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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzgerät.
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät, das Kraftstoff in eine Brennkammer
einer Brennkraftmaschine einspritzt, ist bekannt.
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Beispielsweise
lehrt die
JP 2006-214317
A ein Kraftstoffeinspritzgerät, das eine Drucksteuerungsanordnung
hat. Die Drucksteuerungsanordnung hat eine Druckkammer, die einen
Druck gegen eine Nadel aufbringt, um die Nadel weg von Einspritzlöchern
anzuheben, um diese zum Einspritzen von Kraftstoff zu öffnen,
wenn ein Kolben angetrieben wird, um den Kraftstoff in der Druckkammer
mit Druck zu beaufschlagen. Diese Art von Kraftstoffeinspritzgerät
ist entwickelt, um eine Forderung nach einer Verbesserung einer
Zerstäubung von Kraftstoff durch Erhöhen eines
Kraftstoffeinspritzdrucks auf einen höheren Druck in einer Kraftstoffdirekteinspritzbrennkraftmaschine
zu erfüllen, in der Kraftstoff direkt in jeden Zylinder
eingespritzt wird.
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In
dem Kraftstoffeinspritzgerät der
JP 2006-214317 A wird
ein Aktuator (beispielsweise eine piezoelektrische Antriebseinrichtung),
der eine hohe Antriebskraft ausübt, verwendet, um den Kolben
zu verschieben, um den Druck der Druckkammer relativ zu dem Druck
des Kraftstoffdurchgangs zu erhöhen, der zu dem Kraftstoffeinspritzdruck
korrespondiert, so dass die Kraftstoffeinspritzmenge unter der hohen
Einspritzdruckbedingung gesteuert wird. Jedoch bringt die vorstehende
Technik des Anhebens der Nadel durch den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff
den folgenden Nachteil mit sich. Das heißt wenn die Nadel
angehoben wird, wird ein Volumen der Druckkammer erhöht,
um eine Verringerung des Drucks der Druckkammer zu bewirken. Wenn
der Druck der Druckkammer verringert wird, verringert sich die Anhebegeschwindigkeit
der Nadel unmittelbar in nachteiliger Weise.
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In
solch einem Fall kann die Anhebegeschwindigkeit der Nadel unmittelbar
nach dem Öffnen der Einspritzlöcher nicht aufrechterhalten
werden. Deshalb kann der Druck der Druckkammer nicht bei einem erforderten
minimalen Druck (nachstehend als ein erforderter Ventilöffnungsdruck
bezeichnet) aufrechterhalten werden, der erfordert ist, um die Einspritzlöcher
durch Anheben der Nadel gegen eine Drängkraft (beispielsweise
einem Druck in dem Kraftstoffdurchgang) anzuheben, die in Richtung
zu den Einspritzlöchern aufgebracht ist. Als eine Folge
wird die Nadel allmählich nach unten in Richtung zu den Einspritzlöchern
bewegt, um die Einspritzlöcher zu schließen. Wenn
dieser Zustand eintritt, werden die Einspritzlöcher durch
die Nadel unverzüglich geschlossen, um die Kraftstoffeinspritzung
zu beenden, obwohl ein Einspritzsignal zum Ausführen der
Kraftstoffeinspritzung immer noch zu dem Aktuator zugeführt
wird. Somit ist es schwierig, die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem
Einspritzsignal zu steuern. Dadurch kann in dem früher
vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzgerät, das vorstehend
beschrieben ist, das stabile Ventilöffnungsbetriebsansprechen
nicht erhalten werden.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzgerät
vorzusehen, das eine Anhebegeschwindigkeit einer Nadel zu der Zeit
des Ausführens eines Ventilöffnungsbetriebs im Wesentlichen
beibehält und dadurch eine Kraftstoffeinspritzung in einer
Weise steuert, die ein stabiles Betriebsansprechen realisiert.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein
Kraftstoffeinspritzgerät vorgesehen, das einen Düsenkörper,
eine Nadel, eine Drucksteuerungsanordnung und eine Druckbeaufschlagungseinrichtung
hat. Der Düsenkörper hat einen Kraftstoffdurchgang
und ein Einspritzloch. Kraftstoff wird von einer externen Kraftstoffquelle
zu dem Kraftstoffdurchgang zugeführt. Das Einspritzloch
ist an einer stromabwärtigen Seite des Kraftstoffdurchgangs
angeordnet und ist angepasst, um den Kraftstoff zu der Außenseite
des Düsenkörpers einzuspritzen. Die Nadel ist
in dem Düsenkörper aufgenommen und ist angepasst,
um sich bezüglich des Einspritzlochs in einer Hin- und
Herbewegungsrichtung hin- und herzubewegen, um das Einspritzloch
zu öffnen und zu schließen. Die Drucksteuerungsanordnung
hat eine Druckkammer und einen Dämpfer. Die Druckkammer empfängt
den Kraftstoff und übt einen Druck gegen die Nadel in einer Öffnungsrichtung
weg von dem Einspritzloch bei Erhöhung des Drucks des Kraftstoffs
in der Druckkammer aus. Der Dämpfer wird beim Erhöhen
des Drucks in der Druckkammer betätigt, um eine Änderung
des Drucks in der Druckkammer abzumildern bzw. abzuschwächen.
Die Druckbeaufschlagungseinrichtung dient zum Erhöhen des Drucks
des Kraftstoffs in der Druckkammer.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen ist auch
ein Kraftstoffeinspritzgerät vorgesehen, das einen Düsenkörper,
eine Nadel, ein erstes Drängbauteil, eine Drucksteuerungsanordnung,
einen Druckbeaufschlagungskolben, ein zweites Drängbauteil
und eine piezoelektrische Antriebseinrichtung hat. Der Düsenkörper
hat einen Kraftstoffdurchgang und ein Einspritzloch. Kraftstoff
wird von einer externen Kraftstoffquelle zu dem Kraftstoffdurchgang
zugeführt. Das Einspritzloch ist an einer stromabwärtigen
Seite des Kraftstoffdurchgangs angeordnet und ist angepasst, um
den Kraftstoff zu der Außenseite des Düsenkörpers
einzuspritzen. Die Nadel ist in den Düsenkörper
aufgenommen und ist angepasst, um sich relativ zu dem Einspritzloch
in einer Hin- und Herbewegungsrichtung hin- und herzubewegen, um
das Einspritzloch zu öffnen und zu schließen.
Das erste Drängbauteil hat ein Ende, das an einer Innenwand
des Düsenkörpers installiert ist, und ein anderes
Ende, das die Nadel in eine Schließrichtung zu dem Einspritzloch
hin drängt. Die Drucksteuerungsanordnung hat eine Druckkammer
und einen Dämpfer. Die Druckkammer empfängt den
Kraftstoff und übt einen Druck gegen die Nadel in eine Öffnungsrichtung
weg von dem Einspritzloch gegen eine Drängkraft des ersten
Drängbauteils bei Erhöhung des Drucks des Kraftstoffs
in der Druckkammer aus. Der Dämpfer wird bei Erhöhen
des Drucks in der Druckkammer betätigt, um ein Volumen
der Druckkammer zu erhöhen. Der Druckbeaufschlagungskolben
ist in dem Düsenkörper aufgenommen und ist angepasst,
um sich in dem Düsenkörper hin- und herzubewegen,
um den Druck in der Druckkammer zu erhöhen und zu verringern.
Das zweite Drängbauteil drängt den Druckbeaufschlagungskolben
in eine Verringerungsrichtung, um den Druck der Druckkammer zu verringern.
Die piezoelektrische Antriebseinrichtung hat ein Ende, das an dem
Düsenkörper fixiert ist, und ist im Ansprechen
auf einen Betrag von elektrischer Energiezufuhr zu der piezoelektrischen Antriebseinrichtung
ausdehnbar bzw. verlängerbar, um den Druckbeaufschlagungskolben
gegen eine Drängkraft des zweiten Drängbauteils
in eine zu der Verringerungsrichtung entgegengesetzte Erhöhungsrichtung
zu drängen, um den Druck der Druckkammer zu erhöhen.
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Die
Erfindung, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen
und Vorteilen von dieser, wird am Besten von der folgenden Beschreibung,
den angehängten Ansprüchen und den begleitenden
Zeichnungen verstanden.
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1 ist
eine Längsquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, das in einem Zustand gehalten ist, in dem
Einspritzlöcher des Kraftstoffeinspritzgeräts
geschlossen sind;
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2 ist
eine Längsquerschnittsansicht des Kraftstoffeinspritzgeräts,
das in 1 gezeigt ist und das in einem anderen Zustand
gehalten ist, in dem die Einspritzlöcher des Kraftstoffeinspritzgeräts
geöffnet sind;
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3 ist
ein Diagramm, das einen Betrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts
der ersten Ausführungsform im Gegensatz zu einem Betrieb
eines früher vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzgeräts
zeigt;
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4 ist
eine Längsquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Längsquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung; und
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6 ist
eine Längsquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt
eines von Kraftstoffeinspritzgeräten 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Kraftstoffeinspritzgeräte 1 sind jeweils in Zylindern
von beispielsweise einer Dieselmaschine (einer Brennkraftmaschine)
installiert, um einen Hochdruckkraftstoff, der in einer Common Rail
gespeichert ist, in die Zylinder einzuspritzen. Jedes Kraftstoffeinspritzgerät 1 hat
einen Düsenkörper 2, eine Nadel 3,
einen Druckbeaufschlagungskolben 5 und eine Antriebsanordnung 9.
Der Düsenkörper 2 ist ein rohrförmiger
Körper und hat Einspritzlöcher 21 an
einem Endabschnitt von sich. Die Einspritzlöcher 21 sind
mit dem Inneren und mit dem Äußeren des Düsenkörpers 2 verbunden.
Des Weiteren bildet der Düsenkörper 2 eine
Kraftstoffkammer 101 in seinem Inneren aus. Die Kraftstoffkammer 101 ist
als ein Raum ausgebildet, der mit den Einspritzlöchern 21 verbunden
ist.
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Ein
Kraftstoffdurchgang 100 ist in dem Inneren des Düsenkörpers 2 ausgebildet.
Der Kraftstoffdurchgang 100 ist mit einem Druckspeicher
(einer externen Kraftstoffquelle) 4 über einen
Strömungseinlass 22 verbunden, der in dem Düsenkörper 2 ausgebildet
ist. Der Druckspeicher 4 ist beispielsweise eine Common
Rail, die an der Dieselmaschine vorgesehen ist. Der Kraftstoffdurchgang 100 wird
mit dem Kraftstoff versorgt, der den Druck hat, der im Wesentlichen
derselbe ist, wie der im Inneren des Druckspeichers 4.
Die Kraftstoffkammer 101 bildet einen Teil des Kraftstoffdurchgangs 100.
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In
dem Inneren des Düsenkörpers 2 ist der Kraftstoffdurchgang 100 mit
einem Kraftstoffbohrloch bzw. -reservoir 102, einer Nadelkammer 103,
einer Gleitkammer 104 und einer Kolbenkammer 105 verbunden.
Das Kraftstoffreservoir 102 ist mit der Kraftstoffkammer 101 verbunden.
Die Nadelkammer 103 nimmt einen Abschnitt 30 mit
großem Durchmesser der Nadel 3 auf. Die Gleitkammer 104 nimmt
einen Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser der Nadel 3 auf.
Die Kolbenkammer 105 nimmt einen Kolben 50 des
Druckbeaufschlagungskolbens 5 auf. Die Nadelkammer 103 ist
mit dem Kraftstoffreservoir 102 über die Gleitkammer 104 verbunden.
Die Nadel 3 hat den Abschnitt 30 mit großem
Durchmesser, den Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser und
einen Ventilabschnitt 32. Der Abschnitt 30 mit
großem Durchmesser und der Abschnitt 31 mit kleinem
Durchmesser sind jeweils im Allgemeinen als zylindrische Körper gestaltet
und der Abschnitt 30 mit großem Durchmesser hat
einen Außendurchmesser, der größer ist
als der des Abschnitts 31 mit kleinem Durchmesser. Der Ventilabschnitt 32 hat
einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der des Abschnitts 31 mit
kleinem Durchmesser und erstreckt sich von dem Abschnitt 31 mit
kleinem Durchmesser an einer Seite entgegengesetzt zu dem Abschnitt 30 mit
großem Durchmesser. Die Nadel 3 ist in dem Inneren
des Düsenkörpers 2 wie folgt angeordnet.
Das heißt der Abschnitt 30 mit großem
Durchmesser gleitet entlang einer Innenumfangswand der Nadelkammer 103,
und der Abschnitt 31 mit kleinem Durchmesser gleitet entlang
einer Innenumfangswand der Gleitkammer 104. Des Weiteren
bewegt sich der Ventilabschnitt 32 in dem Inneren des Kraftstoffreservoirs 102 hin
und her. Der Abschnitt 30 mit großem Durchmesser
der Nadel 3 wird in Richtung zu den Einspritzlöchern 21 durch eine
Feder 33 gedrängt, die als ein erstes Drängbauteil
dient und die zwischen dem Abschnitt 30 mit großem
Durchmesser und einer gegenüberliegenden Innenwand der
Nadelkammer 103 vorgesehen ist, die an einer axialen Seite
entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern 21 vorgesehen
ist. Des Weiteren ist in 1 der Ventilabschnitt 32 mit
einem Ventilsitz 23 in Eingriff, d. h. auf diesen gesetzt,
der zwischen der Kraftstoffkammer 101 und dem Kraftstoffreservoir 102 in
dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist, um
den Kraftstoffdurchgang 100 in dem Inneren des Düsenkörpers 2 von
der Außenseite des Düsenkörpers 2 abzuschneiden.
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Der
Druckbeaufschlagungskolben 5, der als eine Druckbeaufschlagungseinrichtung
dient, hat einen Stababschnitt 51 und einen Flanschabschnitt 52. Der
Stababschnitt 51 erstreckt sich von dem Kolben 50,
der entlang der Innenumfangswand der Kolbenkammer 105 gleitet,
an der Seite des Kolbens 50, die entgegengesetzt zu den
Einspritzlöchern 21 ist. Der Flanschabschnitt 52 ist
mit dem Stababschnitt 51 an der Seite entgegengesetzt zu
dem Kolben 50 verbunden. Der Stababschnitt 51 erstreckt
sich durch eine Wand des Düsenkörpers 2 in
das Innere der Antriebseinrichtungsaufnahmekammer 90, die
in dem Düsenkörper 2 ausgebildet ist.
Ein Durchmesser der Kolbenkammer 105 ist an einem Endabschnitt
von dieser verringert, der an der Seite entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern 21 angeordnet ist.
Eine Gummidichtung 61 ist vorgesehen, um zwischen dem Stababschnitt 51 und
der Innenwand des Düsenkörpers 2 zu dichten,
die den Endabschnitt der Kolbenkammer 105 an der Seite
entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern 21 bildet.
Die Gummidichtung 61 begrenzt eine Strömung des
Kraftstoffs, der in das Innere der Kolbenkammer 105 gefüllt
ist, in Richtung zu der Antriebseinrichtungsaufnahmekammer 90.
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Ein
Ende einer piezoelektrischen Antriebseinrichtung (piezoelektrischer
Stapelaktuator) 91 ist an einer Endfläche der
Antriebseinrichtungsaufnahmekammer 90 installiert, die
entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern 21 ist,
um die Antriebsanordnung 9 zu bilden. Wenn die elektrische
Energie von einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) zu
der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 zugeführt
wird, verlängert sich das andere Ende der piezoelektrischen
Antriebseinrichtung 91 in Richtung zu dem Druckbeaufschlagungskolben 5.
Der Druckbeaufschlagungskolben 5 wird von den Einspritzlöchern 21 weg
in Richtung zu der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 durch
eine Feder 53 gedrängt, die den Flanschabschnitt 52 berührt,
die als ein zweites Drängbauteil dient und die an der der
piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 gegenüberliegenden Innenwand
der Antriebseinrichtungsaufnahmekammer 90 vorgesehen ist.
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Die
Nadelkammer 103 hat eine Drucksteuerungskammer 71 und
eine erste Gegendruckkammer 72. Die Drucksteuerungskammer 71 ist
an der einen axialen Seite des Abschnitts 30 mit großem
Durchmesser angeordnet, wo die Einspritzlöcher 21 angeordnet
sind. Die erste Gegendruckkammer 72 ist an der anderen
axialen Seite des Abschnitts 30 mit großem Durchmesser
angeordnet, die entgegengesetzt zu der Drucksteuerungskammer 71 ist.
Die Kolbenkammer 105 hat eine Druckbeaufschlagungskammer 73 und
eine zweite Gegendruckkammer 74. Die Druckbeaufschlagungskammer 73 ist an
einer axialen Seite des Kolbens 50 angeordnet, wo die Einspritzlöcher 21 angeordnet
sind. Die zweite Gegendruckkammer 74 ist an der anderen
axialen Seite des Kolbens 50 angeordnet, die entgegengesetzt
zu der Druckbeaufschlagungskammer 73 ist. Die Drucksteuerungskammer 71 und
die Druckbeaufschlagungskammer 73 sind unabhängig
von dem Kraftstoffdurchgang 100 über einen Druckkammerverbindungsdurchgang 75 miteinander
verbunden, der in der Innenwand des Düsenkörpers 2 ausgebildet
ist. Die Drucksteuerungskammer 71, die Druckbeaufschlagungskammer 73 und
der Druckkammerverbindungsdurchgang 75 bilden eine Druckkammer 70 in einer
Drucksteuerungsanordnung 7. In der vorliegenden Ausführungsform
bildet die Drucksteuerungsanordnung 7 einen Teil des Düsenkörpers 2.
Die erste Gegendruckkammer 72 und die zweite Gegendruckkammer 74 der
Drucksteuerungsanordnung 7 bilden einen Zufuhrdruckraum 40 in
Verbindung mit dem Kraftstoffdurchgang 100 und dem Kraftstoffreservoir 102.
Auf diese Weise erfüllt der Kraftstoff, der in das Innere
des Düsenkörpers 2 gefüllt ist,
den folgenden Zustand. Das heißt der Druck in dem Zufuhrdruckraum 40 ist
gleich zu dem Druck des Kraftstoffs in dem Druckspeicher 4 und
dem Kraftstoffeinspritzdruck. Des Weiteren ist der Druck in der
Druckkammer 70 gleich zu oder höher als der Druck
in dem Zufuhrdruckraum 40.
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Der
Zufuhrdruckraum 40 und die Druckkammer 70 sind über
einen Verbindungsdurchgang 107 miteinander verbunden, der
die erste Gegendruckkammer 72 und die Druckbeaufschlagungskammer 73 verbindet.
Des Weiteren ist ein Rückschlagventil 77 in dem
Verbindungsdurchgang 107 vorgesehen. Das Rückschlagventil 77 begrenzt
das Entweichen des mit Druck beaufschlagten Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 73 über
den Verbindungsdurchgang 107 zu der ersten Gegendruckkammer 72.
Ein Dämpferdurchgang 108 ist zwischen der ersten
Gegendruckkammer 72 und der Druckbeaufschlagungskammer 73 parallel
zu dem Verbindungsdurchgang 107 ausgebildet. Der Dämpferdurchgang 108 hat
einen Dämpferkolben 81 und eine Dämpferkammer 82.
Der Dämpferkolben 81 ist in der Dämpferkammer 82 gleitbar
aufgenommen, um zwischen der Seite der Druckbeaufschlagungskammer 73 und der
Seite der ersten Gegendruckkammer 72 hin- und herbewegbar
zu sein. Eine Dämpferfeder 83 ist in der Dämpferkammer 82 derart
aufgenommen, dass ein Ende der Dämpferfeder 83 an
einer Innenwand der Dämpferkammer 82 installiert
ist, die an der Seite der ersten Gegendruckkammer 72 gelegen
ist. Die Dämpferfeder 83 drängt den Dämpferkolben 81 in Richtung
zu der Druckbeaufschlagungskammer 73. Der Dämpferkolben 81 und
die Dämpferfeder 83, die in der Dämpferkammer 82 vorgesehen
sind, bilden eine Dämpferanordnung 8, die als
ein Dämpfer der vorliegenden Erfindung dient. Des Weiteren
sind die Dämpferkammer 82, der Dämpferdurchgang 108 und der
Raum des Verbindungsdurchgangs 107 an der Seite der ersten
Gegendruckkammer 72 in dem Zufuhrdruckraum 40 enthalten.
Des Weiteren sind die Dämpferkammer 82, der Dämpferdurchgang 108 und der
Raum des Verbindungsdurchgangs 107 an der Seite der Druckbeaufschlagungskammer 73 in
der Druckkammer 70 enthalten.
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Als
nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 mit
Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wenn die piezoelektrische Antriebseinrichtung 91 nicht
elektrisch geladen ist, ist die piezoelektrische Antriebseinrichtung 91 zusammengezogen.
Wenn die piezoelektrische Antriebsanordnung 91 in dem Zustand
zusammengezogen ist, in dem der Kraftstoff in die Druckkammer 70 und
den Zufuhrdruckraum 40 mit dem Kraftstoffdurchgang 100 gefüllt ist,
sind der Druck in der Druckkammer 70 und der Druck in dem
Zufuhrdruckraum 40 gleich zu dem Druck in dem Kraftstoffdurchgang 100.
Zu dieser Zeit ist der Ventilabschnitt 32 der Nadel 3 durch
die Drängkraft der Feder 33 auf den Ventilsitz 23 gesetzt.
Deshalb ist die Verbindung zwischen dem Kraftstoffreservoir 102 und
der Kraftstoffkammer 101 unterbrochen, und dadurch wird
der Kraftstoff nicht durch die Einspritzlöcher 21 eingespritzt.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wenn das elektrische Laden der
piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 beginnt, verlängert
sich die piezoelektrische Antriebseinrichtung 91 axial,
um den Flanschabschnitt 52 des Druckbeaufschlagungskolbens 5 in Richtung
zu den Einspritzlöchern 21 gegen die Drängkraft
der Feder 53 zu drängen. Auf diese Weise wird
in der Drucksteuerungsanordnung 7 der Kolben 50 über
den Stababschnitt 51 in eine Verringerungsrichtung zum
Verringern des Volumens der Druckbeaufschlagungskammer 73 gedrängt.
Deshalb wird der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 73 mit
Druck beaufschlagt. Wenn der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 73 mit
Druck beaufschlagt wird, erhöht sich der Druck des Kraftstoffs
in der Drucksteuerungskammer 21, die über den
Druckkammerverbindungsdurchgang 75 mit der Druckbeaufschlagungskammer 73 verbunden
ist. Der Druck in der Drucksteuerungskammer 71 wirkt auf
die Nadel 3 und jede Wandfläche der Nadelkammer 103 des
Düsenkörpers 2. Wenn sich der Druck des
Kraftstoffs in der Drucksteuerungskammer 71 erhöht,
wird deshalb der Abschnitt 30 mit großem Durchmesser der
Nadel 3 axial in eine Richtung entgegengesetzt zu dem Ventilsitz 23 gedrängt.
Deshalb wird der Ventilabschnitt 32 der Nadel 3 weg
von dem Ventilsitz 23 angehoben. Auf diese Weise wird der
Kraftstoff in der ersten Gegendruckkammer 72 zu dem Kraftstoffreservoir 102 über
den Kraftstoffdurchgang 100 zugeführt. Dann, wenn
der Ventilabschnitt 32 der Nadel 3 von dem Ventilsitz 23 weg
angehoben ist, sind das Kraftstoffreservoir 102 und die
Kraftstoffkammer 101 miteinander verbunden. Somit wird
der Kraftstoff von den Einspritzlöchern 21 eingespritzt.
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Des
Weiteren werden in dem Zustand, in dem der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 73 mit
Druck beaufschlagt ist, der Druck des Kraftstoffs in dem Abschnitt
des Verbindungsabschnitts 107, der in der Druckkammer 70 enthalten
ist und an der Seite des Rückschlagventils 77 bei
der Druckbeaufschlagungskammer 73 angeordnet ist, und Druck
des Kraftstoffs in dem Abschnitt des Dämpferdurchgangs 108,
der in der Druckkammer 70 enthalten ist und an der Seite
des Dämpferkolbens 81 bei der Druckbeaufschlagungskammer 73 angeordnet
ist, auch erhöht. Der Druck der Druckkammer 70 wird
auf das Rückschlagventil 77, den Dämpferkolben 81 und
die Wandflächen des Düsenkörpers 2 aufgebracht,
die den Verbindungsdurchgang 107 und den Dämpferdurchgang 108 bilden. Auf
diese Weise wird das Rückschlagventil 77 in Richtung
zu der ersten Gegendruckkammer 72 gedrängt, um
die Verbindung über den Verbindungsdurchgang 107 zwischen
der Druckbeaufschlagungskammer 73 und der ersten Gegendruckkammer 72 zu
unterbrechen. Des Weiteren wird der Dämpferkolben 81 durch
den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff in der Druckkammer 70 in
Richtung zu der Seite der Gegendruckkammer 73 gegen die Drängkraft
der Dämpferfeder 83 gedrängt, die an
der Seite der ersten Gegendruckkammer 72 in der Dämpferkammer 82 angeordnet
ist und in Richtung zu der Druckbeaufschlagungskammerseite wirkt. Deshalb
entwickelt sich vor der Aufwärtsbewegung der Nadel 3 weg
von den Einspritzlöchern 21 ein Druckunterschied
zwischen dem Kraftstoff in der Druckkammer 70 und dem Kraftstoff
in dem Zufuhrdruckraum 40 aufgrund der Unterbrechung der
Verbindung durch das Rückschlagventil 77. Der
Betrag einer Verringerung des Volumens der Druckkammer 70,
die durch die Kompression durch den Kolben 50 verursacht
wird, wird aufgrund einer Aufhebung bzw. Beseitigung durch die Erhöhung
des Volumens in der Druckbeaufschlagungskammerseite des Dämpferkolbens 81 in
der Dämpferkammer 82 kleiner, die durch die Bewegung
des Dämpferkolbens 81 verursacht wird. Der Betrag
einer Verringerung des Volumens der Druckkammer 70 wird
verringert, d. h. wird durch die Bewegung des Dämpferkolbens 81 minimiert,
so dass der Betrag einer Erhöhung des Drucks der Druckkammer 70 begrenzt
ist. Während der Aufwärtsbewegung der Nadel 3 weg
von den Einspritzlöchern 21, erhöht sich
der Abstand zwischen dem Abschnitt 30 mit großem
Durchmesser der Nadel 3 und der Wandfläche des
Düsenkörpers 2, die die Drucksteuerungskammer 71 definiert
und dem Abschnitt 30 mit großem Durchmesser gegenüberliegt.
Dadurch erhöht sich das Volumen der Druckkammer 70, um
den Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 70 zu verringern.
Als eine Folge drängt die Dämpferfeder 83 den
Dämpferkolben 81 in Richtung zu der Druckbeaufschlagungskammer 73 gegen
die Drängkraft des Kraftstoffs in der Druckkammer 70,
so dass der Dämpferkolben 81 zu der Zeit des Anhebens
des Ventilabschnitts 32 der Nadel 3 weg von dem
Ventilsitz 23 zu seiner Anfangsposition zurückkehrt.
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Wenn
danach die elektrische Entladung der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 beginnt, zieht
sich die piezoelektrische Antriebseinrichtung 91 axial
zusammen. Auf diese Weise beginnt der Endabschnitt der piezoelektrischen
Antriebseinrichtung 91, der den Flanschabschnitt 52 des
Druckbeaufschlagungskolbens 5 gedrängt hat, sich
von dem Kolben 50 wegzubewegen. Zu dieser Zeit wird der Druckbeaufschlagungskolben 5 durch
die Drängkraft der Feder 53 in Richtung zu der
Antriebsanordnung 9 bewegt, d. h. in die Erhöhungsrichtung
(entgegengesetzt zu der Verringerungsrichtung) zum Erhöhen des
Volumens der Druckbeaufschlagungskammer 73 bewegt. Deshalb
wird der Druck des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 73 verringert,
und der Kraftstoff strömt von der ersten Gegendruckkammer 72 über
den Verbindungsdurchgang 107 in die Druckbeaufschlagungskammer 73.
Wenn der Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 73 druckentlastet
wird, wird der Druck des Kraftstoffs in der Drucksteuerungskammer 71 verringert,
die über den Druckkammerverbindungsdurchgang 75 mit
der Druckbeaufschlagungskammer 73 verbunden ist. Zu dieser
Zeit wird die Nadel 3 durch die Drängkraft der Feder 33 in
Richtung zu dem Ventilsitz 23 bewegt, so dass der Ventilabschnitt 32 der
Nadel 3 auf den Ventilsitz 23 gesetzt wird. Deshalb
wird die Verbindung zwischen dem Kraftstoffreservoir 102 und
der Kraftstoffkammer 101 unterbrochen, und dadurch wird
die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 21 beendet.
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Die
vorstehend beschriebenen Charakteristiken der Hauptbestandteile
des Kraftstoffeinspritzgeräts sind in dem in 3 gezeigten
Zeitablaufdiagramm dargestellt. In 3 kennzeichnen
die durchgehenden Linien die Charakteristiken des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 der
ersten Ausführungsform. Des Weiteren kennzeichnen in 3 gepunktete
Linien die entsprechenden Charakteristiken des früher vorgeschlagenen
Kraftstoffeinspritzgeräts (der Bauart, in der das Ventil
durch die Druckbeaufschlagung geöffnet wird), das ähnlich
zu dem Kraftstoffeinspritzgerät 1 der ersten Ausführungsform
mit der Ausnahme ist, dass der Dämpferdurchgang 108 und
die Dämpferanordnung 8 von dem Kraftstoffeinspritzgerät 1 entfernt
sind.
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In
dem Fall von 3 wird die Energiebeaufschlagung
der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 zu dem Zeitpunkt
t0 gestartet, zu dem das Einspritzsignal zu der Antriebsanordnung 9 zugeführt wird,
die die Funktion des Aktuators hat, der die Einspritzzeitabstimmung
und die Einspritzmenge des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzgerät 1 steuert.
Somit wird die Druckkammer 70 durch den Druckbeaufschlagungskolben 5 mit
Druck beaufschlagt, der durch die piezoelektrische Antriebseinrichtung 91 angetrieben
wird (siehe in 3 Aktuatorverschiebung, die
der Betrag der Verschiebung der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91 ist),
so dass der Druck in der Drucksteuerungskammer 71 zu dem
Zeitpunkt t1 einen erforderten Ventilöffnungsdruck erreicht,
der der erforderte minimale Druck ist, um die Nadel 3 von
dem Ventilsitz 23 weg anzuheben. Deshalb wird die Nadel 3 von
dem Ventilsitz 23 weg angehoben, um die Einspritzlöcher 21 zu öffnen, um
den Kraftstoff von den Einspritzlöchern 21 einzuspritzen.
Normalerweise wird die Kraftstoffeinspritzung aufrechterhalten,
solange das Einspritzsignal zugeführt wird. Danach, wenn
das Einspritzsignal, das zu der Antriebsanordnung 9 (die
als der Aktuator dient) zugeführt wird, gestoppt wird,
beginnt die elektrische Entladung der piezoelektrischen Antriebseinrichtung 91.
Deshalb wird der Druck der Druckkammer 70 im Vergleich
zu dem Druck des Kraftstoffs temporär verringert, der von
dem Strömungseinlass 22 zugeführt wird,
und die Nadel 3 wird verschoben. Als eine Folge werden
die Einspritzlöcher 21 mit dem Ventilabschnitt 32 der
Nadel 3 geschlossen, um die Kraftstoffeinspritzung zu beenden.
Nach der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 21 empfängt
die Druckkammer 70 den Kraftstoff, der von dem Druckspeicher 4 zu
dem Kraftstoffdurchgang 100 zugeführt wird. Deshalb
kehrt der Druck in der Druckkammer 70, der temporär
verringert worden ist, auf den Druck vor dem Öffnen der Einspritzlöcher 21 zurück.
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Während
des vorstehenden Betriebs ist zu einem Zeitpunkt t2, zu dem die
Nadel 3 von dem Ventilsitz 23 weg angehoben ist,
der Druck der Drucksteuerungskammer, der der Druckunterschied zwischen
der Druckkammer 70 und dem Zufuhrdruckraum 40 ist,
von dem erforderten Ventilöffnungsdruck in dem Fall des
früher vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzgeräts
verringert, so dass die Geschwindigkeit der Verschiebung der Nadel 3 (siehe
in 3 Düsennadelverschiebung, die der Betrag
der Verschiebung der Nadel 3 ist) relativ zu dem Düsenkörper 2 zu
dem Zeitpunkt t2 verringert ist, und dadurch ist auch die Erhöhungsrate
der Einspritzmenge des Kraftstoffs verringert. Als eine Folge ist
die Zeit verlängert, die erfordert ist, damit die Kraftstoffeinspritzmenge
pro Zeiteinheit (Einspritzrate) eine gewünschte Menge erreicht.
Dadurch ist es schwierig, die Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung
mit dem Einspritzsignal zu steuern, das zu der Antriebsanordnung 9 zugeführt
wird, so dass das gute Ansprechverhalten nicht erreicht werden kann.
Der Grund, warum das Betriebsansprechen in dem früher vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzgerät,
das keine Dämpferanordnung 8 hat, verzögert
ist, ist wie folgt. Das heißt der Betrag einer Änderung
des Volumens der Druckkammer 70 von dem Zeitpunkt t1 zu
dem Zeitpunkt t2 ist groß, so dass die große Druckänderung
in der Druckkammer 70 auftritt. In Anbetracht des vorstehenden Punkts
ist in dem Kraftstoffeinspritzgerät 1 der ersten Ausführungsform
die Dämpferanordnung 8 vorgesehen, um das Volumen
der Druckkammer 70 durch Verwenden des Dämpferkolbens 81 in
Erwiderung auf die Druckänderung in der Druckkammer 70 temporär
zu erhöhen, und dann wird das Volumen der Druckkammer 70 durch
Verwenden des Dämpferkolbens 81 in Erwiderung
auf die Erhöhung des Volumens der Druckkammer 70 wieder
verringert, die durch das Anheben der Nadel 3 verursacht
wird. Dadurch ist der Betrag einer Änderung des Volumens der
Druckkammer 70 von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt
t2 auf einen kleinen Betrag begrenzt. Somit ist, wie klar mit der
durchgehenden Linie in 3 gekennzeichnet ist, der Betrag
einer Druckänderung der Steuerungskammer auf einen kleinen
Betrag begrenzt, und dieser Druck der Steuerungskammer wird von
dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 größer
gehalten als der erforderte Ventilöffnungsdruck.
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Auf
diese Weise wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
die Druckänderung in der Druckkammer 70 verringert,
um die Verringerung der Anhebegeschwindigkeit der Nadel 3 zu
begrenzen. Somit kann die Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit
schnell auf die gewünschte Menge erhöht werden,
so dass die Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung
mit dem zugeführten Einspritzsignal gesteuert werden kann.
Dadurch kann die Kraftstoffeinspritzung mit dem stabilen Betriebsansprechen
gesteuert werden. Als eine Folge ist es insbesondere möglich,
eine Verschlechterung der Zerstäubung des Kraftstoffs zu
dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung während der Ventilöffnungsdauer
zu verhindern, so dass die Emissionen der Brennkraftmaschine verringert
werden können und der Verbrennungswirkungsgrad des Kraftstoffs
verbessert werden kann, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug
auf 4 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind
Komponenten, die gleich zu denjenigen der ersten Ausführung
sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter
beschrieben.
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In
der zweiten Ausführungsform sind ein Verbindungsdurchgang 507 (Verbindung
zwischen der Druckkammer 70 und dem Zufuhrdruckraum 40)
und ein Dämpferdurchgang 508, die entsprechend
zu dem Verbindungsdurchgang 107 und dem Dämpferdurchgang 108 der
ersten Ausführungsform korrespondieren, indem Inneren des
Druckbeaufschlagungskolbens 5 vorgesehen. Im Speziellen
sind der Verbindungsdurchgang 507 und der Dämpferdurchgang 508 in
der Innenwand des Kolbens 50 ausgebildet, um die Druckbeaufschlagungskammer 73 und die
zweite Gegendruckkammer 74 miteinander zu verbinden. Das
Rückschlagventil 77 ist in dem Verbindungsdurchgang 507 vorgesehen,
um ein Entweichen des Kraftstoffs, der in der Druckbeaufschlagungskammer 73 mit
Druck beaufschlagt wird, zu der zweiten Gegendruckkammer 74 zu
begrenzen. Die Dämpferanordnung 8, die in dem
Dämpferdurchgang 508 vorgesehen ist, ist wie folgt
aufgebaut. Das heißt der Dämpferkolben 81 und
die Dämpferfeder 83 sind in der Kolbenkammer 84 aufgenommen,
die in der Innenwand des Kolbens 50 ausgebildet ist, und
die Dämpferfeder 83 drängt den Dämpferkolben 81 von der
Seite der zweiten Gegendruckkammer 74 in Richtung zu der
Seite der Druckbeaufschlagungskammer 73. Wie vorstehend
beschrieben ist, können die Durchgänge, in denen
das Rückschlagventil 77 und die Dämpferanordnung 8 jeweils
vorgesehen sind, in der Komponente, die anders als der Düsenkörper 2 ist,
als die Durchgänge ausgebildet sein, die den Zufuhrdruckraum 40 und
die Druckkammer 70 miteinander verbinden.
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(Dritte und vierte Ausführungsform)
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Als
Modifikationen der zweiten Ausführungsform sind eine dritte
und eine vierte Ausführungsform in 5 bzw. 6 gezeigt.
In der folgenden Beschreibung werden Komponenten, die gleich zu
denjenigen der ersten und/oder der zweiten Ausführung sind,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht weiter
beschrieben.
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In
dem Kraftstoffeinspritzgerät der dritten Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist, ist der Dämpferdurchgang 508 in
dem Kolben 50 vorgesehen, und der Verbindungsdurchgang 107 ist
in dem Düsenkörper 2 ausgebildet. Des
Weiteren ist die Dämpferanordnung 8, die den Aufbau
hat, der im Wesentlichen derselbe wie der der zweiten Ausführungsform
ist, in dem Dämpferdurchgang 508 vorgesehen. Des
Weiteren ist das Rückschlagventil 77 in dem Verbindungsdurchgang 107 in
einer gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform
vorgesehen.
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Des
Weiteren ist in dem Kraftstoffeinspritzgerät der vierten
Ausführungsform, die in 6 gezeigt
ist, der Dämpferdurchgang 108 in dem Düsenkörper 2 ausgebildet,
und der Verbindungsdurchgang 507 ist in dem Kolben 50 ausgebildet.
Die Dämpferanordnung 8, die den Aufbau hat, der
im Wesentlichen derselbe wie der der ersten Ausführungsform
ist, ist in dem Dämpferdurchgang 108 vorgesehen.
Des Weiteren ist das Rückschlagventil 77 in dem
Verbindungsdurchgang 507 in einer gleichen Weise wie bei der
zweiten Ausführungsform vorgesehen.
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Nun
werden Modifikationen der vorstehenden Ausführungsform
beschrieben.
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Wie
in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist,
kann die Lage der Dämpferanordnung 8 und des Rückschlagventils 77 irgendeine geeignete
Lage sein, solange die Dämpferanordnung 8 und
das Rückschlagventil 77 jeweils in den entsprechenden
Durchgängen vorgesehen sind, die die Druckkammer 70 und
den Zufuhrdruckraum 40 miteinander verbinden. Neben den
vorstehend beschriebenen Aufbauten kann die Nadel 3 wenigstens einen
Durchgang haben, der die Druckkammer 70 und den Zufuhrdruckraum 40 miteinander
verbindet und der wenigstens ein Bauteil von den Bauteilen Dämpferanordnung 8 und
Rückschlagventil 77 aufnimmt.
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Des
Weiteren ist der Aufbau des Dämpfers nicht auf den begrenzt,
der in dem Kolben vorgesehen ist, der den Durchgang hat, der die
Druckkammer und den Raum miteinander verbindet, der mit dem Kraftstoffdurchgang
verbunden ist. Das heißt solange der Dämpfer die
Druckänderung der Druckkammer abmildern kann, kann der
Aufbau des Dämpfers beliebig sein. Insbesondere ist der
Dämpfer bevorzugt aufgebaut, um das Volumen der Druckkammer
einzustellen. Beispielsweise kann ein Raum vorgesehen sein, der
mit einem Durchgang verbunden ist, der mit der Druckkammer verbunden
ist, und es kann eine Anordnung vorgesehen sein, die sich ausdehnt
und zusammenzieht, um ein Volumen dieses Raums zu erhöhen
und zu verringern.
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Des
Weiteren ist in den vorstehenden Ausführungsformen das
Kraftstoffeinspritzgerät auf die Dieselmaschine der Common-Rail-Bauart
angewendet. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzgerät
der vorstehenden Ausführungsformen auf eine Dieselmaschine
oder irgendeine andere geeignete Bauart oder eine Benzinmaschine
angewendet sein.
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Des
Weiteren wird in den vorstehenden Ausführungsformen der
Druckbeaufschlagungskolben als die Druckbeaufschlagungseinrichtung
verwendet, und dieser Druckbeaufschlagungskolben wird durch die
piezoelektrische Antriebseinrichtung angetrieben. Alternativ ist
es möglich, anstelle der piezoelektrischen Antriebseinrichtung
eine andere Bauart eines elektrostriktiven Elements, eines magnetostriktiven Elements
oder eines Linearsolenoids zu verwenden, bei denen sich der Betrag
einer Verschiebung in Erwiderung auf den Betrag von elektrischer
Energiezufuhr zu diesen ändert. Solange es möglich
ist, den Kraftstoff in der Druckkammer mit Druck zu beaufschlagen,
kann eine andere Druckbeaufschlagungseinrichtung anstelle des Druckbeaufschlagungskolbens
verwendet werden.
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Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen kommen einem Fachmann leicht in den
Sinn. Die Erfindung in ihrer breiteren Hinsicht ist deshalb nicht
auf die bestimmten Details, das repräsentative Gerät
und die veranschaulichenden Beispiele begrenzt, die gezeigt und
beschrieben sind.
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Eine
Nadel (3) ist in einem Düsenkörper (2) aufgenommen
und ist angepasst, um sich relativ zu einem Einspritzloch (21)
hin- und herzubewegen, um das Einspritzloch (21) zu öffnen
und zu schließen. Eine Druckkammer (70) empfängt
den Kraftstoff und übt einen Druck gegen die Nadel (3)
in eine Öffnungsrichtung weg von dem Einspritzloch (21)
bei Erhöhung des Kraftstoffdrucks in der Druckkammer (70)
aus. Eine Dämpferanordnung (8) wird bei Erhöhung
des Drucks in der Druckkammer (70) betätigt, um
eine Druckänderung in der Druckkammer (70) abzumildern.
Ein Druckbeaufschlagungskolben (5) bewegt sich hin und
her, um den Kraftstoffdruck in der Druckkammer (70) zu
erhöhen und zu verringern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-214317
A [0003, 0004]