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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treibstoffeinspritzeinrichtung
zum Einspritzen von Treibstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors,
insbesondere auf eine Treibstoffeinspritzeinrichtung, die einen
Kraftverteiler hat, der dazu im Stande ist, eine Antriebskraft weg
von einem Ventilsitz zu verteilen.
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Die
US-Patentanmeldungsveröffentlichungsschrift
mit der Nummer US2003/0052202A1 (JP2003-166457A) offenbart eine
herkömmliche Treibstoffeinspritzeinrichtung
zum Einspritzen von Treibstoff in Zylinder eines Treibstoffeinspritzsystems mit
einsamer Kraftstoffleitung für
einen Verbrennungsmotor, solch einen wie einen Dieselmotor. Diese
Bauart der Treibstoffeinspritzeinrichtung hat einen Düsenkörper, der
Einspritzbohrungen zum Einspritzen von Treibstoff hat, eine Nadel,
die in dem Düsenkörper zum
Hin- und Herbewegen in Längsrichtung zum Öffnen und
Schließen
der Einspritzbohrungen angeordnet ist, einen Düsenhalter, der den Düsenkörper hält, und
einen Steuerkolben, der in dem Düsenhalter
zum Hin- und Herbewegen in Längsrichtung
zum direkten oder indirekten Betätigen
der Nadel (bezugnehmend auf 4)
angeordnet ist.
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Diese
oben beschriebene Treibstoffeinspritzeinrichtung hat einen Treibstoffdichtungsaufbau
zum Bereitstellen eines Ventils zum dichten Schließen der Einspritzbohrungen
durch Aufbringen einer Kraft des Steuerkolbens auf die Nadel, wodurch
die Nadel auf einen Sitz des Ventils gezwungen wird. Ein Hochdrucktreibstoff
in einer Drucksteuerkammer erzeugt die Antriebskraft des Steuerkolbens.
Der Druck des Hochdrucktreibstoffs wird durch Öffnen und Schließen eines
elektromagnetischen Ventils erhöht
und verringert.
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Die
herkömmliche
Treibstoffeinspritzeinrichtung ist zum Bereitstellen einer dichten
Dichtung bei dem Ventil zum Schließen der Einspritzbohrung effektiv.
Jedoch kann der Hochdrucktreibstoff den Sitz des Ventils über eine
unangemessen hohe Kraft, die auf die Nadel aufgebracht wird, verschleißen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffeinspritzeinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, die einen Steuerkolben steuert,
der in einem Düsenhalter
zum Hin- und Herbewegen in Längsrichtung
zum direkten oder indirekten Betätigen
einer Nadel zum Öffnen
und Schließen
eines Ventils angeordnet ist, die gleich stromaufwärts der
Treibstoffeinspritzbohrungen platziert ist, ohne einen unangemessen
hohen Ventilsitzdruck aufzubringen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibstoffeinspritzeinrichtung
zum Steuern eines Steuerkolbens bereitzustellen, der in einem Düsenhalter
zum Hin- und Herbewegen in Längsrichtung
zum direkten oder indirekten Betätigen
einer Nadel zum Öffnen
und Schließen
eines Ventils angeordnet ist, die gleich stromaufwärts der Treibstoffeinspritzbohrungen
angeordnet ist, ohne einen unangemessen hohen Ventilsitzdruck aufzubringen,
so dass jegliche Änderung
der Treibstoffeinspritzmenge, die durch Verschleiß des Ventils
verursacht wird, begrenzt ist.
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Zum
Erreichen der obigen Aufgaben hat die Treibstoffeinspritzeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Düsenkörper, eine
Nadel, einen Steuerkolben und einen Kraftverteiler. Der Düsenkörper hat
einen Ventilsitz zum Starten und Anhalten der Treibstoffeinspritzung.
Die Nadel ist gleitend in dem Düsenkörper angeordnet
und hat einen Ventilkopf zum in Eingriffbringen mit dem Ventilsitz.
Der Steuerkolben überträgt eine
Antriebskraft zu der Nadel. Der Kraftverteiler verteilt die Antriebskraft,
wenn die Nadel sich eine vorbestimmte Strecke relativ zu dem Düsenkörper verlagert.
Der Kraftverteiler sieht für eine
elastische Verformung von zumindest einem Element aus dem Düsenkörper und
der Nadel vor, den Betrag der Antriebskraft zu verringern, der an dem
Ventilsitz und dem Ventilkopf konzentriert ist.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden gewürdigt, sowie
Verfahren des Betriebs und die Funktion der darauf bezogenen Teile,
nämlich
durch Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der anliegenden
Ansprüche,
und der Zeichnungen, wovon alles ein Teil dieser Anmeldung ausbildet.
Die Zeichnungen sind wie folgt:
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1 ist
eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt eines Düsenabschnitts
einer Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht im Querschnitt der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt eines Düsenabschnitts
einer Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist
eine Seitenansicht teilweise im Querschnitt eines Düsenabschnitts
einer herkömmlichen
Treibstoffeinspritzeinrichtung.
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Jede
der Treibstoffeinspritzeinrichtungen, die untenstehend in den Ausführungsbeispielen
beschrieben werden, werden bei einem Treibstoffeinspritzsystem der
gemeinsamen Kraftstoffleitungsbauart für einen Dieselmotor angewandt.
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2 stellt
den gesamten Aufbau einer Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Im Allgemeinen hat die Treibstoffeinspritzeinrichtung einen
Düsenabschnitt 10,
einen Düsenhalter 50,
einen Steuerkolben 60, eine Drucksteuerkammer 71, ein
elektromagnetisches Ventil 80 und einen Begrenzer 91.
Eine Haltemutter 19 befestigt den Düsenabschnitt 10 an
einem kopfseitigen Abschnitt des Düsenhalters 50. Die
Treibstoffeinspritzeinrichtung ist zum Einspritzen von Hochdrucktreibstoff,
welcher von einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (nicht gezeigt)
zugeführt
wird, in eine Verbrennungskammer eines Dieselmotors ausgeführt.
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1 stellt
einen Düsenabschnitt 10 der Treibstoffeinspritzeinrichtung
von 2 dar. Wie in den 1 und 2 gezeigt
ist, hat der Düsenabschnitt 10 einen
Düsenkörper 11,
der eine Nadel 31 enthält.
Die Nadel 31 ist gleitend in dem Düsenkörper 11 zum Hin- und
Herbewegen in Längsrichtung
angeordnet.
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Der
Düsenkörper 11 ist
im Allgemeinen zylindrisch und definiert eine Führungsbohrung 12,
einen Ventilsitz 13, Einspritzbohrungen 41 und
ein Sackloch 15. Die Führungsbohrung 12 erstreckt
sich in der Längsrichtung
des Düsenkörpers 11,
so dass ein Ende von dieser mit dem Ventilsitz 13 in Verbindung steht
und das gegenüberliegende
Ende an einer hinterseitigen Endfläche des Düsenkörpers 11 mündet. Die
Führungsbohrung 12 hat
im Allgemeinen einen gleichmäßigen Innendurchmesser.
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Der
Ventilsitz 13 hat im Allgemeinen eine konische Fläche. Ein
oberes Ende des Ventilsitzes 13 hat einen größeren Innendurchmesser
als ein unteres Ende und steht mit der Führungsbohrung 12 in Verbindung.
Das untere Ende mit dem kleineren Innendurchmesser steht mit dem
Sackloch 15 in Verbindung. Die Nadel 31 hat einen
Berührungsabschnitt 36 an
einem kopfseitigen Ende davon, der zum Eingreifen und Außereingriffbringen
des Ventilsitzes 13 angeordnet ist, wodurch dieser als
ein Ventilkopf dient. Der Berührungsabschnitt 36 ist
wünschenswerterweise
im Wesentlichen kreisförmig.
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Das
Sackloch 15 ist an dem kopfseitigen Endabschnitt des Düsenkörpers 11 angeordnet.
Das Sackloch 15 ist eine Kammer, die ein relativ kleines Volumen
zum Speichern von Hochdrucktreibstoff hat, so dass dieser in eine
Verbrennungskammer eingespritzt wird. Die Einspritzbohrungen 41 sind
kleindurchmessrige Durchgänge,
die ein Verbindung zwischen dem Sackloch 15 und dem Raum
außerhalb des
Düsenkörpers 11,
solch einer wie eine Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors,
herstellen.
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Der
Düsenkörper 11 definiert
ebenso eine Treibstoffspeicherkammer 16, die in der Mitte
befindlich entlang des Längsabmaßes der
Führungsbohrung 12 angeordnet
ist. Die Treibstoffspeicherkammer 16 hat eine ringförmige Wölbung, die
die Führungsbohrung 12 umgibt
und mit dieser in Verbindung steht. Die Treibstoffspeicherkammer 16 steht ebenso
mit einem ersten Treibstoffdurchgang 17 in Verbindung,
der durch den Düsenkörper 11 definiert wird,
durch welchen Hochdrucktreibstoff zugeführt wird.
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Der
Düsenkörper 11 ist
in einen Schaftabschnitt 11a und einen Anbringungsabschnitt 11b segmentiert.
Der Schaftabschnitt 11a hat einen Außendurchmesser, der kleiner
ist als der des Anbringungsabschnitts 11b, wie in 1 gezeigt
ist. Die Nadel 31 hat einen dicken Abschnitt 32 an
einer Hinterseite davon und einen dünnen Abschnitt 34 an
einer Kopfseite davon, wie in 1 gezeigt
ist. Der Schaftabschnitt 11a des Düsenkörpers 11 enthält den dünnen Abschnitt 34 der
Nadel 31 und definiert den Ventilsitz 13, das
Sackloch 15 und die Einspritzbohrungen 41. Der
Anbringungsabschnitt 11b des Düsenkörpers 11 enthält den dicken
Abschnitt 32 der Nadel 31 und definiert die Treibstoffspeicherkammer 16 und
den ersten Treibstoffdurchgang 17. Die Haltemutter 19 befestigt
den Düsenkörper 11 an
dem Düsenhalter 50.
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Die
Nadel hat weiter einen Bolzen 33, eine Kopfbasis 35 und
einen konischen Abschnitt 37. Der dicke Abschnitt 32 der
Nadel 32 hat im Wesentlichen einen gleichmäßigen Außendurchmesser
und ist gleitend in der Führungsbohrung 12 gestützt, die
einen geringfügigen
Zwischenraum dazwischen ausbildet. Der Zwischenraum ermöglicht eine
glatte Gleitbewegung der Nadel 31 in der Führungsbohrung 12. Der
dünne Abschnitt 34 der
Nadel 31 und die Führungsbohrung 12 definieren
ebenso einen Zwischenraum dazwischen, in welchem Hochdrucktreibstoff von
der Treibstoffspeicherkammer 16 zu dem Sackloch 15 strömt.
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Die
Kopfbasis 35 der Nadel 31 ist zwischen dem kopfseitigen
Ende des dünnen
Abschnitts 34 der Nadel 31 und dem konischen Abschnitt 37 der
Nadel 31 angeordnet. Eine Umfangsfläche, an welcher die Kopfbasis 35 und
der konische Abschnitt 37 miteinander in Berührung stehen,
stellt den Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 dar.
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Der
konische Abschnitt 37 der Nadel 31 ist steiler
als die Fläche
des Ventilssitzes 13. Dies erlaubt dem Berührungsabschnitt 36,
sicher und abdichtend mit dem Ventilsitz 13 in Eingriff
zu stehen. Das kopfseitige Ende des konischen Abschnitts 37 ist dem
Sackloch 15 zugewandt, wenn der Berührungsabschnitt 36 mit
dem Ventilsitz 13 in Eingriff steht. Der Ventilsitz 13 und
der Berührungsabschnitt 36 stellen eine
Düsendichtung
zum Abdichten von Hochdrucktreibstoff bereit.
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Der
dicke Abschnitt 32 der Nadel 31 hat einen ersten
Gleitabschnitt, welcher sich in Längsrichtung innerhalb der Führungsbohrung 12 des
Düsenkörpers 11 hin-
und herbewegt. Der dünne
Abschnitt 34, die Kopfbasis 35 und der konische
Abschnitt 37 der Nadel 31 definieren einen ersten
Einsetzabschnitt. Der erste Einsetzabschnitt hat einen Durchmesser,
der kleiner ist als ein Durchmesser des ersten Gleitabschnitts.
Der dicke Abschnitt 32 und der dünne Abschnitt 34 sind
durch einen abgeschrägten Abschnitt
verbunden. Der abgeschrägte
Abschnitt hat einen Umfangsbereich, der sich entlang der Längsrichtung
des Düsenkörpers 11 neigt.
Der abgeschrägte
Abschnitt nimmt den Druck des Treibstoffs in der Treibstoffspeicherkammer 16 auf.
Der Hochdrucktreibstoff in der Treibstoffspeicherkammer 16 drängt den
abgeschrägten
Abschnitt in Richtung des hinterseitigen Endes des Düsenkörpers 11 (nach oben
in den Figuren), um die Nadel 31 zu bewegen und den Berührungsabschnitt 36 von
dem Ventilsitz 13 zu heben. Der erste Einsetzabschnitt 34, 35 und 37 wird
durch die Treibstoffspeicherkammer 16 umgeben.
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Wie
in 2 gezeigt ist, definiert der Düsenhalter 50 einen
zweiten Treibstoffdurchgang 51, eine zylindrische Bohrung 52,
einen ersten Auslassdurchgang 53 und einen dritten Treibstoffdurchgang 61. Hochdrucktreibstoff,
der von der gemeinsamen Kraftstoffleitung zugeführt wird, strömt über den
zweiten Treibstoffdurchgang 51 zu einer Öffnungsplatte 70 und über den
dritten Treibstoffdurchgang 61 zu dem ersten Treibstoffdurchgang 17 in
den Düsenabschnitt 10.
Der erste Auslassdurchgang 53 führt den Hochdrucktreibstoff
in Richtung einer Niederdruckseite der Einspritzeinrichtung, solch
eine wie einem Treibstoffbehälter,
zurück.
Die zylindrische Bohrung 52 enthält einen zweiten Einsetzabschnitt 64,
der einen kopfseitigen Abschnitt des Steuerkolbens 60 ausbildet.
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Ein
Raum 56, der zwischen der zylindrischen Bohrung 52 und
dem Einsetzabschnitt 64 des Steuerkolbens 60 definiert
ist, stellt eine Gegendruckkammer für die Nadel 31 dar.
Dieser Raum 56 steht mit Treibstoffauslassdurchgängen 54 und 55 in
Verbindung, welche mit dem ersten Auslassdurchgang 53 verbunden
sind, und führt
den Hochdrucktreibstoff zu einer Niederdruckseite zurück.
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Die
zylindrische Bohrung 52 enthält gleitend den Steuerkolben 60 und
den Begrenzer 91. Der Begrenzer 91 verbindet die
Nadel 31 mit dem Steuerkolben 60. Der Steuerkolben 60 hat
einen zweiten Gleitabschnitt 62, der an dem hinterseitigen
Abschnitt davon angeordnet ist. Der zweite Einsetzabschnitt 64 hat
einen kleineren Durchmesser als der des zweiten Gleitabschnitts 62.
Der zweite Gleitabschnitt 62 und der zweite Einsetzabschnitt 64 bewegen
sich innerhalb der zylindrischen Bohrung 52 in einer Längsrichtung
hin und her.
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Der
Bolzen 33 an dem Ende der Nadel 31 und der Steuerkolben 60 halten
dazwischen den Begrenzer 91. Eine Feder 69, die
in dem Raum 56 um den Steuerkolben 60 angeordnet
ist, spannt die Nadel 31 in Richtung der Kopfseite des
Düsenabschnitts 10 zum
Vorspannen des Berührungsabschnitts 61 in Eingriff
mit dem Ventilsitz 13 vor. Der Begrenzer 91 ist im
Allgemeinen zylindrisch und hat eine Wölbung 91a an einer
kopfseitigen Endfläche
davon, in welche der Bolzen 33, der an dem hinterseitigen
Ende der Nadel 31 vorgesehen ist, angeordnet ist. Eine
hintenseitige Endfläche
des Begrenzers 91 steht mit der kopfseitigen Fläche des
zweiten Einsetzabschnitts 64 des Steuerkolbens 60 in
Berührung.
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Der
Begrenzer 91 ist zum Gleiten zusammen mit der Nadel 31 und
dem Steuerkolben 60 angeordnet. Ein Zwischenraum L trennt
die kopfseitige Endfläche
des Begrenzers 91 und die hinterseitige Endfläche des
Schaftabschnitts 11a des Düsenkörpers 11. Der Zwischenraum
L ist zu einer vorbestimmten Länge
L0 festgelegt, welche sich durch die Baugruppe
aus dem Düsenkörper 11 und
der Nadel 31 verringern kann.
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Während des
Betriebs der Treibstoffeinspritzeinrichtung speichert die Drucksteuerkammer 71 Treibstoff
bei einem vorbestimmten Druck. Der mit Druck beaufschlagte Treibstoff
in der Drucksteuerkammer 71 betätigt den Steuerkolben 60 zum
Drücken
der Nadel 31 in Eingriff mit dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11.
Dies eliminiert den Zwischenraum L zwischen dem Begrenzer 91 und
dem Schaftabschnitt 11a des Körpers 11.
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Der
Zwischenraum L wird wegen einer elastischen Ausdehnung des Schaftabschnitts 11a des Düsenkörpers 11 eliminiert,
die durch eine Kompressionsbeanspruchung zwischen dem Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 und dem Ventilsitz 13 verursacht wird.
Es sollte verstanden werden, dass der Anbringungsabschnitt 11b des
Düsenkörpers 11 keine
elastische Deformation erfährt.
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Die Öffnungsplatte 70 ist
an dem oberen Endabschnitt des Düsenhalters 50 angeordnet,
bei welchem die zylindrische Bohrung 52 mündet. Die Öffnungsplatte 70 definiert
die Drucksteuerkammer 71, die mit der Zylinderbohrung 52 in
Verbindung steht.
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Die Öffnungsplatte 70 hat
eine Eintrittsöffnung
(nicht gezeigt) und eine Austrittsöffnung 72, die jeweils
stromaufwärts
und stromabwärts
der Drucksteuerkammer 71 angeordnet sind. Die Austrittsöffnung 72 hat
einen Innendurchmesser, der größer als der
der Eintrittsöffnung
ist.
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Die
Eintrittsöffnung
ist zwischen dem zweiten Treibstoffdurchgang 51 und der
Drucksteuerkammer 71 angeordnet. Der Ausgang der Eintrittsöffnung mündet an
einer abgeschrägten
Seitenfläche
der Drucksteuerkammer 71. Die Austrittsöffnung 72 ist an der
Hinterseite der Drucksteuerkammer 71 angeordnet und steht
mit dem ersten Auslassdurchgang 53 über das elektromagnetische
Ventil 80 in Verbindung. Der Drucksteuerkammer 71 wird
Hochdrucktreibstoff über
den zweiten Treibstoffdurchgang 51 zugeführt, der
in dem Düsenhalter 50 angeordnet
ist.
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Das
elektromagnetische Ventil 80 hat einen Anker 81,
eine Feder 82 und eine Magnetspule 83. Der Anker 81 verbindet
und unterbricht eine Verbindung zwischen der Austrittsöffnung 72 und
dem ersten Auslassdurchgang 53. Die Feder 82 drängt den Anker 81 in
eine Richtung zum Schließen
des elektromagnetischen Ventils 80 (nach unten in den 1 und 2).
Die Magnetspule 83 betätigt
den Anker 81 in einer Richtung zum Öffnen des elektromagnetischen
Ventils 80. Das elektromagnetische Ventil 80 ist
an der Hinterseite des Düsenhalters 50 eingerichtet
und hat die Öffnungsplatte 70 zwischengelegt. Eine
Haltemutter 84 befestigt das elektromagnetische Ventil 80 an
dem Düsenhalter 50.
Ein Strom, der in die Spule 83 fließt, öffnet die Austrittsöffnung 72 durch
Anheben des Ankers 81 gegen die elastische Rückstellkraft
der Feder 82. Das Unterbrechen des Stroms, der in die Spule 83 fließt, schließt die Austrittsöffnung 82 durch
Drücken
des Ankers 81 mit der elastischen Rückstellkraft der Feder 82.
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Die
Drucksteuerkammer 71 und das elektromagnetische Ventil 80 betätigen den
Steuerkolben 60 zum direkten oder indirekten Bewegen der
Nadel 81, um zu verursachen, dass der Berührungsabschnitt 36 mit
dem Ventilsitz 13 in Eingriff steht.
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Der
Betrieb der Treibstoffeinspritzeinrichtung ist wie folgt:
Hochdrucktreibstoff,
der von der gemeinsamen Kraftstoffleitung der Treibstoffeinspritzeinrichtung
zugeführt
wird, strömt über den
dritten Treibstoffdurchgang 61 in den ersten Treibstoffdurchgang 17 in
den Düsenabschnitt 10 und über den
zweiten Treibstoffdurchgang 51 in die Drucksteuerkammer 71.
Wenn das elektromagnetische Ventil 80 geschlossen ist, d.h,
wenn der Anker 81 die Austrittsöffnung 72 schließt, drückt der
mit Druck beaufschlagte Treibstoff in der Drucksteuerkammer 71 an
der Nadel 31 über
den Steuerkolben 60 und den Bolzen 31 in eine Richtung
zum Einsetzen des Berührungsabschnitts 36 auf
den Ventilsitz 13 zusammen mit der elastischen Rückstellkraft
der Feder 69.
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Der
Hochdrucktreibstoff in dem ersten Treibstoffdurchgang 17 strömt in die
Treibstoffspeicherkammer 16 und wirkt an dem abgeschrägten Abschnitt
der Nadel 31 in einer Richtung zum Anheben des Berührungsabschnitts 36 von
dem Ventilsitz 13.
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Wenn
das elektromagnetische Ventil 80 geschlossen ist, überschreitet
die Kraft zum Einsetzen des Berührungsabschnitts 36 die
zum Anheben des Berührungsabschnitts 36 und
der Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 verbleibt mit dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11
im Eingriff. Daher wird kein Treibstoff durch die Einspritzbohrungen 41 eingespritzt.
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Wenn
das elektromagnetische Ventil 80 sich öffnet, d.h. wenn der Anker 81 die
Austrittsöffnung 72 öffnet, steht
die Austrittsöffnung 72 mit
dem ersten Auslassdurchgang 53 in dem Düsenhalter 50 in Verbindung.
Daher strömt
Hochdrucktreibstoff in der Drucksteuerkammer 71 über die
Austrittsöffnung 72 und
wird durch den ersten Auslassdurchgang 53 ausgelassen.
Des Weiteren setzt der Hochdrucktreibstoff das Strömen über die
Eintrittsöffnung
in die Drucksteuerkammer 71 fort. Jedoch ist der Durchmesser der
Eintrittsöffnung
kleiner als der der Austrittsöffnung 72,
wodurch der Druck in der Drucksteuerkammer 71, der auf
den Anweisungskolben 60 wirkt, sich schrittweise verringert.
Daher ist der Druck des Treibstoffs in der Drucksteuerkammer 71,
die Kraft zum Heben des Berührungsabschnitts 36 der
Nadel 31 von dem Ventilsitz 13 und die elastische
Rückstellkraft
der Feder 69 ausgeglichen. Wenn die Kraft, die zum Heben
der Nadel 31 erzeugt wird, die zum Einsetzen der Nadel 31 überschreitet,
wird der Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 von dem Ventilsitz 13 zum Öffnen der
Einspritzbohrungen 41 außer Eingriff gebracht. Daher
wird Treibstoff durch die Einspritzbohrungen 41 eingespritzt.
Die Hubhöhe
der Nadel 31 entspricht dem Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz 13 und
dem Berührungsabschnitt 36.
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Durch
Unterbrechen des Stromflusses zu der Magnetspule 83 schließt der Anker 81 die
Austrittsöffnung 72,
so dass der Druck des Treibstoffs in der Drucksteuerkammer 71 sich
erhöht
und den Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 zum Eingreifen des Ventilsitzes 13 drängt. Wenn
die Kraft zum Einsetzen des Berührungsabschnitts 36 die
zum Heben des Berührungsabschnitts 36 überschreitet,
wird der Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 mit dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 in
Eingriff gebracht, wobei abgeschlossen wird, den Treibstoff durch
die Einspritzbohrungen 41 einzuspritzen.
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Wenn
der Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 mit dem Ventilsitz 13 in Eingriff gebracht
wird, wird das elektromagnetische Ventil 80 zum Unterbrechen der
Verbindung mit dem ersten Auslassdurchgang 53 geschlossen.
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Dies
verursacht, dass der Druck des Treibstoffs in der Drucksteuerkammer 71 sich
auf das gleiche Niveau von dem Hochdrucktreibstoff erhöht, der der
Treibstoffspeicherkammer 16 in dem Düsenabschnitt 10 zugeführt wird.
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Wenn
die Nadel 31 mit dem Ventilsitz 13 in Eingriff
gebracht wird, wird jede Kammer aus der Drucksteuerkammer 71 und
der Treibstoffspeicherkammer 16 mit Hochdrucktreibstoff
gefüllt,
der von der gemeinsamen Kraftstoffleitung zugeführt wird. Der Hochdrucktreibstoff
in der Drucksteuerkammer 71 erzeugt eine Antriebskraft
zum Drücken
des Steuerkolbens 60. Die Antriebskraft drückt den
Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 über
den Steuerkolben 60 in Eingriff mit dem Ventilsitz 13 des
Düsenkörpers 11.
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Daher
wird der Berührungsabschnitt 36 an dem
Ventilsitz 13 zusammengedrückt, wodurch eine elastische
Ausdehnung des Schaftabschnitts 11a des Düsenkörpers 11 erzeugt
wird. Dann setzt das vorbestimmte Niveau des Treibstoffdrucks in
der Drucksteuerkammer 71 fort, die Antriebskraft aufzubringen,
bis die elastische Ausdehnung die Länge L0 erreicht.
Zu dieser Zeit verringert sich der Zwischenraum L zwischen der kopfseitigen
Endfläche
des Begrenzers 91 und der hinterseitigen Endfläche des
Anbringungsabschnitts 11b des Düsenkörpers 11 auf Null
und der Begrenzer 91 greift mit dem Anbringungsabschnitt 11b des
Düsenkörpers 11 ein.
Daher wird die Antriebskraft, die durch den Hochdrucktreibstoff
in der Drucksteuerkammer 71 erzeugt wird, durch die kopfseitige
Endfläche
des Begrenzers 91 und den Anbringungsabschnitt 11b des
Düsenkörpers 11 verteilt,
wodurch der Betrag der Konzentration der Antriebskraft an dem Ventilsitz 13 des
Düsenkörpers 11 an
dem Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 verringert wird.
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Der
Begrenzer 91 und der Anbringungsabschnitt 11b des
Düsenkörpers 11 bilden
einen Kraftverteiler der vorliegenden Erfindung aus. Zusammen dienen
der Begrenzer 91 und der Anbringungsabschnitt 11b zum
Verteilen der Antriebskraft zu anderen Abschnitten der Treibstoffeinspritzeinrichtung, nämlich anderen
als dem Ventilsitz 13 und dem Berührungsabschnitt 36,
wenn die elastische Ausdehnung des Schaftabschnitts 11a die
vorbestimmte Länge
L0 erreicht.
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Die
oben beschriebene Antriebskraft überschreitet
eine minimale Kraft, die erforderlich ist, um den Berührungsabschnitt 36 in
Eingriff mit dem Ventilsitz 13 zu zwingen. Daher verhindert
die vorliegende Erfindung, dass die unangemessen hohe Kraft den
Berührungsabschnitt 36 der Nadel
und/oder den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 beschädigt.
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Die
Vorteile der Treibstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
sind wie folgt:
- Erstens: Während die Nadel 31 auf
dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 eingesetzt
wird, verteilt der Kraftverteiler 11, 91 die Antriebskraft,
die in der Drucksteuerkammer 71 erzeugt wird, wenn die
Verschiebung der Nadel 31 relativ zu dem Düsenkörper 11 eine
vorbestimmte Länge
L0 überschreitet,
nämlich
zum Verhindern, dass diese an dem Ventilsitz 13 und dem
Berührungsabschnitt 36 konzentriert
ist. Daher verteilt die Treibstoffeinspritzeinrichtung die Antriebskraft
einer unangemessen hohen Stärke
durch den Kraftverteiler 11, 91, wenn die elastische
Deformation in Übereinstimmung
mit der Antriebskraft der vorbestimmten Stärke auftritt, damit sich diese
nicht an dem Ventilsitz 13 und dem Berührungsabschnitt 36 konzentriert.
- Zweitens: Der Zwischenraum L zwischen dem Begrenzer 91 und
dem Anbringungsabschnitt 11b des Düsenkörpers 11 ist zu einer
vorbestimmten Länge
L0 festgelegt. Während des Betriebs der Treibstoffeinspritzeinrichtung
verringert sich der Zwischenraum L zu Null und der Begrenzer 91 greift
mit dem Anbringungsabschnitt 11b des Düsenkörpers 11 ein, wenn
die Nadel 31 an dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 eingesetzt
wird und wenn die elastische Verschiebung L0 in Übereinstimmung
mit der Antriebskraft der vorbestimmten Stärke auftritt. Daher ist die
Antriebskraft nicht auf dem Ventilsitz 13 und dem Berührungsabschnitt 36 konzentriert,
und wird durch die Berührungsflächen des
Begrenzers 91 und der Anbringung 11b verteilt.
- Drittens: Dieses Ausführungsbeispiel
ist geeignet für
eine Treibstoffeinspritzeinrichtung, die eine Drucksteuerkammer 71,
ein elektromagnetisches Ventil 80 zum Erhöhen und
Verringern des Drucks des Treibstoffs in der Drucksteuerkammer 71 und einen
Steuerkolben 60 hat, der den Druck des Treibstoffs in der
Drucksteuerkammer 71 an einem Ende davon aufnimmt, das
gegenüber
zu einer anderen Endfläche
der Nadel 31 liegt. Daher kann die Antriebskraft, die durch
den Treibstoffdruck in der Drucksteuerkammer 71 erzeugt
wird, eine vorbestimmte Stärke überschreiten,
wodurch eine elastische Deformation der vorbestimmten Länge L0 verursacht wird. Das heißt, der
Treibstoffdruck kann auf ein hohes Niveau zum Einspritzen des Treibstoffs
durch die Einspritzbohrung 41 bei einem Hochdruck festgelegt
werden.
- Viertens: Die Treibstoffeinspritzeinrichtung des oben beschriebenen
Ausführungsbeispiels
kann verhindern, dass eine unangemessen hohe Antriebskraft, die
bei dem Antriebskrafterzeuger, solch einem wie die Drucksteuerkammer 71,
erzeugt wird, sich an dem Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 und
dem Berührungsabschnitt 36 der Nadel 31 konzentriert.
Daher kann die Treibstoffeinspritzeinrichtung den Verschleiß des Ventilsitzes 13 und
des Berührungsabschnitts 36 verringern,
um Variationen der Treibstoffeinspritzmenge zu verringern.
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Unter
Bezugnahme auf 3 hat eine Treibstoffeinspritzeinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung einen Kraftverteiler, der einen Düsenhalter 50 und
einen Steuerkolben 160 hat.
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Der
Steuerkolben 160 hat einen Gleitabschnitt, der gleitend
durch eine zylindrische Bohrung 52 gestützt wird, und einen Einsetzabschnitt 164,
der einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der des Gleitabschnitts.
Der Einsetzabschnitt 164 hat einen dicken Abschnitt 164b und
einen dünnen
Abschnitt 164a, der einen Durchmesser hat, der kleiner
ist als der des dicken Abschnitts 164b. Die zylindrische Bohrung 52 hat
einen engen Abschnitt 57, der einen Innendurchmesser hat,
der kleiner ist als der von anderen Abschnitten der Bohrung 52 und
größer ist
als der des dünnen
Abschnitts 164a des Steuerkolbens 160.
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Eine
Abgrenzung des dünnen
Abschnitts 57 der zylindrischen Bohrung 52 bildet
einen Absatz 52a aus. Eine Abgrenzung zwischen dem dicken
Abschnitt 164b und dem dünnen Abschnitt 164a des Einsetzabschnitts 164 des
Steuerkolbens 160 bildet einen Anschlag aus. Ein axialer
Zwischenraum L besteht zwischen dem Absatz 52a und dem
Anschlag. Während
des Betriebs bringt der mit Druck beaufschlagte Treibstoff in einer
Drucksteuerkammer 71 (ähnlich
zu derjenigen, die oben in Übereinstimmung mit
dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wird) eine Antriebskraft auf den Steuerkolben 160 zum
Drücken
einer Nadel 31 auf einen Ventilsitz 13 auf. Dies
verursacht, dass der Zwischenraum L sich auf Null wegen einer elastischen
Deformation des Schaftabschnitts 11a des Düsenkörpers 11 und
der Nadel 31 verringert, ähnlich zu derjenigen, die oben in Übereinstimmung
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wird.
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Wenn
der Zwischenraum L sich auf Null verringert, greift der Anschlag
des Steuerkolbens 160 mit dem Absatz 52a des Düsenhalters 50 ein
und verteilt die Antriebskraft, wodurch ein Betrag von dieser verringert
wird, sich auf den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 11 und dem Berührungsabschnitt 36 der
Nadel 31 zu konzentrieren.
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Es
sollte deshalb verstanden werden, dass die Treibstoffeinspritzeinrichtung
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
die gleichen Vorteile hat, wie jene der Treibstoffeinspritzeinrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
bringt der Treibstoffdruck in der Drucksteuerkammer 71 eine
Antriebskraft auf den Kolben 60, 160 auf. Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Energiequelle zum Betätigen des
Steuerkolbens nicht auf die oben beschriebene Drucksteuerkammer 71 begrenzt,
welche den Treibstoffdruck erhöht
und verringert, nämlich
durch Öffnen
und Schließen
des elektromagnetischen Ventils 80. Es sollte verstanden werden,
dass die vorliegende Erfindung alternativ eine Energiequelle, solche
wie einen Druckgenerator oder einen Verschiebungsgenerator, haben
kann, welcher eine Verschiebung eines piezoelektrischen Stapels
durch Hebelwirkung zum Betätigen
des Steuerkolbens verstärkt.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
bildet der Absatz 52a des Düsenhalters 50 und
der Anschlag in dem Gleitabschnitt 164 des Steuerkolbens 160 den
Kraftverteiler aus. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Kraftverteiler
durch einen unterschiedlichen Abschnitt des Steuerkolbens 160 (60)
ausgebildet werden, beispielsweise in einem zweiten Gleitabschnitt 62 (bezugnehmend
auf 2).
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Eine
Treibstoffeinspritzeinrichtung für
einen Verbrennungsmotor hat einen Düsenkörper (11), eine Nadel
(31), einen Steuerkolben (60, 160) und
einen Kraftverteiler (91, 164b). Der Düsenkörper (11) hat
einen Ventilsitz (13) zum Beginnen und Anhalten der Treibstoffeinspritzung.
Die Nadel (31) ist gleitend in dem Düsenkörper (11) eingerichtet
und hat einen Ventilkopf (36) zum in Eingriff bringen mit
dem Ventilsitz (13). Der Steuerkolben (60, 160)
ist zum Übertragen
einer Antriebskraft auf die Nadel (31) ausgeführt. Der
Kraftverteiler (91, 164b) verteilt die Antriebskraft, wenn
die Nadel (31) sich um eine vorbestimmte Strecke (L) relativ
zu dem Düsenkörper (11)
verlagert. Der Kraftverteiler (91, 164b) sieht
für eine
elastische Deformation von zumindest einem Abschnitt aus zumindest
einem Element aus dem Düsenkörper (11) und
der Nadel (31) vor, einen Betrag der Konzentration der
Antriebskraft an dem Ventilsitz (13) und dem Ventilkopf
(36) zu verringern.