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。例如这种装置可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、漆料喷涂装置、油墨输送装置、混合装置、均匀化装置等。这种传送装置通常包括壳体，壳体具有流动通道，处于加压状态的液体经该流动通道流到壳体的至少一个、有时是多个的排出孔或排出口。压力液体在排出孔被迫从壳体流出。在某些结构中，该装置可以包括用来控制液体流出该装置的阀件。
在某些常规的超声波液体传送装置中通常加装有超声波激振件，具体地说，激振件构成限定排出孔的壳体部分。当液体从排出孔被排出时，激振件将产生超声振动，从而把超声波能量施加给排出液。超声波能量力图使液体雾化，从而细小的液滴喷雾从排出孔被送出。例如，专利号为US5330100(Malinowski)的美国专利公开一种燃料喷射器，在该装置中，燃料喷射器(喷油器)的喷嘴(例如壳体的一部分)本身做成能超声振动，因此当燃料通过喷射器的排出孔流出时，超声能量就施加到燃料。但是在这样的配置中，存在着喷嘴本身的振动将会引起排出孔处的喷嘴的液流气泡浸蚀的危险(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，超声激振件可以配置在流动通道中，液体通过流动通道可以在排出孔上游的壳体内流动。这种装置的实例已经在相关的美国专利US5803106(Cohen等人)、US5868153(Chen等人)、US6053424(Gipson等人)及US6380264(Jameson等人)中公开。以上每件专利的公开内容通过引用被纳入本文。这些参考文献总体公开一种通过向压力液体施加超声波能量来增大流过小孔的压力液体的流速的装置。具体地说，压力液体被传送到具有模制尖端的壳体的腔内，模制尖端包括压力液体通过其中从该腔排出的一个(或多个)排出孔。
超声变幅杆的一部分在该腔内延伸，另一部分在腔外延伸，并且该超声变幅杆的直径朝向设在排出孔附近的尖端减小，以便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接，以使变幅杆超声振动。这种装置的潜在缺点是各零件都暴露在高压环境中，从而这些零件承受较大的应力。具体地说，由于超声变幅杆的一部分浸没在腔内而另一部分没有，所以就有较大的压力差作用于变幅杆的不同部分，导致在变幅杆上产生附加应力。此外，这种装置不易适应阀门操作件，在某些超声波液体传送装置中，阀门操作件常被用来控制该装置的液体传送。
在另外一些液体传送装置中，特别是在那些包括用来控制液体从该装置流出的阀门操作件的装置中，当液体排出该装置时，众所周知地超声激振阀门操作件本身。例如，专利号为US6543700(Jameson等人)的美国专利公开一种燃料喷射器，其中该喷射器的阀针至少部分地由能对以超声频率变化的磁场作出反应的磁致伸缩材料制成，该专利的公开内容通过引用被纳入本文。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，从而在燃料通过排出孔排出喷油器时把超声波能量赋予燃料。
超声液体传送装置一般会在超声激振件在其固有频率被激振时最有效地工作。但是，在某些液体传送装置如超声波燃料喷射器中，超声激振件遇到会造成超声激振件的固有频率变化的各种各样的环境条件。例如，超声波燃料喷射器在发动机启动和随后运行之间遇到相当大的温度变化，导致超声变幅杆中的热膨胀和材料性能变化，而这又能改变变幅杆的固有频率。此外，接触加载状况例如变幅杆和喷射器的其它元件如针阀之间的硬碰硬接触也可能改变固有频率(例如因为针阀将具有其自身共振频率，这会造成超声变幅杆的共振频率变化)。
因而，人们需要一种用于超声液体传送装置的控制装置，尤其是需要一种开路或反馈式控制系统，它控制该装置的激振频率以便在该传送装置的超声波波导的固有频率或其附近工作。

在一个实施例中，超声波液体传送装置总体包括：壳体，该壳体具有内腔和至少一个与壳体内腔流体连通以便接纳液体进入内腔的入口孔、与该内腔流体连通的至少一个排出孔，借此使内腔中的液体在所述至少一个排出孔流出壳体。与该壳体分开的超声波波导至少部分设置在壳体的内腔中，用来在液体通过至少一个排出孔从壳体流出之前超声激励内腔中的液体。激振装置可操作用来超声激振超声波波导，控制系统在激振模式和衰荡模式之间控制液体传送装置的工作，在激振模式中，使激振装置在超声激振频率下工作，以便超声激振该超声波波导，在衰荡模式中，激振装置不进行激振超声波波导的工作，因而允许超声波波导衰荡。该控制系统可操作用来监测衰荡并对超声波波导的衰荡做出反应，以便在其激振模式中调整该激振装置的激振频率。
在另一个实施例中，超声波液体传送装置总体包括：壳体，该壳体具有内腔和与该壳体的内腔流体连通的至少一个排出孔，借此使内腔中的液体在所述至少一个排出孔流出壳体。阀件可相对壳体在关闭位置和打开位置之间移动，在关闭位置，内腔中的液体被禁止通过所述至少一个排出孔流出壳体，在打开位置，液体可通过所述至少一个排出孔流出。在液体在阀件的打开位置上通过所述至少一个排出孔流出壳体之前，超声波波导超声激励内腔中的液体。激振装置可操作用来超声激振该超声波波导，控制系统控制阀件的工作以将阀件从其关闭位置定位至其打开位置，由此从壳体排出液体。该控制系统还控制激振装置的超声激振该超声波波导的工作。在阀件的关闭位置，该控制系统启动激振装置的工作，从而在控制阀件移动至其打开位置之前来超声激振该超声波波导。
在用来控制超声波液体传送装置的方法的一个实施例中，超声波波导在超声频率被超声激振。激振随后停止了激振超声波波导，以允许超声波波导衰荡。超声波波导的衰荡频率被定为波导衰荡。激振频率随后响应于不同于该超声波波导的激振频率的衰荡频率被调整。
在用来控制超声波液体传送装置的方法的另一个实施例中，该超声波液体传送装置的阀件被定位在其关闭位置上。液体被送入壳体的内腔并在阀件处于关闭位置的情况下被超声激振。阀件被移位至其打开位置，以允许液体经过所述至少一个排出孔流出壳体，其中，在阀件处于关闭位置的情况下对壳体内腔中的液体进行超声激振的步骤在使阀件移位至其打开位置之前被启动。
附图说明
图1是以用来将燃料传送到内燃机的燃料喷射器形式表现的本发明超声波液体传送装置的一个实施例的纵向剖面。
图2是采用与图1的剖面不同的角度位置剖出的图1的燃料喷射器的纵向剖面。
图3是图1的剖面的第一部分的放大图。
图4是图1的剖面的第二部分的放大图。
图5是图2的剖面的第三部分的放大图。
图6是图1的剖面的第四部分的放大图。
图6a是图1的剖面的中央部分的放大图。
图7是图1的剖面的第五部分的放大图。
图8是图1的剖面的局部放大图。
图9是图1的燃料喷射器的波导组件和其它内部零件的透视图。
图10是图1的燃料喷射器的一部分燃料喷射器壳体的局部剖面图，为了显示该壳体的结构，燃料喷射器的内部零件被省去。
图11是根据本发明第二实施例的超声波液体传送装置的纵向剖面。
图12是根据本发明第三实施例的超声波液体传送装置的纵向剖面。
图13是于图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。
图15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替代实施例。

现在参看附图，特别是图1，该图示出了根据本发明的一个实施例的超声波液体传送装置，该装置呈与内燃机连用的超声波燃料喷射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有关的构想也适用于其它超声波液体传送装置，包括(非限制性)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、油墨输送装置、混合装置、均匀化装置等。
本文所用的术语“液体”是指物质在气体与固体之间的物质无定形(非晶态)形态，液体中的分子比气体中的分子更加高度集中，但是远不如在固体中的分子那样集中。液体可包含单一组分或由多种组分组成。例如，液体的特性是其因所施加的力而能流动的能力。在力的作用下立即流动且其流动速度与作用力成正比的液体通常被称为牛顿液体。其它适合的液体在力作用下具有不正常的流动响应，并且具有非牛顿流动特性。
例如，本发明的超声波液体传送装置可用来传送多种液体，例如(但不限于)熔融的沥青、黏性漆料、热熔胶、热塑性材料(如天然橡胶、蜡、聚烯烃等，该热塑性材料受热软化成可流动形态并在冷却时返回相对凝固或硬化的状态)、糖浆、重油、油墨、燃料、液体药剂、乳化液、泥浆、悬浮液以及它们的组合物。
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、发电机以及其它使用燃料工作式发动机的装置。特别是，燃料喷射器21适用于使用柴油的发动机。但应当理解，燃料喷射器也可以用于使用其它类型燃料的发动机。因此，本文所用的术语“燃料”是用来指在发动机工作中使用的任何燃料，不限于柴油。
燃料喷射器21包括总体用标记23表示的壳体，用来容纳来自燃料源(未示出)的压力燃料并将燃料油滴的喷雾传送给发动机，例如传送到发动机燃烧室。在所示的实施例中，壳体23包括长条形的主体25、喷嘴27(有时也称为阀体)以及紧固件29(例如螺母)，用于将主体、喷嘴和螺母组装固定在一起。尤其是，主体25下端31压靠在喷嘴27的上端33。紧固件29适当地紧固(例如螺纹紧固)在主体25的外表面上，以将主体与喷嘴27的配合端面31、33迫紧在一起。
本文所用的术语“上”和“下”是参照在各附图中示出的燃料喷射器21的竖直取向而言，它们不打算描述使用中的燃料喷射器的必需的取向。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，这仍在本发明的范围内。在本文中，术语“轴向”和“纵向”在方向上是指燃料喷射器的长度方向(例如在所示实施例中为竖向)。本文中的术语“横向”、“侧向”和“径向”是指垂直于轴向(例如纵向)的方向。还使用了术语“内”和“外”，这参照横向于燃料喷射器轴向的方向，术语“内”指朝着燃料喷射器内部的方向，术语“外”指朝着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。为了变得更加清楚起见，孔35的横向尺寸或横截面尺寸(例如在图1中示出的圆孔直径)沿着该孔的各个纵向部分是变化的。具体地说，参看图3，在主体25的上端37，孔35的横截面尺寸为台阶形，从而形成一个用来安放传统的普通电磁阀(未示出)于主体上的支座39，电磁阀的一部分在主体的中心孔内向下延伸。燃料喷射器21和电磁阀在组件内通过适合的连接器(未示出)组装起来。对于本领域的技术人员来说，适合的电磁阀的结构和操作是众所周知的，因而在本文中未作进一步的描述，除非有必要。适合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US6688579、题为“电磁阀”的美国专利US6827332和题为“包括插入/旋转连接的电磁阀”的美国专利US6874706中被公开。也可使用其它适合的电磁阀。
随着中央孔35在电磁阀座下面延伸，该孔的横截面尺寸进一步向内成台阶形变化，从而限定出台阶45，该台阶安放销座47，该销座在中央孔内纵向(在所示的实施例中同轴地)延伸。如图4所示，主体25的孔35的横截面尺寸随着销座47在其中延伸的孔部分下面的纵向延伸而进一步缩小，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进一步缩小而限定出该孔的导向通道(和高压密封)部分51(图4和图5)，用来在该孔内至少部分地正确定位喷射器21的阀针53(从广义上说是阀件)，如本文下面所描述的那样。参看图8，孔35的横截面尺寸然后随着该孔在导向通道部分51的下面纵向延伸到主体25的敞开的下端31而增大，从而部分地(例如与喷嘴27一起，如下面将要描述的那样)限定了喷射器壳体23的高压腔55(广义上说是内部燃料腔，更广义地说是内部液体腔)。
燃料入口57(图1和图4)在主体25的上端和下端37、31中间形成在主体25侧壁中，该入口与在该主体内延伸的分叉的上和下分配通道59、61相连通。具体地说，上分配通道59在主体25内从燃料入口57向上延伸并且通到孔35，大体在固定于该孔内的销座47的附近，更具体地说，正好在销座所安放的台阶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，并大体在高压腔55处通到中央孔35。传送管63在燃料入口57处延伸经过主体25，并通过适合的套筒65和螺纹接头67与该主体组装在一起。应该理解，燃料入口57可定位在除图1和图4所示位置之外的位置上，这也仍然属于本发明的范围。还应当理解，燃料也可被单独输送到壳体23的高压腔55，也仍然属于本发明的范围。
主体25还具有在其侧壁上形成的出口69(图1和图4)，低压燃料可以通过该出口从燃料喷射器21排出，以传送到适合的燃料返回系统(未示出)。第一返回通道71形成在主体25内，该通道在出口69与该主体的中央孔35的低压腔49之间构成流体连通。第二返回通道73形成在主体25内，以在出口69与该主体的敞开的上端37之间构成流体连通。但不言而喻的是，从燃料喷射器21中省去返回通道71、73之一或全部也仍然属于本发明的范围。
现在尤其参见图6至图8，所示的喷嘴27总体是细长的并且与燃料喷射器的壳体23的主体25同轴对齐。具体地说，特别在该主体的下端31，喷嘴27具有与主体25的轴向孔35同轴对齐的轴向孔75，因此该主体和喷嘴一起限定了燃料喷射器壳体23的高压腔55。喷嘴孔75的横截面尺寸在喷嘴27的上端33处为向外的台阶形，从而限定了用来把安装件79固定在燃料喷射器壳体23内的台阶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与上端33中间，喷嘴孔75的横截面尺寸(例如是所示实施例中的直径)沿喷嘴长度通常是不变的，如图8所示。在喷嘴27内形成有一个或多个排出孔83(可以在图7的横截面中看见两个孔，而在图10的横截面中看见其它的孔)，如同在所示实施例中的喷嘴尖端81处那样，高压燃料通过这些排出孔流出壳体23，以便传送给发动机。例如，在一个适合的实施例中，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(0.15毫米)。但应该理解，排出孔的数目及其直径是可以改变的，这没有超出本发明的范围。在这里，下分配通道61与高压腔55一起大致限定了壳体23内的流动通道，高压燃料沿该通道从燃料入口57流动到喷嘴27的排出孔83。
现在参看图1和图3，销座47包括细长的管状体85和与该管状体的上端整体形成的且其横截面尺寸大于该管状体的头部87，头部用来把销座在主体的中央孔35内定位在主体25的台阶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，该销座的管状体85的尺寸被制成能在该主体的轴向孔内基本实现密封接合。销座47的管状体85限定出销座的纵向延伸的内部通道91，以便可滑动地接纳长销93进入该销座。
销座47的头部87在其上表面的中央制有总体为凹形的或者盘形的凹槽95，以及该头部具有孔97，该孔沿纵向从该凹槽的中心延伸到该销座的内部通道91。如图3所示，在该主体的孔35的上部，在销座47的侧壁与主体25的内表面之间形成环形空隙99。进料通道101大体在内部通道91的上端横向穿过销座47的管状体85的侧壁，到达该内部通道，进料通道101在其横向的外端对环形空隙是敞开的。进料通道101通过环形空隙99与在主体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的内部通道和在销座47头部87内纵向延伸的孔97。
销93是细长的并且适当地在销座通道91和主体25的轴向孔35内同轴延伸。销93的上部以紧密贴合关系可滑动地安装在销座47的内部通道91内，而该销的剩余部分则纵向伸出销座外，向下进入主体25的孔35的低压腔49内。如图3所示，销93的上端103(例如在销座47的内部通道101的上部)是锥形的，以允许高压燃料可以容纳于在该销的上端上面的销座的内部通道内。
管状套筒107(图4)、锤形体109和螺旋弹簧111也配置在主体孔35的低压腔49内，该套筒正好在销座47下面(例如上顶在销座47的底面上)环绕销93并限定出弹簧座，锤形体109以与该销同轴的关系抵靠在该销的下端并具有限定出对置的弹簧座的上端，该螺旋弹簧保持在该锤形体与该弹簧套筒之间，此时销则沿纵向穿过该弹簧。
阀针53(从广义上说是阀件)是细长的并且在主体25的孔35内同轴延伸，从抵靠锤形体109底面的阀针上端113(图2)起向下经过该主体孔的导向通道部分51(图8)，再向下经过高压腔55，一直到阀针的末端115，该末端在高压腔内紧靠喷嘴27的尖端81。如在图4和图8中可以更清楚地看到的，阀针53的横截面尺寸与在轴向孔35的导向通道部分51内的主体25形成很小间隙，以保持阀针相对喷嘴27的正确对中。
尤其参看图7，所示的阀针53的末端115大体依据喷嘴27尖端81的锥形而呈锥形，该末端限定出闭合表面117，其适用于在该阀针的关闭位置(未示出)基本上密封贴合在喷嘴尖端的内表面。确切地说，在阀针53的关闭位置，阀针的闭合表面117密封贴合在排出孔上的喷嘴尖端81的内表面，从而封闭该喷嘴(更广义上说，燃料喷射器壳体23)，阻止燃料通过排出孔流出喷嘴。在阀针的打开位置(如图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，以允许高压腔55内的燃料在阀针53与喷嘴尖端81之间流到排出孔83，以便流出燃料喷射器21。
通常，在阀针末端115的闭合表面117与喷嘴尖端81的对置表面之间的间隙在阀针打开位置上适当地处于约0.002英寸(0.051毫米)至约0.025英寸(0.64毫米)的范围。但应当理解，该间隙可以大于或小于上以上规定的范围，这不脱离本发明的范围。
据信，喷嘴27且具体地说是尖端81或许可以这样设计，即，多个排出孔83可以设置在除了喷嘴内表面之外的其它地方，所述喷嘴内表面在阀针关闭位置上落坐在阀针53的闭合表面117上。例如，多个排出孔83可以配置在供阀针53的闭合表面117所就坐的喷嘴表面的下游(沿燃料流向排出孔的方向)，该方案仍在本发明的范围内。这样的阀针、喷嘴尖端和排出孔配置的一个适合的例子在美国专利US6543700中被公开，其公开内容以与本文一致的程度通过引用被纳入本文中。
人们将会理解，销93、锤形体109和阀针53由此可以在阀针的关闭位置与打开位置之间在燃料喷射器壳体23内在公共轴线上共同纵向移动。设置在套筒107与锤形体109之间的弹簧111适当地对该锤形体并进而对阀针53施加朝向阀针关闭位置的偏压。应当理解，其它何时的阀配置结构可被用来控制燃料流从喷射器传送到发动机，这没有超出本发明的范围。例如，喷嘴27(从广义上说是壳体23)可以具有开口，阀针53可以穿过该开口伸到喷嘴外面并且燃料通过该开口流出喷嘴，以供给发动机。在这样的实施例中，在阀针关闭位置，阀针53末端115将在喷嘴外面密封贴靠喷嘴27。还应当理解，阀针53的操作也可以用除电磁阀之外的机构来控制，这仍然在本发明的范围内。还应当理解，阀针53或者其它阀装置可全部从燃料喷射器21中被省去，这没有超出本发明的范围。
现在，尤其参看图8和图9，超声波波导121与阀针53和燃料喷射器壳体23分开制成，该波导在壳体的高压腔55内纵向延伸到波导的末端123，该末端正好设置在喷嘴27尖端81的上方，用于就在燃料通过形成于喷嘴中的排出孔83流出喷射器21之前对燃料腔内的燃料进行超声激励。所示的波导121合适地为长管状，它具有限定了内部通道127的侧壁125，该内部通道沿其长度在波导的纵向相对的上、下端(上端用标记129表示)之间延伸。波导121的下端限定了波导的末端123。所示的波导121具有总体为环形(即圆形)的横截面。但应当理解，波导121的横截面也可以成除环形之外的其它形状，这没有超出本发明的范围。也可以想到，波导121也可以在其部分长度上为管状，甚至也可以沿其长度基本为实心的。在其它实施例中，可以想到阀针可以大体为管状并且波导至少部分设置在阀针内部。
一般，波导可以由具有适合的声学特性和机械性能的金属制成。用来制造波导的适当材料包括，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，波导全部或部分可涂覆有其它金属。超声波波导121被固定在燃料喷射器壳体23内，更适合的是通过安装件79被固定在高压腔55内，如在所示实施例中那样。沿纵向位于波导121的两端123和129之间的安装件79总体限定出波导的上部分131和下部分133，该上部分从安装件79起沿纵向向上(在所示的实施例中)延伸到波导的上端129，而该下部分则从安装件79起沿纵向向下延伸到波导的末端123。
虽然在所示的实施例中波导121(即，其上部分和下部分)都设置在壳体的高压腔55内，但可以想到，可以只将波导的一部分设置在高压腔内，这仍然在本发明的范围内。例如，可以只将波导121的下部分133，包括其末端123在内，配置在高压腔55内，而将波导的上部分131配置在高压腔的外面，以及可以承受或不承受喷射器壳体23内的高压。
波导121(例如，其内部通道127的横截面尺寸)的内横截面尺寸(例如是所示实施例中的内径)沿波导的长度方向通常是不变的，并且其尺寸适当选定为能安装阀针53，该阀针在波导的内部通道中沿波导整个长度同轴延伸(在所示的实施例中，在波导上方接触到锤形体109)。但应该理解，阀针53也可以只沿波导121内部通道127的一部分延伸，这没有超出本发明的范围。还应当理解，波导121的内横截面尺寸沿其长度也是可变的。在所示的实施例中，阀针的末端115，更恰当地说是阀针的闭合表面117，可以在阀针的打开位置和关闭位置上沿纵向配置在波导121末端123的外面。但应当理解，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的外面，而在阀针打开位置，闭合表面可以全部或部分地配置在波导的内部通道127内。
如图7最清楚示出的那样，在波导121内部通道127内延伸的阀针53部分的横截面尺寸(例如在所示实施例中是直径)稍小于波导内部通道的横截面尺寸，从而部分限定了在壳体内的高压燃料流动路径，以及更适当地限定了在波导侧壁125的内表面与阀针之间沿阀针长度延伸的一部分流动通道的。例如在一个实施例中，阀针53在波导的内部通道127内同波导侧壁125的内表面横向间隔一个间隙(例如在所示的实施例中，沿径向间隔一个间隙)，该间隙的范围为约0.0005英寸(0.013毫米)至约0.0025英寸(0.064毫米)。
沿着在通道127内的阀针53的、靠近波导121末端123的一对沿纵向隔开的部分(例如部分137，图7)以及另一部分139(与安装件79相邻且就在安装件上方，图6a)，阀针53的横截面尺寸被如此增大，即，阀针在通道内与波导形成更小的间隙或甚至形成滑动接触的关系，以促成在通道内的正确对齐并阻止阀针在通道内横向移动。在这些部分的阀针53外表面具有形成于其中的一个或多个平面(未示出)，从而部分限定了在波导121的内部通道127内延伸的流动通道部。或者，阀针53的外表面可以在这些部分纵向开槽，以允许在波导121的内部通道127内的燃料可以流过这些部分。
尤其参看图7，波导侧壁125的外表面沿横向同主体25和喷嘴27分隔开一个间隙，以进一步限定高压燃料从燃料入口57沿此流至排出孔83的流动路径，更适当地形成在波导121之外或外面的流动通道的一部分。通常，波导侧壁125的外横截面尺寸(在所示实施例中为例如外径)沿其长度在波导的一个扩大部分195与另一个扩大部分153的中间是均匀一致的，扩大部分195沿纵向设置在波导121末端123上和/或末端附近，扩大部分153沿纵向配置在波导上端129附近。例如，波导侧壁125与在波导末端123上游(例如就燃料从喷嘴上端33流到排出孔83的方向而言)的喷嘴27之间的横向(在所示的实施例中为例如径向)间隙的适合范围为约0.001英寸(0.025毫米)至约0.021英寸(0.533毫米)。但是，该间隙可以小于或大于上述范围，这没有超出本发明的范围。
在波导末端123附近或者更适当地在该末端，波导121下部分133的部分195的外横截面尺寸合适地增加，更适合的是沿横向向外呈锥形或喇叭形增大。例如，波导121下部分133的扩大部分95的横截面尺寸被选择为能在其中央孔75内与喷嘴27保持很小的间隙或甚至滑动接触，以保持在高压腔55内的波导(进而阀针53)正确轴向对齐。
结果，在波导末端123附近或者在末端处，波导121与喷嘴27之间的流动路径部分总体比紧接在波导末端上游的流动路径部分窄，从而基本限制了燃料通过波导末端流向排出孔83。波导121的下部分133的扩大部分195也提供增大的超声激振表面积，流过波导末端123的燃料受到超声激振表面积的作用。在下部分133的扩大部分195的外表面形成一个或多个平面197(图9)，对于向喷嘴27的排出孔83的流动来说，该平面促使燃料沿流动路径流过波导121末端123，应当理解，波导侧壁115的扩大部分195也可以是阶梯形，而不是锥形或喇叭形。还可以想到，扩大部分195的上、下表面可以是异形的，而不是平直的，这仍落在本发明的范围内。
在一个实例中，波导下部分133的扩大部分195，例如在波导末端123处和/或末端附近，具有约0.2105英寸(5.35毫米)的最大的外横截面尺寸(在所示实施例中为例如外径)，而紧接在扩大部分上游的最大外横截面尺寸的范围为约0.16英寸(4.06毫米)到略小于约0.2105英寸(5.35毫米)。
在波导121末端123与喷嘴27之间的横向间隙限定了开口面积，燃料通过开口面积沿流动通道流过波导末端。一个或多个排出孔83限定开口面积，燃料通过开口面积流出壳体23。例如在提供一个排出孔83的场合，燃料借此流出壳体23的开口面积等于排出孔(例如燃料进入排出孔处)的横截面积，而在有多个排出孔83(例如燃料进入该排出孔处)的场合，燃料借此流出壳体开口面积等于每个排出孔的横截面积之和。在一个实施例中，在波导121末端123和喷嘴27处的开口面积与燃料从壳体23排出的开口面积(例如在排出孔83处)之比的适合范围为约4∶1至约20∶1。
应该理解，在其它适合的实施例中，波导121的下部分33沿其全长可以具有基本不变的外横截面尺寸(例如不会形成扩大部分195)，或者也可以减小外横截面尺寸(例如朝末端123大大缩小该尺寸)，它们仍然属于本发明的范围。
再次参看图8和图9，适合用来给波导121功能以产生超声机械振动的激振装置与波导一起都适当地设置在高压腔55内，该装置总体以标记145表示。在一个实施例中，激振装置145适当地对高频(例如超声频率)作出反应，以使波导超声振动。例如，激振装置145可适当地接收来自适当的发生装置(未示出)的高频电流，该发生装置可被操作用来向激振装置供给高频交流电。本文所用的术语“超声(波)”是指其范围为约15千赫至约100千赫的频率。例如在一个实施例中，发生装置可以向激振装置适当地供应频率范围在约15千赫至约100千赫的超声频率的交流电，更适合的频率范围为约15千赫至约60千赫，最适合的频率范围为约20千赫至约40千赫。对本技术领域的技术人员来说，这样的发生装置是众所周知的，因而无需在此作进一步的描述。
在所示的实施例中，激振装置145包括包括压电器件，更适合的是多个层叠压电环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的上部分131并被安放在由安装件79形成的台肩149上。环形套环151在压电环147上面围绕波导121的上部分131并且下落在最上面的压电环上。合适的是，套环151由高密度材料制成。例如，一种可以用来制造套环151的适合材料是钨。但应当理解，套环151也可以由其它适合的材料制成，这没有超出本发明的范围。在波导121上端129附近的扩大部分153具有增大的外横截面尺寸(例如在所示的实施例中为增大的外径)，并且在这部分制有螺纹。套环151上制有内螺纹，以便把套环螺纹连接在波导121上。套环151被适当地向下拧紧到层叠的压电环147上，从而在套环与安装件79的台肩149之间压紧该压电环。
所示实施例的波导121和激振装置145一起广义地限定了总体用标记150表示的波导组件，波导组件用于给高压腔55内的燃料超声功能。因此，整个波导组件150全部配置在燃料喷射器21的高压燃料腔55内，于是，波导组件总体均匀地受到在燃料喷射器内的高压环境的作用。例如，所示的波导组件被特殊地构造成既能充当超声变幅杆，又能充当用于使超声变幅杆振动的换能器。具体地说，如图8所示的波导121下部分133大体像超声变幅杆那样起作用，而波导上部分131，更适合的是上部分的这样一个部分，即该部分大体从安装件79延伸到套环151在此与波导上部分相连接的位置，与该激振装置(即压电环)一起像换能器那样起作用。
当电流(例如以超声频率输送的交流电)输送到所示实施例中的压电环147时，压电环就立即以电流输送到压电环的超声频率进行伸缩(特别是在燃料喷射器21的纵向)。由于压电环147在套环151(它被固定在波导121上部分131上)与安装件79之间被压缩，所以压电环的伸缩将使波导的上部分超声伸缩(例如大体以压电环伸缩的频率)，例如按换能器方式。波导121的上部分以这种方式伸缩将激发波导(具体地说，沿波导的下部分133)的共振频率，从而引起波导沿下部分超声振动，例如以超声变幅杆方式。
例如在一个实施例中，波导121下部分133的由超声激振引起的位移可达到压电环和波导上部分的位移的六倍。但应该理解，下部分133的位移可被放大超过六倍或根本未被放大，这没有超出本发明的范围。
可以想到，波导121的一部分(例如波导上部分131的一部分)或许可以用对以超声频率变化的磁场做出反应的磁致伸缩材料制成。在这样的实施例(未示出)中，激振装置可以包括磁场发生器，其整个或部分配置在壳体23内并且可响应于电流接收地做出反应，以对磁致伸缩材料施加磁场，其中该磁场以超声频率(例如，从开到关，从一个量级到另一个量级，和/或方向的改变)变化。
例如，适合的发生器可以包括与所述发生装置相连的导电线圈，发生装置以超声频率对线圈供应电流。该实施例的波导的磁致伸缩材料部分和磁场发生器于是共同起到换能器的作用，而波导121的下部分133还起到超声变幅杆的作用。适合的磁致伸缩材料和磁场发生器的一个实例在美国专利US6543700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。
虽然所示的整个波导组件150配置在燃料喷射器壳体23的高压腔55内，但应当理解，波导组件的一个或多个零部件可以整个或部分地配置在高压腔外，甚至可以配置在壳体外，它们仍然属于本发明的范围。例如在使用磁致伸缩材料的场合，磁场发生器(广义上说是激振装置)可以配置在主体25或燃料喷射器壳体23的其它零件内，可以仅部分暴露在高压腔55内或者完全与高压腔隔绝。在另一个实施例中，波导121的上部分131和压电环147(及套环151)可以一起设置在高压腔55之外，这未超出本发明的范围，只要波导末端123设置在高压腔内即可。
通过把磁致伸缩压电环147和套环151套放在波导121的上部分131上，整个波导组件150不需要比波导管本身更长(例如与以常规的头尾相连或“层叠”放置的方式配置换能器和超声变幅杆的组件的长度不同)。例如，整个波导组件150可以适当地具有与约为波导共振波长的一半(或常称为半波长)相等的长度。尤其是，把波导组件150适当地构造成能以超声频率共振，该频率的范围为约15千赫至约100千赫，更适合的频率范围为约15千赫至约60千赫，最适合的频率范围为约20千赫至约40千赫。在这样的频率工作的半波长波导组件具有各自的全长(对应于半波长)，其范围为约133毫米至约20毫米，更适合的范围为约133毫米至约37.5毫米，最适合的范围为约100毫米至约50毫米。作为一个更具体的实例，图8所示的波导组件150被构造成能以约40千赫的频率工作并且其全长约为50毫米。但应当理解，壳体23的尺寸可以大到足以允许具有全波长的波导组件设置于其中。还应当理解，在这种配置中，波导组件可以包括按照层叠结构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，但也可以呈其它形状)安装在套环151的上端上并且从套环起向上一直延伸到高压腔55的上端。套筒155也可以适当地由总体柔性的材料制成。例如，一种适用于制造套筒155的材料是无定形的热塑性聚醚酰亚胺材料，该材料可以从美国通用电子公司购得，其商品名称为ULTEM。但是，其它适合的电绝缘材料如陶瓷材料也可被用来制造套筒155，这仍然在本发明的范围内。套筒155的上端具有从套筒径向向外延伸的整体形成的环形凸缘157，以及一组四个沿纵向延伸的狭槽159，狭槽在套筒的上端限定了四个总体柔性的突舌161。第二环形凸缘163与套筒155整体形成，第二环形凸缘正好在纵向延伸的狭槽159的下面，即以与设置在套筒上端的环形凸缘157纵向间隔开的关系，径向向外从该套筒延伸出来。
由导电材料制成的接触环165在该套筒的纵向间隔开的环形凸缘157、163的中间环绕套筒155。在一个实施例中，接触环165适当地由黄铜制成。但应该理解，接触环165也可以由其它适合的导电材料制成，这仍然在本发明的范围内。还应当理解，可以使用除环之外的接触器件，例如单点接触器件、柔性和/或弹簧加载的突舌或者其它适合的导电器件，这仍然属于本发明的范围。在所示的实施例中，接触环165的内横截面尺寸(例如直径)比在环形凸缘157和163之间延伸的套筒155的纵向部分的外横截面尺寸稍小。
接触环165通过使接触环伸缩下移到套筒上端上而被插装在套筒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沿径向向内挠曲(例如弯曲)，从而允许该环向下滑动经过在套筒上端形成的环形凸缘，并且将该环安放在第二环形凸缘163上。突舌161弹性向外移回至其初始位置，从而在接触环165与套筒155之间形成摩擦接合并且把该接触环保持在该套筒的环形凸缘157和163之间。
由非导电材料制成的导向环167环绕并且电绝缘接触环165。例如，导向环167可以(但不是必须地)由与套筒163相同的材料制成。在一个实施例中，导向环167被适当地保持在套筒上，更适合的是通过导向环在接触环165上的夹紧或摩擦接合而被保持在接触环上。例如，导向环167可以是沿图9所示的狭槽断开的不连续的环。因此，导向环167可以在该狭槽处周向胀开，以便把导向环装配在接触环165上，并且在随后释放时弹性而牢固地套合在接触环上。
在一个特别适合的实施例中，环形定位块169从导向环167起径向向内延伸并且可被容纳形成于接触环165中的环形槽171内，以便把该导向环正确定位在接触环内。但应当理解，接触环165和导向环167也可以不像图8和图9所示的那样，而是装在套筒155上，这没有超出本发明的范围。至少一个且更适合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形成，允许接近接触环165以便把电流输送给该接触环。
如在图5中最清楚看到的那样，由适合的非导电材料制成的绝缘套筒175经过在主体25侧面上的开口并具有总体呈锥形的末端177，该末端被构造成能安放在导向环167的多个开口173中的一个开口内。绝缘套筒175通过适合的附件179固定就位，该附件在开口173内被螺纹连接在主体25上并具有一个中央开口，该绝缘套筒穿过该中央开口。适合的供电线路181在电线一端穿过绝缘套筒175，而与接触环165导电接触，并且在其相反端(未示出)与一个电流源导电相连。
另外的供电线路183在高压腔55内沿套筒155的外表面从接触环165起向下延伸，并与设置在最上面的压电环147与相邻的下方压电环之间的电极(未示出)导电相连。一条单独的电线184将该电极与配置在最下面的压电环147与正好在其上面的压电环之间的另一个电极(未示出)导电连接。安装件79和/或波导121为输送到压电环147的电流提供地线。具体说，地线185与安装件79相连并向上延伸到中间两个压电环147之间，与设置在其间的电极(未示出)接触。作为可选措施，第二条地线(未示出)从中间两个压电环147之间伸出，与在最上面的压电环与套环151之间的另一个电极(未示出)接触。
现在尤其参看图6、图6a、图8和图9，安装件79适当地在波导的末端123和129中间与波导121相连接。更适合的是，安装件79在波导节点区与波导121相连。本文所用的波导121“节点区”是指该波导的一个纵向区或区段，在波导超声振动期间，沿该纵向区或区段很少(或者没有)发生纵向位移，而横向(在所示的实施例中是径向)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(即一个横向于波导的平面，在该平面上没有发生纵向位移，而横向位移通常达到最大)。相反，所示的波导121的节点区总体呈穹形，从而在该节点区内的任何给定的纵向位置上，仍可能有一定的纵向位移，而波导的主要位移是横向位移。
但应当理解，波导121可被适当地构形成具有一个节点平面(或有时被称为的节点)，这种波导的节点平面被认为在本文所限定的节点区含义之内。还可以想到，安装件79可沿纵向设置在波导121节点区之上或之下，这仍然属于本发明的范围。
安装件79适当设计和设置在燃料喷射器21内，以使波导121在振动方面与燃料喷射器壳体23隔离开。就是说，安装件79阻止波导121的纵向和横向(例如径向)的机械振动传递到燃料喷射器壳体23，同时保持波导在高压腔55内的期望的横向位置并允许波导在燃料喷射器壳体内纵向位移。例如，所示的实施例的安装件79通常包括沿横向(在所示实施例中为径向)从波导件121向外伸出的环形内部分187，横向于该波导且与该内部分横向间隔开地延伸的环形外部分189，以及在内部分与外部分之间横向延伸且连接该内部分和该外部分的环形连接条191。虽然内部分和外部分187、189和连接条191都是围绕波导121的周边连续延伸，但应当理解，这些零件中的至少一个零件可以在波导周围是非连续的，例如以车轮辐条的方式，这仍然属于本发明的范围。
在图6a所示的实施例中，安装件79的内部分187具有基本平坦的上表面，该上表面限定出激振装置145如压电环147装于其上的台肩149。内部分187的下表面193被适当构形成从波导121附近延伸到其与连接条相接的接合处，更适合的是具有混合的半径外形。具体地说，在连接条191与安装件79内部分187相接的接合处的下表面193的外形适当地具有较小半径(例如比较尖，小锥度或更像角部)外形，以便连接条在波导121振动时变形。在安装件79内部分187与波导121相接的接合处的下表面193的外形适当地具有较大半径(例如较大锥度或平整的)外形，以便在连接条在波导121振动期间变形时减小在该安装件的内部分中的应力。
安装件79的外部分189被构形成能大体在喷嘴27上端33的附近安放在由喷嘴形成的台肩上。如在图6中最清楚看到的，喷嘴27的内横截面尺寸(例如内径)在喷嘴上端33附近，例如在纵向上在安装件79的下面，向内呈阶梯形，从而该喷嘴沿纵向与内部分187的异形下表面193和该安装件的连接条191都分隔开，以允许安装件在波导121超声振动时位移。安装件79具有适合的横向截面尺寸，使得外部分189的至少一个外边界沿纵向设置在喷嘴27的台肩与燃料喷射器壳体23的主体25的下端31(即坐靠在喷嘴上端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迫紧在一起以将安装件外部分189的边界固定在两者间。
连接条191被构造成比安装件79的内部分和外部分187、189更薄，以便于连接条随波导121的超声振动而挠曲和/或弯曲。例如在一个实施例中，安装件79的连接条191的厚度范围为约0.2毫米至约1毫米，更适当地为约0.4毫米。安装件79的连接条191适当地包括至少一个轴向部分192和至少一个横向(例如在所示的实施例中为径向)部分194。在所示的实施例中，连接条191具有一对横向隔开的轴向部分192，该对轴向部分由横向部分194这样连接，即，连接条的横截面基本上为U形。
但是应当理解，具有至少一个轴向部分192和至少一个横向部分194的其它结构也是适合的，例如L形、H形、I形、倒U形、倒L形等，它们仍然属于本发明的范围。适合的连接条191结构的其它实例在美国专利US6676003中被示出和描述，其公开内容以与本文一致的程度被引用纳入本文中。
连接条191的轴向部分192从安装件的相应内部分和外部分187、189起垂下，该轴向部分大体悬臂支承在横向部分194上。因此，轴向部分192能够随该安装件的内部分187的横向振动位移相对该安装件的外部分189动态地弯曲和/或挠曲，由此把壳体23与波导横向位移隔离开。连接条191的横向部分194如此悬臂支承于轴向部分192，即该横向部分能随内部分187的轴向振动位移相对该轴向部分(从而也相对该安装件的外部分189)动态地弯曲和/或挠曲，由此把壳体23与波导轴向位移隔离开。
在所示的实施例中，当超声波激振波导时，波导121在节点区(例如在安装件79与波导相连处)径向膨胀，以及沿轴向略微位移。作为响应，U形连接件191(例如其轴向部分和横向部分192、194)通常会弯曲和挠曲，确切地说，相对安装件79的固定的外部分189滚动，例如与抽水马桶的柱塞手柄轴向位移时柱塞头转动的方式相似。因此，连接条79就将燃料喷射器壳体23与波导121的超声振动隔离开，在所示的实施例中，确切地说，它把安装件的外部分189同其内部分187的振动位移相隔离开。安装件79的这种结构还提供了足够的带宽来补偿节点区偏移，这种偏移在日常工作中是可能发生的。尤其是，安装件79可以补偿节点区实时位置的变化，该变化在超声波能量经波导121实际传输时发生。这种变化或偏移可能例如由于在高压腔55内的温度和/或其它环境条件的变化而发生。
在所示的实施例中，虽然安装件79的内部分和外部分187、189相对波导大致设置在相同的纵向位置上，但应该理解，内部分和外部分可以沿纵向互相错开，这没有超出本发明的范围。还可以想到，连接条191可以包括一个或多个轴向部分192(例如横向部分194可以省去)，这仍然属于本发明的范围。例如，在波导121具有节点平面且安装件79位于节点平面上的情况下，安装件只需要被构形成能隔离波导横向位移即可。在一个可替代实施例(未示出)中可以想到，该安装件可以设置在波导的波腹区或其附近，例如设置在该波导的两个对置末端123和129之一上。在这样的实施例中，连接条191可以只包括一个或包括多个用来隔离波导轴向位移的横向部分194(即，在波腹区很少或没有横向位移发生)。
在一个特别适合的实施例中，安装件79是单件结构。更适合的是，安装件79可以与波导121整体地制成，如图6所示。但应当理解，安装件79也可以与波导121分开制造，这仍然属于本发明的范围。还应当理解，安装件79的一个或多个组成部分可以单独地制造，然后适当连接起来或以其它方式组装在一起。
在一个适合的实施例中，安装件79还被构造成基本是刚性的(例如可抵抗力作用下的静止位移)，以便在高压腔55内保持波导121(由此阀针53)的正确对齐。例如在一个实施例中，刚性安装件可以由非弹性材料制成，更适当地由金属制成，最适当地由与波导相同的金属制成。但是，术语“刚性”不打算指该安装件不能随波导的超声振动而动态地挠曲和/或弯曲。在其它实施例中，刚性安装件可以由弹性材料制成，这种弹性材料足以抵抗在力作用下的静止位移，但它还能随着波导的超声振动而动态地挠曲和/或弯曲。虽然图6所示的安装件79是由金属制成的，更适当地是由与波导121相同的材料制成，但可以想到，安装件也可以由其它适合的基本刚性的材料制成，这仍然在本发明的范围内。
再次参看图6和图8，燃料在燃料喷射器壳体23的高压腔55内沿其流动的流动路径部分由在喷嘴27内表面和波导121下部分133的外表面之间的横向间隙(例如在安装件79的下面)、以及在主体25的内表面与激振装置145、套环151和套筒155的外表面之间的横向间隙(例如在安装件的上面)限定。该燃料流动路径与燃料喷射器壳体23的主体25的燃料入口57流体连通，通常在套筒155处，从而使从燃料入口进入流动路径的高压燃料(在所示的实施例中)沿该流动路径向下流向喷嘴尖端81，以便通过排出口83流出喷嘴27。如上所述，另外的高压燃料在波导和阀针53之间在波导121的内部通道27内流动。
由于安装件79在高压腔55内沿波导121的横向延伸，所以主体25的下端31和喷嘴27的上端被适当地构形成可以在燃料在该高压腔内流动时允许燃料路径基本围绕该安装件转向。例如如图10最清楚所示，适合的多个通道199形成在主体25的下端31中，这些通道与安装件79上游的流体通道流体连通，并且与在喷嘴27上端33形成的并与该安装件下游的流动通道流体连通的相应的通道201对齐。因此，从燃料入口57沿着安装件79上游的流动通道(例如在主体25与套筒155/套环151/压电环147之间)向下流动的高压油料通过在主体25内围绕该安装件的通道199和在喷嘴27内的通道201流向该安装件下游的流动通道(例如在该喷嘴与波导121之间)。
在一个实施例中，燃料喷射器通过适合的控制装置(未示出)被操作，用来控制电磁阀和激振装置145的工作。这样的控制装置对于本领域的技术人员来说是众所周知的，因而在本文中无需对作进一步的描述，除非有必要。除非喷射操作发生，否则阀针53由在主体25孔35内的弹簧111偏压在其关闭位置，使该阀针的末端115与喷嘴尖端81密封接触，从而关闭了排出孔83。该电磁阀在销座47的头部87内形成的凹槽95处提供了封闭，从而关闭沿纵向延伸穿过该销座的孔97。在阀针53的该关闭位置，该控制装置没有提供电流给该波导组件。
高压燃料在壳体23的燃料入口57从燃料源(未示出)流入燃料喷射器21。用来把压力燃料从燃料源传送到燃料喷射器21的适合的燃料传送装置在本技术领域里是众所周知的，因而在本文中无需再做进一步的描述。在一个实施例中，高压燃料可在约5000磅/平方英寸(340巴)至约30000磅/平方英寸(2070巴)的压力范围被传送给燃料喷射器21。该高压燃料通过主体25的上分配通道59流到在该主体与销座47之间的环形空隙99，再通过该销座的进料通道101进入在销93上面的该销座的内部通道91，然后再向上流过在销座内的孔97。高压燃料还通过高压流道，即主体25的下分配通道61流入高压腔55，从而既从波导121的外部，又从该波导的内部通道127充满高压腔。在这种情况下，在销93上面的高压燃料与弹簧111的偏压一起阻止了高压腔内的高压油推动阀针53到其打开位置。
当喷射控制装置确定需要向内燃机中喷射燃料时，电磁阀就被控制装置通电，从而打开销座孔97，高压燃料从该销座流出，作为低压燃料流到在主体25上端37处的燃料返回通道71，由此降低了销座内的在销93后面(例如，上面)的燃料压力。由此，在高压腔55内的高压燃料现在又能克服弹簧111的偏压，把阀针53推动到其打开位置。在阀针53的打开位置，该阀针的末端115在排出孔83处与喷嘴尖端81间隔足够远，以允许高压腔55中的燃料通过该排出孔排出。
当向电磁阀通电以使阀针53移动到其打开位置时，例如与此大约同时，该控制装置还操纵高频电流发生器把电流体连通过接触环165和适合的接线183，该接线使该接触环与该压电环导电连接，输送给激振装置145，即在该实施例中是压电环147。如前所述，将基本上以超声频率使压电环147伸缩(特别是在燃料喷射器21的纵向上)，电流就是以该超声频率被传送给激振装置145。
压电环147的伸缩引起波导121的上部分131以超声形式伸长和收缩(例如，基本上以与压电环伸缩相同的频率)。波导121的上部分131以这种方式伸长和收缩激励了波导(例如，适当地以波导共振频率)，特别是沿着波导下部分133，从而导致了该波导在下部分特别是在其末端123处的下部分的伸展部分195处超声振动。
在阀针53处于其打开位置的情况下，高压腔55内的高压燃料沿着该流动路径流动，特别是流过波导121的超声振动的末端123，流动到喷嘴尖端81的排出孔83。超声波能量由波导121的末端123施加给正好在排出孔83上游(沿该流动通道)的高压燃料，从而基本上将该燃料雾化(例如，减小液滴尺寸并使流出喷射器21的燃料液滴尺寸分布缩窄)。在燃料从排出孔83排出以前对燃料的超声激励将产生脉动的、通常为锥形的雾化液体燃料喷射，该燃料由燃料喷射器21传送到燃烧室中。
在图1-图10中所示的实施例中并且如前所述，销93的动作和进而阀针53的动作是由该电磁阀(未示出)控制的。但应当理解，其它装置例如(而不是限制)凸轮驱动装置、压电操纵装置或磁致伸缩操纵装置、液压操纵装置或者其它适合的具有或没有液体放大阀的机械装置都可被用来控制该阀针的动作，它们仍然属于本发明的范围。
图11示出了总体用标记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装置421，在该超声驱动装置中，加压喷射液体是由该装置在将超声波能量施加给液体以后排出的，可以想到，这种装置可应用在以下设备中，例如(而不是限制)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、均匀化装置、喷雾干燥装置、冷却装置以及利用超声波产生液体喷雾的其它用途等。
图示的装置421包括总的用标号423表示的壳体，该壳体具有用来接纳液体进入壳体的入口457。该液体适当地被加压到稍高于约0.0磅/平方英寸(0巴)至约50000磅/平方英寸(3450巴)的压力范围。在所示的实施中，壳体423至少部分由上(就图11所示的装置421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落座在下壳体件427的上端433上，这两个壳体件通过适合的螺纹连接机构429固定在一起。上壳体和下壳体件425和427一起限定出与入口457流体连通的内腔455。下壳体件427具有轴向延伸的螺纹孔480，该孔在其下部被制成用于通过螺纹如此将插入件482装在其中，即插入件还限定装置421的壳体423。排出孔483沿轴向贯穿插入件482，以大致限定壳体423的排出孔，液体可以通过该孔从该壳体排出。
虽然图11所示的插入件482具有单个排出孔483，但可以想到，插入件可以包括多于一个的排出孔。还想到了，也可以完全省略插入件482，并且下壳体件427的底部基本是封闭的，有一个或多个排出孔形成于其中。所示实施例的壳体423大致为圆柱形，但也可以适当地呈任何形状，壳体尺寸至少部分地取决于传送前需要安置在其中的液体量、排出孔的数量和尺寸以及该装置的工作频率。还可以想到，下壳体件427可以被构形成与图1-图10中的实施例的喷嘴27相似，有一个或多个在喷嘴尖端81内形成的排出孔83。
液体入口457横向穿过下壳体件427的侧壁552，从而与壳体423的内腔455形成流体连通。但可以想到，液体入口457实质上可设置在沿下壳体件427侧壁或沿上壳体件425侧壁的任何位置，甚至沿轴向穿过上壳体件的上部，这仍然在本发明的范围内。因此，图11所示的内腔455大致限定处一条液体流道，液体在壳体423内沿该液体流道流到排出孔483，以便把液体从壳体中排出。
图11所示的装置423缺少阀件(例如，类似于图1至图10的实施例的阀针53那样的阀件)或设置在壳体内用来控制液体向排出孔483流动的其它构件。相反，在第二实施例中，液体可内腔455内连续流向排出孔483。但应当理解，在壳体423外的适当的控制装置(未示出)也可控制液体向壳体入口457的流动，由此控制液体向排出孔483传送，这仍然在本发明的范围内。
总体以550表示的超声长波导组件沿壳体423的轴向(例如沿图11所示的壳体纵向或竖向)延伸，并且完全安置在壳体的内腔455内。具体地说，波导组件550可以适当地按照与图1至图10中的实施例的燃料喷射器21的波导组件150大体相同的方式制成。该组件550的波导521末端523适当地设置在排出孔483附近。在此使用的术语“附近”在定性意义上只用来表示：正好在液体进入排出孔483之前，超声波能量由波导521末端523传递给在内腔455中的液体，而不打算表示排出孔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的内横截面尺寸在朝向下壳体件的下端481的方向上减小。因此，在波导521末端523上和/或该末端附近的扩大部分695以很小的间隙或者甚至以滑动接触关系贴近朝向下壳体件427下端481的、例如正好在排出孔上游(相对于压力液体在内腔455内流向排出孔483的方向而言)的侧壁，因此，在壳体内的液体流道在波导末端处和/或末端附近变窄。
但应当理解，波导521(或它的其它部分)不一定与下壳体件427的侧壁552离得很近，这仍然在本发明的范围内。例如，波导521的外横截面尺寸也可以沿其长度是基本均匀一致的，而不是有扩大部分695，或者该尺寸可以朝向波导末端523缩小。作为替代或者补充，下壳体件427侧壁552的内横截面尺寸也可以朝向下壳体件的下端481不减小。
波导521在内腔455内通过横向延伸的安装件479适当地与壳体423相连接，安装件基本上与图1至图10的实施例中的安装件79相似地构成。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与下壳体件427的上端433之间。适合的孔(未示出，但与图1至图10的实施例所示出的孔199和201相似)可以在安装件479的外部分689在此被固定于其间的上、下壳体件425和427中形成，以允许液体在该内腔中纵向流过安装件。
波导组件还包括激振装置545(例如在所示的实施例中为压电环547)，它由被螺纹连接在波导521的上部分531上的套环551压紧在安装件479上。电流体连通过适合的接线(未示出，但与图1至图10的实施例中的接线相似)被供给激振装置545，接线延伸穿过壳体423侧壁并与内腔455里的接触环683导电连接。
工作时，液体被传送到壳体423的液体入口457，以便沿着流道流动，例如在内腔455内流到排出孔483。当压力液体流过波导521末端523而到达排出孔483时，波导组件450就以基本上与图1至图10中的燃料喷射器21的波导组件150相同的方式工作，使波导末端产生超声振动，例如以超声变幅杆的方式。于是，就在液体进入排出孔483之前，波导521末端523将超声波能量传给液体，从而基本上使液体雾化(例如，减小液滴尺寸并使排出装置421的燃料液滴的尺寸分布变窄)。在液体从排出孔483排出以前，液体的超声激励大体上产生由装置421送来的雾化液体的大概为锥形的脉动喷射。
图12表示总体以标记821表示的本发明超声波液体传送装置的第三实施例。除第三实施例的波导组件950如图所示地配置在壳体823内腔855中以外，第三实施例的装置821与第二实施例的装置相似。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)，该盖板螺纹连接在该壳体件的敞开的上端837上面，以进一步限定壳体并把安装件879的外部分1089固定在盖板与壳体件之间，由此将安装件(和波导组件850)固定就位。因此，安装件879在振动方面将壳体823与波导921的机械振动隔离开，如同前面结合第一和第二实施例所描述的那样。第三实施例的插入件882如图所示地有多个排出孔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中延伸，而该波导的上部分931沿轴向从安装件879起向上伸出壳体823外。激振装置945如压电环947也因此同套环951一起设置在壳体823的外面，该套环把压电环压紧在安装件879的上表面上。电流可以通过适合的接线(未示出)被传送给激振装置945，从而不再需要与图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。但应当理解，这种套筒、接触环和导向环可被加入图12所示的装置821中，这仍然在本发明的范围内。
图13和图14表示总体以2001表示的用于控制超声波液体传送装置的控制系统的一个适当的实施例。所示的控制系统2001与具有阀的超声波液体传送装置连用，该阀可选择地被打开和关闭，并且对于描述该实施例更适当的是，它与图1至图10的且如前所述的燃料喷射器连用。但应该理解，在此所示和所述的控制系统2001适合与包括连续流动超声波液体传送装置的其它超声波液体传送装置连用，该连续流动超声波液体传送装置与图11和图12所示且如上所述的装置相似。
控制系统2001包括适当的控制器2003例如(但不限于)控制电路、执行控制软件的计算机、可编程的逻辑控制器和/或其它适当的控制装置。控制器2003能对螺线管2004(或其它适当器件)发出信号，以控制在其关闭位置和打开位置之间的阀针53定位。控制器2003也能发送数据和/或其它信号(例如激振频率2005、工作信号或其它适合信号)给超声频率驱动信号发生器2007，以便如上所述地接通或断开操作激振装置145的驱动信号2007。
在燃料喷射器21的激振模式中，例如当要发生燃料喷射事件以将燃料传送给内燃机时，控制器2003对螺线管2004发出信号以将阀针53从其关闭位置移位至其打开位置。控制器2003也对驱动信号发生器2007发出信号，以产生以激振频率驱动激振装置的超声频率驱动信号2009，激振装置又激振超声波导，从而在燃料离开壳体之前对壳体功能。例如，在一个适当的实施例中，驱动信号2009是超声频率交变电流模拟正弦波。在另一个适当的例子中，驱动信号2009是数字步进正弦波，用于提高波导121增强至其期待动作的速率。
在一个实施例中，控制器2003在如上所述地对螺线管2004发出信号的同时或之后不久对驱动信号发生器2007发出信号。或者，控制器2003可以在对螺线管2004发出信号之前不久对驱动信号发生器2007发出信号。例如，当控制系统2001决定需要对内燃机喷射燃料时，控制系统通过命令驱动信号发生器2007借助接触环165和适当的接线183传送电流(即驱动信号2009)给激振装置即在所示实施例中是压电环147来启动对高压腔55内的液体的超声激励，该接线导电连接接触环和压电环。由此使压电环147以超声频率伸缩(尤其在燃料喷射器21的纵向上)，电流就是以该超声频率被传送给激振装置145。
环147的伸缩造成波导121的上部分131超声伸缩(例如大致以与压电环伸缩频率相同的频率)。尤其是，波导121上部分131的如此伸缩激振了波导(例如适当地以波导共振频率)，尤其是沿波导的下部分133，结果导致波导沿下部分超声振动，确切地说，在波导末端123上的下部分的扩大部分195处。
就在命令驱动信号发生器2007传送驱动信号2009给激振装置145之后不久(即，在启动对高压腔55内的燃料的超声激励之后)，螺线管通过控制系统2001被通电，以使阀针53移位至其打开位置。确切地说，如上所述，销座孔97被打开，从而高压燃料流出销座，作为低压燃料到达在主体25上端37的油料返回通道71，由此降低了销座内的在销93后面的燃料压力。因而，高压腔55内的高压燃料现在能够克服弹簧111偏压地推动阀针53至阀针的打开位置。
就在使阀针53移位至其打开位置之前对高压腔55内的燃料超声激励促进了阀针更快速地移向其打开位置。例如，在一个合适的实施例中，在控制系统2001给电磁阀通电以使阀针53移位至其打开位置前的约0.1毫秒至约5毫秒范围且更适当地在在约1毫秒至约5毫秒范围内，驱动信号发生器2007启动驱动信号2009至激振装置的传送。
一旦燃料从燃料喷射器21中被喷出，就允许阀针53关闭，控制器2003发出信号给驱动信号发生器2007以停止驱动激振装置145，由此停止主动驱动超声波导121。在一个特别适当的实施例中，单个喷射事件可以包括一连串短脉冲，在这一连串短脉冲期间内，阀针53反复开闭，结果，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驱动和随后未被驱动(即驱动信号2009被接通和中断)。阀针53于是保持关闭状态(激振装置145保持未受驱动信号发生器2007的激励)达相当长的一段时间，例如下次喷射事件发生之前的整个周期的余下时间。
如果来自驱动信号发生器2007的驱动信号2009被中断，超声波导121，确切地说在所示实施例中是波导组件151，过渡到在本文中被称为燃料喷射器21的衰荡模式的状态。在此衰荡模式中，波导组件151未被驱动信号发生器2007驱动，而是随着器动作的衰减而以一个对应于在波导组件中的衰减量的速率继续自由振动(即衰荡)。确切地说，一旦解除对波导组件150的驱动力，则组件以其固有频率衰荡。在所示实施例的波导组件150中，超声波波导121衰荡并由此驱动激振装置145且确切说是被夹紧在安装件79上的压电环147振动。压电环147上的应力产生了表示波导组件150的衰荡频率的电信号。
控制系统2001进一步包括反馈传感器2011，它连接在激振装置上并且在所示的实施例中能够感测由压电环在波导组件衰荡过程中产生的电信号(例如电压)。例如，反馈传感器2011可以包括传统的运动等效电路，在一个适当的实施例中，包括一个具有大约1000微微法拉的钳位电容的运动等小电路。反馈传感器2011能够传送一个表示波导组件150的衰荡频率的信号给控制器2003，控制器能够接收这样的信号。在一个特别适当的实施例中，由反馈传感器2011确定的衰荡频率2013是关于在传给激振装置145的驱动信号2009结束后的预定周期数求出的平均衰荡频率，例如在大约5至10个周期范围。但应该理解，衰荡频率2013可以关于超过10周期取平均，或者少于5个周期取平均，这也在本发明的范围内。也应该理解，衰荡频率可以由单个周期例如在驱动信号结束后的第一周期或者在这种驱动信号2009结束后的某个周期中求出。
尽管在图13所示的实施例中的反馈传感器2011是在独立于将来自驱动信号发生器2007的驱动信号2009发送给激振装置145的电路(如接线181)的一条电路上，但可以想到，反馈传感器2011可以位于基本上与图15所示电路相同的电路上。在这样的实施例中，驱动信号发生器2007在喷射器的激励模式中被电连接在激振装置145上，而反馈传感器2011与激振装置分离。当过渡至衰荡模式时，驱动信号发生器与激振装置分离，而反馈传感器2011被连接上以监视衰荡响应。
也可以想到，除了在激振装置145处外，反馈传感器2011也可以被连接上和/或监视波导组件150的衰荡。例如，反馈传感器可以基本上在沿波导长度的任何一个位置上监视波导组件150的波导121部件的运动，随后将该运动转化为被送往控制器2003的电信号。
根据一个燃料喷射器21(即广义上讲，超声波液体传送装置)的操作控制方法，控制器2003响应于由反馈传感器2011在之前的衰荡模式中确定的衰荡频率2013地调整被送往激振装置145的驱动信号2009的激振频率。更适当的是，如图14所示，在比较步骤2015中，控制器2003比较在先前的衰荡模式中确定的衰荡频率与在先前的激振模式中被送往驱动信号发生器2007的激振频率2005并求出两者之差。如果差值超过预定的公差，则控制器2003调整(在图14的调整步骤中)在下个脉冲(即在其激振模式中的燃料喷射器21的下次工作)中被送往驱动信号发生器2007的激振频率2005。例如，公差可以适当地为±50Hz，更适当的是±10H，再适当的是±5Hz，更加适当的是±1Hz。尤其是，控制器2003调整激振频率2005以基本匹配波导组件150的衰荡频率。在另一个适当的实施例中，激振频率2005相反可以被连续调整以匹配衰荡频率(例如，不需要与预定公差进行比较)。
为了促成波导组件150的足够强的衰荡信号(例如，以便被反馈传感器2011检测到)，在一个实施例中可以想到，由驱动信号发生器2007产生的驱动信号2009在其峰点被中断(与跨零或峰点之间相反)。这样一来，当信号结束时，使激振装置145(进而波导121)尽可能移位(因而有更多能量必须在衰荡过程中被衰减)。但应该理解，驱动信号2009可以在除其峰点之外的地方被中断，这也在本发明的范围内。
在一个适当的实施例中，控制器2003根据燃料喷射器21被加入其中的发动机启动时的点火(或冷启动)顺序操作。点火顺序的目的是近似达到初始激振频率2005，该初始激振频率接近或者处于波导组件150的固有频率，以获得有效的发动机启动。例如，按照一个这种点火顺序，控制器2003对驱动信号发生器2007发出信号，以产生呈波形式的短的驱动信号2009(例如脉冲)，更适当的是在一个接近波导组件150最初所针对设计的范围内产生方形波，例如在大约1000kHz内。对于本打算以大约40kHz工作的所示实施例的燃料喷射器21来说，这样的方形波可以处于在约39kHz至约41kHz范围内的频率。这种短波信号在阀针53处于其关闭位置时被适当传导，但也可以与阀针打开相关地被传导，这没有超出本发明的范围。或者，可以采用是预期的波周期的一小部分例如大约是预期周期的1/10的短脉冲波。也可以想到，其它脉冲或者信号可以被用来启动波导组件150的衰荡，这没有超出本发明的范围。
当短波信号结束时，波导组件150的衰荡响应被启动。在波信号结束后延迟一段固定时间以允许噪音在系统中消散之后，由反馈传感器2011确定衰荡信号，并且控制器2003随后如上所述且如图14所示地操作，初始激振频率2005是在点火顺序中确定的衰荡频率。例如，在一个实施例中，固定延迟时间可以是大约100微秒。但应该理解，固定延迟时间可以长于或短于100微秒。
在上述的方法中，针对多脉冲喷射事件的每个脉冲确定衰荡频率2013和激振频率2005之差。但应该理解，衰荡频率2013可以在每个多脉冲喷射时间过程中只确定一次，例如在这种事件的第一脉冲或最后脉冲中。在这样的实施例中，激振频率2005讲通过控制器2003来调整，如果需要，在每个多脉冲注射事件的第一脉冲中。也可以想到，可以比上述频率更低地监测衰荡频率2013，这没有超出本发明的范围。
也可以想到，在某些实施例中，阀针53可以在单个发动机周期的多个脉冲过程中被打开和关闭，同时保持波导组件150被激励(就是说，代替伴随阀针的每次开闭的接通和中断)。在这样的实施例中，波导组件150在多脉冲发动机周期中随着阀针53的打开而被激励，激振信号未被中断，直到阀针要在发动机周期的脉冲之后被关闭。激振频率2005随后在下个发动机周期之前被调整并且在下个周期的多脉冲期间内保持固定不变。
应该理解，在某些液体传送装置中，波导组件150可以在下个激振模式(或者喷射事件)要发生之前没有完全衰荡。为此，在一个实施例中，控制系统2001在衰荡模式过程中监测衰荡，并且如果衰荡在下个脉冲要发生时仍存在，则控制器2003对驱动信号发生器2007发出信号，以产生一个与衰荡信号同相的信号2009。在另一个实施例中，可以对波导组件150施加阻抗载荷，以便人为逐渐降低该衰荡。
尽管在控制系统2001中的上述激振频率2005的调整操作依据的是求出的激振频率和衰荡频率2013之差，但可以想到，可以采用其它方式来确定所需的激振频率调整。例如，在一个替代实施例中，控制器2003可以确定驱动信号2009和由反馈传感器2011获得的衰荡信号之间的相差。如果需要，控制器随后确定激振装置为了与衰荡信号同相而需要的频移。为了确定相差，驱动信号2009在信号处于其峰点时被适当地中断(例如以启动衰荡)。
当介绍本发明或其最佳实施例的要件时，冠词“一”、“一个”“该”和“所述”打算表示有一个或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”打算表示是内含性的，是指可能有除所列出的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对上述的结构和方法做出各种改变，所以，包含在上述说明书中和如附图所示的所有内容打算都应该被解释为说明性的，而不是限制意味的。