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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zum
Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine.
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Herkömmlich
ist ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit einem Ventilkörper,
der Einspritzlöcher hat, die durch den Ventilkörper
von einer Innenwandfläche eines Sackabschnitts, der in
einem Endabschnitt des Ventilkörpers gelegen ist, zu einer
Außenfläche von diesem hindurchgehen, und einem
Ventilbauteil versehen ist, das eine Verbindung zwischen dem Sackabschnitt
und einer Kraftstoffpassage unterbricht, die an einer stromaufwärtigen
Seite des Sackabschnitts in einer Kraftstoffströmungsrichtung gelegen
ist, bekannt (siehe
JP 3042018 ).
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In
dieser Hinsicht wird gemäß einer neueren engeren
Automobilemissionskontrolle gefordert, die Menge von Emissionen,
z. B. NOx (Stickstoffoxide), PM (Partikel) und CO2 (Kohlenstoffdioxid),
zu verringern. Es wird im Allgemeinen in Betracht gezogen, dass
eine Förderung einer Zerstäubung des Kraftstoffs,
der von Kraftstoffeinspritzventilen eingespritzt wird, einen Verbrennungszustand
verbessern und die Menge von Emissionen, wie bspw. NOx, verringern
kann.
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Als
ein Weg, die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs
zu fördern, wird eine Verringerung eines Durchmessers der
Einspritzlöcher in Betracht gezogen. Die Verringerung des
Durchmessers der Einspritzlöcher alleine macht jedoch eine
Einspritzmenge klein. Somit ist es auch notwendig, die Anzahl der
Einspritzlöcher zu erhöhen.
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Jedoch
muss bei dem vorstehenden herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil
ein Durchmesser des Sackabschnitts groß sein, weil gewisse
Abstände zwischen Einspritzlöchern notwendig sind, wenn
die Anzahl der Einspritzlöcher erhöht wird, um die
Zerstäubung von eingespritztem Kraftstoff zu fördern.
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In
diesem Fall wird eine Länge eines Ventilsitzabschnitts,
der an den Sackabschnitt angrenzt, kurz. Deshalb wird eine Länge
eines schmalen Durchgangs kurz, der zwischen einem Sitzabschnitt eines
Ventilbauteils und dem Ventilsitzabschnitt in einem Anfangsstadium
des Anhebens des Ventilbauteils in einer Anheberichtung ausgebildet
ist und der eine Durchgangsschnittfläche hat, die kleiner
als eine gesamte Durchgangsschnittfläche der Einspritzlöcher
ist.
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Falls
die Länge dieses schmalen Durchgangs kurz wird, nimmt auch
ein Bereich ab, in dem das Ventilbauteil einen Druck des Kraftstoffs
in einem Kraftstoffdurchgang in dem Anfangsstadium des Anhebens
des Ventilbauteils aufnimmt. Dann wird eine Kraft, die auf das
Ventilbauteil in der Anheberichtung wirkt, klein und eine Anhebegeschwindigkeit
des Ventilbauteils fällt ab. Aus diesem Grund ist ein anfänglicher
Anstieg einer Einspritzrate in dem Anfangsstadium einer Einspritzung
flach bzw. gering, selbst falls die Anzahl der Einspritzlöcher
erhöht ist, um die Einspritzmenge sicher zu stellen. Somit
wird die Einspritzmenge gering, was einen Verlust einer Einspritzqualität
bewirkt.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Anbetracht des vorstehend beschriebenen
Problems gemacht. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, das die Einspritzqualität
verbessern kann, während es eine Zerstäubung von
eingespritztem Kraftstoff fördert.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein
Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil
hat ein Ventilbauteil und einen Ventilkörper. Das Ventilbauteil
hat eine im Allgemeinen zylindrische Form und hat einen im Allgemeinen
konischen Sitzabschnitt an einem axialen Endabschnitt von sich.
Der Ventilkörper hat eine Ventilkammer, einen Ventilsitz,
einen Einlassanschluss, eine Sackkammer und einen Einspritzanschluss.
Das Ventilbauteil ist in der Ventilkammer installiert, um entlang
einer Mitteachse des Ventilbauteils gleitbar zu sein. Der Ventilsitz
hat eine im Allgemeinen konische Form und ist angeordnet, um dem
Sitzabschnitt des Ventilbauteils zugewandt zu sein, damit der Sitzabschnitt
auf diesen gesetzt werden kann. Der Einlassanschluss öffnet
zu einem axialen Ende der Ventilkammer und ist durch das Ventilbauteil
geschlossen, wenn der Sitzabschnitt auf dem Ventilsitz sitzt. Die
Sackkammer ist mit dem Einlassanschluss verbunden. Der Einspritzanschluss
verbindet die Sackkammer mit einer Außenseite des Ventilkörpers.
Eine Breite des Einlassanschlusses ist kleiner als eine Breite der
Sackkammer.
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Die
Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben,
Merkmalen und Vorteilen am Besten von der folgenden Beschreibung,
den angehängten Ansprüchen und den begleitenden
Zeichnungen verstanden.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen
Hauptteil des in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils
zeigt;
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die den
Hauptteil des Kraftstoffeinspritzventils in einem Zustand zeigt,
in dem eine Nadel um eine sehr kleine Höhe angehoben ist;
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4 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen
Hauptteil eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem
Vergleichsbeispiel zeigt; und
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5 ist
ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Nadelhubhöhe
und einer Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils
gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in dem
Folgenden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 10, das in 1 gezeigt
ist, wird bspw. für das Kraftstoffeinspritzgerät der
Common Rail-Bauart für Dieselmaschinen verwendet. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist
an einem Maschinenkopf einer Maschine (nicht gezeigt) montiert.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 hat einen Aufbau zum Einspritzen
eines Hochdruckkraftstoffs, der von einer Common Rail (nicht gezeigt)
zugeführt wird, die den Hochdruckkraftstoff in sich speichert,
direkt in jeden Zylinder der Maschine.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 10 hat eine Düse 20,
eine Öffnungsplatte 50, einen Steuerventilkörper 60,
ein Steuerventil 64, einen unteren Körper 70,
ein Piezostellglied 80, einen Antriebskraftübertragungsabschnitt 81 etc.
In dem Kraftstoffeinspritzventil sind die Düse 20,
die Öffnungsplatte 50, der Steuerventilkörper 60 und
der untere Körper 70 in dieser Reihenfolge von
der unteren Seite zu der oberen Seite in 1 angeordnet
und durch eine Haltemutter 90 aneinander befestigt.
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Die
Düse 20 hat einen Düsenkörper
(Ventilkörper) 21, eine Nadel (Ventilkörper) 30,
eine Druckfeder 40, einen Zylinder 41, etc. Der
Düsenkörper 21 hat ein Düsenloch
(Ventilkammer) 22, die sich von einem oberen Endabschnitt
bis fast zu einem unteren Endabschnitt des Düsenkörpers 21 erstreckt.
Das Düsenloch 22 ist ein geschlossener Raum, der
durch den Düsenkörper 21 und eine Öffnungsplatte 50 definiert
ist, die an einem oberen Endabschnitt des Düsenkörpers 21 angeordnet
ist.
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Der
Düsenkörper 21 hat zwei oder mehr Einspritzlöcher 23,
die von einer Innenwandfläche des Düsenlochs 22 zu
einer Außenwandfläche des Düsenkörpers 21 hindurch
gehen. Das Düsenloch 22 hat einen Ventilsitzabschnitt
(Ventilsitz) 24 stromaufwärts von Öffnungen
der Einspritzlöcher 23. Die Nadel 30 wird
auf den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt und von diesem angehoben.
Eine Seitenwand des Düsenlochs 22 hat einen Führungsabschnitt 29,
der die Nadel 30 abstützt, um in einer axialen
Richtung des Kraftstoffeinspritzventils 10 gleitbar zu
sein. Das Düsenloch 22 beherbergt die Nadel 30,
die Druckfeder 40 und den Zylinder 41 in sich.
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Die
Nadel 30 hat eine stabartige (zylindrische) Form und hat
einen Sitzabschnitt 31 in einem Spitzenabschnitt, bzw.
vorderen Abschnitt von sich. Der Sitzabschnitt 31 wird
auf den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt und von diesem angehoben.
Die Nadel 30 hat einen Druckaufnahmeabschnitt 32 stromaufwärts des
Sitzabschnitts 31. Der Druckaufnahmeabschnitt 31 empfängt
einen Kraftstoffdruck, um die Nadel 30 in eine Anheberichtung
vorzuspannen. Die Nadel 30 hat einen Zylindergleitabschnitt 34 in
einem hinteren Endabschnitt, der gegenüber von dem Sitzabschnitt 31 ist.
Der Zylindergleitabschnitt 34 ist ein Gleitabschnitt, der
durch eine Innenumfangswand des Zylinders 41 abgestützt
ist, der in dem Düsenloch 22 untergebracht ist
und in einer annähernd zylindrischen Form ausgebildet ist,
um in der Axialrichtung gleitbar zu sein.
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Die
Nadel 30 hat einen Körpergleitabschnitt 35,
der zwischen dem Druckaufnahmeabschnitt 32 und dem Zylindergleitabschnitt 34 angeordnet
ist. Der Körpergleitabschnitt 35 ist ein Gleitabschnitt,
der durch den Führungsabschnitt 29 des Düsenlochs 22 abgestützt
ist, um in der Axialrichtung gleitbar zu sein. Ein Kerbenabschnitt 36 ist
in dem Körpergleitabschnitt 35 so ausgebildet,
dass er einen Abstand zwischen der Seitenwand des Düsenlochs 22 und dem
Kerbenabschnitt 36 vorsieht. Der Kerbenabschnitt 36 gestattet,
dass Kraftstoff von der Seite des Zylindergleitabschnitts 34 zu
der Seite des Sitzabschnitts 31 strömt.
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Ein
Teil der Nadel 30 zwischen dem Zylindergleitabschnitt 34 und
dem Körpergleitabschnitt 35 hat einen Außendurchmesser,
der kleiner ist als diejenigen des Zylindergleitabschnitts 34 und
des Körpergleitabschnitts 35. Ein Stufenabschnitt 37 ist
in einem oberen Abschnitt des Körpergleitabschnitts 35 ausgebildet.
Ein Abstützring 42 ist an dem Stufenabschnitt 37 gelegen.
Der Abstützring 42 stützt einen unteren
Endabschnitt der Druckfeder 40 ab, die die Nadel 30 nach
unten vorspannt, d. h. in eine Richtung, in der der Sitzabschnitt 31 auf
den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt wird.
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Die
Druckfeder 40 ist zwischen dem Abstützring 42 und
dem Zylinder 41 in einem Zustand angeordnet, in dem die
Druckfeder 40 zu einem gewissen Ausmaß in der
Axialrichtung komprimiert ist. Dadurch wird der Zylinder 41 an
eine untere Endfläche der Öffnungsplatte 50 gedrückt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird durch Aufnehmen der Druckfeder 40,
der Nadel 30 und des Zylinders 41 in dem Düsenloch 22 eine
Kraftstoffspeicherkammer 43, die durch die Seitenwand des
Düsenlochs 22, die Nadel 30 und eine
Außenumfangswand des Zylinders 41 definiert ist,
gebildet, um die Nadel 30 zu umgeben.
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Eine
Drucksteuerkammer 44 ist an einem oberen Endabschnitt der
Nadel 30 ausgebildet. Die Drucksteuerkammer 44 ist
durch einen oberen Endabschnitt des Zylindergleitabschnitts 34 der
Nadel 30, eine Innenumfangswand des Zylinders 41 und
die untere Endfläche der Öffnungsplatte 50 definiert.
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Die
Kraftstoffspeicherkammer 43 ist ein Raum, der den Hochdruckkraftstoff
speichert, der von den Einspritzlöchern 23 eingespritzt
wird, und die Kraftstoffspeicherkammer 43 ist mit den Einspritzlöchern 23 verbunden.
Wenn der Sitzabschnitt 31 auf dem Ventilsitzabschnitt 24 sitzt,
ist eine Verbindung zwischen der Kraftstoffspeicherkammer 43 und
den Einspritzlöchern 23 unterbrochen, so dass
der Kraftstoff nicht von den Einspritzlöchern 23 eingespritzt wird.
Wenn der Sitzabschnitt 31 von dem Ventilsitzabschnitt 24 angehoben
ist, ist die Kraftstoffspeicherkammer 43 mit den Einspritzlöchern 23 verbunden, so
dass der Kraftstoff von den Einspritzlöchern 23 eingespritzt
wird.
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Die
Drucksteuerkammer 44 ist ein Raum, der den Hochdruckkraftstoff
speichert, der eine Bewegung der Nadel in der Axialrichtung steuert.
Wenn der Kraftstoff in die Drucksteuerkammer 44 zugeführt wird,
wirkt ein Druck des Kraftstoffs auf den oberen Endabschnitt des
Zylindergleitabschnitts 34 und spannt die Nadel 30 in
eine Sitzrichtung vor.
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Die Öffnungsplatte 50 hat
eine annähernd scheibenartige Form und ist zwischen dem
Düsenkörper 21 und dem Steuerventilkörper 60 angeordnet.
Die Öffnungsplatte 50 hat einen Kraftstoffzufuhrdurchgang 51,
eine ersten Verbindungsdurchgang 52 und einen zweiten Verbindungsdurchgang 53 in
sich.
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Der
Kraftstoffdurchgang 51 ist ein Durchgang, der den Hochdruckkraftstoff
von der Common Rail zu der Kraftstoffspeicherkammer 43 zuführt.
Ein Ende des Kraftstoffzufuhrdurchgangs 51 öffnet
zu der Kraftstoffspeicherkammer 43. Der erste Verbindungsdurchgang 52 ist
ein Durchgang, der die Kraftstoffspeicherkammer 43 mit
einer Ventilkammer 62 verbindet, die in dem Steuerventilkörper 60 ausgebildet
ist und später beschrieben wird. Ein annähernd ringartiger
Schlitz ist an der unteren Endfläche der Öffnungsplatte 50 ausgebildet.
Der Kraftstoffzufuhrdurchgang 51 und der erste Verbindungsdurchgang 52 öffnen
zu einem Bodenabschnitt des Schlitzes. Der zweite Verbindungsdurchgang 53 ist
ein Durchgang, der die Drucksteuerkammer 44 mit der Ventilkammer 62 verbindet.
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Der
Steuerventilkörper 60 hat eine annähernd
scheibenartige Form und ist zwischen der Öffnungsplatte 50 und
dem unteren Körper 70 angeordnet. Der Steuerventilkörper 60 hat
einen Kraftstoffzufuhrdurchgang 61, die Ventilkammer 62 und
einen dritten Verbindungsdurchgang 63 in sich.
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Der
Kraftstoffzufuhrdurchgang 61 ist mit dem Kraftstoffzufuhrdurchgang 51 der Öffnungsplatte 50 verbunden.
Der Hochdruckkraftstoff in der Common Rail wird über den
Kraftstoffzufuhrdurchgang 61 und den Kraftstoffzufuhrdurchgang 51 zu
der Kraftstoffspeicherkammer 43 zugeführt. Die
Ventilkammer 62 beherbergt das Steuerventil 64 und
eine Druckfeder 67 in sich. Ein Ende des ersten Verbindungsdurchgangs 52 und
ein Ende des zweiten Verbindungsdurchgangs 53 öffnen
zu der Ventilkammer 62. Ein Ende des dritten Verbindungsdurchgangs 63 öffnet an
einer oberen Endfläche der Ventilkammer 62, und das
andere Ende des dritten Verbindungsdurchgangs 63 öffnet
zu einem Aufnahmeloch 71, das in dem unteren Körper 70 ausgebildet
ist.
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Das
Steuerventil 64 steuert eine Strömung des Kraftstoffs
in dem ersten Verbindungsdurchgang 52, dem zweiten Verbindungsdurchgang 43 und
dem dritten Verbindungsdurchgang 63. Das Steuerventil 64 hat
einen niederdruckseitigen Sitz 65, der auf der oberen Endfläche
der Ventilkammer 62 sitzt, und einen hochdruckseitigen
Sitz 66, der auf einer unteren Endfläche der Ventilkammer
sitzt, das heißt auf einer oberen Endfläche der Öffnungsplatte 50.
Die Druckfeder 67 spannt das Steuerventil 64 immer
zu der oberen Endfläche der Ventilkammer 62 hin
vor.
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Wenn
der niederdruckseitige Sitz 65 auf die obere Endfläche
der Ventilkammer 62 gesetzt wird, wird der dritte Verbindungsdurchgang 63 geschlossen
und der erste Verbindungsdurchgang 52 wird geöffnet.
Dadurch wird der Hochdruckkraftstoff in der Kraftstoffspeicherkammer 43 zu
der Drucksteuerkammer 44 über den ersten Verbindungsdurchgang 52 und
den zweiten Verbindungsdurchgang 53 zugeführt.
Als eine Folge wird ein Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 44 annähernd
gleich wie ein Kraftstoffdruck in der Kraftstoffspeicherkammer 43.
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Wenn
der hochdruckseitige Sitz 66 auf die untere Endfläche
der Ventilkammer 62 gesetzt ist, ist der erste Verbindungsdurchgang 52 geschlossen und
der dritte Verbindungsdurchgang 63 ist geöffnet. Dadurch
strömt der Hochdruckkraftstoff in der Drucksteuerkammer 44 über
den zweiten Verbindungsdurchgang 53 temporär in
die Ventilkammer 62. Dann wird der Kraftstoff in der Ventilkammer 62 über
den dritten Verbindungsdurchgang 62 zu dem Aufnahmeloch 71 an
einer Niederdruckseite abgegeben. Da das Aufnahmeloch 71 mit
einem Kraftstofftank verbunden ist, in dem der Kraftstoffdruck annähernd gleich
zu einem atmosphärischen Druck ist, ist der Kraftstoffdruck
in dem Aufnahmeloch 71 niedriger als der Kraftstoffdruck
in der Kraftstoffspeicherkammer 43. Deshalb nimmt der Kraftstoffdruck
in der Drucksteuerkammer 44 ab.
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Der
untere Körper 70 hat eine zylindrische Form und
hat ein Aufnahmeloch 71, einen Hochdruckdurchgang 72 und
einen Niederdruckdurchgang (nicht gezeigt) in sich.
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Das
Aufnahmeloch 71 nimmt das Piezostellglied 80 und
den Antriebskraftübertragungsabschnitt 81 in sich
auf. Der untere Endabschnitt des Aufnahmelochs 71 ist mit
dem dritten Verbindungsdurchgang 63 des Steuerventilkörpers 60 verbunden.
Das Aufnahmeloch 71 ist auch mit den Niederdruckdurchgang
verbunden. Die Niederdruckpassage ist mit dem Kraftstofftank (nicht
gezeigt) durch ein Kraftstoffrohrleitungssystem verbunden.
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Das
Piezostellglied 80 ist ein Laminat, in dem piezoelektrische
Keramikschichten, wie PZT, und Elektrodenschichten im Wechsel laminiert
sind. Das Piezostellglied 80 dehnt sich in seiner Laminierungsrichtung
aus und zieht sich in dieser zusammen, indem es über einen
Antriebskreis (nicht gezeigt) geladen und entladen wird.
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Der
Antriebskraftübertragungsabschnitt 81 ist an einer
unteren Seite des Piezostellglieds 80 gelegen. Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 81 überträgt
eine Verschiebung des Piezostellglieds 80 über
einen Stift, der in dem dritten Verbindungsdurchgang 63 aufgenommen
ist, auf das Steuerventil 64.
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Wenn
das Piezostellglied 80 durch die Antriebsschaltung geladen
wird, dehnt sich das Piezostellglied 80 aus. Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 81 nimmt
die Verschiebung des Piezostellglieds in dessen Ausdehnungsrichtung
auf und überträgt die Verschiebung über
den Stift 82 auf das Steuerventil 64. Dadurch
bewegt sich das Steuerventil 64 nach unten. Als eine Folge
wird der niederdruckseitige Sitz 65 von der oberen Endfläche
der Ventilkammer 62 angehoben und der hochdruckseitige
Sitz 66 setzt sich auf die untere Endfläche der
Ventilkammer 62.
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Wenn
das Piezostellglied 80 durch den Antriebsschaltkreis entladen
wird, wird eine elektrische Ladung freigesetzt, die in dem Piezostellglied 80 gespeichert
ist, und das Piezostellglied 80 zieht sich zusammen. Wenn
sich das Piezostellglied 80 zusammen zieht, bewegt eine
Vorspannkraft der Druckfeder 67 das Steuerventil 64 und
den Stift 82 nach oben. Als eine Folge setzt sich der niederdruckseitige
Sitz 65 auf die obere Endfläche der Ventilkammer 62 und der
hochdruckseitige Sitz 66 wird von der unteren Endfläche
der Ventilkammer 62 angehoben.
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Der
Hochdruckdurchgang 72 ist ein Durchgang, der den Hochdruckkraftstoff
von der Common Rail zu der Kraftstoffspeicherkammer 43 zuführt.
Ein Ende des Hochdruckdurchgangs 72 öffnet zu
einem oberen Endabschnitt des unteren Körpers 70 und
das andere Ende des Hochdruckdurchgangs 72 ist mit dem
Kraftstoffzufuhrdurchgang 61 des Steuerventilkörpers 60 verbunden.
Der obere Endabschnitt des unteren Körpers 70 hat
einen Außengewindeabschnitt 73, an dem das Kraftstoffrohrleitungssystem befestigt
ist, das den Hochdruckkraftstoff zu dem Hochdruckdurchgang 72 zuführt.
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Nachstehend
wird mit Bezug auf 1 ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 10 beschrieben, das
den vorstehend beschrieben Aufbau hat. Wenn das Piezostellglied 80 entladen
wird und die in dem Piezostellglied 80 gespeicherte elektrische
Ladung freigesetzt wird, zieht sich das Piezostellglied 80 zusammen
und das Steuerventil 64 öffnet den ersten Verbindungsdurchgang 52 und
schließt den dritten Verbindungsdurchgang 63.
Dadurch strömt der Hochdruckkraftstoff, der zu der Kraftstoffspeicherkammer 43 zugeführt
wurde, über den ersten Verbindungsdurchgang 52 und
den zweiten Verbindungsdurchgang 53 in die Drucksteuerkammer 44.
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Im Übrigen
wird die Nadel 30 Folgendem unterzogen: einer Kraft in
der Sitzrichtung, die durch den Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 44 erzeugt
wird und auf den oberen Endabschnitt der Nadel 30 wirkt;
einer Kraft in der Sitzrichtung, die durch die Vorspannkraft der
Druckfeder 40 erzeugt wird; und einer Kraft in der Anheberichtung,
die durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffspeicherkammer 43 erzeugt
wird und auf den Druckaufnahmeabschnitt 32 wirkt.
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In
einem Zustand, in dem der Hochdruckkraftstoff in der Kraftstoffspeicherkammer 43 zu
der Drucksteuerkammer 44 zugeführt wird, wirkt
eine resultierende Kraft der Kräfte, die auf die Nadel 30 wirken,
in die Sitzrichtung. Deshalb wird der Sitzabschnitt 31 auf
den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt, so dass der Kraftstoff
nicht von den Einspritzlöchern 23 eingespritzt
wird.
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Wenn
das Piezostellglied 80 aufgeladen wird, dehnt sich das
Piezostellglied 80 aus. Dadurch schließt das Steuerventil 64 den
ersten Verbindungsdurchgang 52 und öffnet den
dritten Verbindungsdurchgang 63. Dann strömt der
Hochdruckkraftstoff in der Drucksteuerkammer 44 über
den zweiten Verbindungsdurchgang 53 und die Ventilkammer
in den dritten Verbindungsdurchgang 63. Des Weiteren wird der
Kraftstoff, der in den dritten Verbindungsdurchgang 63 geflossen
ist, über das Aufnahmeloch 71 zu der Niederdruckseite
abgegeben. Dadurch nimmt der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 44 ab.
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Eine
Abnahme des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 44 schwächt
die Kraft in der Sitzrichtung von den Kräften, die auf
die Nadel 30 wirken. Deshalb ist die resultierende Kraft
der Kräfte, die auf die Nadel 30 wirken, in die
Anheberichtung gerichtet. Als eine Folge wird der Sitzabschnitt 31 von dem
Ventilsitzabschnitt 24 angehoben, so dass der Kraftstoff
von den Einspritzlöchern 23 eingespritzt wird.
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Der
kennzeichnende Teil des Aufbaus des Kraftstoffeinspritzventils 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug
auf 2 und 3 beschrieben. 2 stellt
einen Querschnitt des kennzeichnenden Teils dar. 3 zeigt
einen Zustand, in dem die Nadel 30 geringfügig angehoben
ist.
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Wie
in 2 gezeigt ist, hat der Ventilsitzabschnitt 24,
der in einem spitzenseitigen bzw. endseitigen Abschnitt (in einem
Abschnitt einer unteren Seite in 2) des Düsenlochs 22 ausgebildet
ist, eine Form mit einem Innendurchmesser, der sich zu der Spitzenseite
bzw. Endseite hin allmählich verkleinert. An der Spitzenseite
des Ventilsitzabschnitts 24 ist ein taschenartiger Sackabschnitt 25 so
ausgebildet, dass er an den Ventilsitzabschnitt 24 angrenzt.
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Ein
Neigungswinkel des Ventilsitzabschnitts 24 ist annähernd
gleich zu einem Neigungswinkel α des Sitzabschnitts 31,
der in dem Spitzenabschnitt der Nadel 30 ausgebildet ist.
Die Neigungswinkel beziehen sich hier auf Winkel bezüglich
einer Mittelachse der Nadel 30. Der Neigungswinkel des
Ventilsitzabschnitts 24 ist geringfügig kleiner
als der Neigungswinkel α des Sitzabschnitts 31.
Wenn das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einem Anfangszustand
ist, ist deshalb der druckaufnahmeabschnittseitige Endabschnitt
des Sitzabschnitts 31 auf den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt.
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Zwei
oder mehr Einspritzlöcher 23 sind in dem Sackabschnitt 25 ausgebildet,
der in einer sackartigen Form ausgebildet ist. Ein Ende jedes Einspritzlochs 23 öffnet
an einer Innenwand 28 des Sackabschnitts 25 und
das andere Ende jedes Einspritzlochs 23 öffnet
an der Außenwand des Düsenkörpers 21.
Der Durchmesser und die Anzahl der Einspritzlöcher 23 sind
so festgelegt, dass eine Zerstäubung des eingespritzten
Kraftstoffs gefördert und eine vorbestimmte Einspritzmenge
in einer vorbestimmten Kraftstoffeinspritzdauer sichergestellt wird. Richtungen
der Einspritzlöcher 23 sind gemäß einer Spezifikation
der Maschine, in der das Kraftstoffeinspritzventil 10 montiert
ist, etc., in geeigneter Weise eingestellt. Wie in 2 gezeigt
ist, ist der Sackabschnitt 25 in der vorliegenden Ausführungsform
so geformt, dass ein Durchmesser D2 eines Einlassabschnitts 26 kleiner
als ein Durchmesser D1 eines Bodenabschnitts 27 ist. Eine
Querschnittsfläche eines Kraftstoffströmungswegs
des Einlassabschnitts 26 ist größer als
eine gesamte Querschnittsfläche S1 von Kraftstoffströmungswegen
der Einspritzlöcher 23. Dadurch kann ausreichend
Kraftstoff zu den Einspritzlöchern 23 zugeführt
werden, ohne dass die Kraftstoffströmung an dem Einlassabschnitt 26 behindert
wird.
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Der
Spitzenabschnitt der Nadel 30 hat eine konische Form, bei
der sich ein Außendurchmesser von einer oberen Endseite
zu einer Spitze hin allmählich verkleinert. Dieser konisch
geformte Abschnitt hat den Druckaufnahmeabschnitt 32, den
Sitzabschnitt 31 und einen Überlaufabschnitt 33,
die in dieser Reihenfolge von der oberen Endseite angeordnet sind,
um zueinander benachbart zu sein. Die Neigungswinkel von Seitenflächen
der Abschnitte 31, 32 und 33 unterscheiden
sich voneinander. Der Neigungswinkel γ des Druckaufnahmeanschnitts 32 ist kleiner
als der Neigungswinkel α des Sitzabschnitts 31.
Der Neigungswinkel β des Überlaufabschnitts 33 ist
größer als der Neigungswinkel α des Sitzabschnitts 31.
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Der Überlaufabschnitt 33,
dessen Neigungswinkel β größer als der
Neigungswinkel α des Sitzabschnitts 31 ist, ist
an der Spitzenseite des Sitzabschnitts 31 ausgebildet,
das heißt näher an der Seite der Einspritzlöcher 23 als
eine Position, an der der Sitzabschnitt 31 auf dem Ventilsitzabschnitt 24 sitzt. Deshalb
kann ein Eindringen des Spitzenabschnitts der Nadel 30 in
den Sackabschnitt 25 so weit wie möglich verhindert
werden. Durch diesen Aufbau wird es möglich, eine Ausdehnung
einer Gesamtlänge des Kraftstoffeinspritzventils 10 selbst
dann zu vermeiden, falls ein gewisser Abstand zwischen dem Spitzenabschnitt
der Nadel 30 und dem Bodenabschnitt 27 des Sackabschnitts 25 reserviert
ist, so dass der Spitzenabschnitt der Nadel 30 nicht mit
dem Bodenabschnitt 27 des Sackabschnitts 25 aufgrund eines
Betriebsfehlers der Nadel 30 zusammen stößt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, da ein Durchmesser D3a eines sitzabschnittseitigen
Endabschnitts des Überlaufabschnitts 33 größer
als der Durchmesser D2 des Einlassabschnitts 26 des Sackabschnitts 25 ist,
bleibt der sitzabschnittseitige Endabschnitt des Überlaufabschnitts 33 über
dem Einlassabschnitt 26, wenn der Sitzabschnitt 31 auf
den Ventilsitzabschnitt 24 gesetzt ist.
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Der
Druckaufnahmeabschnitt 23 wird immer dem Hochdruckkraftstoff
unterzogen, der zu der Kraftstoffspeicherkammer 43 zugeführt
wird. Wenn der Kraftstoffdruck auf den Druckaufnahmeabschnitt 32 wirkt,
nimmt die Nadel 30 eine Kraft in der Anheberichtung auf.
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3 zeigt
einen geringfügigen Anhebezustand, in dem die Nadel 30 geringfügig
angehoben ist. Der Mechanismus, durch den sich die Nadel 30 in der
Anheberichtung anhebt, wurde vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben
und wird in dem Folgenden nicht mehr beschrieben. Wie in 3 gezeigt ist,
bilden in dem geringfügigen Anhebezustand der Sitzabschnitt 31 der
Ventilsitzabschnitt 24 einen engen Durchgang 38 zwischen
der Nadel 30 und dem Düsenkörper 21.
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Der
geringfügige Anhebezustand der Nadel 30 bezieht
sich auf einen Zustand, in dem ein Querschnittsbereich S2a eines
Kraftstoffströmungswegs des engen Durchgangs 38,
der durch den von dem Ventilsitzabschnitt 24 angehobenen
Sitzabschnitt 31 gebildet wird, kleiner als der gesamte
Querschnittsbereich S1 des Kraftstoffströmungswegs der
Einspritzlöcher 23 ist, die in einer Kraftstoffströmungsrichtung
stromabwärts des schmalen Durchgangs 38 gelegen
sind. In diesem geringfügigen Anhebezustand wird der Kraftstoff,
der von der Kraftstoffspeicherkammer 43 zu den Einspritzlöchern 23 strömt,
in dem schmalen Durchgang 38 zurück gedrosselt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchmesser D2
des Einlassabschnitts 26 des Sackabschnitts 25 kleiner
als der Durchmesser D1 des Bodenabschnitts 27, wie vorstehend
beschrieben ist. Des Weiteren grenzt der Sackabschnitt 25 an den
Ventilsitzabschnitt 24 an. Deshalb ist im Vergleich zu
einem Düsenkörper, in dem ein Durchmesser des
Einlassabschnitts 26 des Sackabschnitts 25 gleich
zu oder größer als ein Durchmesser des Bodenabschnitts 27 ist,
wie durch eine gestrichelte Linie in 3 dargestellt
ist, der sackabschnittseitige Teil des Ventilsitzabschnitts 24 des
Düsenkörpers 21 länger.
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Deshalb
wird es möglich, eine Länge des Sitzabschnittes 31,
der zu Ventilsitzabschnitt 24 zugewandt ist, in Richtung
zu der Mittelachse der Nadel 30 zu verlängern.
Falls die Länge des Sitzabschnitts 31 verlängert
ist, wird eine Länge L des schmalen Durchgangs 38,
der zwischen dem Sitzabschnitt 31 und dem Ventilsitzabschnitt 24 ausgebildet
ist, lang in Bezug auf die Länge eines herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzventils, wie in 3 gezeigt
ist.
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Falls
die Länge L des schmalen Durchgangs 38 lang wird,
ist ein Druckaufnahmebereich vergrößert, in dem
der Kraftstoffdruck aufgenommen wird. Dadurch wird die Kraft, die
auf die Nadel 30 in die Anheberichtung wirkt, größer
als die Kraft in dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil.
Als eine Folge bewegt sich die Nadel 30 wenigstens in der
Anheberichtung schneller und eine Einspritzrate in diesem Zustand
ist erhöht, um die vorbestimmte Einspritzmenge sicher zu
stellen. Dadurch kann das Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform eine Zerstäubung
des eingespritzten Kraftstoffs fördern und kann eine Einspritzqualität verbessern.
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Des
Weiteren wird durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform die Einspritzrate bei der
Zeit des geringfügigen Anhebens erhöht, und es
ist möglich, die Einspritzdauer zu verkürzen.
Deshalb wird das Kraftstoffeinspritzventil 10 in geeigneter
Weise in einer Maschine der Hochdrehzahlbauart montiert, bei der
die Einspritzdauern relativ kurz sind.
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Des
Weiteren ist in dem Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform der Überlaufabschnitt 33 an
der Spitzenseite des Sitzabschnitts 31 ausgebildet. Des
Weiteren ist der Durchmesser D3a des sitzabschnittseitigen Endabschnitts
des Überlaufabschnitts 33 größer
als der Durchmesser D2 des Einlassabschnitts 26 des Sackabschnitts 25.
Deshalb wird eine Beziehung zwischen einer Hubhöhe der
Nadel 30 und der Einspritzmenge linear.
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Die
Einspritzmenge relativ zu einem Aufbau der Nadel 30 ist
nachstehend mit Bezug auf ein Vergleichsbeispiel beschrieben. Zuerst
wird nachstehend das in 4 gezeigte Vergleichsbeispiel
beschrieben. Das Vergleichsbeispiel hat den selben Aufbau wie das
Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform mit Ausnahme eines Überlaufabschnitts 331,
der in einer Nadel 301 ausgebildet ist.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist ein Durchmesser D3b des Überlaufabschnitts 331,
der an der Spitze der Nadel 301 ausgebildet ist, kleiner
als der Durchmesser D2 des Einlassabschnitts 26. Deshalb
ist im Gegensatz zu dem Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, die in 2 gezeigt
ist, der sitzabschnittseitige Endabschnitt des Überlaufabschnitts 331 niedriger
als der Einlassabschnitt 26 angeordnet.
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5 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Hubhöhe der Nadel 30, 301 und
der Einspritzmenge zeigt. Eine gestrichelte Linie in 5 zeigt
die Beziehung zwischen der Hubhöhe der Nadel 301 und
der Einspritzmenge des Vergleichsbeispiels, das in 4 gezeigt
ist. Eine durchgehende Linie in 5 zeigt
die Beziehung zwischen der Hubhöhe der Nadel 30 und
der Einspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, die in 2 gezeigt
ist.
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In
dem Vergleichsbeispiel, wenn sich die Nadel 301 aus ihrem
Sitzzustand in die Anheberichtung anhebt, bewirkt ein Herausziehen
einer Spitze des Überlaufabschnitts 331 aus dem
Einlassabschnitt 26 eine plötzliche Erhöhung
eines Querschnittsbereichs S2b eines Kraftstoffwegs. Deshalb, wie
durch die gestrichelte Linie in 5 dargestellt
ist, erhöht sich die Einspritzmenge des Vergleichbeispiels
plötzlich, während sich die Nadel 301 anhebt,
so dass die Beziehung zwischen der Hubhöhe der Nadel 301 und der
Kraftstoffeinspritzmenge nicht linear ist und eine Steuerbarkeit
einer Kraftstoffeinspritzung beeinträchtigt ist.
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Im
Gegensatz dazu wird bei dem Kraftstoffeinspritzventil 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform durch Ausbilden des Überlaufabschnitts 33 derart,
dass der Durchmesser D3a des sitzabschnittseitigen Endabschnitts
des Überlaufabschnitts 33 größer
wird als der Durchmesser D2 des Einlassabschnitts 26, um
den sitzabschnittseitigen Endabschnitt des Überlaufabschnitts 33 höher
als den Einlassabschnitt 26 zu positionieren, eine Änderung des
Querschnittsbereichs S2b des Kraftstoffwegs linear relativ zu der
Hubhöhe der Nadel 30. Deshalb, wie durch die durchgehende
Linie in 5 gezeigt ist, ist die Beziehung
zwischen der Hubhöhe der Nadel 30 und der Einspritzmenge
linear und die Steuerbarkeit einer Kraftstoffeinspritzung kann sehr
fein eingestellt werden.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen können von einem Fachmann leicht
durchgeführt werden. Die Erfindung in ihrer breiteren Betrachtung
ist deshalb nicht auf die bestimmten Details, das repräsentative
Gerät und die dargestellten Beispiele, die gezeigt und
beschrieben sind, beschränkt.
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In
einem Kraftstoffeinspritzventil (10) ist ein Ventilbauteil
(30) in einer Ventilkammer (22) eines Ventilkörpers
(21) aufgenommen, um entlang dessen Mittelachse gleitbar
zu sein. Ein im Allgemeinen konischer Ventilsitz (24) ist
angeordnet, um zu einem im Allgemeinen konischen Sitzabschnitt (31)
des Ventilbauteils (30) zugewandt zu sein, so dass Sitzabschnitt
(31) auf diesen gesetzt werden kann. Ein Einlassanschluss
(26) öffnet zu einem axialen Ende der Ventilkammer
(22) und wird durch das Ventilbauteil (30) geschlossen,
wenn der Sitzabschnitt (31) auf den Ventilsitz (24)
gesetzt wird. Eine Sackkammer (25) ist mit dem Einlassanschluss
(26) verbunden. Zwei oder mehr Einspritzanschlüsse
(23) verbinden jeweils die Sackkammer (25) mit
einer Außenseite des Ventilkörpers (21).
Eine Breite (D2) des Einlassanschlusses (26) ist gestaltet,
um kleiner zu sein als eine Breite (D1) der Sackkammer (25).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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