VORRICHTUNG ZUM EINSPRITZEN VON FLUID

Beschreibung

[0001] Als Stoßwelle oder Schockwelle wird in der Strömungslehre eine Druckwelle bezeichnet, die durch Explosionen oder andere Phänomene erzeugt wird, und die extreme Druckunterschiede hervorruft. Die Druckwelle läuft dabei als Wellenfront durch ein Medium.

[0002] In kompressiblen, d.h. verdichtbaren Medien, so zum Beispiel Gasen, breiten sich Störungen etwa von hindurch bewegten Festkörpern hervorgerufenen Änderungen durch das Medium als Druckwellen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums bewegen. Bewegt sich die Störung nur langsam im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit, erlaubt es die Druckwelle, dem Medium, sich neu zu verteilen, um die Störung auszugleichen und verhält sich genau wie ein inkompressibles Medium.

[0003] Bewegt sich die Störung jedoch schneller als die durch sie verursachten Druckwellen, kann die Materie des Mediums nahe der Störungsquelle nicht schnell genug reagieren, um der Störung auszuweichen. Die Zustandsgrößen des Mediums, so zum Beispiel Dichte, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit usw., verändern sich daher nahezu momentan, um sich der Störung anzupassen. Dadurch werden Störungswellen mit stark ansteigendem Druck erzeugt, die auch als Stoßwellen bezeichnet werden, und die eine schockartige Erhitzung des Materials bewirken. Die Stoßwellen klingen schließlich zu normalen Druckwellen ab, wenn ihre Energie vom Medium absorbiert wird.

[0004] Ähnliche Probleme sind auch außerhalb der Strömungslehre bekannt. Beispielsweise erzeugen Teilchen, die sich in bestimmten Medien, wie etwa Wasser, schneller als die dort geltende Lichtgeschwindigkeit (Phasengeschwindigkeit) bewegen, sie beträgt im Wasser nur etwa 230.000 km/s, einen Schockeffekt, der als Tscherenkow Strahlung bekannt ist. Es lassen sich zwei grundlegende Typen von Stoßwellen unterscheiden, die allerdings physikalisch äquivalent sind und sich nur durch die Wahl des Bezugsystems unterscheiden.

1. Fortschreitende Wellen in stehendem Medium:

Sie werden durch plötzliche Störungen im Medium, etwa durch eine Explosion oder ein Projektil, hervorgerufen und bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit.

2. Stehende Wellen in einem fließenden Medium:

Sie werden dadurch hervorgerufen, dass von einer Quelle kontinuierlich Materie ausgestoßen wird, wie zum Beispiel der Sonnenwind der Sonne oder die Antriebsgase in einem Raketentriebwerk. Solche Wellen können einen Gleichgewichtszustand erreichen, indem sie den Windausstoß begrenzen.

[0005] Aus der DE 24 19 425 ist eine Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, welche eine Baueinheit mit einer Pumpe bildet.

Darstellung der Erfindung

[0006] Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides vorgeschlagen, welches einen mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel Kraftstoff, befüllten Kanal aufweist, der durch einen Aktor beaufschlagt ist. Der Aktor hat ein im Wesentlichen hutförmiges Aussehen mit einer zentrisch ausgebildeten, einem umgekehrten Topf entsprechenden Erhebung, die von einer Planfläche umschlossen ist, wobei die Planfläche die Aktorfläche darstellt und die Stirnseite der Erhebung eine Kolbenfläche darstellt. Neben einer einteilig ausgebildeten Ausführungsmöglichkeit besteht auch eine zweiteilige Ausführungsmöglichkeit, wobei bei der zweiteiligen Ausführungsvariante die Planfläche aus einem Material gefertigt wird, welches in magnetischer Hinsicht für einen eingesetzten Magnetaktor gute bis sehr gute magnetische Eigenschaft aufweist. Die Geometrie des Aktors lässt sich vor allem dadurch charakterisieren, dass der Durchmesser der Wirkfläche der Erhebung, d.h. eine Kolbenfläche π d²_Kolben/4 zumindest um den Faktor 2 kleiner ist als die Wirkfläche der Planseite des Aktors, π d²_Aktor/4. Die Geometrie des Aktors lässt sich mithin dadurch charakterisieren, dass diese einer Hutform entspricht mit einem zylindrischen topfförmigen Zentrum, welches von einer Planseite, welches die "Krempe" des Hutes bildet und der Durchmesser der "Krempe" um den Faktor 2 größer bemessen ist als der Durchmesser der den Hut abschließenden Stirnfläche, die im vorliegenden Zusammenhang als Kolben fungiert. In vorteilhafter Weise können insbesondere bei der zweiteilig ausgebildeten Ausführungsmöglichkeit die Planseite, auf welche die Erregerspule einwirkt, aus einem Material mit hervorragenden elektromagnetischen Eigenschaften gefertigt werden. Bei diesem Material handelt es sich im Allgemeinen um relativ hochpreisige Materialien, deren Festigkeit begrenzt ist. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktor kann die Erhebung, d.h. der übrige Kolben aus einem kostengünstigeren, jedoch eine sehr hohe Festigkeit aufweisenden Material ausgestaltet werden. Das Fügen der beiden Komponenten des in diesem Fall zweiteilig ausgebildeten Aktors kann beispielsweise durch einfaches Aufkleben auf der Kolbenunterseite ermöglicht werden. Eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere des Kolbenteiles des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktors, kann des Weiteren durch eine seitlich verlaufende "Krempe" erzielt werden.

[0007] In vorteilhafter Weise kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides gegenüber bekannten Designs ein verbesserter modularer Aufbau erreicht werden, der es ermöglicht, eine Druckpulsformung sowie die Stärke der zu erzeugenden Stoßwelle im mit einem Fluid befüllten Kanal zu variieren und insbesondere stufenweise zu erhöhen.

[0008] Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird der Umstand ausgenutzt, dass bei konstanter Kraft der Druck in einem Fluid, insbesondere in einer Flüssigkeit, in Relation zur Kolbenfläche linear und zum Durchmesser quadratisch zunimmt. Des Weiteren lässt sich ein Druckpuls verlängern, was sich in vorteilhafter Weise auf die einzuspritzende Menge der Flüssigkeit, beziehungsweise des Fluides auswirkt. Der Druck nimmt auch mit kleinerer Kolbenmasse ebenfalls überproportional zu. Die Aktorkraft nimmt jedoch demgegenüber proportional zur Fläche zu.

[0009] In vorteilhafter Weise kann die Kombination aus einer kleinen Kolbenfläche und einer großen Aktorfläche gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung dazu ausgenutzt werden, die Druckkraft zu erhöhen und mittels des Prinzips der Flächenübersetzung einen Druckpuls zu erzeugen, der eine sehr hohe Amplitude aufweist. Die vorgeschlagene Umsetzung, d.h. das Design des Aktors, erinnert an einen Hut, dessen Geometrie wie obenstehend kurz skizziert, beschaffen ist. Die konkrete Ausgestaltung der Kolbenfläche, d.h. der Wirkfläche, die in den Kanal im Gehäuse der Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides hineinragt, in dem die Flüssigkeit bevorratet wird, ist auf verschiedenste Weise denkbar. Es besteht die Möglichkeit, die Kolbenfläche, d.h. die Stirnseite der zentrischen Erhebung des hutförmig konfigurierten Aktors, plan oder mit einer Rundung zu versehen. Beispielsweise kann die Stirnseite mit einer konkaven Mulde versehen sein, wobei die Stirnseite, sei sie plan, sei sie gewölbt ausgerundet, Teil der zentrischen Erhebung des Aktors ist. Die Mantelfläche der zentrischen Erhebung, welche den eigentlichen Kolben des Aktors darstellt, kann in vorteilhafter Weiser in einer Führung innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung zum Einspritzen des Fluides geführt sein. In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides ist dem mindestens einen Aktor eine scheibenförmig ausgestaltete Magnetspule als Erregerspule zugeordnet. Die Magnetspule kann auf einem Aktorträger aufgebracht sein und eine Durchgangsöffnung umfassen, wobei die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule im in dem Aktor beziehungsweise in dessen Gehäuse eingebauten Zustand sich im Wesentlichen, d.h. parallel zur "Krempe" des hutförmig konfigurierten Aktors erstreckt. Wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides im Gehäuse ein Hohlraum vorgesehen, so kann der im Wesentlichen hutförmig konfigurierte Aktor in diesem Gehäuse beziehungsweise in einer Kanalmündung des die Flüssigkeit aufnehmenden Kanals, der in das Gehäuse mündet, in einer Führung aufgenommen sein. Bei einer Bestromung der unterhalb des im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors angeordneten Magnetspule, verfährt der mindestens eine Aktor im Gehäuse in seiner Führung im Wesentlichen in vertikale Richtung und komprimiert das im Kanal des Gehäuses enthaltene Fluidvolumen, insbesondere eine Flüssigkeit, zum Beispiel Kraftstoff. Diese kann bei entsprechender Ansteuerung eines am Ende des beispielsweise verjüngenden Querschnitt aufweisenden Kanals angeordneten Ventils in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden.

[0010] Es besteht die Möglichkeit, innerhalb eines Gehäuses eine Anzahl der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktoren in Stapelanordnung im Wesentlichen in vertikaler Richtung übereinander anzuordnen. Einem jedem der im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktoren ist bei dieser Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides in Stapelanordnung jeweils eine separat ansteuerbare Magnetspule als Erregerspule zugeordnet. Ein jedes Paar von Aktor und Erregerspule bildet bei der Stapelanordnung jeweils einen Wirbelstromaktor.

Vorteile der Erfindung

[0011] Anhand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein guter Wirkungsgrad der Aktorik erreicht werden. Es lässt sich ein Druckpuls mit einer hohen Amplitude erzeugen, bei Wahl eines geeigneten Flächenverhältnisses von Aktorfläche zu Kolbenfläche. Das Verhältnis ist dabei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend auf Basis der gewünschten Druckpulsamplitude und der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung zu wählen. Für die vorstehend dargestellte Anwendung ist anzustreben, dass das Durchmesserverhältnis von Aktorfläche zur Kolbenfläche größer als 2 gewählt wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erlaubt flexible Möglichkeiten der Ausgestaltung der Kolbenfläche und damit eine Beeinflussung der Druckpulsformung. Die Ausgestaltung der Führung des Aktors im Gehäuse auf einem kleinen Durchmesser minimiert fertigungstechnisch bedingte Reibungs- und Leckageverluste. Die Gefahr einer Verklebung der Aktorik, die beispielsweise durch Polymerisation des Fluides innerhalb der Führung hervorgerufen werden kann, kann verringert werden. Durch die Anordnung der jeweils einen Kolben aufweisenden Aktoren in Stapelanordnung kann der Durchmesser des einzelnen Aktors relativ klein gehalten werden und die notwendige Kraft durch die Anzahl der vorzusehenden Kolben variiert werden. Eine zusätzlich mögliche Änderung der Anzahl der einem Aktor zugeordneten Erregerspulen eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad für den axialen Aufbau und die Ansteuerung. Durch den flexiblen Einsatz von Aktoren und deren Anzahl sowie der Anordnung von Erregerspulen pro Aktor ist eine unterschiedliche Formung des Druckpulses möglich. Die Druckpulsverläufe können trapezförmig sein oder auch sägezahnförmig konfiguriert werden, dies ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass die Führung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors auf dem kleineren der beiden Wirkdurchmesser, d.h. am Kolbendurchmesser erfolgt, was wesentlich kostengünstiger abzudichten ist. Die Erhebung, d.h. der Kolbenteil des erfindungsgemäß vorgeschlagene, im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors, kann mit oder ohne Krempe gestaltet werden, wobei mit einer Krempe eine höhere Festigkeit des Kolbens erzielt werden kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass ein höherer Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung der Hutform vorliegt und auch eine zweiteilige Ausführungsvariante in Betracht gezogen werden kann, bei der die Materialien jeweils hinsichtlich der Festigkeit und hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften in optimaler Weise ausgewählt werden können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.

[0013] Es zeigen:

Figur 1

eine Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides,

Figur 2

eine Detaildarstellung eines Aktors,

Figur 3

eine weitere Ausführungsvariante des im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors,

Figur 4

eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Aktors mit einem eine Einschnürung aufweisenden Bereich im Bereich der zentrischen Erhebung,

Figur 5

eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit in vertikaler Richtung übereinander geschichteten in Stapelanordnung aufgenommenen Aktoren,

Figuren 6.1, 6.2, 6.3

unterschiedliche mögliche Druckpulsverläufe, die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides erzielbar sind.

Ausführungsvarianten

[0014] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, welches eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides zeigt, beispielsweise einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Neben der hier benannten Anwendungsmöglichkeit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides, bestehen darüber hinaus vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten, auf die im Einzelnen hier nicht eingegangen werden kann.

[0015] Figur 1 zeigt eine Einspritzvorrichtung 10, die ein Gehäuse 12 umfasst. Das Gehäuse 12 ist mittels eines Deckels verschraubt und umfasst einen Aktorträger 16, an dessen Oberseite eine im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 14 untergebracht ist. Oberhalb der Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, befindet sich ein im Wesentlichen hutförmig ausgebildeter Aktor 20. Der Aktor 20 weist eine Aktorfläche 22 auf, welche durch eine "Krempe" des hutförmig ausgestalteten Aktors seitlich begrenzt werden kann, sowie eine einen Kolben des Aktors 20 bildende zentrische Erhebung. Die Stirnfläche dieser zentrischen Erhebung des Aktors 20 stellt eine Kolbenfläche 24 dar, die in einen Kanal 28 hineinragt. Der Kanal 28 kann - wie in Figur 1 gezeigt - einen sich in Förderrichtung 30 der Flüssigkeit, beziehungsweise des Fluides, stetig verjüngenden Querschnitt aufweisen, angedeutet durch Bezugszeichen 32 in Figur 1. Am Ende des Kanales 28, der mit einem Fluid, beziehungsweise mit der Flüssigkeit 26 befüllt ist, befindet sich ein Ventil 34, über welches die Flüssigkeit in Förderrichtung 30 gesehen aus dem Kanal 28 austritt und beispielsweise in einen hier nicht näher dargestellten Brennraum einer Verbrennungsmaschine eingespritzt werden kann.

[0016] Figur 1 ist zu entnehmen, dass der im Wesentlichen hutförmig beschaffene Aktor 20 in einer Führung 36 des Gehäuses 12 geführt ist. Die Führung 36 ist durch die Begrenzung des Kanales 28 im Gehäuse 12 gegeben. Der im Wesentlichen hutförmig beschaffene Aktor 20 ragt mit seiner zentrischen Erhebung in den das Fluid beziehungsweise die Flüssigkeit 26 aufnehmenden Kanal 28 hinein und ist mit seinem Durchmesser 40 (vgl. Daten gemäß Figur 2) im Kanal 28 geführt. Aufgrund der Tatsache, dass der im Wesentlichen hutförmig beschaffene Aktor 20 in einer Führung 36 mit relativ kleinem Durchmesser geführt ist, ergibt sich auch eine günstige Beeinflussung der Reibung sowie relativ niedrige Leckageverluste, die fertigungsbedingt unvermeidbar sind.

[0017] Aus der Darstellung gemäß Figur 1 lässt sich des Weiteren entnehmen, dass der hier dargestellte Aktor 20 in einen Hohlraum 18 des Gehäuses 12 eingelassen ist. Bei entsprechender Bestromung der sich im Wesentlichen parallel zur Planfläche, d.h. zur Krempe des Aktors 20 erstreckenden Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, verfährt der Aktor 20 im Hohlraum 18 im Wesentlichen in vertikale Richtung, sodass die als Kolbenfläche 24 wirkende Stirnseite des Aktors 20 in den Kanal 28 des Gehäuses 12 einfährt und das dort enthaltene Flüssigkeitsvolumen dementsprechend komprimiert.

[0018] Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen im Wesentlichen hutförmig gestalteten Aktors zu entnehmen.

[0019] Wie aus der Darstellung gemäß Figur 2 hervorgeht, umfasst der im Wesentlichen hutförmig gestaltete Aktor 20 einen als Kolben dienenden Bereich, dessen Stirnseite die Kolbenfläche 24 bildet. Diese Kolbenfläche 24 ist in einem Durchmesser 40 d_Kolben beschaffen. Demgegenüber ist der im Wesentlichen hutförmig beschaffene Aktor 20 mit einer Planfläche 46 versehen, die einen Durchmesser 42 d_Aktor aufweist. Bevorzugt übersteigt der Durchmesser 42 d_Aktor den Durchmesser 40 der Kolbenfläche 24 der zentrischen Erhebung des Aktors 20 um mindestens das Zweifache.

[0020] Figur 2 lässt sich darüber hinaus entnehmen, dass die zentrische Erhebung im im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktor 20 in einer Höhe 44 ausgestaltet ist. Die Auslegung der Höhe 44 legt einerseits den Abstand der Kolbenfläche 24 von der Planfläche 46 fest und andererseits die Führungslänge, in welcher die zentrische Erhebung des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors 20 in der Führung 36 im Gehäuse 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einspritzvorrichtung 10 geführt ist. Wie bereits erwähnt, ist die Führung des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors in seinem Durchmesser 40 d_Kolben vorteilhaft hinsichtlich einer geringen Reibung und geringer sich fertigungsbedingt einstellender Leckageverluste.

[0021] Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass sich im Wesentlichen parallel zur Planfläche 46 des Aktors erstreckend die scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 24 erstreckt. Beide Komponenten erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander, einen Spalt zwischen diesen ausbildend. Figur 2 umfasst des Weiteren die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, und eine Öffnung 38, die im Wesentlichen unterhalb der zentrischen Erhebung des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors 20 liegt.

[0022] Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, im Wesentlichen hutförmig konfigurierten Aktors.

[0023] In Abwandlung der Darstellung gemäß Figur 2 ist bei der Ausführungsvariante des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors gemäß der Darstellung in Figur 3 die Planseite der zentrischen Erhebung im hutförmig ausgebildeten Aktor 20 nicht plan, sondern gerundet ausgebildet. Figur 3 zeigt, dass sich an der Stirnseite der zentrischen Erhebung im im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktor 20 eine hier konkav verlaufende Mulde 52 bildet. Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle einer konkaven Mulde 52 die Planseite der zentrischen Erhebung des im Wesentlichen hutförmig ausgestalteten Aktors mit einer konvexen Krümmung zu versehen. Ebenso ist eine Ausgestaltung der Planseite der zentrischen Erhebung, die als Kolben dient, mit einer konkav oder konvex gekrümmten Teilfläche denkbar.

[0024] Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors für eine Einspritzvorrichtung zu entnehmen.

[0025] Figur 4 zeigt, dass gemäß dieser Ausführungsvariante der Durchmesser 40, d_Kolben identisch mit dem gemäß der Figuren 2 und 3 ist. Im Unterschied zu diesem weist jedoch die zentrische Erhebung eine Einschnürung 54 auf. Diese wirkt ebenfalls als Führung 36. In dieser Ausführungsvariante können entweder die zentrische Erhebung des Aktors 20, d.h. der Kolbenteil oder auch der Kanal 28 bzw. das Gehäuse 12 zwei- oder mehrteilig ausgeführt werden, was die Montage erheblich vereinfacht.

[0026] Bei sämtlichen Ausführungsvarianten des im Wesentlichen hutförmig gestalteten Aktors 20 gemäß der Figuren 2, 3 und 4 ist der Durchmesser 42 der Planfläche 46 erheblich größer bemessen als der Durchmesser 40 d_Kolben, der die Wirkfläche des Aktors darstellt. Durch diese Kombination einer kleinen Kolbenfläche, d.h. eines relativ geringen Durchmessers 40 d_Kolben und einer großen Aktorfläche, d.h. einem großen Durchmesser 42 d_Aktor für die Planfläche 46, kann eine hohe Kraft erzeugt werden und aufgrund der gewählten Flächenübersetzung ein Druckpuls mit hoher Amplitude in das Fluid 26 beziehungsweise die Flüssigkeit 26 im Gehäuse 12 aufnehmenden Kanales 28 erzeugt werden.

[0027] Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit einer Stapelanordnung von Aktoren.

[0028] Der Schnittdarstellung gemäß Figur 5 ist zu entnehmen, dass im Gehäuse 12 der Einspritzvorrichtung 10 eine Anzahl von im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktoren 20 in Stapelanordnung 56 übereinander liegend aufgenommen sind. Jedem der einzelnen Aktoren ist eine separate Magnetspule 14 zugeordnet. Jeweils ein Paar aus Aktor 20 und Magnetspule 14 bildet einen Wirbelstromaktor. Werden die einzelnen im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktoren gemäß der Stapelanordnung 56 im Gehäuse 12 aufgenommen, kann bei gleichen Flächenverhältnissen die erzeugte Kraft erhöht werden. Jeder Kolben, d.h. jede zentrische Erhebung im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktor 20 ist einer Magnetspule 14 zugeordnet, sodass in der Stapelanordnung 56 gemäß der Darstellung in Figur 5 vier Wirbelstromaktoren zusammengekoppelt sind.

[0029] Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einspritzvorrichtung 10 kann ein guter Wirkungsgrad der Aktorik erreicht werden, was sich insbesondere in der Erzeugung eines Druckpulses hoher Amplitude niederschlägt. Zur Erzeugung des guten Wirkungsgrades ist die Wahl eines geeigneten Flächenverhältnisses von Aktorfläche zur Kolbenfläche, d.h. eine geeignetes Verhältnis der Durchmesser 40 zu 42 entscheidend. Das Verhältnis ist dabei erfindungsgemäß auf Basis der gewünschten Druckpulsamplitude und der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung zu wählen. Für die dargestellte Anwendung sollte das Durchmesserverhältnis von Aktorfläche zu Kolbenfläche größer als 2 gewählt werden.

[0030] Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einspritzvorrichtung 10 ermöglicht eine flexible Ausgestaltung der Kolbenfläche 24 und damit eine Möglichkeit der Beeinflussung der sich einstellenden Druckpulsformung, die sich im Kanal 28, in dem das zu komprimierende Fluid beziehungsweise die zu komprimierende Flüssigkeit 26 bevorratet ist. Die Ausgestaltung der Führung 36 auf dem kleinen Durchmesser, d.h. auf dem Durchmesser 40 d_Kolben, minimiert sich einstellende Reibungs- und unvermeidliche Leckageverluste. Desweiteren ist die Gefahr des Verklebens der Aktorik, was beispielsweise durch eine Polymerisation des Fluides 26 beziehungsweise der Flüssigkeit 26 hervorgerufen werden kann, innerhalb der Führung 36 signifikant verringert. Durch eine Stapelanordnung der im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktoren wie in Figur 5, vergleiche Position 56, gezeigt, kann der Durchmesser des Aktors 20 relativ klein gehalten werden und die notwendige Kraft durch die Anzahl der einzelnen in Stapelanordnung 56 unterzubringenden Aktoren 20 realisiert werden. Eine zusätzliche Änderung der Anzahl der Magnetspulen 14 pro Aktor ergibt einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Stapelanordnung 56 und hinsichtlich der möglichen Ansteuerungsvarianten. Durch den flexiblen Einsatz hinsichtlich der Anzahl der Aktoren 20 sowie des Vorsehens von Magnetspulen 14 pro Aktor ist eine unterschiedliche Formung eines Druckpulses möglich.

[0031] Figur 6.1, 6.2 und 6.3 zeigen in schematischer Weise unterschiedliche Druckpulsverläufe, die sich mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides erreichen lassen. So zeigt beispielsweise Figur 6.1 eine sägezahnförmiges Druckpulsprofil, wobei gemäß eines ersten Druckverlaufes 62 die einzelnen Druckpulse jeweils ein ausgeprägtes absolutes Maximum 64 sowie ein ausgeprägtes Minimum 66 umfassen. Bei dem Druckpulsverlauf gemäß Figur 6.2, vergleiche Position 68, ist eine im Wesentlichen trapezförmig verlaufende Kontur 70 dargestellt. Diese Trapezkontur 70 weist im Wesentlichen alternierend abwechselnde lokale Maxima 72 sowie zwischen diesen angeordnete lokale Minima 74 auf.

[0032] Schließlich ist im Druckverlauf gemäß Figur 6.3 ein dritter Druckverlauf 76 dargestellt, der durch eine Anstiegsflanke 78 und eine kontinuierlich allmählich abfallende Abfallflanke 80 gekennzeichnet ist. Auf der Anstiegsflanke 78 lassen sich einzelne Plateaus unterscheiden, von denen jeweils ausgehend ein erneuter Druckaufbau erfolgt.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid (26) mittels eines Ventils (34) mit einem Kanal (28), der sich durch ein Gehäuse (12) erstreckt und mit dem Fluid (26) befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor (20) zur Förderung des Fluids (26) eine im Wesentlichen hutförmige Gestalt (44, 46) hat, wobei

- der Aktor (20) eine Planfläche (46) aufweist, in deren Zentrum eine als Kolbenfläche (24) dienende Erhebung ausgebildet ist

- der Aktor (20) mit seiner zentrischen Erhebung in den Kanal (28) hinein ragt und mit seinem Durchmesser (40) im Kanal (28) geführt ist

- am Ende des Kanals (28) sich das Ventil (34) befindet, über welches die Flüssigkeit aus dem Kanal (28) austritt, und wobei

- die Erhebung einem umgekehrten Topf entspricht, die von der Planfläche umschlossen ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, durch gekennzeichnet, dass die Planfläche (46) und die als Kolbenfläche dienende Erhebung (24) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.

3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (42) d_Aktor einen Durchmesser (40) d_Kolben des Kolbens übersteigt, insbesondere zumindest um den Faktor 2 übersteigt.

4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20) im Gehäuse (12) oberhalb einer Magnetspule (14) angeordnet ist, die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planfläche (46) des Aktors (20) sich parallel zur scheibenförmigen Magnetspule erstreckt.

6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung eine Kolbenfläche (24) aufweist, die eine geometrische Ausgestaltung aus konkaven und konvexen Flächen aufweist, insbesondere eine konkave Vertiefung (52) umfasst.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20), insbesondere dessen zentrische Erhebung in einer Führung (36) des Gehäuses (12) geführt ist.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planfläche (46) des Aktors (20) zur Erhöhung der Festigkeit eine umlaufende Krempe aufweist.

9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine Anzahl von Aktoren (20) in Stapelanordnung (56) übereinander liegend umfasst, wobei einem jeden der Aktoren (20) eine Magnetspule (14) zugeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische Erhebung des Aktors (20) eine Einschnürung (54) aufweist, in der der Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser (40) d_Kolben.

11. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (14) von einem Aktorträger (16) abgestützt ist und der Aktor (20) bei Bestromung der Magnetspule (14) vertikal innerhalb eines Hohlraumes (18) im Gehäuse (12) verfährt.

Claims

1. Device for injecting fluid (26) by way of a valve (34), having a duct (28) which extends through a housing (12) and which is filled with the fluid (26), characterized in that an actuator (20) for the delivery of the fluid (26) has a substantially hat-shaped form (44, 46), wherein

- the actuator (20) has a planar surface (46), in the centre of which there is formed an elevation which serves as a piston surface (24),

- the actuator (20) projects by way of its central elevation into the duct (28) and is guided by way of its diameter (40) in the duct (28),

- the valve (34) via which the liquid emerges from the duct (28) is situated at the end of the duct (28), and wherein

- the elevation corresponds to an upturned pot which is surrounded by the planar surface.

2. Device according to Claim 1, characterized in that the planar surface (46) and the elevation (24), which serves as piston surface, are manufactured from different materials.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a diameter (42) d_actuator is greater, in particular by at least a factor of 2, than a diameter (40) d_piston of the piston.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (20) is arranged in the housing (12) above a magnet coil (14) which is of substantially disc-shaped form.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the planar surface (46) of the actuator (20) extends parallel to the disc-shaped magnet coil.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the elevation has a piston surface (24) which has a geometric design composed of concave and convex surfaces, and which in particular comprises a concave depression (52).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (20), in particular the central elevation thereof, is guided in a guide (36) of the housing (12).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the planar surface (46) of the actuator (20) has an encircling rim for the purposes of increasing strength.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (12) comprises a number of actuators (20) in a stacked arrangement (56) one above the other, wherein each of the actuators (20) is assigned a magnet coil (14).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the central elevation of the actuator (20) has a constriction (54) in which the diameter is smaller than the diameter (40) d_piston.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnet coil (14) is supported by an actuator carrier (16), and the actuator (20) travels vertically within a cavity (18) in the housing (12) when the magnet coil (14) is energized.

Revendications

1. Dispositif pour l'injection de fluide (26) au moyen d'une soupape (34), comprenant un canal (28) qui s'étend à travers un boîtier (12) et qui est rempli de fluide (26), caractérisé en ce qu'un actionneur (20) pour refouler du fluide (26) présente une configuration essentiellement en forme de chapeau (44, 46),

- l'actionneur (20) présentant une surface plane (46) au centre de laquelle est réalisé un rehaussement servant de surface de piston (24),

- l'actionneur (20) pénétrant avec son rehaussement central dans le canal (28) et étant guidé avec son diamètre (40) dans le canal (28),

- la soupape (34) par le biais de laquelle le liquide sort hors du canal (28) se trouvant à l'extrémité du canal (28), et

- le rehaussement correspondant à un pot inversé qui est entouré par la surface plane.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface plane (46) et le rehaussement (24) servant de surface de piston sont fabriqués en matériaux différents.

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un diamètre (42) d_Aktor dépasse un diamètre (40) d_Kolben du piston, en particulier le dépasse d'au moins un facteur 2.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (20) est disposé dans le boîtier (12) au-dessus d'une bobine magnétique (14) qui est réalisée essentiellement en forme de disque.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface plane (46) de l'actionneur (20) s'étend parallèlement à la bobine magnétique en forme de disque.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rehaussement présente une surface de piston (24) dont la configuration géométrique est constituée de surfaces concaves et convexes, en particulier comprend un renfoncement concave (52).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (20), en particulier son rehaussement central, est guidé dans un guide (36) du boîtier (12).

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface plane (46) de l'actionneur (20), pour augmenter la résistance, présente un bord périphérique.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (12) comprend une pluralité d'actionneurs (20) couchés et empilés (56) les uns au-dessus des autres, une bobine magnétique (14) étant associée à chacun des actionneurs (20).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rehaussement central de l'actionneur (20) présente un rétrécissement (54) dans lequel le diamètre est inférieur au diamètre (40) d_Kolben.

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine magnétique (14) est supportée par un support d'actionneur (16) et l'actionneur (20), lorsque la bobine magnétique (14) est alimentée en courant, se déplace verticalement à l'intérieur d'une cavité (18) dans le boîtier (12).

Zeichnung