CN102378858B - 液压的行程传送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压的行程传送器，尤其行程放大器或者喷射器，所述行程传送器包括用于产生行程的固体致动器（4）、用于以液压方式将所述固体致动器的行程尤其传递到控制元件比如阀的喷嘴针上的液压系统（18），其中所述液压系统（18）具有液压容积（11、12、13），所述液压容积（11、12、13）通过金属波纹管向外得到气密的密封并且构成具有间隙补偿机构的液压的轴承。相对于传统的液压杠杆的优点在于，存在着完全的金属的密封并且能够实现磨损少的结构。此外可以产生模块的结构。

Description

液压的行程传送器

技术领域

本发明涉及一种液压的行程传送器，该液压的行程传送器传递由固定致动器预先给定的行程。在多数情况下，由此引起传动，用于扩大固体致动器的本来较小的行程。

背景技术

为了将所期望的燃料量加入到任意的燃烧过程中，通常需要喷射器，借助于所述喷射器能够配量燃料量。因为很多的燃烧过程用处于高压下的燃料的直喷来进行，所以经常使用特别快速地工作的致动器，所述致动器驱动着喷射器。这意味着，致动器产生行程，所述行程比如操纵喷射器针，所述喷射器针本身将阀打开并且以预先确定的时间间隔并且以能够调节的用于燃烧过程的流量来释放燃料。在这种情况下单独地输送燃烧用空气。

用于高压直喷的喷射器在此经常利用快速的致动器比如压电的多层致动器（PMA）。这是固体致动器，其中心元件由大量的压电的层组成。此外知道所谓的磁致伸缩的固体致动器，所述磁致伸缩的固体致动器利用用于产生行程的磁性机械的效应。对于行程的产生来说，重要的是，对于打开喷射器针从而加入所期望的燃烧量，这样的固体致动器具有太小的行程。尤其对于与配量液态燃料的喷射器相比要求更大的行程的气体喷射器来说，这会成为一个重要的问题。这导致只能考虑具有行程放大器的结构。

在使用氢气作为燃料的情况下，很麻烦地加出现这样的情况，即小而轻的氢气分子容易通过非金属的元件比如橡胶膜而扩散。由此，合适的放大器的选择成为喷射器制造方面的中心问题。这也源于这样的事实，即放大器确定喷射器的多种特性并且与致动器相反可以在结构上改造。

在以往的问题解决方案中，通过机械的放大或者通过部分不是用金属密封的液压的放大来扩大行程。机械的放大器比如使用机械的杠杆，所述机械的放大器通常容易引起磨损和不受欢迎的振动。如果在致动器与放大器之间需要空行程，尤其是这样，比如用于防止可能在由于加热而引起热的长度变化时出现的泄漏。因此致动器比如将会碰撞到喷嘴针，由此对所述喷射器产生不利影响。后果是不均匀的喷射和不可靠的打开及关闭特征。致动器与放大器之间的空行程因此也不受欢迎，是因为直到与喷嘴针接触之前的致动器偏移都未被利用。

用小于1:2的传动比来扩大致动器的行程，这经常用机械的杠杆来实现。对于用于柴油发动机的喷射器来说，比如所述机械的传动比可以是1:1.6。气体喷射器典型地需要更大的传动比。对于气体喷射器来说在多数情况下使用也称为液压杠杆的液压的放大器。对于CNG（压缩的天然气）的直喷来说，比如使用1:6的行程传动比。

通过液压的放大器的使用可以避免空行程，从而永久地在致动器与喷嘴针之间存在着作用链。这直接反映在设计结构中。换句话说，所述致动器偏移很大一部分被喷射器所利用和转换。

现有技术的缺点，比如在机动车技术中是有待注意的很宽的可能从-40℃直到+150℃的温度范围。这在考察液体体积方面会带来巨大的体积变化。峰值会大大超过30%的体积增加量。出于这个原因，液压的行程放大器在大多数情况下需要与储罐相连接。

在德国的公开文献DE 10 2005 042 786 A1中比如公开了一种燃料喷射器，该燃料喷射器配备了被气密地密封的液压系统。在该公开文献中使用所谓的得到导引的活塞。这样的得到导引的活塞在加工中要求较高的机械精确性并且很容易引起磨损。

发明内容

本发明的任务是，说明一种液压的行程放大器，该液压的行程放大器具有封闭的液压系统、形成液压轴承并且设计为磨损少的结构。该任务的解决通过独立权利要求的相应的特征组合来进行。有利的设计方案可以从从属权利要求中获得。

在按本发明的液压的行程传送器上获得这样的优点，即避开了得到导引的活塞的易于磨损的导引机构，所述导引机构不仅在制造方面而且在运行中都十分麻烦。液压的行程传送器的新颖的结构在喷射器的喷射阶段过程中的短暂时间里如传统的液压的行程传送器一样起作用，也就是作为刚性的轴承起作用。所述新颖的液压的行程传送器额外地对一如既往地由于温度变化而出现的长度变化进行补偿。这建立在不同材料的不同的膨胀系数的基础上。

本发明有利地致力于将液压的行程传送器构造为磨损少的结构。这有助于以下情况，即不必安装比较麻烦地制造的此外在运行中易于磨损的活塞或者活塞导引机构。

液压系统的气密的密封结构的有利的改进通过金属波纹管的使用来进行，所述金属波纹管向外气密密封地界定多个液压容积。这些液压容积在彼此间受到节流或者未受到节流的情况下处于连接。

如果首先考察液压的行程传送器的特性，那么所谓的液压轴承就用于间隙补偿，方法是对出现的空行程进行补偿。由此比如致动器保持贴靠在喷嘴针上。另一个优点通过金属波纹管的形式的金属的密封件来获得，所述金属密封件带来无泄漏的密封件的主要优点。这两个优点与所述液压系统的不同的时间常数相关联。

在较短的时间里比如喷射器进行喷射，在所述较短的时间里所述液压的轴承如此起作用，使得在喷射器喷射的过程中支撑作用于固定的轴承。为此在液压系统中设置了节流器。不过，在较长的时间里可以对不同材料的不同的膨胀进行补偿，方法是缓慢的补偿过程在所述液压系统中通过受到节流的路径来进行。

为了使所述液压系统的得到优化的气密的密封结构完备，所述金属波纹管相应地通过焊缝与其相邻的结构构件相连接。

此外，如果通过排挤器来缩小较大的不能通过其它方式实现的液压容积，则获得一些特殊的优点。由此保证，能够实现损失少的行程传送器。这建立在所谓的不能压缩的流体具有有限的温度膨胀系数这个基础上。这对于量较大的液体来说在温度波动或者压力波动时会起到负面影响。

为了有利地构造液压系统，相对于所述固体致动器的固体致动器轴线同心地布置了所述金属波纹管。

所述液压系统仅仅具有一个能够运动的活塞，该活塞不是在行程传递或者行程转换时进行运动，而是只有在尤其在液压容积中的液压流体中出现温度变化时才进行运动。在此液压流体中的规定压力的方案十分有利。尤其用于进行压力调节的机械弹簧是有利的。

为了降低液压流体的体积，可将至少一个排挤器装到所述液压容积（11、12、13）中的至少一个液压容积中。

相对于传统的液压杠杆的优点在于，存在着完全的金属的密封件并且能够实现磨损少的设计。

此外可以制造模块化的结构。金属波纹管的使用获得这样的优点，即能够实现绝对密封的并且摩擦少的液压的行程传送器。

行程放大器或者行程减小器可以容易地通过在液压系统中设计压力作用面积这种方式来构成。这产生具有行程转换的液压的轴承。

附图说明

下面借助于伴随的示意图通过不局限于此的实施例对本发明进行说明。在此相同的结构构件用相同的附图标记来表示。其中：

图1A是具有间隙补偿机构的连接到喷嘴针上的液压的行程传送器在使用温度T1时的示意图，

图1B是所述具有间隙补偿机构的用金属密封的液压的行程传送器在使用较小的工作温度T2时的相应于图1A的示意图，

图1C是相应于图1B的细节，其中示出了可活动的活塞的空心筒与固定轴承中的中心开口之间的环形间隙，

图2A是具有间隙补偿机构的用金属密封的液压的行程传送器连同喷嘴针的示意图，其中通过所述喷嘴针来操纵阀，

图2B是相应于按图2A的示意图的阀的打开的状态，并且

图3是一种实施方式，该实施方式在较大的液压容积中具有排挤器。

具体实施方式

图1A和1B原则上示出了相同的结构，其中在图1A中存在工作温度T1，该工作温度T1大于相应于图1B的工作温度T2。这两张附图具有基本上相同的用相同的附图标记表示的结构构件。在此存在着固体致动器4，该固体致动器4可以是压电的致动器或者磁致伸缩的致动器。所述致动器在后面以其后面的端部61支撑在固定轴承7上。在所述固体致动器的前面的端部62上，该固体致动器具有端板8，该端板8优选通过焊缝与第一金属波纹管1相连接。在此示出了第一液压容积11。

所述第一金属波纹管1在其另一端部上，沿所述固体致动器4的轴向方向看，与固定轴承71固定地并且气密密封地相连接，这优选通过焊缝来进行。

所述固定轴承71配备了中心开口19，属于可活动的活塞9的空心筒10轴向伸入到所述中心开口19中并且至少一直延伸到所述第一液压容积11。所述空心筒10的内部空间形成第三液压空间13的一部分。在此构成第二液压空间12，方法是第二金属波纹管2相对于所述空心筒10同心定位，焊接在所述固定轴承71上并且焊接在所述可活动的活塞9的头部上。所述活塞9为此具有一个直径比空心筒10大的部分并且包括一个中心开口，所述中心开口的直径大致相当于所述空心筒的内直径。

第三金属波纹管3一方面焊接在所述可活动的活塞上并且另一方面与端板81焊接在一起。由此实现所要求保护的行程传送器的液压系统18。为了构成喷射器，将阀20打开和关闭的喷嘴针16的后面的端部相应地接触或者连接到所述端板81上。

借助于通过所述固定轴承72得到支撑的弹簧14来将所述可活动的活塞9置于压力之下，其中该压力能够通过所述弹簧来调节。由此在整个液压系统18中存在的可以在所述液压腔11、12、13中统一调节的压力可以通过所述弹簧14来给定。所述弹簧15作为用于所述阀20的复位弹簧。

在图1B中标记出一个细节并且该细节在图1C中放大示出，在该细节中可以看出，所述第一金属波纹管1和第二金属波纹管2通过焊缝相应固定地安置并且气密密封地耦合在所述固定轴承71的对置的侧面上。在此通过所述金属波纹管1来界定第一液压容积11并且通过所述第二金属波纹管2来界定第二液压容积12。此外示出了所述固定轴承71中的处于中心位置上的开口19，其中部分地示出了所述空心筒10，它是所述可活动的活塞9的一部分。在空心筒10与所述固定轴承71的开口19的边缘之间形成环形间隙5。该环形间隙5形成所述第一与第二液压容积11、12之间的节流器。

所述第三液压容积13在径向上受到在总体上构造为空心体的可活动的活塞9以及第三金属波纹管3的限制，所述第三金属波纹管3在其背向固体致动器4的端部上用端板81来封闭。由此明显看出，所述第一液压容积11在受到节流的情况下与所述第二液压容积12处于连接并且与所述第三液压容积13不节流地处于连接。

为实现喷射器，在所述端板81上额外地安装有喷嘴针，该喷嘴针控制着阀20。

通过所述固体致动器4的运行，包含在所述液压容积11、12、13中的液压流体相应地对于行程得到压缩并且通过所述第一液压容积11中和第三液压容积13中的压力作用面积的比例来用于相应的行程转换。在此重要的是所述第一液压容积11的下侧面上以及所述第三液压容积13的下侧面也就是端板81上的环形表面的比例。

在图1B中可以看出，通过比按图1A的温度T1小的温度T2，对液压流体的压缩已经导致所述第二金属波纹管2的缩短。在致动器与喷嘴针之间没有出现空行程。这意味着，已经通过液压的行程传送器尤其液压的放大器对通过温度波动而出现的机械间隙进行了补偿。对于所述固体致动器4的重新进行的行程来说，所述液压的行程传送器将会短时间里碰上固定的液压轴承或者固定的液压杠杆，因为液压流体的流量在环形间隙5中受到了节流并且由此受到了限制。

在图2A中示出了封闭的喷射器并且在图2B中示出了敞开的喷射器连同打开的阀20。图2A、2B中的行程传送器的结构在没有变化的情况下相当于图1A或者图1B的行程传送器的结构。在图2A与2B之间的比较中产生的差别在于，即在伸长的状态中示出了图2B中的固体致动器4。也就是说，其沿纵向方向的尺寸大于在图2A中的尺寸。由此对所述第一液压容积11中的液压液进行压缩并且所述第一金属波纹管1同样压缩。在所述第一液压容积11中提高了的压力未受节流地进入到所述第三液压容积13中。由此所述第三金属波纹管3如上面所描述的一样由于压力作用面积的比例而延长了特定量。相应地使喷嘴针16相应移位。

为了使所述液压系统18消除温度波动的敏感性，有利的是，尽可能匹配较大的液压容积。这通常意味着液压容积的缩小，所述液压容积的缩小针对不阻碍必要的液压流的区域。

图3示出了相应于图1A、1B、2A的液压的行程传送器或者液压的行程放大器连同关闭的阀，由此实现了喷射器。在此将至少一个排挤器17安装或构造在一个或者多个液压容积中。在图3中所述排挤器17在所述第一液压容积11中构造为正方形或者构造为环形，其中所述排挤器17是所述固定轴承71的一部分。在按图3的示意图中，所述固定轴承1同样设有正方形的或者环形的排挤器17，所述排挤器17朝喷嘴针的方向伸入到所述第二液压容积12中。在此重要的是，运动的元件比如可活动的活塞9在其运动方面不受阻碍。

在图3中另一个排挤器定位在所述第三液压容积13中，其中该排挤器可以与所述端板81相连接并且由此使所述端板81上的压力作用面积朝致动器的方向移动。

所述新颖的结构在短暂的时间里起作用，在所述短暂的时间里所述喷射器象传统的液压杠杆一样进行喷射。所述结构额外地对比如由于温度变化而出现的长度变化进行补偿。所述结构本身是封闭的可以单独制造的并且由此无泄漏的单元。该单元完全用金属密封并且不需要导引机构。

本发明将行程转换、用于避免空行程的间隙补偿、通过金属密封件的使用获得的无泄漏性以及易于磨损的导引机构的缺省这些优点组合起来。相对于具有机械杠杆的实施方式具有优点。液压系统具有这样的优点，即致动器保持贴靠在喷嘴针上，从而不会出现空行程。由此仅仅激励微小的振动，不产生空行程并且致动器动作的利用得到优化。

所述用金属密封的液压的具有间隙补偿的行程传送器由三个金属波纹管1、2、3构成。这些金属波纹管充满液压流体。此外，固定轴承包括处于固定轴承与活塞比如可活动的活塞之间的弹簧。在此称为固定轴承7、71、72、73的固定轴承比如可以全部属于一个用于液压的行程传送器、液压的行程放大器或者喷射器的壳体。

所述第一金属波纹管1焊接在所述固体致动器4的端板8上并且焊接在固定轴承71上。所述端板8可以是所述致动器的一部分。所述第二金属波纹管2焊接在所述固定轴承71上并且焊接在所述可活动的活塞9上。所述第三金属波纹管3则焊接在所述可活动的活塞9上并且焊接在端板81上。所述端板81对所述第三液压容积进行密封并且用于将力传递到所述喷嘴针16上。

通过所述固定轴承71中的优选定位在中心处的开口19，在所述金属波纹管1中的第一液压容积11中产生用于液压流体的流体路径，用于与所述第三金属波纹管3中的第三液压容积中的液压流体连接起来。

所述第一金属波纹管1中的第一液压容积11同样与所述第二金属波纹管2的第二液压容积12处于连接，不过仅仅通过所述第一金属波纹管1与第二金属波纹管2之间在固定轴承71上的作为节流器起作用的环形间隙5来处于连接。通过该环形间隙5可以进行缓慢的补偿过程，由此使所述可活动的活塞9移位。由此持续地在所有三个液压容积11、12、13中到处出现相同的压力。该压力由壳体与可活动的活塞9之间的弹簧14来确定。在液压流体的体积由于温度变化而变化时也是这种情况。在图1B中对于冷却的情况示出了这一点。所述第一金属波纹管9膨胀，但是其中最大的第二金属波纹管2压缩。在总体上，所述第二和第三液压容积12、13恰好以如此程度变小，从而对热效应进行补偿。所述第一液压容积11在此保持恒定，其中二阶效应比如致动器的刚性能够忽略不计。在此不会出现泄漏，因为整个液压系统18被包围在金属波纹管中。液压流体中的压力至少在和弹簧14在比例范围内工作一样长的时间里保持恒定。热的长度补偿是优点，但是也对这样的不是由于热引起的长度变化进行补偿。比如固体致动器中的可能改变其极化情况并且由此改变其长度的老化过程就属于此。通过间隙补偿，所有元件都保持接触。

在快速的过程中显示出所述系统的完全不同的特性。在致动器的较短的操纵时间里，环形间隙5中的流动阻力如此之大，从而在实际上根本没有在所述第一与第二液压容积11、12进行流体交换。但是，在机动车中进行燃料喷射时典型的喷射过程仅仅持续数毫秒。

由此将“以液压方式用间隙补偿”和“无泄漏地用金属密封”这两种值得期待的特性统一在一个装置中。功能的分开通过不同的时间常数来进行。在此所述间隙补偿的时间常数甚至还可以通过所述环形间隙5上缝隙尺寸及液压流体的粘度的大小设计来调节。仅仅金属波纹管进行运动。这些金属波纹管不需要特殊的导引机构并且也不是特别地易于磨损。

相应于图3的具有降低了的液压容积的实施例示出了一种可能的可能在前面的附图中出现的实际问题的环境。对于液压流体的较大的体积来说，一方面在温度变化时对补偿容积的需求可能直接与所注入的液压流体的量成比例。另一方面，液柱的液压刚性随高度而降低。但是，损失少的行程传送器应该具有尽可能刚性的特征。如果所述金属波纹管内部的空间部分地被一个或者多个排挤器体所充填，这两个问题都可以减小。所述排挤器的形状可以自由选择，只要用于相应于图1A和1B的间隙补偿并且用于相应于图2A和2B的喷射的必要的波纹管运动没有受到阻碍。图3示出了一种具有两个排挤器体17的实施例，其中所述两个排挤器是可以容易制造的车削件并且仅仅扩大了本来就需要的构件。

Claims (9)

1.液压的行程放大器，包括：

-用于产生行程的固体致动器（4），该固体致动器在后面的端部（61）上支撑在固定轴承（7）上，

-形成用于所述固体致动器的液压轴承并且形成间隙补偿机构的液压系统（18），所述液压轴承用于传递固体致动器的行程，

-其中所述液压系统（18）具有第一液压容积（11），第一液压容积通过第一金属波纹管（1）向外气密地密封，第一金属波纹管与固体致动器（4）的在前面的端部（62）上的端板（8）并与第二固定轴承（71）固定地并且气密密封地相连接，

-其中所述液压系统（18）具有第二液压容积（12），第二液压容积通过第二金属波纹管（2）向外气密地密封，第二金属波纹管与第二固定轴承（71）并与构造成空心筒（10）的可活动的活塞（9）的径向表面固定地并且气密密封地相连接，其中活塞（9）向内界定第二液压容积（12），

-并且其中所述液压系统（18）具有第三液压容积（13），第三液压容积通过第三金属波纹管（3）向外气密地密封，第三金属波纹管与可活动的活塞（9）的径向表面并与端板（81）固定地并且气密密封地相连接，

-其中构造成空心筒（10）的活塞（9）在形成环形间隙（5）的情况下穿过第二固定轴承（71）中的开口（19）一直延伸到第一液压容积（11），

-其中第一液压容积（11）通过环形间隙（12）与第二液压容积（12）处于连接，

-其中第一液压容积（11）通过构造成空心筒（10）的活塞（9）与第三液压容积（13）处于连接，

-其中第三液压容积（11, 12, 13）充满液压流体，

-其中通过第一液压容积（11）和第三液压容积（13）的压力作用面积的比例设置行程放大，

-其中在与第三金属波纹管（3）连接的端板（81）上能够截取所述固体致动器（4）的所传递的行程。

2.按权利要求1所述的行程放大器，其特征在于，金属波纹管与相邻的结构构件之间的连接通过焊接连接形成。

3.按权利要求1所述的行程放大器，其特征在于，所述金属波纹管相对于固体致动器轴线同心布置。

4.按权利要求1所述的行程放大器，其特征在于，在所述液压容积（11、12、13）中存在的压力能够通过作用于活塞（9）上的弹簧调节到预先给定的数值。

5.按权利要求1所述的行程放大器，其特征在于，在所述液压容积（11、12、13）中的至少一个液压容积中存在着至少一个排挤器（17）。

6.按前述权利要求1至5中任一项所述的行程放大器，其特征在于，所述行程放大器能够作为模块来实现。

7.按权利要求1所述的行程放大器，其特征在于，所述用于固体致动器的液压轴承用于将固体致动器的行程传递到控制元件上。

8.按权利要求7所述的行程放大器，其特征在于，所述控制元件是阀的喷嘴针。

9.用于配量流体的喷射器，包括根据前述权利要求中任一项所述的行程放大器。

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