送装置按其 激励模式工作的预定时间内的每个瞬时，该控制器可操作用来传送装置按其激励模式工作 的预定时间内的每个瞬时，该控制器可操作用来确定预定相位角和测定相位角之间的相位 差，该控制器至少依据在预定时间内的每个瞬时的相位差来确定该驱动信号控制表。
4.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，该控制器可在该传送装置 的无效模式中操作用来产生至少用于该液体传送装置按其激励模式下次工作的驱动信号 控制表。
5.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，该驱动信号还包括波幅，该 控制系统还包括与该波导组件连通的峰值探测器，用于探测在按照该液体传送装置的激励 模式的波导组件操作过程中的该波导组件的波幅数据并给该控制器发送表示针对整个预 定时间内的每个瞬时的波幅数据的信号，该控制器还可操作用来进一步依据该波幅数据产 生该驱动信号控制表，其中该驱动信号控制表还包括用于该液体传送装置激励模式的整个 预定时间内的每个瞬时的驱动信号波幅。
6.根据权利要求5所述的超声波液体传送装置，其特征是，该控制器可操作用来确定 针对整个预定时间内的每个瞬时的预定波幅和测定波幅之差，该控制器也可操作用来进一 步依据该波幅差产生驱动信号控制表。
7.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，该控制器可操作用来确定 该驱动信号控制表，以至少包括用于该激励模式的整个预定时间内的每个振动周期的驱动信号频率。
8.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，还包括阀件，该阀件可相对 该壳体在关闭位置和打开位置之间移动，在关闭位置上，该内腔内的液体被阻止经所述至 少一个排出孔从该壳体排出，在打开位置上，液体经所述至少一个排出孔离开该壳体，并且 在该阀件的打开位置上，该控制系统按照该液体传送装置的激励模式工作，在该阀件的关 闭位置上，该控制系统按照该液体传送装置的无效模式工作。
9.根据权利要求8所述的超声波液体传送装置，其特征是，该控制系统还可被操作用 来控制该阀件在其打开位置和其关闭位置之间的移动。
10.根据权利要求8所述的超声波液体传送装置，其特征是，该超声波波导组件与该阀 件分开并可相对该阀件移动。
11.根据权利要求1所述的超声波液体传送装置，其特征是，由该驱动信号发生器产生 的该电驱动信号包括模拟正弦波。
12.一种用于控制超声波液体传送装置的方法，该超声波液体传送装置包括壳体，该 壳体具有内腔、与该内腔流体连通以接收液体进入该内腔的至少一个入口和与该内腔流体 连通的至少一个排出孔，该内腔中的液体由此在所述至少一个排出孔离开该壳体，还包括 超声波波导组件，该超声波波导组件与该壳体分开并至少部分设置在该壳体的内腔中，用 于在该液体经所述至少一个排出孔从该壳体排出之前超声供能该内腔中的液体，该方法包 括a)输送根据第一驱动信号控制表的第一驱动信号给该超声波波导组件，以限定出持续 预定时间的激励事件，所述第一驱动信号控制表至少限定出在整个预定时间内的多个瞬时 的第一驱动信号频率，其中该第一驱动信号频率是超声频率，该超声波波导组件响应第一 驱动信号，超声振动该预定时间；b)在第一驱动信号控制表的每个瞬时确定与在该波导组件超声振动预定时间过程中 的波导组件中的电流和电压相关的相位角；c)在该预定时间结束时，不再输送根据第一驱动信号控制表的第一驱动信号给该波导 组件；d)确定第二驱动信号控制表，其包括用于第一驱动信号相位角此刻已被确定的每个瞬 时的第二超声驱动信号频率，在每个所述瞬时的第二驱动信号频率至少部分依据在该波导 组件根据第一驱动信号控制表超声振动过程中的每个瞬时被确定的相位角；e)对于该预定时间，输送根据该第二驱动信号表的第二驱动信号给该超声波波导组 件，该超声波波导组件响应于该驱动信号，超声振动达该预定时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征是，确定第二驱动信号控制表的步骤包括，针 对第一驱动信号相位角此刻已被确定的每个瞬时，确定预定相位角和测定相位角之间的相 位差，在每个所述瞬时的第二驱动信号频率是至少部分依据在所述预定时间的每个瞬时确 定的相位差。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征是，在所述预定时间内的每个瞬时包括一个振动周期。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征是，还包括重复步骤a)至f)，其中步骤f)的 第二驱动信号控制表限定了步骤a)的第一驱动信号控制表，用于步骤a)_f)的每次陆续重复。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征是，该第一驱动信号还包括第一驱动信号波 幅，该方法还包括在第一驱动信号控制表的每个瞬时确定在波导组件超声振动达预定时间 过程中的波导组件中的电流波幅；确定第二驱动信号控制表的步骤包括确定第二驱动信号 控制表，其包括用于波幅此刻在该波导组件根据第一驱动信号控制表的激励过程中被确定 的每个瞬时的第二超声驱动信号波幅，在每个所述瞬时的第二驱动信号波幅至少部分依据 在波导组件根据第一驱动信号控制表超声振动过程中的每个瞬时被确定的波幅。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征是，确定第二驱动信号控制表的步骤包括，对 于该预定时间的每个瞬时，确定用于该瞬时的预定波幅和测定波幅之差，在每个所述瞬时 的第二驱动信号至少部分依据在该波导组件根据第一驱动信号控制表超声振动过程中的 每个瞬时被确定的波幅差。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征是，该超声波液体传送装置还包括阀件，该阀 件可相对该壳体在关闭位置和打开位置之间移动，在该关闭位置，该内腔中的液体被阻止 经所述至少一个排出孔流出该壳体，在该打开位置，液体经所述至少一个排出孔被排出该 壳体，该方法还包括将该阀件定位在其打开位置以允许液体从该壳体中排出，该第一驱动 信号在该阀件处于其打开位置情况下被输送至该超声波波导组件。
全文摘要
在一种用于超声波液体传送装置的工作的控制系统和方法中，根据第一驱动信号控制表输送第一驱动信号给超声波波导组件，以激励超声波波导达预定时间。在第一驱动信号控制表的多个瞬时中的每个瞬时，与在其超声振动过程中的波导组件中的电流和电压相关的相位角被确定。确定第二驱动信号控制表，包括用于第一驱动信号的相位角此刻已被确定的每个瞬时的第二超声驱动信号频率。在每个瞬时的第二驱动信号频率至少部分依据根据第一驱动信号控制表在波导组件超声振动过程中的每个瞬时确定的相位角。
文档编号F02M27/08GK101910610SQ200880123173
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月28日
发明者E·S·罗斯 申请人:金伯利-克拉克环球有限公司