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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Injektor, der Kraftstoff
einspritzt.
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Ein
im Vorfeld vorgeschlagener Injektor spritzt ein Einspritzfluid ein,
das von einem Arbeitsfluid verschieden ist, welches eine Antriebskraft
in dem Injektor ausführt. Zum Beispiel in dem Fall der
japanischen ungeprüften
Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. S63-4365A wird eine
Einspritzung eines gasförmigen Einspritzfluids von dem
Injektor durch eine Betätigung einer Nadel ermöglicht
und verhindert, welche durch einen hydraulischen Druck des Arbeitsfluids
angetrieben wird. In diesem Fall haben das Arbeitsfluid und das
Einspritzfluid verschiedene Eigenschaften. Zum Beispiel kann das
Arbeitsfluid das Gas sein und das Einspritzfluid kann die Flüssigkeit
sein. Alternativ kann das Arbeitsfluid eine Art von Flüssigkeit
(zum Beispiel Hydrauliköl) sein und das Einspritzfluid
kann eine andere Art von Flüssigkeit (zum Beispiel Kraftstoff)
sein. In dem Fall des Injektors, in dem das Arbeitsfluid und das
Einspritzfluid verschiedene Eigenschaften haben, ist es erforderlich,
ein Vermischen zwischen dem Arbeitsfluid und dem Einspritzfluid
zu begrenzen.
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Jedoch
in dem Fall, in dem ein Trennbauteil vorgesehen ist, um das Mischen
bzw. Vermengen zwischen dem Arbeitsfluid und dem Einspritzfluid
zu begrenzen, empfängt das Trennbauteil die Kraft aufgrund
des Druckunterschieds zwischen dem Arbeitsfluid und dem Einspritzfluid.
Deshalb kann das Trennbauteil eine Kraft von einer Seite zu der
anderen Seite des Trennbauteils empfangen und kann dadurch deformiert
werden, jedes Mal, wenn ein Wechsel in dem Druck des Arbeitsfluids
und/oder dem Drucks des Einspritzfluids auftritt. Wenn das Trennbauteil wiederholt
deformiert wird, kann die Festigkeit des Trennbauteils möglicherweise
nachteilig verschlechtert werden. Andererseits, wenn die Plattendicke
des Trennbauteils erhöht wird, um die Festigkeit des Trennbauteils
beizubehalten, muss dieses dicke Trennbauteil zum Zeitpunkt eines
Antreibens der Nadel angetrieben werden. Dies kann in einer Erhöhung der
Größe der Antriebsanordnung und außerdem
einer Erhöhung in dem Stromverbrauch der Antriebsanordnung
resultieren.
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Die
vorliegende Erfindung spricht die vorangehenden Nachteile an. Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor vorzusehen,
in dem die Deformation des Trennbauteils effektiv verringert oder
begrenzt ist, um eine Beständigkeit bzw. Lebensdauer von
diesem zu verbessern, ohne eine wesentliche Erhöhung einer Größe
einer Antriebsanordnung und eines Stromverbrauchs der Antriebsanordnung
zu verursachen.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist ein Injektor vorgesehen, der eine Nadel,
einen Einspritzfluidzuführdurchgang, eine Antriebsanordnung, einen Arbeitsfluidzuführdurchgang,
ein Trennbauteil und ein Kolbenbauteil aufweist. Die Nadel ist axial
wechselseitig gestützt, um ein Einspritzloch zu öffnen
oder zu schließen, um eine Einspritzung eines Einspritzfluids
durch das Einspritzloch zu ermöglichen oder zu verhindern.
Der Einspritzfluidzuführdurchgang leitet das Einspritzfluid
zu dem Einspritzloch. Die Antriebsanordnung ist durch Anschaltung
oder Abschaltung der Antriebsanordnung verschiebbar und ist auf
einer axialen Seite einer Verschiebungsverstärkungskammer
platziert, die entgegengesetzt zu der Nadel ist. Die Antriebsanordnung überträgt
eine Verschiebung der Antriebsanordnung an die Nadel durch ein Arbeitsfluid,
das in die Verschiebungsverstärkungskammer gefüllt
ist und das von dem Einspritzfluid verschieden ist, um die Nadel
anzutreiben. Das Arbeitsfluid, das in die Verschiebungsverstärkungskammer zugeführt
werden soll, ist in dem Arbeitsfluidzuführdurchgang abgedichtet.
Ein Trennbauteil trennt bzw. unterteilt zwischen dem Einspritzfluidzuführdurchgang
und dem Arbeitsfluidzuführdurchgang, um ein Mischen bzw.
Vermengen zwischen dem Einspritzfluid und dem Arbeitsfluid zu begrenzen.
Ein Kolbenbauteil hat eine Einspritzfluiddruckaufnahmefläche und
eine Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche. Die Einspritzfluiddruckaufnahmefläche
nimmt einen Druck des Einspritzfluids von dem Einspritzfluidzuführdurchgang
auf. Die Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche nimmt einen Druck
des Arbeitsfluids von dem Arbeitsfluidzuführdurchgang auf.
Das Kolbenbauteil ist durch einen Druckunterschied zwischen dem
Druck des Einspritzfluids und dem Druck des Arbeitsfluids verschiebbar,
um den Druckunterschied zwischen dem Einspritzfluid und dem Arbeitsfluid
einzustellen bzw. zu regulieren.
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Der
Injektor kann ferner ein Gehäuse aufweisen, das darin den
Einspritzfluidzuführdurchgang und den Arbeitsfluidzuführdurchgang
definiert und darin die Nadel axial hin- und hergehend aufnimmt. Das
Trennbauteil und die Antriebsanordnung können in einem
axial endseitigen Abschnitt des Gehäuses vorgesehen sein,
der sich auf einer axialen Seite der Nadel entgegengesetzt zu dem
Einspritzloch befindet. Das Kolbenbauteil kann in einer röhrenförmigen Aufnahmekammer
aufgenommen sein, die einstückig mit dem Gehäuse
vorgesehen ist. Die Einspritzfluiddruckaufnahmefläche des
Kolbenbauteils kann auf einer axialen Seite des Kolbenbauteils platziert sein,
auf der sich der Einspritzfluidzuführdurchgang befindet.
Die Einspritzfluiddruckaufnahmefläche des Kolbenbauteils
kann eine Einspritzfluidkammer zwischen der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche
und dem Gehäuse definieren, um das Einspritzfluid von dem
Einspritzfluidzuführdurchgang aufzunehmen. Die Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche
des Kolbenbauteils kann auf der anderen axialen Seite des Kolbenbauteils
platziert sein, auf der sich der Arbeitsfluidzuführdurchgang
befindet. Die Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche des Kolbenbauteils
kann eine Arbeitsfluidkammer zwischen der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche
und dem Gehäuse definieren, um das Arbeitsfluid von dem
Arbeitsfluidzuführdurchgang aufzunehmen. Das Kolbenbauteil
kann in der Aufnahmekammer durch eine Druckdifferenz zwischen dem
Druck des Einspritzfluids der Einspritzfluidkammer und dem Druck
des Arbeitsfluids der Arbeitsfluidkammer verschiebbar sein.
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Die
Erfindung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen
und Vorteilen von dieser wird aus der folgenden Beschreibung, den
angefügten Ansprüchen und den beigefügten
Zeichnungen am Besten verstanden werden, in denen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht eines Injektors gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
schematisches Diagramm ist, das ein Kraftstoffeinspritzsystem mit
dem Injektor gemäß der ersten Ausführungsform
zeigt;
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3 eine
vergrößerte Teillängsschnittsansicht
des Injektors um einen Distanzstück herum ist, das in 1 gezeigt
ist;
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4 eine
weitere vergrößerte Teillängsschnittsansicht
des Injektors um eine Membran herum ist, die in 1 gezeigt
ist;
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5 eine
weitere vergrößerte Teillängsschnittsansicht
des Injektors um eine Druckeinstellanordnung bzw. Druckanpassungsanordnung
herum ist, die in 1 gezeigt ist; und
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6 eine
Teillängsschnittsansicht eines Injektors gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
die einen Abschnitt des Injektors ähnlich zu der von 4 zeigt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die angefügten
Zeichnungen beschrieben werden. In den folgenden Ausführungsformen
werden ähnliche Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet werden und werden aus Gründen der Einfachkeit
nicht redundant beschrieben werden.
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(Erste Ausführungsform)
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2 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzsystem 100 mit einem Injektor 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der
folgenden Beschreibung werden ein oberes Ende und ein unteres Ende
des Injektors 10, der in den jeweiligen Zeichnungen gezeigt
ist, als ein proximales Ende bzw. ein distales Ende des Injektors 10 für
den Anschauungszweck bezeichnet. Mit Bezug auf 2 weist
das Kraftstoffeinspritzsystem 100 den Injektor 10,
einen Hochdruckkraftstoffzylinder (auch als eine „Fuel
Bomb” oder ein Hochdruckkraftstofftank bezeichnet) 11,
einen Ausgleichstank 12, eine Rohrleitung 13 und
eine Absperrventilvorrichtung 14 auf. Der Kraftstoffzylinder 11 speichert
Kraftstoff (zum Beispiel Wasserstoff, komprimiertes Erdgas (CNG))
in einem gasförmigen Zustand als ein Einspritzfluid (d. h.
das Fluid, das in eine Brennkammer von dem Injektor 10 aus
eingespritzt wird). Die Rohrleitung 13 stellt eine Verbindung
zwischen dem Kraftstoffzylinder 11 und dem Injektor 10 her.
Der Ausgleichstank 12 ist in die Rohrleitung 13 eingefügt.
Der Ausgleichstank 12 empfängt das Einspritzfluid
von dem Kraftstoffzylinder 11 und speichert das aufgenommene Einspritzfluid
bei einem niedrigen Druck, welcher niedriger als der Druck des Einspritzventils
ist, das in dem Kraftstoffzylinder 11 gespeichert ist.
Der Ausgleichstank 12, der ein relativ großes
Volumen hat, ist in die Rohrleitung 13 eingesetzt, um Druckschwankungen
des Einspritzfluids, das zu dem Injektor 10 zugeführt
wird, zu verringern. Die Absperrventilvorrichtung 14 ist
in der Rohrleitung 13 an einer Stelle zwischen dem Ausgleichstank 12 und
dem Kraftstoffzylinder 11 vorgesehen. Die Absperrventilvorrichtung 14 hat
einen Absperrventildurchgang 16 und ein Absperrventil 15.
Das Absperrventil 15 wird geöffnet, wenn der Druck
des Ausgleichstanks 12 übermäßig erhöht
ist. Dadurch, wenn der Druck des Ausgleichstanks 12 übermäßig
groß wird, wird das Einspritzfluid von dem Ausgleichstank 12 zu
dem Kraftstoffzylinder 11 zurückgeführt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat der Injektor 10 ein
Gehäuse 20, eine Nadel 30, eine Antriebsanordnung 40,
eine Antriebskraftübertragungsanordnung 50, eine
Membran (die als ein Trennbauteil dient) 60 und eine Druckeinstellanordnung
bzw. Druckanpassungsanordnung 70. Das Gehäuse 20 hat
einen Körper 21, ein Distanzstück 22,
ein Rohr 23 und einen Düsenkörper 24.
Der Körper 21 ist in einem rohrförmigen
Körper gestaltet und hat ein Aufnahmeloch 211,
das entlang einer Mittelachse des Körpers 21 platziert
ist und die Antriebsanordnung 40 und die Antriebskraftübertragungsanordnung 50 aufnimmt. Das
Aufnahmeloch 211 erstreckt sich axial durch den Körper 21.
Der Körper 21 hat eine Kraftstoffzuführanordnung 25 an
einer Stelle radial auswärts von dem Aufnahmeloch 211.
Die Kraftstoffzuführanordnung 25 nimmt das Einspritzfluid
durch die Rohrleitung 13 auf. Der Körper 21 hat
die Druckanpassungsanordnung 70 an einer radialen Seite
des Aufnahmelochs 211, welche entgegengesetzt zu der Kraftstoffzuführanordnung 25 ist.
Der Körper 21 hat ein Einspritzfluidloch 212 und
ein Einspritzfluidloch 213, welche radial auswärts
von dem Aufnahmeloch 211 platziert sind. Das Einspritzfluidloch 212 erstreckt
sich radial durch den Körper 21 und ein proximaler
Endabschnitt des Einspritzfluidlochs 212 steht mit der
Kraftstoffzuführanordnung 25 in Verbindung. Das
Einspritzfluidloch 213 erstreckt sich axial durch den Körper 21 und ein
proximaler Endabschnitt des Einspritzfluidlochs 213 steht
mit der Druckanpassungsanordnung 70 in Verbindung.
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Ein
distaler Endabschnitt des Körpers 21, der axial
entgegengesetzt zu der Kraftstoffzuführanordnung 25 und
der Druckanpassungsanordnung bzw. Druckeinstellanordnung 70 ist,
berührt das Distanzstück 22. Ein proximaler
Endabschnitt des Distanzstücks 22 berührt
den Körper 21 und ein distaler Endabschnitt des
Distanzstücks 22 berührt die Membran 60.
Ein proximaler Endabschnitt der Membran 60 berührt
das Distanzstück 22 und ein distaler Endabschnitt
der Membran 60 berührt die Leitung bzw. das Leitungsrohr 23.
Das heißt, das Distanzstück 22 und die
Membran 60 werden zwischen dem Körper 21 und
der Leitung 23 gehalten. Ein distaler Endabschnitt der
Leitung 23, der entgegengesetzt zu dem Distanzstück 22 ist,
hält den Düsenkörper 24. Der
Düsenkörper 24 ist an dem distalen Endabschnitt der
Leitung 23 befestigt. Das Distanzstück 22,
die Membran 60 und der Düsenkörper 24,
der an der Leitung 23 befestigt ist, sind durch eine Haltemutter 26 an
dem Körper 21 befestigt. Auf diese Art bilden
der Körper 21, das Distanzstück 22,
die Leitung 23 und der Düsenkörper 24 das
Gehäuse 20, das einstückig ist und die
Membran 60 aufweist.
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Wie
in 3 gezeigt ist, hat das Distanzstück 22 ein
Loch 221, das sich radial durch den Distanzring 22 entlang
der Mittelachse des Distanzstücks 22 erstreckt.
Das Loch 221 steht mit dem Aufnahmeloch 211 des
Körpers 21 in Verbindung. Des Weiteren hat das
Distanzstück 22 ein Fluidloch 222 und
ein Fluidloch 223, welche radial auswärts des Lochs 221 platziert
sind und sich axial durch das Distanzstück 22 erstrecken.
Das Fluidloch 222 steht mit einem distalen Endabschnitt
des Einspritzfluidlochs 212 des Körpers 21 in
Verbindung, welches entgegengesetzt zu der Kraftstoffzuführanordnung 25 ist. Das
Fluidloch 223 steht mit einem distalen Endabschnitt des
Einspritzfluidlochs 213 des Körpers 21 in
Verbindung, der entgegengesetzt zu der Druckanpassungsanordnung 70 ist.
Die Leitung bzw. das Rohr 23 hat ein Loch 231 mit
kleinem Durchmesser und ein Loch 232 mit großem
Durchmesser, welche sich axial durch das Rohr 23 entlang
der Mittelachse des Rohrs 23 erstrecken. Das Loch 231 mit kleinem
Durchmesser und das Loch 232 mit großem Durchmesser
sind koaxial zueinander. Das Loch 231 mit kleinem Durchmesser
steht mit einem proximalen Endabschnitt des Lochs 232 mit
großem Durchmesser in Verbindung, der auf der Seite ist,
wo sich das Distanzstück 22 befindet. Das Rohr 23 hat
ein Fluidloch 233 und ein Fluidloch 234, welche
radial auswärts des Lochs 231 mit kleinem Durchmesser
platziert sind. Ein proximaler Endabschnitt des Fluidlochs 233 steht
mit dem Fluidloch 222 des Distanzstücks 22 in
Verbindung und ein distaler Endabschnitt des Fluidlochs 233 steht
mit einem Inneren des Lochs 232 mit großem Durchmesser
in Verbindung. Des Weiteren steht ein proximaler Endabschnitt des Fluidlochs 234 mit
dem Fluidloch 223 des Distanzstücks 22 in
Verbindung und ein distaler Endabschnitt des Fluidlochs 234 steht
mit dem Inneren des Lochs 232 mit großem Durchmesser
in Verbindung.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat der Düsenkörper 24 ein
Nadelloch 241, das sich durch den Düsenkörper 24 entlang
einer Mittelachse des Düsenkörpers 24 erstreckt.
Ein Innendurchmesser des Nadellochs 241 ist geringfügig
größer als ein Außendurchmesser der Nadel 30.
Dadurch ist ein Einspritzfluiddurchgang 27 zwischen einer
Innenumfangswand des Düsenkörpers 24,
die das Nadelloch 241 ausbildet, und einer Außenumfangswand
der Nadel 30 ausgebildet. Ein proximaler Endabschnitt des
Einspritzfluiddurchgangs 27, der auf der Seite ist, wo
sich das Rohr 23 befindet, steht mit dem Loch 232 mit
großem Durchmesser des Rohrs 23 in Verbindung.
Der Düsenkörper 24 hat ein Einspritzloch 28 zum
Einspritzen von Kraftstoff an einem distalen Endabschnitt von diesem,
d. h. an einem Öffnungsendabschnitt des Nadellochs 241.
Des Weiteren hat der Düsenkörper 24 einen Sitzabschnitt 29,
der an einer Außenwand eines distalen Endabschnitts des
Düsenkörpers 24 an einer Stelle vorgesehen
ist, die radial auswärts von dem Einspritzloch 28 ist.
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Ein
Großteil der Nadel 30 ist in einem zylindrischen
Körper gestaltet und ein Dichtabschnitt 31 ist an
einem distalen Endabschnitt der Nadel 30 vorgesehen, der
axial entgegengesetzt zu dem Körper 21 ist. Wenn
der Dichtabschnitt 31 der Nadel 30 mit dem Sitzabschnitt 29 des
Düsenkörpers 24 in Eingriff steht, d.
h. wenn der Dichtabschnitt 31 der Nadel 30 gegen
den Sitzabschnitt 29 gesetzt ist, ist das Einspritzloch 28 an
dem distalen Endabschnitt des Düsenkörpers 24 geschlossen,
um die Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzloch 28 zu
sperren. Im Gegensatz dazu, wenn der Dichtabschnitt 31 der
Nadel 30 von dem Sitzabschnitt 29 des Düsenkörpers 24 außer
Eingriff gebracht ist, d. h. wenn der Dichtabschnitt 31 der
Nadel 30 von dem Sitzabschnitt 29 abgehoben ist,
ist das Einspritzloch 28 an dem distalen Endabschnitt des
Düsenkörpers 24 geöffnet, um
die Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzloch 28 zu ermöglichen.
Wie in 3 gezeigt ist, hat die Nadel 30 einen
Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser an einem proximalen
Endabschnitt der Nadel 30, der entgegengesetzt zu dem Dichtabschnitt 31 ist.
Der Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser ist in dem Loch 221 des
Distanzstücks 22 platziert. Eine Kappe 33 ist
an dem Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser installiert.
Die Kappe 33 ist an dem Abschnitt 32 mit kleinem
Durchmesser presspassend und ist an der Nadel 30 zum Beispiel
durch eine Schweißung befestigt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist eine Einspritzfluidkammer 34 zwischen
der Nadel 30 und dem Loch 232 mit großem
Durchmesser des Rohrs 23 ausgebildet. Die Einspritzfluidkammer 34 ist
durch die Außenwand der Nadel 30, die Innenwand
des Rohrs 23 (die Innenwand der Leitung bzw. des Rohrs 23,
das das Loch 232 mit großem Durchmesser ausbildet) und
einer Endfläche 242 des Düsenkörpers 24 auf der
Seite eines Körpers 21 festgelegt, der durch das Rohr 23 gehalten
ist. Ein proximaler Endabschnitt der Einspritzfluidkammer 34,
die auf der Seite ist, wo sich der Körper 21 befindet,
steht mit dem Fluidloch 233 und dem Fluidloch 234 in
Verbindung. Ein distaler Endabschnitt der Einspritzfluidkammer 34,
die entgegengesetzt zu dem Fluidloch 233 und dem Fluidloch 234 ist,
steht mit dem Einspritzfluiddurchgang 127 in Verbindung,
der zwischen dem Düsenkörper 24 und der
Nadel 30 ausgebildet ist. Ein elastisches Bauteil 35 ist
in der Einspritzfluidkammer 34 aufgenommen. In dem Fall
der vorliegenden Ausführungsform ist das elastische Bauteil 35 eine
Feder mit einem rechwinkligen Querschnitt (d. h. die Feder, die
aus einem spiralförmig gewundenen Federdraht mit einem
rechtwinkligen Querschnitt hergestellt ist). Ein distaler Endabschnitt
des elastischen Bauteils 35 berührt die Endfläche 242 des
Düsenkörpers 24, der auf der Seite ist,
auf der sich der Körper 21 befindet. Ein proximaler
Endabschnitt des elastischen Bauteils 35 ist fest mit der
Nadel 30 in Eingriff. Das elastische Bauteil 35 übt
eine Drängkraft in einer Ausdehnungsrichtung des elastischen
Bauteils 35 aus. Auf diese Art übt das elastische
Bauteil 35 immer die Drängkraft auf die Nadel 30 in
eine Ventil schließende Richtung der Nadel 30 aus,
d. h. in eine Sitzrichtung des Dichtabschnitts 31 gegen
den Sitzabschnitt 29 des Düsenkörpers 24.
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Die
Antriebsanordnung 40 hat eine piezoelektrische Vorrichtung
(piezoelektrischer Aktuator) 41, der eine Vielzahl von
piezoelektrischen Scheiben oder Platten hat, die eine nach der anderen
gestapelt sind, um einen piezoelektrischen Stapel auszubilden. Die
piezoelektrische Vorrichtung 41 ist durch leitfähige
Leitungen 42 und Anschlüsse 43 mit einer
externen elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden. Die piezoelektrische
Vorrichtung 41 wird verschoben, d. h. wird ausgedehnt und
zusammengezogen durch ein Laden und Entladen von elektrischem Strom
von der ECU zu der piezoelektrischen Vorrichtung 41. Die Anschlüsse 43 der
Antriebsvorrichtung 40 sind an einem proximalen Endabschnitt
des Körpers 21 vorgesehen, der entgegengesetzt
zu dem Einspritzloch 28 ist. Die Antriebskraftübertragungsanordnung 50 hat einen
ersten Kolben 51 und einen zweiten Kolben 52. Ein
proximaler Endabschnitt des ersten Kolbens 51, der entgegengesetzt
zu dem Kraftstoffeinspritzloch 28 ist, ist mit der piezoelektrischen
Vorrichtung 41 der Antriebsanordnung 40 verbunden.
Auf diese Art und Weise wird der erste Kolben 51 durch
das Ausdehnen und Zusammenziehen der piezoelektrischen Vorrichtung 41 in
der axialen Richtung wechselseitig angetrieben. Ein proximaler Endabschnitt
des zweiten Kolbens 52, der auf der Seite ist, an der sich
der erste Kolben 51 befindet, ist zu dem ersten Kolben 51 axial
entgegengesetzt, in solch einer Art und Weise, dass ein Spalt zwischen
dem proximalen Endabschnitt des zweiten Kolbens 52 und
dem distalen Endabschnitt des ersten Kolbens 51 ausgebildet
ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist ein distaler
Endabschnitt des zweiten Kolbens 52, der entgegengesetzt
zu dem ersten Kolben 51 ist, durch die Kappe 33 mit
der Nadel 30 in Eingriff.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind der erste Kolben 51 und
der zweite Kolben 52, welche die Antriebskraftübertragungsanordnung 50 bilden,
gleitbar in einem zylindrischen Führungsbauteil 53 aufgenommen.
Das Führungsbauteil 53 ist in dem Aufnahmeloch 211 des
Körpers 21 durch zum Beispiel eine Presspassung
befestigt. Das Führungsbauteil 53 und der Körper 21 bilden
das Gehäuse 20. Wie vorangehend diskutiert ist,
sind der erste Kolben 51 und der zweite Kolben 52 axial
entgegengesetzt zueinander und ein vorbestimmter Spalt liegt zwischen
dem ersten Kolben 51 und dem zweiten Kolben 52.
Der Spalt zwischen dem ersten Kolben 51 und dem zweiten Kolben 52,
die in dem Führungsbauteil 53 aufgenommen sind,
d. h. der Raum, der durch das Führungsbauteil 53,
den ersten Kolben 51 und den zweiten Kolben 52 festgelegt
ist, ist eine Verschiebungsverstärkungskammer 54.
Ein Arbeitsfluid ist in einem Raum abgedichtet, der zwischen dem
Körper 21 und der Antriebsanordnung 40 festgelegt
ist, die in dem Aufnahmeloch 211 aufgenommen ist, und ist
außerdem zwischen dem Körper 21 und der
Antriebskraftübertragungsanordnung 50 festgelegt,
die in dem Aufnahmeloch 211 aufgenommen ist. Das Arbeitsfluid
ist ein Fluid (z. B. Silikonöl), das von dem Einspritzfluid
verschieden ist. Das Arbeitsfluid schmiert zwischen dem Körper 21 und
der Antriebsanordnung 40 und außerdem zwischen
dem Körper 21 und der Antriebskraftübertragungsanordnung 50 und
wird in die Verschiebungsverstärkungskammer 54 geleitet.
Das Arbeitsfluid wird in die Verschiebungsverstärkungskammer 54 zugeführt,
nachdem es durch die Gleitabschnitte zwischen dem Führungsbauteil 53 und
dem ersten Kolben 51 als auch durch die Gleitabschnitte zwischen
dem Führungsbauteil 53 und dem zweiten Kolben 52 hindurchgetreten
ist. Auf diese Art wird die Antriebskraft des ersten Kolbens 51,
der durch die Antriebsanordnung 40 angetrieben wird, durch
das Arbeitsfluid, das in der Verschiebungsverstärkungskammer 54 gespeichert
ist, auf den zweiten Kolben 52 übertragen.
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Ein
Querschnittsbereich des zweiten Kolbens 52 ist kleiner
als ein Querschnittsbereich des ersten Kolbens 51. Die
Verschiebung des ersten Kolbens 51 wird durch das Arbeitsfluid
in der Verschiebungsverstärkungskammer 54 auf den
zweiten Kolben 52 übertragen, so dass die Verschiebung
des zweiten Kolbens 52 größer als jene
des ersten Kolbens 51 wird. Deshalb wird der Betrag einer
Verschiebung des zweiten Kolbens 52 relativ zu dem Betrag
einer Ausdehnung der Antriebsanordnung 40, d. h. der Betrag
einer Verschiebung der Nadel 30, die durch den zweiten
Kolben 52 gedrückt wird, verstärkt. Des
Weiteren, wie in 3 gezeigt ist, ist ein Innendurchmesser
des Distanzstücks 22, das das Loch 221 ausbildet,
geringfügig größer als ein Außendurchmesser
der Kappe 33. Deshalb strömt das Arbeitsfluid
von dem Aufnahmeloch 211 des Körpers 21 in
das Innere des Lochs 221 des Distanzstücks 22.
Ein elastisches Bauteil (wie z. B. eine Schraubenfeder) 55 ist
zwischen dem zweiten Kolben 52 und dem Führungsbauteil 53 vorgesehen.
Das elastische Bauteil 55 übt eine Drängkraft
in einer Ausdehnungsrichtung des elastischen Bauteils 55 aus.
Auf diese Art wird der zweite Kolben 52 in eine Richtung
weg von dem Führungsbauteil 55 gedrängt,
d. h. in die Richtung zu der Nadel 30 hin.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist die Membran 60 zwischen
das Distanzstück 22 und das Rohr 23 geklemmt.
Die Membran 60 hat ein Loch 61, das sich entlang
einer Mittelachse der Membran 60 erstreckt. Der Abschnitt 32 mit
kleinem Durchmesser der Nadel 30 erstreckt sich durch das
Loch 61 der Membran 60. Die Membran 60 hat
ferner ein Fluidloch 62 und ein Fluidloch 63,
welche radial auswärts von dem Loch 61 platziert
sind. Das Fluidloch 62 steht mit dem Fluidloch 222 des
Distanzstücks 22 und dem Fluidloch 233 des
Rohrs 23 in Verbindung. Des Weiteren verbindet das Fluidloch 63 das
Fluidloch 223 des Distanzstücks 22 mit
dem Fluidloch 234 des Rohrs 23.
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Wie
in 1 und 5 gezeigt ist, hat die Druckanpassungsanordnung 70 ein
Kolbenbauteil 71. Das Kolbenbauteil 71 ist axial
hin- und hergehend in einer Aufnahmekammer 72 des Körpers 21 aufgenommen.
Ein Endabschnitt der Aufnahmekammer 72 ist durch einen
Zapfen 73 abgedichtet. Wenn das Kolbenbauteil 71 in
der Aufnahmekammer 72 aufgenommen ist, sind eine Einspritzfluidkammer 74 und eine
Arbeitsfluidkammer 75 zwischen dem Körper 21,
der die Aufnahmekammer 72 ausbildet, und dem Kolbenbauteil 71 festgelegt.
Die Einspritzfluidkammer 74 steht durch ein Einspritzfluidloch 76,
das sich durch den Körper 21 erstreckt, mit dem
Einspritzfluidloch 213 in Verbindung. Auf diese Art ist
das Einspritzfluid in die Einspritzfluidkammer 74 geführt.
Die Arbeitsfluidkammer 75 steht durch ein Arbeitsfluidloch 77,
das sich durch den Körper 21 erstreckt, mit dem
Aufnahmeloch 211 in Verbindung. Auf diese Art wird das
Arbeitsfluid in die Arbeitsfluidkammer 75 geleitet. Wie
in 5 gezeigt ist, ist eine Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 78 in
einem distalen Endabschnitt des Kolbenbauteils 71 ausgebildet,
der auf der Seite ist, auf der sich die Einspritzfluidkammer 74 befindet.
Des Weiteren ist eine Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 79 in
einem proximalen Endabschnitt des Kolbenbauteils 71 ausgebildet,
der auf der Seite ist, auf der sich die Arbeitsfluidkammer 75 befindet.
In der ersten Ausführungsform ist der Flächenbereich
der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 78 im Allgemeinen
der gleiche wie der Flächenbereich der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 79.
Ein Dichtbauteil 81 ist zwischen dem Körper 21,
der die Aufnahmekammer 72 bildet, und dem Kolbenbauteil 71 vorgesehen,
um zwischen der Einspritzfluidkammer 74 und der Arbeitsfluidkammer 75 fluiddicht
abzudichten. Auf diese Art wird die Strömung des Fluids zwischen
der Einspritzfluidkammer 74 und der Arbeitsfluidkammer 75 unterbrochen,
während die Gleitbewegung des Kolbenbauteils 71 gestattet
ist. Ein elastisches Bauteil (z. B. eine Schraubenfeder) 82 ist
in der Einspritzfluidkammer 74 aufgenommen. Des Weiteren
ist ein elastisches Bauteil (z. B. eine Schraubenfeder) 83 in
der Arbeitsfluidkammer 75 aufgenommen. Das elastische Bauteil 82 und
das elastische Bauteil 83 platzieren das Kolbenbauteil 71 in
einem Zwischenabschnitt in der Aufnahmekammer 72, welcher
die Initialposition bzw. Anfangsposition ist, wenn das Einspritzfluid
und das Arbeitsfluid nicht auf das Kolbenbauteil 71 aufgebracht
sind.
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Die
Einspritzfluidlöcher 76, 212, 213 des
Körpers 21, die Fluidlöcher 222, 223 des
Distanzstücks 22, die Fluidlöcher 62, 63 der
Membran 60, das Loch 231 mit kleinem Durchmesser,
das Loch 232 mit großem Durchmesser, die Fluidlöcher 233, 234 und
die Einspritzfluidkammer 34 des Rohrs 23 und der
Einspritzfluiddurchgang 27 des Düsenkörpers 24,
welche zwischen der Kraftstoffzuführanordnung 25 und dem
Einspritzloch 28 vorgesehen sind, dienen kollektiv als
ein Einspritzfluidzuführdurchgang der vorliegenden Erfindung.
Das Aufnahmeloch 211 und das Arbeitsfluidloch 77 des
Körpers 21 und das Loch 221 des Distanzstücks 22,
die mit der Verschiebungsverstärkungskammer 54 in
Verbindung stehen, dienen kollektiv als ein Arbeitsfluidzuführdurchgang
der vorliegenden Erfindung. Das Arbeitsfluid ist in dem Aufnahmeloch 211,
dem Arbeitsfluidloch 77 und dem Loch 221, welche
den Arbeitsfluidzuführdurchgang ausbilden, der durch den
Zapfen 73 abgedichtet ist, abgedichtet.
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Die
Membran 60 ist zwischen das Distanzstück 22 und
das Rohr 23 geklemmt, um zwischen dem Loch 212 des
Distanzstücks 22 und dem Loch 231 mit
kleinem Durchmesser des Rohrs 23 abzutrennen. Das heißt
die Membran 60 unterteilt zwischen dem Loch 231 mit
kleinem Durchmesser des Rohrs 23, das den Einspritzfluidzuführdurchgang ausbildet,
und dem Loch 221 des Distanzstücks 22, das
den Arbeitsfluidzuführdurchgang ausbildet. Wie in 4 gezeigt
ist, ist eine Arbeitsfluidkammer 91 zwischen dem Distanzstück 22 und
der Membran 60 festgelegt und empfängt das Arbeitsfluid
von dem Loch 221 des Distanzstücks 22.
Eine Einspritzfluidkammer 92 ist zwischen dem Rohr 23 und
der Membran 60 ausgebildet, um das Einspritzfluid von dem Loch 231 mit
kleinem Durchmesser des Rohrs 23 zu empfangen. Dadurch
empfängt die Membran 60 die Kraft von dem Einspritzfluid
in der Einspritzfluidkammer 92 und die Kraft von dem Arbeitsfluid
in der Arbeitsfluidkammer 91. Ein Flächenbereich
der Membran 60, der zu der Einspritzfluidkammer 92 hin
freiliegt, ist im Allgemeinen der gleiche wie ein Flächenbereich
der Membran 60, der zu der Arbeitsfluidkammer 91,
hin freiliegt. Ein Füllkörper 93, der
ausdehnbar und zusammenziehbar ist, ist zwischen der Kappe 33 und
der Membran 60 an einer Stelle vorgesehen, die radial auswärts
von dem Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser der Nadel 30 ist.
Ein proximaler Endabschnitt des Füllkörpers 93 steht
in engem Kontakt mit einem distalen Endabschnitt (einem unteren
Endabschnitt in 3) der Kappe 33, der
auf der Seite ist, an der sich das Einspritzloch 28 befindet.
Des Weiteren steht ein distaler Endabschnitt des Füllkörpers 93 in
engem Kontakt mit einem proximalen Endabschnitt (einem oberen Endabschnitt
in 3) der Membran 60, der auf der Seite
ist, an der sich die Kappe 33 befindet. Zusätzlich
steht eine Innenumfangswand des Füllkörpers 93 in
engem Kontakt mit dem Abschnitt 32 mit kleinem Durchmesser der
Nadel 30. Mit dieser Konstruktion bzw. Aufbau ist es möglich,
ein Mischen zwischen dem Einspritzfluid des Lochs 231 mit
kleinem Durchmesser des Rohrs 23 und dem Arbeitsfluid des
Lochs 221 des Distanzstücks 22 zu begrenzen.
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Als
nächstes wird der Betrieb der Druckanpassungsanordnung 70 als
auch die Art eines Reduzierens einer Deformation der Membran 60 durch den
Betrieb der Druckanpassungsanordnung 70 beschrieben werden.
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Wie
vorangehend diskutiert ist, ist das Kolbenbauteil 71 der
Druckanpassungsanordnung 70 zwischen der Einspritzfluidkammer 74,
die mit dem Einspritzfluidzuführdurchgang in Verbindung
steht, und der Arbeitsfluidkammer 75 vorgesehen, die mit dem
Arbeitsfluidzuführdurchgang in Verbindung steht. Das Kolbenbauteil 71 kann
sich in dem Inneren des Körpers 21, das die Aufnahmekammer 22 ausbildet,
axial hin und her bewegen. Deshalb, wenn sich der Druck des Einspritzfluids
in der Einspritzfluidkammer 74 oder der Druck des Arbeitsfluids
in der Arbeitsfluidkammer 75 ändert, bewegt sich
das Kolbenbauteil 71 in der Aufnahmekammer 72.
Der Druck des Einspritzfluids in der Einspritzfluidkammer 74 und
der Druck des Arbeitsfluids in der Arbeitsfluidkammer 75 sind
durch diese Bewegung des Kolbenbauteils 71 ausbalanciert.
Zum Beispiel, wenn der Druck des Einspritzfluids verringert ist,
aufgrund von zum Beispiel einer Verknappung des Einspritzfluids, wie
zum Beispiel der Kraftstoff, empfängt das Kolbenbauteil 71 die
Kraft, die das Kolbenbauteil 71 in Richtung der Einspritzfluidkammer 74 antreibt.
Ein Flächenbereich der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 78 des
Kolbenbauteils 71, der zu der Einspritzfluidkammer 74 hin
freiliegt, ist im Allgemeinen der gleiche wie ein Flächenbereich
der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 79 des Kolbenbauteils 71,
der zu der Arbeitsfluidkammer 75 hin freiliegt. Deshalb,
wenn der Druck des Einspritzfluids in der Einspritzfluidkammer 74 verringert
ist, wird die Kraft, die auf das Kolbenbauteil 71 von dem
Arbeitsfluid in der Arbeitsfluidkammer 75 aufgebracht ist,
größer als die Kraft, die von dem Einspritzfluid
in der Einspritzfluidkammer 74 auf das Kolbenbauteil 71 aufgebracht
ist. Auf diese Art wird das Kolbenbauteil 71 zu der Einspritzfluidkammer 74 hin
bewegt, und dadurch wird das Volumen der Einspritzfluidkammer 74 verringert.
Wenn das Volumen der Einspritzfluidkammer 74 verringert ist,
ist der Druck des Arbeitsfluids, das in dem geschlossen Arbeitsfluidzuführdurchgang
abgedichtet ist, verringert. Deshalb wird der Druck des Einspritzfluids
in dem Einspritzfluidzuführdurchgang, der mit der Einspritzfluidkammer 74 verbunden
ist, im Wesentlichen als der gleiche wie der Druck des Arbeitsfluids
in dem Arbeitsfluidzuführdurchgang, der mit der Arbeitsfluidkammer 75 verbunden
ist, beibehalten.
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Wie
vorangehend diskutiert ist, sind der Druck des Einspritzfluids und
der Druck des Arbeitsfluids durch ein Bewegen, d. h. durch ein Verschieben
des Kolbenbauteils 71 der Druckanpassungsanordnung 70 ausbalanciert
bzw. ausgeglichen. Deshalb ist an der Membran 60, die zwischen
das Rohr 23, das die Einspritzfluidkammer 92 bildet,
und das Distanzstück 22, das die Arbeitsfluidkammer 91 bildet,
geklemmt ist, die Kraft, die auf die Membran 60 von dem
Einspritzfluid in der Einspritzfluidkammer 92 aufgebracht
ist, im Allgemeinen mit der Kraft ausgeglichen, die von dem Arbeitsfluid
in der Arbeitsfluidkammer 91 auf die Membran 60 aufgebracht
ist. Auf diese Art ist es möglich, die Deformation der
Membran 60 zu dem Distanzstück 22 hin
oder zu dem Rohr 23 hin zu verringern oder zu begrenzen,
was durch den Druckunterschied bzw. die Druckdifferenz zwischen
dem Einspritzfluid und dem Arbeitsfluid verursacht werden würde.
Des Weiteren ist die Änderung in dem Druck des Einspritzfluids
oder die Änderung in dem Druck des Arbeitsfluids durch
die Bewegung des Kolbenbauteils 71 der Druckeinstellanordnung
bzw. Druckanpassungsanordnung 70 verringert oder begrenzt.
Deshalb, selbst wenn die Änderung in dem Druck des Einspritzfluids
aufgrund von zum Beispiel der Druckpulsation auftritt, kann solch
eine Änderung absorbiert oder durch die Bewegung des Kolbenbauteils 71 kompensiert
werden. Deshalb sind die Vibrationen bzw. Schwingungen der Membran 60,
die durch die Änderungen in dem Druck des Einspritzfluids
verursacht sind, verringert oder begrenzt. Wenn die Deformation
und die Schwingung der Membran 60 in der vorangehend beschriebenen
Art und Weise verringert sind, ist es nicht länger erforderlich,
die Plattendicke der Membran 60 zu erhöhen, was
zum Erreichen der ausreichenden Festigkeit und Haltbarkeit der Membran 60 erforderlich
sein würde. Deshalb kann die erforderliche Antriebskraft
der Antriebsanordnung 40, die erforderlich ist, um die
Membran 60 zusammen mit der Nadel 30 anzutreiben,
verringert werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die
Erhöhung in der Größe der Antriebsanordnung 40 und die
Erhöhung des elektrischen Verbrauchs der Antriebsanordnung 40 zu
begrenzen.
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Als
nächstes wird der Betrieb des Injektors 10 mit
dem vorangehend beschriebenen Aufbau beschrieben werden.
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Wenn
die elektrische Leistung bzw. Strom nicht zu der Antriebsanordnung 40 zugeführt
wird, wird die Gesamtlänge der piezoelektrischen Vorrichtung 41 der
Antriebsanordnung 40 minimal. Deshalb empfängt
der erste Kolben 51 nicht die Kraft von der piezoelektrischen
Vorrichtung 41. Dadurch wird die Kraft der piezoelektrischen
Vorrichtung 41 der Antriebsanordnung 40 durch
die Verschiebungsverstärkungskammer 54 nicht auf
den zweiten Kolben 52, der entgegengesetzt zu dem ersten
Kolben 51 ist, und außerdem nicht auf die Nadel 30,
die mit dem zweiten Kolben 52 in Eingriff steht, aufgebracht.
Folglich wird die Nadel 30 durch die drängende
Kraft des elastischen Bauteils 35 zu dem zweiten Kolben 52 aufwärts
gedrängt und dadurch wird der Dichtabschnitt 31 gegen
den Sitzabschnitt 29 gesetzt. Dementsprechend, wenn die
Antriebsanordnung 40 nicht mit Energie beaufschlagt ist,
wird das Einspritzfluid nicht durch das Einspritzloch 28 eingespritzt.
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Wenn
der Strom zu der Antriebsanordnung 40 zugeführt
wird, wird die Gesamtlänge der piezoelektrischen Vorrichtung 41 der
Antriebsanordnung 40 erhöht. Deshalb treibt die
piezoelektrische Vorrichtung 41 den ersten Kolben 51 zu
der Verschiebungsverstärkungskammer 54 hin an.
Wenn der erste Kolben 51 zu der Verschiebungsverstärkungskammer 54 verschoben
ist, wird das Arbeitsfluid in der Verschiebungsverstärkungskammer 54 komprimiert.
Dadurch wird die Verschiebung des ersten Kolbens 51 durch
das Arbeitsfluid in der Verschiebungsverstärkungskammer 54 auf
den zweiten Kolben 52 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt,
da die Querschnittsfläche des zweiten Kolbens 52 kleiner
als die Querschnittsfläche des ersten Kolbens 51 ist,
der zu der Verschiebungsverstärkungskammer 54 hin
freiliegt, wird der Betrag einer Verschiebung des ersten Kolbens 51 verstärkt
und an den zweiten Kolben 52 übertragen. Wenn
der zweite Kolben 52 durch die Verschiebung des ersten
Kolbens 51 verschoben wird, drängt der zweite
Kolben 52 die Kappe 33, welche an dem Endabschnitt
der Nadel 30 vorgesehen ist, zu dem Düsenkörper 24 hin.
Auf diese Art wird die Nadel 30, die mit der Kappe 33 kombiniert
ist, zu dem Düsenkörper 24 hin verschoben,
d. h. in 1 nach unten gegen die Drängkraft
bzw. drängende Kraft des elastischen Bauteils 35 hin
verschoben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Füllkörper 93,
der zwischen die Kappe 33 und die Membran 60 geklemmt
ist, aufgrund der Verschiebung der Kappe 33, die einstückig
mit der Nadel 30 ist, komprimiert. Wenn die Nadel 30 zu
dem Düsenkörper 24 hin verschoben ist,
wird der Dichtabschnitt 31 der Nadel 30 von dem
Sitzabschnitt 29 des Düsenkörpers 24 abgehoben.
Dementsprechend, wenn die Antriebsanordnung 40 mit Energie
beaufschlagt ist, wird das Einspritzfluid durch das Einspritzloch 28 eingespritzt.
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Wenn
die Energetisierung bzw. Bestromung der Antriebsanordnung 40 erneut
gestoppt ist, wird die gesamte Länge der piezoelektrischen
Vorrichtung 41 verringert. Deshalb geht die drängende
Kraft, die den ersten Kolben 51 zu der Verschiebungsverstärkungskammer 54 hin
drängt, verloren. Dementsprechend empfängt der
erste Kolben 51 die Kraft, die von dem Arbeitsfluid in
der Verschiebungsverstärkungskammer 54 zu der
piezoelektrischen Vorrichtung 41 hin aufgebracht ist. Auf
diese Art wird der erste Kolben 51 im Ansprechen auf das
Zusammenziehen der piezoelektrischen Vorrichtung 41 zu
der piezoelektrischen Vorrichtung 41 hin verschoben. Wenn der
erste Kolben 51 zu der piezoelektrischen Vorrichtung 41 hin
verschoben ist, ist der Druck des Arbeitsfluids in der Verschiebungsverstärkungskammer 54 verringert.
Dementsprechend ist die drängende Kraft, die den zweiten
Koben 52 und die Nadel 30 drängt, auch
verringert. Dadurch sind die Nadel 30 und der zweite Kolben 52 zu
dem Körper 21 hin verschoben, d. h. sind in 1 erneut
durch die Drängkraft des elastischen Bauteils 35 aufwärts
verschoben. Folglich ist der Dichtabschnitt 31 der Nadel 30 erneut
gegen den Sitzabschnitt 29 des Düsenkörpers 24 gesetzt.
Dementsprechend, wenn die Energetisierung bzw. Bestromung der Antriebsanordnung 40 gestoppt
ist, ist die Einspritzung des Einspritzfluids durch das Einspritzloch 82 beendet.
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Wie
vorangehend diskutiert ist, wenn die Bestromung der Antriebsanordnung 40 intermittierend ausgeführt
wird, wird die Einspritzung des Einspritzfluids von dem Einspritzloch 28 auch
intermittierend ausgeführt.
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In
der ersten Ausführungsform, die vorangehend beschrieben
ist, sind der Druck des Einspritzfluids an dem Einspritzfluidzuführdurchgang
und der Druck des Arbeitsfluids an dem Arbeitsfluidzuführdurchgang
durch die Verschiebung des Kolbenbauteils 71 der Druckanpassungsanordnung 70 miteinander
ausbalanciert bzw. ausgeglichen. Deshalb wird der Druck des Einspritzfluids
im Allgemeinen als der gleiche wie der Druck des Arbeitsfluids beibehalten. Auf
die Art ist es möglich, die Deformation der Membran 60 zu
verringern oder zu begrenzen, die das Mischen zwischen dem Einspritzfluid
des Einspritzfluidzuführdurchgangs und des Arbeitsfluids
des Arbeitsfluidzuführdurchgangs begrenzt, was durch die Änderung
in dem Druck des Einspritzfluids verursacht ist. Dementsprechend,
selbst wenn die Dicke der Membran 60 verringert ist, kann
die erforderliche Festigkeit und die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer
der Membran 60 erreicht werden. Des Weiteren, wenn die
Membran 60 dünner gemacht wird, kann die erforderliche
Antriebskraft der Antriebsanordnung 40 verringert werden.
Dementsprechend kann die Größe der Antriebsanordnung 40 als
auch der Stromverbrauch der Antriebsanordnung 40 verringert
werden.
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Außerdem
ist gemäß der ersten Ausführungsform
in der Druckanpassungsanordnung 70 der Flächenbereich
der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 78 im Allgemeinen
der gleiche wie der Flächenbereich der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 79.
Auf diese Art kann die Druckanpassungsanordnung 70 den
Druck des Einspritzfluids und den Druck des Arbeitsfluids auf im
Allgemeinen den gleichen Druck (d. h. allgemeines Ausgleichen des
Drucks des Einspritzfluids und des Drucks des Arbeitsfluids miteinander)
einstellen. Deshalb können der Druck, der von dem Einspritzfluid
auf die Nadel 30 aufgebracht ist, und der Druck, der von
dem Arbeitsfluid auf die Nadel 30 aufgebracht ist, miteinander
ausgeglichen bzw. ausbalanciert werden. Auf diese Art können
die Antriebskraft der Antriebsanordnung 40, die die Nadel 30 antreibt,
und die drängende Kraft bzw. Drängkraft des elastischen
Bauteils 35 beide verringert werden. Folglich ist es möglich,
die Größe der Antriebsanordnung 40 und
die Größe des elastischen Bauteils 35 zu
reduzieren, während das Ansprechen zu dem Zeitpunkt einer
Antriebsbetätigung verbessert wird.
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In
der ersten Ausführungsform ist das Gas (z. B. Wasserstoff)
als das Einspritzfluid verwendet. Wenn die Membran 60 zwischen
das Distanzstück 22 und das Rohr 23 geklemmt
ist, ist es möglich, das Mischen zwischen dem gasförmigen
Einspritzfluid (z. B. Wasserstoff) und dem flüssigen Arbeitsfluid
(z. B. Silikonöl) zu begrenzen. Auf diese Art ist es möglich,
einen Einschluss von Bläschen des Einspritzfluids in dem
Arbeitsfluid zu begrenzen. Dadurch ist es möglich, ein
Zusetzen bzw. Verschmutzen des Arbeitsfluids, was durch die Bläschen
verursacht ist, und ein Versagen der Antriebsanordnung und der Antriebskraftübertragungsanordnung
zu begrenzen.
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(Zweite Ausführungsform)
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6 zeigt
schematisch ein Hauptmerkmal eines Injektors gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In
dem Fall der zweiten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt
ist, hat die Druckanpassungsanordnung 170 ein Kolbenbauteil 171,
bei dem ein Querschnittsbereich eines distalen Endabschnitts wesentlich
von einem Querschnittsbereich eines proximalen Endabschnitts differiert.
Insbesondere hat das Kolbenbauteil 171 einen Abschnitt 181 mit
großem Durchmesser, der einen relativ großen Querschnittsbereich
hat, und einen Abschnitt 182 mit kleinem Durchmesser, der
einen relativ kleinen Querschnittsbereich hat. Des Weitern hat eine
Aufnahmekammer 172, die durch den Körper 21 festgelegt
ist, einen Abschnitt 183 mit großem Durchmesser
und einen Abschnitt 184 mit kleinem Durchmesser, die zu dem
relativ großen Durchmesser des Abschnitts 181 mit
großem Durchmesser bzw. dem relativ kleinen Durchmesser
des Abschnitts 182 mit kleinem Durchmesser des Kolbenbauteils 171 korrespondieren. Der
Abschnitt 184 mit kleinem Durchmesser der Aufnahmekammer 172 steht
mit dem Einspritzfluidloch 76 in Verbindung und definiert
eine Einspritzfluidkammer 174 zwischen dem Abschnitt 184 mit
kleinem Durchmesser und dem Kolbenbauteil 171. Des Weiteren
steht der Abschnitt 183 mit großem Durchmesser
der Aufnahmekammer 172 mit dem Arbeitsfluidloch 77 in
Verbindung und definiert eine Arbeitsfluidkammer 175 zwischen
dem Abschnitt 183 mit großem Durchmesser und dem
Kolbenbauteil 171. Auf diese Art bildet eine distale Endfläche
des Kolbenbauteils 171, d. h. die Endfläche des
Abschnitts 182 mit kleinem Durchmesser des Kolbenbauteils 171, eine
Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 178, die zu der
Einspritzfluidkammer 174 hin freiliegt. Des Weiteren bildet
eine proximale Endfläche des Kolbenbauteils 171,
d. h. die Endfläche des Abschnitts 181 mit großem
Durchmesser des Kolbenbauteils 171 eine Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 179,
die in der Arbeitsfluidkammer 175 freiliegt. Ein Dichtbauteil 185 dichtet
zwischen dem Abschnitt 181 mit großem Durchmesser
des Kolbenbauteils 171 und dem Abschnitt 183 mit
großem Durchmesser der Aufnahmekammer 172 ab.
Des Weiteren dichtet ein Dichtungsbauteil 186 zwischen
dem Abschnitt 182 mit kleinem Durchmesser des Kolbenbauteils 171 und
dem Abschnitt 184 mit kleinem Durchmesser der Aufnahmekammer 172 ab.
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In
der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich aufgrund
der Bereitstellung des Abschnitts 181 mit großem
Durchmesser und des Abschnitts 182 mit kleinem Durchmesser
in dem Kolbenbauteil 171 der Flächenbereich der
Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 178 von dem
Flächenbereich der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 179.
Insbesondere ist der Flächenbereich der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 179 des
Abschnitts 181 mit großem Durchmesser größer
als der Flächenbereich der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 178 des
Abschnitts 182 mit kleinem Durchmesser. Auf diese Art behält
das Kolbenbauteil 171 den höheren Druck des Einspritzfluids
im Vergleich zu dem Druck des Arbeitsfluids bei. Das heißt,
in dem Kolbenbauteil 171 ist der Flächenbereich
der Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 178 größer
als der Flächenbereich der Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 179.
Deshalb, wenn der Druck des Einspritzfluids höher als der
Druck des Arbeitsfluids ist, ist die Position des Kolbenelements
bzw. Kolbenbauteils 171 ausbalanciert.
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In
der zweiten Ausführungsform ist der Druck des Einspritzfluids
eingestellt, um höher als der Druck des Arbeitsfluids zu
sein. Dementsprechend bringt das Einspritzfluid die Kraft auf die
Nadel 30 in die Ventil schließende Richtung auf,
d. h. die Richtung zum Drängen des Dichtabschnitts 31 der
Nadel 30 gegen den Sitzabschnitt 29. Insbesondere
die Kraft, die von dem Einspritzfluid auf die Nadel 30 in die
Ventil schließende Richtung aufgebracht ist, ist größer
als die Kraft, die von dem Arbeitsfluid auf die Nadel 30 in
die Ventilöffnungsrichtung aufgebracht ist. Auf diese Art,
wenn die Kraft, die von der Antriebsanordnung 40 auf die
Nadel 30 aufgebracht ist, bei dem Stoppen der Bestromung
der Antriebsanordnung 40 verloren ist, ist der Dichtabschnitt 31 der
Nadel 30 durch den Druck des Einspritzfluids gegen den Sitzabschnitt 29 gesetzt.
Deshalb ist das elastische Bauteil 35 der ersten Ausführungsform,
das die Kraft gegen die Nadel 30 in die Ventil schließende
Richtung aufbringt, nicht länger erforderlich und kann
dadurch in der zweiten Ausführungsform eliminiert werden.
Dementsprechend kann die Anzahl von Komponenten verringert werden.
Außerdem, da das elastische Bauteil 35 eliminiert
ist, wird die Kraft des elastischen Bauteils 35 zu dem
Zeitpunkt eines Antreibens der Nadel 30 in die Ventil öffnende
Richtung nicht auf die Nadel 30 aufgebracht. Deshalb kann
die Antriebskraft der Antriebsanordnung 40 verringert werden.
Deshalb ist es möglich, die Größe der
Antriebsanordnung 40 und den elektrischen Leistungsverbrauch
der Antriebsanordnung 40 zu verringern.
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Nun
werden Modifikationen der vorangehenden Ausführungsformen
beschrieben werden.
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In
den vorangehenden Ausführungsformen ist das Gehäuse 20 in
den Körper 21, das Distanzstück 22,
das Rohr 23 und den Düsenkörper 24 aufgeteilt
und die Membran 60 ist zwischen das Distanzstück 22 und
das Rohr 23 geklemmt. Jedoch ist die Art des Aufteilens
des Gehäuses 20 und die Stelle der Membran 60 nicht
auf die vorangehend beschriebenen begrenzt und kann frei eingestellt
werden.
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Außerdem
ist in den vorangehenden Ausführungsformen das Kolbenbauteil 71 der
Druckanpassungsanordnung 70 einstückig in der
Aufnahmekammer 72 des Körpers 21 aufgenommen.
Alternativ kann die Druckanpassungsanordnung 70 separat von
dem Körper 21 vorgesehen sein. Das heißt,
die Druckanpassungsanordnung 70 kann außerhalb
des Injektors 10 vorgesehen sein. In den vorangehenden Ausführungsformen
ist der Dichtabschnitt 31 der Nadel 30 gegen den
Sitzabschnitt 29 gesetzt, der sich in der Außenwand
(externe Wand) des Düsenkörpers 24 befindet.
Alternativ kann der Sitzabschnitt, gegen den der Dichtabschnitt 31 der
Nadel 30 gesetzt ist, an der Innenwand (interne Wand) des
Düsenköpers 24 vorgesehen sein.
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Außerdem
ist in den vorangehenden Ausführungsformen die piezoelektrische
Vorrichtung 41 in der Antriebsanordnung 40 verwendet.
Jedoch ist die Antriebsanordnung 40 nicht auf die piezoelektrische Vorrichtung 41 begrenzt.
Zum Beispiel kann die Antriebsanordnung 40 eine Solenoidvorrichtung
haben, die die Antriebskraft durch Verwenden von zum Beispiel einer
Spule elektromagnetisch erzeugt. Das Einspritzfluid und das Arbeitsfluid
des Injektors sind nicht auf die vorangehend beschriebenen begrenzt. Das
heißt, das Einspritzfluid kann eine Art einer Flüssigkeit
sein, während das Arbeitsfluid eine andere Art einer Flüssigkeit
sein kann, solange sie verschieden voneinander sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen
und die Modifikationen von diesen begrenzt und die vorangehenden
Ausführungsformen können innerhalb des Schutzumfangs der
vorliegenden Erfindung weiter modifiziert werden.
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In
einem Injektor hat ein Kolbenbauteil 71, 171 eine
Einspritzfluiddruckaufnahmefläche 78, 178, die
einen Druck eines Einspritzfluids von einem Einspritzfluidzuführdurchgang 76, 212, 213, 222, 223, 62, 63, 231, 232, 233, 234, 34, 27 empfängt,
und eine Arbeitsfluiddruckaufnahmefläche 79, 179,
die einen Druck eines Arbeitsfluids von einem Arbeitsfluidzuführdurchgang 211, 77, 221 empfängt.
Das Kolbenbauteil 71, 171 ist durch einen Druckunterschied
zwischen dem Druck des Einspritzfluids und dem Druck des Arbeitsfluids
verschiebbar, um den Druckunterschied zwischen dem Einspritzfluid
und dem Arbeitsfluid einzustellen bzw. zu anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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