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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Injektor, der einen Öffnungs-/Schließbetrieb
einer Nadel durch Erhöhen/Senken eines Steuerdrucks einer
Drucksteuerkammer durch Bewegung eines mittels eines piezo-elektrischen
Stellglieds angetriebenen Druckbeaufschlagungskolbens steuert.
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Herkömmlicherweise
wird ein Injektor verwendet, der ein elektromagnetisches Ventil
als ein Stellglied verwendet. Um eine große Durchflussrate und
ein gutes Ansprechverhalten zu realisieren, wird ein Injektor vorgeschlagen,
der ein piezo-elektrisches Stellglied mit einer großen
Erzeugungskraft und einem guten Ansprechverhalten verwendet. Beispielsweise
hat ein in der Patentdruckschrift 1 (
internationale Veröffentlichung
Nr. 2005/075811 ) beschriebener Injektor ein piezo-elektrisches
Stellglied
100, das eine Verschiebung durchführt,
wenn eine Spannung daran anliegt, einen durch das piezo-elektrische Stellglied
100 angetriebenen
Druckbeaufschlagungskolben
110, eine Außenhülse
120 zum
verschiebbaren Halten eines Außenumfangs des Druckbeaufschlagungskolbens
110,
eine Drucksteuerkammer
130, deren Innendruck (Öldruck)
gemäß der Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens
110 zunimmt/abnimmt,
eine im Inneren eines Ventilkörpers
140 gehaltene
Nadel
160, die eine Funktion des Öffnens/Schließens
eines Einspritzlochs
150 hat, und dergleichen, wie dies
in
6 gezeigt ist.
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Die
Drucksteuerkammer 130 ist durch den Druckbeaufschlagungskolben 110,
die Außenhülse 120, die Nadel 160 und
den Ventilkörper 140 fluiddicht definiert. Wenn
an dem piezo-elektrische Stellglied 100 eine Spannung angelegt
wird und der Druckbeaufschlagungskolben 110 in der Zeichnung abwärts
gedrückt wird, dann nimmt das Volumen in der Drucksteuerkammer 130 ab
und der Innendruck steigt.
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Der
Innendruck der Drucksteuerkammer 130 wirkt an einer Druckaufnahmefläche 161,
die in der Nadel 160 ausgebildet ist, sodass er als eine
Ventilöffnungskraft zum Drängen der Nadel 160 in
einer Ventilöffnungsrichtung (in der Zeichnung nach oben) dient.
Falls die Ventilöffnungskraft eine Ventilschließkraft
(die Reaktionskraft einer Feder 170 und dergleichen) überschreitet,
die die Nadel 160 in einer Ventilschließrichtung
drängt, dann hebt sich die Nadel 160 und öffnet
das Einspritzloch 150. Somit wird der dem Inneren des Ventilkörpers 140 zugeführte
Hochdruckkraftstoff von dem Einspritzloch 150 in eine Verbrennungskammer 180 der
Kraftmaschine eingespritzt.
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Es
besteht eine Möglichkeit, dass eine Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 100 bezüglich
der Achsrichtung des Injektors schief gestellt ist, wenn die Befestigungsgenauigkeit
des piezo-elektrischen Stellglieds 100 schlecht ist, oder
weil eine Variation unter den Erzeugnissen vorhanden ist. Da in diesem
Fall der vorstehend erwähnte Injektor derart aufgebaut
ist, dass das piezo-elektrische Stellglied 100 und der
Druckbeaufschlagungskolben 110 miteinander an einer Ebene
in Kontakt sind, wird die Antriebskraft des piezo-elektrischen Stellglieds 100 in
der Schiefstellungsrichtung auf den Druckbeaufschlagungskolben 110 übertragen,
falls die Schiefstellung in der Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 100 auftritt. Dementsprechend
ist die Bewegungsrichtung des Druckbeaufschlagungskolbens 110 bezüglich
der Achsrichtung schief gestellt, was zu einer Verwindung von Gleitabschnitten
des Druckbeaufschlagungskolbens 110 und der Nadel 160 führt.
Im Ergebnis besteht eine Möglichkeit, dass eine Fehlfunktion
der Nadel 160 eintritt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor bereitzustellen,
der in der Lage ist, eine Fehlfunktion einer Nadel selbst dann zu
verhindern, wenn in der Expansions-Kontraktions-Richtung eines piezo-elektrischen
Stellglieds eine Schiefstellung auftritt.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Injektor ein piezo-elektrisches Stellglied,
das eine Verschiebung in seiner Achsrichtung verursacht, wenn eine
Spannung daran anliegt, einen Druckbeaufschlagungskolben, der durch
das piezo-elektrische Stellglied angetrieben ist, sodass er sich
in der Achsrichtung bewegt, einen Führungswandabschnitt,
der einen Außenumfang des Druckbeaufschlagungskolbens verschiebbar
hält, einen Ventilkörper, der ein Einspritzloch
an seinem axialen Vorderendabschnitt zum Einspritzen von Hochdruckkraftstoff
hat, eine Nadel, die durch den Ventilkörper gehalten ist
und die betrieben wird, um das Einspritzloch zu öffnen/zu schließen,
und eine Drucksteuerkammer zum Speichern eines den Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel betreffenden Steuerdrucks. Der Injektor steuert den Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel durch Erhöhen/Senken des Steuerdrucks der Steuerdruckkammer
durch die Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens. Die Nadel hat
einen mittleren Schaftabschnitt, der durch den Ventilkörper
gehalten ist, einen Nadelkopfabschnitt, der an einer dem Einspritzloch
entgegengesetzten Seite des mittleren Schaftabschnitts vorgesehen
ist und der einen Außendurchmesser hat, der größer
als jener des mittleren Schaftabschnitts ist, und eine Druckaufnahmefläche
zwischen dem mittleren Schaftabschnitt und dem Nadelkopfabschnitt
zum Aufnehmen des Steuerdrucks der Steuerdruckkammer in einer Ventilöffnungsrichtung.
Der Druckbeaufschlagungskolben hat einen Kopfabschnitt, der mit einer
axialen Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds in
Kontakt ist, um die Verschiebung des piezo-elektrischen Stellglieds
aufzunehmen, sowie einen zylindrischen Kolbenwandabschnitt, der
sich in Antwort auf die Bewegung des Kopfabschnitts in der Achsrichtung
bewegt. Der Kolbenwandabschnitt und der Kopfabschnitt sind derart
kombiniert, dass die relative Bewegung in einer radialen Richtung
dazwischen möglich ist. Ein Außenumfang des Nadelkopfabschnitts
ist derart an einem Innenumfang des Kolbenwandabschnitts gehalten,
dass sich der Nadelkopfabschnitt in einer verschieblichen Art und Weise
in der axialen Richtung bewegen kann. Ein Außenumfang des
Kolbenwandabschnitts ist durch den Führungswandabschnitt
derart gehalten, dass sich der Kolbenwandabschnitt in einer verschieblichen,
bzw. gleitenden, Art und Weise in der Achsrichtung bewegen kann.
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Falls
eine Expansions-Kontraktions-Richtung (eine Richtung, in der die
Verschiebung auftritt) des piezo-elektrischen Stellglieds bezüglich
der Achsrichtung schief gestellt ist, dann wird die Antriebskraft
des piezo-elektrischen Stellglieds in der Schiefstellungsrichtung
auf den Kopfabschnitt des Druckbeaufschlagungskolbens aufgebracht.
In diesem Fall wirken an dem Kopfabschnitt eine axiale Kraftkomponente
und eine radiale Kraftkomponente. Falls die radiale Kraftkomponente
größer als eine an Kontaktflächen des
Kopfabschnitts und des Kolbenwandabschnitts erzeugte Haftreibungskraft
wird, dann bewegt sich der Kopfabschnitt gegen die Haftreibungskraft
in der radialen Richtung. Das heißt, zwischen dem Kopfabschnitt
und dem Kolbenwandabschnitt tritt eine Abweichung bzw. ein Abmaß in
der radialen Richtung auf. Somit kann die Schiefstellung des Kolbenwandabschnitts
bezüglich der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen
Stellglieds verhindert werden. Dementsprechend kann ein Verklemmen
des Kolbenwandabschnitts an dem Führungswandabschnitt verhindert
werden. Im Ergebnis kann ein Abstand zwischen den Gleitabschnitten
des Kolbenwandabschnitts und der Nadel sichergestellt werden, sodass
der Öffnungs-/Schließbetrieb der Nadel sicher
durchgeführt werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung sind der Kolbenwandabschnitt
und der Kopfabschnitt derart vorgesehen, dass der Kolbenwandabschnitt
und der Kopfabschnitt die relative Verschiebung in der radialen
Richtung in einer Größenordnung hervorrufen können,
die mehr als zehn Mal so groß wie ein Gleitabstand zwischen
dem Führungswandabschnitt und dem Kolbenwandabschnitt ist.
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Wenn
der Druckbeaufschlagungskolben mit einer großen Last durch
das piezo-elektrische Stellglied gedrückt wird, dann besteht
eine Möglichkeit, dass zwischen dem Kopfabschnitt und dem
Kolbenwandabschnitt eine relative Positionsabweichung in der Radialrichtung
hervorgerufen wird, beispielsweise durch eine Variation in der Abmessung
der Kontaktflächen des Kopfabschnitts und des Kolbenwandabschnitts.
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Im
Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Erfindung
das Ausmaß der möglichen relativen Bewegung des
Kolbenwandabschnitts und des Kopfabschnitts in der radialen Richtung
größer als zehn Mal so groß wie der Gleitabstand
zwischen dem Führungswandabschnitt und dem Kolbenwandabschnitt festgelegt.
Das heißt, das Ausmaß ist größer
als die relative Abweichung festgelegt, die die Erzeugnisvariation
berücksichtigt. Dementsprechend drückt die Außenumfangsfläche
des Kopfabschnitts nicht die Innenumfangsfläche des Führungswandabschnitts
in der radialen Richtung. Somit wird das Einklemmen des Kolbenwandabschnitts
einschließlich des Kopfabschnitts an der Innenumfangsfläche
des Führungswandabschnitts verhindert, sodass die axiale Bewegung
stabilisiert ist.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Injektor ein Ventilgehäuse,
das den Umfang des Kopfabschnitts umgibt. Das Ventilgehäuse
beschränkt die radiale Bewegung des Kopfabschnitts. Dementsprechend
wird eine Bewegung des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert, die
größer als nötig ist. Im Ergebnis kann
ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts verursachtes Problem,
etwa eine Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer oder ein
fehlerhafter Betrieb der Nadel verhindert werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Kolbenwandabschnitt
eine vertiefte Nut mit einer vertieften Innenumfangsfläche
in deren axialen Endfläche an der Seite des Kopfabschnitts und
einer Außenumfangswand, die an einem Außenumfang
der vertieften Nut steht. Der Kopfabschnitt ist lose in die vertiefte
Nut gepasst, sodass die Außenumfangswand die radiale Bewegung
des Kopfabschnitts beschränkt. Dementsprechend wird eine
Bewegung des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert,
die größer als nötig ist. Im Ergebnis
kann ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts hervorgerufenes
Problem, etwa die Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer
oder der fehlerhafte Betrieb der Nadel verhindert werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung beschränkt der Führungswandabschnitt die
radiale Bewegung des Kopfabschnitts. Dementsprechend kann eine Bewegung
des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert werden, die
größer als nötig ist. Im Ergebnis kann
ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts hervorgerufenes Problem,
etwa die Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer oder der
fehlerhafte Betrieb der Nadel, verhindert werden.
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Gemäß noch
einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Kopfabschnitt
eine konvex gekrümmte Kontaktfläche, an der der
Kopfabschnitt mit einer axialen Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds in Kontakt ist. Mit diesem Aufbau ist der Kopfabschnitt
an einem Punkt mit der axialen Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds in Kontakt. Daher kann selbst dann, wenn eine Schiefstellung
in der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen Stellglieds
auftritt, das Stellglied den Kopfabschnitt in der axialen Richtung
antreiben. Dementsprechend kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts
an dem Führungswandabschnitt verhindert werden. Im Ergebnis
kann der Abstand zwischen den Gleitabschnitten des Kolbenwandabschnitts
und der Nadel sichergestellt werden, sodass der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel sicher durchgeführt werden kann.
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Merkmale
und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ebenso wie
Betriebsverfahren und Funktionen der zugehörigen Teile
aus einem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung,
der beiliegenden Ansprüche und den Zeichnungen ersichtlich,
die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen
ist
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1 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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3 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem fünften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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6 eine
Schnittansicht, die einen Injektor aus dem Stand der Technik zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Injektor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Der Injektor 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist beispielsweise eine Vorrichtung,
die an jeweiligen Zylindern einer Dieselkraftmaschine angebracht
ist und die einen von einer Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführten
Hochdruckkraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer in dem Zylinder
einspritzt. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Injektor 1 ein
Ventilgehäuse 2, ein piezo-elektrisches Stellglied 3,
einen Druckbeaufschlagungskolben 4, eine Außenhülse 5,
einen Ventilkörper 6, eine Nadel 7, eine
Innenhülse 8 und dergleichen.
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Das
Ventilgehäuse 2 ist mit einem Kraftstoffeinlass 2a ausgebildet,
der über ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffrohr an der Common-Rail
angeschlossen ist. Ein Innenraum des Injektors 1 ist mit
Hochdruckkraftstoff gefüllt, der von dem Kraftstoffeinlass 2a einströmt.
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Das
piezo-elektrische Stellglied 3 ist ein herkömmliches
Stellglied beispielsweise mit einem Kondensatoraufbau von alternierend
laminierten piezo-elektrischen Keramiklagen, etwa PZT (Blei-Zirkonat-Titanat),
und Elektrodenlagen. Falls eine Spannung anliegt, verlängert
sich das piezo-elektrische Stellglied 3 in der Laminierungsrichtung.
Das piezo-elektrische Stellglied 3 ist im Inneren des Ventilgehäuses 2 angeordnet.
Ein Ende (an der oberen Seite von 1) des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 bezüglich der Laminierungsrichtung
ist an dem Ventilgehäuse 2 befestigt.
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Der
Druckbeaufschlagungskolben 4 besteht aus einem Kopfabschnitt 4a und
einem Kolbenwandabschnitt 4b. Der Kopfabschnitt 4a ist
mit einer axialen Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in
Verbindung, um die Verschiebung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 aufzunehmen.
Der Kolbenwandabschnitt 4b ist in einer zylindrischen Form ausgebildet,
und kann sich in Antwort auf die Bewegung des Kopfabschnitts 4a in
der axialen Richtung (der vertikalen Richtung von 1)
bewegen. Der Kopfabschnitt 4a und der Kolbenwandabschnitt 4b sind
derart miteinander kombiniert, dass eine relative Verschiebung dazwischen
in der radialen Richtung möglich ist.
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Der
Kopfabschnitt 4a hat einen Außendurchmesser, der
geringfügig kleiner als der des Kolbenwandabschnitts 4b ist.
Die Außenhülse 5, die den Umfang des
Kopfabschnitts 4a umgibt, beschränkt eine radiale
Bewegung des Kopfabschnitts 4a. Ein vorbestimmter Abstand
L1 (siehe 1) ist zwischen einer Außenumfangsfläche
des Kopfabschnitts 4a und einer Innenumfangsfläche
der Außenhülse 5 sichergestellt. Der
Kopfabschnitt 4a kann sich um den Abstand L in der radialen
Richtung bewegen. Der Kopfabschnitt 4a ist mit einem Verbindungsloch 4c ausgebildet,
durch das der Hochdruckkraftstoff passieren kann.
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Der
Kolbenwandabschnitt 4b ist derart vorgesehen, dass seine
axiale Endfläche mit einer dem Stellglied 3 entgegengesetzten
Endfläche des Kopfabschnitts 4a in Kontakt ist
und durch eine Reaktionskraft eines elastischen Körpers 10,
der zwischen der Kolbenwandfläche 4b und einem
Abstandshalter 9 angeordnet ist, gegen den Kopfabschnitt 4a gedrückt
wird. Somit empfängt der Kopfabschnitt 4a die Reaktionskraft
des elastischen Körpers 10 durch den Kolbenwandabschnitt 4b und
wird gegen die axiale Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 gedrückt.
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Der
Abstandshalter 9 hat eine Funktion zum Beschränken
einer Ventilöffnungshubstellung der Nadel 7 und
ist so angeordnet, dass er mit einer axialen Endfläche
(der der Einspritzlochseite entgegengesetzten Endfläche)
des Ventilkörpers 6 in Kontakt ist. Ein kreisförmiges
Loch, durch das die Nadel 7 frei eingesetzt ist, ist in
der radialen Mitte des Abstandshalters 9 ausgebildet.
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Die
Außenhülse 5 bildet ein zylindrisches Führungsloch
und hält den Außenumfang des Kolbenwandabschnitts 4b an
einem Innenumfang des Führungslochs verschieblich. Das
heißt, der Druckbeaufschlagungskolben 4 ist in
der Lage, sich in der axialen Richtung zu bewegen, während
der Außenumfang des Kolbenwandabschnitts 4b durch
das Führungsloch geführt wird. Die Außenhülse 5 hat
einen Flanschabschnitt 5a, der radial nach außen
vorragt. Der Flanschabschnitt 5a ist zwischen einer Öffnungsendfläche
des Ventilgehäuses 2 und dem Abstandshalter 9 gehalten.
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Der
Abstand L1 (der zwischen der Außenumfangsfläche
des Kopfabschnitts 4a und der Innenumfangsfläche
der Außenhülse 5 festgelegte Spalt) ist bei
einer Größe (beispielsweise bei 30 bis 100 Mikrometern)
festgelegt, die zehn Mal so groß wie die Größe
eines Gleitspalts (beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen
der Außenhülse 5 und dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt
ist.
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Der
Ventilkörper 6 ist durch eine Haltemutter 11 zusammen
mit der Außenhülse 5 und dem Abstandshalter 9 an
dem Ventilgehäuse 2 befestigt. Ein Einspritzloch 12 zum
Einspritzen des Kraftstoffs und ein Zylinderloch 13 zum
Halten der Nadel 7 sind in dem Ventilkörper 6 ausgebildet.
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Das
Einspritzloch 12 ist an einem vorderen Endabschnitt (dem
unteren Endabschnitt in der Zeichnung) des in die Verbrennungskammer
der Dieselkraftmaschine vorragenden Ventilkörpers 6 ausgebildet.
Das Zylinderloch 13 ist von einer axialen Endfläche
des Ventilkörpers 6 in Richtung des vorderen Endabschnitts
gebohrt. Eine Sitzfläche 14 mit einer konischen
Form ist an einem vorderen Endabschnitt des Zylinderlochs 13 ausgebildet.
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Die
Nadel 7 hat einen mittleren Schaftabschnitt 7a,
der an dem Zylinderloch 13 verschieblich gehalten ist,
einen Nadelkopfabschnitt 7b, der an einer Seite (entgegengesetzt
der Einspritzlochseite) des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen
ist, und einen Schaftabschnitt 7c mit kleinem Durchmesser,
der an der anderen Seite des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen
ist. Der Teil von dem Nadelkopfabschnitt 7b bis zu dem
mittleren Schaftabschnitt 7a ist als Hohlraum ausgebildet
und das Innere des Hohlraums wird als ein Kraftstoffdurchlass 15 verwendet.
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Der
Nadelkopfabschnitt 7b hat einen größeren
Außendurchmesser als der mittlere Schaftabschnitt 7a und
ist an einem Innenumfang des Kolbenwandabschnitts 4b verschieblich
gehalten. Zwischen dem Nadelkopfabschnitt 7b und dem mittleren Schaftabschnitt 7a ist
eine Druckaufnahmefläche 7d ausgebildet, um einen
Steuerdruck einer Drucksteuerkammer 16 (die später
erwähnt ist) in der Ventilöffnungsrichtung (nach
oben in der Zeichnung) aufzunehmen.
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Der
Schaftabschnitt 7c mit kleinem Durchmesser hat einen Außendurchmesser,
der kleiner als der des mittleren Schaftabschnitts 7a ist.
Zwischen einem Außenumfang des Schaftabschnitts 7c mit kleinem
Durchmesser und dem Innenumfang des Zylinderlochs 13 ist
ein Kraftstoffsumpf 17 ausgebildet. Ein den vorstehend
erwähnten Kraftstoffdurchlass 15 mit dem Kraftstoffsumpf 17 verbindendes
Verbindungsloch 7e ist in dem Stufenabschnitt zwischen dem
mittleren Schaftabschnitt 7a und dem Schaftabschnitt 7c mit
kleinem Durchmesser ausgebildet. In dem vorderen Endabschnitt des
Schaftabschnitts 7c mit kleinem Durchmesser ist ein Sitzabschnitt 7f vorgesehen
und diese sitzt an der Sitzfäche 14 des Ventilkörpers 6 auf,
wenn die Nadel 7 das Ventil schließt.
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An
dem Innenumfang des Nadelkopfabschnitts 7b der Nadel 7 ist
eine Stufe ausgebildet. Die Nadel 7 ist durch eine Reaktionskraft
einer Feder 18, die sich zwischen der Stufe und dem Kopfabschnitt 4a des
Druckbeaufschlagungskolbens 4 befindet, in der Ventilschließrichtung
(nach unten in der Zeichnung) vorgespannt.
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An
der Nadel 7 ist ein von dem mittleren Schaftabschnitt 7a radial
auswärts vorragender Flanschabschnitt 7g vorgesehen.
Wenn die Nadel 7 sich in der Ventilöffnungsrichtung
hebt, dann kommt der Flanschabschnitt 7g mit dem Abstandselement 9 in Kontakt
und somit ist die Ventilöffnungshubstellung der Nadel 7 beschränkt.
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Die
Drucksteuerkammer 16 ist ein hermetischer Raum zum Speichern
des Steuerdrucks zum Steuern des Öffnungs-/Schließbetriebs
der Nadel 7 und ist durch das Abstandselement 9,
die Außenhülse 5, den Kolbenwandabschnitt 4b,
die Nadel 7 und die Innenhülse 8 definiert.
Das Innere der Drucksteuerkammer 16 ist mit dem Hochdruckkraftstoff
gefüllt und deren Innendruck nimmt entsprechend einer axialen
Bewegung des Kolbenwandabschnitts 4b zu/ab. Der Innendruck
wirkt an der Druckaufnahmefläche 7d der Nadel 7 und
dient als eine Ventilöffnungskraft zum Vorspannen der Nadel
in der Ventilöffnungsrichtung (nach oben in der Zeichnung).
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Die
Innenhülse 8 ist verschieblich an den Außenumfang
des mittleren Schaftabschnitts 7a der Nadel 7 gepasst,
der weiter als das Abstandselement 9 in einer der Einspritzlochseite
entgegengesetzten Richtung (nach oben in der Zeichnung) vorragt.
Die Innenhülse 8 ist durch eine sich zwischen
der Innenhülse 8 und dem Kolbenwandabschnitt 4b befindliche
Feder 19 vorgespannt. Somit wird ein Kantenabschnitt an
einem in Achsrichtung vorderem Ende der Innenhülse 8 gegen
die Fläche des Abstandselement 9 gedrückt.
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Als
Nächstes wird ein Betrieb des Injektors 1 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert. Wenn
an dem piezo-elektrischen Stellglied 3 keine Spannung anliegt,
das heißt, wenn in dem piezo-elektrischen Stellglied 3 keine
Verschiebung verursacht wird, dann überschreitet die Ventilschließkraft
den Steuerdruck (die Ventilöffnungskraft), der an der Druckaufnahmefläche 7d der
Nadel 7 anliegt. Dementsprechend wird der Sitzabschnitt 7f der
Nadel 7 auf die Sitzfläche 14 des Ventilkörpers 6 aufgesetzt,
um den Ventilschließzustand bereitzustellen (siehe 1).
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Falls
an dem piezo-elektrischen Stellglied 3 eine Spannung anliegt,
dann findet in dem piezo-elektrischen Stellglied 3 eine
Verschiebung statt und der Druckbeaufschlagungskolben 4 wird
infolge der Verschiebung nach unten (in der Zeichnung) gedrückt.
Dementsprechend nimmt das Volumen der Drucksteuerkammer 16 ab
und der Steuerdruck steigt.
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Somit
hebt sich die Nadel 7 an, falls die an der Druckaufnahmefläche 7d der
Nadel 7 wirkende Ventilöffnungskraft die Ventilschließkraft überschreitet,
sodass zwischen dem Kraftstoffsumpf 17 und dem Einspritzloch 12 eine
Verbindung geschaffen wird. Dementsprechend wird der durch den Kraftstoffsumpf 17 zugeführte
Hochdruckkraftstoff von dem Einspritzloch 12 in die Verbrennungskammer der
Dieselkraftmaschine eingespritzt.
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Dann,
falls die Erregung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 gestoppt
ist und die Verschiebung aufhört (d. h., eine Kontraktion
stattfindet), wird der Druckbeaufschlagungskolben 4 durch
die Reaktionskraft des elastischen Körpers 10 zurückgedrückt.
Somit wird der Steuerdruck der Steuerdruckkammer 13 gesenkt.
Falls die an der Druckaufnahmefläche 7d der Nadel 7 wirkende
Ventilöffnungskraft kleiner als die Ventilschließkraft
wird, wird somit die Nadel 7 durch die Reaktionskraft der
Feder 19 niedergedrückt, sodass der Sitzabschnitt 7f der
Nadel 7 auf der Sitzfläche 14 des Ventilkörpers 6 aufsitzt
und die Verbindung zwischen dem Kraftstoffsumpf 17 und dem Einspritzloch 12 unterbrochen
wird. Somit endet die Einspritzung.
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In
dem Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist der Druckbeaufschlagungskolben 4 in den Kopfabschnitt 4a und
den Kolbenwandabschnitt 4b geteilt und die beiden Abschnitte 4a, 4b sind
derart zusammengebracht, dass die Abschnitte 4a, 4b eine
relative Verschiebung in der Radialrichtung verursachen können.
Somit kann selbst dann, wenn die Expansions-Kontraktions-Richtung (die
Richtung, in der die Verschiebung stattfindet) des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 bezüglich der axialen Richtung schief
gestellt ist, der normale Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 beibehalten werden. Das heißt, falls
die Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 bezüglich
der axialen Richtung schief gestellt ist, wird die Antriebskraft
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in der Schiefstellungsrichtung
auf den Kopfabschnitt 4a des Druckbeaufschlagungskolbens 4 aufgebracht.
Dementsprechend empfängt der Kopfabschnitt 4a eine
axiale Kraftkomponente und eine radiale Kraftkomponente. Falls zu
diesem Zeitpunkt die radiale Kraftkomponente größer
als eine an den Kontaktflächen des Kopfabschnitts 4a und
des Kolbenwandabschnitts 4b erzeugte Haftreibungskraft
wird, bewegt sich der Kopfabschnitt 4a gegen die Haftreibungskraft
in der radialen Richtung. Das heißt, zwischen dem Kopfabschnitt 4a und
dem Kolbenwandabschnitt 4b tritt eine Abweichung in der
radialen Richtung auf. Somit kann die Schriefstellung des Kolbenwandabschnitts 4b in
der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 verhindert
werden. Dementsprechend kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b an
der Außenhülse 4 verhindert werden. Im
Ergebnis kann der Abstand des Gleitabschnitts zwischen dem Kolbenwandabschnitt 4b und
der Nadel 7 sichergestellt werden und der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 kann sicher durchgeführt werden.
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Wenn
der Druckbeaufschlagungskolben mit einer schweren Last durch das
piezo-elektrische Stellglied 3 gedrückt wird,
besteht eine Möglichkeit, dass zwischen dem Kopfabschnitt 4a und
dem Kolbenwandabschnitt 4b eine relative Positionsabweichung
in der radialen Richtung verursacht wird, beispielsweise durch eine
Variation der Abmessung der Kontaktflächen des Kopfabschnitts 4a und
des Kolbenwandabschnitts 4b. Im Gegensatz dazu ist bei dem
Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
das Ausmaß L1 der möglichen Relativbewegung des
Kolbenwandabschnitts 4b und des Kopfabschnitts 4a in
der radialen Richtung auf mehr als zehn Mal so groß wie
der Gleitabstand zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b festgelegt. Das heißt,
das Ausmaß ist größer als die relative
Abweichung unter Berücksichtigung der Erzeugnisvariation
festgelegt. Dementsprechend drückt die Außenumfangsfläche
des Kopfabschnitts 4a die Innenumfangsfläche der
Außenhülse 5 nicht in der radialen Richtung.
Somit wird ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b,
der den Kopfabschnitt 4a hat, an der Innenumfangsfläche
der Außenhülse 5 verhindert, sodass die
axiale Bewegung stabilisiert wird.
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Die
radiale Bewegung des Kolbenabschnitts 4a des Druckbeaufschlagungskolbens 4 ist
durch die Außenhülse 5 beschränkt.
Daher wird eine Bewegung des Kopfabschnitts 4a in der radialen
Richtung verhindert, die größer als erforderlich
ist. Im Ergebnis kann ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a hervorgerufenes
Problem, etwa eine Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer 16 oder der
fehlerhafte Betrieb der Nadel 7, verhindert werden.
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Da
der Druckbeaufschlagungskolben 4 in den Kopfabschnitt 4a und
den zylindrischen Kolbenwandabschnitt 4b geteilt ist, kann
die Innenumfangsfläche des Kolbenwandabschnitts 4b über
die gesamte axiale Länge mit einer ausreichenden Präzision
bearbeitet werden, sodass der Gleitabstand zwischen dem Nadelkopfabschnitt 7b und
dem Kolbenwandabschnitt 4b mit hoher Genauigkeit sichergestellt
werden kann.
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Als
Nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 ein Injektor 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht, die
den Injektor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Druckbeaufschlagungskolben 4 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels derart ausgebildet, dass
der Außendurchmesser des Kopfabschnitts 4a größer
als der Außendurchmesser des Kolbenwandabschnitts 4b ist.
Ein vorbestimmter Abstand L2 (mit einer Abmessung, die eine relative
Bewegung zwischen dem Kolbenwandabschnitt 4b und dem Kopfabschnitt 4a in
der radialen Richtung erlaubt) ist zwischen der Außenumfangsfläche
des Kopfabschnitts 4a und der Innenumfangsfläche
des Ventilgehäuses 2 vorgesehen. Wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel ist der Abstand L2 bei einer Größe
(beispielsweise 30 bis 100 Mikrometer) festgelegt, die zehn Mal
so groß wie die Größe des Gleitspalts
(beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt ist. Somit ist die
radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a durch das Ventilgehäuse 2 beschränkt,
sodass der gleiche Effekt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erwartet werden kann.
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Als
Nächstes wird ein Injektor 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist
eine Schnittansicht des Injektors 1 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel zum Beschränken der radialen Bewegung
des Kopfabschnitts 4a bezüglich des Kolbenwandabschnitts 4b. Wie
in 3 gezeigt ist, ist in einer axialen Endfläche des
Kolbenwandabschnitts 4b an der Seite des Kopfabschnitts 4a eine
vertiefte Nut ausgebildet, die eine vertiefte Innenumfangsfläche
hat. Der Kolbenwandabschnitt 4b hat eine Außenumfangswand 4d, die
an dem Außenumfang der vertieften Nut steht.
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Der
Kopfabschnitt 4a ist lose in die in dem Kolbenwandabschnitt 4b ausgebildete,
vertiefte Nut gepasst. Ein vorbestimmter Abstand L3 (mit einer Abmessung,
die eine relative Bewegung zwischen dem Kolbenwandabschnitt 4b und
dem Kopfabschnitt 4a in der radialen Richtung erlaubt)
ist zwischen der Außenumfangsfläche des Kopfabschnitts 4a und
der Außenumfangswand 4d vorgesehen. Wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel ist der Abstand L3 bei einer Größe
festgelegt (beispielsweise 30 bis 100 Mikrometer), die zehn Mal
größer als die Größe des Gleitspalts
(beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt ist. Somit ist
die radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a durch die Außenumfangswand 4d des
Kolbenwandabschnitts 4b beschränkt, sodass der
selbe Effekt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erwartet
werden kann.
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Als
Nächstes wird unter Bezugnahme auf 4 ein viertes
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, das
zusätzlich zu dem in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen
Aufbau mit einer konvex gekrümmten Kontaktfläche
des Kopfabschnitts 4a ausgebildet ist, der mit der axialen
Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in
Kontakt kommt, wie dies in 4 gezeigt
ist, und zwar.
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Der
Druckbeaufschlagungskolben 4 ist in den Kopfabschnitt 4a und
den Kolbenwandabschnitt 4b geteilt und zwei Abschnitte 4a, 4b sind
derart zusammengebracht, dass die Abschnitte 4a, 4b wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel eine relative Bewegung
in der Radialrichtung verursachen können. Die Kontaktfläche
des Kopfabschnitts 4a, die mit der axialen Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in Kontakt ist, ist
als die konvexe Form (ballige Form) ausgebildet. Somit hat der Kopfabschnitt 4a einen Scheitel
in der radialen Mitte der Kontaktfläche und ist an diesem
Scheitel mit der axialen Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 in Kontakt.
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Bei
dem vorstehend erwähnten Aufbau ist der an der Kontaktfläche
des Kopfabschnitts 4a vorgesehene Scheitel mit der axialen
Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds 3 an
einem Punkt in Kontakt. Somit kann selbst dann, wenn die Schiefstellung in
der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 auftritt,
das Stellglied 3 den Kopfabschnitt 4a in der axialen
Richtung antreiben. Dementsprechend kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b an
der Außenhülse 5 verhindert werden. Im
Ergebnis kann der Abstand zwischen den Gleitabschnitten des Kolbenwandabschnitts 4b und
der Nadel 7 sichergestellt werden und der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 kann sicher durchgeführt werden.
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Als
Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 ein fünftes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist
eine Schnittansicht, die den Injektor 1 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Der Injektor 1 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ein Beispiel, bei dem
zusätzlich zu dem in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben Aufbau sowohl die axiale Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 als auch die Kontaktfläche des Kopfabschnitts 4a,
die mit der axialen Endfläche des Stellglieds 3 in
Kontakt kommt, mit konvexen Formen (balligen Formen) ausgebildet sind,
wie dies in 5 gezeigt ist.
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Auch
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kommt die axiale
Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds 3 mit
der Kontaktfläche des Kopfabschnitts 4a an einem
Punkt in Kontakt. Dementsprechend kann, wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel,
selbst dann, wenn die Schiefstellung in der Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 auftritt, das Stellglied 3 den
Kopfabschnitt 4a in der axialen Richtung antreiben. Somit kann
ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b an der Außenhülse 5 verhindert
werden. Im Ergebnis kann der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 sicher durchgeführt werden.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Innenhülse 8 an
dem Außenumfang des mittleren Schaftabschnitts 7a angeordnet,
um das Volumen der Drucksteuerkammer 16 zu reduzieren.
Dementsprechend kann auf die Innenhülse 8 verzichtet
werden.
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Während
die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig
als deren praktischste und zu bevorzugendste Ausführungsbeispiele
betrachtet wird, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung nicht
auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt
ist, sondern sie ist im Gegensatz dazu so zu verstehen, dass sie
verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen
abdeckt, die in dem Wesen und dem Umfang der beiliegenden Ansprüche
enthalten sind.
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Ein
Druckbeaufschlagungskolben (4) hat einen Kopfabschnitt
(4a), der mit einer axialen Endfläche eines piezo-elektrischen
Stellglieds (3) in Kontakt kommt, um eine Verschiebung
des Stellglieds (3) zu empfangen, und hat einen Kolbenwandabschnitt (4b),
der in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist und sich in Antwort
auf die Bewegung des Kopfabschnitts (4a) in einer axialen
Richtung bewegen kann. Der Kopfabschnitt (4a) und der Kolbenwandabschnitt (4b)
sind derart kombiniert, dass eine relative Verschiebung dazwischen
in einer radialen Richtung möglich ist. Eine Außenhülse
(5), die einen Außenumfang des Kolbenwandabschnitts
(4b) verschieblich hält, beschränkt eine
radiale Bewegung des Kopfabschnitts (4a). Wenn eine Expansions-Kontraktions-Richtung
des Stellglieds (3) bezüglich der axialen Richtung
schief gestellt ist, dann wird die Schiefstellung des Kolbenwandabschnitts
(4b) durch eine zwischen dem Kopfabschnitt (4a)
und dem Kolbenwandabschnitt (4b) hervorgerufene radiale
Abweichung verhindert. Somit wird ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts
(4b) an der Außenhülse (5) verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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