EP1802868A1 - Fluid-druckerzeuger - Google Patents

Fluid-druckerzeuger

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Publication number
EP1802868A1
EP1802868A1 EP05787194A EP05787194A EP1802868A1 EP 1802868 A1 EP1802868 A1 EP 1802868A1 EP 05787194 A EP05787194 A EP 05787194A EP 05787194 A EP05787194 A EP 05787194A EP 1802868 A1 EP1802868 A1 EP 1802868A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
chamber
fluid pressure
pressure generator
armature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05787194A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas GRÜNDL
Bernhard Hoffmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compact Dynamics GmbH
Original Assignee
Compact Dynamics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compact Dynamics GmbH filed Critical Compact Dynamics GmbH
Publication of EP1802868A1 publication Critical patent/EP1802868A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the solenoid motor being separated from the fluid flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/046—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids the fluid flowing through the moving part of the motor

Definitions

  • the invention generally relates to a fluid pressure generator, for example for the direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a fluid pressure generator for example for the direct injection of fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the invention can also be used in other fields of application in which pressure production in fluids to a high pressure level in a small installation space is required or desirable at high speed.
  • the mean diameter of the fuel droplets is only about 15 thousandths of a millimeter.
  • the high-pressure pump is a central, for the function of the storage injection system critical element.
  • three-piston pumps with a central eccentric or two-disk radial piston pumps are usually used.
  • Such high-pressure pumps are expensive.
  • the lines and the seals between the Hoch ⁇ pressure pump and the individual injectors are to be interpreted for this high pressure. ⁇ except where it is necessary to provide a fuel return line from each injector to the high pressure pump and the fuel reservoir to a fuel cooling.
  • these systems are also at risk because of the high pressure.
  • a pump-nozzle injection element In the cylinder head of each cylinder, a pump-nozzle injection element is mounted and the pump pistons are driven by the camshaft of the engine via rocker arms.
  • the fuel supply and return takes place via integrated channels in the cylinder head.
  • the camshaft causes a fixed stroke for each piston via the rocker arm and a plunger return spring.
  • an electrical pulse energizes the shut-off valve to close it.
  • the plunger now moves downwards, causing a rapid pressure increase in the pressure channels.
  • the nozzle opens and injection begins.
  • the shut-off valve is de-energized, it opens. As a result, the pressure collapses, the nozzle closes and the injection is finished.
  • This system is mechanically very complicated because of the separate rocker arm on each cylinder head.
  • the pressure curve or the opening pressure of the nozzle is difficult to control.
  • US Pat. No. 6,032,341 B1 discloses a fuel injector in which two electromagnetic coils are arranged along a fuel line. Two spindles are resiliently supported by two springs and can be moved back and forth by the electromagnetic coils. The two spindles open or close the inlet or the outlet of the fuel. The interaction of the two electromagnetic coils with the two spindles is controlled such that fuel flows into the arrangement at a specific, constant pressure and can flow out in a controlled manner. In principle, this arrangement works like a lock. An increase in pressure or a conveying effect is not caused by the arrangement of this document. In addition, no check valve is provided in this arrangement. Finally, here the stator is not arranged inside the antechamber.
  • a fuel injection system which is designed as a combination of pump and fuel injector.
  • a pump plunger is slidably disposed, which is to be actuated by means of an electromagnetic device in the sense of a displacement of the fuel from the cylinder.
  • the cylinder has a fuel inlet through which fuel can flow into the cylinder during the return movement of the pump stem.
  • the electromagnet when the electromagnet is energized, the armature moves in the direction of the fuel outlet, thereby giving the pump plunger an axial movement. This movement of the pump plunger pressurizes the fuel contained in the cylinder.
  • a valve disk lifts off From a seat and fuel flows into the combustion chamber of the engine.
  • a spring returns the plunger and armature of the solenoid to its initial position, and fuel flows into the cylinder via a check valve.
  • the valve disc returns to its seat when the pressure in the cylinder is reduced.
  • an injection pump valve for supplying fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine which has a hollow cylindrical stepped housing, at its end projecting into the combustion chamber, a nozzle head is arranged.
  • the nozzle head has a central longitudinal bore in which a valve slide is arranged, which together with a seat located in the bore forms an outlet valve.
  • the housing also houses an electromagnetic unit that acts on a piston used to move fuel. The fuel is blown up in the cylinder by the piston pressure and this pressure acts on the head of a valve slide, so that the head lifts off its seat when the pressure in the fuel is sufficiently high.
  • a fuel injection pump in which a Soleonidspu- lenan Aunt is arranged in a plurality of concentric grooves and acts on a plate-shaped anchor.
  • the armature is ver ⁇ connected via a valve coil with a valve member, which forms a shut-off valve together with a valve seat.
  • US Pat. No. 1,534,829 discloses an electrically actuated injection valve in which a fuel pump is formed by two cylindrical magnet coils, each of which encloses an iron core. The two iron cores interact with an anchor, which is attached to a vaulted membrane plate.
  • the membrane plate defines a cavity with an inlet and an outlet, in each of which a check valve is arranged, so that upon movement of the membrane plate by the magnetic coils, a pumping action is produced; when energizing the magnetic coils, the cavity is reduced when the membrane is attracted by the magnetic coils, and the cavity increases when the membrane returns to its initial position with de-energized solenoid coils.
  • an electromagnetic actuator with a magnetic return body of magnetically conductive material is known.
  • This device has a ring-shaped induction coil arranged in the interior of the magnetic return body and consisting of two similar windings, which can be excited with a direct-current control current, with opposite winding sense and with a concentric inside the inductor
  • Induction coil arranged armature which consists of a permanent magnet. At its axial ends are pole pieces, wherein the induction coil is longer than the An ⁇ ker and the induction coil fixed in the housing and the armature is movably disposed.
  • On one side of the armature is a magnet with constant magnetization and on the other hand a return element made of magnetically conductive material so attached that the repulsive force between the magnet and the armature and the attractive force between the return element and the armature to a total force add up, which is as constant as possible over the stroke of the anchor.
  • the invention is based on the problem at least partially overcome the disadvantages of the above known systems, as well as to provide a compact and herebygüns ⁇ term arrangement of a fluid pressure generator, which is capable of high pressure levels in a high speed in a fluid to produce small space.
  • the invention solves this problem by a fluid pressure generator to produce in a small space in fluids a high pressure level at high speed, with ei ⁇ NEM inlet, which is adapted to receive fluid from a supply line, and with a Chamber, a fluid outlet, which is connected to the chamber, and which is adapted to allow fluid to flow out of the fluid pressure generator, ei ⁇ nem in the chamber projecting displaceable piston, which is intended to the volume of Chamber to change, and a solenoid assembly through which the piston is to operate in terms of volume reduction.
  • the electromagnet assembly has a stator and an armature, wherein the stator is designed as a multipole stator with one or more stator poles, and has exciter coils assigned to the respective stator poles.
  • Multipole stands in the sense of the present invention are understood to mean an arrangement of two or more cross-sectionally cylindrical (for example round or oval) or polygonal (for example triangular, quadrangular or hexagonal) pole webs which are disposed on a surface, e.g. a level are arranged and are surrounded by one or more coil arrangements.
  • each pole web can be assigned its own coil arrangement, or a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs. This allows the generation of a high magnetic force density which manifests itself in a magnetic field which builds up and dissipates very rapidly and in a high hydraulic pressure in the fluid.
  • the pressure generated is independent of a possibly existing backpressure, since the fluid pressure generator according to the invention urges the fluid to increase the pressure.
  • the armature can also be designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles. The anchor poles can through
  • weakening or thickening of the anchor plate may be formed, which otherwise essentially follows the contour of the end face of the entirety of all pole webs.
  • the electromagnet arrangement has a working air gap which is preferably oriented essentially transversely to the direction of movement of the armature. Depending on the spatial conditions, however, it is also possible to orient the working air gap differently.
  • the fluid pressure generator Due to the inventive design of the fluid pressure generator, it is possible without the long high pressure lines of the common rail system, since the high pressure is generated locally, ie in the immediate vicinity of the fuel injector. This significantly reduces the demands on the fuel supply lines. In addition, it is not necessary to permanently maintain the high pressure. Rather, it is sufficient to raise the pressure in time shortly before the (first) injection process of the entire injection cycle of the internal combustion engine. It is of course possible and within the scope of the present invention to settle the fluid pressure generator according to the invention by a line from the actual valve. Likewise, there is not the limitation of Pump-nozzle systems in which the expenditure on equipment of Kipphebelan angelen with appropriate installation and adjustment is required.
  • the invention further makes it possible to keep the generated high pressure in the fluid practically constant during a predetermined period of time, for example an injection cycle. In the case of fuel injection valves, this ensures optimally fine and rapid atomization of the fuel in the cylinder of the internal combustion engine.
  • a predetermined period of time for example an injection cycle
  • Neither the conventional pump-nozzle system nor the common-rail system offer this option.
  • Another advantage of the arrangement according to the invention is that - unlike the pump-nozzle system - the generation of the pressure in the fluid takes place independently of the actuation of the injector.
  • two actuators to be controlled independently of one another are provided in the form of the electrically actuatable actuating device for an injection valve arrangement on the one hand and the electromagnet arrangement for actuating the piston in the sense of a volume reduction of the chamber on the other hand.
  • the injection valve arrangement can also be an injection valve which automatically opens at a certain overpressure and which has no metering function. Rather, such an injection valve opens and closes with a frequency determined by a spring and other mechanical components. Alternatively, it may be at the
  • Injection valve arrangement but also act to an electromagnetic injection valve, which is formed essentially of a valve housing with power coil and electrical connections ge, wherein in the valve housing, a valve seat with spray orifice plate is arranged, in which a valve needle driven by a magnet armature on or disengages ,
  • the invention makes use of the principle of providing a local, compact pressure arrangement for a small fluid volume (for example the fuel quantity of an injection process) between the fluid inlet and the actual fuel injector, ie the injection valve arrangement which is to be subjected to a high pressure for a short period of time (for example, the duration of an injection event).
  • the Druckgeberan- order is provided with a chamber into which a piston is immersed, and with the Elektro ⁇ magnet arrangement for actuating the piston.
  • a check valve is provided, through which leakage of fluid in the chamber in the direction of the fluid inlet is prevented.
  • the check valve may be arranged in a flow channel from the fluid inlet to the chamber, or in the displaceable piston.
  • the return check valve is arranged in a fluid passage located in the piston.
  • the electromagnet assembly has a stator and an armature, wherein the armature is fixedly or getrieb connected to the displaceable piston.
  • the piston may also be an integral part of the armature.
  • the stand and / or the armature are arranged in the interior of a chamber.
  • This has the advantage that no pressure-resistant lines and seals are to be provided between the low-pressure region (approximately up to 20 bar fluid pressure) and the high-pressure region (approximately 100 bar-3000 bar fluid pressure). Rather, it is in In this case, an encapsulated embodiment possible in which all components are taken auf ⁇ .
  • the pressure transmitter and the electromagnet arrangement for actuating the piston can be spatially separated to the extent that the piston or an actuator of the piston can be located between the two components of an electromagnet arrangement on the one hand and a chamber with fluid inlet and outlet. Outlets is provided.
  • the stator and / or the armature have at least one fluid channel for fluid in the direction of the valve arrangement.
  • a discharge of fluid for example, after an injection cycle
  • new fluid is sucked into the chamber for pressure build-up for a subsequent Aus ⁇ impact process, or so that the displaceable piston moves back to its initial position Aus ⁇
  • one magnet arrangement is provided, which pulls the armature into its rest position and thereby moves the piston out of the chamber in the sense of increasing the volume of the chamber.
  • the chamber for the pressure build-up, the piston and the electromagnet arrangement can be designed together with the valve arrangement as a jointly manageable assembly.
  • the actuating device of the injector acts on a movable valve member of the valve arrangement in relation to a stationary valve seat, which cooperates with the valve member and is arranged downstream of the fluid inlet, between an open position and a closed position to move.
  • a cascading of a plurality of actuating devices acting on the valve arrangement, and / or a plurality of electromagnet arrangements acting on the piston can take place.
  • the actuators can act together on the valve assembly - either in the same direction or in opposite directions. The same applies to the force acting on the piston solenoid assemblies.
  • an actuator for the Ventileinrich ⁇ device is provided in an embodiment of the invention, which acts on a movable valve member to this against a cooperating with the valve member and downstream arranged to the fluid inlet stationary valve seat between an open position and a Move closed position.
  • the actuator of the valve device acts on a movable valve member to move it relative to a stationary with the valve member stationary valve seat between an open position and a closed position. This is a controlled discharge of fluid
  • the fluid pressure transmitter according to the invention can be designed, set up and dimensioned as a fuel injection valve arrangement in order to protrude into the combustion chamber of a foreign-fired internal combustion engine or into the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a schematic representation in longitudinal section through a fluid pressure transmitter according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1a shows a schematic representation in cross section through a fluid pressure transducer along the line Ia - Ia of Fig. 1.
  • Fig. 2 shows a schematic representation in longitudinal section through a fluid pressure transducer according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the function of the fluid pressure transducer according to the invention as a graph.
  • FIG. 4 shows a schematic representation in longitudinal section through a fluid pressure transducer according to another embodiment of the invention.
  • 5 shows a schematic representation in longitudinal section through an injection valve assembly according to a further embodiment of the invention.
  • 6, 6a and 6b show further schematic representations in longitudinal section through additional embodiments of fluid pressure transmitters according to the invention.
  • 7 and 8 show schematic illustrations in longitudinal section of injection valve arrangements which are suitable for use in the context of the invention.
  • DETAILED DESCRIPTION OF THE PRESENTLY PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a fluid pressure transmitter with a housing 10, which is essentially rotationally symmetrical with respect to a central longitudinal axis M, in a schematic longitudinal section in a half-open position.
  • Such a fluid pressure transducer can serve to pressurize fluid in the form of fuel in order to inject it directly into the combustion chamber of an internal combustion engine which is not further illustrated.
  • the fluid pressure transducer has (in FIG. 1 at the top) a central fluid inlet 12 through which fluid from a fluid distribution line can flow into the fluid pressure transducer.
  • a central fluid inlet 12 laterally in the upper region of the fuel injection valve in FIG. 1.
  • the central fluid passage 14 has a circular cross section and is widened toward the chamber 16.
  • a circular cylindrical piston 18 is displaceably and fluid-tightly guided, which protrudes into the chamber 16.
  • a fluid passage 20 is centrally arranged, which - viewed in the direction of flow of the fluid - conically widened around a valve seat 22 for a projected as a ball taltetes valve member 24 to form, which is urged by a coil spring 26 against the valve seat 22.
  • a check valve 22, 24, 26 is formed, through which leakage of fluid in the chamber 16 is prevented in the direction of the fluid inlet 12.
  • the piston 18 is actuated by a solenoid assembly in terms of volume reduction.
  • the electromagnet arrangement 28, 30, 32 has a stator 28, which is formed in the interior of the chamber 16 and made of soft iron (plates), with a substantially circular-cylindrical shape and a substantially circular-cylindrical disc-shaped armature likewise arranged in the interior of the chamber 16 30.
  • the armature 30 is rigidly connected at its one (in Fig. 1 upper) end face 30 a with the displaceable piston 18.
  • the stand 28 is designed as a multipole stand with elongate stator poles 28a, 28b, 28c arranged next to each other at a distance (see also FIG. 1a).
  • Several exciter coils 32a, 32b, 32c are associated with the respective stator poles 28a, 28b, 28c surrounding them.
  • the armature 30 may be formed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles.
  • the armature 30 and with it the piston 18 along the central longitudinal axis M can move.
  • a transverse to the direction of movement of the armature 30 oriented Hä ⁇ air gap 34 is formed between the stator 28 and the armature 30 a transverse to the direction of movement of the armature 30 oriented Hä ⁇ air gap 34 is formed.
  • the multipole stand 28 has an array of a plurality of cross-sectional or plan view cylindrical, polygonal pole lands 28a, 28b, 28c disposed on a surface.
  • orthogonal pole webs nen nen nen in plan view also be shaped substantially square or trapezoidal. They are surrounded by one or more coil arrangements.
  • each pole web is assigned its own coil arrangement which surrounds it. However, it is also possible that a coil arrangement is wound around a plurality of pole webs.
  • the stator 28 and the armature 30 each have one or more fluid channels 36, 38, so that fluid located in the chamber 16 can reach the injection valve arrangement 40.
  • a magnet arrangement 42 formed from permanent magnets is provided on the inner wall of the valve housing 10, which armature 30 - when the energizing coils 32a, 32b are not energized. 32c-in its rest position-pulls upward in FIG. 1, thereby moving the piston 18 out of the chamber 16 in the sense of increasing the volume of the chamber 16.
  • the chamber 16 is separated from the actual injection valve assembly 40 by a partition wall 42. Nevertheless, the chamber 16 with the piston 18 and the electromagnet arrangement 28, 30, 32 moving on the one hand and the adjoining injection valve arrangement 40 are designed as a jointly manageable assembly.
  • the injection valve assembly 40 has an actuating device 44, described in detail below, which acts on a movable valve member 46 of the injection valve assembly 40.
  • the valve member 46 is opposite to a stationary valve seat which interacts with the valve member 46 and is arranged downstream of the fluid inlet 12 48 moves between an open position and a closed position (up and down in FIG. 1).
  • the actuating device 44 is formed by a solenoid coil arrangement 44a, a soft-magnetic magnet yoke arrangement 44b cooperating therewith, and a soft-magnetic magnet armature arrangement 44c cooperating therewith.
  • the soft-magnetic magnet yoke arrangement 44b is formed from two circular cylindrical halves 44b 1 and 44b "with juxtaposed, elongate recesses for corresponding exciter coils of the electromagnetic coil arrangement 44a respective end faces 72a, 72b of the shell halves 44b 1 and 44b "complete.
  • the end faces 46a, 46b of the magnet yoke halves 44b 'and 44b "delimit a cavity 50 in which the magnet armature arrangement 24c is movably received along the central axis M.
  • the magnet yoke arrangement can here be formed from one-piece soft iron from which the pole webs Recesses in the form of slots, grooves extending in longitudinal direction, or oblong holes may be incorporated in such a one-piece plastic molding, but it is also possible to produce the magnetic yoke arrangement as a molded part made of sintered iron powder
  • the magnetic armature assembly 44c is a circular soft iron-containing disc having a shape described in more detail below
  • the solenoid coil assembly 44a and the magnet armature assembly 44c overlap in a radial direction with respect to each other to the center axis M. As shown in FIG. 1, the Electromagnet coil assembly 44a has a smaller outer diameter than the armature disc 44c, so that the magnetic flux caused by the solenoid coil assembly 44a
  • the armature disk 44c can also be a closed disk made of soft iron, provided that the design of the magnet yoke or magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are low enough for the respective magnet yoke Are intended purpose.
  • the armature is designed as a multipole anchor whose anchor poles are aligned with the respective stator poles out.
  • the anchor poles are formed by weakenings 30c or thickenings of the anchor plate, which otherwise essentially follows the contour of the end face of the entirety of all the pole webs.
  • the armature disk 44c is rigidly connected to a valve member actuating rod 52 and, in a working space 56 delimited by the shell halves 44b 'and 44b "of the magnet yoke assembly 44b, along the central axis M
  • a valve arrangement consisting of the valve member 46 and the valve seat 48 is arranged at the end of the nozzle stock 60 in order to discharge the fuel in a controlled manner. 1 lower) end of the nozzle block 60 and flared in the flow direction, and a correspondingly shaped and with the Valve seat cooperating valve member formed.
  • the armature disk 44c is loaded with the actuating rod 22 by a coaxially arranged to the central axis M coil spring 62, so that the end of the actuating rod 22 located valve member 46 is seated in the valve seat 48 fluid-tight, that is urged into its closed position.
  • fluid coming from the fluid inlet 12 and pressurized in the chamber 16 by the piston 18 is ejected from the injection valve assembly 40 in a controlled manner through the valve member 46 and the valve seat 48, respectively, into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • This can be either the combustion chamber of a spark-ignition internal combustion engine or the combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine.
  • FIG. 2 illustrates a further embodiment in which, to increase the maximum pressure which is generated in the chamber 16, two electromagnetic arrangements 28, 30, 32 or 128, 130 acting on the piston 18, 132 are provided.
  • the two anchors 30, 130 are rigidly connected to each other by a tube 140.
  • the respectively belonging uprights 28, 128 act in the same direction on the armatures and pull in the event of energization of the respective excitation coils 32, 132 the anchor and with them the piston 18 into the interior of the chamber 16 (in Fig. 2 down) ,
  • the force for generating the pressure, and thus the pressure itself in the fluid can be increased.
  • more than two acting on the piston 18 solenoid assemblies can be provided.
  • two or more actuators 44 which act on the valve member 46 of the injection valve assembly 40, can also be provided.
  • electromagnet arrangements acting on the piston 18 and actuating devices 44 acting on the valve member 46 can be cascaded, in particular for the realization of particularly slim designs.
  • FIG. 2 parts with a comparable or identical shape and / or function as in FIG. 1 are provided with identical reference numerals and are not described separately once again.
  • Fig. 3 the function of the pressure-boosting fuel injection valve according to the invention is graphically illustrated.
  • the crankshaft angle of the internal combustion engine is plotted on the abscissa of the four graphs.
  • the ordinate of the first (uppermost) graph shows the force generated by the electromagnet arrangement 28, 30, 32 during energization of the field coil, which acts on the piston 18.
  • the force increases abruptly from zero to a maximum value.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a fluid pressure transmitter according to the invention with a housing 10 essentially rotationally symmetrical with respect to a central longitudinal axis M in a schematic longitudinal section.
  • the fluid pressure transducer has (in Fig. 4 above) a central fluid inlet 12 through which fluid can flow into the fluid pressure transducer.
  • a central fluid inlet 12 laterally in the upper region of the fuel injection valve in FIG. 4.
  • the central fluid passage 14 has a circular cross section and is widened toward the chamber 16.
  • a circular cylindrical piston 18 is displaceably guided and fluid-tight, which projects into the chamber 16.
  • a fluid passage 20 is arranged centrally, which - seen in the direction of flow of the fluid - conically widened to form a valve seat 22 for a designed in this Aus ⁇ form of a ball valve member 24, by means of a coil spring 26th is urged against the valve seat 22.
  • a check valve 22, 24, 26 is formed, through which leakage of fluid in the chamber 16 is prevented back toward the fluid inlet 12.
  • the piston 18 is actuated by an electromagnet arrangement in the sense of a volume reduction of the chamber 16.
  • the electromagnet arrangement 28, 30, 32 has arranged inside the chamber 16, made of soft iron (plates) shaped stator 28 having a substantially circular cylindrical shape and also in the interior of the chamber 16 ange ⁇ arranged, substantially circular cylindrical disc-shaped Anchor 30.
  • the armature 30 is rigidly connected at its one (in Fig. 4 upper) end face 30 a with the displaceable piston 18.
  • the stator 28 is formed as a multipole stator with stator poles arranged parallel to one another and arranged next to one another, which has a plurality of exciter coils 32a, 32b, 32c assigned to the respective stator poles 28a, 28b, 28c and arranged between each two stator poles.
  • the armature 30 and with it the piston 18 along the central longitudinal axis M can move.
  • a transverse to the direction of movement of the armature 30 oriented working air gap 34 is formed.
  • the difference between the minimum and the maximum extent of the working air gap along the central longitudinal axis M represents the extent to which the displaceable piston 18 dips into the chamber and pressurizes fluid located therein.
  • a magnet arrangement 42 formed from permanent magnets is provided on the inner wall of the valve housing 10, which armature 30 - when the excitation coils 32a, 32b are not energized. 32c - in its rest position - (in Rg. 4 moves upwards) and thereby moves the piston 18 out of the chamber 16 in the sense of an increase in volume of the chamber 16.
  • the stator 28 and the armature 30 each have one or more channels Ruidkanäle 36, 38, da ⁇ located in the chamber 16 Ruid through a bond with the chamber 16 in Strömungsver ⁇ binding line connection 70 via a - not further illustrated pressure-resistant line - an injection valve assembly 40, which is illustrated in a possible embodiment in Rg. 5.
  • the injection valve arrangement 40 has an inlet 41 and an actuating device 44 described in greater detail below, which acts on a movable valve member 46 of the injection valve arrangement 40. As a result, the valve member 46 is moved between an open position and a closed position (in FIG. 5) with respect to a stationary valve seat 48 cooperating with the valve member 46 and arranged downstream of the inlet 41.
  • the actuating device 44 is formed by a solenoid coil arrangement 44a, a soft-magnetic magnet yoke arrangement 44b cooperating therewith, and a soft-magnetic magnet armature arrangement 44c cooperating therewith.
  • the soft-magnetic magnet yoke arrangement 44b is formed from two circular cylindrical halves 44b 'and 44b "with mutually parallel, parallel recesses for corresponding exciter coils of the electromagnetic coil arrangement 44a with the respective end faces 72a, 72b of the shell halves 44b 'and 44b "complete.
  • the end faces 46a, 46b of the magnet yoke halves 44b 'and 44b "define a cavity 50 in which the magnet armature assembly 24c is movably received along the central axis M.
  • the Magnetjochan extract can be formed here of one-piece soft iron, from which the pole web or the spaces are formed. Interruptions in the form of slots or oblong holes filled with electrically insulating material may be incorporated in such a one-piece soft-iron molding. However, it is also possible to produce the magnetic yoke arrangement as a molded part made of sintered iron powder or to assemble it from a plurality of mutually insulated sections and to glue it to one another if necessary.
  • the magnet armature assembly 44c is a circular soft iron containing disc having a shape described in detail below.
  • the solenoid coil assembly 44a and the magnet armature assembly 44c overlap in the radial direction with respect to the center axis M. As shown in FIG.
  • the solenoid coil assembly 44a has a smaller outer diameter than the armature disk 44c, so that the From the solenoid coil assembly 44a caused magnetic flux can penetrate virtually without significant leakage losses in the armature disc 44c.
  • a particularly efficient magnetic circuit is realized, which allows very low valve opening / closing times and high Gar ⁇ forces.
  • the armature disk 44c may - regardless of the design of the magnetic yoke or the magnetic coil assembly - also be a closed disc made of soft iron, if the configuration of the magnetic yoke or of the magnet coil arrangement ensures that the leakage losses or eddy current losses are small enough for the respective intended use.
  • the armature disk 44c is rigidly connected to a valve member actuating rod 52 and in a working space 56 bounded by the shell halves 44b 'and 44b "of the magnet yoke assembly 44b along the central axis M in one
  • a valve arrangement consisting of the valve member 46 and the valve seat 48 is arranged at the end of the nozzle stock 60 in order to discharge the fuel in a controlled manner.
  • the armature disc 44c is loaded with the actuating rod 22 by a central axis M coaxially arranged helical spring 62, so that the End of the actuating rod 22 located valve member 46 in the valve seat 48 flui sits tight, so is pushed into its closed position.
  • FIG. 6 shows another embodiment of a rudder pressure transducer according to the invention in a schematic longitudinal section with a housing 10 which is substantially rotationally symmetrical with respect to a central longitudinal axis M.
  • the rudder pressure transducer has a rudder inlet 12 laterally, through which fluid flows into the rudder pressure transducer can. From the rudder inlet 12, a fuel channel 14 extends to a chamber 16.
  • a circular-cylindrical piston 18 which is displaceable therein and guided in a fluid-tight manner by means of two O-ring seals 18 ', 18 " a displacement of the piston 18 along the central longitudinal axis M, the volume of the chamber 16 is changed.
  • the rudder inlet 12 is widened to form a valve seat 22 for a valve element 24 designed as a ball, which is urged against the valve seat 22 by means of a helical spring 26.
  • a check valve 22, 24, 26 is formed, through which leakage of befindlichem in the chamber 16 Ruid back towards Ruid inlet 12 is prevented.
  • the piston 18 is actuated by an electromagnet arrangement in the sense of a volume reduction of the chamber 16.
  • the electromagnet arrangement 28, 30, 32 has an outside of the chamber 16 arranged in a separate housing 31, made of soft iron (- plates) shaped stator 28 having a substantially circular cylindrical shape and a e- b hinder arranged in the housing 31, in
  • the armature 30 is rigidly connected to the displaceable piston 18 at its one end face 30b (lower in FIG. 6) by a rod 30c.
  • the stand 28 is designed as a multipole stand with elongated stator poles 28a, 28b, 28c arranged next to each other at a distance.
  • the multipole stand 28 has several Rere, associated with the respective stator poles 28a, 28b, 28c and the stator poles surrounding arranged excitation coils 32a, 32b, 32c.
  • the armature 30 and with it the piston 18 can move along the central longitudinal axis M.
  • a working air gap 34 oriented transversely to the direction of movement of the armature 30 is formed.
  • the difference between the minimum and the maximum extent of the working air gap along the central longitudinal axis M represents the extent to which the displaceable piston 18 dips into the chamber and pressurizes fluid located therein.
  • a mirror-image to the electromagnet arrangement 28, 30, 32 is provided on the inner wall of the housing 31
  • Electromagnet arrangement 42 is provided, which pulls the armature 30 in its rest position - (in FIG. 6 upward) and thereby moves the piston 18 out of the chamber 16 in the sense of increasing the volume of the chamber 16.
  • a spring arrangement for example in the form of a plate, screw or conical spring, to move the piston out of the chamber 16 to move out. It is understood that this alternative can also be used in all other embodiments of the invention explained here.
  • FIG. 6a a further embodiment of a fluid pressure transducer according to the invention in a schematic longitudinal section is shown, which coincides in some detail with the embodiment of Fig. 6. Therefore, only relevant differences from FIG. 6 will be explained below.
  • the fluid flows through an inlet 12 into a hollow casing 33 'of the housing 31 of the pressure transmitter. This can be achieved that the fluid cools the pressure transducer. From the hollow sheath 33 ', the fluid can flow on the side facing away from the chamber 16 side of the piston 18 and pass through a check valve assembly 22, 24, 26 in the piston 18 into the chamber 18, when the solenoid assembly, the piston 18 in the sense of a Volume magnification of the chamber 16 is actuated.
  • a passage is provided in the piston 18, which has a valve seat 22 for a valve element 24 designed as a ball, which is urged against the valve seat 22 by means of a helical spring 26. Due to the non-return valve 22, 24, 26, leakage of fluid located in the chamber 16 back into the direction of the fluid inlet 12 is prevented. The region in which the armature 30 is located is thus filled by the inflowing fluid.
  • the armature 30, which can also be designed as a multipole anchor, has passages which are not further illustrated, so that surrounding fluid hardly or scarcely affects the armature movement.
  • the piston 18 is actuated by the electromagnet arrangement 32b, 32c in the sense of a volume reduction of the chamber 16.
  • the electromagnet arrangement 32b, 32c in the sense of a volume reduction of the chamber 16.
  • the armature 30 in its rest position - (in Fig. 6 upwards) pulls and thereby moves the piston 18 out of the chamber 16 in the sense of an increase in volume of the chamber 16.
  • Fig. 6b another embodiment of a fluid pressure transducer according to the invention is illustrated, which is similar in a number of details in construction the fluid pressure transducer of the Rg. 6, 6a.
  • a difference from the embodiment according to FIG. 6 is that by means of an electromagnet arrangement 28 the armature 30 is to be conveyed into its one-retracted position (for example in FIG. 6b above).
  • a spring arrangement 35 supporting the armature against the electromagnet arrangement is set in its tensioned state in the form of a disk spring.
  • This spring arrangement 35 causes the armature 30 to be pushed into its second, advanced position (for example, in FIG. 6b, bottom) in the case of a currentless electromagnet arrangement.
  • the piston 18 reduces the volume of the chamber 16 in the direction of fluid displacement out of the chamber 16.
  • the diaphragm spring arrangement 35 which is shown here as a compression spring, it is also possible to use tension spring arrangements. This alternative can also be combined with the other embodiments of the invention explained here.
  • the principle shown in FIG. 6b can also be used to charge a spring accumulator in the reverse direction simultaneously with the movement of the armature. That is, an electromagnet arrangement attracts the armature in the sense of a volume reduction of the chamber 16 and simultaneously clamps a spring arrangement. In the case of an electroless electromagnet arrangement, the spring arrangement then conveys the armature 30 - and thus the piston 18 - in the sense of an increase in the volume of the chamber 16 (for example in FIG. 6b back upwards).
  • fluid in the chamber 16 can flow through a line port 70, which is in fluid communication with the chamber 16, via a pressure-resistant line (not further illustrated)
  • Injection valve assembly 40 pass, which is illustrated in further possible embodiments in FIGS. 7 and 8.
  • the injection valve assemblies 40 may also be directly, i. be connected without a pressure-resistant line with one of the embodiments of fluid pressure transmitters according to the invention.
  • FIGS. 7, 8 are conventional injection valve arrangements 40, as are also offered, for example, by Robert BOSCH GmbH. In detail, these can be types of the BOSCH series EV, or others.
  • an injection valve assembly 40 which opens automatically at a certain fluid pressure at its inlet 41; So it has no metering function.
  • This injection valve assembly 40 has a fine screen located downstream of the inlet 41
  • an injection valve arrangement 40 is shown, which is designed as an electromagnetic injection valve.
  • This electromagnetic injection valve has in a housing 53 a cylindrical current coil 55 in a magnetic yoke 55a with - not further illustrich ⁇ th - electrical connections, a valve seat 57 with a spray disk 57a and a movable valve needle 59 with a magnet armature 61.
  • a fine screen 63 in the fluid inlet 65th protects the injector from contamination.
  • the valve needle 59 When the current coil 55 is de-energized, the valve needle 59 is pressed onto the valve seat 57 by a force resulting from a helical spring 65 bearing on the valve needle 59 and the fluid pressure.
  • the valve needle 59 When energized current coil 55, the valve needle 59 is attracted by a generated by the current coil 55 and acting on the magnet armature 61 magnetic field, so that the valve needle 59 ab ⁇ lifts from the valve seat 57 and the fluid flows through the injection valve.
  • the amount of fluid ejected per unit of time is essentially determined by the fluid pressure at the fluid inlet 65 and the free cross section of the openings of the spray perforated disk.

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Abstract

Ein Fluid-Druckerzeuger, um in Fluiden mit hoher Geschwindigkeit ein hohes Druckniveau in einem kleinen Bauraum zu erzeugen, mit einem Einlass, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus einer Zuführ-Leitung aufzunehmen, einer elektrisch ansteuerbaren Betätigungseinrichtung die dazu eingerichtet ist, mit einer Ausstoß-Ventilanordnung zusammenzuwirken, um Fluid durch einen Fluid-Auslass ausströmen zu lassen, wobei der Fluid-Einlass durch einen Strömungskanal mit einer Kammer verbunden ist, in die Kammer ein verschiebbarer Kolben ragt, der dazu vorgesehen ist, das Volumen der Kammer zu verändern, und der Kolben durch eine Elektromagnet-Anordnung im Sinne einer Volumenverringerung zu betätigen ist, wobei die Elektromagnet-Anordnung einen Ständer und einen Anker aufweist, und der Ständer als Multipolständer ausgebildet ist, der eine oder mehrere, den jeweiligen Ständerpolen zugeordnete Erregerspulen aufweist.

Description

Fluid-Pruckerzeuqer Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein einen Fluid-Druckerzeuger, zum Beispiel zum direkten Ein- spritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Grundsätzlich ist es möglich, die Erfindung sowohl bei direkt einspritzenden, als auch bei konventionellen, in das Saugrohr einspritzenden Motoren zu verwenden. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist jedoch nicht auf Brennstoff-Einspritz-Systeme beschränkt. Die Erfindung kann auch in ande¬ ren Anwendungsgebieten eingesetzt werden, bei denen mit hoher Geschwindigkeit die Dru- ckerzeugung in Fluiden auf ein hohes Druckniveau in einem kleinen Bauraum gefordert oder wünschenswert ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Druck-Erzeugers für eine Brennstoff- Einspritzung erläutert. Aus stetig steigenden Anforderungen der Abgasgesetzgebung mit weiter sinkenden Grenz- werten ergibt sich die Herausforderung, durch eine Optimierung des Einspritzvorgangs von Brennstoff in die Brennkammer die Entstehung von Schadstoffen am Ort ihrer Entstehung zu optimieren. Kritisch sind insbesondere NOx- und Ruß-Emissionen. Durch die Entwicklung von Einspritzsystemen mit immer höheren Einspritzdrücken und hochdynamischen Injektoren, sowie durch gekühlte Abgasrückführung und Oxidationskatalysatoren ist es zwar möglich gegenwärtige Grenzwerte einzuhalten. Allerdings scheint das Potenzial der bisherigen Ma߬ nahmen zur Emissionsreduzierung erreicht zu sein.
Für eine saubere Verbrennung ist es wichtig, den Brennstoff besonders fein zu zerstäuben. Bei einem Einspritzdruck von zum Beispiel etwa 200 Bar beträgt der mittlere Durchmesser der Brennstofftröpfchen nur noch ca. 15 Tausendstel Millimeter. Stand der Technik
Im Stand der Technik sind sog. "Common Rail"-Systeme bekannt, die auch als Speicherein¬ spritzsysteme bezeichnet werden. Die Druckerzeugung und die Brennstoffeinspritzung sind beim Common-Rail-System voneinander vollständig entkoppelt. Eine separate Hochdruck¬ pumpe erzeugt für alle Einspritzventile eines Verbrennungsmotors kontinuierlich Druck in der Brennstoffzufuhrleitung. Damit wird der Brennstoffdruck unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaut und steht in der Brennstoffleitung permanent zur Verfügung. Der ständig anste¬ hende hohe Druck von mehr als 1350 bar wird in der so genannten Rail (= Schiene, Leitung) gespeichert und über kurze Einspritzleitungen den Injektoren einer Zylinderbank des Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt. Der Einspritzzeitpunkt und die Brennstoffmenge werden für jeden Zylinder individuell berechnet und über schnell schaltende Magnetventile (Injektoren) eingespritzt.
Hierbei ist die Hochdruckpumpe ein zentrales, für die Funktion des Speichereinspritzsystems kritisches Element. Es kommen im Stand der Technik meist Drei-Kolbenpumpen mit einem zentralen Exzenter oder Zweischeiben-Radialkolben-Pumpen zum Einsatz. Derartige Hoch¬ druckpumpen sind aufwendig. Auch die Leitungen und die Dichtungen zwischen der Hoch¬ druckpumpe und den einzelnen Injektoren sind für diesen hohen Druck auszulegen. Außer¬ dem ist es erforderlich, einen Brennstoff-Rücklauf von jedem einzelnen Injektor zu der Hochdruckpumpe bzw. zum Brennstoffreservoir mit einer Brennstoffkühlung vorzusehen. Weiterhin ist es notwendig, dass der Brennstoffdruck im Rai) von einem Druckregelventil eingeregelt und von einem Raildrucksensor überwacht wird. Dies stellt einen erheblichen apparativen Aufwand dar, der solche Common-Rail-Systeme sehr kostspielig macht. Außer¬ dem sind diese Systeme wegen des hohen Drucks auch risikobehaftet. So dürfen bei laufen¬ dem Motor grundsätzlich keine Hochdruckleitungen gelöst werden. Falls bei einem Common- Rail-System das Öffnen des Hochdruck-Kreislaufs erforderlich ist, müssen nach dem Abstellen des Motors Wartezeiten zum Abbau des Systemdrucks eingehalten werden. Neuere Spei¬ chereinspritzsysteme mit mengengeregelter Hochdruckpumpe stehen sogar bis zu fünf Minu¬ ten nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors noch unter Hochdruck. Weiterhin sind im Stand der Technik sog. Pumpe-Düse-Einspritzsysteme bekannt. Hierbei sind die Brennstoffeinspritzpumpe und die Einspritzdüse für jeden Zylinder des Verbren¬ nungsmotors in einem einzigen Bauteil zusammengefasst. Das heißt, der Hochdruck (ca. 2000 bar) wird am Einspritzelement jedes Zylinders separat erzeugt. Im Zylinderkopf jedes Zylinders ist ein Pumpe-Düse-Einspritz-Element montiert und die Pumpenkolben werden von der Nockenwelle des Verbrennungsmotors über Kipphebel angetrieben. Der Brennstoffzu- und Rücklauf erfolgt über im Zylinderkopf integrierte Kanäle. Die Nockenwelle bewirkt über den Kipphebel und eine Plungerrückstellfeder einen festgelegten Hub für jeden Kolben. Bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens strömt der Brennstoff vom Zylinderkopf durch ein Ab¬ steuerventil in eine unter dem Plunger liegende Kammer. Zu einem von einem Steuergerät bestimmten Zeitpunkt erregt ein elektrischer Impuls das Absteuerventil um dieses zu schlie- ßen. Der Plunger fährt nun abwärts und bewirkt dadurch einen raschen Druckanstieg in den Druckkanälen. Bei einem vorgegebenen Druck öffnet die Düse und die Einspritzung beginnt. Wenn das Absteuerventil stromlos ist, öffnet es. Dadurch bricht der Druck zusammen, die Düse schließt und die Einspritzung ist beendet. Dieses System ist wegen der separaten Kipphebel an jedem Zylinderkopf mechanisch sehr aufwendig. Außerdem ist der Druckverlauf bzw. der Öffnungsdruck der Düse nur schwer kontrollierbar.
Aus der US 6,032,341 Bl ist ein Kraftstoffinjektor bekannt, bei dem zwei Elektromagnetspu¬ len entlang einer Kraftstoffleitung angeordnet sind. Zwei Spindeln sind durch zwei Federn nachgiebig gelagert und durch die Elektromagnetspulen hin und her bewegbar. Die beiden Spindeln öffnen bzw. schließen den Zulauf bzw. den Auslass des Kraftstoffs. Das Zusam¬ menwirken der beiden Elektromagnetspulen mit den beiden Spindeln ist dabei so gesteuert, dass Kraftstoff mit einem bestimmten, konstanten Druck in die Anordnung einströmt und in kontrollierter Weise ausströmen kann. Im Prinzip funktioniert diese Anordnung wie eine Schleuse. Eine Druckerhöhung oder eine Förderwirkung ist durch die Anordnung aus diesem Dokument nicht hervorgerufen. Außerdem ist bei dieser Anordnung kein Rückschlagventil vorgesehen. Schließlich ist hier der Stator auch nicht im Inneren der Vorkammer angeordnet. Aus der DE 29 46 577 Al ist ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, welches als Kombination aus Pumpe und Kraftstoffinjektor ausgebildet ist. In einem Zylinder ist ein Pumpenstempel gleitbar angeordnet, der mittels einer elektromagnetischen Vorrichtung im Sinne einer Ver- drängung des Kraftstoffs aus dem Zylinder zu betätigen ist. Der Zylinder hat einen Kraft- stoffeinlass, durch den während der Rückkehrbewegung des Pumpenstempels Kraftstoff in den Zylinder fließen kann. Im Betrieb bewegt sich bei erregtem Elektromagneten der Anker in Richtung Kraftstoffauslass und erteilt dabei dem Pumpenstempel eine Axialbewegung. Diese Bewegung des Pumpenstempels setzt den in dem Zylinder enthaltenden Kraftstoff unter Druck. Sobald ein ausreichend hoher Druck erreicht ist, hebt ein Ventilteller von sei- nem Sitz ab und Kraftstoff fließt in den Verbrennungsraum des Motors. Bei entregtem Elekt¬ romagneten befördert eine Feder den Stempel und den Anker des Elektromagneten in seine anfängliche Position zurück und Kraftstoff fließt über ein Rückschlagventil in den Zylinder. Der Ventilteller geht zurück auf seinen Sitz wenn der Druck in dem Zylinder reduziert wird. Aus der DE 890 307 C ist eine elektromagnetische Kolbenpumpe bekannt, bei der in zwei stirnseitig aneinanderliegenden hohlzylindrischen Soleonidspulen ein längsverschieblich auf¬ genommener Eisenkern eine Kolbenstange betätigt, die auf einen Hohlkolben wirkt, der in seinem Kolbenboden ein Einlassventil hat. Aus der DE 29 46 632 Al ist ein Einspritzpumpenventil zur Kraftstoffzufuhr in die Brenn- kammer einer Brennkraftmaschine bekannt, das ein hohlzylindrisch aufgestuftes Gehäuse hat, an dessen in die Brennkammer ragendem Ende ein Düsenkopf angeordnet ist. Der Dü¬ senkopf hat eine Mittellängsbohrung in der ein Ventilschieber angeordnet ist, welcher zu¬ sammen mit einem in der Bohrung befindlichen Sitz ein Auslassventil bildet. Im Gehäuse befindet sich darüber hinaus eine elektromagnetische Einheit, die auf einen Kolben wirkt, der dazu dient, Kraftstoff zu verschieben. Der Kraftstoff wird im Zylinder vom Kolbendruck be¬ aufschlagt und dieser Druck wirkt auf den Kopf eines Ventilschiebers, so dass der Kopf von seinem Sitz abhebt wenn der Druck im Kraftstoff ausreichend hoch ist. Aus der GB 21 96 701 A ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe bekannt, bei der eine Soleonidspu- lenanordnung in mehreren konzentrisch verlaufenden Nuten angeordnet ist und auf einen tellerförmigen Anker wirkt. Der Anker ist über eine Ventilschlange mit einem Ventilglied ver¬ bunden, das zusammen mit einem Ventilsitz ein Absperrventil bildet. Aus der US 1,534,829 ist ein elektrisch betätigtes Einspritzventil bekannt, bei dem eine Kraft¬ stoffpumpe durch zwei zylindrische Magnetspulen gebildet ist, die jeweils einen Eisenkern umschließen. Die beiden Eisenkerne wirken mit einem Anker zusammen, der an einer ge- wölbten Membranplatte befestigt ist. Die Membranplatte begrenzt einen Hohlraum mit einem Einlass und einem Auslass, in denen jeweils ein Rückschlagventil angeordnet ist, so dass bei einer Bewegung der Membranplatte durch die Magnetspulen eine Pumpwirkung entsteht; bei Bestromen der Magnetspulen verringert sich der Hohlraum, wenn die Membran von den Magnetspulen angezogen wird, und der Hohlraum vergrößert sich wenn die Membran bei entregten Magnetspulen wieder in ihre Ausgangslage zurückkehrt.
Aus der DE 26 21 272 C2 ist eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung mit einem Rückschlusskörper aus magnetisch leitendem Material bekannt. Diese Vorrichtung hat eine im Inneren des Rückschlusskörpers angeordnete ringförmige Induktionsspule aus zwei hin¬ tereinander angeordneten, gleichartigen, mit einem Steuergleichstrom erregbaren Wicklun- gen mit entgegengesetztem Wicklungssinn und mit einem konzentrisch innerhalb der
Induktionsspule angeordneten Anker, der aus einem Permanentmagneten besteht. An des¬ sen axialen Enden befinden sich Polstücke, wobei die Induktionsspule länger ist als der An¬ ker und die Induktionsspule in dem Gehäuse fest und der Anker beweglich angeordnet ist. Auf der einen Seite des Ankers ist ein Magnet mit konstanter Magnetisierung und auf der anderen Seite ein Rückschlusselement aus magnetisch leitendem Material so angebracht, dass die abstoßende Kraft zwischen dem Magneten und dem Anker und die anziehende Kraft zwischen dem Rückflusselement und dem Anker sich zu einer Gesamtkraft addieren, die über den Hub des Ankers möglichst konstant ist. Der Erfindung zugrunde liegendes Problem
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Nachteile der oben genannten bekannten Systeme zumindest teilweise zu überwinden, sowie eine kompakt bauende und kostengüns¬ tige Anordnung eines Fluid-Druckerzeugers bereitzustellen, der in der Lage ist, in Fluiden ein hohes Druckniveau mit hoher Geschwindigkeit in einem kleinen Bauraum zu erzeugen. Erfindungsgemäße Lösung
Die Erfindung löst dieses Problem durch einen Fluid-Druckerzeuger, um in einem kleinen Bauraum in Fluiden ein hohes Druckniveau mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, mit ei¬ nem Einlass, der dazu eingerichtet ist, Fluid aus einer Zufuhr-Leitung aufzunehmen, und der mit einer Kammer verbunden ist, einem Fluid-Auslass, der mit der Kammer verbunden ist, und der dazu eingerichtet ist, Fluid aus dem Fluid-Druckerzeuger ausströmen zu lassen, ei¬ nem in die Kammer ragender verschiebbarer Kolben, der dazu vorgesehen ist, das Volumen der Kammer zu verändern, und einer Elektromagnet-Anordnung durch die der Kolben im Sinne einer Volumenverringerung zu betätigen ist. Erfindungsgemäß weist die Elektromag- net-Anordnung einen Ständer und einen Anker auf, wobei der Ständer als Multipolständer mit einem oder mehreren Ständerpolen ausgebildet ist, und den jeweiligen Ständerpolen zuge¬ ordnete Erregerspulen aufweist.
Unter Multipolständer im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung von zwei oder mehreren im Querschnitt zylindrischen (z.B. runden oder ovalen) oder mehreckigen (z.B. drei-, vier-, oder sechseckigen) Polstegen verstanden, die auf einer Fläche, z.B. einer Ebene angeordnet sind und von einer oder mehreren Spulenanordnungen umgeben sind. Dabei kann jedem Polsteg eine eigene Spulenanordnung zugeordnet sein, oder eine Spulenanord¬ nung ist um mehrere Polstege gewunden. Dies erlaubt das Erzeugen einer hohen magnetischen Kraftdichte, die sich in einem sehr schnell auf- und abbauenden Magnetfeld und in einem hohen hydraulischen Druck in dem Fluid manifestiert. Dabei ist der erzeugte Druck von einem ggf. existierenden Gegendruck unabhängig, da der erfindungsgemäße Fluid-Druckerzeuger zum Druckaufbau das Fluid ver¬ drängt. In ähnlicher Weise kann auch der Anker als Multipolanker ausgebildet sein, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole hin ausgerichtet sind. Dabei können die Ankerpole durch
Schwächungen bzw. Verdickungen der Ankerplatte gebildet sein, die ansonsten im Wesentli¬ chen der Kontur der Stirnfläche der Gesamtheit aller Polstege folgt. Die Elektromagnet-Anordnung hat zwischen dem Ständer und dem Anker einen vorzugswei¬ se im Wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung des Ankers orientierten Arbeitsluftspalt. Je nach räumlicher Gegebenheit ist es jedoch auch möglich, den Arbeitsluftspalt anders zu ori¬ entieren.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Fluid-Druckerzeugers ist es möglich ohne die langen Hochdruckleitungen des Common-Rail-Systems auszukommen, da der hohe Druck lokal, d.h. in unmittelbarer Nähe bei dem Brennstoff-Injektor erzeugt wird. Dies verringert die Anforderungen an die Brennstoff-Zufuhr-Leitungen signifikant. Außerdem ist es nicht erforderlich, den hohen Druck permanent vorzuhalten. Vielmehr ist es ausreichend, den Druck zeitlich kurz vor dem (ersten) Einspritzvorgang des gesamten Einspritz-Zyklus des Verbrennungsmotors anzuheben. Dabei ist es selbstverständlich möglich und im Bereich der vorliegenden Erfindung, den erfindungsgemäßen Fluid-Druckerzeuger durch eine Leitung von dem eigentlichen Ventil abzusetzen. Gleichermaßen besteht nicht die Einschränkung von Pumpe-Düse-Systemen, bei denen der apparative Aufwand der Kipphebelanordnungen mit entsprechender Montage und Justierung erforderlich ist.
Die Erfindung erlaubt weiterhin, den erzeugten hohen Druck in dem Fluid während eines vorbestimmten Zeitraums, zum Beispiel einem Einspritz-Zyklus, praktisch konstant zu lassen. Dies stellt im Falle von Brennstoff-Einspritzventilen eine optimal feine und rasche Zerstäu¬ bung des Brennstoffs im Zylinder des Verbrennungsmotors sicher. Es ist jedoch auch mög¬ lich, den hohen Druck des Fluides während eines eines vorbestimmten Zeitraums, zum Beispiel einem Einspritz-Zyklus, durch Variation des Erregerstroms der auf den Kolben wir¬ kenden Elektromagnet-Anordnung zu verändern, sollte dies gewünscht sein. Diese Möglich- keit bieten weder das herkömmliche Pumpe-Düse-System, noch das Common-Rail-System. Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass - anders als bei dem Pumpe-Düse-System - die Erzeugung des Druckes in dem Fluid unabhängig von der Betätigung des Injektors erfolgt. Dazu sind erfindungsgemäß bei einer Art von Ausführungs¬ formen zwei unabhängig voneinander zu anzusteuernde Aktoren in Gestalt der elektrisch an- steuerbaren Betätigungseinrichtung für eine Einspritz-Ventilanordnung einerseits und der Elektromagnet-Anordnung zur Betätigung des Kolbens im Sinne einer Volumenverringerung der Kammer andererseits vorgesehen. Die Einspritz-Ventilanordnung kann dabei auch ein bei einem bestimmten Überdruck selbsttätig öffnendes Einspritzventil, das keine Zumessfunktion hat. Vielmehr öffnet und schließt ein solches Einspritzventil mit einer durch eine Feder und andere mechanische Komponenten bestimmten Frequenz. Alternativ kann es sich bei der
Einspritz-Ventilanordnung aber auch um ein elektromagnetisches Einspritzventil handeln, das im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse mit Stromspule und elektrischen Anschlüssen ge¬ bildet ist, wobei in dem Ventilgehäuse ein Ventilsitz mit Spritzlochscheibe angeordnet ist, in den eine Ventilnadel durch einen Magnetanker angetrieben ein- oder ausrückt. Die Erfindung macht sich das Prinzip zunutze, zwischen dem Fiuid-Einlass und dem eigentli¬ chen Brennstoff-Injektor, also der Einspritzventil-Anordnung, eine lokale, kompakte Druckge¬ beranordnung für ein kleines Fluid-Volumen (zum Beispiel die Brennstoffmenge eines Einspritzvorgangs) vorzusehen, das für einen kurzen Zeitraum (zum Beispiel die Dauer eines Einspritzvorgangs) mit einem hohen Druck zu beaufschlagen ist. Dazu ist die Druckgeberan- Ordnung mit einer Kammer vorgesehen, in die ein Kolben eintaucht, sowie mit der Elektro¬ magnet-Anordnung zur Betätigung des Kolbens. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung
Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzventils ist ein Rückschlagventil vorgesehen, durch das ein Austreten von in der Kammer befindlichem Fluid in Richtung Fluid-Einlass verhindert ist. Dabei kann das Rückschlagventil in einem Strö¬ mungskanal von dem Fluid-Einlass zu der Kammer, oder in dem verschiebbaren Kolben an¬ geordnet sein. In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rück¬ schlagventil in einem in dem Kolben befindlichen Fluid-Durchlass angeordnet. Erfindungsgemäß hat die Elektromagnet-Anordnung einen Ständer und einen Anker, wobei der Anker mit dem verschiebbaren Kolben fest oder getrieblich verbunden ist. Alternativ dazu kann der Kolben auch ein einstückiges Teil des Ankers sein.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind der Ständer und/oder der Anker im In¬ nern einer Kammer angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass zwischen dem Nieder¬ druckbereich, (etwa bis 20 bar Fluiddruck) und dem Hochdruckbereich (etwa 100 bar - 3000 bar Fluiddruck) keine druckfesten Leitungen und Dichtungen vorzusehen sind. Vielmehr ist in diesem Fall eine gekapselte Ausführungsform möglich, in der sämtliche Komponenten aufge¬ nommen sind. In einer alternativen Ausgestaltung können der Druckgeber und die Elektro¬ magnet-Anordnung zur Betätigung des Kolbens räumlich insoweit getrennt sein, dass der Kolben oder ein Betätigungsglied des Kolbens zwischen den beiden Baugruppen Elektromag- net-Anordnung einerseits und Kammer mit Fluid-Ein- und -Auslässen vorgesehen ist.
Um einen möglichst ungehinderten Fluss des Brennstoffs zu ermöglichen, haben der Ständer und/oder der Anker wenigstens einen Fluid-Kanal für Fluid in Richtung zu der Ventilanord¬ nung hin. Damit nach Beendigung eines Ausstoßens von Fluid (zum Beispiel nach einem Einspritz- Zyklus) wieder neues Fluid in die Kammer zum Druckaufbau für einen nachfolgenden Aus¬ stoßvorgang angesaugt wird, bzw. damit sich der verschiebbare Kolben wieder in seine Aus¬ gangsstellung zurückbewegt, kann in einer Ausführungsform der Erfindung auf einer von dem Ständer abliegenden Seite des Ankers eine, vorzugsweise Permanent-Magnete aufwei¬ sende Magnetanordnung vorgesehen sein, die den Anker in dessen Ruhestellung zieht und dabei im Sinne einer Volumenvergrößerung der Kammer den Kolben aus der Kammer hin¬ ausbewegt. Es wäre jedoch auch möglich, anstelle der Permanent-Magnete oder zusätzlich zu diesen eine entsprechend zu bestromende Elektromagnet-Anordnung zu verwenden um den Kolben aus der Kammer hinaus zu bewegen. Erfindungsgemäß können die Kammer für den Druckaufbau, der Kolben und die Elektromag- net-Anordnung zusammen mit der Ventilanordnung als gemeinsam handhabbare Baugruppe ausgestaltet sein.
Die Betätigungseinrichtung des Injektors (also des Einspritzelementes) wirkt auf ein bewegli¬ ches Ventilglied der Ventilanordnung ein, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass angeordneten ortsfesten Ven- tilsitz zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung zu bewegen.
Um besonders schlanke oder lang gezogene Bauformen mit großen Halte- oder Schlie߬ kräften zu realisieren kann eine Kaskadierung von mehreren auf die Ventilanordnung wirken¬ de Betätigungseinrichtungen, und/oder mehrere auf den Kolben wirkende Elektromagnet- Anordnungen erfolgen. Dabei können die Betätigungseinrichtungen dabei gemeinsam auf die Ventilanordnung wirken - entweder gleichsinnig oder gegensinnig. Entsprechendes gilt für die auf den Kolben wirkenden Elektromagnet-Anordnungen.
Erfindungsgemäß ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Aktor für die Ventileinrich¬ tung vorgesehen, der auf ein bewegliches Ventilglied einwirkt, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass angeordne- ten ortsfesten Ventilsitz zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung zu bewegen. Damit kann eine direkt schaltende Ventilanordnung realisiert werden. Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fluid-Druckgebers wirkt der Aktor der Ventileinrichtung auf ein bewegliches Ventilglied ein, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied zusammenwirkenden ortsfesten Ventilsitz zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung zu bewegen. Damit ist ein gesteuertes Ablassen von Fluid
(Brennstoff) in eine Rückführleitung ermöglicht, wenn ein zweites, federbelastetes Ventilglied zusammen mit einem zweiten Ventilsitz durch den im zu beschoickenden Raum (zum Beispiel einen Brennraum) herrschenden Druck nicht geöffnet wird, und ein gesteuertes Ablassen von Fluid (Brennstoff) in diesen Raum ermöglicht, wenn das zweite, federbelastete Ventilglied zusammen mit dem zweiten Ventilsitz durch den im Raum herrschenden Druck geöffnet wird. Damit kann eine indirekt schaltende Ventilanordnung realisiert werden. Der erfindungsgemäße Fluid-Druckgeber kann als Brennstoff-Einspritzventilanordnung aus¬ gestaltet, eingerichtet und dimensioniert sein, um in den Brennraum einer fremd gezündeten Brennkraftmaschine, oder in den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu ragen.
Weitere Vorteile, Ausgestaltungen oder Variationsmöglichkeiten ergeben sich aus der nach¬ folgenden Beschreibung der Figuren in denen die Erfindung im Detail erläutert ist. Kurzbeschreibunq der Figuren Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch einen Fluid-Druckgeber gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. Ia zeigt eine schematische Darstellung im Querschnitt durch einen Fluid-Druckgeber längs der Linie Ia - Ia der Fig. 1. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch einen Fluid-Druckgeber gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Funktion des erfindungsgemäßen Fluid- Druckgeber als graphischen Verlauf.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch einen Fluid-Druckgeber gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch eine Einspritz-Ven- tilanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6, 6a und 6b zeigen weitere schematische Darstellungen im Längsschnitt durch zusätzli¬ che Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Fluid-Druckgebem. Fig. 7 und 8 zeigen schematische Darstellungen im Längsschnitt von Einspritz-Ventilanord- nungen die zum Einsatz im Rahmen der Erfindung geeignet sind. Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführunqsformen In Fig. 1 ist ein Fluid-Druckgeber mit einem zu einer Mittellängsachse M im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse 10 im schematischen Längsschnitt in einer halb geöffneten Stellung gezeigt. Ein derartiger Fluid-Druckgeber kann dazu dienen, Fluid in Form von Brenn- stoff unter Druck zu setzen, um es in den nicht weiter veranschaulichten Brennraum einer Brennkraftmaschine direkt einzuspritzen. Der Fluid-Druckgeber hat (in Fig. 1 oben) einen zentralen Fluid-Einlass 12, durch den Fluid aus einer Fluid-Verteil-Leitung in den Fluid- Druckgeber einströmen kann. Es ist jedoch auch möglich, den Fluid-Einlass 12 seitlich im in Fig. 1 oberen Bereich des Brennstoff-Einspritzventils vorzusehen. Von dem Fluid-Einlass 12 reicht ein zentraler Brennstoff-Kanal 14 zu einer Kammer 16. Der zentrale Fluid-Kanal 14 hat einen kreisrunden Querschnitt und ist zu der Kammer 16 hin aufgeweitet. In dem aufgewei¬ teten Abschnitt des Fluid-Kanals 14 ist ein kreiszylindrischer Kolben 18 verschiebbar und fluiddicht geführt, der in die Kammer 16 ragt. Durch ein Verschieben des Kolbens 18 längs der Mittellängsachse M wird das Volumen der Kammer 16 verändert. Wenn der Kolben 18 längs der Mittellängsachse M in die Kammer 16 hineintaucht, verringert sich deren Volumen, so dass der auf ein darin befindliches Fluid wirkende Druck sich erhöht. Wenn der Kolben 18 aus der Kammer 16 herausbewegt wird, vergrößert sich deren Volumen, so dass der auf ein darin befindliches Fluid wirkende Druck verringert. In dem Kolben 18 ist mittig ein Fluid-Durchlass 20 angeordnet, der sich - in Strömungsrich- tung des Fluids gesehen - konisch erweitert um einen Ventilsitz 22 für ein als Kugel ausges- taltetes Ventilglied 24 zu bilden, das mittels einer Schraubenfeder 26 gegen den Ventilsitz 22 gedrängt ist. Damit ist ein Rückschlagventil 22, 24, 26 gebildet, durch das ein Austreten von in der Kammer 16 befindlichem Fluid in Richtung Fluid-Einlass 12 verhindert ist. Der Kolben 18 ist durch eine Elektromagnet-Anordnung im Sinne einer Volumenverringerung zu betätigen. Dazu hat die Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 einen im Innern der Kam¬ mer 16 angeordneten, aus Weicheisen(-platten) geformten Ständer 28 mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und einen ebenfalls im Innern der Kammer 16 angeordneten, im Wesentlichen kreiszylindrischen scheibenförmigen Anker 30. Der Anker 30 ist an seiner einen (in Fig. 1 oberen) Stirnfläche 30a mit dem verschiebbaren Kolben 18 starr verbunden. Dabei ist der Ständer 28 als Multipolständer mit langgestreckten, nebeneinander im Abstand ange¬ ordneten Ständerpolen 28a, 28b, 28c ausgebildet (siehe auch Fig. Ia). Mehrere Erregerspu¬ len 32a, 32b, 32c sind den jeweiligen Ständerpolen 28a, 28b, 28c diese umgebend zugeordnet. Gleichermaßen kann der Anker 30 als Multipolanker ausgebildet sein, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole ausgerichtet sind. Damit kann sich der Anker 30 und mit ihm der Kolben 18 entlang der Mittellängsachse M bewegen. Zwischen dem Ständer 28 und dem Anker 30 ist ein quer zur Bewegungsrichtung des Ankers 30 orientierter Arbeits¬ luftspalt 34 gebildet. Dabei stellt der Unterschied zwischen der minimalen und der maxima¬ len Erstreckung des Arbeitsluftspalts das Maß dar, um das der verschiebbare Kolben 18 in die Kammer eintaucht und darin befindliches Fluid mit Druck beaufschlagt. Wie in Fig. Ia veranschaulicht, hat der Multipolständer 28 eine Anordnung von mehreren im Querschnitt oder in der Draufsicht zylindrischen, mehreckigen Polstegen 28a, 28b, 28c, die auf einer Fläche angeordnet sind. Diese im vorliegenden Beispiel rechtwckigen Polstege kön¬ nen in der Draufsicht auch im Wesentlichen quadratisch oder trapezförmig geformt sein. Sie sind von einer oder mehreren Spulenanordnungen umgeben. Dabei ist in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung jedem Polsteg eine eigene Spulenanordnung zugeordnet, die ihn umgibt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Spulenanordnung um mehrere Polstege gewunden ist. Der besseren Übersicht wegen sind in Fig. Ia die Spulenanordnungen wegge¬ lassen. Es versteht sich jedoch, dass die Spulenanordnungen ggf. den Raum zwischen zwei benachbarten Polstegen ggf. teilen. Der Ständer 28 und der Anker 30 haben jeweils einen bzw. mehrere Fluidkanäle 36, 38, da¬ mit in der Kammer 16 befindliches Fluid in Richtung zu der Einspritz-Ventilanordnung 40 gelangen kann.
An der von dem Ständer 28 abliegenden Seite des Ankers 30 (in Fig. 1 oben) ist an der In¬ nenwand des Ventilgehäuses 10 eine aus Permanent-Magneten gebildete Magnetanordnung 42 vorgesehen, die den Anker 30 - bei nicht bestromten Erregerspulen 32a, 32b, 32c - in dessen Ruhestellung - (in Fig. 1 nach oben) zieht und dabei im Sinne einer Volumenvergrö¬ ßerung der Kammer 16 den Kolben 18 aus der Kammer 16 hinausbewegt. Die Kammer 16 ist von der eigentlichen Einspritz-Ventilanordnung 40 durch eine Trennwand 42 getrennt. Dennoch sind die Kammer 16 mit dem Kolben 18 und der ihn bewegenden E- lektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 einerseits und die sich daran anschließende Einspritz- Ventilanordnung 40 als gemeinsam handhabbare Baugruppe ausgestaltet. Die Einspritz-Ventilanordnung 40 hat eine weiter unten im Detail beschriebene Betätigungs¬ einrichtung 44, die auf ein bewegliches Ventilglied 46 der Einspritz-Ventilanordnung 40 ein¬ wirkt. Dadurch wird das Ventilglied 46 gegenüber einem mit dem Ventilglied 46 zusam- menwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass 12 angeordneten ortsfesten Ventilsitz 48 zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung (in Fig. 1 auf und ab) be¬ wegt.
Die Betätigungseinrichtung 44 ist gebildet durch eine Elektromagnet-Spulenanordnung 44a, eine mit dieser zusammenwirkende weichmagnetische Magnet-Jochanordnung 44b, sowie eine mit dieser zusammenwirkende weichmagnetische Magnet-Ankeranordnung 44c. Dabei ist die weichmagnetische Magnet-Jochanordnung 44b aus zwei kreiszylindrischen Hälften 44b1 und 44b" mit nebeneinander angeordneten, langgezogenen Ausnehmungen für ent¬ sprechende Erregerspulen der Elektromagnet-Spulenanordnung 44a gebildet. In den Aus¬ nehmungen ist jeweils eine Erregerspule aufgenommen, die bündig mit den jeweiligen Stirnflächen 72a, 72b der Schalen-Hälften 44b1 und 44b" abschließen.
Die Stirnflächen 46a, 46b der Magnetjoch-Hälften 44b' und 44b" begrenzen einen Hohlraum 50, in dem die Magnet-Ankeranordnung 24c längs der Mittelachse M beweglich aufgenom¬ men ist. Die Magnetjochanordnung kann hier aus einstückigem Weicheisen gebildet sein, aus dem die Polstege bzw. die Zwischenräume ausgeformt sind. In ein derartiges einstückiges Weichei¬ sen-Formteil können Ausnehmungen in Form von Schlitzen, in der Draufsicht längsverlaufen¬ den Rillen, oder Langlöchern eingearbeitet sein. Es ist aber auch möglich, die Magnetjochanordnung als Formteil aus gesintertem Eisenpulver herzustellen oder aus meh¬ reren Teilstücken zu montieren und zu ggf. verkleben. Die Magnet-Ankeranordnung 44c ist eine kreisrunde weicheisenhaltige Scheibe mit einer weiter unten im Detail beschriebenen Gestalt. Die Elektromagnet-Spulenanordnung 44a und die Magnet-Ankeranordnung 44c überlappen sich in radialer Richtung bezogen auf die Mit¬ telachse M. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, hat die Elektromagnet-Spulenanordnung 44a einen geringeren Außendurchmesser als die Ankerscheibe 44c, so dass der aus der Elektromagnet- Spulenanordnung 44a hervorgerufene magnetische Fluss praktisch ohne nennenswerte
Streu-Verluste in die Ankerscheibe 44c eindringen kann. Damit wird ein besonders effizienter Magnetkreis realisiert, der sehr geringe Ventil-Öffnungs-/Schließ-Zeiten sowie hohe Halte¬ kräfte erlaubt. Die Ankerscheibe 44c kann - unabhängig von der Gestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung - auch eine geschlossene Kreisscheibe aus Weicheisen sein, sofern die Ausgestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung sicherstellt, dass die Streuverluste bzw. Wirbelstromverluste gering genug für den jeweiligen Einsatzzweck sind. Zur Verringerung des Gewichtes bei optimierter magnetischer Flußdichte ist der Anker als Multipolanker ausgebildet, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Ständerpole hin ausgerichtet sind. Dazu sind die Ankerpole durch Schwächungen 30c bzw. Verdickungen der ansonsten im Wesentlichen der Kontur der Stirnfläche der Gesamtheit aller Polstege folgenden Ankerplatte gebildet.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist die Ankerscheibe 44c mit einer Ventilglied-Betätigungs¬ stange 52 starr verbunden und in einem durch die Schalen-Hälften 44b' und 44b" der Mag- net-Jochanordnung 44b begrenzten Arbeitsraum 56 längs der Mittelachse M in einem rohrförmigen Düsenstock 60 geführt längsbeweglich aufgenommen. Am Ende des Düsen¬ stocks 60 ist eine Ventilanordnung bestehend aus dem Ventilglied 46 und dem Ventilsitz 48 angeordnet, um den Brennstoff in gesteuerter Weise auszustoßen. Die Ventilanordnung ist durch einen sich Ventilsitz der sich am (in Fig. 1 unteren) Ende des Düsenstocks 60 befindet und in Strömungsrichtung konisch erweitert, sowie ein entsprechend geformtes und mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied gebildet. Dabei ist die Ankerscheibe 44c mit der Betätigungsstange 22 durch eine zur Mittelachse M koaxial angeordnete Schraubenfeder 62 belastet, so dass das am Ende der Betätigungsstange 22 befindliche Ventilglied 46 in dem Ventilsitz 48 fluiddicht sitzt, also in seine Geschlossen-Stellung gedrängt ist. Beim Bestromen der (in Fig. 1 unteren) Spulen der Elektromagnet-Spulenanordnung 44a wird in der Magnet- Jochanordnung 44b ein wirbelstromarmes Magnetfeld induziert, das die Ankerscheibe 44c mit der Betätigungsstange 52 in Richtung der jeweiligen Schalen-Hälfte 44b1, 44b" zieht in der sich die bestromte Spule befindet. Damit bewegt sich das Ventilglied 46 von dem Ventil¬ sitz 48 weg in seine Offen-Stellung. Beim Bestromen der anderen Spule der Elektromagnet- Spulenanordnung 44a bewegt sich das Ventilglied 46 in die jeweils andere Stellung zu dem Ventilsitz 48 hin in seine Geschlossen-Stellung.
Damit wird von dem Fluid-Einlass 12 kommender und in der Kammer 16 durch den Kolben 18 unter hohen Druck gesetztes Fluid von der Einspritz-Ventiianordnung 40 in gesteuerter Weise durch das Ventilglied 46 bzw. den Ventilsitz 48 in den Brennraum der Verbrennungs- maschine ausgestoßen. Dabei kann es sich entweder um den Brennraum einer fremdgezün¬ deten Brennkraftmaschine oder um den Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine handeln.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform veranschaulicht, bei der zur Steigerung des ma¬ ximalen Drucks, der in der Kammer 16 erzeugt wird, zwei auf den Kolben 18 wirkende Elekt- romagnet-Anordnungen 28, 30, 32 bzw. 128, 130, 132 vorgesehen sind. Dabei sind die beiden Anker 30, 130 durch ein Rohr 140 starr miteinander verbunden. Die jeweils dazuge¬ hörenden Ständeren 28, 128 wirken gleichsinnig auf die Anker und ziehen im Falle einer Be- stromung der jeweiligen Erregerspulen 32, 132 die Anker und mit ihnen den Kolben 18 in das Innere der Kammer 16 (in Fig. 2 nach unten). Damit kann die Kraft zur Erzeugung des Drucks, und damit der Druck selbst in dem Fluid erhöht werden. Es versteht sich, dass auch mehr als zwei auf den Kolben 18 wirkende Elektromagnet-Anordnungen vorgesehen werden können. Gleichermaßen können auch zwei oder mehr Betätigungseinrichtungen 44, vorgese¬ hen werden, die auf das Ventilglied 46 der Einspritz-Ventiianordnung 40 wirken. Dabei kön¬ nen insbesondere zur Realisierung besonders schlanker Bauformen auch auf den Kolben 18 wirkende Elektromagnet-Anordnungen und auf das Ventilglied 46 wirkende Betätigungsein¬ richtungen 44 kaskadiert werden.
Im Übrigen sind in der Fig. 2 Teile mit vergleichbarer oder identischer Gestalt und/ oder Funktion wie in Fig. 1 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen und nicht noch ein¬ mal separat beschrieben. In Fig. 3 ist die Funktion des erfindungsgemäßen druckverstärkenden Brennstoff-Einspritz¬ ventils graphisch veranschaulicht. Dazu ist auf der Abszisse der vier Graphen der Kurbelwel¬ lenwinkel der Verbrennungsmaschine aufgetragen. Die Ordinate des ersten (obersten) Graphen zeigt die von der Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 bei Bestromen der Erreger¬ spule erzeugte Kraft, die auf den Kolben 18 wirkt. Zunächst steigt ab dem Punkt a beim Bestromen der Erregerspule die Kraft sprunghaft von Null auf einen maximalen Wert an.
Dadurch presst der Kolben auf das Fluid in der Kammer und erzeugt einen konstanten Druck in dem Fluid (siehe dritter Graph von oben ). Da jedoch das Ventilglied 46 von seiner Betäti¬ gungseinrichtung noch in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird und das Fluid in- kompressibel ist, verändert sich die Position des Kolbens längs der Mittellängsachse M in der Kammer nicht. Nach einer Vorsteuerzeit V wird beim Punkt b das Ventilglied 46 von seiner Betätigungseinrichtung in seine offene Stellung gebracht. Dabei wird der Kolben in die Kam¬ mer hineingezogen und seine Position verändert sich (siehe zweiter Graph von oben). Wenn der Kolben beim Punkt c seine Auslenkung in die Kammer hinein ausgeführt hat, ist die Ein¬ spritzung des Fluides beendet und das Ventilglied 46 wird von seiner Betätigungseinrichtung in seine geschlossene Stellung zurückgebracht (siehe unterster Graph). Nach einer Nach¬ steuerzeit n. die am Punkt d beendet ist, läßt die Kraft auf den Kolben nach und der Perma¬ nentmagnet beginnt, den Anker - und damit den Kolben - in seine obere Stellung zurückzuführen, die er im Punkt e erreicht. Anschließend kann der Zyklus wieder von neuem beginnen. Dies ist anhand des Ablaufs zwischen den Punkten f bis k für eine längere Ein- spritzung veranschaulicht, bei der der Kolben von der Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 weiter in die Kammerlβ hineingezogen wird. Im Übrigen verläuft der Vorgang jedoch iden¬ tisch wie zwischen den Punkten a und e.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid-Druckgebers mit einem zu einer Mittellängsachse M im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse 10 im schematischen Längsschnitt. Der Fluid-Druckgeber hat (in Fig. 4 oben) einen zentralen Fluid- Einlass 12, durch den Fluid in den Fluid-Druckgeber einströmen kann. Es ist jedoch auch möglich, den Fluid-Einlass 12 seitlich im in Fig. 4 oberen Bereich des Brennstoff-Einspritz¬ ventils vorzusehen. Von dem Fluid-Einlass 12 reicht ein zentraler Brennstoff-Kanal 14 zu einer Kammer 16. Der zentrale Fluid-Kanal 14 hat einen kreisrunden Querschnitt und ist zu der Kammer 16 hin aufgeweitet. In dem aufgeweiteten Abschnitt des Fluid-Kanals 14 ist ein kreiszylindrischer Kolben 18 verschiebbar und fluiddicht geführt, der in die Kammer 16 ragt. Durch ein Verschieben des Kolbens 18 längs der Mittellängsachse M wird das Volumen der Kammer 16 verändert. In dem Kolben 18 ist mittig ein Fluid-Durchlass 20 angeordnet, der sich - in Strömungs- richtung des Fluids gesehen - konisch erweitert um einen Ventilsitz 22 für ein in dieser Aus¬ führungsform als Kugel ausgestaltetes Ventilglied 24 zu bilden, das mittels einer Schraubenfeder 26 gegen den Ventilsitz 22 gedrängt ist. Damit ist ein Rückschlagventil 22, 24, 26 gebildet, durch das ein Austreten von in der Kammer 16 befindlichem Fluid zurück in Richtung Fluid-Einlass 12 verhindert ist. Der Kolben 18 ist durch eine Elektromagnet-Anordnung im Sinne einer Volumenverringerung der Kammer 16 zu betätigen. Dazu hat die Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 einen im Innern der Kammer 16 angeordneten, aus Weicheisen(-platten) geformten Ständer 28 mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und einen ebenfalls im Innern der Kammer 16 ange¬ ordneten, im Wesentlichen kreiszylindrischen, scheibenförmigen Anker 30. Der Anker 30 ist an seiner einen (in Fig. 4 oberen) Stirnfläche 30a mit dem verschiebbaren Kolben 18 starr verbunden. Dabei ist der Ständer 28 als Multipolständer mit parallel zueinander verlaufen¬ den, nebeneiander angeordneten Ständerpolen ausgebildet, der mehrere, den jeweiligen Ständerpolen 28a, 28b, 28c zugeordnete und zwischen jeweils zwei Ständerpolen angeord¬ nete Erregerspulen 32a, 32b, 32c aufweist. Damit kann sich der Anker 30 und mit ihm der Kolben 18 entlang der Mittellängsachse M bewegen. Zwischen dem Ständer 28 und dem Anker 30 ist ein quer zur Bewegungsrichtung des Ankers 30 orientierter Arbeitsluftspalt 34 gebildet. Dabei stellt der Unterschied zwischen der minimalen und der maximalen Erstre¬ ckung des Arbeitsluftspalts längs der Mittellängsachse M das Maß dar, um das der verschieb¬ bare Kolben 18 in die Kammer eintaucht und darin befindliches Fluid mit Druck beaufschlagt. An der von dem Ständer 28 abliegenden Seite des Ankers 30 (in Rg. 4 oben) ist an der In¬ nenwand des Ventilgehäuses 10 eine aus Permanent-Magneten gebildete Magnetanordnung 42 vorgesehen, die den Anker 30 - bei nicht bestromten Erregerspulen 32a, 32b, 32c - in dessen Ruhestellung - (in Rg. 4 nach oben) zieht und dabei im Sinne einer Volumenvergrö- ßerung der Kammer 16 den Kolben 18 aus der Kammer 16 hinausbewegt.
Der Ständer 28 und der Anker 30 haben jeweils einen bzw. mehrere Ruidkanäle 36, 38, da¬ mit in der Kammer 16 befindliches Ruid durch einen mit der Kammer 16 in Strömungsver¬ bindung stehenden Leitungsanschluß 70 über eine - nicht weiter veranschaulichte druckfeste Leitung - zu einer Einspritz-Ventilanordnung 40 gelangen kann, die in einer möglichen Aus- führungsform in Rg. 5 veranschaulicht ist.
Die Einspritz-Ventilanordnung 40 hat einen Zulauf 41 und eine weiter unten im Detail be¬ schriebene Betätigungseinrichtung 44, die auf ein bewegliches Ventilglied 46 der Einspritz- Ventilanordnung 40 einwirkt. Dadurch wird das Ventilglied 46 gegenüber einem mit dem Ventilglied 46 zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Zulauf 41 angeordneten orts- festen Ventilsitz 48 zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung (in Rg. 5 auf und ab) bewegt.
Die Betätigungseinrichtung 44 ist gebildet durch eine Elektromagnet-Spulenanordnung 44a, eine mit dieser zusammenwirkende weichmagnetische Magnet-Jochanordnung 44b, sowie eine mit dieser zusammenwirkende weichmagnetische Magnet-Ankeranordnung 44c. Dabei ist die weichmagnetische Magnet-Jochanordnung 44b aus zwei kreiszylindrischen Hälften 44b' und 44b" mit nebeneinander verlaufenden, parallel angeordneten Ausnehmungen für entsprechende Erregerspulen der Elektromagnet-Spulenanordnung 44a gebildet. In den die Polstege umgebenden Ausnehmungen ist jeweils eine Erregerspule aufgenommen, die bün¬ dig mit den jeweiligen Stirnflächen 72a, 72b der Schalen-Hälften 44b' und 44b" abschließen. Die Stirnflächen 46a, 46b der Magnetjoch-Hälften 44b' und 44b" begrenzen einen Hohlraum 50, in dem die Magnet-Ankeranordnung 24c längs der Mittelachse M beweglich aufgenom¬ men ist.
Die Magnetjochanordnung kann hier aus einstückigem Weicheisen gebildet sein, aus dem die Polstege bzw. die Zwischenräume ausgeformt sind. In ein derartiges einstückiges Weichei- sen-Formteil können Unterbrechungen in Form von Schlitzen oder Langlöchern eingearbeitet sein, die mit elektrisch isolierendem Material gefüllt sind. Es ist aber auch möglich, die Mag¬ netjochanordnung als Formteil aus gesintertem Eisenpulver herzustellen oder aus mehreren gegeneinander isolierten Teilstücken zu montieren und zu ggf. verkleben. Die Magnet-Ankeranordnung 44c ist eine kreisrunde weicheisenhaltige Scheibe mit einer weiter unten im Detail beschriebenen Gestalt. Die Elektromagnet-Spulenanordnung 44a und die Magnet-Ankeranordnung 44c überlappen sich in radialer Richtung bezogen auf die Mit¬ telachse M. Wie in der Rg. 5 gezeigt ist, hat die Elektromagnet-Spulenanordnung 44a einen geringeren Außendurchmesser als die Ankerscheibe 44c, so dass der aus der Elektromagnet- Spulenanordnung 44a hervorgerufene magnetische Fluss praktisch ohne nennenswerte Streu-Verluste in die Ankerscheibe 44c eindringen kann. Damit wird ein besonders effizienter Magnetkreis realisiert, der sehr geringe Ventil-Öffnungs-/Schließ-Zeiten sowie hohe Halte¬ kräfte erlaubt.
Die Ankerscheibe 44c kann - unabhängig von der Gestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung - auch eine geschlossene Kreisscheibe aus Weicheisen sein, sofern die Ausgestaltung des Magnetjoches bzw. der Magnet-Spulenanordnung sicherstellt, dass die Streuverluste bzw. Wirbelstromverluste gering genug für den jeweiligen Einsatzzweck sind. Wie in Rg. 5 veranschaulicht, ist die Ankerscheibe 44c mit einer Ventilglied-Betätigungs¬ stange 52 starr verbunden und in einem durch die Schalen-Hälften 44b' und 44b" der Mag- net-Jochanordnung 44b begrenzten Arbeitsraum 56 längs der Mittelachse M in einem rohrförmigen Düsenstock 60 geführt längsbeweglich aufgenommen. Am Ende des Düsen¬ stocks 60 ist eine Ventilanordnung bestehend aus dem Ventilglied 46 und dem Ventilsitz 48 angeordnet, um den Brennstoff in gesteuerter Weise auszustoßen. Die Ventilanordnung ist durch einen sich Ventilsitz der sich am (in Rg. 5 unteren) Ende des Düsenstocks 60 befindet und in Strömungsrichtung konisch erweitert, sowie ein entsprechend geformtes und mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied gebildet. Dabei ist die Ankerscheibe 44c mit der Betätigungsstange 22 durch eine zur Mittelachse M koaxial angeordnete Schraubenfeder 62 belastet, so dass das am Ende der Betätigungsstange 22 befindliche Ventilglied 46 in dem Ventilsitz 48 fluiddicht sitzt, also in seine Geschlossen-Stellung gedrängt ist. Beim Bestromen der (in Rg. 5 unteren) Spulen der Elektromagnet-Spulenanordnung 44a wird in der Magnet- Jochanordnung 44b ein wirbelstromarmes Magnetfeld induziert, das die Ankerscheibe 44c mit der Betätigungsstange 52 in Richtung der jeweiligen Schalen-Hälfte 44b', 44b" zieht in der sich die bestromte Spule befindet. Damit bewegt sich das Ventilglied 46 von dem Ventil¬ sitz 48 weg in seine Offen-Stellung. Beim Bestromen der anderen Spule der Elektromagnet- Spulenanordnung 44a bewegt sich das Ventilglied 46 in die jeweils andere Stellung zu dem Ventilsitz 48 hin in seine Geschlossen-Stellung.
Damit wird beim Zulauf 41 ankommendes unter hohem Druck stehendes Ruid von der Einspritz-Ventilanordnung 40 in gesteuerter Weise durch das Ventilglied 46 bzw. den Ventil¬ sitz 48 in den Brennraum der Verbrennungsmaschine ausgestoßen. In Rg. 6 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ruid-Druckgebers im schematischen Längsschnitt gezeigt mit einem zu einer Mittellängsachse M im wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuse 10. Der Ruid-Druckgeber hat seitlich einen Ruid-Einlass 12, durch den Fluid in den Ruid-Druckgeber einströmen kann. Von dem Ruid-Einlass 12 reicht ein Brennstoff-Kanal 14 zu einer Kammer 16. In die Kammer 16 reicht ein kreiszylindri- scher Kolben 18, der darin verschiebbar und mittels zweier O-Ringdichtungen 18', 18" fluid¬ dicht geführt ist. Durch ein Verschieben des Kolbens 18 längs der Mittellängsachse M wird das Volumen der Kammer 16 verändert.
Der Ruid-Einlass 12 ist erweitert um einen Ventilsitz 22 für ein als Kugel ausgestaltetes Ven¬ tilglied 24 zu bilden, das mittels einer Schraubenfeder 26 gegen den Ventilsitz 22 gedrängt ist. Damit ist ein Rückschlagventil 22, 24, 26 gebildet, durch das ein Austreten von in der Kammer 16 befindlichem Ruid zurück in Richtung Ruid-Einlass 12 verhindert ist. Der Kolben 18 ist durch eine Elektromagnet-Anordnung im Sinne einer Volumenverringerung der Kammer 16 zu betätigen. Dazu hat die Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 einen au¬ ßerhalb der Kammer 16 in einem separaten Gehäuse 31 angeordneten, aus Weicheisen(- platten) geformten Ständer 28 mit im Wesentlichen kreiszylindrischer Gestalt und einen e- benfalls im Gehäuse 31 angeordneten, im Wesentlichen kreiszylindrischen, scheibenförmigen Anker 30. Der Anker 30 ist an seiner einen (in Rg. 6 unteren) Stirnfläche 30b durch eine Stange 30c mit dem verschiebbaren Kolben 18 starr verbunden. Dabei ist der Ständer 28 als Multipolständer mit langgezogenen, nebeneinander im Abstand angeordneten Ständerpolen 28a, 28b, 28c ausgebildet. Der Multipolständer 28 weist meh- rere, den jeweiligen Ständerpolen 28a, 28b, 28c zugeordnete und die Ständerpole umgebend angeordnete Erregerspulen 32a, 32b, 32c auf. Damit kann sich bei Bestromen der Erreger¬ spulen 32a, 32b, 32c der Anker 30 und mit ihm der Kolben 18 entlang der Mittellängsachse M bewegen. Zwischen dem Ständer 28 und dem Anker 30 ist ein quer zur Bewegungsrich- tung des Ankers 30 orientierter Arbeitsluftspalt 34 gebildet. Dabei stellt der Unterschied zwi¬ schen der minimalen und der maximalen Erstreckung des Arbeitsluftspalts längs der Mittellängsachse M das Maß dar, um das der verschiebbare Kolben 18 in die Kammer ein¬ taucht und darin befindliches Fluid mit Druck beaufschlagt. An der von dem Ständer 28 abliegenden Seite des Ankers 30 (in Fig. 6 oben) ist an der In- nenwand des Gehäuses 31 eine zur Elektromagnet-Anordnung 28, 30, 32 spiegelbildliche
Elektromagnet-Anordnung 42 vorgesehen, die den Anker 30 in dessen Ruhestellung - (in Fig. 6 nach oben) zieht und dabei im Sinne einer Volumenvergrößerung der Kammer 16 den Kol¬ ben 18 aus der Kammer 16 hinausbewegt. Anstelle oder zusätzlich zu der oberen Elektro¬ magnet-Anordnung 42, die den Kolben aus der Kammer 16 hinausbewegt, kann auch eine Federanordnung, zum Beispiel in Gestalt einer Teller-, Schrauben oder Kegelfeder vorgese¬ hen sein, um den Kolben aus der Kammer 16 hinaus zu bewegen. Es versteht sich, dass diese Alternative auch bei allen übrigen hier erläuterten Ausführungsformen der Erfindung einsetzbar ist. Durch einen Durchlass 31 oberhalb des Kolbens 18 (auf dessen Niederdruck-Seite) in der Wand des Gehäuses 30 ist ein Luftaustausch mit der Umgebung sowie ggf. ein Austreten von in den Raum oberhalb des Kolbens 18 eingedrungenen Fluides ermöglicht. In Fig. 6a ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid-Druckgebers im schematischen Längsschnitt gezeigt, die in einigen Details mit der Ausführungsform aus Fig. 6 übereinstimmt. Daher werden nachstehend nur relevante Unterschiede zu Fig. 6 erläutert. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6a ist vorgesehen, dass das Fluid durch einen Einlaß 12 in eine hohle Ummantelung 33' des Gehäuses 31 des Druckgebers einströmt. Damit kann erreicht werden, dass das Fluid den Druckgeber kühlt. Aus der hohlen Ummantelung 33' kann das Fluid auf der von der Kammer 16 abgewandten Seite des Kolbens 18 einströmen und durch eine Rückschlag-Ventilanordnung 22, 24, 26 in dem Kolben 18 in die Kammer 18 hinein gelangen, wenn die Elektromagnet-Anordnung den Kolben 18 im Sinne einer Volu¬ menvergrößerung der Kammer 16 betätigt. Dazu ist in dem Kolben 18 ein Durchgang vorge¬ sehen, der einen Ventilsitz 22 für ein als Kugel ausgestaltetes Ventilglied 24 aufweist , das mittels einer Schraubenfeder 26 gegen den Ventilsitz 22 gedrängt ist. Durch das Rückschlag¬ ventil 22, 24, 26 ist ein Austreten von in der Kammer 16 befindlichem Fluid zurück in Rich- tung Fluid-Einlass 12 verhindert. Der Bereich, in dem sich der Anker 30 befindet, ist damit von dem zuströmenden Fluid erfüllt. Dies hat nicht zuletzt den Vorteil, dass die Elektromag¬ net-Anordnung insgesamt durch das Fluid gekühlt wird. Vorteilhafterweise hat der - auch als Multipolanker augestaltbare - Anker 30 nicht weiter veranschaulichte Durchlässe, so dass ihn umgebendes Fluid die Ankerbewegung nicht oder kaum beeinträchtigt. Der Kolben 18 ist durch die Elektromagnet-Anordnung 32b, 32c im Sinne einer Volumenver¬ ringerung der Kammer 16 zu betätigen. Dazu ist an der von dem Ständer 28 abliegenden Seite des Ankers 30 (in Fig. 6 oben) an der Innenwand des Gehäuses 31 eine zur Elektro¬ magnet-Anordnung 28, 30, 32 spiegelbildliche Elektromagnet-Anordnung 42 vorgesehen, die den Anker 30 in dessen Ruhestellung - (in Fig. 6 nach oben) zieht und dabei im Sinne einer Volumenvergrößerung der Kammer 16 den Kolben 18 aus der Kammer 16 hinausbewegt. In Hg. 6b ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fluid-Druckgebers veranschaulicht, die in einer Reihe von Details im Aufbau den Fluid-Druckgebern aus den Rg. 6, 6a gleicht. Daher werden nachstehend nur die Unterschiede zu diesen Ausführungsformen erläutert. Ein Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 6 besteht darin, dass mittels einer Elektro¬ magnet-Anordnung 28 der Anker 30 in dessen eine - zurückgezogene Stellung (zum Beispiel in Fig. 6b oben) zu befördern ist. Gleichzeitig wird beim Anziehen des Ankers an die Elekt¬ romagnet-Anordnung eine den Anker gegen die Elektromagnet-Anordnung abstützende Fe¬ deranordnung 35 in Gestalt einer Tellerfeder in ihren gespannten Zustand versetzt. Diese Federanordnung 35 bewirkt, dass bei stromloser Elektromagnet-Anordnung der Ankeker 30 in seine zweite - vorgeschobene - Stellung (zum Beispiel in Fig. 6b unten) gedrängt. Dies hat zur Folge, dass der Kolben 18 das Volumen der Kammer 16 im Sinne einer Fluidverdrän- gung aus der Kammer 16 verkleinert. Es versteht sich, dass anstelle der hier gezeigten als Druckfeder arbeitenden Tellerfederanordnung 35 auch Zugfederanordnungen eingesetzt werden können. Auch diese Alternative ist mit den übrigen hier erläuterten Ausführungsfor¬ men der Erfindung kombinierbar. Schließlich kann auch das in Fig. 6b gezeigte Prinzip, gleichzeitig mit der Bewegung des Ankers einen Federspeicher aufzuladen in der umgekehr¬ ten Richtung eingesetzt werden. Das heißt, eine Elektromagnet-Anordnung zieht den Anker im Sinne einer Volumenverringerung der Kammer 16 an und spannt gleichzeitig eine Feder- anordnung. Bei stromloser Elektromagnet-Anordnung befördert dann die Federanordnung den Anker 30 - und damit den Kolben 18 - im Sinne einer Volumenvergrößerung der Kam¬ mer 16 (zum Beispiel in Fig. 6b wieder nach oben).
Bei allen in den Fig. 6, 6a, 6b gezeigten Ausführungsformen kann in der Kammer 16 befindli¬ ches Fluid durch einen mit der Kammer 16 in Strömungsverbindung stehenden Leitung- sanschluß 70 über eine - nicht weiter veranschaulichte druckfeste Leitung - zu einer
Einspritz-Ventilanordnung 40 gelangen, die in weiteren möglichen Ausführungsformen in den Fig. 7 und 8 veranschaulicht ist. In die Strömungsverbindung zu der Einspritz-Ventilanord¬ nung 40 - zum Beispielin dem Leitungsanschluß 70 - ist eine weitere Rückschlagventilan¬ ordnung 47 ähnlich der am Eintritt in die Kammer 16 vorgesehen. Dadurch ist zu verhindern, dass durch den Leitungsanschluß 70 Fluid in die Kammer 16 zurückströmt. Selbstverständlich können die Einspritz-Ventilanordnungen 40 auch direkt, d.h. ohne eine druckfeste Leitung mit einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen von Fluid-Druckgebern verbunden sein. Bei diesen beiden in den Fig. 7, 8 gezeigten Ausführungsformen handelt es sich um konven- tionelle Einspritz-Ventilanordnungen 40, wie sie zum Beispiel auch durch die Robert BOSCH GmbH angeboten werden. Im Detail kann es sich um Typen der BOSCH-Baureihen EV, oder andere handeln.
In Fig. 7 ist eine Einspritz-Ventilanordnung 40 gezeigt, die bei einem bestimmten Fluid- Überdruck an ihrem Zulauf 41 selbsttätig öffnet; es hat also keine Zumess-Funktion. Diese Einspritz-Ventilanordnung 40 hat ein abstromseitig zu dem Zulauf 41 befindliches Feinsieb
43, durch das Fluid zu einem Teller-Ventilglied 47 gelangt, das durch eine Schraubenfeder 49 in eine geschlossene Stellung vorgespannt ist. Sobald unter Druck stehendes Fluid an dem Zulauf 41 ansteht, hebt das Teller-Ventilglied 47 von seinem Sitz 51 ab und läßt das Fluid austreten. Wenn der Fluiddruck "zusammenbricht", setzt das Teller-Ventilglied 47 wieder auf seinem Sitz 51 auf und das Ausströmen von Fluid ist unterbunden. In Rg. 8 ist eine Einspritz-Ventilanordnung 40 gezeigt, die als elektromagnetisches Einspritz¬ ventil ausgestaltet ist. Dieses elektromagnetische Einspritzventil hat in einem Gehäuse 53 eine zylindrische Stromspule 55 in einem Magnetjoch 55a mit - nicht weiter veranschaulich¬ ten - elektrischen Anschlüssen, einen Ventilsitz 57 mit einer Spritzlochscheibe 57a und einer beweglichen Ventilnadel 59 mit einem Magnetanker 61. Ein Feinsieb 63 im Fluidzulauf 65 schützt das Einspritzventil vor Verschmutzung. Bei stromloser Stromspule 55 wird die Ventil¬ nadel 59 durch eine Kraft, resultierend aus einer auf der Ventilnadel 59 lastenden Schrauben¬ feder 65 und dem Fluiddruck, auf den Ventilsitz 57 gedrückt. Bei bestromter Stromspule 55 wird die Ventilnadel 59 durch ein von der Stromspule 55 erzeugtes und auf den Magnetanker 61 wirkendes Magnetfeld angezogen, so dass die Ventilnadel 59 von dem Ventilsitz 57 ab¬ hebt und das Fluid durch das Einspritzventil ausfließt. Die abgespritzte Fluidmenge pro Zeit¬ einheit ist im Wesentlichen vom Fluiddruck am Fiuidzulauf 65 und dem freien Querschnitt der Öffnungen der Spritzlochscheibe bestimmt. Wenn der Erregerstrom der Stromspule 55 abge¬ schaltet wird, schließt das Einspritzventil wieder. Die in der obigen Beschreibung der Erfindung erläuterten Ausführungsformen und deren einzelne Aspekte sind selbstverständlich untereinander kombinierbar, auch wenn derartige Kombinationen nicht im Einzelnen vorstehend erläutert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Ein Fluid-Druckerzeuger, um in einem kleinen Bauraum in Fluiden ein erhöhtes Druck¬ niveau mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, mit
- einem Einlass (12), der dazu eingerichtet ist, Fluid aus einer Zufuhr-Leitung aufzunehmen, und der mit einer Kammer (16) verbunden ist,
- einem Fluid-Auslass (64), der mit der Kammer (16) verbunden ist, und der dazu eingerich¬ tet ist, Fluid aus dem Fluid-Druckerzeuger ausströmen zu lassen,
- einem in die Kammer (16) ragenden verschiebbaren Kolben (18), der dazu vorgesehen ist, das Volumen der Kammer (16) zu verändern, und - einer Elektromagnet-Anordnung (28, 30, 32), durch die der Kolben (18) im Sinne einer Volumenverringerung zu betätigen ist, wobei
- die Elektromagnet-Anordnung einen Ständer (28) und einen Anker (30) aufweist, und
- der Ständer (28) als Multipolständer mit einem oder mehreren Ständerpolen ausgebildet ist, und der den jeweiligen Ständerpolen zugeordnete Erregerspuien (32a, 32b, 32c) auf- weist.
2. Der Fluid-Druckerzeuger nach Anspruch 1, wobei
- ein Rückschlagventil (22, 24) vorgesehen ist, durch das ein Austreten von in der Kammer (16) befindlichem Fluid in Richtung FIuid-Einlass (12) verhindert ist.
3. Der Fluid-Druckerzeuger nach Anspruch 2, wobei - das Rückschlagventil (22, 24) in dem Strömungskanal (14) angeordnet ist.
4. Der Fluid-Druckerzeuger nach Anspruch 2, wobei
- das Rückschlagventil (22, 24) in dem verschiebbaren Kolben (18), vorzugsweise in einem darin befindlichen Brennstoff-Durchlass (20) angeordnet ist.
5. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Multipolständer (28) mit mehreren nebeneinander im Abstand angeordneten Ständer¬ polen ausgebildet ist, der mehrere, den jeweiligen Ständerpolen (28a, 28b, 28c) zugeordnete und zwischen jeweils zwei Ständerpolen angeordnete Erregerspulen (32a, 32b, 32c) auf¬ weist.
6. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Anker (30) mit dem verschiebbaren Kolben (18) verbunden oder ein Teil davon ist.
7. Der Fluid-Druckerzeuger nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen, wobei
- der Anker (30) als Multipolanker ausgebildet ist, dessen Ankerpole auf die jeweiligen Stän¬ derpole (28a, 28b, 28c) ausgerichtet sind.
8. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Elektromagnet-Anordnung zwischen dem Ständer (28) und dem Anker (30) einen vor¬ zugsweise quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (30) orientierten Arbeitsluftspalt (34) aufweist.
9. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Ständer (28) und/oder der Anker (30) im Innern der Kammer (16) angeordnet sind.
10. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Ständer (28) und/oder der Anker (30) wenigstens einen Fluidkanal (36, 38) für Fluid in Richtung zu einer Ausstoß-Ventilanordnung (40) hin aufweisen.
11. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- auf einer von dem Ständer (28) abliegenden Seite des Ankers (30) eine, vorzugsweise Permanent-Magnete aufweisende Magnetanordnung (42) vorgesehen ist, die den Anker (30) in dessen Ruhestellung befördert und dabei im Sinne einer Volumenvergrößerung der Kam- s mer (16) den Kolben (18) aus der Kammer (16) hinausdrängt.
12. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Kammer (16), die Ausstoß-Ventilanordnung (40), der Kolben (17) und die Elektromag¬ net-Anordnung (28, 30, 32) als gemeinsam handhabbare Baugruppe ausgestaltet sind.
13. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei o - die Betätigungseinrichtung auf ein bewegliches Ventilglied (46) der Ventilanordnung (46, 48) einwirkt, um dieses gegenüber einem mit dem Ventilglied (46) zusammenwirkenden und stromabwärts zu dem Fluid-Einlass (12) angeordneten ortsfesten Ventilsitz (48) zwischen einer Offen-Stellung und einer Geschlossen-Stellung zu bewegen.
14. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 5 - mehrere auf die Ventilanordnung (46, 48) wirkende Betätigungseinrichtungen (44), und/oder mehrere auf den Kolben (18) wirkende Elektromagnet-Anordnungen (28, 30, 32) vorgesehen sind.
15. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Betätigungseinrichtungen (44) eine Magnet-Jochanordnung 44b aus zwei etwa kreiszy- 0 lindrischen Hälften (44b1, 44b") mit im Wesentlichen nebeneinander und im Abstand ange¬ ordneten Polstegen aufweist, die von Ausnehmungen umgeben sind, wobei in den Ausnehmungen jeweils eine Erregerspule der Elektromagnet-Spulenanordnung (44a) auf¬ genommen ist, die bündig mit jeweiligen Stirnflächen (72a, 72b) der Schalen-Hälften (44b1, 44b") abschließt. 5
16. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Ausstoß-Ventilanordnung (40) mit dem Fluid-Auslass (64) des Fluid-Druckerzeugers über eine Fluidleitung verbunden ist.
17. Der Fluid-Druckerzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet dass er als Brennstoff-Einspritzventil eingerichtet und dimensioniert ist, um in 0 den Brennraum einer fremdgezündeten oder einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu ragen.
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