WO2012175272A1 - Device for injecting fluid - Google Patents

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WO2012175272A1
WO2012175272A1 PCT/EP2012/059589 EP2012059589W WO2012175272A1 WO 2012175272 A1 WO2012175272 A1 WO 2012175272A1 EP 2012059589 W EP2012059589 W EP 2012059589W WO 2012175272 A1 WO2012175272 A1 WO 2012175272A1
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WO
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actuator
fluid
housing
piston
diameter
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PCT/EP2012/059589
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German (de)
French (fr)
Inventor
Anton Dukart
Verena Tritsch
Robert Giezendanner-Thoben
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/027Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/04Pumps peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F04B17/04Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors using solenoids
    • F04B17/042Pumps 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
    • F04B17/044Pumps 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 using solenoids directly actuating the piston
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638Armatures not entering the winding

Definitions

  • Fluid shock wave or shock wave in fluid mechanics refers to a pressure wave generated by explosions or other phenomena, and extreme
  • the pressure wave runs as a wavefront through a medium.
  • Pressure wave the medium, redistributes itself to compensate for the disturbance and behaves just like an incompressible medium.
  • a device for injecting a fluid which has a channel filled with a fluid, in particular a fluid, such as, for example, fuel, which is acted upon by an actuator.
  • a fluid such as, for example, fuel
  • the geometry of the actuator can be characterized above all by the fact that the diameter of the active surface of the elevation, ie a piston surface ⁇ d 2 Ko iben / 4 at least by a factor of 2 is smaller than the effective area of the plan side of the actuator, ⁇ d 2 Ak tor / 4 ,
  • the geometry of the actuator can therefore be characterized by the fact that it corresponds to a hat shape with a cylindrical cup-shaped center, which is dimensioned by a plan side, which forms the "brim” of the hat and the diameter of the "brim” by a factor of 2 greater than that Diameter of the hat final end face, in the present
  • Relationship acts as a piston.
  • the plan side on which the excitation coil acts can be manufactured from a material with outstanding electromagnetic properties. This material is generally relatively expensive Materials whose strength is limited.
  • the elevation, ie the remaining piston can be configured from a more cost-effective but very high-strength material.
  • Components of the actuator formed in two parts in this case can be made possible for example by simply sticking on the underside of the piston.
  • An increase in the strength, in particular of the piston part of the inventively proposed actuator, can be further achieved by a laterally extending "brim”.
  • an improved modular design can be achieved, which makes it possible to vary and in particular gradually increase a pressure pulsation as well as the strength of the shock wave to be generated in the fluid-filled channel.
  • the inventively proposed solution the fact is exploited that at constant force, the pressure in a fluid, in particular in a liquid, in relation to the piston surface increases linearly and to the diameter square.
  • a pressure pulse can be extended, which has an advantageous effect on the amount of liquid or fluid to be injected.
  • the pressure also increases disproportionately with smaller piston mass.
  • the actuator force increases in proportion to the area.
  • the combination of a small piston surface and a large actuator surface according to the solution proposed by the invention can be exploited to increase the pressure force and produce by means of the principle of surface translation a pressure pulse having a very high amplitude.
  • the proposed implementation ie the design of the actuator, pronounced of a hat, the geometry of which, as briefly outlined above, is designed.
  • the concrete embodiment of the piston surface ie the active surface, which projects into the channel in the housing of the device for injecting a fluid, in which the liquid is stored, is conceivable in various ways. It is possible to provide the piston surface, ie the front side of the central elevation of the hat-shaped configured actuator, plan or with a rounding.
  • the front side may be provided with a concave depression, wherein the end face, be it flat, rounded out, is part of the central elevation of the actuator.
  • the lateral surface of the central elevation which represents the actual piston of the actuator, can in Advantageous wise in a guide within the housing of the device for
  • the at least one actuator is assigned a disk-shaped magnetic coil as the exciter coil.
  • the magnetic coil can be applied to an actuator carrier and comprise a passage opening, wherein the in
  • Essentially disc-shaped magnetic coil in the installed state in the actuator or in the housing state substantially, i. extends parallel to the "brim" of the hat-shaped configured actuator
  • the at least one actuator moves in the housing in its leadership substantially in the vertical direction and compresses the volume of fluid contained in the channel of the housing, in particular a liquid, for example fuel.
  • a liquid for example fuel
  • the device proposed according to the invention for injecting a fluid in a stacked arrangement is assigned in each case a separately controllable magnetic coil as an excitation coil.
  • Each pair of actuator and excitation coil forms an eddy current actuator in the stack arrangement.
  • a good efficiency of the actuators can be achieved. It can generate a pressure pulse with a high amplitude, when choosing a suitable area ratio of actuator area to piston area.
  • Ratio is following the solution proposed by the invention following on the basis of the desired pressure pulse amplitude and the available electrical power choose. For the application presented above, it is desirable to choose the diameter ratio of actuator area to piston area greater than 2.
  • the proposed solution according to the invention allows flexible possibilities of designing the piston surface and thus influencing the pressure pulse shaping. The design of the leadership of the actuator in the housing minimized to a small diameter
  • Effective diameter i. takes place at the piston diameter, which is much cheaper to seal.
  • the survey i. the piston part of the inventively proposed, substantially hat-shaped actuator, can be designed with or without brim, with a brim, a higher strength of the piston can be achieved.
  • the proposed solution according to the invention is further distinguished by the fact that there is a higher degree of freedom in the design of the hat shape and also a two-part embodiment variant can be considered, in which the materials are selected in each case in terms of strength and in terms of their electromagnetic properties in an optimal manner can.
  • Figure 1 is an illustration of the proposed device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a detailed representation of an actuator
  • Figure 3 shows a further embodiment of the substantially hat-shaped
  • Figure 4 shows a further embodiment possibility of the actuator with a
  • FIG. 5 shows a variant embodiment of the device proposed according to the invention for injecting a fluid with actuators stacked one above the other in a vertical direction in a stack arrangement
  • FIG. 1 which shows a device for injecting a fluid, for example a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of a
  • FIG. 1 shows an injection device 10 comprising a housing 12.
  • the housing 12 is screwed by means of a cover and comprises an actuator support 16, on whose upper side a substantially disc-shaped magnetic coil 14 is housed.
  • the actuator 20 has an actuator surface 22, which can be laterally delimited by a "brim" of the hat-shaped configured actuator, as well a piston of the actuator 20 forming a central elevation.
  • the end face of this central elevation of the actuator 20 represents a piston surface 24, which projects into a channel 28.
  • the channel 28 may - as shown in Figure 1 - have a in the conveying direction 30 of the liquid, or the fluid, continuously tapered cross section, indicated by reference numeral 32 in Figure 1.
  • a valve 34 At the end of the channel 28, with a fluid, or with the Liquid 26 is filled, there is a valve 34, through which the liquid in the conveying direction 30 emerges from the channel 28 and, for example, in a combustion chamber, not shown here
  • Internal combustion engine can be injected.
  • FIG. 1 shows that the actuator 20, which has a substantially hat-shaped design, is guided in a guide 36 of the housing 12.
  • the guide 36 is given by the limitation of the channel 28 in the housing 12.
  • the actuator 20 shown here is embedded in a cavity 18 of the housing 12. With appropriate energization of the substantially parallel to the plane surface, i. To the brim of the actuator 20 extending magnetic coil 14, which serves as an excitation coil, the actuator 20 moves in the cavity 18 substantially in the vertical direction, so that as
  • Piston surface 24 acting end face of the actuator 20 enters the channel 28 of the housing 12 and compresses the volume of liquid contained there accordingly.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the inventively proposed substantially hutformig designed actuator.
  • the actuator 20 which has a substantially hat-shaped design, comprises an area serving as a piston, the end face of which forms the piston surface 24.
  • This piston surface 24 is arranged in a diameter 40 d Ko iben.
  • the substantially hatformig procured actuator 20 with a plane surface 46 provided which has a diameter 42 d A ktor.
  • Diameter 42 d A constru the diameter 40 of the piston surface 24 of the central elevation of the actuator 20 by at least two times.
  • FIG. 2 also shows that the central elevation in the
  • Essentially hutformig procured actuator 20 is configured in a height 44.
  • the design of the height 44 determines on the one hand the distance of the piston surface 24 from the flat surface 46 and on the other hand, the guide length in which the central elevation of the substantially hutformig procured actuator 20 in the guide 36 in the housing 12 of the inventions proposed injector 10 is performed.
  • the guidance of the substantially hutformig procured actor in its diameter 40 d Ko iben advantageous in terms of low friction and lower production-related adjusting leakage losses.
  • the disk-shaped magnetic coil 24 extends essentially parallel to the plane surface 46 of the actuator and extends. Both components extend substantially parallel to one another, forming a gap between them.
  • FIG. 2 further comprises the substantially disk-shaped magnetic coil 14, which serves as an exciter coil, and an opening 38, which lies substantially below the central elevation of the actuator 20, which is essentially hat-shaped.
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment of the actuator proposed according to the invention and essentially hat-shaped.
  • the plan side of the central elevation in the hat-shaped actuator 20 is not planed but rounded.
  • FIG. 3 shows that a trough 52 which runs concavely here forms on the end face of the central elevation in the substantially hat-shaped actuator 20.
  • a concave depression 52 it is also possible, instead of a concave depression 52, to provide the plan side of the central elevation of the substantially hat-shaped actuator with a convex curvature.
  • an embodiment of the plan side of the central elevation, which serves as a piston conceivable with a concave or convex curved surface.
  • FIG. 4 shows a further possible embodiment of the essentially hat-shaped actuator for an injection device.
  • Figure 4 shows that, according to this embodiment, the diameter 40 d Ko Iben identical to that shown in FIGS 2 and 3.
  • FIG. In contrast to this, however, the central elevation has a constriction 54. This also acts as a guide 36.
  • either the central elevation of the actuator 20, ie the piston member or the channel 28 and the housing 12 can be made in two or more parts, which considerably simplifies the assembly.
  • the diameter 42 of the flat surface 46 is dimensioned considerably larger than the diameter 40 d Ko iben, which represents the active surface of the actuator.
  • FIG. 5 shows a variant of the device proposed according to the invention for injecting a fluid with a stack arrangement of actuators.
  • a number of substantially hat-shaped actuators 20 are stacked in stack 56 received one above the other.
  • Each of the individual actuators is assigned a separate magnetic coil 14.
  • a pair of actuator 20 and magnetic coil 14 forms a Wirbelstromaktor.
  • each piston ie each centric elevation substantially hat-shaped actuator 20 is associated with a magnetic coil 14, so that in the stack assembly 56 as shown in Figure 5, four eddy current actuators are coupled together.
  • inventively proposed injection device 10 can be a good
  • Control variants Due to the flexible use in terms of the number of actuators 20 and the provision of magnetic coils 14 per actuator different shaping of a pressure pulse is possible.
  • Figures 6.1, 6.2 and 6.3 show schematically different pressure pulse profiles, which can be achieved with the inventively proposed device for injecting a fluid.
  • Figure 6.1 shows a sawtooth
  • a third pressure curve 76 is shown, which is characterized by a rising flank 78 and a continuously falling waste flank 80. On the rising edge 78, individual plateaus can be distinguished, each of which, starting from a new pressure build-up.

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Abstract

The invention relates to a device for injecting a fluid (26) by means of a valve (34), said device comprising a duct (28). Said duct has a cross section (32) that narrows in the delivery direction (30) of the fluid (26). An actuator (20) for delivering the fluid (26) has a substantially hat-shaped form (44, 46).

Description

Beschreibung Titel  Description title
Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid Stand der Technik Als Stoßwelle oder Schockwelle wird in der Strömungslehre eine Druckwelle bezeichnet, die durch Explosionen oder andere Phänomene erzeugt wird, und die extreme  Prior Art Fluid shock wave or shock wave in fluid mechanics refers to a pressure wave generated by explosions or other phenomena, and extreme
Druckunterschiede hervorruft. Die Druckwelle läuft dabei als Wellenfront durch ein Medium. Causes pressure differences. The pressure wave runs as a wavefront through a medium.
In kompressiblen, d.h. verdichtbaren Medien, so zum Beispiel Gasen, breiten sich Störungen etwa von hindurch bewegten Festkörpern hervorgerufenen Änderungen durch das Medium als Druckwellen aus, die sich mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums bewegen. Bewegt sich die Störung nur langsam im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit, erlaubt es die In compressible, i. For example, in the case of compressible media, such as gases, disturbances, such as changes caused by moving solids, propagate through the medium as pressure waves that move with the speed of sound of the medium. If the disturbance moves only slowly compared to the speed of sound, it allows the
Druckwelle, dem Medium, sich neu zu verteilen, um die Störung auszugleichen und verhält sich genau wie ein inkompressibles Medium. Pressure wave, the medium, redistributes itself to compensate for the disturbance and behaves just like an incompressible medium.
Bewegt sich die Störung jedoch schneller als die durch sie verursachten Druckwellen, kann die Materie des Mediums nahe der Störungsquelle nicht schnell genug reagieren, um der Störung auszuweichen. Die Zustandsgrößen des Mediums, so zum Beispiel Dichte, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit usw., verändern sich daher nahezu momentan, um sich der Störung anzupassen. Dadurch werden Störungswellen mit stark ansteigendem Druck erzeugt, die auch als Stoßwellen bezeichnet werden, und die eine schockartige Erhitzung des Materials bewirken. Die Stoßwellen klingen schließlich zu normalen Druckwellen ab, wenn ihre Energie vom Medium absorbiert wird. Ähnliche Probleme sind auch außerhalb der Strömungslehre bekannt. Beispielsweise erzeugen Teilchen, die sich in bestimmten Medien, wie etwa Wasser, schneller als die dort geltende Lichtgeschwindigkeit (Phasengeschwindigkeit) bewegen, sie beträgt im Wasser nur etwa 230.000 km/s, einen Schockeffekt, der als Tscherenkow Strahlung bekannt ist. Es lassen sich zwei grundlegende Typen von Stoßwellen unterscheiden, die allerdings physikalisch äquivalent sind und sich nur durch die Wahl des Bezugsystems unterscheiden. 1 . Fortschreitende Wellen in stehendem Medium: However, if the perturbation moves faster than the pressure waves caused by it, the matter of the medium near the perturbation source can not react fast enough to avoid the perturbation. The state quantities of the medium, such as density, pressure, temperature, velocity, etc., therefore change almost instantaneously to accommodate the disturbance. As a result, interference waves are generated with strongly increasing pressure, which are also referred to as shock waves, and cause a shock-like heating of the material. The shockwaves eventually decay to normal pressure waves when their energy is absorbed by the medium. Similar problems are also known outside of fluid mechanics. For example, particles moving in certain media, such as water, faster than the speed of light (phase velocity) present there, is only about 230,000 km / s in the water, a shocking effect known as Cherenkov radiation. It is possible to distinguish two basic types of shock waves, which are physically equivalent and differ only in the choice of the reference system. 1 . Progressive waves in standing medium:
Sie werden durch plötzliche Störungen im Medium, etwa durch eine Explosion oder ein Projektil, hervorgerufen und bewegen sich mit Überschallgeschwindigkeit. They are caused by sudden disturbances in the medium, such as an explosion or a projectile, and move at supersonic speed.
2. Stehende Wellen in einem fließenden Medium: 2. Standing waves in a flowing medium:
Sie werden dadurch hervorgerufen, dass von einer Quelle kontinuierlich Materie They are caused by the fact that from a source matter continuously
ausgestoßen wird, wie zum Beispiel der Sonnenwind der Sonne oder die Antriebsgase in einem Raketentriebwerk. Solche Wellen können einen Gleichgewichtszustand erreichen, indem sie den Windausstoß begrenzen. is ejected, such as the solar wind of the sun or the driving gases in a rocket engine. Such waves can reach a state of equilibrium by limiting the wind output.
Darstellung der Erfindung Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides vorgeschlagen, welches einen mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel Kraftstoff, befüllten Kanal aufweist, der durch einen Aktor beaufschlagt ist. Der Aktor hat ein im DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the invention, a device for injecting a fluid is proposed, which has a channel filled with a fluid, in particular a fluid, such as, for example, fuel, which is acted upon by an actuator. The actor has an im
Wesentlichen hutformiges Aussehen mit einer zentrisch ausgebildeten, einem umgekehrten Topf entsprechenden Erhebung, die von einer Planfläche umschlossen ist, wobei die Planfläche die Aktorfläche darstellt und die Stirnseite der Erhebung eine Kolbenfläche darstellt. Neben einer einteilig ausgebildeten Ausführungsmöglichkeit besteht auch eine zweiteilige Ausführungsmöglichkeit, wobei bei der zweiteiligen Ausführungsvariante die Planfläche aus einem Material gefertigt wird, welches in magnetischer Hinsicht für einen eingesetzten Magnetaktor gute bis sehr gute magnetische Eigenschaft aufweist. Die Essence hatformiges appearance with a centrically formed, a reverse pot corresponding survey, which is enclosed by a plane surface, wherein the planar surface is the actuator surface and the front of the survey represents a piston surface. In addition to a one-piece design option, there is also a two-part design option, wherein in the two-part embodiment, the flat surface is made of a material which has good to very good magnetic property in magnetic terms for a solenoid actuator used. The
Geometrie des Aktors lässt sich vor allem dadurch charakterisieren, dass der Durchmesser der Wirkfläche der Erhebung, d.h. eine Kolbenfläche π d2 Koiben/4 zumindest um den Faktor 2 kleiner ist als die Wirkfläche der Planseite des Aktors, π d2 Aktor/4. Die Geometrie des Aktors lässt sich mithin dadurch charakterisieren, dass diese einer Hutform entspricht mit einem zylindrischen topfformigen Zentrum, welches von einer Planseite, welches die„Krempe" des Hutes bildet und der Durchmesser der„Krempe" um den Faktor 2 größer bemessen ist als der Durchmesser der den Hut abschließenden Stirnfläche, die im vorliegenden The geometry of the actuator can be characterized above all by the fact that the diameter of the active surface of the elevation, ie a piston surface π d 2 Ko iben / 4 at least by a factor of 2 is smaller than the effective area of the plan side of the actuator, π d 2 Ak tor / 4 , The geometry of the actuator can therefore be characterized by the fact that it corresponds to a hat shape with a cylindrical cup-shaped center, which is dimensioned by a plan side, which forms the "brim" of the hat and the diameter of the "brim" by a factor of 2 greater than that Diameter of the hat final end face, in the present
Zusammenhang als Kolben fungiert. In vorteilhafter Weise können insbesondere bei der zweiteilig ausgebildeten Ausführungsmöglichkeit die Planseite, auf weiche die Erregerspule einwirkt, aus einem Material mit hervorragenden elektromagnetischen Eigenschaften gefertigt werden. Bei diesem Material handelt es sich im Allgemeinen um relativ hochpreisige Materialien, deren Festigkeit begrenzt ist. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktor kann die Erhebung, d.h. der übrige Kolben aus einem kostengünstigeren, jedoch eine sehr hohe Festigkeit aufweisenden Material ausgestaltet werden. Das Fügen der beiden Relationship acts as a piston. In an advantageous manner, in particular in the case of the two-part embodiment, the plan side on which the excitation coil acts can be manufactured from a material with outstanding electromagnetic properties. This material is generally relatively expensive Materials whose strength is limited. In the actuator proposed according to the invention, the elevation, ie the remaining piston, can be configured from a more cost-effective but very high-strength material. The joining of the two
Komponenten des in diesem Fall zweiteilig ausgebildeten Aktors kann beispielsweise durch einfaches Aufkleben auf der Kolbenunterseite ermöglicht werden. Eine Erhöhung der Festigkeit, insbesondere des Kolbenteiles des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktors, kann des Weiteren durch eine seitlich verlaufende„Krempe" erzielt werden. Components of the actuator formed in two parts in this case can be made possible for example by simply sticking on the underside of the piston. An increase in the strength, in particular of the piston part of the inventively proposed actuator, can be further achieved by a laterally extending "brim".
In vorteilhafter Weise kann mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides gegenüber bekannten Designs ein verbesserter modularer Aufbau erreicht werden, der es ermöglicht, eine Druckpulsformung sowie die Stärke der zu erzeugenden Stoßwelle im mit einem Fluid befüllten Kanal zu variieren und insbesondere stufenweise zu erhöhen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird der Umstand ausgenutzt, dass bei konstanter Kraft der Druck in einem Fluid, insbesondere in einer Flüssigkeit, in Relation zur Kolbenfläche linear und zum Durchmesser quadratisch zunimmt. Des Weiteren lässt sich ein Druckpuls verlängern, was sich in vorteilhafter Weise auf die einzuspritzende Menge der Flüssigkeit, beziehungsweise des Fluides auswirkt. Der Druck nimmt auch mit kleinerer Kolbenmasse ebenfalls überproportional zu. Die Aktorkraft nimmt jedoch demgegenüber proportional zur Fläche zu. Advantageously, with the inventively proposed device for injecting a fluid over known designs, an improved modular design can be achieved, which makes it possible to vary and in particular gradually increase a pressure pulsation as well as the strength of the shock wave to be generated in the fluid-filled channel. By the inventively proposed solution, the fact is exploited that at constant force, the pressure in a fluid, in particular in a liquid, in relation to the piston surface increases linearly and to the diameter square. Furthermore, a pressure pulse can be extended, which has an advantageous effect on the amount of liquid or fluid to be injected. The pressure also increases disproportionately with smaller piston mass. The actuator force, however, increases in proportion to the area.
In vorteilhafter Weise kann die Kombination aus einer kleinen Kolbenfläche und einer großen Aktorfläche gemäß der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung dazu ausgenutzt werden, die Druckkraft zu erhöhen und mittels des Prinzips der Flächenübersetzung einen Druckpuls zu erzeugen, der eine sehr hohe Amplitude aufweist. Die vorgeschlagene Umsetzung, d.h. das Design des Aktors, erinnert an einen Hut, dessen Geometrie wie obenstehend kurz skizziert, beschaffen ist. Die konkrete Ausgestaltung der Kolbenfläche, d.h. der Wirkfläche, die in den Kanal im Gehäuse der Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides hineinragt, in dem die Flüssigkeit bevorratet wird, ist auf verschiedenste Weise denkbar. Es besteht die Möglichkeit, die Kolbenfläche, d.h. die Stirnseite der zentrischen Erhebung des hutförmig konfigurierten Aktors, plan oder mit einer Rundung zu versehen. Beispielsweise kann die Stirnseite mit einer konkaven Mulde versehen sein, wobei die Stirnseite, sei sie plan, sei sie gewölbt ausgerundet, Teil der zentrischen Erhebung des Aktors ist. Die Mantelfläche der zentrischen Erhebung, welche den eigentlichen Kolben des Aktors darstellt, kann in vorteilhafter Weiser in einer Führung innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung zum Advantageously, the combination of a small piston surface and a large actuator surface according to the solution proposed by the invention can be exploited to increase the pressure force and produce by means of the principle of surface translation a pressure pulse having a very high amplitude. The proposed implementation, ie the design of the actuator, reminiscent of a hat, the geometry of which, as briefly outlined above, is designed. The concrete embodiment of the piston surface, ie the active surface, which projects into the channel in the housing of the device for injecting a fluid, in which the liquid is stored, is conceivable in various ways. It is possible to provide the piston surface, ie the front side of the central elevation of the hat-shaped configured actuator, plan or with a rounding. For example, the front side may be provided with a concave depression, wherein the end face, be it flat, rounded out, is part of the central elevation of the actuator. The lateral surface of the central elevation, which represents the actual piston of the actuator, can in Advantageous wise in a guide within the housing of the device for
Einspritzen des Fluides geführt sein. In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides ist dem mindestens einen Aktor eine scheibenförmig ausgestaltete Magnetspule als Erregerspule zugeordnet. Die Magnetspule kann auf einem Aktorträger aufgebracht sein und eine Durchgangsöffnung umfassen, wobei die im Injecting the fluid to be guided. In the device proposed according to the invention for injecting a fluid, the at least one actuator is assigned a disk-shaped magnetic coil as the exciter coil. The magnetic coil can be applied to an actuator carrier and comprise a passage opening, wherein the in
Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule im in dem Aktor beziehungsweise in dessen Gehäuse eingebauten Zustand sich im Wesentlichen, d.h. parallel zur„Krempe" des hutförmig konfigurierten Aktors erstreckt. Wird bei der erfindungsgemäß  Essentially disc-shaped magnetic coil in the installed state in the actuator or in the housing state substantially, i. extends parallel to the "brim" of the hat-shaped configured actuator
vorgeschlagenen Lösung einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides im Gehäuse ein Hohlraum vorgesehen, so kann der im Wesentlichen hutförmig konfigurierte Aktor in diesem Gehäuse beziehungsweise in einer Kanalmündung des die Flüssigkeit aufnehmenden Kanals, der in das Gehäuse mündet, in einer Führung aufgenommen sein. Bei einer proposed solution of a device for injecting a fluid in the housing provided a cavity, the substantially hat-shaped actuator configured in this housing or in a channel mouth of the liquid-receiving channel, which opens into the housing, be received in a guide. At a
Bestromung der unterhalb des im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors Energizing the below the substantially hat-shaped actuator
angeordneten Magnetspule, verfährt der mindestens eine Aktor im Gehäuse in seiner Führung im Wesentlichen in vertikale Richtung und komprimiert das im Kanal des Gehäuses enthaltene Fluidvolumen, insbesondere eine Flüssigkeit, zum Beispiel Kraftstoff. Diese kann bei entsprechender Ansteuerung eines am Ende des beispielsweise verjüngenden arranged solenoid, the at least one actuator moves in the housing in its leadership substantially in the vertical direction and compresses the volume of fluid contained in the channel of the housing, in particular a liquid, for example fuel. This can, with appropriate control one at the end of, for example, tapered
Querschnitt aufweisenden Kanals angeordneten Ventils in den Brennraum einer Cross-section channel arranged valve in the combustion chamber of a
Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden. Internal combustion engine to be injected.
Es besteht die Möglichkeit, innerhalb eines Gehäuses eine Anzahl der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aktoren in Stapelanordnung im Wesentlichen in vertikaler Richtung übereinander anzuordnen. Einem jedem der im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktoren ist bei dieser Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides in Stapelanordnung jeweils eine separat ansteuerbare Magnetspule als Erregerspule zugeordnet. Ein jedes Paar von Aktor und Erregerspule bildet bei der Stapelanordnung jeweils einen Wirbelstromaktor. It is possible, within a housing, to arrange a number of the inventively proposed actuators stacked in a substantially vertical direction one above the other. Each one of the essentially hat-shaped actuators in this embodiment, the device proposed according to the invention for injecting a fluid in a stacked arrangement is assigned in each case a separately controllable magnetic coil as an excitation coil. Each pair of actuator and excitation coil forms an eddy current actuator in the stack arrangement.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Anhand der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann ein guter Wirkungsgrad der Aktorik erreicht werden. Es lässt sich ein Druckpuls mit einer hohen Amplitude erzeugen, bei Wahl eines geeigneten Flächenverhältnisses von Aktorfläche zu Kolbenfläche. Das Based on the solution proposed by the invention, a good efficiency of the actuators can be achieved. It can generate a pressure pulse with a high amplitude, when choosing a suitable area ratio of actuator area to piston area. The
Verhältnis ist dabei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend auf Basis der gewünschten Druckpulsamplitude und der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung zu wählen. Für die vorstehend dargestellte Anwendung ist anzustreben, dass das Durchmesserverhältnis von Aktorfläche zur Kolbenfläche größer als 2 gewählt wird. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erlaubt flexible Möglichkeiten der Ausgestaltung der Kolbenfläche und damit eine Beeinflussung der Druckpulsformung. Die Ausgestaltung der Führung des Aktors im Gehäuse auf einem kleinen Durchmesser minimiert Ratio is following the solution proposed by the invention following on the basis of the desired pressure pulse amplitude and the available electrical power choose. For the application presented above, it is desirable to choose the diameter ratio of actuator area to piston area greater than 2. The proposed solution according to the invention allows flexible possibilities of designing the piston surface and thus influencing the pressure pulse shaping. The design of the leadership of the actuator in the housing minimized to a small diameter
fertigungstechnisch bedingte Reibungs- und Leckageverluste. Die Gefahr einer Verklebung der Aktorik, die beispielsweise durch Polymerisation des Fluides innerhalb der Führung hervorgerufen werden kann, kann verringert werden. Durch die Anordnung der jeweils einen Kolben aufweisenden Aktoren in Stapelanordnung kann der Durchmesser des einzelnen Aktors relativ klein gehalten werden und die notwendige Kraft durch die Anzahl der vorzusehenden Kolben variiert werden. Eine zusätzlich mögliche Änderung der Anzahl der einem Aktor zugeordneten Erregerspulen eröffnet einen zusätzlichen Freiheitsgrad für den axialen Aufbau und die Ansteuerung. Durch den flexiblen Einsatz von Aktoren und deren Anzahl sowie der Anordnung von Erregerspulen pro Aktor ist eine unterschiedliche Formung des Druckpulses möglich. Die Druckpulsverläufe können trapezförmig sein oder auch sägezahnförmig konfiguriert werden, dies ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass die Führung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors auf dem kleineren der beiden Production-related friction and leakage losses. The risk of sticking the actuator, which can be caused for example by polymerization of the fluid within the guide, can be reduced. The arrangement of each having a piston actuators in a stacked arrangement, the diameter of the individual actuator can be kept relatively small and the necessary force can be varied by the number of pistons to be provided. An additional possible change in the number of excitation coils assigned to an actuator opens up an additional degree of freedom for the axial structure and the activation. Due to the flexible use of actuators and their number and the arrangement of excitation coils per actuator different shaping of the pressure pulse is possible. The pressure pulse courses can be trapezoidal or also sawtooth-configured, this depends on the particular application. Furthermore, it should be emphasized that the guidance of the inventively proposed, substantially hat-shaped actuator on the smaller of the two
Wirkdurchmesser, d.h. am Kolbendurchmesser erfolgt, was wesentlich kostengünstiger abzudichten ist. Die Erhebung, d.h. der Kolbenteil des erfindungsgemäß vorgeschlagene, im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktors, kann mit oder ohne Krempe gestaltet werden, wobei mit einer Krempe eine höhere Festigkeit des Kolbens erzielt werden kann. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass ein höherer Freiheitsgrad bei der Ausgestaltung der Hutform vorliegt und auch eine zweiteilige Ausführungsvariante in Betracht gezogen werden kann, bei der die Materialien jeweils hinsichtlich der Festigkeit und hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Eigenschaften in optimaler Weise ausgewählt werden können. Effective diameter, i. takes place at the piston diameter, which is much cheaper to seal. The survey, i. the piston part of the inventively proposed, substantially hat-shaped actuator, can be designed with or without brim, with a brim, a higher strength of the piston can be achieved. The proposed solution according to the invention is further distinguished by the fact that there is a higher degree of freedom in the design of the hat shape and also a two-part embodiment variant can be considered, in which the materials are selected in each case in terms of strength and in terms of their electromagnetic properties in an optimal manner can.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. With reference to the drawings, the invention will be described in more detail below.
Es zeigen: Figur 1 eine Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zumShow it: Figure 1 is an illustration of the proposed device according to the invention
Einspritzen eines Fluides, Injecting a fluid,
Figur 2 eine Detaildarstellung eines Aktors, FIG. 2 shows a detailed representation of an actuator,
Figur 3 eine weitere Ausführungsvariante des im Wesentlichen hutförmig Figure 3 shows a further embodiment of the substantially hat-shaped
ausgebildeten Aktors,  trained actor,
Figur 4 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Aktors mit einem eine Figure 4 shows a further embodiment possibility of the actuator with a
Einschnürung aufweisenden Bereich im Bereich der zentrischen Erhebung,  Constricted area in the area of the centric elevation,
Figur 5 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit in vertikaler Richtung übereinander geschichteten in Stapelanordnung aufgenommenen Aktoren, FIG. 5 shows a variant embodiment of the device proposed according to the invention for injecting a fluid with actuators stacked one above the other in a vertical direction in a stack arrangement,
Figuren 6.1 , Figures 6.1,
6.2, 6.3 unterschiedliche mögliche Druckpulsverläufe, die mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides erzielbar sind. Ausführungsvarianten  6.2, 6.3 different possible pressure pulse curves that can be achieved with the inventively proposed device for injecting a fluid. variants
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels The present invention will be described below with reference to an embodiment
beschrieben, welches eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides zeigt, beispielsweise einen Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer which shows a device for injecting a fluid, for example a fuel injector for injecting fuel into the combustion chamber of a
Verbrennungskraftmaschine. Neben der hier benannten Anwendungsmöglichkeit der nachstehend beschriebenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides, bestehen darüber hinaus vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten, auf die im Einzelnen hier nicht eingegangen werden kann. Figur 1 zeigt eine Einspritzvorrichtung 10, die ein Gehäuse 12 umfasst. Das Gehäuse 12 ist mittels eines Deckels verschraubt und umfasst einen Aktorträger 16, an dessen Oberseite eine im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 14 untergebracht ist. Oberhalb der Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, befindet sich ein im Wesentlichen hutförmig ausgebildeter Aktor 20. Der Aktor 20 weist eine Aktorfläche 22 auf, welche durch eine„Krempe" des hutförmig ausgestalteten Aktors seitlich begrenzt werden kann, sowie eine einen Kolben des Aktors 20 bildende zentrische Erhebung. Die Stirnfläche dieser zentrischen Erhebung des Aktors 20 stellt eine Kolbenfläche 24 dar, die in einen Kanal 28 hineinragt. Der Kanal 28 kann - wie in Figur 1 gezeigt - einen sich in Förderrichtung 30 der Flüssigkeit, beziehungsweise des Fluides, stetig verjüngenden Querschnitt aufweisen, angedeutet durch Bezugszeichen 32 in Figur 1. Am Ende des Kanales 28, der mit einem Fluid, beziehungsweise mit der Flüssigkeit 26 befüllt ist, befindet sich ein Ventil 34, über welches die Flüssigkeit in Förderrichtung 30 gesehen aus dem Kanal 28 austritt und beispielsweise in einen hier nicht näher dargestellten Brennraum einer Internal combustion engine. In addition to the above-mentioned application possibility of the device described below for injecting a fluid, beyond there are a variety of other applications, which can not be discussed in detail here. FIG. 1 shows an injection device 10 comprising a housing 12. The housing 12 is screwed by means of a cover and comprises an actuator support 16, on whose upper side a substantially disc-shaped magnetic coil 14 is housed. Above the magnetic coil 14, which serves as an exciter coil, there is a substantially hat-shaped actuator 20. The actuator 20 has an actuator surface 22, which can be laterally delimited by a "brim" of the hat-shaped configured actuator, as well a piston of the actuator 20 forming a central elevation. The end face of this central elevation of the actuator 20 represents a piston surface 24, which projects into a channel 28. The channel 28 may - as shown in Figure 1 - have a in the conveying direction 30 of the liquid, or the fluid, continuously tapered cross section, indicated by reference numeral 32 in Figure 1. At the end of the channel 28, with a fluid, or with the Liquid 26 is filled, there is a valve 34, through which the liquid in the conveying direction 30 emerges from the channel 28 and, for example, in a combustion chamber, not shown here
Verbrennungsmaschine eingespritzt werden kann. Internal combustion engine can be injected.
Figur 1 ist zu entnehmen, dass der im Wesentlichen hutformig beschaffene Aktor 20 in einer Führung 36 des Gehäuses 12 geführt ist. Die Führung 36 ist durch die Begrenzung des Kanales 28 im Gehäuse 12 gegeben. Der im Wesentlichen hutformig beschaffene Aktor 20 ragt mit seiner zentrischen Erhebung in den das Fluid beziehungsweise die Flüssigkeit 26 aufnehmenden Kanal 28 hinein und ist mit seinem Durchmesser 40 (vgl. Daten gemäß Figur 2) im Kanal 28 geführt. Aufgrund der Tatsache, dass der im Wesentlichen hutformig beschaffene Aktor 20 in einer Führung 36 mit relativ kleinem Durchmesser geführt ist, ergibt sich auch eine günstige Beeinflussung der Reibung sowie relativ niedrige Leckageverluste, die fertigungsbedingt unvermeidbar sind. FIG. 1 shows that the actuator 20, which has a substantially hat-shaped design, is guided in a guide 36 of the housing 12. The guide 36 is given by the limitation of the channel 28 in the housing 12. Actuator 20, which is essentially hat-shaped, protrudes with its central elevation into channel 28 receiving fluid or liquid 26 and is guided in channel 28 by its diameter 40 (cf., data according to FIG. Due to the fact that the substantially hutformig procured actuator 20 is guided in a guide 36 with a relatively small diameter, there is also a favorable influence on the friction and relatively low leakage losses that are inevitable due to production.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 lässt sich des Weiteren entnehmen, dass der hier dargestellte Aktor 20 in einen Hohlraum 18 des Gehäuses 12 eingelassen ist. Bei entsprechender Bestromung der sich im Wesentlichen parallel zur Planfläche, d.h. zur Krempe des Aktors 20 erstreckenden Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, verfährt der Aktor 20 im Hohlraum 18 im Wesentlichen in vertikale Richtung, sodass die als From the illustration according to FIG. 1, it can also be seen that the actuator 20 shown here is embedded in a cavity 18 of the housing 12. With appropriate energization of the substantially parallel to the plane surface, i. To the brim of the actuator 20 extending magnetic coil 14, which serves as an excitation coil, the actuator 20 moves in the cavity 18 substantially in the vertical direction, so that as
Kolbenfläche 24 wirkende Stirnseite des Aktors 20 in den Kanal 28 des Gehäuses 12 einfährt und das dort enthaltene Flüssigkeitsvolumen dementsprechend komprimiert. Piston surface 24 acting end face of the actuator 20 enters the channel 28 of the housing 12 and compresses the volume of liquid contained there accordingly.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen im Wesentlichen hutformig gestalteten Aktors zu entnehmen. The illustration according to FIG. 2 shows a first embodiment of the inventively proposed substantially hutformig designed actuator.
Wie aus der Darstellung gemäß Figur 2 hervorgeht, umfasst der im Wesentlichen hutformig gestaltete Aktor 20 einen als Kolben dienenden Bereich, dessen Stirnseite die Kolbenfläche 24 bildet. Diese Kolbenfläche 24 ist in einem Durchmesser 40 dKoiben beschaffen. As can be seen from the illustration according to FIG. 2, the actuator 20, which has a substantially hat-shaped design, comprises an area serving as a piston, the end face of which forms the piston surface 24. This piston surface 24 is arranged in a diameter 40 d Ko iben.
Demgegenüber ist der im Wesentlichen hutformig beschaffene Aktor 20 mit einer Planfläche 46 versehen, die einen Durchmesser 42 dAktor aufweist. Bevorzugt übersteigt der In contrast, the substantially hatformig procured actuator 20 with a plane surface 46 provided which has a diameter 42 d A ktor. Preferably, the
Durchmesser 42 dAktor den Durchmesser 40 der Kolbenfläche 24 der zentrischen Erhebung des Aktors 20 um mindestens das Zweifache. Figur 2 lässt sich darüber hinaus entnehmen, dass die zentrische Erhebung im im Diameter 42 d A ktor the diameter 40 of the piston surface 24 of the central elevation of the actuator 20 by at least two times. FIG. 2 also shows that the central elevation in the
Wesentlichen hutformig beschaffenen Aktor 20 in einer Höhe 44 ausgestaltet ist. Die Auslegung der Höhe 44 legt einerseits den Abstand der Kolbenfläche 24 von der Planfläche 46 fest und andererseits die Führungslänge, in welcher die zentrische Erhebung des im Wesentlichen hutformig beschaffenen Aktors 20 in der Führung 36 im Gehäuse 12 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einspritzvorrichtung 10 geführt ist. Wie bereits erwähnt, ist die Führung des im Wesentlichen hutformig beschaffenen Aktors in seinem Durchmesser 40 dKoiben vorteilhaft hinsichtlich einer geringen Reibung und geringer sich fertigungsbedingt einstellender Leckageverluste. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass sich im Wesentlichen parallel zur Planfläche 46 des Aktors erstreckend die scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 24 erstreckt. Beide Komponenten erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander, einen Spalt zwischen diesen ausbildend. Figur 2 umfasst des Weiteren die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildete Magnetspule 14, die als Erregerspule dient, und eine Öffnung 38, die im Wesentlichen unterhalb der zentrischen Erhebung des im Wesentlichen hutformig beschaffenen Aktors 20 liegt. Essentially hutformig procured actuator 20 is configured in a height 44. The design of the height 44 determines on the one hand the distance of the piston surface 24 from the flat surface 46 and on the other hand, the guide length in which the central elevation of the substantially hutformig procured actuator 20 in the guide 36 in the housing 12 of the inventions proposed injector 10 is performed. As already mentioned, the guidance of the substantially hutformig procured actor in its diameter 40 d Ko iben advantageous in terms of low friction and lower production-related adjusting leakage losses. From the illustration according to FIG. 2, it can be seen that the disk-shaped magnetic coil 24 extends essentially parallel to the plane surface 46 of the actuator and extends. Both components extend substantially parallel to one another, forming a gap between them. FIG. 2 further comprises the substantially disk-shaped magnetic coil 14, which serves as an exciter coil, and an opening 38, which lies substantially below the central elevation of the actuator 20, which is essentially hat-shaped.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen, im Wesentlichen hutformig konfigurierten Aktors. FIG. 3 shows a further possible embodiment of the actuator proposed according to the invention and essentially hat-shaped.
In Abwandlung der Darstellung gemäß Figur 2 ist bei der Ausführungsvariante des im Wesentlichen hutformig beschaffenen Aktors gemäß der Darstellung in Figur 3 die Planseite der zentrischen Erhebung im hutformig ausgebildeten Aktor 20 nicht plan, sondern gerundet ausgebildet. Figur 3 zeigt, dass sich an der Stirnseite der zentrischen Erhebung im im Wesentlichen hutformig ausgebildeten Aktor 20 eine hier konkav verlaufende Mulde 52 bildet. Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle einer konkaven Mulde 52 die Planseite der zentrischen Erhebung des im Wesentlichen hutformig ausgestalteten Aktors mit einer konvexen Krümmung zu versehen. Ebenso ist eine Ausgestaltung der Planseite der zentrischen Erhebung, die als Kolben dient, mit einer konkav oder konvex gekrümmten Teilfläche denkbar. Der Darstellung gemäß Figur 4 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des im Wesentlichen hutförmig beschaffenen Aktors für eine Einspritzvorrichtung zu entnehmen. Figur 4 zeigt, dass gemäß dieser Ausführungsvariante der Durchmesser 40, dKoiben identisch mit dem gemäß der Figuren 2 und 3 ist. Im Unterschied zu diesem weist jedoch die zentrische Erhebung eine Einschnürung 54 auf. Diese wirkt ebenfalls als Führung 36. In dieser Ausführungsvariante können entweder die zentrische Erhebung des Aktors 20, d.h. der Kolbenteil oder auch der Kanal 28 bzw. das Gehäuse 12 zwei- oder mehrteilig ausgeführt werden, was die Montage erheblich vereinfacht. In a modification of the illustration according to FIG. 2, in the embodiment variant of the substantially hat-shaped actuator as shown in FIG. 3, the plan side of the central elevation in the hat-shaped actuator 20 is not planed but rounded. FIG. 3 shows that a trough 52 which runs concavely here forms on the end face of the central elevation in the substantially hat-shaped actuator 20. It is also possible, instead of a concave depression 52, to provide the plan side of the central elevation of the substantially hat-shaped actuator with a convex curvature. Likewise, an embodiment of the plan side of the central elevation, which serves as a piston, conceivable with a concave or convex curved surface. The illustration according to FIG. 4 shows a further possible embodiment of the essentially hat-shaped actuator for an injection device. Figure 4 shows that, according to this embodiment, the diameter 40 d Ko Iben identical to that shown in FIGS 2 and 3. FIG. In contrast to this, however, the central elevation has a constriction 54. This also acts as a guide 36. In this embodiment, either the central elevation of the actuator 20, ie the piston member or the channel 28 and the housing 12 can be made in two or more parts, which considerably simplifies the assembly.
Bei sämtlichen Ausführungsvarianten des im Wesentlichen hutförmig gestalteten Aktors 20 gemäß der Figuren 2, 3 und 4 ist der Durchmesser 42 der Planfläche 46 erheblich größer bemessen als der Durchmesser 40 dKoiben, der die Wirkfläche des Aktors darstellt. Durch diese Kombination einer kleinen Kolbenfläche, d.h. eines relativ geringen Durchmessers 40 dKoiben und einer großen Aktorfläche, d.h. einem großen Durchmesser 42 dAktor für die Planfläche 46, kann eine hohe Kraft erzeugt werden und aufgrund der gewählten In all embodiments of the substantially hat-shaped actuator 20 according to Figures 2, 3 and 4, the diameter 42 of the flat surface 46 is dimensioned considerably larger than the diameter 40 d Ko iben, which represents the active surface of the actuator. By this combination of a small piston area, ie a relatively small diameter 40 dKoiben and a large actuator area, ie a large diameter 42 dAktor for the flat surface 46, a high force can be generated and due to the selected
Flächenübersetzung ein Druckpuls mit hoher Amplitude in das Fluid 26 beziehungsweise die Flüssigkeit 26 im Gehäuse 12 aufnehmenden Kanales 28 erzeugt werden. Surface translation, a pressure pulse with high amplitude in the fluid 26 and the liquid 26 in the housing 12 receiving channel 28 are generated.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides mit einer Stapelanordnung von Aktoren. FIG. 5 shows a variant of the device proposed according to the invention for injecting a fluid with a stack arrangement of actuators.
Der Schnittdarstellung gemäß Figur 5 ist zu entnehmen, dass im Gehäuse 12 der The sectional view of Figure 5 it can be seen that in the housing 12 of the
Einspritzvorrichtung 10 eine Anzahl von im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktoren 20 in Stapelanordnung 56 übereinander liegend aufgenommen sind. Jedem der einzelnen Aktoren ist eine separate Magnetspule 14 zugeordnet. Jeweils ein Paar aus Aktor 20 und Magnetspule 14 bildet einen Wirbelstromaktor. Werden die einzelnen im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktoren gemäß der Stapelanordnung 56 im Gehäuse 12 Injection device 10, a number of substantially hat-shaped actuators 20 are stacked in stack 56 received one above the other. Each of the individual actuators is assigned a separate magnetic coil 14. In each case a pair of actuator 20 and magnetic coil 14 forms a Wirbelstromaktor. Are the individual substantially hat-shaped actuators according to the stack assembly 56 in the housing 12th
aufgenommen, kann bei gleichen Flächenverhältnissen die erzeugte Kraft erhöht werden. Jeder Kolben, d.h. jede zentrische Erhebung im Wesentlichen hutförmig ausgebildeten Aktor 20 ist einer Magnetspule 14 zugeordnet, sodass in der Stapelanordnung 56 gemäß der Darstellung in Figur 5 vier Wirbelstromaktoren zusammengekoppelt sind. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einspritzvorrichtung 10 kann ein guter recorded, can be increased at the same area ratios, the force generated. Each piston, ie each centric elevation substantially hat-shaped actuator 20 is associated with a magnetic coil 14, so that in the stack assembly 56 as shown in Figure 5, four eddy current actuators are coupled together. By inventively proposed injection device 10 can be a good
Wirkungsgrad der Aktorik erreicht werden, was sich insbesondere in der Erzeugung eines Druckpulses hoher Amplitude niederschlägt. Zur Erzeugung des guten Wirkungsgrades ist die Wahl eines geeigneten Flächenverhältnisses von Aktorfläche zur Kolbenfläche, d.h. eine geeignetes Verhältnis der Durchmesser 40 zu 42 entscheidend. Das Verhältnis ist dabei erfindungsgemäß auf Basis der gewünschten Druckpulsamplitude und der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung zu wählen. Für die dargestellte Anwendung sollte das Durchmesserverhältnis von Aktorfläche zu Kolbenfläche größer als 2 gewählt werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einspritzvorrichtung 10 ermöglicht eine flexibleEfficiency of the actuators are achieved, which is reflected in particular in the generation of a pressure pulse of high amplitude. To produce good efficiency, the choice of a suitable area ratio of actuator area to piston area, i. a suitable ratio of diameters 40 to 42 crucial. The ratio is to be chosen according to the invention on the basis of the desired pressure pulse amplitude and the available electrical power. For the application shown, the diameter ratio of actuator area to piston area should be greater than 2. The inventively proposed injection device 10 allows a flexible
Ausgestaltung der Kolbenfläche 24 und damit eine Möglichkeit der Beeinflussung der sich einstellenden Druckpulsformung, die sich im Kanal 28, in dem das zu komprimierende Fluid beziehungsweise die zu komprimierende Flüssigkeit 26 bevorratet ist. Die Ausgestaltung der Führung 36 auf dem kleinen Durchmesser, d.h. auf dem Durchmesser 40 dKoiben, minimiert sich einstellende Reibungs- und unvermeidliche Leckageverluste. Desweiteren ist die Gefahr des Verklebens der Aktorik, was beispielsweise durch eine Polymerisation des Fluides 26 beziehungsweise der Flüssigkeit 26 hervorgerufen werden kann, innerhalb der Führung 36 signifikant verringert. Durch eine Stapelanordnung der im Wesentlichen hutförmig Design of the piston surface 24 and thus a way of influencing the self-adjusting pressure pulse shaping, which is in the channel 28, in which the fluid to be compressed or the liquid to be compressed 26 is stored. The configuration of the guide 36 on the small diameter, ie on the diameter 40 d Ko i b en minimizes adjusting friction and unavoidable leakage losses. Furthermore, the risk of sticking the actuator, which can be caused for example by a polymerization of the fluid 26 and the liquid 26, significantly reduced within the guide 36. By a stack arrangement of substantially hat-shaped
ausgebildeten Aktoren wie in Figur 5, vergleiche Position 56, gezeigt, kann der Durchmesser des Aktors 20 relativ klein gehalten werden und die notwendige Kraft durch die Anzahl der einzelnen in Stapelanordnung 56 unterzubringenden Aktoren 20 realisiert werden. Eine zusätzliche Änderung der Anzahl der Magnetspulen 14 pro Aktor ergibt einen zusätzlichen Freiheitsgrad bei der Stapelanordnung 56 und hinsichtlich der möglichen trained actuators as shown in Figure 5, see position 56, shown, the diameter of the actuator 20 can be kept relatively small and the necessary force by the number of individual to be accommodated in stacking 56 actuators 20 can be realized. An additional change in the number of solenoids 14 per actuator provides an additional degree of freedom in the stack assembly 56 and in terms of the possible
Ansteuerungsvarianten. Durch den flexiblen Einsatz hinsichtlich der Anzahl der Aktoren 20 sowie des Vorsehens von Magnetspulen 14 pro Aktor ist eine unterschiedliche Formung eines Druckpulses möglich. Control variants. Due to the flexible use in terms of the number of actuators 20 and the provision of magnetic coils 14 per actuator different shaping of a pressure pulse is possible.
Figur 6.1 , 6.2 und 6.3 zeigen in schematischer Weise unterschiedliche Druckpulsverläufe, die sich mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Einspritzen eines Fluides erreichen lassen. So zeigt beispielsweise Figur 6.1 eine sägezahnförmiges Figures 6.1, 6.2 and 6.3 show schematically different pressure pulse profiles, which can be achieved with the inventively proposed device for injecting a fluid. For example, Figure 6.1 shows a sawtooth
Druckpulsprofil, wobei gemäß eines ersten Druckverlaufes 62 die einzelnen Druckpulse jeweils ein ausgeprägtes absolutes Maximum 64 sowie ein ausgeprägtes Minimum 66 umfassen. Bei dem Druckpulsverlauf gemäß Figur 6.2, vergleiche Position 68, ist eine im Wesentlichen trapezförmig verlaufende Kontur 70 dargestellt. Diese Trapezkontur 70 weist im Wesentlichen alternierend abwechselnde lokale Maxima 72 sowie zwischen diesen angeordnete lokale Minima 74 auf. Druckpulsprofil, wherein according to a first pressure profile 62, the individual pressure pulses each have a pronounced absolute maximum 64 and a pronounced minimum 66 include. In the pressure pulse course according to FIG. 6.2, compare position 68, a contour 70 which runs essentially trapezoidally is shown. This trapezoidal contour 70 has essentially alternately alternating local maxima 72 and local minima 74 arranged between them.
Schließlich ist im Druckverlauf gemäß Figur 6.3 ein dritter Druckverlauf 76 dargestellt, der durch eine Anstiegsflanke 78 und eine kontinuierlich allmählich abfallende Abfallflanke 80 gekennzeichnet ist. Auf der Anstiegsflanke 78 lassen sich einzelne Plateaus unterscheiden, von denen jeweils ausgehend ein erneuter Druckaufbau erfolgt. Finally, in the pressure curve according to FIG. 6.3, a third pressure curve 76 is shown, which is characterized by a rising flank 78 and a continuously falling waste flank 80. On the rising edge 78, individual plateaus can be distinguished, each of which, starting from a new pressure build-up.

Claims

Ansprüche 1 . Vorrichtung zum Einspritzen von Fluid (26) mittels eines Ventils (34) mit einem Kanal (28), der sich durch ein Gehäuse (12) erstreckt und mit dem Fluid (26) befüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor (20) zur Förderung des Fluids (26) eine im Wesentlichen hutförmige Gestalt (44, 46) hat. Claims 1. Device for injecting fluid (26) by means of a valve (34) having a channel (28) which extends through a housing (12) and is filled with the fluid (26), characterized in that an actuator (20) for Conveying the fluid (26) has a substantially hat-shaped shape (44, 46).
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20) eine2. Device according to claim 1, characterized in that the actuator (20) has a
Planfläche (46) aufweist, in deren Zentrum eine als Kolbenfläche (24) dienende Erhebung ausgebildet ist. Plane surface (46), in the center of which a piston surface (24) serving as elevation is formed.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Planfläche (46) und eine als Kolbenfläche dienende Erhebung (24) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. 3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plane surface (46) and serving as a piston surface elevation (24) are made of different materials.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (42) dAktor einen Durchmesser (40) dKoiben des Kolbens übersteigt, insbesondere zumindest um den Faktor 2 übersteigt. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a diameter (42) d Ak tor exceeds a diameter (40) d Ko i b en of the piston, in particular at least by a factor of 2 exceeds.
5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20) im Gehäuse (12) oberhalb einer Magnetspule (14) angeordnet ist, die im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist. 5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (20) in the housing (12) above a magnetic coil (14) is arranged, which is formed substantially disc-shaped.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planfläche (46) des Aktors (20) sich parallel zur scheibenförmigen Magnetspule erstreckt. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plane surface (46) of the actuator (20) extends parallel to the disk-shaped magnetic coil.
7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung eine Kolbenfläche (24) aufweist, die eine geometrische Ausgestaltung aus konkaven und konvexen Flächen aufweist, insbesondere eine konkave Vertiefung (52) umfasst. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the elevation has a piston surface (24) which has a geometric configuration of concave and convex surfaces, in particular a concave depression (52).
8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (20), insbesondere dessen zentrische Erhebung in einer Führung (36) des Gehäuses (12) geführt ist. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (20), in particular its central elevation in a guide (36) of the housing (12) is guided.
9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planfläche (46) des Aktors (20) zur Erhöhung der Festigkeit eine umlaufende Krempe aufweist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the plane surface (46) of the actuator (20) to increase the strength has a circumferential brim.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine Anzahl von Aktoren (20) in Stapelanordnung (56) übereinander liegend umfasst, wobei einem jeden der Aktoren (20) eine Magnetspule (14) zugeordnet ist. 10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (12) comprises a number of actuators (20) in stacked arrangement (56) one above the other, wherein each of the actuators (20) is associated with a magnetic coil (14).
1 1 . Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische Erhebung des Aktors (20) eine Einschnürung (54) aufweist, in der der Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser (40) dKoiben. 1 1. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the central elevation of the actuator (20) has a constriction (54) in which the diameter is smaller than the diameter (40) d Ko iben.
12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (14) von einem Aktorträger (16) abgestützt ist und der Aktor (20) bei Bestromung der Magnetspule (14) vertikal innerhalb eines Hohlraumes (18) im Gehäuse (12) verfährt. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic coil (14) by an actuator carrier (16) is supported and the actuator (20) when energized, the solenoid coil (14) vertically within a cavity (18) in the housing (12 ).
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