專利名稱：液壓放大的機(jī)械聯(lián)接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于供諸如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)之類的各種部件和系統(tǒng)使用的致動(dòng)器，并且更具體地涉及一種用于將致動(dòng)器的力和/或位移傳遞至部件或系統(tǒng)的受控元件的具有液壓放大作用的機(jī)械聯(lián)接器(coupling).,
背景技術(shù)：
具有壓電致動(dòng)器的燃料噴射器是已知的并且用于各種應(yīng)用場合。典型的壓電致動(dòng)器裝置由壓電材料晶片的層疊片制成。當(dāng)暴露于電場時(shí)，致動(dòng)器中的壓電材料經(jīng)歷物理尺寸變化，致使致動(dòng)器的總體伸出。致動(dòng)器的伸出所引起的位移被用來在噴射期間致動(dòng)該致動(dòng)器布置在其中的系統(tǒng)例如燃料噴射器的內(nèi)部部件。盡管壓電致動(dòng)器在被觸發(fā)時(shí)可產(chǎn)生相對(duì)高的致動(dòng)力，但致動(dòng)力的大小隨著致動(dòng)器 的位移或行程增加而急劇減小。例如，盡管典型的壓電致動(dòng)器可能能夠在其行程之初產(chǎn)生2kN的力，但其力輸出可能在其行程期間減小且在約40 μ m的行程處為零。這樣，具有用于將致動(dòng)器位移傳遞至燃料噴射器的其他部分的機(jī)械聯(lián)接器的燃料噴射器可能缺乏充足的致動(dòng)器行程或者對(duì)于較大的行程缺乏充足的力。如可理解的，盡管在小位移上的高力對(duì)于特定燃料噴射器應(yīng)用而言可能是充足的，但其普適性取決于將在致動(dòng)器的力作用下移位的部件的布置結(jié)構(gòu)。例如，在作為用于此類致動(dòng)器的常見應(yīng)用的燃料噴射器中，致動(dòng)器在其行
程上的力對(duì)于相對(duì)較小的燃料噴射器或在相對(duì)低的燃料壓力下操作的燃料噴射器-例
如在具有較小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射器——而言可能是充足的。然而，所述力可能不適用于需要較大的燃料噴射器或在相對(duì)高的燃料壓力下操作的燃料噴射器的應(yīng)用。由于增加壓力致動(dòng)器在較長行程上的力的需要或替代地增加此類致動(dòng)器的有力行程的需要，已知的應(yīng)用已使用了液壓放大裝置。為了說明的目的，并且與關(guān)于燃料噴射器的說明一致，題為“Metering Valve for Meteringa Fluid (用于計(jì)量流體的計(jì)量閥)”且在1997年12月16日發(fā)布的美國專利5，697，554 (“’554專利”)的說明書中記載了用于燃料噴射器的液壓放大作用的一個(gè)示例?！?554專利公開了一種包括布置成選擇性地開啟流體通路——燃料可經(jīng)該流體通路輸送到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力缸中——的針閥的燃料噴射器。該針閥的操作由壓電致動(dòng)器控制。如’ 554專利中所述，壓電制動(dòng)器與針閥之間配置有用于將致動(dòng)器的致動(dòng)位移轉(zhuǎn)換成針閥的增加的行程的液壓位移放大器。壓電致動(dòng)器的行程的液壓放大是能夠增加壓電致動(dòng)器的有效行程的常用布置結(jié)構(gòu)。一般而言，燃料噴射器中的液壓放大包括在燃料噴射器內(nèi)設(shè)置互相流體連接的兩個(gè)不同截面積的液壓活塞孔。配置在兩孔中較大的一者中的較大柱塞通常機(jī)械連接到壓電致動(dòng)器，而配置在兩孔中較小的一者中的較小柱塞連接到燃料致動(dòng)器的被致動(dòng)的那些部件。在操作期間，孔內(nèi)被提供有不可壓縮的流體，使得壓電致動(dòng)器的相對(duì)小的位移引起較大柱塞的壓縮孔內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)。這樣，被壓縮的流體在較小柱塞上推動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)燃料噴射器部件的致動(dòng)。由于兩孔之間的不同截面，較大柱塞的位移在較小柱塞處被放大。盡管液壓放大作用能夠有效地增加壓電致動(dòng)器的動(dòng)力行程，但在增加的行程上由致動(dòng)器所提供的力減小。另外，液壓放大裝置在使用相對(duì)高的噴射壓力的應(yīng)用中可能在行程的初始部分缺乏足以打開燃料噴射器閥的力。此外，由于其主要部件要求對(duì)噴射器的復(fù)雜特征結(jié)構(gòu)和子部件的精密加工，所以可能損害燃料噴射器的耐久性并且可能提高燃料噴射器的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于壓電致動(dòng)器的結(jié)構(gòu)布置，所述結(jié)構(gòu)布置實(shí)現(xiàn)了過去僅與機(jī)械聯(lián)接裝置相關(guān)的高初始動(dòng)力和低響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。然而，此類已知的機(jī)械裝置缺乏充足的致動(dòng)器行程。除期望的機(jī)械聯(lián)接器特性外，所公開的結(jié)構(gòu)布置還能提供過去僅可通過液壓行程放大裝置實(shí)現(xiàn)的增加的致動(dòng)器行程能力。所有這些優(yōu)點(diǎn)都在不存在僅與已知的機(jī)械聯(lián)接器或液壓行程放大裝置相關(guān)的普遍缺點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于在致動(dòng)器與受控元件之間傳遞力和/或位移 的傳遞裝置。在一個(gè)公開的實(shí)施例中，一種部件包括用于在致動(dòng)器與控制閥之間傳遞力的傳遞裝置。該傳遞裝置包括與致動(dòng)器相關(guān)的支柱。當(dāng)大于向控制閥提供的關(guān)閉力的打開力被施加至控制閥時(shí)，該控制閥可從關(guān)閉位置移位至打開位置。該傳遞裝置在該部件中配置在支柱與控制閥致動(dòng)器之間，并且布置成當(dāng)支柱開始朝伸出行程位置行進(jìn)時(shí)通過物理接觸將致動(dòng)器力從支柱機(jī)械地傳遞至控制閥，并且當(dāng)支柱從縮回行程位置向伸出行程位置行進(jìn)時(shí)液壓地放大支柱與控制閥之間的致動(dòng)器行程。在另一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器。該燃料噴射器包括容納致動(dòng)器的噴射器體部，該致動(dòng)器具有配置在噴射器體部內(nèi)的支柱。該支柱布置成在當(dāng)致動(dòng)器處于被觸發(fā)狀態(tài)時(shí)的伸出行程位置與當(dāng)致動(dòng)器處于去激勵(lì)狀態(tài)時(shí)的縮回行程位置之間的致動(dòng)器行程上行進(jìn)。當(dāng)大于向配置在殼體內(nèi)的控制閥提供的關(guān)閉力的打開力被施加至該控制閥時(shí)，該控制閥可從關(guān)閉位置移動(dòng)至打開位置。該傳遞裝置布置成當(dāng)支柱開始朝伸出行程位置行進(jìn)時(shí)通過物理接觸將致動(dòng)器力從支柱機(jī)械地傳遞至控制閥，并且此后在支柱從縮回行程位置繼續(xù)向伸出行程位置行進(jìn)時(shí)液壓地放大支柱與控制閥之間的致動(dòng)器行程。在又一個(gè)方面，本發(fā)明描述了一種用于通過使用具有液壓輔助特征結(jié)構(gòu)的機(jī)械聯(lián)接器來操作設(shè)備的方法。該方法包括觸發(fā)部件中所包括的致動(dòng)器。該致動(dòng)器布置成使支柱以縮回行程位置與伸出行程位置之間的致動(dòng)器行程距離伸出。通過致動(dòng)器支柱與受控元件之間的物理接觸來向受控元件提供機(jī)械力，所述物理接觸可直接發(fā)生或者經(jīng)由介入部件發(fā)生。通過提供液壓力來放大致動(dòng)器行程，所述液壓力通過流體在與致動(dòng)器的支柱接觸的增強(qiáng)器活塞與布置成將經(jīng)放大的致動(dòng)器行程傳遞至受控元件的放大活塞之間的孔內(nèi)的壓縮來傳遞。


圖I和2是根據(jù)本發(fā)明的用于燃料噴射器的液壓放大的機(jī)械聯(lián)接器的截面。圖3和4是示出處于兩個(gè)操作位置的根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接器的詳細(xì)截面。圖5是根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接器的一個(gè)替代實(shí)施例的詳細(xì)截面。圖6是根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)接器的另一個(gè)替代實(shí)施例的詳細(xì)截面。
圖7是圖6所示的聯(lián)接器的截面的局部分解圖。圖8示出了用于根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，盡管為了說明的目的而使用用于在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的燃料噴射器，但應(yīng)理解，文中所述的結(jié)構(gòu)和方法可應(yīng)用于使用壓電致動(dòng)器的其他設(shè)備或系統(tǒng)，例如機(jī)電閩等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料噴射器100的截面在圖I中示出，且其詳細(xì)截面在圖2中示出。燃料噴射器100包括壓電致動(dòng)器102，該壓電致動(dòng)器包括封裝在保持器106內(nèi)且配置在間隔件108之間的一疊壓電元件104。盡管圖中為了說明而為致動(dòng)器102提出了特定布置，但可設(shè)想用于壓電致動(dòng)器的任何其他已知布置。電連接器110連接到噴射器100并且包括電纜(未示出)，所述電纜與所述一疊壓電元件104相關(guān)并且布置成當(dāng)傳送用 于致動(dòng)噴射器100的電信號(hào)的線束連接器(未示出)連接到連接器110時(shí)向所述壓電元件提供電壓和/或電流。保持器106和致動(dòng)器102配置在噴射器100的體部113中所限定出的冷卻腔112內(nèi)。腔112是提供低壓燃料以用于對(duì)流冷卻致動(dòng)器102的路徑114的一部分。圖示的實(shí)施例中的噴射器100的體部113由互相連接的各種殼體部分組成，不過可以使用其他布置結(jié)構(gòu)。保持器106在一端限定出可通過致動(dòng)器102的觸發(fā)而軸向移位的支柱116。更具體地，致動(dòng)器102的觸發(fā)布置成引起支柱116的伸出。當(dāng)致動(dòng)器被去激勵(lì)時(shí)，由保持器106所提供的彈性致動(dòng)器壓縮力布置成使支柱116朝致動(dòng)器102縮回。支柱116配置在支柱腔118內(nèi)，該支柱腔是冷卻燃料路徑114的一部分并且該腔中可存在低壓燃料。支柱116的端部鄰接增強(qiáng)器活塞120的低壓側(cè)。增強(qiáng)器活塞120可滑動(dòng)地且通常密封地配置在噴射器100的體部113內(nèi)限定出的增強(qiáng)器孔122內(nèi)。在操作期間支柱116的軸向移位布置成引起增強(qiáng)器活塞120在孔122內(nèi)的對(duì)應(yīng)軸向移位。如圖2中最佳所示，增強(qiáng)器活塞120在其低壓側(cè)面125處包括輸入開口 124，該輸入開口與形成在增強(qiáng)器活塞120內(nèi)的中央孔126流體連接。止回閥裝置127鄰近開口 124配置在中央孔126內(nèi)。形成孔口通路129的塊體(block) 128鄰近止回閥裝置127并與開口 124相對(duì)地配置在中央孔126內(nèi)。在圖示的實(shí)施例中，止回閥裝置127操作成容許受控量的燃料通過開口 124并經(jīng)由孔口通路129和中央孔126充填增強(qiáng)器孔122。止回閥裝置127還操作成當(dāng)增強(qiáng)器孔內(nèi)的流體壓力開始上升時(shí)流體地阻塞流體通過開口 124。當(dāng)致動(dòng)器102被觸發(fā)時(shí)，增強(qiáng)器活塞120開始在增強(qiáng)器孔122內(nèi)移動(dòng)離開致動(dòng)器102。止回閥裝置127的功能提供了已預(yù)先充填有不可壓縮的流體的增強(qiáng)器孔122的流體隔離。增強(qiáng)器孔122與形成在噴射器100的體部113內(nèi)的放大孔132流體連接。在圖示的實(shí)施例中，增強(qiáng)器孔122和放大孔132互相鄰近地形成并且共同形成大致圓柱形的臺(tái)階狀孔。如圖2所示，增強(qiáng)器孔122具有大于放大孔132的截面直徑。這樣，流體沿著軸向在增強(qiáng)器孔122內(nèi)的任何移位將引起流體在放大孔132內(nèi)沿軸向的放大的移位，該移位將使配置在放大孔中的放大活塞134移位。放大活塞134可滑動(dòng)地且通常密封地配置在放大孔132內(nèi)，使得其內(nèi)的流體移位引起放大活塞134的運(yùn)動(dòng)。盡管該布置結(jié)構(gòu)包括孔122和132以及活塞120并且是液壓放大器的類型，但它還包括能夠時(shí)常通過物理接觸而不是通過液壓力來推動(dòng)放大活塞134的機(jī)械聯(lián)接器。更具體地，機(jī)械聯(lián)接器136連接到放大活塞134的一端并且通常配置在增強(qiáng)器活塞120與放大活塞134之間。如圖2中最佳所示，在圖示的實(shí)施例中，聯(lián)接器136形成為放大活塞134的一體部分，從而限定出具有大致圓柱形和臺(tái)階狀直徑的機(jī)械連桿或銷138。臺(tái)階狀直徑包括沿著聯(lián)接器136的長度的直徑縮小部分，使得銷138的一部分與放大孔132之間限定有大致圓柱形腔140。腔140在增強(qiáng)器孔122與臺(tái)階表面142之間延伸，所述臺(tái)階表面在聯(lián)接器136的較小外徑與放大活塞134的較大外徑之間延伸。如可理解的，當(dāng)在液壓放大模式中操作時(shí)，臺(tái)階表面142表現(xiàn)為當(dāng)腔140中的流體被加壓時(shí)趨于推動(dòng)銷138離開致動(dòng)器102的液壓表面。當(dāng)在機(jī)械模式中操作時(shí)，增強(qiáng)器活塞120在致動(dòng)器102的行程的初始部分的運(yùn)動(dòng)通過沿著界面130的物理接觸而推動(dòng)銷138的端面144。在該操作模式中由致動(dòng)器102提供的機(jī)械力經(jīng)由這些各種部件之間的接觸而物理地傳遞并且趨于推動(dòng)銷138離開致動(dòng)器102。在圖示的實(shí)施例中，當(dāng)致動(dòng)器102未工作時(shí)，支柱116與增強(qiáng)器活塞120之間可存在間隙131。·可標(biāo)稱為例如約5 μ m的間隙131是可選地并且可吸納燃料噴射器100的部件的公差的累加。當(dāng)燃料噴射器100以已知方式連接到發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)時(shí)，高壓燃料被提供給高壓燃料通路146，該高壓燃料通路是在體部113中限定的并且將燃料輸入口 148與在燃料噴射器100中限定出的針閥腔150互相流體連接。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，例如300MPa的高壓燃料經(jīng)由連接到燃料輸入口 148的燃料管(未示出)被提供給針閥腔150。針閥152可往復(fù)移動(dòng)地配置在針閥腔150內(nèi)并且具有接合針閥座154的末端153。針閥座154當(dāng)處于關(guān)閉位置時(shí)被限定在噴射器末端156上。在典型的直噴式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，噴射器末端156至少部分地配置在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力缸內(nèi)。噴射器末端156包括安置成與針閥腔150流體連通以使得加壓燃料可噴灑到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力缸內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)燃料噴嘴開口 158。該流體連通在針閥152處于關(guān)閉位置時(shí)被阻塞，使得可通過針閥腔150內(nèi)的針閥152的打開或縮回來選擇性地完成燃料向動(dòng)力缸內(nèi)的噴射。在噴射期間，末端153從針閥座154被提升并且開口 158暴露于針閥腔150中存在的加壓燃料。盡管作為替代的布置結(jié)構(gòu)是可能的，但在圖示的實(shí)施例中，針閥152相對(duì)于體部113被可滑動(dòng)地約束并且布置成當(dāng)處于打開位置時(shí)朝致動(dòng)器102縮回。末端153在處于關(guān)閉位置時(shí)接合針閥座154。針閥152還包括可滑動(dòng)地且密封地配置在形成在體部113中的桿孔162內(nèi)的圓柱形桿部160。桿160與桿孔162之間的間隙有效地阻礙高壓流體從針閥腔160傳出。針閥152的位置被配置在針閥152與體部113之間的彈簧164朝關(guān)閉位置偏壓。針閥152還包括沿著其中心軸線配置并且定位在體部113內(nèi)限定出的控制室168內(nèi)的關(guān)閉液壓表面166?？刂剖?68經(jīng)孔口 170與閥172流體連通。閥172被彈簧174并被控制室168中存在的流體的壓力朝關(guān)閉位置偏壓。當(dāng)處于關(guān)閉位置時(shí)，閥172將控制室168與排出腔176流體隔離，所述排出腔與燃料噴射器100的排出口 178流體連接。如圖2所示，銷138包括配置在其一端的指形件180。指形件180布置成經(jīng)開口182與閥172接觸。因而，當(dāng)銷138離開致動(dòng)器102伸出時(shí)，指形件180布置成將閥172從其關(guān)閉位置推動(dòng)到打開位置，這使控制室168經(jīng)孔口 170和開口 182與排出腔176流體連通。在噴射器100的操作期間，高壓燃料經(jīng)由高壓通路146被提供給針閥腔150，并且還提供給控制室168。針閥腔150中的燃料的壓力賦予趨于使針閥152離座(unseat)的打開液壓力。當(dāng)針閥152例如在噴射事件之間關(guān)閉時(shí)，打開液壓力被抵消并且通常小于作用在針閥152上的關(guān)閉力的總和。在圖示的實(shí)施例中，作用在針閥152上的關(guān)閉力包括由彈簧164所提供的偏壓力和由控制室168中的高壓流體所提供的關(guān)閉液壓力，該關(guān)閉液壓力沿關(guān)閉方向作用在針閥152的關(guān)閉液壓表面166上。當(dāng)發(fā)生噴射事件時(shí)，適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)被提供給致動(dòng)器102。當(dāng)存在電信號(hào)時(shí)，壓電元件104伸出，從而將支柱116推靠在增強(qiáng)器活塞120上。在致動(dòng)器102的力的作用下，增強(qiáng)器活塞120隨著兩部件被促使向增強(qiáng)器孔122內(nèi)更深地移動(dòng)而推靠在銷138的表面144上。當(dāng)控制閥172關(guān)閉時(shí)，控制室168中存在高壓或處于噴射壓力的流體，這形成了趨于將·控制閥172維持在關(guān)閉位置的液壓力。該液壓力通過由彈簧174所提供的關(guān)閉力而增大。因而，當(dāng)打開控制閥172時(shí)，提供給銷138的打開力必須足以克服對(duì)抗控制閥172的打開的組合的液壓力和彈簧力。當(dāng)控制閥172打開時(shí)，控制室168與排出腔176流體連接，使得來自控制室168的燃料可從排出口 178排出。如可理解的，使控制閥172主要克服控制室168中的流體壓力而開縫(初始打開，crack open)所需的力大于增加控制閥172的開度并且加快流體從控制室168排出至排出腔176所需的力。隨著流體從控制室168排出，作用在針閥152的關(guān)閉液壓表面166上的液壓力減小，這繼而容許針閥152的打開，針閥152的打開使得能夠經(jīng)噴嘴開口 158噴射燃料。當(dāng)終止燃料噴射時(shí)，致動(dòng)器102被去激勵(lì)并且支柱116縮回。經(jīng)控制室168排出的流體的流動(dòng)和壓力和彈簧174致使控制閥172關(guān)閉，使得處于噴射壓力的流體可再一次占據(jù)控制室168并且在液壓表面166上施加關(guān)閉力。以此方式，針閥152被促使關(guān)閉，同時(shí)與控制閥172接觸的銷138和增強(qiáng)器活塞120朝致動(dòng)器102被推回。接著致動(dòng)器102的被觸發(fā)，通常希望燃料噴射器100的迅速啟動(dòng)燃料噴射并達(dá)到通過噴嘴開口 158的額定燃料流量的能力。在圖示的實(shí)施例中，支柱116、增強(qiáng)器活塞120、銷138和控制閥172之間的物理接觸確保了可立即獲得致動(dòng)器102的全部力以將控制閥推開。隨著控制閥172開始打開并且移動(dòng)離開致動(dòng)器102，來自控制室168的推靠在控制閥172上的壓力隨著來自控制室168的流體開始排出到排出腔176中而開始下降。同時(shí)，控制閥172離開致動(dòng)器102的運(yùn)動(dòng)致使銷138和增強(qiáng)器活塞120隨著它們將控制閥172推開而開始向增強(qiáng)器孔122中更深地移動(dòng)。圖3和4是燃料噴射器100的詳細(xì)截面圖，示出了銷138在控制閥172關(guān)閉時(shí)位于其靜止位置(圖3)，并且還示出控制閥172已部分地打開的部分打開位置(圖4)。增強(qiáng)器活塞120向已如前文所述變成流體密封的增強(qiáng)器孔122中的運(yùn)動(dòng)引起其中存在的不可壓縮的流體從增強(qiáng)器孔122向外排出。在圖示的實(shí)施例中，排出的流體這樣被推動(dòng)到圓柱形腔140內(nèi)，其中流體推靠在銷138的臺(tái)階表面142上而致使銷138移位。同時(shí)，增強(qiáng)器孔122內(nèi)的流體移位和壓力作用在銷138的端面144上并且提供促使銷138移動(dòng)的另外的液壓力。增強(qiáng)器活塞120的移位以與增強(qiáng)器孔122與放大孔132之間的截面積之比成比例的系數(shù)放大。如可理解的，銷138的用于移動(dòng)的液壓放大的位移大于增強(qiáng)器活塞120的物理位移，使得增強(qiáng)器活塞120與銷138的表面144之間的物理接觸在控制閥172打開后不久或者換句話說在銷138的運(yùn)動(dòng)開始后不久就失去，如圖4所示。銷138相對(duì)于致動(dòng)器102的支柱116的移位的液壓放大的移位操作成增加銷138的打開行程的速度和距離。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，能以與可通過致動(dòng)器102的支柱116實(shí)現(xiàn)的約40 μ m的行程相同的時(shí)間給銷138賦予70 μ m的行程。在用于控制閥172的打開時(shí)銷138的這一加速和增加的行程有利地加速了流體壓力的降低和控制室168的排出，這繼而有利地加速了針閥152的打開并且增加了其打開程度。本文公開的液壓輔助式機(jī)械聯(lián)接器布置結(jié)構(gòu)通過提供將致動(dòng)器102的高打開力直接傳遞至控制閥172的機(jī)械連接而有利地利用了該力。打開控制閥172所需的力最初在它抵消控制室168中對(duì)抗打開的液壓力時(shí)高，但在控制室168與排出腔176之間的流體連接已經(jīng)建立后減小。在此期間，希望通過增加控制閥打開的程度來減小跨控制閥172的壓降以加速排出。在該狀態(tài)下，推動(dòng)控制閥172所需的力相對(duì)于最初打開控制閥172所需的 力減小。因而，本文公開的液壓輔助式機(jī)械聯(lián)接器布置結(jié)構(gòu)利用致動(dòng)器102的液壓放大的位移來加速控制閥172的打開速度和程度，使得燃料噴射器100的燃料噴射速度在致動(dòng)器被觸發(fā)后的短時(shí)間內(nèi)最大化。在圖3和4所示的實(shí)施例中，示出了配置在增強(qiáng)器活塞120的中央孔126中的止回閥元件184。止回閥元件184以有限的程度相對(duì)于中央孔126自由軸向移動(dòng)。在操作期間，當(dāng)致動(dòng)器102閑置時(shí)，止回閥元件184配置成與塊體128接觸，使得鄰近輸入開口 124形成有小的間隙186。間隙186布置成提供增強(qiáng)器孔122與冷卻燃料路徑114之間的流體連通，以確保維持增強(qiáng)器孔122充滿流體。當(dāng)致動(dòng)器102被觸發(fā)并且增強(qiáng)器活塞120開始移動(dòng)時(shí)，如前文所述，增強(qiáng)器活塞120內(nèi)的壓力上升致使流體在其從輸入開口 124離開時(shí)至少暫時(shí)涌過止回閥元件184。涌過止回閥元件184的流體的壓力和流動(dòng)動(dòng)量致使止回閥元件184在中央孔126內(nèi)移動(dòng)并且采取阻塞輸入開口 124的位置，從而提供止回閥功能。此后，增強(qiáng)器孔122內(nèi)的流體相對(duì)于冷卻燃料路徑114中存在的低壓力的上升的壓力將止回閥元件184維持在適當(dāng)位置以阻塞輸入開口 124，從而形成塊體128與止回閥元件184之間的間隙188。噴射器100的一個(gè)可選實(shí)施例的詳細(xì)截面在圖5中示出。在該實(shí)施例中，止回閥裝置502與噴射器100的體部113 —體形成而不是如上所述與增強(qiáng)器活塞120 (圖2)—體形成。在以下描述中，為了簡單，與在接下來的實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)或元件相同或相似的已經(jīng)描述的結(jié)構(gòu)和元件由與前面使用的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記表示。相應(yīng)地，在該實(shí)施例中，止回閥元件504可往復(fù)移動(dòng)地配置在作為將冷卻燃料路徑114與增強(qiáng)器孔122互相流體連接的通路506的一部分的室505內(nèi)。止回閥元件504包括布置成在室505的一部分內(nèi)往復(fù)移動(dòng)的桿508。在操作期間，止回閥元件504可由充填增強(qiáng)器孔122的來自通路506的流體流提升。隨后，在增強(qiáng)器孔122的加壓期間，增強(qiáng)器孔122中的流體壓力將止回閥元件504促靠在座510上，使得增強(qiáng)器孔122可被流體密封并與通路506流體隔離。應(yīng)注意，在圖示的實(shí)施例中，止回閥元件504與噴射器100的體部113的一體形成實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)器活塞512的簡化，所述增強(qiáng)器活塞在本實(shí)施例中為不包括中央孔126 (圖2)或其中存在的任何部件的實(shí)心圓柱形元件。還應(yīng)注意，止回閥元件504的各部分與室505之間的間隙可任選地布置成提供能夠計(jì)量進(jìn)入增強(qiáng)器孔122的流體的流速的等效流量孔口。噴射器100 (圖I)的另一個(gè)可選實(shí)施例的兩個(gè)詳細(xì)截面在圖6和7中不出，其中圖7是在分解圖中示出的。在本實(shí)施例中，示出且描述了用于參與液壓放大功能的結(jié)構(gòu)的替代布置，而機(jī)械聯(lián)接器布置與前述實(shí)施例類似。相應(yīng)地，增強(qiáng)器活塞602與銷604的端面144接觸，使得由致動(dòng)器102 (圖I)的支柱116所提供的力可經(jīng)由增強(qiáng)器活塞602物理地傳遞到銷604，如上所述。類似于前述實(shí)施例，增強(qiáng)器活塞602具有大致圓柱形并且密封地且可滑動(dòng)地配置在增強(qiáng)器孔122內(nèi)。當(dāng)致動(dòng)器102 (圖2)使增強(qiáng)器活塞602移位到孔122中時(shí)，排出的流體進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)縱向延伸的軸606，每個(gè)軸都經(jīng)由相應(yīng)的開口 608與增強(qiáng)器孔122流體連接。雖然在圖6和7中示出兩個(gè)軸606，但可使用單個(gè)軸或多于兩個(gè)軸。
在圖示的實(shí)施例中，各個(gè)軸606具有大致圓柱形并且平行于可滑動(dòng)地且大致可密封地容納銷604的銷孔610延伸。軸606延伸穿過燃料噴射器100的體部113的在增強(qiáng)器孔122與收集器容積或通道612之間的部分，該通道612鄰近排出腔176圍繞銷孔610在外圍延伸。通道612經(jīng)由在各軸606的端部限定出的對(duì)應(yīng)開口 613與軸606互相流體連接。配置在銷604的端部與通道612之間的套環(huán)614包括配置在銷604的一部分周圍的環(huán)615。環(huán)形壁616在環(huán)615的面向通道612的一側(cè)連接并離開環(huán)615縱向延伸。環(huán)形壁616具有布置成可滑動(dòng)地且大致可密封地接合通道612的側(cè)壁的具有壁厚的大致中空?qǐng)A柱形。當(dāng)銷604在銷孔610內(nèi)縮回時(shí)，套環(huán)614由橫檔618軸向保持在軸604上，所述橫檔至少部分地圍繞銷604的截面的外圍延伸并且跨越相對(duì)于銷604徑向向外的方向。橫檔618限定出鄰接環(huán)615的表面622的平的環(huán)形表面620。盡管套環(huán)614被示出為分開的部件，但它可以替代地與銷604 —體形成。當(dāng)銷604相對(duì)于銷孔610位于縮回位置時(shí)，環(huán)形壁616至少部分地配置在通道612內(nèi)。這樣，通過增強(qiáng)器活塞602向增強(qiáng)器孔122中的運(yùn)動(dòng)而排出的流體如前文所述將致使流體從增強(qiáng)器孔122向外排出并經(jīng)由開口 608進(jìn)入軸606。來自增強(qiáng)器孔122的流體和流體壓力可經(jīng)軸606經(jīng)由開口 613通入通道612。這樣進(jìn)入通道612的不可壓縮的流體將在環(huán)形壁616的配置在通道612內(nèi)的端部上推動(dòng)。施加至環(huán)形壁616的端部的該液壓力將經(jīng)由橫檔618經(jīng)套環(huán)614傳遞至銷604。如可理解的，銷604的累計(jì)截面積與增強(qiáng)器孔122的截面積之間的比例將決定可分配到銷604上的增強(qiáng)器活塞602的移位的液壓放大作用的程度。工業(yè)適用件本發(fā)明可應(yīng)用于包括布置成在存在不可壓縮的流體的情況下推動(dòng)另一個(gè)部件例如推開式流體閥的致動(dòng)器的任何設(shè)備或系統(tǒng)。圖示的實(shí)施例使用諸如供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料噴射器，所述燃料噴射器使用壓電致動(dòng)器來控制燃料從其的噴射。過去，壓電致動(dòng)器的相對(duì)有限的行程能力加上由這種用于較長行程的致動(dòng)器所提供的相對(duì)低的致動(dòng)力是限制它們用于高燃料噴射壓力的因素。盡管液壓行程放大裝置的使用有效增加了致動(dòng)器的行程，但它由于增加的噴射器響應(yīng)時(shí)間而不利地影響噴射器的操作。如本文提供的用于具有液壓輔助特征結(jié)構(gòu)的機(jī)械聯(lián)接器的實(shí)施例適合于提供高初始力和放大的行程。高初始力能力尤其適合于需要流體閥克服高流體壓力而打開的應(yīng)用。在流體閥已克服高流體壓力而打開后，致動(dòng)器的行程的液壓輔助增加布置成快速完成流體閥的打開，這改善了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。用于使用具有液壓輔助特征結(jié)構(gòu)的機(jī)械聯(lián)接器來操作設(shè)備的方法的流程圖在圖8中示出。為了與以上公開的實(shí)施例的主題相一致，下述過程或方法涉及燃料噴射器的操作，但具有液壓輔助功能的機(jī)械聯(lián)接器的特定功能屬性可應(yīng)用于其他設(shè)備或系統(tǒng)。此外，為了進(jìn)行描述，將該過程描述為從致動(dòng)器的去激勵(lì)狀態(tài)開始并通過完整的觸發(fā)循環(huán)執(zhí)行，但應(yīng)理解，不論所涉及的致動(dòng)器的觸發(fā)步驟如何，任何介入步驟、尤其是描述所公開的聯(lián)接器裝置的操作步驟的那些可采用任何次序進(jìn)行。一般而言，文中所述的所有方法均能以任何合適的次序執(zhí)行，除非文中另外指出或否則與上下文明顯抵觸?？紤]到前文所述，該過程包括在802觸發(fā)致動(dòng)器。如文中所用的致動(dòng)器的觸發(fā)是指響應(yīng)于電子或機(jī)械指令信號(hào)而實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器的臂或支柱的相對(duì)伸出，所述指令信號(hào)以適當(dāng)?shù)姆绞奖惶峁┙o致動(dòng)器并且致使致動(dòng)器改變其狀態(tài)。在804向受控元件提供機(jī)械力，該機(jī)械力通過物理接觸而在致動(dòng)器支柱與受控元件之間傳遞。盡管其他部件可介入和參與力在致動(dòng)器與受控元件之間的傳遞，但在804處的力傳遞仍通過致動(dòng)器、任何介入部件以及受控元件之間的物理接觸來完成。 根據(jù)以上公開的用于燃料噴射器的實(shí)施例，例如，致動(dòng)器可為致動(dòng)器102 (圖1)，并且受控元件可為控制閥172 (圖I)。在這一示例中，可通過物理接觸將致動(dòng)器力機(jī)械地傳遞到控制閥的介入部件可包括如在各種公開的實(shí)施例中分別表示為120和138 (圖2)、512和138 (圖5)、或602和604 (圖6)的增強(qiáng)器活塞和銷。 接著在804施加機(jī)械力，在806通過液壓力來放大致動(dòng)器的行程，所述液壓力通過流體在兩個(gè)活塞之間的壓縮而傳遞。在液壓力的傳遞期間，致動(dòng)器與受控元件之間的物理連接喪失，而采用通過使用配置成向受控元件傳遞和放大致動(dòng)器的行程的液壓放大布置結(jié)構(gòu)所獲得的放大行程的能力。根據(jù)以上公開的用于燃料噴射器的實(shí)施例，例如，這種液壓放大作用包括配置在與放大孔或其他流體通路流體連通的密封的增強(qiáng)器孔中的增強(qiáng)器活塞。放大孔或其他流體通路配置成提供直接或間接布置成引起與受控元件接觸的元件的運(yùn)動(dòng)的放大活塞的運(yùn)動(dòng)。致動(dòng)器的行程的放大可通過不可壓縮的流體在孔內(nèi)的壓縮或位移來完成，所述壓縮或位移由于增強(qiáng)器孔與放大孔或其他流體通路例如軸606 (圖6)之間的截面積的差異而提供放大活塞的放大的位移。當(dāng)受控元件的致動(dòng)完成時(shí)，致動(dòng)器可維持液壓增強(qiáng)裝置的加壓，這可以在致動(dòng)器在810被去激勵(lì)前在808將受控元件保持在其觸發(fā)后的位置預(yù)定時(shí)間。致動(dòng)器在810的去激勵(lì)將引起致動(dòng)器支柱的縮回，這將解除液壓放大裝置中的加壓。在這種狀態(tài)下，受控元件可例如通過彈力例如由彈簧所提供的力而被促動(dòng)到其被去激勵(lì)的位置。隨著受控元件和任何介入部件轉(zhuǎn)入它們的靜止位置，可在812基本上重新建立它們之間的機(jī)械或物理接觸，以便為后續(xù)觸發(fā)事件做好準(zhǔn)備，在所述后續(xù)觸發(fā)事件期間，直接機(jī)械力可從致動(dòng)器重新施加至受控元件，例如接著致動(dòng)器在802的后續(xù)觸發(fā)在804施加的力。應(yīng)該理解，前面的描述提供所公開的系統(tǒng)和技術(shù)的示例。然而，可以預(yù)期，本發(fā)明的其他實(shí)施方案可在細(xì)節(jié)上不同于前面的示例。對(duì)本發(fā)明或其示例的所有參考旨在參考提供就這一點(diǎn)討論的具體示例，并且并非意圖在更一般的意義上暗示對(duì)本發(fā)明的范圍的任何限制。對(duì)某些特征的區(qū)別和貶低的所有語言旨在表示這些特征不是優(yōu)選的，但除非另外指明，并不將此類特征完全排除在本發(fā)明的整體范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種包括傳遞裝置的部件，所述傳遞裝置用于在所述部件的致動(dòng)器(102)與控制閥(172)之間傳遞力，所述部件包括 部件體部(113)； 與所述致動(dòng)器(102)相關(guān)并且配置在所述部件體部(113)內(nèi)的支柱(116)，所述支柱(116)布置成在當(dāng)所述致動(dòng)器(102)處于被觸發(fā)狀態(tài)時(shí)的伸出行程位置與當(dāng)所述致動(dòng)器(102)處于去激勵(lì)狀態(tài)時(shí)的縮回行程位置之間的致動(dòng)器(102)行程上行進(jìn)； 其中，當(dāng)比提供給所述控制閥(172)的關(guān)閉力大的打開(124)力被施加至所述控制閥(172)時(shí)，所述控制閥(172)可從關(guān)閉位置移位至打開位置；并且 其中，所述傳遞裝置在所述支柱(116)與所述致動(dòng)器(102)之間配置在所述部件體部(113 )中，所述傳遞裝置布置成當(dāng)所述支柱(116)開始朝所述伸出行程位置行進(jìn)時(shí)通過物理接觸將致動(dòng)器(102)力從所述支柱(116)機(jī)械地傳遞到所述控制閥(172)，并且當(dāng)所述支柱(116)從所述縮回行程位置向所述伸出行程位置行進(jìn)時(shí)液壓地放大所述支柱(116)與所述控制閥(172 )之間的致動(dòng)器(102 )行程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的部件，其中，所述部件是用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器(100)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的部件，還包括 增強(qiáng)器孔(122)，所述增強(qiáng)器孔鄰近所述致動(dòng)器(102)的所述支柱(116)限定在所述部件體部(113)中； 增強(qiáng)器活塞(120)，所述增強(qiáng)器活塞可滑動(dòng)地配置在所述增強(qiáng)器孔(122)內(nèi)并且布置成當(dāng)所述支柱(116)朝所述伸出行程位置移動(dòng)時(shí)與所述支柱(116)物理地接觸； 可滑動(dòng)地配置在所述部件體部(113)中所限定出的銷孔(610)內(nèi)的銷(138)，所述銷(138)與所述增強(qiáng)器活塞(120)接觸并且具有與所述控制閥(172)接觸的指形件(180); 其中，來自所述支柱(116)的致動(dòng)器(102)力經(jīng)由所述增強(qiáng)器活塞(120)、所述銷(138)和所述指形件(180)機(jī)械地傳遞到所述控制閥(172)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件，還包括 與所述增強(qiáng)器孔(122)流體連接的放大孔(132)，其中，所述增強(qiáng)器孔和所述放大孔(122)充滿不可壓縮的流體；和可滑動(dòng)地配置在所述放大孔(132)中并且與所述銷(138)相關(guān)的放大活塞(134)；其中，當(dāng)所述支柱(116)從所述縮回行程位置向所述伸出行程位置行進(jìn)時(shí)所述增強(qiáng)器活塞(120)在所述增強(qiáng)器孔(122)內(nèi)的移位引起所述不可壓縮的流體從所述增強(qiáng)器孔(122)流出并進(jìn)入所述放大孔(132)的相應(yīng)移位，并且這樣移位的不可壓縮的流體推動(dòng)所述放大活塞(134)并且引起所述銷(138)的移位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件，其中，所述銷(138)具有大致臺(tái)階狀的圓柱形形狀，所述傳遞裝置還包括 限定在所述銷(138)上并且軸向鄰近所述指形件(180)配置的放大活塞(134)部分，所述放大活塞(134)部分具有可滑動(dòng)地接合所述銷孔(610)的外徑； 限定在所述銷(138)上并且與所述增強(qiáng)器活塞(120)成鄰接關(guān)系配置的聯(lián)接器部分，所述聯(lián)接器部分具有比所述放大活塞(134)部分的外徑小的縮小的外徑； 在所述放大活塞(134)部分與所述聯(lián)接器部分之間限定在所述銷(138)上的臺(tái)階狀表面(144);和 限定在所述聯(lián)接器、所述銷孔(610)以及所述臺(tái)階表面(142)之間的大致圓柱形腔(140)； 其中，當(dāng)所述支柱(116)從所述縮回行程位置向所述伸出行程位置行進(jìn)時(shí)所述增強(qiáng)器活塞(120)在所述增強(qiáng)器孔(122)內(nèi)的移位引起所述不可壓縮的流體從所述增強(qiáng)器孔(122)流出并進(jìn)入所述大致圓柱形腔(140)的相應(yīng)移位，并且這樣移位的不可壓縮的流體產(chǎn)生推動(dòng)所述臺(tái)階狀表面(144)的液壓力并且引起所述銷(138)的移位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件，還包括 限定在所述部件中并且在所述銷孔(610)旁邊延伸的至少一個(gè)流體軸，所述至少一個(gè)流體軸與所述增強(qiáng)器孔(122)流體連通； 形成在所述銷孔(610)的鄰近所述指形件(180)的部分周圍的環(huán)形通道(612)，所述環(huán)形通道(612)與所述至少一個(gè)流體軸流體連通； 在所述銷(138)的鄰近所述指形件(180)的部分周圍接合的套環(huán)(614)，所述套環(huán)(614)包括以可滑動(dòng)且可密封的方式至少部分地配置在所述環(huán)形通道(612)內(nèi)的環(huán)形壁(616)； 其中，當(dāng)所述支柱(116)從所述縮回行程位置向所述伸出行程位置行進(jìn)時(shí)所述增強(qiáng)器活塞(120)在所述增強(qiáng)器孔(122)內(nèi)的移位引起所述不可壓縮的流體從所述增強(qiáng)器孔(122)流出并進(jìn)入所述至少一個(gè)流體軸的相應(yīng)移位，并且這樣移位的不可壓縮的流體推動(dòng)所述套環(huán)(614)的所述環(huán)形壁(616)并且引起所述銷(138)的移位。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件，還包括在所述增強(qiáng)器孔(122)與一流體通路(506)之間互相流體連接的止回閥裝置(127)，所述流體通路限定在所述部件中并且能提供不可壓縮的流體以充填所述增強(qiáng)器孔(122)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的部件，其中，所述部件是用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器(100)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的部件，其中，所述致動(dòng)器(102)是壓電致動(dòng)器(102)。
10.一種用于操作如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的部件的方法，包括 觸發(fā)所述部件中所包括的致動(dòng)器(102)，所述致動(dòng)器(102)布置成當(dāng)所述致動(dòng)器(102)響應(yīng)于控制信號(hào)而工作時(shí)使與該致動(dòng)器相關(guān)的支柱(116)伸出，所述支柱(116)以縮回行程位置與伸出行程位置之間的致動(dòng)器(102)行程距離伸出； 通過所述致動(dòng)器(102)支柱(116)與受控元件之間經(jīng)由介入部件的物理接觸而向所述受控元件提供機(jī)械力，所述機(jī)械力由所述致動(dòng)器(102)向所述支柱(116)提供； 通過提供液壓力來放大所述致動(dòng)器(102)行程，所述液壓力通過流體在增強(qiáng)器活塞(120)與放大活塞(134)之間的孔(122)內(nèi)的壓縮而傳遞，所述增強(qiáng)器活塞(120)與所述致動(dòng)器(102)的所述支柱(I 16)接觸；以及 向所述受控元件提供所述放大的致動(dòng)器(102)行程。
全文摘要
一種部件包括用于在致動(dòng)器(102)與控制閥(172)之間傳遞力的傳遞裝置。該傳遞裝置包括與致動(dòng)器(102)相關(guān)的支柱(116)。當(dāng)大于向控制閥(172)提供的關(guān)閉力的打開(124)力施加至控制閥(172)時(shí)，控制閥(172)可從關(guān)閉位置移位至打開位置。該傳遞裝置在所述部件中配置在支柱(116)與控制閥(172)致動(dòng)器(102)之間，并且布置成當(dāng)支柱(116)開始朝伸出行程位置行進(jìn)時(shí)通過物理接觸將致動(dòng)器(102)力從支柱(116)機(jī)械地傳遞至控制閥(172)，并且當(dāng)支柱(116)從縮回行程位置向伸出行程位置行進(jìn)時(shí)液壓地放大支柱(116)與控制閥(172)之間的致動(dòng)器(102)行程。
文檔編號(hào)F02M61/10GK102884306SQ201180023002
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者J·文卡塔拉加萬, A·R·斯托克奈爾 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司