CN1993664A - 控制液压管道中的液体流的流动速度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来控制液压管道(3)内的液体流的流动速度的装置(1)，它包括一个液体可流过的管道段(2)及一个在该管道段(2)内的液体中产生均匀的二相混合物(5)的装置(4)。

Description

控制液压管道中的液体流的流动速度的装置和方法

现有技术

本发明涉及一种用来控制液压管道内的液体流的流动速度的装置及方法。

在许多实际应用中，要求控制液压管道内的液体流的流动速度，例如，调节出所希望的流动速度和/或消除或至少减弱不希望的压力波动和/或至少在一个流动方向上反射压力波动。在其中必须以这种方式控制流动速度的液压系统也用于机动车中，如燃油喷射系统、动力转向系统及制动系统。在这些高动态系统中，特别是压力波动的消除或减弱尤其重要。

传统的控制装置，如控制阀，利用内部的流体机械地起作用的几何结构的改变工作。换句话说，这种控制阀具有一个阀元件，它至少在两个位置之间可移动。传统的控制阀因此具有至少一个实体上可移动的部件。在高动态过程中，传统的控制阀的这种机构处于高的磨损现象中。

本发明的优点

相比而言，具有权利要求1所述特征的本发明控制装置及具有权利要求10所述特征的本发明控制方法具有以下优点，即流动速度的控制不需要机械机构，也就是说不需要实体上运动的部件，因此，本发明的装置几乎没有磨损地工作。此外，本发明的阀不需要运动部件，因此可实现极短的开关时间，这对于控制装置和用此装备的液压系统具有优点。

本发明基于这样的总体构思，即，在一个为此设置的管道段中在液体中产生均匀的二相混合物，并且通过改变二相混合物中气相的质量份额来调节出当前所希望的流动速度。本发明在此利用这样的认识，即，在一个均匀的二相混合物中，音速与气相的质量份额有强的相关性，因此很小的气相质量份额就可以明显降低二相混合物的音速。例如，在水-水蒸气混合物中音速从没有气相情况下的约1400m/s降低到气相质量份额为大约10^-3情况下的大约16m/s。此外，对于本发明重要的是下面的考虑，即二相混合物的音速代表几乎是最大可达到的流动速度，因为超音速将导致极高的碰撞损失。

为了借助本发明的控制装置调节出所希望的流动速度，因此有目的地这样产生一个二相混合物，即在该二相混合物中的气相质量份额被这样选择，使得所形成的二相混合物的音速与所希望调节出的流动速度相应。

此外，这种控制装置可被尤其简单地用来消除或至少减弱压力波动。因为借助二相混合物中气相的质量份额并通过由此产生的二相混合物的音速，由控制装置的管道段确定了最大允许的流动速度。亚音速的流动速度因此可几乎不被减弱地通过所述管道段，而超音速的流动速度由于极高的极限碰撞损失被大大阻尼，即可被明显减弱(geglaettet)。因为压力脉冲具有局部过高的速度，因而获得所希望的减弱或消除。

根据需要，管道段可具有一个确定的横截面收缩结构或在液压管道内本身构成一个确定的横截面收缩结构。借助这种横截面收缩结构，在液压管道内部在控制装置区域中，液体流中流动速度可被局部地提高，以便由此即使在低流动速度时比其余的液压管道更快地达到二相混合物的音速范围。通过这种方式，控制装置可有利地与所设置的调节区相适应。

在一个进一步构型中，合乎目的地，二相混合物在横截面收缩结构的区域中被产生，以便可与流动方向无关地调节流动速度。

在另一实施形式中，管道段具有一个相邻于横截面收缩结构的、其横截面变大的二相区，在此，二相混合物在该二相区的区域中被产生。在该实施形式中，流动速度的控制与当前的流动方向相关。首先，气相的质量含量确定了可调节的最大流动速度。当现在二相区处在横截面收缩结构下游时，在横截面收缩结构内可完全调节出大于二相混合物的音速的速度。然而，如果二相区设在横截面收缩结构上游，液体流使二相混合物也延伸至横截面收缩结构中。因为那里有更高的速度，因此二相混合物的音速早很多地实现，因此控制装置在该流动方向上就已经在其余液压管道内低流动速度情况下阻塞或者阻尼。借助这种实施形式，可实现压力脉冲的尤其与方向相关的反射。

本发明的其它重要特征和优点在从属权利要求、附图和相关的附图描述中给出。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并接下来被进一步说明，其中，相同的参考标号指示出相同或相似或功能上相同的部件。

图中分别示意性示出了：

图1.本发明装置的半纵剖视图的非常简化的原理示意图，

图2.另一种实施形式的与图1中相同剖切的视图，

图3.本发明装置的优选实施形式的电路图形式的原理示图。

具体实施方式

按照图1和2所示，本发明的控制装置1具有一个液体可流过的管道段2，它在图中由一个花括号表示。在装入状态下，控制装置1连接到液压管道3中，即，管道段2构成液压管道3的一段，这样在液压管道3中传输的液体也流过管道段2。

控制装置1此外装备一个产生装置4，它使得在管道段2内的液体中可以产生一个均匀的二相混合物。在产生装置4工作时形成的二相混合物在图中用交叉阴影线表示出并用5标明。在产生装置4工作时，通过这种方式，在管道段2内形成一个其中具有二相混合物5的二相区6，它在图中由一个花括号标示并且用6标明。

合乎目的地，管道段2在液压管道3内构成一个确定的横截面收缩结构。在这里所示的实施形式中，为此目的，管道段2设置一个也由一个花括号标示的确定的横截面收缩结构7。在此，在图1所示的实施形式中，横截面收缩结构7与二相区6叠合，这意味着，产生装置4在该实施形式中在横截面收缩结构7的区域中产生二相混合物5。与之有区别的是，在图2所示的实施形式中，二相区6与横截面收缩结构7相对于流动方向彼此相邻设置。在这种情况下，二相区6具有一个与横截面收缩结构7相比变大的横截面。

均匀的二相混合物5原则上可以任意形式或方式在二相区6的区域中产生。下面解释的实施形式因此是纯举例的且不应对一般性限制。

这样的实施形式是有利的，在该实施形式中产生装置4可直接从液压管道3内传送的液体流的液相产生二相混合物5的气相。例如，产生装置4可在二相区6中激发液体来产生气相，例如通过用超声或微波相应地加载来激发。气相在此直接在液相中产生，因此该均匀的二相混合物5直接在液体流中产生。

作为替换方案，也可首先分支出液体的一个分流，它则被汽化用来产生气相，如此产生的气相则被导回液相中，以便产生所述均匀的二相混合物5。

按照图1和2，产生装置4例如可具有一个旁路室8，它通过一个旁路9与管道段2连通，当管道段2被流过时，因此通过旁路9可分支一个分流。产生装置4此外还包含一个加热装置10，借助其辅助可使进入旁路室8的液相通过加热转变为气相。例如，加热装置10为一个电阻加热装置，例如一个设置在旁路室8中的加热丝或类似物的形式。变换地，加热装置例如也可用微波、超声波和/或红外波工作。由加热装置10产生的气相在图1和2中用小圆圈表示并用11标示。

为了产生装置4可将所产生的气相11送入二相区6，以便产生均匀的二相混合物5，管道段2在这里所示出的实施形式中在二相区6的区域中设有气体可穿过的壁12。在旁路室8内的相应气体压力下，气相11流过所述气体可穿过的壁12，由此在二相区6内形成二相混合物5。在此，通过二相区6内所述气体可穿过的壁12和/或导流装置的合适的构型，可达到所要求的二相混合物5的均匀性。壁12例如可通过被穿孔或者是多细孔的，来构型为气体可穿过的。例如壁由多细孔陶瓷材料或由气体可透过、而液体不可透过的膜组成。

本发明的控制装置1用于控制液压管道3中的液体流的流动速度。由于液压管道3内的管道段2构成或含有所述横截面收缩结构7，因此确定了最大流动速度的地点。纯液相的音速在此确定了可借助控制装置1调节的最大流动速度。

本发明基于这样的知识，即在二相混合物5内音速与气相质量份额有很强的关系，因此一个相对小的气相质量份额就已导致音速的明显降低。最小可调节的速度则确定借助控制装置1可调节的最小流动速度。

为了能在液体流中调节出所希望的流动速度，控制装置1此外还设有一个控制器13，它通过一个相应的控制线14操作产生装置4。控制器13在此被这样设置，即它可根据当前所希望的流动速度改变二相混合物5中的气相的质量份额。例如，二相混合物5的音速与气相的质量份额的相关性以特性曲线或计算公式的形式存储在控制器13的一个存储器中。也可设置一个调节回路，它的调节参量是气相的质量份额并且它的给定参量是流动速度。通过流动速度的给定值和实际值的比较，则可确定，是否为降低流动速度而必须向液体中加入更多气相，或是否为提高流动速度而必须节制气相到液相中的导入。

图1中控制装置1的实施形式下面也用1_I表示，其工作方式如下：

控制装置1_I例如可被用于一个预先确定的流动速度的调节。在此，产生装置4由控制器13这样控制，即，在二相区6中调节出一个二相混合物5，它的音速与所希望的待调节出的流动速度相应。液压管道3内传输的液体流则不可再超过调节的流动速度，因为该流动速度在二相混合物5内与音速相应，这样，为了超越音限必须克服极高的冲击阻力。

在根据图1的实施形式中，二相混合物5在横截面收缩结构7中被产生，即，二相区6处于横截面收缩结构7中。以此方式，控制装置1_I与流动方向无关地工作，该流动方向在图1和2中用一个箭头表示并且用15标示。因为在管道段2内的最大的流动速度存在于横截面收缩结构7中，因此在那里可特别简单地借助于二相混合物5降低音速。

控制装置1_I也可用于压力波动的阻尼、减弱或消除。在压力脉冲中存在局部过高的流动速度，它在相应调节出二相混合物5时高于二相混合物5的音速。与此相应地，到来的压力波不能或只能被强烈抑制地透过二相区6。在此，通过控制器13借助二相混合物5中气相的质量份额可调节出一个极限速度，直至流动速度的波动可以被容忍和仅仅具有较高速度的压力脉冲被阻尼。

当用控制装置1_I同时控制液压管道3内的流动速度时，每个压力脉冲导致一个高于二相混合物5的音速的速度，使得每个压力脉冲可被阻尼或消除。压力脉冲的减弱或者说阻尼或消除在图1所示控制装置1_I的实施形式中与当时的流动方向无关，因为二相区6设在横截面收缩结构7中。

下面详细解释图2所示控制装置1的实施形式的作用方式，在此，该控制装置用1_II表示。

图2所示控制装置1_II与图1所示控制装置1_I的主要区别一方面在于二相区6与横截面收缩结构7的分开，而另一方面在于二相区6的横截面相对于横截面收缩结构7变大。通过这种结构形式，控制装置1_II与流动方向相关地工作。

例如控制器13调节二相混合物5中气相的一个确定的质量份额。这导致一个确定的音速，该音速确定了液压管道3中的最大流动速度。

在流动方向15如图2所示(从左向右)时，二相混合物5位于二相区6中，且由于流动的带动作用也在此处的下游的液压管道3中。在流动方向如图2中箭头16所示意的那样相反(从右向左)时，由于流动的带动作用，二相混合物5从二相区6到达横截面收缩结构7中。由于在横截面收缩结构7中的流动速度明显高于二相区6内的流动速度，流动可在那里相对快地达到二相混合物5的音速。这导致，在一个流动方向15中，此时二相区6处在横截面收缩结构7下游，流过管道段2的流动速度比在相反的流动方向16中的明显大，在该相反的流动方向16中二相区6处在横截收缩结构7上游。这样的流动速度，自该流动速度起控制装置1_II在相反的流动方向16上反射或阻塞，也可被称为阻塞速度，而在流动方向15上刚好还可透过的流动速度可被称为最大速度。

尽管图2所示的控制装置1_II原则上也可用于调节流动速度，其中，对于两个流动方向15，16则产生不同的流动速度。但这种控制装置1_II优选被用于，在一个流动方向15上允许压力脉冲，而在相反的流动方向16上停止或反射压力脉冲。为此，这样调节二相混合物5中气相的质量份额，即直至允许幅度的压力脉冲在所述一个流动方向15上在二相区6内达到一个低于二相混合物5的音速的流动速度。在相反的流动方向16上出现的压力脉冲又导致二相混合物5被带动到横截面收缩结构7中。通过在横截面收缩结构7中明显提高的流动速度，在那里二相混合物5的音速被快速达到，以至压力脉冲被停止或反射。在此，在相反的流动方向16上到来的压力脉冲的幅度也可小于在流动方向15上到来的可几乎无阻碍地通过管道段2的压力脉冲的幅度。

图3示意性示出了本发明的控制装置1或者说1_I和1_II的可能的应用。按照图3，燃料喷射系统17包括一个燃料泵18，它通过一个供给管道19将燃料供给一个高压管20。由高压管20分支出各分支管道21到燃料喷射器22，它们各自对应一个未示出的内燃机的气缸。由于所有喷射器22与该共同的高压管20连通，因此这里是一个“共轨”系统。

在这种“共轨”系统中，通过总的高压管20在各喷射器22之间产生交互作用。例如，一个喷射器22的打开和尤其关闭导致形成一个压力波，该压力波通过分支管道21传播到高压管20中并通过另外的分支管道21到达其它的喷射器22。由于各喷射器22对应于内燃的不同气缸，它们相互独立地工作，无论如何不同时工作。因此所述压力脉冲导致这些喷射器22上的不希望的压力波动，这对例如在喷射量和/或喷射压力方面的喷射过程的精确性有不利影响。此外，燃料泵18，尤其在与压力调节阀23共同起作用时，也可产生压力脉冲，这些压力脉冲通过供油管道19传播直到高压管20中并借此到达各喷射器22。

借助本发明的控制装置1现在可以在这种“共轨”系统中构造一个在图3中由虚线框表示并用24标示的无脉冲系统区。为此，在供油管道19中在压力调节阀23的连接点下游设置一个图1中所示实施形式的控制装置1_I。如上面所述，控制装置1_I可被这样运行，即它使压力脉冲不能通过，或至少被大大减弱地通过到达高压管20。此外，在这些分支管道21中分别设置根据图2所示实施形式的控制装置1_II。它们可以如上所述地被这样运行，即，它们尽管允许压力脉冲从高压管20到达各喷射器22，但基本上阻止或反射在反向流动方向上定向的压力脉冲。通过这种方式，各喷射器22之间通过高压道20的交互作用基本上被排除。脉冲式的压力波动也同样几乎不会通过供油管道19作用到高压管20。

除本发明控制装置的上述特殊应用外，还可应用到其它任意领域，如机动车的动力转向系统。在这种动力转向系统中，由于噪音原因，通常要采用一个扩张软管或一个相应的脉冲阻尼器。在此，本发明的控制装置1也可用于压力脉冲阻尼和/或压力脉冲反射，以便代替例如这样的扩张软管或这种脉冲阻尼器。其它的应用例如也可在机动车的制动系统中。在那里也会出现不希望的压力波动，这些压力波动可借助本发明的控制装置1被减弱或消除。

参考标号

1控制装置

1_I图1所示的控制装置       12气体可透过的壁

1_II图2所示的控制装置      13控制器

2管道段                    14控制线

3液压管道                  15流动方向

4发生装置                  16相反的流动方向

5二相混合物                17燃油喷射系统

6二相区                    18燃油泵

7横截面收缩结构            19供油管道

8旁路室                    20高压管

9旁路                      21分支管道

10加热装置                 22喷射器

11气相                     23压力调节阀

24无脉冲系统区

Claims (14)

1.一种用来控制液压管道(3)中的液体流的流动速度的装置，它具有一个液体可流过的管道段(2)及一个在该管道段(2)内的液体中产生均匀的二相混合物(5)的装置(4)。

2.按照权利要求1所述的控制装置，其特征是，设有一个控制器(13)，该控制器被这样构造，即它通过改变二相混合物(5)中的气相的质量份额来调节出管道段(2)内的当前所希望的流动速度。

3.按照权利要求1或2所述的控制装置，其特征是，该管道段(2)在液压管道(3)内形成一个确定的横截面收缩结构(7)和/或具有一个这样的横截面收缩结构。

4.按照权利要求3所述的控制装置，其特征是，产生装置(4)在横截面收缩结构(7)的区域中产生二相混合物(5)。

5.按照权利要求3所述的控制装置，其特征是，管道段(2)具有一个与所述横截面收缩结构(7)相邻的、其横截面变大的二相区(6)，产生装置(4)在二相区(6)的区域中产生二相混合物(5)。

6.按照权利要求5所述的控制装置，其特征是，二相区(6)和横截面收缩结构(7)彼此的协调以及二相混合物(5)中的气相的质量份额的调节被这样进行，即液体流在一个其中二相区(6)设在横截面收缩结构(7)下游的流动方向(15)上可直到一个预先给定的或可调节的最大速度基本无阻碍地流过管道段(2)，并且在一个其中二相区(6)设在横截面收缩结构(7)上游的相反的流动方向(16)上可直至一个预先给定的或可调节的阻塞速度基本无阻碍地流过管道段(2)，该阻塞速度小于所述最大速度。

7.按照权利要求1至6之任一项所述的控制装置，其特征是，产生装置(4)将气相(11)穿过管道段(2)的一个气体可透过的、尤其被穿孔的或多细孔的壁(12)引入液体中。

8.按照权利要求1至7之任一项所述的控制装置，其特征是，产生装置(4)由一个从液体流分支的分流产生气相(11)。

9.按照权利要求8所述的控制装置，其特征是，产生装置(4)借助电阻加热和/或微波和/或超声波产生气相(11)。

10.用来控制液压管道(3)内的液体流的流动速度的方法，在该方法中，在一个液体可流过的管道段(2)内的液体中产生均匀的二相混合物(5)。

11.按照权利要求10所述的控制方法，其特征是，通过改变二相混合物(5)中的气相的质量份额来调节管道段(2)内的当前的流动速度。

12.按照权利要求10或11所述的控制方法，其特征是，二相混合物(5)在一个横截面收缩结构(7)的区域内被产生，该管道段(2)具有该横截面收缩结构或该管道段(2)在液压管道(3)内构成该横截面收缩结构。

13.按照权利要求10或11所述的控制方法，其特征是，二相混合物(5)在一个二相区(6)的区域内被产生，该二相区在管道段(2)中相邻于横截面收缩结构(7)设置，其中，该横截面收缩结构(7)在管道段(2)内形成或在液压管道(3)内由管道段(2)形成。

14.按照权利要求1至9之任一项所述的控制装置(1)在以下领域中的应用，即：

在机动车的燃油喷射系统(17)中，和/或

在机动车的动力转向系统中，和/或

在机动车的制动系统中，和/或

用于减弱压力波动，和/或

用于根据方向反射压力波动。

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