Устройство впрыска текучей среды

Устройство впрыска текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение касается устройства впрыска текучей среды, например, топлива, в частности, для двигателя внутреннего сгорания.

В частности, первым объектом настоящего изобретения является устройство впрыска текучей среды, имеющее главную ось впрыска и содержащее:

- сопло, содержащее вдоль указанной оси отверстие впрыска и седло, соединенное с противоположной стороны с картером,

- иглу, содержащую вдоль указанной оси первый конец, образующий клапан в зоне контакта с седлом, и с противоположной стороны соединенную с приводом, установленным с возможностью перемещения в осевом направлении в картере для создания колебаний иглы, обеспечивая между ее первым концом и седлом сопла относительное перемещение, поочередно открывая и закрывая клапан, при этом привод содержит вдоль оси первую, вторую и третью части, выполненные с возможностью прохождения через них акустических волн, инициируемых колебаниями второй части, при этом первая и третья части расположены в осевом направлении по обе стороны от второй части, которая содержит электроактивный материал, при этом все три части стянуты вместе, образуя блок, имеющий в осевом направлении две противоположные границы, при этом первая часть соединена с иглой в месте одной из указанных границ,

- средства возбуждения, предназначенные для создания колебаний во второй части привода с заданным периодом τ.

Такое устройство впрыска, называемое инжектором, обеспечивает цикличное открывание клапана инжектора с заданным периодом τ, с контролируемыми частотой, например частотой ультразвука, и амплитудой, в частности, в установившемся режиме его работы, то есть во время работы при заранее определенной температуре, кроме фаз запуска и остановки инжектора. Слой, образуемый текучей средой, выходящей из сопла при открывании клапана, распыляется и образует мелкие капельки. В варианте применения инжектора, в котором он распыляет топливо в камере сгорания, мелкие капельки способствуют образованию более однородной смеси воздух/топливо, что снижает загрязнение окружающей среды и делает двигатель более экономичным.

В известных устройствах цикличное открывание обеспечивают при помощи известных средств создания колебаний, например, пьезоэлектрических и/или магнитострикционных, оборудованных соответствующими средствами возбуждения. Средства создания колебаний выполнены в приводе, имеющем в осевом направлении две противоположные границы, одна из которых, называемая первой границей, связана с иглой. Возбуждаемый средствами создания колебаний привод преобразует электрическую энергию в колебание своей первой границы с заданным периодом тис заранее определенной амплитудой. Привод, действующий через первую границу непосредственно на иглу, выполняет, таким образом, роль активного «ведущего» элемента, управляющего иглой, которая в этом случае является управляемым пассивным «ведомым» элементом. Действительно, колебания первой границы «ведущего» привода создают продольно возвратно-поступательное движение «ведомой» иглы и, следовательно, ее первого конца относительно седла сопла. Для обеспечения достаточного расхода топлива во время открывания клапана, необходимо обеспечить резонанс между головкой иглы и соплом по существу с противоположностью фаз. Для этого, как известно, выбирают специальные значения длины иглы и сопла таким образом, чтобы время распространения акустических волн в соответствующих материалах иглы и сопла было равно четверти периода колебаний τ/4 или нечетному кратному указанной четверти периода, то есть [2j+1]τ/4 с целым положительным и не равным нулю множителем j. Образованные таким образом резонансные структуры «игла/сопло» и «игла/привод» обеспечивают большие амплитуды открывания клапана при небольших значениях давления, например, равных или меньших 5 МПа, в камере сгорания. По мере впрыска топлива во время такта сжатия давление в камере сгорания и, следовательно, противодавление на клапан увеличивается. Это противодавление может меняться в зависимости от рабочей точки двигателя. С повышением противодавления интенсивность ударов первого конца иглы по седлу, даже ослабляемых слоем топлива, все больше увеличивается. Возвращение этих ударов в резонансную структуру «игла/сопло» по классической четверти длины волны [2n+1]τ/4 и, с другой стороны, в другую резонансную структуру «игла/привод» наводит связь между ударом и отходом первого конца иглы от седла, изменяя амплитуду открывания клапана. Если удары продолжаются долго, отход иглы становится хаотичным. Польза от резонанса теряется. Открывание клапана становится хаотичным, что выражается в беспорядочной работе инжектора и может привести к неконтролируемому расходу топлива.

В этом контексте настоящее изобретение призвано предложить устройство впрыска текучей среды, которое может, по меньшей мере, сократить, по меньшей мере, одно из вышеупомянутых ограничений. В этой связи устройство впрыска, охарактеризованное во вступительной части заявки, в основном характеризуется тем, что длину между двумя границами блока определяют таким образом, чтобы время распространения Т акустических волн, инициируемых колебаниями второй части привода и проходящих эту длину, отвечало следующему уравнению: Т=n*[τ/2] с учетом допуска, где n является целым положительным и не равным нулю множителем.

Такое выполнение инжектора должно привести к следующим результатам: резонансная структура «игла/привод» содержит, по меньшей мере, один элемент, - привод, образующий указанный блок, - который имеет «симметрию», с точки зрения акустики. Эта значит, что эхо акустической волны, исходящей в одном месте симметричного блока, возвращается после одного или нескольких отражений на границах блока в это же место излучения акустической волны через не равное нулю положительное целое число периодов после ее излучения. Например, любая акустическая волна, поднимающаяся по игле от клапана к приводу и попадающая в привод через границу, называемую первой границей блока между иглой и первой частью, распространяется в осевом направлении в приводе и затем отражается на границе, называемой второй границей блока, противоположной указанной первой границе. Благодаря симметричной резонансной структуре привода, первая отраженная волна, то есть первое эхо волны, излучаемой на первой границе, возвращается к этой первой границе через период после своего излучения. Это же касается и акустических волн, возбуждаемых электроактивным материалом второй части привода и распространяющихся в осевом направлении к игле, которые, в свою очередь, могут отражаться на первой границе, возвращаться в привод и отражаться на второй границе, затем возвращаться к первой границе через период после своего излучения от первой границы. Таким образом, симметричная резонансная структура привода не создает никакой задержки или изменения знака волн, - в частности, для волн типа синусоидальных, где часть синусоиды по положительному знаку следует за симметричной частью синусоиды по отрицательному знаку, - излучаемых на первой границе, независимо от происхождения этих волн (от иглы или от привода). Таким образом, симметричная резонансная структура привода способствует упорядоченной работе инжектора.

Другим объектом настоящего изобретения является двигатель внутреннего сгорания, в котором используют устройство впрыска в соответствии с настоящим изобретением, то есть двигатель, в котором установлено такое устройство впрыска.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - схема устройства впрыска в соответствии с настоящим изобретением, установленного в двигателе и оборудованного иглой с выходящей головкой, связанной с приводом;

фиг.2 - схема устройства впрыска в соответствии с настоящим изобретением, установленного в двигателе и оборудованного иглой с входящей головкой, связанной с приводом;

фиг.3 и 4 - схемы работы клапана, образованного соплом и иглой с выходящей головкой: закрытый клапан (фиг.3); открытый клапан (фиг.4);

фиг.5 и 6 - схемы работы клапана, образованного соплом и иглой с входящей головкой: закрытый клапан (фиг.5); открытый клапан (фиг.6);

фиг.7 и 8 - схематичный упрощенный вид сбоку в частичном продольном разрезе соответственно: монолитной иглы в виде цилиндрического стержня (фиг.7); составной иглы, содержащей три сегмента (фиг.8);

фиг.9 и 10 - схематичный упрощенный вид сбоку в частичном продольном разрезе соответственно: монолитного цилиндрического сопла (фиг.9); составного сопла, содержащего три сегмента (фиг.10);

фиг.11 - схематичный упрощенный вид сбоку в продольном разрезе привода;

фиг.12 - схематичный частичный упрощенный вид сбоку первой части привода, соединенной с иглой;

фиг.13-15 - схематичный упрощенный вид сбоку в продольном разрезе соответственно трех разных схем привода;

фиг.16 - схематичный упрощенный вид сбоку в продольном разрезе привода, содержащего центральный стержень;

фиг.17 - схематичный упрощенный вид сбоку в продольном разрезе привода, содержащего центральный стержень, средство предварительного напряжения и упругое средство.

Устройство впрыска или инжектор, показанный на фиг.1 (или 2), предназначен для впрыска текучей среды, например, топлива 131 в камеру сгорания 15 двигателя 151 внутреннего сгорания или в не показанный впускной воздушный трубопровод, или в не показанный выпускной трубопровод для выхлопных газов.

Инжектор содержит два корпуса, например, цилиндрической формы. Первый корпус, представляющий собой картер 1, продолжен вдоль главной оси АВ устройства впрыска, например, его оси симметрии, по меньшей мере, одним соплом 3, имеющим длину вдоль оси АВ и содержащим отверстие впрыска и седло 5 (или 5'). Линейные размеры картера 1, например, его ширина, измеренная перпендикулярно к оси АВ, и/или его длина, измеренная вдоль оси АВ, могут превышать размеры сопла 3. Плотность картера 1 может превышать плотность сопла 3. Картер 1 может быть соединен, по меньшей мере, с одним трубопроводом 130 подачи топлива 131 через, по меньшей мере, одно отверстие 9. Трубопровод 130 подачи топлива 131 содержит устройство 13 обработки топлива 131, содержащее, например, бак, насос, фильтр.

Второй корпус, представляющий собой привод 2, установлен подвижно с возможностью перемещения в осевом направлении в картере 1. Игла 4 имеет длину вдоль оси АВ и первый конец 6, образующий клапан в зоне контакта с седлом 5 (или 5') сопла 3. Линейные размеры привода 2, например, его ширина, измеренная перпендикулярно к оси АВ, и/или его длина, измеренная вдоль оси АВ, могут превышать размеры иглы 4. Плотность привода 2 может превышать плотность иглы 4. Игла 4 и привод 2 соединены между собой зоной соединения ZJ (фиг.2). Предпочтительно первый конец 6 продолжен вдоль оси АВ головкой 7 (или 7'), закрывающей седло 5 (или 5'), обеспечивая лучшую герметичность клапана инжектора.

На фиг.1 представлен случай иглы 4 с так называемой выходящей головкой 7. Игла 4 с выходящей головкой 7 имеет расширенную форму, расходящуюся в направлении оси АВ инжектора от картера 1 наружу сопла 3 в камеру 15 сгорания. Предпочтительно игла 4 с выходящей головкой 7 имеет усеченную конусную расходящуюся расширенную форму (фиг.1). Выходящая головка 7 закрывает седло 5 с наружной стороны сопла 3, обращенной противоположно картеру 1 в направлении оси АВ инжектора.

На фиг.2 показан случай иглы 4 с так называемой входящей головкой 7'. Игла 4 с входящей головкой 7' сужается в направлении оси АВ от картера 1 наружу сопла 3 и закрывает седло 5' с внутренней стороны сопла 3, обращенной к картеру 1.

Для удержания головки 7 (или 7') иглы 4 в положении опоры на седло 5 (или 5') могут быть предусмотрены возвратные средства 11 (или 11') привода 2. Таким образом, возвратные средства 11 (или 11') обеспечивают закрывание клапана при любом давлении в камере сгорания 15. Место нахождения точки приложения возвратных сил к приводу 2 не имеет значения. Возвратные средства 11 (или 11') могут быть выполнены в виде предварительно наряженной спиральной пружины, расположенной вдоль оси АВ на выходе картера 1 (в частности, в случае иглы 4 с выходящей головкой 7, фиг.1) или на входе картера 1 (в частности, в случае иглы 4 с входящей головкой 7', фиг.2) по отношению к направлению потока топлива 131 к соплу 3. Возвратные средства 11 (или 11') могут быть также выполнены в виде гидравлического средства, например, типа гидравлического домкрата, в котором топливо 131 выполняет функцию рабочей жидкости. Зазоры, связанные с расширениями различных элементов картера 1, предпочтительно компенсируются действием возвратных средств 11 (или 11') таким образом, чтобы расход топлива 131 через сопло 3 оставался не чувствительным к тепловым колебаниям на разных режимах работы двигателя 151.

В примере, представленном на фиг.1, возвратные средства 11 выполнены с возможностью деформации, например упругой деформации, действуя с заранее определенным усилием при очень слабом удлинении, например, менее 100 мкм, таким образом, чтобы притягивать выходящую головку 7 иглы 4 к седлу 5 сопла 3 вдоль оси АВ, обеспечивая закрывание клапана независимо от давления в камере сгорания 15.

В примере, представленном на фиг.2, возвратные средства 11' выполнены с возможностью деформации, например упругой деформации, действуя с заранее определенным усилием при очень слабом удлинении, например, менее 100 мкм, таким образом, чтобы толкать головку 7' иглы 4 к седлу 5' сопла 3 вдоль оси АВ, обеспечивая закрывание клапана независимо от давления в камере сгорания 15.

Вдоль оси АВ привод 3 продолжен иглой 4. В качестве «ведущего» элемента привод 2 выполнен с возможностью непосредственного создания колебаний «ведомой» иглы 4 с заданным периодом τ, обеспечивая, таким образом, между первым концом 6 иглы 4 и седлом 5 (или 5') сопла 3 относительное осевое перемещение, которое может поочередно открывать или закрывать клапан, как показано на фиг.3-4 и 5-6. Колебания действуют с заранее определенной частотой ν, например, с частотой ультразвука, которая может находиться в пределах примерно от v=20 кГц и примерно до ν=60 кГц, то есть с заданным периодом ν колебаний, составляющим соответственно от 50 микросекунд до 16 микросекунд. Например, для стали длина волны λ колебаний примерно равна 10^-1 при ν=50 кГц (τ=20 микросекунд).

Следует отметить, что поскольку входящая головка 7' сужается (фиг.2), ее поверхность менее подвержена действию волн противодавления в камере 15 сгорания по сравнению с поверхностью выходящей головки 7 (фиг.1). Точно так же входящая головка 7' имеет меньшую массу по сравнению с массой выходящей головки 7, что минимизирует амплитуду напряжений на седло 5' (по сравнению с выходящей головкой 7) в момент удара, сопровождающего закрывание клапана. Сборка инжектора облегчается, так как иглу 4 с входящей головкой 7' можно сначала установить на приводе 2, затем вставить в картер 1. Игла 4 с входящей головкой 7' стремится опуститься на седло 5' под действием силы тяжести. Таким образом, инжектор работает в условиях позитивной безопасности за счет соответствующей конструкции. В случае неисправности возвратных средств 11' привода 2 и даже при их отсутствии клапан остается в закрытом положении, обеспечивая, таким образом, герметичность инжектора с входящей головкой 7'. Кроме того, при непредвиденном разрушении иглы 4 ее отвалившаяся часть остается в картере 1 и не может попасть в камеру сгорания 15.

Привод 2 содержит вдоль оси АВ первую 21, вторую 22 и третью 23 части, выполненные с возможностью прохождения через них акустических волн, инициируемых колебаниями второй части 22, при этом первая 21 и третья 23 части расположены в осевом направлении по обе стороны от второй части 22 (фиг.1-2). Последняя содержит электроактивный материал 221. Все три части 21, 22, 23 стянуты вместе и образуют блок, содержащий в осевом направлении две противоположные границы С, D, при этом первая часть 21 соединена с иглой 4 в месте одной D из указанных границ С, D.

Предпочтительно третья часть 23 представляет собой заднюю массу, выполняющую функцию равномерного распределения напряжений на электроактивном материале 221.

Предпочтительно электроактивный материал 221 является пьезоэлектрическим и может быть выполнен, например, в виде одной или нескольких керамических пьезоэлектрических шайб, наложенных друг на друга в осевом направлении, образуя вторую часть 22 блока. Селективные деформации электроактивного материала 221, например, периодические деформации с заданным периодом τ, создающие акустические волны в инжекторе, в конечном счете приводят к относительному движению головки 7 (или 7') по отношению к седлу 5 (или 5') или наоборот, которое поочередно открывает и закрывает клапан, как было указано выше со ссылками на фиг.3-4 и 5-6. Эти селективные деформации управляются соответствующими средствами 14 возбуждения, например, при помощи электрического поля, создаваемого за счет разности потенциала, прикладываемого к электродам, неподвижно соединенным с пьезоэлектрическим электроактивным материалом 221. В альтернативном варианте электроактивный материал 221 может быть магнитострикционным. Селективные деформации такого материала управляются не показанными соответствующими средствами возбуждения, например, при помощи магнитной индукции, создаваемой селективным магнитным полем, получаемым, например, при помощи не показанного возбудителя и, в частности, катушки, неподвижно соединенной с приводом 2, или другой катушки, охватывающей привод 2.

Из вышеизложенного следует, что сопло 3 с картером 1 и игла 4 с приводом 2 образуют соответственно первую и вторую среды распространения акустических волн. Каждая из этих двух сред имеет, по меньшей мере, один линейный акустический импеданс I, который зависит от площади Σ сечения среды, перпендикулярного к оси АВ, от плотности ρ среды и от скорости с звука в среде: I=f_I(Σ, ρ, с). Чтобы проиллюстрировать это соотношение, рассмотрим различные упрощенные примеры, касающиеся иглы 4 или сопла 3 и показанные соответственно на фиг.7-8 и 9-10. Для простоты будем считать, что во всех этих примерах привод 2 совпадает с вторым корпусом. Для обеспечения открывания клапана инжектора, мало чувствительного к давлению в камере сгорания 15, инжектор управляет перемещением первого конца 6 иглы 4, тогда как седло (упрощенно показанное на фиг.7-10 и обозначенное позицией 50) сопла 3 динамически удерживается неподвижным или фиксированным и ведет себя, таким образом, как узел перемещения.

Игла 4 и сопло 3, каждое, представляют собой тело, радиальные размеры которого, перпендикулярные к оси АВ, являются незначительными по сравнению с его длиной вдоль оси АВ. В сплошном стержне 400, представленном в данном случае как упрощенная модель иглы 4 (фиг.7), или в стержне 300 с продольным сквозным отверстием, представленном в данном случае как упрощенная модель сопла 3 (фиг.9), распространение акустических волн связывает распространение скачка напряжения (усилия) ΔF₀ и скачка скорости Δv при помощи уравнения ΔF₀=Σ*Δσ=Σ*z*Δv, где Σ является площадью сечения стержня, перпендикулярного к его главной оси АВ, например, его оси симметрии, Δσ=z*Δv является скачком напряжения, z является акустическим импедансом, определяемым уравнением z=ρ*с, где ρ является плотностью стержня, а с является скоростью звука в стержне. При этом подразумевается, что напряжение F₀ является положительным при сжатии, и скорость v является положительной в направлении распространения акустических волн. Произведение I=Σ*z=Σ*ρ*c, характеризующее акустические свойства стержня, сплошного или полого, называют «линейным акустическим импедансом» или «линейным импедансом».

Любое изменение линейного акустического импеданса I приводит к появлению эха, то есть к ослаблению акустической волны, распространяющейся в направлении стержня (например, справа налево на фиг.7, 9), другой акустической волной, распространяющейся в обратном направлении стержня (например, слева направо на фиг.7, 9), начиная от точки изменения линейного импеданса I, например, на уровне соединения между иглой 4 и приводом 2 (фиг.7) или на уровне другого соединения между соплом 3 и картером 1 (фиг.9). Это же рассуждение можно применить для любого разрыва линейного импеданса I, при этом термин «разрыв» следует понимать как «изменение линейного импеданса I, превышающее заранее определенный порог, характеризующий разность между линейным импедансом на входе и линейным импедансом на выходе по отношению к направлению распространения акустических волн зоны разрыва линейного импеданса, находящейся в среде распространения акустических волн на небольшом расстоянии относительно длины волны, предпочтительно на одной восьмой длины волны λ/8».

Инжектор может содержать, по меньшей мере, одну зону разрыва линейного акустического импеданса, находящуюся на расстоянии от зоны контакта седла 50 с первым концом 6 иглы 4 вдоль сопла 3 (фиг.9) или картера 1, и, по меньшей мере, одну другую зону разрыва линейного акустического импеданса, находящуюся на расстоянии от зоны контакта первого конца 6 с седлом 50 вдоль иглы 4 (фиг.7) или привода 2. Указанные одна зона и другая зона разрыва линейного акустического импеданса являются, каждая, первой в порядке, начиная от указанной зоны контакта между первым концом 6 иглы 4 и седлом 50, в направлении распространения акустических волн соответственно к картеру 1 и приводу 2.

Как схематично показано на фиг.1 (или 2), расстояние, называемое первым расстоянием L_B, между, с одной стороны, зоной контакта между седлом 5 (или 5') и первым концом 6 и, с другой стороны, первой зоной разрыва линейного акустического импеданса вдоль сопла 3 или картера 1 определяют таким образом, чтобы время распространения, называемое «временем акустического прохождения», T_B акустических волн, инициируемых приводом 2 и проходящих это первое расстояние L_B=f_B(T_B), отвечало следующему уравнению:

где n_B является целым положительным и не равным нулю множителем, называемым первым множителем, и расстояние, называемое вторым расстоянием L_A, между, с одной стороны, зоной контакта между первым концом 6 и седлом 5 (или 5') и, с другой стороны, первой зоной разрыва линейного акустического импеданса вдоль иглы 4 или привода 2 определяют таким образом, чтобы время распространения, называемое «временем акустического прохождения», T_A акустических волн, инициируемых приводом 2 и проходящих это второе расстояние L_A=f_A(Т_А), отвечало следующему уравнению:

где n_A является целым положительным и не равным нулю множителем, называемым вторым множителем, например, n_A≠n_B.

Понятно, что вышеуказанные уравнения Е1 и Е2 следует рассматривать как проверенные с учетом определенного допуска, чтобы учитывать производственные условия, например, при допуске порядка плюс или минус 10% от заданного периода τ, то есть порядка плюс или минус 20% от заданного полупериода τ/2. С учетом этого допуска вышеуказанные уравнения Е1 и Е2 можно соответственно переписать следующим образом:

Следует отметить, что на практике первое расстояние L_B=f_B(T_B), выраженное временем акустического прохождения T_B, и второе расстояние L_A=f_A(T_A), выраженное временем акустического прохождения т_а, измеренные на соответствующих деталях, изготовленных в промышленном масштабе, могут иметь небольшие отклонения по сравнению с контрольными значениями, вычисленными при помощи вышеуказанных уравнений Е1 и Е2. Эти незначительные отклонения могут быть связаны с эффектом соединяемых масс. Последние могут соответствовать, например, головке 7 (или 7') иглы 4 и/или направляющему приливу (не показан) в плоскости, перпендикулярной к оси АВ, направления конца 6 иглы 4 в сопле 3. Указанный допуск позволяет учитывать указанный эффект соединяемых масс, чтобы корректировать выражения по времени акустического прохождения первого L_B=f_B(T_B) и второго L_A=f_A(T_A) расстояний при помощи вышеуказанных уравнений Е1' и Е2'.

Предпочтительно n_A=n_B для второго и первого множителей и, в частности, n_A=n_B=1, чтобы минимизировать линейные размеры инжектора вдоль оси АВ и оставить максимум места для впускных и/или выпускных трубопроводов. Таким образом, начиная от зоны контакта между седлом 5 (или 5') и первым концом 6 иглы 4, сопло 3 имеет постоянные акустические свойства на последовательных участках длины, характеризующей первое расстояние L_B=f_B(T_B), по существу равных между собой по времени акустического прохождения, выражение которых по времени акустического прохождения T_B предпочтительно сводится к одному заданному полупериоду τ/2. Точно так же, начиная от зоны контакта между седлом 5 (или 5') и первым концом 6 иглы 4, последняя имеет постоянные акустические свойства на последовательных участках длины, характеризующей второе расстояние L_A=f_A(T_A), по существу равных между собой по времени акустического прохождения, выражение которых по времени акустического прохождения т_а предпочтительно сводится к одному заданному полупериоду τ/2.

Для облегчения сборки, по меньшей мере, на 90% первого расстояния L_B=f_B(T_B) инжектор может иметь изменение линейного акустического импеданса, меньшее или равное 5%, причем это изменение не может рассматриваться как разрыв линейного акустического импеданса. Точно так же, по меньшей мере, на 90% второго расстояния L_A=f_A(T_A) инжектор может иметь другое изменение линейного акустического импеданса, меньшее или равное 5%, причем это изменение не может рассматриваться как разрыв линейного акустического импеданса.

Во время установившегося режима работы, то есть во время работы при заранее определенной температуре, кроме фаз запуска и остановки инжектора, последний предпочтительно позволяет поочередно открывать и закрывать клапан практически независимо от давления в камере сгорания 15. В примере, представленном на фиг.1, речь идет одновременно об управлении перемещением первого конца 6, продолженного головкой 7 иглы 4, и о динамичном удержании седла 5 сопла 3 неподвижным. Как было указано выше, управление перемещением головки 7 иглы 4 происходит благодаря селективным деформациям, например, периодическим деформациям с заданным периодом τ электроактивного материала 221, передаваемым на иглу 4 через привод 2. Удержания седла 5 динамически неподвижным достигают благодаря сохранению его продольной скорости вдоль оси АВ, равной нулю, используя периодичность явления распространения акустических волн. Каждое закрывание клапана во время периодических посадок с заданным периодом τ головки 7 иглы 4 на седло 5 порождает удар. Последний создает акустическую волну, называемую падающей волной, связывая скачок скорости Δv и скачок напряжения Δσ. Эта волна распространяется в сопле 3 в сторону картера 1, проходя первое расстояние L_B, затем отражается в первой зоне разрыва линейного акустического импеданса, которая на фиг.1 совпадает с местом врезки SX сопла 3 в картер 1 и которая имеет сечение в плоскости, перпендикулярной к оси АВ, намного большее сечения сопла 3. После отражения падающей волны ее эхо, называемое отраженной волной, возвращается в сопло 3 и проходит первое расстояние L_B в противоположном направлении, то есть от картера 1 к седлу 5. Отраженная волна имеет тот же знак скачка напряжения Δδ, что и падающая волна, и знак скачка скорости Δδ, противоположный знаку падающей волны (поскольку направление распространения поменялось на противоположное, скачок скорости Δδ поменял знак, если считать теперь положительными все скорости в направлении к седлу 5, а не в направлении распространения волн). Учитывая, что первое расстояние предпочтительно обусловлено уравнением L_B=f_B(T_B)=f_B(n_B*[τ/2]), отраженная волна попадает на сопло 5 точно в тот же момент, в который ударом создается новая падающая волна, связанная с закрыванием клапана, при этом перемещение головки 7 иглы 4 тоже обусловлено вторым расстоянием L_A, предпочтительно зависящим от кратного заданного полупериода τ/2:L_A=f_A(T_A)=f_A(n_A*[τ/2]). Как следствие, в седле 5 напряжения сохраняются и скорости аннулируются. Таким образом, седло 5 представляет собой узел перемещения. В этих условиях изменение давления в камере сгорания 15 приведет к усилению ударов, не меняя при этом их синхронности. Поэтому это изменение давления в камере сгорания 15 не будет влиять на работу инжектора.

Чтобы достичь идентичности скачков напряжения Δσ, когда две соответствующие волны, падающая и отраженная, встречаются, необходимо, чтобы отражение акустических волн на уровне первой зоны разрыва линейного акустического импеданса было максимальным. Это условие почти полного отражения a priori может быть удовлетворено для сопла 3, вставленного в картер 1, который, в свою очередь, связан с головкой 8 блока цилиндров, при этом данную конфигурацию можно соотнести с идеальным случаем стержня с конечным диаметром (типа балки), вставленным в бесконечное тело. Учитывая законченный размер привода 2, трудно достичь полного отражения акустических волн в зоне соединения ZJ между иглой 4 и приводом 2. В примере, представленном на фиг.2, в зоне соединения ZJ привод 2 имеет линейный акустический импеданс I_AC-ZJ, и игла 4 имеет линейный акустический импеданс I_A-ZJ. Удовлетворительный компромисс с точки зрения отражения акустических волн в зоне соединения ZJ может быть достигнут, если соотношение I_AC-ZJ/I_A-ZJ превышает заранее определенное значение. Предпочтительно проверяют следующее отношение: I_AC-ZJ/I_A-ZJ≥2.5.

В свете вышеуказанных уточнений понятно, что в общем случае для первого и второго множителей, когда n_B≠n_A, именно падающие волны и отраженные волны, смещенные на несколько периодов τ, взаимно компенсируются в седле 5, чтобы сделать его динамически неподвижным. Эта компенсация может быть неполной, если, например, разность между n_B и n_A превышает заранее определенное значение, и/или рассеяние акустических волн в сопле 3 (и, в конечном счете, его линейного акустического импеданса) превышает определенный порог. Поэтому конфигурация инжектора с n_B=n_A и, в частности, n_B=n_A=1 представляется изначально более надежной в акустическом плане и остается более предпочтительной перед конфигурацией с n_B≠n_A.

При этом понятно, что первое L_B=f_B(T_B) и второе L_A=f_A(T_A) расстояния, соответственно связанные с первой «сопло 3 + картер 1» и второй «игла 4 + привод 2» средами распространения акустических волн, предпочтительно определяются соответствующим временем акустического прохождения T_B=n_B*[τ/2] и Т_А=n_A*[τ/2] в акустическом контексте. Это связано с присутствием колебаний, например, ультразвуковых колебаний заданного периода τ, инициированных второй частью 22 привода 2, как было указано выше. Иначе говоря первое L_B=f_B(T_B) и второе L_A=f_A(T_A) расстояния находятся между двумя акустическими границами. Как правило, первая акустическая граница, позволяющая определить одновременно первое L_B и второе L_A расстояния, представляет собой конец рассматриваемого узла («сопло 3 + картер 1» или «игла 4 + привод 2»). Упрощенно можно считать, что эта первая акустическая граница совпадает с зоной контакта между первым концом 6 иглы 4 (в случае необходимости, продолженным головкой 7 (или 7') в осевом направлении) и седлом 5 (или 5') сопла 3, как показано на фиг.1 (или 2).

В примере, показанном на фиг.1, с иглой 4 с выходящей головкой 7 понятно, что первая акустическая граница, позволяющая определить второе L_A расстояние, связанное с второй средой «игла 4 + привод 2» распространения акустических волн, берется по половине высоты расходящейся усеченной конусной выходящей головки 7. Точно так же первая акустическая граница, позволяющая определить первое расстояние L_B=f_B(T_B), связанное с первой средой «сопло 3 + картер 1» распространения акустических волн, берется по половине высоты соответствующего расходящегося усеченного конусного седла 5.

В примере, представленном на фиг.2, с иглой 4 с входящей головкой 7', понятно, что первая акустическая граница, позволяющая определить второе расстояние L_A, связанное с второй средой «игла 4 + привод 2» распространения акустических волн, берется по половине высоты сходящейся усеченной конусной входящей головки 7'. Точно так же, первая акустическая граница, позволяющая определить первое расстояние L_B=f_B(T_B), связанное с первой средой «сопло 3+картер 1» распространения акустических волн, берется по половине высоты соответствующего сходящегося усеченного конусного седла 5'.

Вторая акустическая граница, характерная для каждого из двух узлов, представляет собой соответствующую первую зону разрыва линейного акустического импеданса I, как было указано выше. Например, вторая акустическая граница может соответствовать месту, где диаметр рассматриваемого узла изменяется в плоскости, перпендикулярной к оси АВ, например, на уровне зоны соединения ZJ иглы 4 с первой частью 21 привода 2, или в месте врезки SX сопла 3 в картер 1 (фиг.1, 2), с учетом того, что:

- в зоне соединения ZJ игла 4 и привод 2 выполнены, например, путем механической обработки моноблочной детали из материала, предпочтительно имеющего одинаковую плотность и одинаковую скорость звука, и

- в месте врезки SX сопло 3 и картер 1 выполнены путем механической обработки из материала, предпочтительно имеющего одинаковые плотность и скорость звука.

Действительно, выполнение механической обработкой из моноблочной детали представляется наиболее простым в применении решением при изготовлении указанных деталей в промышленном масштабе.

Однако в некоторых случаях акустические границы тел могут не совпадать с физическими границами этих тел. Как показано на фиг.10, внутри первой среды распространения акустических волн на указанном первом расстоянии L_B имеются несколько сегментов 301, 302, 303, отличающихся друг от друга, по меньшей мере, по двум критериям из трех следующих критериев, характеризующих каждый из сегментов 301, 302, 303: (а) геометрия сегмента; (б) плотность ρ сегмента; (в) скорость с звука в сегменте, при этом сегменты 301, 302, 303 являются такими, что их соответствующие линейные акустические импедансы, - I₃₀₁=Σ₃₀₁*ρ₃₀₃*с₃₀₁; I₃₀₂=Σ₃₀₂*ρ₃₀₂*с₃₀₂; I₃₀₃=*Σ₃₀₃*ρ₃₀₃*c₃₀₃, - равны: I₃₀₁=I₃₀₂=I₃₀₃. Таким образом, независимо от их соответствующих линейных размеров, в зонах соединения между соответствующими двумя сегментами: 301/302, 302/303 не появляется никакого паразитного эха, поэтому первое расстояние L_B остается между седлом 50 и местом врезки SX сопла 3 в картер 1 (фиг.10). Таким образом, можно выполнить сопло 3 из разных материалов, комбинируя их таким образом, чтобы наделить сопло 3 локально и/или аксиально селективными физическими свойствами (отличными от акустических свойств), характерными для каждого из сегментов 301, 302, 303 (например, повышая их ударную стойкость, снижая их механический износ и/или их тепловое расширение и т.д.); главное, чтобы их акустические свойства вдоль оси АВ, представляющие собой соответствующие линейные акустические импедансы I₃₀₁, I₃₀₂; I₃₀₃, оставались одинаковыми: I₃₀₁=I₃₀₂=I₃₀₃. Как показано на фиг.8, внутри второй среды распространения акустических волн на указанном втором расстоянии L_A имеются несколько сегментов 401, 402, 403, отличающихся друг от друга, по меньшей мере, по двум критериям из трех следующих критериев, характеризующих каждый из сегментов 401, 402, 403: (а) геометрия сегмента; (б) плотность ρ сегмента; (в) скорость с звука в сегменте, при этом сегменты 401, 402, 403 являются такими, что их соответствующие линейные акустические импедансы, - I₄₀₁=Σ*₄₀₁*ρ₄₀₁*c₄₀₁; I₄₀₂=Σ*