DE102008000301B4

DE102008000301B4 - Injektor

Info

Publication number: DE102008000301B4
Application number: DE102008000301A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Kariya-shi Mochizuki; Masatoshi Kariya-shi Kuroyanagi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: US7699242B2; DE102008000301A1; JP4270293B2; US20080217441A1; JP2008215207A

Abstract

Injektor (1), gekennzeichnet durch:
ein piezoelektrisches Stellglied (3), das eine Verschiebung verursacht, wenn eine elektrische Spannung an dieses angelegt wird;
einen Druckbeaufschlagungskolben (4), der in einer axialen Richtung gemäß der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds (3) bewegbar ist;
eine zylindrische bewegbare Hülse (5), die in der axialen Richtung mit der Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens (4) bewegbar ist;
einen Ventilkörper (6), der ein Einspritzloch (12) an seinem axialen Spitzenendabschnitt zum Einspritzen eines Hochdruckfluids hat;
eine Nadel (7), die verschiebbar in dem Ventilkörper (6) gehalten wird und das Einspritzloch (12) öffnet und schließt;
eine Drucksteuerkammer (11), die einen Steuerdruck bezüglich der Öffnungs-/Schließfunktion der Nadel (7) speichert und so vorgesehen ist, dass der Steuerdruck in der Drucksteuerkammer (11) durch die Bewegung der bewegbaren Hülse (5) erhöht oder verringert wird; und
ein Hubbegrenzungselement (18), das eine Ventilöffnungshubposition der Nadel (7) begrenzt, wobei
der Steuerdruck der Drucksteuerkammer (11) zum...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. BEREICH DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor, der einen Öffnungs-/Schließvorgang einer Nadel durch Erhöhen/Verringern eines Steuerdrucks einer Drucksteuerkammer durch eine Bewegung eines Druckbeaufschlagungskolbens steuert, der durch ein piezoelektrisches Stellglied angetrieben wird.
2. BESCHREIBUNG DES ZUGEHÖRIGEN STANDS DER TECHNIK:
Ein Injektor, der ein elektromagnetisches Ventil als Stellglied verwendet, befindet sich herkommlicherweise im Einsatz. Zum Verwirklichen einer großen Durchflussrate und eines guten Ansprechverhaltens wird ein Injektor vorgeschlagen, der ein piezoelektrisches Stellglied mit einer großen Erzeugungskraft und einem guten Ansprechverhalten verwendet.
Beispielsweise hat ein in dem Patentdokument 1 ( WO 2005/075811 A1 ) beschriebener Injektor unter Anderem ein piezoelektrisches Stellglied 100, das eine Verschiebung vornimmt, wenn auf dieses eine Spannung angelegt wird, einen Druckbeaufschlagungskolben 110, der durch das piezoelektrische Stellglied 100 angetrieben wird, eine Außenhülse 120 zum verschiebbaren Halten eines äußeren Umfangs des Druckbeaufschlagungskolbens 110, eine Drucksteuerkammer 130, deren Innendruck (Hydraulikdruck) sich gemäß der Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens 110 erhöht/verringert, eine Nadel 160, die verschiebbar innerhalb eines Ventilkörpers 140 gehalten ist und die ein Einspritzloch 150 öffnet/schließt, wie in 5 gezeigt ist.
Die Drucksteuerkammer 130 ist fluiddicht durch den Druckbeaufschlagungskolben 110, die Außenhülse 150, die Nadel 160 und den Ventilkörper 140 definiert. Wenn eine Spannung an das piezoelektrische Stellglied 100 angelegt wird, schiebt das piezoelektrische Stellglied 100 den Druckbeaufschlagungskolben 110 nach unten in der Zeichnung. Demgemäß verringert sich das Volumen der Drucksteuerkammer 130 und steigt der Innendruck an.
Der Innendruck der Drucksteuerkammer 130 wirkt an einer Druckaufnahmefläche 161, die an der Nadel 160 ausgebildet ist, so dass diese als Ventilöffnungskraft zum Vorspannen der Nadel 160 in einer Ventilöffnungsrichtung funktioniert (in einer in der Zeichnung nach oben weisende Richtung). Wenn die Ventilöffnungskraft eine Ventilschließkraft (eine Reaktionskraft einer Feder 170 oder Ähnlichem), die die Nadel 160 in eine Ventilschließrichtung vorspannt, übersteigt, hebt sich die Nadel 160 an und öffnet das Einspritzloch 150. Somit wird der zu einem Inneren des Ventilkörpers 140 zugeführte Hochdruckkraftstoff in eine Brennkammer 180 der Kraftmaschine von dem Einspritzloch 150 eingespritzt.
Jedoch hat der vorstehend erwähnte Injektor keinen Anschlagmechanismus zum Begrenzen einer Ventilöffnungshubposition der Nadel 160 und wird der Hubbetrag der Nadel 160 durch den Verschiebungsbetrag des piezoelektrischen Stellglieds 100 bestimmt. Demgemäß ergibt sich ein Problem, dass die Einspritzmenge aufgrund der Veränderung der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds 100 nicht stabilisiert wird.
Der Stand der Technik nach WO 2005/026531 A1 offenbart ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Antriebsmechanismus als gegenläufige Doppelkolbenanordnung ausgebildet ist.
Im Stand der Technik nach EP 1 571 328 A2 ist ein Einspritzventil mit einem Stellantrieb offenbart, wobei ein Hubumsetzer mit einem Kolben vorgesehen ist, auf den der Stellantrieb einwirkt.
Im Stand der Technik nach DE 103 53 045 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzventil offenbart, bei dem ein Steuerkolben eine Stirnfläche aufweist, die einen Steuerraum begrenzt, wodurch eine Auslenkung des Antriebskolbens in eine Richtung eine Auslenkung der Düsennadel in die entgegengesetzte Richtung bewirkt.
Im Stand der Technik nach DE 195 00 706 A1 ist ein Zumessventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen offenbart. Bei diesem Ventil ist ein hydraulischer Wegverstärker zur Umsetzung des Stellweges eines piezoelektrischen Aktors vorgesehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor zur Verfügung zu stellen, der eine stabile Einspritzmenge durch Vorsehen eines Anschlagmechanismus zur Begrenzung einer Ventilöffnungshubposition einer Nadel erzielen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Injektor mit der Kombination der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Injektor ein piezoelektrisches Stellglied, einen Druckbeaufschlagungskolben, eine zylindrische bewegbare Hülse, einen Ventilkörper, eine Nadel, eine Drucksteuerkammer und ein Hubbegrenzungselement. Das piezoelektrische Stellglied verursacht eine Verschiebung, wenn eine Spannung an dieses angelegt wird. Der Druckbeaufschlagungskolben bewegt sich in einer axialen Richtung gemäß der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds. Die bewegbare Hülse bewegt sich in der axialen Richtung mit der Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens.
Der Ventilkörper hat ein Einspritzloch an seinem axialen Spitzenendabschnitt zum Einspritzen eines Hochdruckfluids. Die Nadel ist verschiebbar in dem Ventilkörper gehalten und öffnet/schließt das Einspritzloch. Die Drucksteuerkammer speichert einen Steuerdruck bezüglich des Öffnungs-/Schließvorgangs der Nadel. Der Steuerdruck in der Drucksteuerkammer wird durch die Bewegung der bewegbaren Hülse erhöht oder verringert. Das Hubbegrenzungselement begrenzt eine Ventilöffnungshubposition der Nadel.
Der Steuerdruck der Drucksteuerkammer wird zum Steuern des Öffnungs-/Schließvorgangs der Nadel erhöht oder verringert. Der Druckbeaufschlagungskolben hat einen Kopfabschnitt, der die Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds aufnimmt, und einen Übertragungsabschnitt zum Übertragen der Bewegung des Kopfabschnitts auf die bewegbare Hülse. Die Nadel hat einen Nadelkopfabschnitt, der verschiebbar an einem inneren Umfang der bewegbaren Hülse gepasst ist. Das Hubbegrenzungselement ist aus einem einzigen Plattenelement vorgesehen, das zwischen einer axialen Endfläche des Nadelkopfabschnitts und dem Kopfabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens angeordnet ist. Das Plattenelement ist mit einem Lochabschnitt, in dem der Übertragungsabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens locker eingesteckt ist, und mit einer Anschlagfläche ausgebildet, mit der die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts in Berührung gelangt, wenn die Nadel sich um einen vorbestimmten Betrag anhebt.
Mit einem solchen Aufbau wird die Ventilöffnungshubposition der Nadel begrenzt, wenn die axiale Endwand des Nadelkopfabschnitts die Anschlagfläche des Hubbegrenzungselements während des Ventilöffnungshubs der Nadel zum Öffnen des Einspritzlochs berührt. Als Folge kann eine stabile Einspritzmenge ungeachtet einer Veränderung der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds erhalten werden.
Das Hubbegrenzungselement ist aus einem einzigen Plattenelement vorgesehen, das mit dem Lochabschnitt ausgebildet ist, durch den der Übertragungsabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens locker eingesteckt ist. Demgemäß behindert das Plattenelement die Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens nicht. Somit kann das einzige Plattenelement wirksam zwischen der axialen Endfläche des Nadelkopfabschnitts und dem Kopfabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens angeordnet werden. Als Folge kann eine Vergrößerung der Abmessung des Injektors unterbunden werden, die verursacht werden kann, wenn zusätzlich ein Hubbegrenzungselement vorgesehen wird. Das lockere Einstecken bezeichnet einen Zustand, in dem der Übertragungsabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens in den Lochabschnitt des Plattenelements eingesteckt ist, während dazwischen ein Spalt ausgebildet wird, insbesondere einen Zustand, in dem ein vorgegebenes Spiel dazwischen vorgesehen wird.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorstehend genannten Injektor der Nadelkopfabschnitt in der Form eines Zylinders ausgebildet, dessen Inneres einen Fluiddurchgang definiert, durch den das Hochdruckfluid strömt. Der Kopfabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens ist mit einer Vielzahl von Übertragungsabschnitten an gleichmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung ausgebildet. Das Plattenelement ist mit einem Strömungsdurchgangsloch in dessen radialer Mitte ausgebildet, so dass das Hochdruckfluid durch das Strömungsdurchgangsloch treten kann und das Strömungsdurchgangsloch mit dem Fluiddurchgang in Verbindung steht. Die Anschlagfläche ist mit einer Ringform um das Strömungsdurchgangsloch ausgebildet. Eine Vielzahl der Lochabschnitte ist um die Anschlagfläche an gleichmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet.
Bei diesem Aufbau ist der Nadelkopfabschnitt mit der zylindrischen Gestalt ausgebildet und ist der Fluidströmungsdurchgang in der zylindrischen Gestalt ausgebildet. Demgemäß ist die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts in der Gestalt eines Rings ausgebildet. Die Anschlagfläche, die an dem Plattenelement vorgesehen ist, ist mit der Ringgestalt ausgebildet, das Strömungsdurchgangsloch ist radial innerhalb der Anschlagfläche ausgebildet und die mehreren Lochabschnitte sind um die Anschlagfläche an gleichmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Somit kann der Flächeninhalt des einzigen Plattenelements mit mehreren Funktionen verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat der vorstehend genannte Injektor eine Feder, die die Nadel in eine Ventilschließrichtung mit Bezug auf das Plattenelement vorspannt. Eine Fläche der Anschlagfläche ist mit einer gestuften Gestalt eingedrückt bzw. vertieft, so dass eine Bodenfläche der gestuften Fläche eine Federsitzfläche zum Aufnehmen eines Endabschnitts der Feder definiert.
In diesem Fall kann die Federsitzfläche wirksam zwischen der Anschlagfläche und dem Strömungsdurchgangsloch ausgebildet werden, so dass der Flächeninhalt des einzigen Plattenelements mit mehreren Funktionen verwendet werden kann. Die Federsitzfläche ist weiter unten als die Anschlagfläche ausgebildet, die Federsitzfläche ist nämlich weiter als die Anschlagfläche in einer gestuften Gestalt eingedrückt bzw. vertieft. Demgemäß kann der Endabschnitt der Feder, der mit der Federsitzfläche im Eingriff ist, sicher gehalten werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat bei dem vorstehend genannten Injektor der Ventilkörper einen zylindrischen Wandabschnitt zum Halten eines äußeren Umfangs der bewegbaren Hülse. Eine bestimmte Fläche eines radialen Umfangsabschnitts des Plattenelements an einer Seite mit Bezug auf dessen Dickenrichtung wird so zusammengebaut, dass sie eine axiale Endfläche des zylindrischen Wandabschnitts berührt. Die bestimmte Fläche und die Anschlagfläche sind in derselben ebenen Fläche ohne Stufe ausgebildet.
Da in diesem Fall keine Stufe zwischen der bestimmten Fläche und der Anschlagfläche vorhanden ist, können die bestimmte Fläche und die Anschlagfläche mit einer hohen Genauigkeit endbearbeitet werden, wenn die bestimmte Fläche und die Anschlagfläche poliert werden.
Gemäß noch einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorstehend genannten Injektor das Plattenelement so ausgebildet, dass dessen Dicke dieselbe von der Anschlagfläche zu der bestimmten Fläche ist.
Da in diesem Fall keine Stufe zwischen der bestimmten Fläche und der Anschlagfläche vorhanden ist, können die bestimmte Fläche und die Anschlagfläche mit einer hohen Genauigkeit endbearbeitet werden, wenn die bestimmte Fläche und die Anschlagfläche poliert werden. Da darüber hinaus die Anschlagfläche und die bestimmte Fläche in derselben Fläche ausgebildet werden können, kann die Ventilöffnungshubposition der Nadel mit einer hohen Genauigkeit begrenzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ebenso wie Verfahren zum Betrieb sowie die Funktion der zugehörigen Teile aus dem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist eine Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A bis 2D sind Draufsichten, die jeweils ein Plattenelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
3 ist eine Schnittansicht, die den Injektor in einem Ventilschließzustand oder einem Ventilöffnungszustand gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
5 ist eine Schnittansicht, die einen Injektor nach dem Stand der Technik zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Injektor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Vorrichtung, die an einem jeweiligen Zylinder einer Dieselkraftmaschine angebracht wird und die Hochdruckkraftstoff, der von einer Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführt wird, beispielsweise direkt in eine Brennkammer des Zylinders einspritzt.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der Injektor 1 unter Anderem ein Ventilgehäuse 2, ein piezoelektrisches Stellglied 3, einen Druckbeaufschlagungskolben 4, eine bewegbare Hülse 5, einen Ventilkörper 6, eine Nadel 7, eine innere Hülse 8, ein Hubbegrenzungselement auf.
Das Ventilgehäuse 2 definiert einen geschlossenen Innenraum zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Ventilkörper 6 und ist mit einem Kraftstoffeinlass 2a ausgebildet, der mit der Common-Rail durch ein Kraftstoffrohr (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Innenraum ist mit Hochdruckkraftstoff gefüllt, der von dem Kraftstoffeinlass 2a strömt.
Das piezoelektrische Stellglied 3 ist beispielsweise ein gewöhnliches Stellglied mit einem Kondensatoraufbau aus abwechselnd laminierten piezoelektrischen Keramikschichten, wie z. B. PZT (Blei-Zirkonat-Titanat), und Elektrodenschichten. Wenn eine Spannung angelegt wird, verlängert sich das piezoelektrische Stellglied 3 in der Richtung der Schichtung. Das piezoelektrische Stellglied 3 ist innerhalb des Innenraums des Ventilgehäuses 2 angeordnet. Ein Ende (ein oberes Ende in 1) des piezoelektrischen Stellglieds 3 in der Richtung der Schichtung ist mit dem Ventilgehäuse 2 fixiert.
Der Druckbeaufschlagungskolben 4 ist in Kontakt mit der anderen Endseite des piezoelektrischen Stellglieds 3 in dem Innenraum des Ventilgehäuses 2 angeordnet und bewegt sich in der axialen Richtung (vertikalen Richtung in der Zeichnung) gemäß einer Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds 3. Der Druckbeaufschlagungskolben 4 besteht aus einem Kopfabschnitt 4a, der die Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds 3 aufnimmt, und Übertragungsabschnitten 4b, die die Bewegung des Kopfabschnitts 4 auf die bewegbare Hülse 5 übertragen.
Der Kopfabschnitt 4a ist mit einem Verbindungsdurchgang 4c zum Verbinden eines Inneren mit einem Äußeren des Druckbeaufschlagungskolbens 4 ausgebildet, so dass der Hochdruckkraftstoff durch den Verbindungsdurchgang 4c hindurch treten kann.
Mehrere Übertragungsabschnitte 4b sind an einem äußeren Umfangsabschnitt des Kopfabschnitts 4a an gleichmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung vorgesehen. Jeder Übertragungsabschnitt 4b erstreckt sich von dem Kopfabschnitt 4a in einer axialen Richtung.
Die bewegbare Hülse 5 ist verschiebbar in einem inneren Umfang eines zylindrischen Wandabschnitts 6a eingesteckt, der in dem Ventilkörper 6 vorgesehen ist, und wird gegen den Übertragungsabschnitt 4b des Druckbeaufschlagungskolbens 4 durch eine Reaktionskraft eines elastischen Körpers 9 gedrückt, der zwischen der bewegbaren Hülse 5 und dem Ventilkörper 6 gelegen ist. Somit kann die bewegbare Hülse 5 sich in der axialen Richtung gemeinsam mit dem Druckbeaufschlagungskolben 4 bewegen. Der Druckbeaufschlagungskolben 4 nimmt die Reaktionskraft des elastischen Körpers 9 durch die bewegbare Hülse 5 auf, so dass der Kopfabschnitt 4a gegen die andere Endseite des piezoelektrischen Stellglieds 3 gedrückt wird.
Der Ventilkörper 6 hat den zylindrischen Wandabschnitt 6a, der in einen inneren Umfang einer Öffnung des Ventilgehäuses 2 eingesteckt wird, und einen Düsenabschnitt 6b, der in die Brennkammer der Dieselkraftmaschine vorsteht. Der Ventilkörper 6 ist mit dem Ventilgehäuse 2 mit einer Haltemutter 10 fixiert. Eine Drucksteuerkammer 11 zum Steuern eines Öffnungs-/Schließvorgangs der Nadel 7 ist innerhalb des Ventilkörpers 6 unter Verwendung einer Stufe ausgebildet, die zwischen dem zylindrischen Wandabschnitt 6a und dem Düsenabschnitt 6b vorgesehen ist.
Ein Einspritzloch 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs ist an einer Spitze des Düsenabschnitts 6b ausgebildet. Ein Führungsloch 13 zum Halten der Nadel 7 ist innerhalb des Düsenabschnitts 6b gebohrt. Eine Seitenfläche 14 mit einer konischen Gestalt ist an einem Spitzenendabschnitt des Führungslochs 13 ausgebildet.
Die Nadel 7 hat einen mittleren Schaftabschnitt 7a, der verschiebbar an dem Führungsloch 13 gehalten wird, einen Nadelkopfabschnitt 7b, der an einer Endseite (entgegengesetzt zu der Einspritzlochseite) des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen ist, und einen kleindurchmessrigen Schaftabschnitt 7c, der an der anderen Endseite des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen ist. Der Abschnitt von dem Nadelkopfabschnitt 7b zu dem mittleren Schaftabschnitt 7a ist hohl ausgebildet und das innere des Hohlraums wird als Kraftstoffdurchgang 15 verwendet.
Der Nadelkopfabschnitt 7b hat einen Außendurchmesser, der größer als derjenige des mittleren Schaftabschnitts 7a ist, und wird verschiebbar an einem inneren Umfang der bewegbaren Hülse 5 gehalten.
Der kleindurchmessrige Schaftabschnitt 7c hat einen Außendurchmesser, der kleiner als derjenige des mittleren Schaftabschnitts 7a ist. Ein Kraftstoffsumpf 16 ist zwischen einem äußeren Umfang des kleindurchmessrigen Schaftabschnitts 7c und einem inneren Umfang des Führungslochs 13 ausgebildet. Ein Verbindungsloch 7d, das den vorstehend erwähnten Kraftstoffdurchgang 15 und den Kraftstoffsumpf 16 verbindet, ist in einem gestuften Abschnitt zwischen dem mittleren Schaftabschnitt 7a und dem kleindurchmessrigen Schaftabschnitt 7c ausgebildet. Ein Sitzabschnitt 7e ist an einem Spitzenendabschnitt des kleindurchmessrigen Schaftabschnitts 7c vorgesehen und wird beim Schließen des Ventils durch die Nadel 7 an die Sitzfläche 14 des Düsenabschnitts 6b gesetzt.
Die Drucksteuerkammer 11 ist ein geschlossener Raum, der durch den Ventilkörper 6, die bewegbare Hülse 5, die Nadel 7 und die innere Hülse 8 definiert wird. Die Drucksteuerkammer 11 ist mit Hochdruckkraftstoff gefüllt. Ein Innendruck in der Drucksteuerkammer 11 erhöht/verringert sich gemäß der axialen Bewegung der bewegbaren Hülse 5. Der Innendruck wirkt an einer Stufe (als Druckaufnahmefläche 7f bezeichnet), die zwischen dem mittleren Schaftabschnitt 7a und dem Nadelkopfabschnitt 7b der Nadel 7 vorgesehen ist, so dass dieser als eine Ventilöffnungskraft zum Vorspannen der Nadel 7 in einer Ventilöffnungsrichtung (nach oben weisende Richtung in der Zeichnung) wirkt.
Die innere Hülse 8 ist verschiebbar an dem äußeren Umfang des mittleren Schaftabschnitts 7a der Nadel 7 gepasst, der von dem Führungsloch 13 in einer Richtung vorsteht, die entgegengesetzt zu der Einspritzlochseite ist (nach oben weisende Richtung in der Zeichnung). Die innere Hülse 8 wird durch eine Feder 17 vorgespannt, die zwischen der inneren Hülse 8 und der bewegbaren Hülse 5 gelegen ist. Somit wird ein axialer Spitzenendabschnitt (unterer Endabschnitt in der Zeichnung) der inneren Hülse 8 gegen eine gestufte Fläche des Ventilkörpers 6 gedrückt. Durch Anordnen der inneren Hülse 8 an dem äußeren Umfang des mittleren Schaftabschnitts 7a kann das Volumen der Drucksteuerkammer 11 kompakt ausgeführt werden. Als Folge kann die Ventilöffnungskraft (ein Hydraulikdruck, der an der Nadeldruckaufnahmefläche 7f wirkt), die zum Anheben der Nadel 7 notwendig ist, wirksam bezogen werden.
Ein Randabschnitt 8a ist an dem äußersten Rand eines Spitzenendabschnitts der inneren Hülse 8 ausgebildet und der Randabschnitt 8a wird gegen die gestufte Fläche des Ventilkörpers 6 gedrückt.
Als nächstes wird das Hubbegrenzungselement gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erklärt. Das Hubbegrenzungselement besteht aus einem einzigen Plattenelement 18, das zwischen einer axialen Endfläche (obere Endfläche, die in 1 gezeigt ist) des Nadelkopfabschnitts 7b und dem Kopfabschnitt 4a des Druckbeaufschlagungskolbens 4 angeordnet ist. Das Plattenelement 18 ist mit einer Anschlagfläche 18a, mehreren Lochabschnitten 18b, einem Strömungsdurchgangsloch 18c und einer Federsitzfläche 18d ausgebildet (siehe 2). Die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts 7b berührt die Anschlagfläche 18a, wenn die Nadel 7 sich um einen vorbestimmten Betrag anhebt. Die Übertragungsabschnitte 4b des Druckbeaufschlagungskolbens 4 sind locker in die Lochabschnitte 18b eingesteckt. Der Hochdruckkraftstoff kann durch das Strömungsdurchgangsloch 18c hindurch treten. Die Federsitzfläche 18d nimmt ein Ende einer Feder 19 auf, die die Nadel 7 in der Ventilschließrichtung vorspannt.
Da die Endfläche des Nadelkopfabschnitts 7b mit einer Ringgestalt ausgebildet ist, ist die Anschlagfläche 18aentsprechend der Gestalt der Endfläche des Nadelkopfabschnitts 7b in der Ringgestalt ausgebildet.
Die mehreren Lochabschnitte 18b sind um die Anschlagfläche 18a an gleichmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung ausgebildet. Der Lochabschnitt 18b ist mit der Gestalt entsprechend der Schnittgestalt des Übertragungsabschnitts 4b ausgebildet. Wenn nämlich die Schnittgestalt des Übertragungsabschnitts 4b eine Bogenform ist, ist der Lochabschnitt 18b ebenso in der Bogenform ausgebildet, wie in 2A oder 2B gezeigt ist. Wenn die Schnittgestalt des Übertragungsabschnitts 4b eine runde Form ist, ist der Querschnitt des Lochabschnitts 18b ebenso mit der runden Form ausgebildet, wie in 2C oder 2D gezeigt ist.
Das Strömungsdurchgangsloch 18c ist in der radialen Mitte des Plattenelements 18 ausgebildet. Da das Strömungsdurchgangsloch 18c in dem Plattenelement 18 ausgebildet ist, wird der Kraftstoffdurchgang 15, der innerhalb der Nadel 7 ausgebildet ist, durch das Plattenelement 18 nicht blockiert und wird der Hochdruckkraftstoff zu dem Kraftstoffdurchgang 15 durch das Strömungsdurchgangsloch 18c auch dann zugeführt, wenn die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts 7b in Kontakt mit der Anschlagfläche 18a steht.
Die Federsitzfläche 18d ist in der Gestalt eines Rings zwischen der Anschlagfläche 18a und dem Strömungsdurchgangsloch 18c ausgebildet. Die Federsitzfläche 18d ist tiefer als die Anschlagfläche 18a ausgebildet, wie in 1 gezeigt ist. Die Federsitzfläche 18b ist nämlich in der Gestalt ausgebildet, die weiter als die Anschlagfläche 18a eingedrückt bzw. vertieft ist.
Ein Ende der Feder 19 ist im Eingriff mit der Federsitzfläche 18d des Plattenelements 18 und das andere Ende der Feder 19 ist im Eingriff mit einer Stufe, die für den inneren Umfang des Nadelkopfabschnitts 7b vorgesehen ist. Die Feder 19 spannt die Nadel 7 in die Ventilschließrichtung (nach unten weisende Richtung in der Zeichnung) mit Bezug auf das Plattenelement 18 vor.
Ein radialer Umfangsrandabschnitt des Plattenelements 18 ist zwischen dem zylindrischen Wandabschnitt 6a des Ventilkörpers 6 und einer Stufe gehalten, die an dem inneren Umfang des Ventilgehäuses 2 ausgebildet ist, und ist durch eine Befestigungskraft der Haltemutter 10 fixiert.
Das Plattenelement 18 ist so ausgebildet, dass eine Fläche von diesem, die die axiale Endfläche des zylindrischen Wandabschnitts 6a des Ventilkörpers 6 berührt, insbesondere eine Fläche des radialen Umfangsrandabschnitts an einer Seite mit Bezug auf eine Dickenrichtung von diesem (als Kontaktfläche 18e bezeichnet) und die Anschlagfläche 18a dieselbe Höhe (dieselbe Fläche) ohne Stufe haben. Darüber hinaus ist die Dicke des Plattenelements 18 von der Anschlagfläche 18a zu der Kontaktfläche 18e konstant.
Als nächstes wird eine Betriebsweise des Injektors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erklärt. Wenn eine Spannung auf das piezoelektrische Stellglied 3 nicht angelegt wird, wenn insbesondere keine Verschiebung bei dem piezoelektrischen Stellglied 3 verursacht wird, ist die Ventilschließkraft, die auf die Nadel 7 aufgebracht wird, größer als die Ventilöffnungskraft, die auf diese aufgebracht wird. Als Folge wird, wie in Teil (a) von 3 gezeigt ist, der Sitzabschnitt 7e der Nadel 7 an die Sitzfläche 14 des Düsenabschnitts 6e gesetzt, um einen geschlossenen Zustand herzustellen.
Wenn die Spannung an das piezoelektrische Stellglied 3 angelegt wird, tritt eine Verschiebung X bei dem piezoelektrischen Stellglied 3 auf und wird der Druckbeaufschlagungskolben 4 nach unten (in der Zeichnung) aufgrund der Verschiebung X geschoben.
Wenn die bewegbare Hülse 5 sich in der Zeichnung nach unten als Reaktion auf die Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens 4 bewegt, verringert sich das Volumen der Drucksteuerkammer 11 und erhöht sich der Innendruck. Wenn somit der Hydraulikdruck (der Steuerdruck), der an der Druckaufnahmefläche 7f der Nadel 7 wirkt, die Ventilschließkraft der Feder 19 übersteigt, hebt sich die Nadel 7 an, um eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffsumpf 16 und dem Einspritzloch 12 herzustellen. Demgemäß wird der Hochdruckkraftstoff, der durch den Kraftstoffsumpf 16 zugeführt wird, aus dem Einspritzloch 12 zur Brennkammer der Dieselkraftmaschine eingespritzt. Dabei wird die Ventilöffnungshubposition der Nadel 7 begrenzt, wenn die axiale Endwand des Nadelkopfabschnitts 7b die Anschlagfläche 18a des Plattenelements 18 berührt, wie in Teil (b) von 3 gezeigt ist. In 3 stellt L den Hubbetrag der Nadel 7 dar.
Wenn die Energiebeaufschlagung für das piezoelektrische Stellglied dann angehalten wird und die Verschiebung aufgehoben wird (insbesondere eine Kontraktion auftritt), wird der Druckbeaufschlagungskolben 4 gemeinsam mit der bewegbaren Hülse 5 durch die Reaktionskraft des elastischen Körpers 9 zurückgeschoben. Somit vergrößert sich das Volumen der Drucksteuerkammer 11 und wird der Innendruck verringert. Wenn somit der Hydraulikdruck, der an der Druckaufnahmefläche 7f der Nadel 7 wirkt, kleiner als die Ventilschließkraft der Feder 19 wird, wird die Nadel 7 durch die Reaktionskraft der Feder 19 niedergedrückt, so dass der Sitzabschnitt 7e der Nadel 7 auf die Sitzfläche 14 des Düsenabschnitts 6b gesetzt wird und die Verbindung zwischen dem Kraftstoffsumpf 16 und dem Einspritzloch 12 unterbrochen wird. Somit endet die Einspritzung.
Bei dem Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Ventilöffnungshubposition der Nadel 7 begrenzt, wenn die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts 7b die Anschlagfläche 18a des Plattenelements 18 während des Ventilöffnungshubs der Nadel 7 zum Öffnen des Einspritzlochs 12 berührt. Als Ergebnis kann, auch wenn eine Veränderung bei der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds 3 auftritt, eine stabile Einspritzmenge ungeachtet der Variation der Verschiebung erhalten werden.
Darüber hinaus hat das Plattenelement 18 nicht nur die Anschlagfläche 18a, sondern es hat ebenso auf eine effektiv angeordnete Weise die Lochabschnitte 18b, durch die die Übertragungsabschnitte 4b des Druckbeaufschlagungskolbens 4 locker eingesteckt werden, die Federsitzfläche 18d, die den Endabschnitt der Feder 19 aufnimmt, und das Strömungsdurchgangsloch 18c, durch das Hochdruckkraftstoff treten kann. Somit kann der Flächeninhalt des einzigen Plattenelements 18 mit mehreren Funktionen verwendet werden. Somit kann eine Vergrößerung der Abmessung des Injektors 1 unterbunden werden, die auftreten kann, wenn ein Hubbegrenzungselement zusätzlich eingesetzt wird.
Ferner ist die Federsitzfläche 18d, die in dem Plattenelement 18 ausgebildet ist, tiefer als die Anschlagfläche 18a ausgebildet, und ist die Stufe zwischen der Anschlagfläche 18a und der Federsitzfläche 18dausgebildet. Demgemäß kann der Endabschnitt der Feder 19, die im Eingriff mit der Federsitzfläche 18d ist, stabil gehalten werden.
Darüber hinaus ist das Plattenelement 18 so ausgebildet, dass die Kontaktfläche 18e, die die axiale Endfläche des zylindrischen Wandabschnitts 6a des Ventilkörpers 6 berührt, und die Anschlagfläche 18a dieselbe Höhe (selbe Fläche) ohne Stufe haben. Daher können die Kontaktfläche 18e und die Anschlagfläche 18a mit einer hohen Genauigkeit endbearbeitet werden, wenn die Kontaktfläche 18e und die Anschlagfläche 18a poliert werden.
Als nächstes wird ein Injektor 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine Schnittansicht, die den Injektor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Der Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Beispiel, bei dem ein Dichtungselement 20, wie z. B. O-Ring in einem Passabschnitt zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Ventilkörper 6 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt ist.
Bei dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels ist der Umfangsrandabschnitt des Plattenelements 18 zwischen der Stufe des Ventilgehäuses 2 und der axialen Endfläche des zylindrischen Wandabschnitts 6a des Ventilkörpers 6 gehalten. Somit wird die Kraftstoffdichtung durch Erzielen eines engen Kontakts zwischen den beiden Metallflächen erzielt. Daher muss die Dichtleistung durch die Dichtkraft (axiale Kraft) der Haltemutter 10 aufrecht erhalten werden.
Im Gegensatz dazu wird bei dem Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Kraftstoffdichtung durch das Dichtelement 20 erzielt. Demgemäß kann im Vergleich mit dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels die Dichtkraft der Haltemutter 10 verringert werden. Als Folge kann eine Verzerrung der entsprechenden Teile aufgrund des Festziehens der Haltemutter 10 gemindert werden und kann die Variation der Einspritzcharakteristik unterbunden werden. Darüber hinaus kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anstelle des Fixierverfahrens, das die Haltemutter 10 verwendet, ein Fixierverfahren verwendet werden, das beispielsweise Schweißen einsetzt.
Bei dem Injektor 1 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel ist die innere Hülse 8 um den mittleren Schaftabschnitt 7a angeordnet. Alternativ kann die innere Hülse 8 fortgelassen werden.
Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als praktischste und bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken ist, sondern dass es dagegen beabsichtigt ist, verschiedenartige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Grundgedankens und des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
Der Injektor 1 hat somit das Hubbegrenzungselement 18, das aus einem einzigen Plattenelement 18 bereitgestellt wird. Das Plattenelement 18 hat eine Anschlagfläche 18a, mehrere Lochabschnitte 18b, ein Strömungsdurchgangsloch 18c und eine Federsitzfläche 18d. Eine axiale Endfläche eines Nadelkopfabschnitts 7e einer Nadel 7 berührt die Anschlagfläche 18a, wenn die Nadel 7 sich um einen vorbestimmten Betrag anhebt. Übertragungsabschnitte 4b eines Druckbeaufschlagungskolbens 4 sind locker in die Lochabschnitte 18b eingesteckt. Hochdruckkraftstoff kann durch das Strömungsdurchgangsloch 18c hindurch treten. Die Federsitzfläche 18d nimmt einen Endabschnitt einer Feder 19 auf, die die Nadel 7 in einer Ventilschließrichtung vorspannt. Das Hubbegrenzungselement 18 begrenzt eine Ventilöffnungshubposition der Nadel 7, so dass eine stabile Einspritzmenge erhalten wird. Somit kann ein Flächeninhalt des einzigen Plattenelements 18 mit mehreren Funktionen verwendet werden.

Claims

Injektor (1), gekennzeichnet durch: ein piezoelektrisches Stellglied (3), das eine Verschiebung verursacht, wenn eine elektrische Spannung an dieses angelegt wird; einen Druckbeaufschlagungskolben (4), der in einer axialen Richtung gemäß der Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds (3) bewegbar ist; eine zylindrische bewegbare Hülse (5), die in der axialen Richtung mit der Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens (4) bewegbar ist; einen Ventilkörper (6), der ein Einspritzloch (12) an seinem axialen Spitzenendabschnitt zum Einspritzen eines Hochdruckfluids hat; eine Nadel (7), die verschiebbar in dem Ventilkörper (6) gehalten wird und das Einspritzloch (12) öffnet und schließt; eine Drucksteuerkammer (11), die einen Steuerdruck bezüglich der Öffnungs-/Schließfunktion der Nadel (7) speichert und so vorgesehen ist, dass der Steuerdruck in der Drucksteuerkammer (11) durch die Bewegung der bewegbaren Hülse (5) erhöht oder verringert wird; und ein Hubbegrenzungselement (18), das eine Ventilöffnungshubposition der Nadel (7) begrenzt, wobei der Steuerdruck der Drucksteuerkammer (11) zum Steuern der Öffnungs-/Schließfunktion der Nadel (7) erhöht oder verringert wird, wobei der Druckbeaufschlagungskolben (4) einen Kopfabschnitt (4a), der die Verschiebung des piezoelektrischen Stellglieds (3) aufnimmt, und einen Übertragungsabschnitt (4b) zum Übertragen der Bewegung des Kopfabschnitts (4a) auf die bewegbare Hülse (5) hat, wobei die Nadel (7) einen Nadelkopfabschnitt (7b) hat, der verschiebbar an einen inneren Umfang der bewegbaren Hülse (5) gepasst ist, wobei das Hubbegrenzungselement (18) aus einem einzigen Plattenelement (18) vorgesehen ist, das zwischen einer axialen Endfläche des Nadelkopfabschnitts (7b) und dem Kopfabschnitt (4a) des Druckbeaufschlagungskolbens (4) angeordnet ist, und wobei das Plattenelement (18) mit einem Lochabschnitt (18b), in den der Übertragungsabschnitt (4b) des Druckbeaufschlagungskolbens (4) locker eingesteckt ist, und mit einer Anschlagfläche (18a) ausgebildet ist, mit der die axiale Endfläche des Nadelkopfabschnitts (7b) in Berührung gelangt, wenn die Nadel (7) sich um einen vorbestimmten Betrag anhebt.
Injektor (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Nadelkopfabschnitt (7b) der Nadel (7) in der Gestalt eines Zylinders ausgebildet ist, dessen Inneres einen Fluiddurchgang (15) definiert, durch den das Hochdruckfluid strömt, wobei der Kopfabschnitt (4a) des Druckbeaufschlagungskolbens (4) mit einer Vielzahl der Übertragungsabschnitte (4b) mit gleichmäßigen Intervallen entlang einer Umfangsrichtung ausgebildet ist, wobei das Plattenelement (18) mit einem Strömungsdurchgangsloch (18c) an seiner radialen Mitte ausgebildet ist, so dass das Hochdruckfluid durch das Strömungsdurchgangsloch (18c) hindurch treten kann und das Strömungsdurchgangsloch (18c) mit dem Fluiddurchgang (15) in Verbindung steht, wobei die Anschlagfläche (18a) mit einer Ringgestalt um das Strömungsdurchgangsloch (18c) ausgebildet ist, und wobei eine Vielzahl der Lochabschnitte (18b) um die Anschlagfläche (18a) mit gleichmäßigen Intervallen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet sind.
Injektor (1) gemäß Anspruch 2, ferner mit: einer Feder (19), die die Nadel (7) in einer Ventilschließrichtung mit Bezug auf das Plattenelement (18) vorspannt, wobei eine Fläche der Anschlagfläche (18a) als gestufte Gestalt vertieft ist, so dass eine Bodenfläche der gestuften Fläche eine Federsitzfläche (18d) zum Aufnehmen eines Endabschnitts der Feder (19) definiert.
Injektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ventilkörper (6) einen zylindrischen Wandabschnitt (6a) zum Halten eines äußeren Umfangs der bewegbaren Hülse (5) hat, wobei eine bestimmte Fläche (18e) eines radialen Umfangsabschnitts des Plattenelements (18) an einer Seite mit Bezug auf seine Dickenrichtung so angeordnet ist, dass sie eine axiale Endfläche des zylindrischen Wandabschnitts (6a) berührt, und wobei die bestimmte Fläche (18e) und die Anschlagfläche (18a) in der selben Ebene ohne Stufe ausgebildet sind.
Injektor (1) gemäß Anspruch 4, wobei das Plattenelement (18) so ausgebildet ist, dass dessen Dicke von der Anschlagfläche (18a) bis zu der bestimmten Fläche (18e) gleich ist.