CN1662741A - 用于共轨的压力波衰减器 - Google Patents

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Abstract

一种压力波衰减器(10)和一种衰减方法，包括一个用于衰减形成在共轨(12)中的压力波的机械振荡器，该共轨内部具有流体容积，包括一个刚性被封闭的流体空腔(96)，其具有选定的容积，该容积通过具有选定容积以容纳致动流体的节流口(92a，92b)与共轨致动流体(18a，18b)相通，该节流口具有一个与以下述方式选择的致动流体相流体连通的孔(93)，当压力波撞击节流口的孔时，节流口容积中致动流体的运动被设定为振动，该振动在被封闭的容积内激励致动流体，所引起的节流口中的致动流体的放大运动，由于在孔的容积中致动流体和被封闭空腔(96)中致动流体容积之间的相位消除，致使由于节流口内或节流口周围摩擦阻力而产生压力波的能量吸收。

Description

用于共轨的压力波衰减器
相关申请的互相参照
本申请与序列号为No.10/177195、申请日为2002年6月21日并被转让给本受让人的美国专利申请有关。
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的流体共轨(rail)，更加具体地说，本发明涉及一种用于这种共轨的压力波衰减器。
背景技术
电动控制的、液压致动(HEUI)的燃油喷射***使用一种致动流体(该致动流体优选为发动机润滑油，但是其他流体也是可以的)共轨以对每个喷射器的致动流体提供致动，以产生用于喷射过程的高压燃油。该致动流体共轨典型地具有其致动流体供应，该致动流体供应由受发动机传动轴驱动的高压致动流体泵提供。致动流体共轨中的压力典型地受到共轨压力控制阀(RPCV)的控制，这确定了取决于发动机操作条件的共轨内致动流体压力。
每个喷射器具有一个致动流体控制阀，该阀受到电动控制以控制流入喷射器的致动流体的时间和数量。该致动流体控制阀起动并终止喷射过程。
V形发动机典型地具有一个供应给两排气缸中的每一个的独立共轨。在每个共轨的致动流体流入口处，可以在适当位置上有一个止回阀，以隔离供应给两排的两个独立共轨之间的相流体连通。对于V8结构来说，具有两个共轨，每个共轨上附着有四个喷射器。对于V6结构来说，也有两个共轨，但是每个共轨上只附着有三个喷射器。对于直列(典型的是I6)结构来说，只有一个共轨，该共轨上附着有六个喷射器，并且在致动流体流入口处没有止回阀，因为一个共轨结构不需要共轨隔离。
该致动流体共轨优选为圆柱形，且其中限定有一个大致为圆柱形的流体通道。该致动流体能在流体通道内，其中在将数个喷射器连接到共轨上的多个位置之间具有小量的节流。对于V8和V6结构来说，两种致动流体共轨都是通过致动流体流动通道连接到高压致动流体泵上，但是被前述位于各自共轨入口处的止回阀分隔开。这些止回阀在两个致动流体共轨之间提供隔离，用于限制在一个致动流体共轨内受到在其他致动流体共轨中压力动力所产生的压力动力。
在正常的发动机工作情况过程中，喷射器在均匀分布的时间上被致动。当喷射器被致动以喷射时，该喷射器控制阀打开一段时间，然后关闭，以提供在间隔内用于喷射所必需数量的致动流体。对于包括一个喷射的喷射过程来说，喷射控制阀打开和关闭一次。对于包括预喷射(小的预喷射之后具有大得多的主喷射)的喷射过程来说，该阀打开和关闭两次或更多次。当控制阀打开和关闭以进行一个预喷射过程或者多个预喷射过程时，就在致动流体共轨内的致动流体中产生了相当数量的动力扰动。
首先，在控制阀打开阶段的过程中，存在相对大量从致动流体共轨流入用于喷射致动的喷射器中的致动流体。这在致动流体共轨内产生压降。然后，这种压降由从高压泵中流出的供应致动流体流得到恢复。其次，喷射器控制阀的打开和关闭沿着致动流体共轨产生了流体压力波。这种压力波以一个主要由致动流体共轨长度和致动流体体积模量决定的频率沿着致动流体共轨的轴线方向传播。
由于共轨的长度很大程度上由发动机结构决定，所以频率的变化取决于发动机的结构。对于V8和V6结构来说，该频率大约为1000～2000Hz；对于I6结构来说，由于共轨较长，所以该频率能够更低，例如为800～1200Hz。因为这种压力波，所以存在一个施加在致动流体共轨上的不平衡轴向力，因为沿致动流体共轨不同位置上的延时或相位滞后导致沿致动流体共轨压力不同。这种不平衡力具有与共轨中压力波相同的频率。该压力波与致动流体共轨结构相互作用。压力波动能量的小部分转换成不需要的空中声能。同样，该致动流体共轨通过将共轨连接到发动机剩余部分(用于共轨上的螺栓)的螺栓传输一个具有上述频率的激励。在形成于发动机结构中的共轨中也产生该相同的现象。在这两种情况下，这种激励然后产生具有上述频率的相同范围的能听见的噪声。
由压力波导致的能听见的噪声是令人讨厌的。一个目标就是，压燃式发动机的噪声不比典型的火花点火式发动机大。这样的噪声水平被认为是可以接受的。然而，目前还不是这样。为了实现这个目标，来自压燃式发动机的许多噪声源需要解决。如上所述，一个这样的噪声源是产生在致动流体共轨中的压力波。然后，在工业上存在衰减产生在共轨中的压力波的需要。
发明内容
本发明涉及一种用于衰减形成在共轨中的压力波或声波的机械振荡器，该共轨内部具有流体容积，包括一个刚性被封闭的流体空腔，其具有选定的容积，该容积通过具有用以容纳致动流体的选定容积的节流口与共轨致动流体相通，该节流口具有一个与以下述方式选择的致动流体相流体连通的孔，当压力波撞击节流口的孔时，节流口容积中致动流体的运动被设定为振动，该振动在被封闭的容积内激励致动流体，所引起的节流口中的致动流体的放大运动，由于在孔的容积中的致动流体和被封闭空腔中的致动流体容积之间的相位消除，致使由于节流口内或节流口周围摩擦阻力而产生压力波的能量吸收。用于共轨的压力波衰减器和共轨中压力波衰减的方法同样都被包括在本申请中。
附图简述
图1是具有中心压力波衰减器的共轨的透视图。
图2是图1中的沿线2-2所截取的共轨的剖视图。
图3是图2中的中心压力波衰减器的放大剖视图。
图3a是带斜面孔的节流口的剖视图。
具体实施方式
参看图1，示出了用于本发明声波或压力波衰减器(PWA)的原理。所示的PWA总体上用附图中的数字10来示出，与共轨12成为一个整体。
致动流体共轨12优选为圆柱形，并且其中限定有大致为圆柱形的流体通道18。致动流体能够在流体通道18内自由流动，其中在将数个喷射器(未示出)连接到共轨12上的多个喷射器口16的位置之间具有小量的节流。对V8和V6结构来说，两个致动流体共轨12都通过致动流体流动通道(未示出)经由一个泵吸入口14被连接到一个高压致动流体泵(未示出)上，但是被止回阀(未示出)分隔开，有利地是，这些止回阀被放置于各自共轨12的泵吸入口14内。这些止回阀在两个致动流体共轨12之间提供了隔离，以限制在一个致动流体共轨12内受到在其他致动流体共轨12中压力动力所产生的压力动力。
如上所述，图1～3描述了与具有V8结构的发动机一起使用的共轨12。该共轨12包括流体吸入口14，用于将共轨12流体地连通到高压致动流体泵上。在实践中，吸入口14两个端口中的哪一个得到使用取决于该具体共轨12使用了气缸的哪一排，未使用的吸入口14则被合适的塞子密封。
致动流体共轨12具有多个用于将共轨12连通到发动机上的连接套管20。优选地以如下方式实现：将螺钉(未示出)穿过形成于套管20内的钻孔22，并将该螺钉拧入到成于发动机内的螺纹孔(未示出)中。
喷射器口16可以具有一个与流体通道18相连的孔26。该孔26可以限定一个用于接收套圈28的接收器。该套圈28使跨接管30与流体通道18相流体连通。密封环32可以在跨接管30和流体通道18之间形成一个流体紧密封。该跨接管30优选直接与各自燃油喷射器连接，并将致动流体从流体通道18运输到燃油喷射器中。各自的喷射器口16供应给每个相应的燃油喷射器。
端盖34可以流体地密封流体通道18的相应端。通过拆下使端盖34有利于在共轨12中形成通道18。
第一幅图示出了中心PWA10。该PWA10不必放置在中心，也不必为具有奇数个气缸排的共轨12而这样设置，如在V6结构中也是可以的。在这种结构中，PWA10可以被设置在喷射器口的任意两个之间。对于如图1中所示V8结构发动机来说，PWA10优选地设置在中心，两个在PWA10任一侧的喷射器口16，每个相应的口16供应一个在气缸特定侧上的相应燃油喷射器，该气缸由各自共轨12提供。
PWA10被设置在共轨12的流体通道18中，该通道位于两个端盖32之间的大约中心处。为了容纳PWA10，一个大致为圆柱形的孔70形成于共轨12的壁20中。孔70的纵向轴线优选相对于共轨12的纵向轴线直角设置。孔70的部分包括内螺纹72。孔70由大致相对的基本半球形圆顶74形成，该基本半球形圆顶74包含流体通道18的一部分。
该PWA10包括一个衰减器主体76。该衰减器主体76带有形成于该衰减器主体76外边缘一部分上的螺纹78。该螺纹78被设计成啮合孔70中的螺纹72。一个圆周槽80形成于该衰减器主体76内。一个O形密封环82可以被设置在槽80中，以在衰减器主体76和圆柱形孔70之间形成流体密封。一个六角接收器83形成于该衰减器主体76内。一个Allen型扳手可以被***到该衰减器主体76内的六角接收器83中，用于将衰减器主体76旋进孔70中或从孔70中旋出。
空腔84被限定在衰减器主体76内。该空腔84被作成大致半球形的圆顶，与半球形圆顶74协作，以形成一个固定的大致成球形的衰减器空腔96，这将在下面进行更详细的描述。空腔84由该半球形部分86和大致圆柱形部分88限定。该圆柱形部分88为圆柱外形，以在制备共轨12的过程中有助于空腔84的形成，并且该圆柱形部分88在包括球形部分86和半球形圆顶74(参见下面的衰减器空腔96)的球体上形成一个圆柱形带。一个完全球形的空腔96可能会更理想一点，但是圆柱形部分88是一个折衷，在不过度牺牲空腔84的任何衰减性能的同时有助于空腔84的形成。
开口90被限定在衰减器主体76的上边缘处。当衰减器主体76被螺纹旋入圆柱形孔70中时，密封啮合就在衰减器主体70的上边缘和密封91处半球形圆顶74的***之间形成了。
节流口92a、92b被限定穿过衰减器主体76的壁。该节流口92a、92b的长度等于壁94的厚度。节流口92a、92b的长度和面积限定出节流口92a、92b的容积。节流口92a、92b具有一个面对相应流体通道18a、18b的入口孔93。该孔93可以为斜面的，如图3a中所示。节流口92a、92b将流体通道18的第一部分18a流体地连通到流体通道18的第二部分18b上。尽管所示为两个节流口92a、92b，但是在实践中，出于制造的原因，五个节流口92均匀地环绕衰减器主体76分布，使得当衰减器被螺纹旋入孔70中时，一个节流口92将面对流体通道18的任一第一部分或第二部分，而两个节流口将面对其他通道部分。一个节流口92对限制通过衰减器主体的压力波大小有效。剩余两个节流口将面对通道的侧壁，且作用很小。
节流口92a、92b优选具有相同的面积、相同的长度和相同的容积。在确定面积时需要考虑的是要在第一部分18a和第二部分18b之间提供足够的致动流体流，以在喷射过程中供应给各自的喷射器。当共轨12中充满了致动流体时，致动流体的塞子进入由每个节流口92a、92b限定的容积中。如下所述，致动流体的这个塞子在受到PWA10影响的衰减中起到作用。
衰减空腔96借助半球形圆顶74部分地与在衰减器主体76所限定的空腔84一起限定出。因此，衰减空腔96为一个大致带-球形，包括由圆柱形部分88限定的衰减空腔96的带状部分，但是也可以是球形或大致球形。
通过将本发明的PWA10引入到共轨12中，在各自喷射器进行工作过程中在流体通道18内产生的压力波的大小被显著减小了。因此，施加在致动流体共轨12上的轴向力同样被显著减小了。振动力的这种减小有助于具有致动流体共轨12中的压力波频率的噪声的减小。节流口92可以以这种方式进行设计，使得它们能有效衰减驱动共轨12中的振动力，同时维持供给各自燃油喷射器的足够致动流体流，以确保合适的喷射器性能。
本发明的PWA10基本满足了前述工业上的需要。为了衰减由共轨12中压力波动所产生的压力波，本发明的PWA10提供了声能吸收功能。当声学***的线尺寸相对于声音的波长小时，***中致动流体的运动与具有质量、硬度和阻尼的块机械元件的机械***相类似。
该PWA10能够被看成是一个机械振荡器。这样一个衰减器10包括一个刚性被封闭的容积(衰减空腔96)，它分别通过小节流口92a、92b与共轨18a、18b中的致动流体相通。当压力波撞击在节流口的孔93上时，节流口92a、92b中的致动流体被设定为振动，这会在PWA10的衰减空腔96的被封闭容积内激励致动流体的塞子。节流口92a、92b中致动流体得到的放大的运动，由于在节流口92a、92b中致动流体塞子(在由孔93和空腔96之间限定的容积中)和被封闭空腔96中的致动流体容积之间的相位消除，致使由于在各自的节流口92a、92b中或周围的摩擦阻力而产生能量吸收。这种衰减器10被调整到在某一个理想的频率范围内产生最大吸收。
对本领域技术人员来说，除了这里所描述的其他实施例显然没有离开本申请的范围。因此，申请打算仅仅由所附的权利要求得到限制。

Claims (38)

1.一种用于衰减形成于致动流体共轨中的压力波的机械振荡器，该致动流体共轨中具有第一和第二端以及在流体通道内的流体容积，该机械振荡器包括一个具有选定容积的刚性被封闭的流体空腔，该容积通过具有用于容纳致动流体的选定容积的节流口与共轨致动流体通道相连通，该节流口具有一个以下述方式选择的与致动流体相流体连通的孔，当压力波撞击节流口的孔时，节流口容积中致动流体的运动被设定成振动，该振动在被封闭的容积内激励致动流体，所引起的节流口中的致动流体的放大运动，由于在节流口容积中的致动流体和在被封闭空腔中的致动流体容积之间的相位消除，致使由于节流口内或节流口周围摩擦阻力而产生压力波的能量吸收。
2.如权利要求1所述的机械振荡器，其特征在于，在所述共轨的第一和第二端之间设置流体空腔，从而把流体通道分成第一部分和第二部分，具有第一和第二节流口的中心流体空腔，第一节流口影响流体空腔和流体通道第一部分之间的流体连通，第二节流口影响流体空腔和流体通道第二部分之间的流体连通。
3.如权利要求1所述的机械振荡器，其特征在于，该流体空腔限定至少球形的一部分。
4.如权利要求3所述的机械振荡器，其特征在于，该流体空腔限定一个带状球形。
5.如权利要求3所述的机械振荡器，其特征在于，该流体空腔限定一个球形。
6.如权利要求1所述的机械振荡器，其特征在于，该节流口包括一个孔，该孔面对流体通道且成斜角以限定成，随着从流体通道接近节流口，节流口入口的尺寸大小减少。
7.如权利要求1所述的机械振荡器，其特征在于，该空腔被部分地限定在衰减器主体中，该衰减器主体与共轨流体通道流体连通。
8.如权利要求7所述的机械振荡器，其特征在于，该衰减器主体可被设置在限定于共轨壁内的孔中，以与共轨流体通道相交。
9.如权利要求7所述的机械振荡器，其特征在于，该衰减器主体被螺纹安装在共轨流体通道中。
10.一种用于在压力下将致动流体传输到至少一个燃油喷射器中的致动器共轨组件，包括：
一个被限定在共轨中且具有第一和第二端的细长流体通道；
一个与流体通道相流体连通的流体吸入口，该吸入口在压力下可流体地连通到致动流体源上；
一个与每个相应的燃油喷射器相连且可流体地连通到其的相应的流体出口，用于将致动流体传输到相应的燃油喷射器中；及
至少一个具有至少一个节流口的流体空腔，该节流口影响流体空腔和流体通道之间的流体连通。
11.如权利要求10所述的致动器共轨组件，其特征在于，一个流体空腔被放置在第一和第二端之间，将流体通道分隔成第一部分和第二部分，该流体空腔具有第一和第二节流口，该第一节流口影响流体空腔和流体通道第一部分之间的相流体连通，该第二节流口影响流体空腔和流体通道第二部分之间的相流体连通。
12.如权利要求10所述的致动器共轨组件，其特征在于，该流体空腔限定至少球形的一部分。
13.如权利要求10所述的致动器共轨组件，其特征在于，该流体空腔限定一个带状球形。
14.如权利要求10所述的致动器共轨组件，其特征在于，该流体空腔限定一个球形。
15.如权利要求10所述的致动器共轨组件器，其特征在于，该节流口包括一个孔，该孔面对流体通道且成斜角以限定成，随着从流体通道接近节流口，节流口入口尺寸大小减小。
16.如权利要求10所述的机械振荡器，其特征在于，该空腔被部分地限定在衰减器主体中，该衰减器主体与共轨流体通道流体连通。
17.如权利要求16所述的机械振荡器，其特征在于，该衰减器主体被设置在限定于共轨壁内的孔中，以与共轨流体通道相交。
18.一种用于在压力下将致动流体传输到至少一个燃油喷射器中的致动器共轨组件，包括：
一个限定在共轨内的细长流体通道；
至少一个流体空腔，其具有至少一个节流口，该节流口影响该流体空腔和该流体通道之间的流体连通，该空腔具有一个充满致动流体的容积，流体通道内的压力波激励空腔内致动流体的容积，致动流体受到激励的容积放大了节流口中致动流体的运动，以吸收超过某一频率范围的压力波。
19.如权利要求18所述的致动器共轨组件，其特征在于，该某一频率范围是800～2000Hz。
20.如权利要求18所述的致动器共轨组件，其特征在于，节流口中致动流体被放大的运动影响放置在节流口中致动流体的塞子和空腔内致动流体的容积之间的压力波相位消除。
21.如权利要求20所述的致动器共轨组件，其特征在于，该压力波相位消除由于节流口内及周围摩擦阻力而产生了能量吸收。
22.一种衰减致动流体传输共轨内压力波的方法，该共轨内限定有一条细长流体通道，该方法包括：
限定一个具有选定容积的刚性被封闭的流体空腔；通过具有用来容纳致动流体的选择容积的节流口将该容积与共轨致动流体相连通；
形成一个孔节流口，该孔与致动流体相流体连通，并且选择成，当压力波撞击节流口的孔时，节流口容积内的致动流体的运动被设定为振动；
在被封闭的容积内借助节流口中的振动致动流体激励致动流体；并且
所引起的节流口中的致动流体的放大运动，由于节流口容积内的致动流体和该被封闭的空腔内的致动流体容积之间的相位消除，致使由于节流口内及周围摩擦阻力而产生压力波的能量吸收。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，包括基本吸收覆盖800～2000Hz的一定频率范围内的压力波。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，借助节流口中致动流体的放大运动影响被放置在节流口中的致动流体塞子和空腔内致动流体的容积之间的压力波相位消除。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，包括借助摩擦阻力来影响节流口内及周围的摩擦阻力并产生压力波相位能量吸收。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，包括在第一和第二流体通道端之间放置流体空腔，并由此将流体通道分隔成第一部分和第二部分，将流体空腔与第一和第二流体通道部分流体连通。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，包括将流体空腔部分限定在衰减器主体中，并将该衰减器主体放置在限定于共轨壁中的孔内，以与流体通道相交。
28.一种和致动器共轨组件一起使用的压力波衰减器，该致动器共轨组件用于在压力下将致动流体传输到至少一个燃油喷射器中，该压力波衰减器包括：
一个衰减器主体，具有形成于其内的共振流体空腔的至少一部分，该空腔具有两个节流口，第一节流口影响流体空腔和流体通道第一部分之间的流体连通，第二节流口影响流体空腔和流体通道第二部分之间的流体连通。
29.如权利要求28所述的压力波衰减器被设计成以产生在流体通道内的已知的压力波频率共振。
30.如权利要求29所述的压力波衰减器，其特征在于，空腔的共振频率与致动流体中的声速相关，与两个节流口的面积和长度大小有关，也与空腔的容积大小有关。
31.如权利要求30的压力波衰减器，其特征在于，该空腔基本上为球形。
32.如权利要求31的压力波衰减器，其特征在于，该空腔与流体通道半球形部分协同形成。
33.如权利要求32所述的压力波衰减器，其特征在于，与流体通道在流体通道的半球形部分的边缘处限定一个基本液密的界面。
34.如权利要求28的压力波衰减器，其特征在于，衰减器主体被螺纹旋入流体通道中。
35.如权利要求34的压力波衰减器，其特征在于，衰减器主体具有超过两个的节流口，它们设置成确保至少两个节流口分别向流体通道的第一和第二部分打开。
36.如权利要求35的压力波衰减器，其特征在于，衰减器主体具有五个节流口。
37.如权利要求35的压力波衰减器，其特征在于，衰减器主体节流口绕衰减器主体的***均匀地间隔开。
38.如权利要求37的压力波衰减器，其特征在于，衰减器主体具有五个节流口。
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