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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzgerät,
das eine Zufuhr eines Kraftstoffs in eine Brennkraftmaschine mittels
Einspritzung durchführt. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein Kraftstoffeinspritzgerät, das das Aufsetzen
und Trennen eines Ventilteils auf und von einem Ventilsitz mit einem
mit Druck beaufschlagten Kraftstoff steuert.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDS
DER TECHNIK
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät, das ein Fluid durch das Antreiben
einer Antriebseinrichtung zum Trennen eines Ventilteils von einem
Ventilsitz mit Druck beaufschlagt, und dabei einen Kraftstoff einspritzt
ist bekannt (siehe z. B. Patentschrift 1:
US 2003/0116656 A1 ).
Ein Kraftstoffeinspritzgerät, das so strukturiert ist,
dass ein Ventilteil sich in eine Richtung hebt, in der das Ventilteil
sich von einem Ventilsitz trennt, wenn der Druck eines Kraftstoffdrucksteuersystems
durch einen Kolben erhöht wird, und dabei der Kraftstoff
von einem Einspritzblock eingespritzt wird, der mit einem Kraftstoffdurchtritt
in Verbindung ist, ist ebenfalls öffentlich bekannt.
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In
einem derartigen Kraftstoffeinspritzgerät tritt ein Ausfließen
von Kraftstoff aus einem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben und
einem Zylinder auf, da das Kraftstoffdrucksteuersystem mit Druck
beaufschlagt ist. Um das Ausfließen Kraftstoff zu verhindern,
ist es notwendig, eine axiale Länge des Gleitabschnitts
sicherzustellen. Falls jedoch die axiale Länge des Gleitabschnitts
sichergestellt ist, steigt die Größe des Kolbens
und die bewegliche Masse erhöht sich. Entsprechend steigt
ein Trägheitswiderstand der in dem Kolben verursacht wird,
was zu einem Energieverlust führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzgerät
bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Energieverlust zu reduzieren.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Kraftstoffeinspritzgerät
nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
werden gemäß den abhängigen Ansprüchen
ausgeführt.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftstoffeinspritzgerät
einen Düsenkörper, ein Ventilteil, ein erstes
Vorspannteil, ein Zylinderteil, einen Kolben, ein Kraftstoffdrucksteuersystem,
ein zweites Vorspannteil, einen Antrieb und ein Schiebeteil auf.
Der Düsenkörper weist ein Einspritzloch, einen
Ventilsitz und einen Kraftstoffdurchtritt auf, der mit dem Einspritzloch
in Verbindung ist. Das Ventilteil blockiert den Kraftstoff, der durch
das Einspritzloch strömt, wenn das Ventilteil auf dem Ventilsitz
aufsitzt, und ermöglicht das Strömen des Kraftstoffs,
wenn das Ventilteil sich von dem Ventilsitz trennt. Das erste Vorspannteil
spannt das Ventilteil in eine Richtung geschlossenen Ventils vor. Der
Kolben ist in der Lage, sich in dem Zylinderteil in einer axialen
Richtung hin- und her zu bewegen, und weist an der Antriebsseite
einen Hohlraum auf. Das Kraftstoffdrucksteuersystem weist eine Drucksteuerkammer,
die das Ventilteil in eine Richtung offenen Ventils vorspannt, wenn
der Kraftstoffdruck steigt, und eine Druckbeaufschlagungskammer
auf, die mit der Drucksteuerkammer in Verbindung ist. Der Kraftstoff
in der Druckbeaufschlagungskammer wird durch den Kolben mit Druck
beaufschlagt. Das zweite Vorspannteil spannt den Kolben in eine
Richtung vor, wodurch der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer
verringert wird. Der Antrieb ist in der Lage, sich gemäß der
Menge der beaufschlagten Energie zu verschieben. Das Schiebeteil
schiebt eine innere Wand des Kolbens, die den Hohlraum definiert,
in eine Richtung, in der der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer
steigt, indem die Antriebskraft des Antriebs verwendet wird.
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Da
der Kolben den Hohlraum aufweist, wird die bewegliche Masse reduziert,
während die axiale Länge des Gleitabschnitts sichergestellt
ist. Somit kann das Ausströmen von Kraftstoff aus dem Gleitabschnitt
zwischen dem Kolben und dem Zylinderteil unterdrückt werden,
und der Trägheitswiderstand, der durch den Kolben verursacht
wird, kann reduziert werden. Deswegen kann der Energieverlust reduziert werden,
und die Antriebskraft des Antriebs kann mit einem hohen Wirkungsgrad
verwendet werden.
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Der
Kolben neigt eher dazu, sich zu neigen, da eine Schiebeposition,
in der das Schiebeteil den Kolben schiebt, von der Mitte des Kolbens
an einer Seite gegenüber des Einspritzlochs weit entfernt
ist. Falls der Kolben sich neigt, steigt ein Gleitwiderstand, und
der Energieverlust steigt. Deswegen ist es wünschenswert,
die folgende Konstruktion aufzunehmen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung schiebt nämlich in
dem Kraftstoffeinspritzgerät das Schiebeteil den Kolben
an einer Position, die im Wesentlichen mit dem Schwerpunkt des Kolbens
zusammenfällt. Somit kann die Neigung des Kolbens unterdrückt
werden. Entsprechend kann der Energieverlust unterdrückt
werden, der den Anstieg des Gleitwiderstands begleitet.
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Darüber
hinaus ist es wünschenswert, die folgende Konstruktion
aufzunehmen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung schiebt das Schiebeteil
in dem Kraftstoffeinspritzgerät den Kolben an einer Position
an der Seite des Einspritzlochs des Schwerpunkts des Kolbens an.
Dabei kann der Berührungspunkt zwischen dem Einspritzloch
und dem Schwerpunkt des Kolbens liegen. Somit kann die Neigung des
Kolbens unterdrückt werden. Entsprechend kann der Energieverlust
unterdrückt werden, der den Anstieg des Gleitwiderstands
begleitet.
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Darüber
hinaus ist es wünschenswert, die folgende Konstruktion
aufzunehmen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist nämlich in dem
Kraftstoffeinspritzgerät ein Aufnahmeteil vorgesehen, das
den Antrieb innerhalb des Düsenkörpers aufnimmt,
und ein Dichtteil ist an dem Aufnahmeteil bereitgestellt, um den
Antrieb und das Schiebeteil von dem Kraftstoffdurchtritt zu isolieren.
Somit kann verhindert werden, dass der Kraftstoff in das Innere
des Aufnahmeteils eindringt, und das Dichtteil und deswegen der
Kraftstoff können daran gehindert werden, in den Antrieb
einzudringen.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nimmt in dem Kraftstoffeinspritzgerät
ein Aufnahmeteil den Antrieb innerhalb des Düsenkörpers
auf. Ein Dichtteil weist radial ein inneres Ende auf, das an einer
Außenwand des Schiebeteils angebracht ist, und ein radial äußeres Ende,
das an dem Aufnahmeteil angebracht ist, und isoliert dabei den Antrieb
von dem Kraftstoffdurchtritt. Somit kann verhindert werden, dass
der Kraftstoff in das Innere des Aufnahmeteils eindringt, und das Dichtteil
und deswegen der Kraftstoff können daran gehindert werden,
in den Antrieb einzudringen.
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Gemäß noch
einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist in dem
Kraftstoffeinspritzgerät das Dichtteil ein Balg oder eine
Membran. Somit kann verhindert werden, dass der Kraftstoff in das
Aufnahmeteil eindringt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale
und Vorteile der Ausführungsformen wie auch Betriebsverfahren
und die Funktion der betroffenen Teile werden aus einer Studie der
folgenden ausführlichen Beschreibung, der anhängenden Ansprüche
und der Zeichnungen deutlich werden, die alle einen Teil der Anmeldung
bilden.
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzgerät
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein
charakteristisches Diagramm, das eine Charakteristik des Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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3 eine
schematische Schnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzgerät
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
schematische Schnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzgerät
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt; und
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5 eine
schematische Schnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzgerät
eines Vergleichsbeispiels zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzgerät gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das
Kraftstoffeinspritzgerät 1 ist an jedem Zylinder
von z. B. einer Dieselmaschine befestigt. Das Kraftstoffeinspritzgerät 1 spritzt
einen mit einem hohen Druck beaufschlagten Kraftstoff, der in einer Common-Rail
in einem unter Druck gespeicherten Zustand gespeichert ist, in jeden
Zylinder ein. Das Kraftstoffeinspritzgerät 1 weist
einen Düsenkörper 20, eine Nadel 30 als
Ventilteil, einen Nadelführungszylinder 40, ein
Deckelteil 50, einen Kolbenführungszylinder 70 als
Zylinderteil, einen Kolben 80, einen Piezoantrieb 90 als
Antrieb, ein Schiebeteil 95 und Ähnliches auf.
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Der
Düsenkörper 20 ist einer zylindrischen Form
ausgebildet, und ein Spritzloch 21 ist in einem Ende des
Düsenkörpers 20 ausgebildet. Das Einspritzloch 21 stellt
eine Verbindung zwischen einer inneren Wand und einer äußeren
Wand des Düsenkörpers 20 bereit. Eine
Kraftstoffsumpfkammer 101 ist an einer Einlassseite des
Einspritzlochs 21 ausgebildet. Ein Ventilsitz 22 ist
an der Innenwand des Düsenkörpers 20 zwischen
der Kraftstoffsumpfkammer 101 und dem Einlass des Einspritzlochs 21 ausgebildet.
Eine Einlassöffnung 23, die mit der Common-Rail
(nicht dargestellt) in Verbindung ist, ist in dem Düsenkörper 20 ausgebildet.
Ein Kraftstoffdurchtritt 100 ist in dem Düsenkörper 20 ausgebildet. Der
Kraftstoff mit dem Druck, der im Wesentlichen dem Druck in der Common-Rail
gleich ist, wird zu dem Kraftstoffdurchtritt 100 zugeführt.
Die Kraftstoffsumpfkammer 101 bestimmt einen Teil des Kraftstoffdurchtritts 100.
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Die
Nadel 30, der Nadelführungszylinder 40, das
Deckelteil 50, der Kolbenführungszylinder 70, der
Kolben 80, der Piezoantrieb 90, das Schiebeteil 95 und Ähnliches
sind in dem Düsenkörper 20 bereitgestellt.
Eine Gegendruckkammer 102, eine Drucksteuerkammer 201,
eine Druckbeaufschlagungskammer 202 und Ähnliches
sind in dem Düsenkörper 20 ausgebildet.
Die Nadel 30 ist innerhalb des Düsenkörpers 20 derart
aufgenommen, dass die Nadel 30 sich darin hin- und her
bewegen kann. Die Nadel 30 weist einen Dichtabschnitt 31 auf,
der auf dem Ventilsitz 22 sitzen kann. Falls der Dichtabschnitt 31 sich von
dem Ventilsitz 22 trennt, ist die Kraftstoffsumpfkammer 101 mit
dem Einspritzloch 21 in Verbindung, und die Kraftstoffeinspritzung
von dem Einspritzloch 21 ist ermöglicht. Wenn
der Dichtabschnitt 31 auf dem Ventilsitz 22 sitzt,
ist die Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchtritt 100 und
dem Einspritzloch 21 blockiert, so dass die Kraftstoffeinspritzung
von dem Einspritzloch 21 angehalten wird.
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Der
Nadelführungszylinder 40 ist im Wesentlichen in
einer zylindrischen Form ausgebildet. Ein Ende des Nadelführungszylinders 40 berührt
die Innenwand des Düsenkörpers 20 an
der Seite des Einspritzlochs 21, und das andere Ende des
Nadelführungszylinders 40 wird durch das Deckelteil 50 blockiert.
Das Deckelteil 50 ist im Wesentlichen in der Form einer
Scheibe ausgebildet und weist einen ausgesparten Abschnitt 51 an
einer Endfläche davon an der Seite des Nadelführungszylinders 40 auf.
Eine äußere Umfangswand der Nadel 30 berührt
eine innere Umfangswand 401 des Nadelführungszylinders 40 gleitbar.
Somit wird die Nadel 30 derart durch den Nadelführungszylinder
geführt, dass die Nadel 30 sich in einer axialen
Richtung hin- und her bewegen kann. Wenn die Nadel 30 auf
dem Ventilsitz 22 aufsitzt, ist ein Spalt der Breite d
zwischen der Nadel 20 und dem Deckelteil 50 ausgebildet.
Die Nadel 30 kann sich zwischen einer Position, in der
die Nadel 30 den Ventilsitz 22 berührt
und einer Position, in der die Nadel 30 das Deckelteil 50 berührt,
hin- und her bewegen. Das maximale Hubausmaß der Nadel 30 beträgt
nämlich d. Die Drucksteuerkammer 201, die im Wesentlichen
in einer ringförmigen Form vorliegt, ist durch die Außenwand
der Nadel 30, die innere Umfangswand des Nadelführungszylinders 40 und die
Innenwand des Düsenkörpers 20 definiert.
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Die
Gegendruckkammer 102 ist durch das Ende der Nadel 30 an
einer Seite gegenüber von dem Einspritzloch 21,
das Deckelteil 50 und die innere Umfangswand des Nadelführungszylinders 40 definiert.
Ein Durchtritt 52, der in dem Deckelteil 50 ausgebildet
ist, stellt eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffdurchtritt 100 und
der Gegendruckkammer 102 her. Eine erste Druckspiralfeder 61 als
erstes Vorspannteil ist in der Gegendruckkammer 102 aufgenommen.
Ein Ende der ersten Druckspiralfeder 61 berührt
die Nadel 30 und das andere Ende der ersten Druckspiralfeder 61 berührt
den ausgesparten Abschnitt 51. Die erste Druckspiralfeder 61 spannt
die Nadel 30 zu dem Ventilsitz 22, d. h. in eine
Richtung geschlossenen Ventils, hin vor. Die Nadel 30 ist
mit einem Hohlraum 32 ausgebildet, der eine Verbindung zwischen
der Gegendruckkammer 102 und der Kraftstoffsumpfkammer 101 bereitstellt.
Somit strömt der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 102 über
den Hohlraum 32 in die Kraftsumpfkammer 101.
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Der
Nadelführungszylinder 70 ist im Wesentlichen in
einer zylindrischen Form ausgebildet und an dem Deckelteil 50 befestigt.
Ein Ende des Kolbenführungszylinders 70 ist durch
das Deckelteil 50 blockiert. Der Kolben 80 ist
gleitfähig in einer inneren Umfangswand 701 des
Kolbenführungszylinders 70 eingefügt.
Der Kolben 80 ist im Wesentlichen in einer zylindrischen
Form mit einem Boden ausgebildet. Eine Aushöhlung 84 ist
durch eine Innenwand 81 des Kolbens 80, der aus
einer Seitenwand 82 und einer Bodenwand 83 besteht,
ausgebildet. Die Aushöhlung 84 öffnet
sich an einer Seite gegenüber von dem Deckelteil 50.
Eine Ende der Seitenwand 82 gegenüber von dem
Deckelteil 50 weist einen ringförmigen Flanschabschnitt 85 auf,
der sich radial nach außen erstreckt. Die äußere
Umfangswand des Kolbens 80 berührt die innere
Umfangswand 701 des Kolbenführungszylinders 70 gleitfähig
entlang der axialen Richtung. Somit wird der Kolben 80 derart
durch den Kolbenführungszylinder 70 geführt,
dass sich der Kolben 80 in der axialen Richtung hin- und
her bewegen kann. Die Druckbeaufschlagungskammer 202 ist durch
das Ende des Kolbens 80 an der Seite des Deckelteils 50,
das Deckelteil 50 und die innere Umfangswand 701 des
Kolbenführungszylinders 70 definiert.
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Eine
zweite Druckspiralfeder 62 als zweites Vorspannteil ist
um die äußere Umfangsseite des Kolbenführungszylinders 70 bereitgestellt.
Ein Ende der zweiten Druckspiralfeder 62 berührt
den Kolbenführungszylinder 70, und das andere
Ende der zweiten Druckspiralfeder 62 berührt den
Flanschabschnitt 85 des Kolbens 80. Die zweite
Druckspiralfeder 62 spannt den Kolben 80 in eine
Richtung gegenüber von dem Deckelteil 50 vor,
d. h., in eine Richtung, in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 erhöht
wird. Falls der Kolben 80 sich wegen der Vorspannkraft
der zweiten Druckspiralfeder 62 in die Richtung bewegt,
in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 erhöht
wird, sinkt der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202.
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Der
Piezoantrieb 90 ist an einer Seite des Kolbens 80 gegenüber
von dem Deckelteil 50 bereitgestellt. Der Piezoantrieb 90 ist
im Wesentlichen in der Form einer kreisförmigen Säule
ausgebildet. Ein Ende 901 des Piezoantriebs 90 ist
an einer Innenseite des Düsenkörpers 20 gegenüber
von dem Einspritzloch 21 befestigt. Eine Kraftstoffkammer 104 ist zwischen
der äußeren Umfangswand des Piezoantriebs 90 und
der inneren Umfangswand des Düsenkörpers 20 ausgebildet.
Der Kraftstoff strömt von der Common-Rail über
den Einlassanschluss 23 in die Kraftstoffkammer 104.
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Der
Piezoantrieb 90 weist einen Piezostapel 91 auf.
Zum Beispiel ist der Piezostapel 91 ein allgemein einer,
der eine kapazitive Struktur aufweist, in der piezoelektrische Keramikschichten
wie z. B. PZT (Blei-Zirkonat-Titanate) und Elektrodenschichten abwechselnd
gestapelt sind. Der Piezoantrieb 90 wird gemäß einem
Befehl von einer ECU (nicht dargestellt) mit Energie beaufschlagt.
Der Piezostapel 91 erstreckt sich in die axiale Richtung,
wenn eine elektrische Energie auf dem Piezostapel 91 durch
den Befehl der ECU geladen wird. Wenn die elektrische Energie von
dem Piezostapel 91 entladen wird, sieht sich der Piezostapel 91 in
der axialen Richtung zusammen.
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Das
Schiebeteil 95 ist an der Seite des Kolbens 80 des
Piezostapels 91 bereitgestellt. Das Schiebeteil 95 weist
einen vorspringenden Abschnitt 96 in der Form einer Stange
an der Seite des Kolbens 80 davon auf. Eine Spitze 961 des
vorspringenden Abschnitts 96 ist mit der Bodenwand 83 des
Kolbens 80 an einem Berührungspunkt P1 in Berührung.
Der Berührungspunkt P1 fällt im Wesentlichen mit
dem Schwerpunkt G1 des Kolbens 80 zusammen. Falls der Piezostapel 91 sich
ausdehnt, schiebt die Spitze 961 des Schiebeteils 95 den
Kolben 80 gegen die Vorspannkraft der zweiten Druckspiralfeder 62 zu dem
Deckelteil 50, d. h. in eine Richtung, in der das Volumen
der Druckbeaufschlagungskammer 202 sinkt. Falls der Kolben 80 sich
in die Richtung bewegt, in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 sinkt,
wenn das Schiebeteil 95 den Kolben 80 schiebt,
steigt der Druck der Druckbeaufschlagungskammer 202.
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Der
Kolben 80 ist mit einem Durchtritt 86 ausgebildet,
der eine Verbindung zwischen der Kraftstoffkammer 104 und
der Druckbeaufschlagungskammer 202 bereitstellt. Ein Sperrventil 87 ist
einem Durchtritt 86 bereitgestellt. Das Sperrventil 87 ermöglicht
der Strömung des Kraftstoffs von der Kraftstoffkammer 104 durch
den Durchtritt 86 zu der Druckbeaufschlagungskammer 202 und
blockiert die Strömung des Kraftstoffs von der Druckbeaufschlagungskammer 202 zu
der Kraftstoffkammer 104. Wenn der Kolben 80 sich
wegen der Vorspannkraft der zweiten Druckspiralfeder 62 von
dem Deckelteil 50 wegbewegt, strömt der Kraftstoff
entsprechend von der Kraftstoffkammer 104 über
den Durchtritt 86 in die Druckbeaufschlagungskammer 202.
Wenn der Piezoantrieb 90 den Kolben 80 schiebt,
und der Kolben 80 sich zu dem Deckelteil 50 hin
bewegt, ist das Ausströmen des Kraftstoffs von der Druckbeaufschlagungskammer 202 zu
der Kraftstoffkammer 104 beschränkt, und der Druck
der Druckbeaufschlagungskammer 202 steigt.
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Ein
Verbindungsdurchtritt 203 zum Bereitstellen einer Verbindung
zwischen der Druckbeaufschlagungskammer 202 und der Drucksteuerungskammer 201 ist
in dem Deckelteil 50 und dem Nadelführungszylinder 40 ausgebildet.
Somit strömt der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 202 in
die Drucksteuerkammer 201 und der Kraftstoffdruck in der
Drucksteuerkammer 201 fällt im Wesentlichen mit
dem Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 202 zusammen.
Deswegen steigt entsprechend der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 201,
falls der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit
Druck beaufschlagt ist.
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Ein äußerer
Umfangsströmungsdurchtritt 103 ist zwischen den äußeren
Umfangswänden des Nadelführungszylinders 40,
des Deckelteils 50, des Kolbenführungszylinders 70 und
des Kolbens 80 und der inneren Umfangswand des Düsenkörpers 20 definiert.
Die Kraftstoffkammer 104, der äußere
Umfangsströmungsdurchtritt 103, der Durchtritt 52,
die Gegendruckkammer 102, der Hohlraum 32 und
die Kraftstoffsumpfkammer 101 sind miteinander in Verbindung
und bestimmen den Kraftstoffdurchtritt 100.
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Die
voranstehend beschriebene Drucksteuerkammer 201, der Verbindungsdurchtritt 203 und die
Druckbeaufschlagungskammer 202 bestimmen ein Kraftstoffdrucksteuersystem.
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Als
nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 1 erläutert.
Wenn der Piezostapel 91 nicht geladen ist, ist der Piezostapel 91 zusammengezogen.
Wenn der Piezostapel 91 zusammengezogen wird, sind der
Kraftstoffdurchtritt 100, die Druckbeaufschlagungskammer 202,
die Drucksteuerkammer 201 und der Verbindungsdurchtritt 202 mit
dem Kraftstoff gefüllt. Der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 202,
der Drucksteuerkammer 201 und dem Verbindungsdurchtritt 203 ist gleichwertig
dem Druck in dem Kraftstoffdurchtritt 100. Zu dieser Zeit
sitzt die Nadel 30 wegen der Vorspannkraft der ersten Druckspiralfeder 61 auf
dem Ventilsitz 22 auf. Deswegen ist die Verbindung zwischen
der Kraftstoffsumpfkammer 101 und dem Einspritzloch 21 blockiert,
und die Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch 21 ist
angehalten.
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Falls
die Ladung des Piezostapels 91 begonnen wird, dehnt sich
der Piezostapel 91 in der axialen Richtung aus. Somit schiebt
das Schiebeteil 95 den Kolben 80 gegen die Vorspannkraft
der zweiten Druckspiralfeder 62 zu dem Deckelteil 50,
d. h., in die Richtung, in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 verringert
wird. Als Ergebnis wird der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit
Druck beaufschlagt. Falls der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 202 mit
Druck beaufschlagt ist, steigt der Druck des Kraftstoffs in der Drucksteuerkammer 201,
die mit der Druckbeaufschlagungskammer 202 über
den Verbindungsdurchtritt 203 in Verbindung ist. Der Druck
in der Drucksteuerkammer 201 wirkt auf die Wandflächen
der Nadel 30 des Düsenkörpers 20 und
des Nadelführungszylinders 40, die die Drucksteuerkammer 201 definieren.
Deswegen hebt sich die Nadel 30 in einer axialen Richtung
gegenüber von dem Ventilsitz 22 gegen die Vorspannkraft
der ersten Druckspiralfeder 61 und trennt sich von dem
Ventilsitz 22, falls der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 201 steigt.
Somit strömt der Kraftstoff von der Common-Rail in die Kraftstoffsumpfkammer 101 über
den Einlassanschluss 23, die Kraftstoffkammer 104,
den äußeren Umfangsströmungsdurchtritt 103,
den Durchtritt 52, die Gegendruckkammer 102 und
den Hohlraum 32. Falls die Nadel 30 sich von dem
Ventilsitz 22 trennt, ist die Kraftstoffsumpfkammer 101 mit
dem Einspritzloch 21 in Verbindung, und der Kraftstoff
wird von dem Einspritzloch 21 aus eingespritzt.
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Falls
dann die Abgabe des Piezostapels 91 begonnen wird, zieht
sich der Piezostapel in der axialen Richtung zusammen. Somit bewegt
sich das den Kolben 80 schiebende Schiebeteil 95 in
die Richtung gegenüber von dem Kolben 80.
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Zu
dieser Zeit bewegt sich der Kolben 80 wegen der Vorspannkraft
der zweiten Druckspiralfeder 62 in die Richtung zu dem
Piezoantrieb 90, d. h., in der das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 202 erhöht
wird. Als Ergebnis sinkt der Druck des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 202 und
der Kraftstoff strömt von der Kraftstoffkammer 104 über
den Durchtritt 86 in die Druckbeaufschlagungskammer 202.
Falls der Druck des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 202 sinkt,
sinkt der Druck des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 201 ebenfalls,
die mit der Druckbeaufschlagungskammer 202 in Verbindung
ist. Zu dieser Zeit bewegt sich die Nadel 30 wegen der
Vorspannkraft der ersten Druckspiralfeder 61 zu dem Ventilsitz 22 und
wird auf den Ventilsitz 22 aufgesetzt. Somit ist der Kraftstoffdurchtritt 100 blockiert,
der mit dem Einspritzloch 21 in Verbindung ist, und die
Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch 21 aus wird
beendet.
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2 ist
ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer PZT-Erzeugungskraft,
die durch die PZT erzeugt wird (im Folgenden als PZT-Kraft bezeichnet)
und einer PZT-Verschiebung, in jedem der Fälle des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform und eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einem Vergleichsbeispiel. Die horizontale
Achse zeigt die PZT-Kraft und die vertikale Achse zeigt die PZT-Verschiebung.
Das Kraftstoffeinspritzgerät 5 des Vergleichsbeispiels,
das aus 5 ersichtlich ist, weist in
einem Kolben 580 eine Aushöhlung nicht auf. Wie
durch die gestrichelte Linie 221 in 2 ersichtlich
ist, tritt die PZT-Verschiebung entsprechend nicht auf, solange
die PZT-Kraft nicht groß wird. Deswegen ist ein Energieverlust groß.
Im Gegensatz dazu ist die PZT-Kraft, die notwendig ist, um die PZT-Verschiebung
zu verursachen, kleiner als in dem Fall des Kraftstoffeinspritzgeräts 5 des
Vergleichsbeispiels, da das Kraftstoffeinspritzgerät gemäß der
vorliegenden Ausführungsform mit der Aushöhlung 84 in
dem Kolben 80 ausgebildet ist, wie durch eine durchgehende
Linie 222 in 2 ersichtlich ist. Der Energieverlust
des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform ist nämlich kleiner
als der des Kraftstoffeinspritzgeräts 5 des Vergleichsbeispiels.
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Wie
zusätzlich aus 5 ersichtlich ist, ist in dem
Kraftstoffeinspritzgerät 5 des Vergleichsbeispiels
ein Berührungspunkt P5 zwischen einem Schiebeteil 595,
das an der Seite eines Kolbens 580 eines Piezoantriebs 590 bereitgestellt
ist, und dem Kolben 580 an einer Seite des Schwerpunkts
G5 des Kolbens 580 gegenüber von einem Einspritzloch 521 angeordnet.
Der Berührungspunkt P5 ist von der Mitte G5 um einen Abstand
L beabstandet. Deswegen tendiert der Kolben 580 dazu, sich
zu neigen, wenn das Schiebeteil 595 den Kolben 580 schiebt.
Falls der Kolben 580 sich neigt, steigt ein Gleitwiderstand, und
der Energieverlust wird erhöht.
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Im
Gegensatz dazu fällt in dem Kraftstoffeinspritzgerät 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform der Berührungspunkt
P1 zwischen dem Kolben 80 und dem Schiebeteil 95 im
Wesentlichen mit dem Schwerpunkt G1 des Kolbens 80 zusammen,
wie es aus 1 ersichtlich ist. Entsprechend
ist die Gefahr geringer, dass der Kolben 80 geneigt wird,
wenn der Piezoantrieb 90 den Kolben 80 schiebt.
Deswegen kann der Anstieg des Gleitwiderstands unterdrückt werden,
und der Energieverlust kann verringert werden.
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Wie
voranstehend erläutert wurde, weist in dem Kraftstoffeinspritzgerät 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform der Kolben 80 die
Aushöhlung 84 auf, die durch die Innenwand 81 definiert
ist. Die bewegliche Masse in dem Kolben 80 wird dadurch verringert,
während die axiale Länge des Gleitabschnitts zwischen
dem Kolben 80 und dem Kolbenführungszylinder 70 gesichert
ist. Deswegen wird der Trägheitswiderstand reduziert und
der Energieverlust kann reduziert werden.
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Der
Berührungspunkt P1 zwischen dem Kolben 80 und
dem Schiebeteil 95 fällt im Wesentlichen mit dem
Schwerpunkt G1 des Kolbens 80 zusammen. Entsprechend besteht
weniger Gefahr, dass der Kolben 80 geneigt wird, wenn der
Piezoantrieb 90 den Kolben 80 schiebt. Deswegen
kann der Anstieg des Gleitwiderstands unterdrückt werden,
und der Energieverlust kann reduziert werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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3 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzgerät gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das
Kraftstoffeinspritzgerät 2 gemäß der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist
eine Piezostapelabdeckung 292 als Aufnahmeteil, das den
Piezoantrieb 90 innerhalb des Düsenkörpers 20 aufnimmt,
und einen Balg 297 als Dichtteil auf, das den Piezoantrieb 90 und
das Schiebeteil 95 von dem Kraftstoffdurchtritt 100 abdichtet.
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Die
Piezostapelabdeckung 292 ist in einer zylindrischen Form
ausgebildet. Ein Ende 294 der Piezostapelabdeckung 292 ist
an der Innenwand des Düsenkörpers 20 an
einer Seiten gegenüber von dem Einspritzloch 21 befestigt.
Das andere Ende der Piezostapelabdeckung 292 weist eine Öffnung 293 auf,
in die der vorspringende Abschnitt 96 des Schiebeteils 95 eingefügt
ist.
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Der
Balg 297 ist in einer balgartigen Form (Akkordeonartige
Form) ausgebildet, um den äußeren Umfang des vorspringenden
Abschnitts 96 des Schiebeteils 95 abzudecken.
Der Balg 297 ist mit der Piezostapelabdeckung 292 an
einem Dichtabschnitt 298 des Balgs 297 zusammengefügt.
Die Spitze des vorspringenden Abschnitts 96 des Schiebeteils 95 berührt
den Balg 297 und schiebt den Kolben 80 durch den
Balg 297. Der Balg 297 isoliert den Piezoantrieb 90 und
das Schiebeteil 95 von dem Kraftstoffdurchtritt 100.
Der Balg 297 verhindert, dass der Kraftstoff in das Innere
des Balgs 297 und der Piezostapelabdeckung 292 eindringt.
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Somit übt
das Kraftstoffeinspritzgerät 2 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform die gleiche Wirkung aus wie
das Kraftstoffeinspritzgerät 1 gemäß der
ersten Ausführungsform. Darüber hinaus kann das
Kraftstoffeinspritzgerät 2 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform das Innere des Balgs 297 und
der Piezostapelabdeckung 292 an einem niedrigen Druck beibehalten,
um den Piezoantrieb 90 von dem mit hohem Druck beaufschlagten
Kraftstoff zu schützen, der von der Common-Rail zugeführt
wird.
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(Dritte Ausführungsform)
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4 zeigt
ein Kraftstoffeinspritzgerät gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das
Kraftstoffeinspritzgerät 3 gemäß der dritten
Ausführungsform weist eine Piezostapelabdeckung 392 als
ein Aufnahmeteil auf, das den Piezoantrieb 90 innerhalb
des Düsenkörpers 20 aufnimmt, und weist
eine Membran 397 als Dichtteil auf.
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Die
Piezostapelabdeckung 392 ist in einer zylindrischen Form
ausgebildet. Ein Ende 394 der Piezostapelabdeckung 392 ist
an der Innenwand des Düsenkörpers 20 an
einer Seite gegenüber des Einspritzlochs 21 befestigt.
Das andere Ende der Piezostapelabdeckung 392 weist eine Öffnung 393 auf.
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Die
Membran 397 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet.
Eine Dichtung wird zwischen einem Dichtabschnitt 398 eines
radial inneren Endes der Membran 397 und der Außenwand
des vorspringenden Abschnitts 96 des Schiebeteils 95 hergestellt.
Ebenfalls wird eine Dichtung zwischen einem Dichtabschnitt 399 eines
radial äußeren Endes der Membran 397 und
einer inneren Umfangswand der Piezostapelabdeckung 392 hergestellt.
Die Membran 397 ist so ausgebildet, dass sie in der Lage
ist, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, um die axiale Bewegung
des Schiebeteils 95 wegen der Antriebskraft des Piezoantriebs 90 zu
ermöglichen. Die Membran 397 isoliert den Piezoantrieb 90 von
dem Kraftstoffdurchtritt 100. Die Membran 397 verhindert,
dass der Kraftstoff in das Innere der Piezostapelabdeckung 392 eindringt.
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Somit übt
das Kraftstoffeinspritzgerät 3 gemäß der
dritten Ausführungsform die gleiche Wirkung aus wie das
Kraftstoffeinspritzgerät 1 gemäß der
ersten Ausführungsform. Das Kraftstoffeinspritzgerät 3 gemäß der
dritten Ausführungsform behält das Innere der
Piezostapelabdeckung 392 bei dem niedrigen Druck und schützt
den Piezoantrieb 90 vor dem mit hohem Druck beaufschlagten
Kraftstoff, der von der Common-Rail zugeführt wird.
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(Andere Ausführungsformen)
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In
der voranstehenden Beschreibung der Ausführungsformen wurden
Beispiele erläutert, in denen das Kraftstoffgerät
gemäß der vorliegenden Erfindung an einer Common-Rail-Dieselmaschine angewendet
wird. Alternativ kann die vorliegende Erfindung in Form von anderen
Ausführungsformen an anderen Arten von Dieselmaschinen
oder Benzinmaschinen angewendet werden.
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In
der voranstehenden Beschreibung der Ausführungsformen sind
die Bespiele unter Verwendung eines Piezostapels als Antrieb erläutert.
Alternativ kann die vorliegende Erfindung in Form von anderen Ausführungsformen
unter Verwendung von einer anderen Art von Antrieb angewendet werden,
die eine Verschiebung gemäß einer zugelieferten
Leistung ändern, wie z. B. unter Verwendung eines elektrostriktiven
Elements, eines magnetostriktiven Elements oder eines Linearsolenoids.
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In
den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen schiebt
das Schiebeteil den Kolben an der Position, die im Wesentlichen
mit dem Schwerpunkt des Kolbens zusammenfällt. Alternativ
kann in der vorliegenden Erfindung in Form einer anderen Ausführungsformen
das Schiebeteil den Kolben an einer Position der Seite des Einspritzlochs
des Schwerpunkts des Kolbens schieben. Falls die Schiebeposition
nicht die Seite des Einspritzlochs des Schwerpunkts des Kolbens
ist, kann die Neigung des Kolbens unterdrückt werden, und
eine ähnliche Wirkung ausgeübt werden.
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In
der voranstehenden Beschreibung der Ausführungsformen wird
ein Beispiel unter Verwendung eines Balgs oder einer Membran als
Dichtteil erläutert. Alternativ können als andere
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beliebige
Arten von Vorrichtungen als Dichtteil verwendet werden, solange
die Vorrichtung verhindern kann, dass der Kraftstoff in den Piezoantrieb
eindringt. Insbesondere ist ein Dichtteil bevorzugt, dass in der
Lage ist, dem hohen Druck des Kraftstoffs standzuhalten.
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Die
vorliegenden Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt sein, sondern kann auf viele andere Weisen ausgeführt werden,
ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, der in den anhängenden
Ansprüchen definiert ist.
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Ein
Kolben (80) kann sich in einem Kolbenführungszylinder
(70) in einer axialen Richtung hin- und her bewegen und
weist an einer Seite eines Piezoantriebs (90) eine Aushöhlung
(84) auf. Falls der Piezoantrieb (90) mit Energie
beaufschlagt wird, schiebt eine Spitze (961) eines vorspringenden
Abschnitts (96) eines Schiebeteils (95) eine Bodenwand 83)
des Kolbens (80), der die Aushöhlung (84)
definiert. Falls ein Kraftstoffdruck einer Drucksteuerkammer (201) über
eine Druckbeaufschlagungskammer (202) und einen Verbindungsdurchtritt
(203) wegen einer Druckbeaufschlagung durch den Kolben
(80) steigt, bewegt sich eine Nadel (30) gegen
eine erste Druckspiralfeder (61) in eine Richtung offenen
Ventils. Da der Kolben (80) die Aushöhlung (84)
aufweist, wird eine bewegliche Masse des Kolbens (80) reduziert,
während die axiale Länge eines Gleitabschnitts sichergestellt
ist. Somit kann ein Ausströmen von Kraftstoff von dem Gleitabschnitt
zwischen dem Kolben (80) und dem Kolbenführungszylinder
(70) unterdrückt werden, und ein Trägheitswiderstand,
der in dem Kolben (80) erzeugt wird, kann reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2003/0116656
A1 [0002]