DE102009027552B4

DE102009027552B4 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102009027552B4
Application number: DE102009027552.5A
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Nonoyama; Fumiaki Arikawa; Osamu Hishinuma; Jun Kondo
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-07-08
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: JP2010019147A; DE102009027552A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung (25, 125, 225, 325), mit:einem Ventilbauteil (50), das derart betätigt wird, dass das Ventilbauteil (50) mit einem Ventilsitz (23) in Eingriff bringbar und von diesem lösbar ist;einem Aktuator (3), der das Ventilbauteil (50) steuert, wobei sich der Aktuator (3) deformiert, wenn der Aktuator (3) angeschaltet ist;einem röhrenformigen bewegbaren Bauteil (10), das zwischen dem Ventilbauteil (50) und dem Aktuator (3) vorgesehen ist, wobei das bewegbare Bauteil (10) einen Längsendabschnitt (10a) hat, der gegen den Aktuator (3) gedrückt ist, und den anderen Längsendabschnitt (10b) hat, der das Ventilbauteil (50) in sich gleitbar aufnimmt;einem Anschlagbauteil (30), das zwischen dem Ventilbauteil (50) und dem Aktuator (3) vorgesehen ist, wobei:das Anschlagbauteil (30) begrenzt ist, durch eine Verschiebung des Ventilelements (50) und eine Deformation des Aktuators (3) verschoben zu werden;das Anschlagbauteil (30) einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser hat, an dem eine Innenwand (11, 11a) des bewegbaren Bauteils (10) gleitbar ist und der einen Außendurchmesser (D1) größer als ein Außendurchmesser (D0) des Ventilbauteils (50) hat;der Abschnitt (31) mit großem Durchmesser in der Längsrichtung von dem Ventilbauteil (50) beabstandet ist; undder Abschnitt (31) mit großem Durchmesser einen Endabschnitt benachbart zu dem Ventilbauteil (50) hat;einer öldichten Kammer (70), die durch den Endabschnitt des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser, die Innenwand (11, 11a) des bewegbaren Bauteils (10) und das Ventilbauteil (50) definiert ist; undeinem zylindrischen Stufenkolben (60), der innerhalb des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser in der Längsrichtung verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Stufenkolben (60) einen axialen Endabschnitt (61) hat, der einen Außendurchmesser (D2) kleiner als der Außendurchmesser (D0) des Ventilbauteils (50) hat und der gegen das Ventilbauteil (50) gedrückt ist, wenn das Ventilbauteil (50) von dem Ventilsitz (23) um einen vorbestimmten Hubbetrag (H1) angehoben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff z.B. in eine Brennkraftmaschine einspritzt.
Ein gewöhnliches Kraftstoffeinspritzventil ist bekannt, um einen Antriebskörper anzutreiben, um direkt ein Ventilbauteil zu steuern, das eine Einspritzöffnung (siehe JP 2007-505255 A ) öffnet und schließt. Außerdem ist das gewöhnliche Kraftstoffeinspritzventil bekannt, das Ventilbauteil von einem Ventilsitz derart abzulösen, dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnung eingespritzt wird. Es wird vorgeschlagen, dass der Antriebskörper einen Aktuator einsetzt, der ein erweiterbares oder deformierbares Element verwendet, das in der Lage ist, eine relativ große Antriebskraft zu erzeugen, um einen Kraftstoffeinspritzdruck zu erhöhen. Zum Beispiel kann das vorangehende Element des Aktuators ein piezoelektrisches Element oder ein magnetostriktives Element sein.
Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem vorangehenden Aktuator ist mit einem „Öldruckverbindungselement“ zwischen dem Aktuator und dem Ventilelement versehen und das „Öldruckverbindungselement“ ist gestaltet, um die Deformation oder Änderung des Aktuators direkt an das Ventilelement zu übertragen. Das „Öldruckverbindungselement“ hat eine „öldichte Kammer“, die zwischen zwei Kolben vorgesehen ist, die als „bewegbare Bauteile“ dienen, und die durch gegenüberliegende Endflächen der Kolben festgelegt ist.
Das Gerät, das in JP 2007-505255 A beschrieben ist, zeigt ein Beispiel des vorangehenden Kraftstoffeinspritzventils und hat zwei Sätze von den „Öldruckverbindungselementen“. In der Konfiguration sind zwei „öldichte Kammern“ durch die „bewegbaren Bauteile“ ausgebildet, die Endflächen mit gegenseitig verschiedenen Druckaufnahmebereichen haben. Aufgrund der vorangehenden Konfiguration wird eine Umwandlungsrate der Verschiebung des Ventilbauteils relativ zu der Änderung des Aktuators bei einem vorbestimmten Vorhub hv umgeschaltet.
Genauer gesagt, in der vorangehenden Technik hat eines von den „Öldruckverbindungselementen“ einen ersten Kolben, einen zweiten Kolben und eine Kopplungskammer. Der erste Kolben und der zweite Kolben dienen als ein Satz der „bewegbaren Bauteile“. Die Kopplungskammer ist durch erste Endflächen des ersten Kolbens und des zweiten Kolbens festgelegt und dient als eine der „öldichten Kammern“. Außerdem hat das andere von den „Öldruckverbindungselementen“ eine Vorhubbuchse, die als das andere der „bewegbaren Bauteile“ dient. Die Vorhubbuchse nimmt den ersten Kolben und den zweiten Kolben gleitbar in sich auf. Wenn ein Verschiebungsbetrag des zweiten Kolbens den Hub hv erreicht, wird die Vorhubbuchse in den zweiten Kolben eingebunden. Als ein Ergebnis wird die andere von den „öldichten Kammern“, die von der vorangehenden Kopplungskammer verschieden ist, durch eine zweite Endfläche der Vorhubbuchse festgelegt, welche einstückig mit dem zweiten Kolben ist.
Die zweite Endfläche der anderen von den „öldichten Kammern“ hat einen Druckaufnahmebereich größer als die erste Endfläche und dadurch ist die Umwandlungsrate der Verschiebung des Ventilelements relativ zu der Änderung des Aktuators erhöht.
Es sei bemerkt, dass der Aktuator angeschaltet ist, um sich auszudehnen, wenn die Einspritzung des Kraftstoffeinspritzventils zu stoppen ist. Außerdem ist der Aktuator abgeschaltet, um sich zusammenzuziehen, wenn die Einspritzung durchzuführen ist.
In der konventionellen Technik, die in JP 2007-505255 A beschrieben ist, sind die zwei Sätze der „Öldruckverbindungselemente“ derart vorgesehen, dass die Umwandlungsrate der Verschiebung des Ventilelements relativ zu der Änderung des Aktuators zwischen zwei Niveaus umschaltbar ist. Jedoch, da es zwei „öldichte Kammern“ gibt, kann das Timing bzw. der Zeitpunkt eines Startens der Einspritzung aufgrund der Komprimiereigenschaft von Hydrauliköl (Kraftstoff) in den zwei „öldichten Kammern“ nachteilig verzögert werden, wenn die Einspritzung des Kraftstoffeinspritzventils gemacht wird. Folglich kann das Vorangehende nachteilig zu einem Energieverlust des Aktuators führen, der sich ausdehnt und zusammenzieht, um direkt das Ventilbauteil zu betätigen.
DE 10 2005 022 137 A1 offenbart eine hydraulische Übertragungsvorrichtung. Diese Übertragungsvorrichtung weist ein Stellglied, einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben auf. Das Stellglied erzeugt eine Verschiebung, wenn es erregt wird. Der erste Kolben verschiebt sich einstückig mit dem Stellglied. Der zweite Kolben ist dem ersten Kolben zugewandt und definiert dazwischen eine öldichte Kammer. Die öldichte Kammer überträgt die Verschiebung des Stellglieds hydraulisch auf den zweiten Kolben. Einer von dem ersten und zweiten Kolben hat eine zylindrische Gestalt mit einem geschlossenen Ende und einem zylindrischen Abschnitt. Der zylindrische Abschnitt ist über ein Äußeres eines zylindrischen Elements gepasst, das an einem Gehäuse gesichert ist. Der andere von dem ersten und zweiten Kolben ist in das Innere des zylindrischen Zylinders eingesetzt, sodass der erste und zweite Kolben entlang einer Innen- und Außenumfangsfläche des zylindrischen Zylinders (5) frei gleiten. Ein durch den zylindrischen Abschnitt, den zylindrischen Zylinder und den anderen von dem ersten und zweiten Kolben umschlossener Raum ist mit einem Hydrauliköl gefüllt und dient als öldichte Kammer.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorangehenden Nachteile gemacht. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, welches eine einfache Konfiguration zum Umschalten einer Umwandlungsrate einer Verschiebung eines Ventilelements relativ zu einer Deformation eines Aktuators hat und welches einen Energieverlust des Aktuators verringert.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erreichen, ist ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung vorgesehen, wobei das Kraftstoffeinspritzventil ein Ventilbauteil, einen Aktuator, ein röhrenförmiges bewegbares Bauteil, ein Anschlagbauteil, eine öldichte Kammer und einen zylindrischen Stufenkolben aufweist. Das Ventilbauteil wird derart betätigt, dass das Ventilbauteil mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist und von diesem lösbar ist. Der Aktuator steuert das Ventilbauteil und der Aktuator deformiert sich, wenn der Aktuator eingeschaltet ist. Das röhrenförmige bewegbare Bauteil ist zwischen dem Ventilbauteil und dem Aktuator vorgesehen. Das bewegbare Bauteil hat einen Längsendabschnitt, der gegen den Aktuator gepresst ist, und hat den anderen Längsendabschnitt, der das Ventilbauteil gleitbar in sich aufnimmt. Das Anschlagbauteil ist zwischen dem Ventilbauteil und dem Aktuator vorgesehen. Das Anschlagbauteil ist durch eine Verschiebung des Ventilbauteils und eine Deformation des Aktuators darin begrenzt, verschoben zu werden. Das Anschlagbauteil hat einen Abschnitt mit großem Durchmesser, an dem eine Innenwand des bewegbaren Bauteils gleitbar ist und der einen Außendurchmesser hat, der größer als ein Außendurchmesser des Ventilbauteils ist. Der Abschnitt mit großem Durchmesser ist in Längsrichtung von dem Ventilbauteil beabstandet. Der Abschnitt mit großem Durchmesser hat einen Endabschnitt benachbart zu dem Ventilbauteil. Die öldichte Kammer ist durch den Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser, die Innenwand des bewegbaren Bauteils und das Ventilbauteil festgelegt. Der zylindrische Stufenkolben ist in Längsrichtung verschiebbar innerhalb des Abschnitts mit großem Durchmesser aufgenommen. Der Stufenkolben hat einen axialen Endabschnitt, der einen Außendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Ventilbauteils hat und der gegen das Ventilbauteil gepresst ist, wenn das Ventilbauteil durch einen vorbestimmten Hubbetrag von dem Ventilsitz abgehoben ist.
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:

1 eine Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A bis 2F Zeitdiagramme sind, die Betätigungen eines Kraftstoffeinspritzventils eines Vergleichsbeispiels darstellen;
3A bis 3F Zeitdiagramme sind, die Betätigungen des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform darstellen, welches in 1 gezeigt ist;
4A eine Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4B eine Querschnittsansicht ist, die ein anderes Kraftstoffeinspritzventil der zweiten Ausführungsform darstellt;
4C eine Querschnittsansicht ist, die ein noch anderes Kraftstoffeinspritzventil der zweiten Ausführungsform darstellt; und
5 eine Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es sei bemerkt, dass Entsprechungskomponenten in jeder der Ausführungsformen durch das gleiche Bezugszeichen angezeigt werden und dadurch die überlappende Erklärung unterlassen wird.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden Erfindung. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 der vorliegenden Erfindung spritzt Kraftstoff direkt in einen Zylinder von z.B. einer Dieselmaschine oder einer Funkenzündungsbrennkraftmaschine mit Zylindereinspritzung ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 spritzt Kraftstoff unter hohem Druck ein, der von einer Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführt wird, die als ein Drucksammelbehälter dient, der gemeinsam für alle Zylinder vorgesehen ist. Es sei vermerkt, dass das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung Kraftstoff alternativ z.B. in einen Einlassanschluss anstelle des Zylinders einspritzen kann.
Wie in 1 gezeigt ist, hat das Kraftstoffeinspritzventil 1 ein Gehäuse 2, einen Aktuator 3, ein bewegbares Bauteil 10, ein Anschlagbauteil 30, eine Nadel 50, eine Steuerkammer 70 und einen Stufenkolben 60. Der Aktuator 3 ist durch das Gehäuse 2 aufgenommen. Das bewegbare Bauteil 10 bewegt sich zusammen mit dem Aktuator 3. Die Nadel 50 wirkt als ein „Ventilbauteil“, das eine Einspritzöffnung 25 öffnet und schließt. Die Steuerkammer 70 wirkt als eine „öldichte Kammer“. Es sei vermerkt, dass das Gehäuse 2 einen ersten Gehäuseabschnitt 2a, einen zweiten Gehäuseabschnitt 2b und eine Haltemutter 2c aufweist. Jeder von dem ersten Gehäuseabschnitt 2a und dem zweiten Gehäuseabschnitt 2b hat eine Röhrenform und hat einen Bodenteil an einem Längsende. Die Haltemutter 2c wirkt als ein Befestigungsbauteil. Das Gehäuse 2 hat eine bekannte Struktur bzw. Aufbau, in dem beide Gehäuseabschnitte 2a, 2b die vorangehenden Komponenten 3, 10, 30, 50, 60, 70 in sich aufnehmen und in dem die Gehäuseabschnitte 2a, 2b luftdicht und durch die Haltemutter 2c schraubbar befestigt sind.
Das Gehäuse 2 hat eine Röhrenform und hat einen Sackabschnitt 24, eine Einspritzöffnung 25 und einen Ventilsitz 23 an einem Längsendabschnitt des Gehäuses 2. Der Sackabschnitt 24 hat im Allgemeinen eine Hohlkonusform. Die Einspritzöffnung 25 steht mit dem Sackabschnitt 24 in Verbindung und erstreckt sich durch das Gehäuse 2, um eine Innenwand mit einer Außenwand des Gehäuses in Verbindung zu bringen. Das Gehäuse 2 definiert in sich eine Kraftstoffbehälterkammer 41, die benachbart zu einem Einlass der Einspritzöffnung 25 positioniert ist. Die Innenwand des Gehäuses 2 ist mit einem Ventilsitz 23 versehen, der zwischen dem Einlass der Einspritzöffnung 25 und der Kraftstoffbehälterkammer 41 positioniert ist. Die Nadel 50 ist mit dem Ventilsitz 23 in Eingriff bringbar und von diesem lösbar. Mit anderen Worten ist die Nadel 50 mit dem Ventilsitz 23 ein- und ausrückbar.
Das Gehäuse 2 hat einen Einlassanschluss 21, der mit der Common-Rail in Verbindung steht, und das Gehäuse 2 hat in sich einen Kraftstoffdurchgang 40. Der Kraftstoffdurchgang 40 wird unter Druck ähnlich zu einem Druck innerhalb der Common-Rail mit Kraftstoff beliefert. Die Kraftstoffbehälterkammer 41 bildet einen Teil des Kraftstoffdurchgangs 40.
Das Gehäuse 2 nimmt in sich die Nadel 50, das bewegbare Bauteil 10, das Anschlagbauteil 30, den Stufenkolben 60 und den Aktuator 3 auf und das Gehäuse 2 definiert in sich die Kraftstoffbehälterkammer 41, eine erste Kraftstoffkammer 42, eine zweite Kraftstoffkammer 43 und die Steuerkammer 70.
Die Nadel 50 hat im Wesentlichen eine Säulen- oder Stabform und ist hin- und hergehend verschiebbar innerhalb des Gehäuses 2 aufgenommen. Die Nadel 50 hat einen Wellenabschnitt 53 und einen Flanschabschnitt 52. Der Wellenabschnitt 53 hat einen axialen Endabschnitt 54 und einen axialen Endabschnitt 55 an entgegengesetzten Enden des Wellenabschnitts 53. Der axiale Endabschnitt 54 ist an einem Ende des Wellenabschnitts 53 benachbart zu dem Ventilsitz 23 positioniert. Der axiale Endabschnitt 55 ist an dem anderen Ende des Wellenabschnitts 53 entfernt von dem Ventilsitz 23 positioniert und ist benachbart zu der Steuerkammer 70. Der Flanschabschnitt 52 erstreckt sich radial auswärts von einer Position zwischen dem axialen Endabschnitt 54 und dem axialen Endabschnitt 55.
Der axiale Endabschnitt 54 der Nadel 50 hat einen Sitzabschnitt 51, der mit dem Ventilsitz 23 in Eingriff bringbar und von diesem lösbar ist. Wenn der Sitzabschnitt 51 von dem Ventilsitz 23 gelöst ist oder von diesem wegverschoben ist, wird die Kraftstoffbehälterkammer 41 mit der Einspritzöffnung 25 verbunden. Mit anderen Worten, wenn der Sitzabschnitt 51 von dem Ventilsitz 23 gelöst ist, wird der Kraftstoffdurchgang 40 mit der Einspritzöffnung 25 verbunden und dadurch wird es Kraftstoff ermöglicht, durch die Einspritzöffnung 25 eingespritzt zu werden. Im Gegensatz dazu, wenn der Sitzabschnitt 51 auf den Ventilsitz 23 gesetzt wird, ist der Kraftstoffdurchgang 40 von der Einspritzöffnung 25 getrennt und dadurch ist eine Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnung 25 verhindert oder gestoppt.
Das bewegbare Bauteil 10 hat im Wesentlichen eine hohlzylindrische Form und ist zwischen dem Aktuator 3 und der Nadel 50 vorgesehen. Das bewegbare Bauteil 10 hat einen Längsendabschnitt 10a, der ein Stützteil 3a des Aktuators 3 berührt. Außerdem hat das bewegbare Bauteil 10 den anderen Längsendabschnitt 10b, der in sich die Nadel 50 aufnimmt und der sich in Richtung des Flanschabschnitts 52 der Nadel 50 erstreckt. Es ist eine Aktuatorfeder 91 zwischen dem anderen Längsendabschnitt 10b und dem Flanschabschnitt 52 der Nadel 50 vorgesehen und die Aktuatorfeder 91 wirkt als ein „zweites Drängbauteil“. Die Aktuatorfeder 91 erzeugt eine Vorspannkraft, die das bewegbare Bauteil 10 zu dem Aktuator 3 hin drängt. Folglich ist der eine Längsendabschnitt 10a des bewegbaren Bauteils 10 gegen den Aktuator 3 gedrückt oder berührt diesen.
Außerdem ist der andere Längsendabschnitt 10b entlang einer Außenwand der Nadel 50 gleitbar, die durch den anderen Längsendabschnitt 10b aufgenommen ist. Außerdem empfängt der eine Längsendabschnitt 10a des bewegbaren Bauteils 10 in sich einen Abschnitt 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 und der andere Längsendabschnitt 10a ist entlang einer Außenwand des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser gleitbar. Wie vorangehend ist die Steuerkammer 70 durch eine Innenwand des bewegbaren Bauteils 10, einen Endabschnitt des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser benachbart zu der Nadel 50 und der Nadel 50 festgelegt.
Das bewegbare Bauteil 10 und die Steuerkammer 70 werden später genau beschrieben werden.
Das Anschlagbauteil 30 hat im Allgemeinen eine Säulenform und ist zwischen dem Aktuator 3 und der Nadel 50 vorgesehen. Das Anschlagbauteil 30 hat einen Abschnitt 31 mit großem Durchmesser und einen Armteil 32. Die Innenwand des bewegbaren Bauteils 10 ist an dem Abschnitt 31 mit großem Durchmesser gleitbar. Der Armteil 32 ist an dem anderen Endabschnitt des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser entfernt von der Nadel 50 vorgesehen und ragt radial auswärts von dem anderen Endabschnitt. Der Armteil 32 ist in eine Öffnung 19 des bewegbaren Bauteils 10 eingesetzt und berührt eine Innenwand des Gehäuses 2. Der Armteil 32 ist mit der Innenwand des Gehäuses 2 durch eine Vorspannkraft eines Drängbauteils 93 in Eingriff.
Aufgrund des Vorangehenden ist das Anschlagbauteil 30 in einer Art und Weise an dem Gehäuse 2 befestigt, dass das Anschlagbauteil 30 von einem Verschobenwerden relativ zu der Deformation des Aktuators 3, der Verschiebung des bewegbaren Bauteils 10, das sich zusammen mit dem Aktuator 3 bewegt, und der Verschiebung der Nadel 50 begrenzt ist.
Der Kraftstoffdurchgang 40, der den Einlassanschluss 21 mit der Einspritzöffnung 25 in dem Gehäuse 2 verbindet, weist folgende Durchgangselemente eines Kraftstoffsystems auf. Mit anderen Worten, der Kraftstoffdurchgang 40 weist die zweite Kraftstoffkammer 43, die erste Kraftstoffkammer 42 und die Kraftstoffbehälterkammer 41 auf. Die zweite Kraftstoffkammer 43 ist durch die Innenwand des zweiten Gehäuseabschnitts 2b festgelegt, der den Aktuator 3 in sich aufnimmt. Die erste Kraftstoffkammer 42 und die Kraftstoffbehälterkammer 41 sind durch die Innenwand des ersten Gehäuseabschnitts 2a festgelegt, der die Nadel 50 und das bewegbare Bauteil 10 in sich aufnimmt. Es sei vermerkt, dass die erste Kraftstoffkammer 42 durch den Flanschabschnitt 52 der Nadel 50 von der Kraftstoffbehälterkammer 41 abgeteilt ist und die erste Kraftstoffkammer 42 durch einen Abstandsdurchgang, der zwischen der Innenwand des Gehäuses 2 und einem ebenen Teil (nicht gezeigt) der an der Außenwand des Flanschabschnitts 52 ausgebildet ist, mit der Kraftstoffbehälterkammer 41 in Verbindung steht.
Der Aktuator 3 hat im Wesentlichen eine Säulenform und hat einen Endabschnitt 3b, der in dem Endabschnitt des Gehäuses 2 entgegengesetzt von dem Ventilsitz 23 aufgenommen ist. Mit anderen Worten ist der Endabschnitt 3b des Aktuators 3 innerhalb des anderen Längsendabschnitts des Gehäuses 2 aufgenommen.
Der Aktuator 3 hat einen piezoelektrischen Stapel 3c und hat das Stützteil 3a, das an einer Ausgangsendabschnittsseite des piezoelektrischen Stapels 3c vorgesehen ist. Der piezoelektrische Stapel 3c hat piezoelektrische Keramikschichten (z. B. PZT) und Elektrodenschichten, die abwechselnd aufeinander laminiert sind. Wenn elektrische Energie in den piezoelektrischen Stapel 3c geladen wird, dehnt sich der piezoelektrische Stapel 3c in einer Laminierungsrichtung oder in einer Längsrichtung des piezoelektrischen Stapels 3c aus. Im Gegensatz dazu, wenn die elektrische Energie von dem piezoelektrischen Stapel 3c entladen wird, zieht sich der piezoelektrische Stapel 3c in der Längsrichtung zusammen.
Außerdem dehnt sich ein Aufnahmebauteil 3d in der Längsrichtung aus und zieht sich zusammen und koppelt den Stützteil 3a mit dem anderen Längsendabschnitt des Gehäuses 2, so dass das Aufnahmebauteil 3d eine Umgebung des piezoelektrischen Stapels 3c luftdicht abdeckt. Das Aufnahmebauteil 3d schützt den piezoelektrischen Stapel 3c von einem Eintreten von Kraftstoff in diesen. Der Aktuator 3 wird durch einen Antriebskreis (nicht gezeigt) geladen und entladen, so dass der Aktuator 3 sich zu dem Längsendabschnitt des Gehäuses 2 hin ausdehnt und zusammenzieht. Die vorangehenden Elektrodenschichten sind mit einem Leitungsdraht verbunden und sind mit dem Antriebskreis elektrisch verbunden. Der Leitungsdraht bzw. die Anschlussleitung erstreckt sich luftdicht zu einem Äußeren des Gehäuses 2.
Die Basiskonfiguration des Kraftstoffeinspritzventils 1 wurde beschrieben. Eine charakteristische Konfiguration des Kraftstoffeinspritzventils 1 wird beschrieben werden.
(Charakteristische Konfiguration)
Da das hohlzylindrische bewegbare Bauteil 10 den einen Längsendabschnitt 10a hat, der gegen den Aktuator 3 gedrückt ist, wie in 1 gezeigt ist, bewegt sich das bewegbare Bauteil 10 zusammen mit dem Aktuator 3. Wenn der Aktuator 3 sich ausdehnt und zusammenzieht, wird der andere Längsendabschnitt 10b des bewegbaren Bauteils 10 um einen Betrag verschoben, der äquivalent zu dem Betrag einer Deformation (Änderung) des Aktuators 3 ist.
Das bewegbare Bauteil 10 hat eine ringförmige Querschnittsform und das bewegbare Bauteil 10 ist zu dem anderen Längsendabschnitt 10b hin verschmälert. Mit anderen Worten, der Querschnittsbereich des bewegbaren Bauteils 10 ist zu der Nadel 50 hin verringert, die als das „Ventilbauteil“ dient. Zum Beispiel hat der andere Längsendabschnitt 10b des bewegbaren Bauteils 10 eine Querschnittsform schmäler als eine Querschnittsform des einen Längsendabschnitts 10a. Das bewegbare Bauteil 10 hat eine Innenwand 11 mit einem Innenumfang einer abgestuften Form. Zum Beispiel hat der andere Längsendabschnitt 10b eine Innenwand 11b. Die Innenwand 11b des anderen Längsendabschnitts 10b hat einen Innendurchmesser und der axiale Endabschnitt 55 der Nadel 50 hat einen Außendurchmesser D0, so dass die Innenwand 11b relativ an einer Außenfläche des axialen Endabschnitts 55 gleitbar ist. Im Gegensatz dazu hat der eine Längsendabschnitt 10a eine Innenwand 11a. Die Innenwand 11a des einen Längsendabschnitts 10a hat einen Innendurchmesser und der Abschnitt 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 hat einen Außendurchmesser D1, so dass die Innenwand 11a an einer Außenfläche des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser gleitbar ist. Daher ist der Innendurchmesser der Innenwand 11a größer als der Innendurchmesser der Innenwand 11b, so dass die gestufte Form zwischen der Innenwand 11a und der Innenwand 11b definiert ist.
Außerdem haben die Innenwand 11 und die Außenwand 12 des bewegbaren Bauteils 10 Querschnittsbereiche, die zu dem anderen Längsendabschnitt 10b hin verringert sind. Daher ist das bewegbare Bauteil 10 in der Lage, eine relativ kleine Größendimension zu haben und dadurch hat das bewegbare Bauteil 10 ein leichteres Gewicht, so dass eine Trägheitsmasse des bewegbaren Bauteils 10 verringert ist.
Das Anschlagbauteil 30 ist zwischen der Nadel 50 und dem Aktuator 3 vorgesehen und die Verschiebung des Anschlagbauteils 30 relativ zu der Verschiebung des bewegbaren Bauteils 10, der Verschiebung der Nadel 50 und der Änderung des Aktuators 3 ist begrenzt, wie vorangehend beschrieben ist.
Der Abschnitt 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 ist in der Längsrichtung immer von der Nadel 50 beabstandet, welche angehoben ist. Der Stufenkolben 60 hat im Wesentlichen eine Säulenform und ist mit dem Abschnitt 31 mit großem Durchmesser in solch einer Art und Weise versehen, so dass ein Endabschnitt des Stufenkolbens 60 benachbart zu der Nadel 50 in der Längsrichtung von dem axialen Endabschnitt 55 der Nadel 50 durch einen vorbestimmten Abstand H1 getrennt ist.
Der Stufenkolben 60 hat eine mit einer Schulter oder Stufe versehene Säulenform und hat einen Kolbenhauptkörper 61 und einen Eingriffskolbenabschnitt 62. Der Kolbenhauptkörper 61 hat einen Außendurchmesser D2 und der Eingriffskolbenabschnitt 62 hat einen Durchmesser größer als der des Außendurchmessers D2. Eine Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser hat einen Innenumfang 33a an einer Seite der Innenwand 33 benachbart zu der Nadel 50. Der Außendurchmesser D2 des Kolbenhauptkörpers 61 ist derart eingestellt, dass der Kolbenhauptkörper 61 an dem Innenumfang 33a der Innenwand 33 gleitbar ist. Außerdem hat die Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser einen Innenumfang 33b, der von der Nadel 50 entfernt positioniert ist. Der Eingriffskolbenabschnitt 62 ist innerhalb des Innenumfangs 33b verschiebbar und hat eine Eingriffsendfläche 63, die mit der Innenwand 33 in Eingriff bringbar ist.
Eine Feder 92, die als ein „erstes Drängbauteil“ dient, ist an einer Seite eines Endabschnitts des Eingriffskolbenabschnitts 62 vorgesehen, der dem Aktuator 3 zugewandt ist. Die Feder 92 drängt den Eingriffskolbenabschnitt 62, so dass die Endfläche 63 des Eingriffskolbenabschnitts 62 mit der Innenwand 33 in Eingriff ist.
Die Steuerkammer 70 dient als eine öldichte Kammer, die durch das bewegbare Bauteil 10, den Abschnitt 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 und die Nadel 50 definiert ist. Das bewegbare Bauteil 10 mit der Röhrenform mit einer Schulter ist zusammen mit dem Aktuator 3 bewegbar, wie vorangehend beschrieben ist. Das Anschlagbauteil 30 ist innerhalb des bewegbaren Bauteils 10 gleitbar relativ verschiebbar. Die Steuerkammer 70, das bewegbare Bauteil 10 und die Nadel 50 bilden ein „Öldruckverbindungselement“ .
Die Steuerkammer 70 hat ein Innenvolumen, das mit der Verschiebung des bewegbaren Bauteils 10 veränderbar ist, welches sich zusammen mit dem Aktuator 3 bewegt. Eine Öldruckkraft, die durch die Änderung des Volumens der Steuerkammer 70 erzeugt wird, dient als eine Antriebskraft, die auf die Nadel 50 aufgebracht wird, so dass die Nadel 50 in eine Richtung verschoben wird, um das Volumen der Steuerkammer 70 nicht zu ändern.
In der Steuerkammer 70 ist ein Druckaufnahmebereich der Nadel 50 zum Aufnehmen von Druck durch einen Querschnittsbereich des axialen Endabschnitts 55 der Nadel 50 festgelegt, bis die Nadel 50 von dem Ventilsitz 23 durch einen Hub oder einen Anhebungsbetrag H von H1 angehoben ist. Wenn der Hub H der Nadel 50 gleich wie oder größer als H1 wird, ist der Stufenkolben 60 gegen den axialen Endabschnitt 55 gedrückt. Folglich ist der Druckaufnahmebereich der Nadel 50 auf einen Querschnittsbereich reduziert, der durch ein Subtrahieren eines Querschnittsbereichs des Stufenkolbens 60 von einem Querschnittsbereich des axialen Endabschnitts 55 der Nadel 50 berechnet wird. Folglich wird eine Umwandlungsrate der Verschiebung der Nadel 50 relativ zu der Änderung des Aktuators 3 von einem Wert zu dem anderen Wert umgeschaltet, wenn der Hub der Nadel 50 ein vorbestimmter Hub wird.
Genauer gesagt, während die Nadel 50 innerhalb eines Hubbereichs bleibt, der sich von einer Position, an der die Nadel 50 das Ventil schließt, zu einer Position erstreckt, an der der Hub H der Nadel 50 H1 ist, sind ein Änderungsbetrag Lb des Hubs H der Nadel 50 und der Änderungsbetrag Lp des Aktuators 3 durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $Lb = (D 1^{2} - D 0^{2}) {/D0}^{2} \times Lp$
Außerdem, wenn der Hub H der Nadel 50 gleich wie oder größer als H1 ist, sind der Änderungsbetrag Lb und der Änderungsbetrag Lp durch die folgende Gleichung ausgedrückt. $Lb = (D 1^{2} - D 0^{2}) / ({D0}^{2} - {D2}^{2}) \times Lp$
Mit anderen Worten ist eine Änderungsumwandlungsrate RL (RL = Lb / Lp) des Änderungsbetrags Lb relativ zu einem Änderungsbetrag Lp durch die folgende Gleichung ausgedrückt.
Wenn der Hub H kleiner als H1 ist, ist die folgende Gleichung erfüllt. $RL = (D 1^{2} - D 0^{2}) {/D0}^{2}$
Wenn der Hub H gleich wie oder größer als H1 ist, ist die folgende Gleichung erfüllt. $RL = (D 1^{2} - D 0^{2}) / (D 0^{2} - {D2}^{2})$
Als nächstes wird der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 mit Bezug auf 2A bis 3F beschrieben werden. 2A bis 2F sind Zeitdiagramme, die Vorgänge eines Kraftstoffeinspritzventils eines Vergleichsbeispiels, das keinen Stufenkolben hat, darstellen, und 3A bis 3F sind Zeitdiagramme, die Vorgänge des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Ausführungsform darstellen. In 2A bis 3F entspricht eine Abszissenachse der Zeit T. 2A und 3A zeigen eine Pulscharakteristik, die einem Kraftstoffeinspritzsignal entspricht. 2B und 3B zeigen eine Spannungscharakteristik der Spannung, die auf den piezoelektrischen Stapel 3c des Aktuators 3 aufgebracht wird. 2C und 3C zeigen eine Änderungscharakteristik des Aktuators 3. 2D und 3D zeigen eine Druckcharakteristik der Steuerkammer 70, die als die öldichte Kammer dient. 2E und 3E zeigen eine Hubcharakteristik der Nadel 50. 2F und 3F zeigen eine Einspritzratencharakteristik, die eine Einspritzrate (ΔQ/ΔT) angibt, die eine Einspritzmenge ΔQ über eine Einheitszeit ΔT ist. In der Hubcharakteristik der Nadel 50 in 3E ist die Verhaltenscharakteristik des Stufenkolbens 60 durch eine Strichlinie angegeben. Die Pulscharakteristik zeigt ein Steuersignal, das von dem Steuerkreis an den Antriebskreis abgegeben wird. Genauer gesagt zeigt die Pulscharakteristik ein Einspritzstartsteuersignal und ein Einspritzbeendigungssteuersignal, die zu einer Einspritzdauer und einem Einspritzstartzeitpunkt korrespondieren, die durch den Steuerkreis basierend auf dem Betriebszustand der Maschine optimal bestimmt sind. Außerdem gibt die Spannungscharakteristik des Aktuators 3 eine Antriebssignalcharakteristik des Antriebskreises an, der den Aktuator 3 antreibt.
Wenn die Pulscharakteristik angeschaltet wird, wie in 3A gezeigt ist, ist der Aktuator 3 angeschaltet, und dadurch dehnt sich der Aktuator 3 in der Längsrichtung aus, wie in 3C gezeigt ist. Außerdem wird in der Spannungscharakteristik eines Steuerns der Energetisierung des Aktuators 3 eine Spannung durch eine vorbestimmte transiente Charakteristikgeschwindigkeit erhöht und die Energetisierung wird durch eine konstante Spannung gesteuert, wie in 3B gezeigt ist.
Wenn der Änderungsbetrag Lp des Aktuators 3 in der Längsrichtung der Änderungsbetrag Lp1 wird, wie in 3C gezeigt ist, aufgrund der transienten Charakteristik der Spannungscharakteristik von 3B, wird das bewegbare Bauteil 10 durch den Aktuator 3 zu der Nadel 50 hin (nach unten in 1) verschoben. Folglich ist das Volumen der Steuerkammer 70 vergrößert und dadurch ist der Druck P in der Steuerkammer 70 auf einen Ventilöffnungsdruck verringert, der kleiner als ein Referenzdruck P0 ist, durch einen Druckunterschied ΔP, wie in 3D gezeigt ist. Wenn der Ventilöffnungsdruck in der Steuerkammer 70 durch die Änderung des Volumens in der Steuerkammer 70 hergestellt ist, die durch die vorangehende Deformation des Aktuators 3 durch den Änderungsbetrag Lp1 verursacht ist, bleibt die Nadel 50 noch geschlossen.
Die Nadel 50 hat ein Spitzenendabschnitt (axialer Endabschnitt) 54 benachbart zu dem Ventilsitz 23. Der Spitzenendabschnitt 54 der Nadel 50 dient als ein Druckaufnehmer, der einen Kraftstoffdruck aufnimmt, der durch den Kraftstoffdurchgang 40 zugeführt wird, und der die Nadel 50 veranlasst, sich in eine Richtung weg von dem Ventilsitz 23 zu bewegen aufgrund des empfangenen Drucks. Die Nadel 50 ist auf dem Ventilsitz 23 an dem Sitzabschnitt 51 gesetzt. Wenn die Nadel 50 an der Ventilschließposition zum Schließen des Ventils ist, wird ein Kraftstoffdruck nicht auf eine bestimmte Fläche des Spitzenendabschnitts 54 aufgebracht, der radial einwärts von dem Sitzabschnitt 51 positioniert ist. Daher, um ein Öffnen des Ventils zu starten, ist es notwendig, zeitweilig den Druck P in der Steuerkammer 70 durch ein Verschieben des bewegbaren Bauteils 10 zu reduzieren, das sich zusammen mit den Aktuator 3 durch den Änderungsbetrag Lp1 bewegt.
Wenn der Änderungsbetrag Lp des Aktuators 3 den Änderungsbetrag Lp1 übersteigt, und dadurch der Druck P in der Steuerkammer 70 gleich wie oder kleiner als der Ventilöffnungsdruck wird, wird die Nadel 50 von dem Ventilsitz 23 außer Eingriff gebracht. Folglich wird Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 25 eingespritzt. Wenn die Nadel 50 das Ventil öffnet, wird der Druckaufnahmebereich des Spitzenendabschnitts 54 der Nadel 50 identisch mit dem Druckaufnahmebereich des axialen Endabschnitts 55, der neben der Steuerkammer 70 positioniert ist. Deswegen ist der Druck P in der Steuerkammer 70 kleiner als der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 40, der im Allgemeinen äquivalent zu einem Druck ist, der auf den Druckaufnahmebereich des Spitzenendabschnitts 54 aufgebracht ist. Folglich wird die Nadel 50 zu dem Anschlagbauteil 30 hin verschoben, um das Volumen der Steuerkammer 70 als das Volumen vor der Deformation des Aktuators 3 beizubehalten. Dementsprechend wird ein Druck in der Steuerkammer 70 entsprechend erhöht. Wie vorangehend wird der Druck in der Steuerkammer 70 auf den Referenzdruck P0 wieder hergestellt, der einem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffbehälterkammer 41 entspricht, oder in anderen Worten, dem Common-Rail-Druck des Kraftstoffdurchgangs 40 entspricht.
Bevor der Hub H der Nadel 50 H1 erreicht, ist die Wiederherstellungscharakteristik des Drucks in der Steuerkammer 70 der vorliegenden Ausführungsform, die in 3E gezeigt ist, im Allgemeinen ähnlich zu der des Vergleichsbeispiels, das in 2E gezeigt ist. Wenn der Hub H der Nadel 50 H1 erreicht, ist der axiale Endabschnitt der Nadel 50 gegen den Stufenkolben 60 gedrückt, und dadurch beginnen sowohl der Stufenkolben 60 als auch die Nadel 50 sich zusammen anzuheben. Zum Beispiel, wenn der Hub H<H1, wird die Änderungsumwandlungsrate RL des Hubs H der Nadel 50 relativ zu der Änderung des Aktuators 3 als RL1 durch die vorangehende Gleichung 3 berechnet. Außerdem, wenn der Hub H≥H1, wird die Änderungsumwandlungsrate RL als RL2 durch die vorangehende Gleichung 4 berechnet. In dem vorangehenden Fall ist RL2 größer als RL1. Dementsprechend ist der Hub H der Nadel 50 (3E) der vorliegenden Ausführungsform verbessert, verglichen mit dem Hub Hc des Vergleichsbeispiels (2E) unter demselben Änderungsbetrag des Aktuators 3. Außerdem ist die Einspritzrate (3F) der vorliegenden Ausführungsform verbessert, verglichen mit der Einspritzrate Qc des Vergleichsbeispiels (2F) unter demselben Änderungsbetrag des Aktuators 3.
Wenn die Pulscharakteristik abgeschaltet wird, ist der Aktuator 3 abgeschaltet und der Aktuator 3 zieht sich in der Längsrichtung zusammen. Dann, da das Volumen der Steuerkammer 70 verringert wird, ist ein Druck P in der Steuerkammer 70 über den Referenzdruck P0, wie in 3D gezeigt ist, erhöht. Dann verschiebt eine Druckkraft von Öl in der Steuerkammer 70 die Nadel 50 zu dem Ventilsitz 23 hin. Wenn die Nadel 50 auf den Ventilsitz 23 gesetzt ist, ist eine Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzöffnung 25 gestoppt.
In der vorliegenden Ausführungsform schaltet eine einzelne einfache Konfiguration des „Öldruckverbindungselements“, das durch die Steuerkammer 70, das bewegbare Bauteil 10 und die Nadel 50 hergestellt ist, die Änderungsumwandlungsrate der Änderung der Nadel 50 relativ zu der Änderung des Aktuators 3 um. Darüber hinaus, da es nur eine Steuerkammer 70 gibt, die als die öldichte Kammer dient, welche das „Öldruckverbindungselement“ bildet, ist ein Energieverlust des Aktuators 3, verglichen mit der konventionellen Technik, effektiv verringert.
Außerdem, da es möglich ist, die Änderungsumwandlungsrate RL auf RL1 während eines Startens des Ventilöffnens zu verringern, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Antriebskraftenergie des Aktuators 3 zum Öffnen des Ventils effektiv niedriger gemacht. Wenn der Hub H gleich wie oder größer als H1 wird, nachdem das Ventil geöffnet wurde, ist es möglich, die Änderungsumwandlungsrate RL auf RL2 erhöhen. Folglich ist es möglich, einen ausreichenden Hubbetrag der Nadel 50 zu gewährleisten. Außerdem ist es möglich, das Starten des Ventilöffnens unter hohem Kraftstoffdruck durch die niedrigere Energie des Aktuators 3 zu erreichen und das Gewährleisten des ausreichenden Hubbetrags der Nadel 50 zu erreichen.
Außerdem hat das bewegbare Bauteil 10 in der vorliegenden Ausführungsform, das sich zusammen mit dem Aktuator 3 bewegt, die Röhrenform, und dadurch hat das bewegbare Bauteil 10 einen Hohlraum in sich. Entsprechend ist es möglich, die bewegbare Masse des bewegbaren Bauteils 10 effektiv zu verringern, welche ansonsten die Trägheitskraft erhöht. Folglich ist ein Energieverlust des Aktuators 3, der durch die erhöhte Trägheitskraft (Trägheitswiderstand), die aufgrund der Verschiebung des bewegbaren Bauteils 10 erzeugt wird, begrenzt. Außerdem ist der Querschnittsbereich des bewegbaren Bauteils 10 zu der Nadel 5 hin in der vorliegenden Ausführungsform verringert. Mit anderen Worten wird das bewegbare Bauteil 10 zu der Nadel 5 hin schmaler. Folglich ist es möglich, das bewegbare Bauteil 10 in einer Größe zu verringern, und dadurch ist die bewegbare Masse weiter effektiv verringert.
Außerdem hat der Stufenkolben 60 in der vorliegenden Ausführungsform, der an der Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 gleitbar ist, eine Endfläche 63, die mit der Stufe in Eingriff bringbar ist, die zwischen den Innenumfängen 33a, 33b der Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser definiert ist. Folglich ist während des Startens des Ventilöffnens, selbst wenn der Druck in der Steuerkammer 70 verringert ist, der Stufenkolben 60 daran gehindert, in die Steuerkammer 70 ausgefahren zu werden.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform, da die Feder 92 vorgesehen ist, den Stufenkolben 60 zu der Nadel 50 hin zu drängen, der Stufenkolben 60, der gegen die Nadel 50 gedrückt ist, im Wesentlichen mit der Nadel 50 verbunden, wenn der Hub H der Nadel 50 gleich wie oder höher als H1 ist. Folglich ist der Stufenkolben 60 in der Lage, die Verschiebung der Nadel 50 nachzuführen, während der Hub H gleich wie oder größer als H1 ist. Daher bleibt der Druckaufnahmebereich des axialen Endabschnitts 55 der Nadel 50, der den Druck in der Steuerkammer 70 aufnimmt, der gleiche, während der Hub H gleich wie oder größer als H1 ist. Dadurch ist es möglich, die größere Änderungsumwandlungsrate RL beizubehalten, während der Hub H gleich wie oder größer als H1 ist.
Außerdem nimmt der Kraftstoffdurchgang 40 des Gehäuses 2 wenigstens das Anschlagbauteil 30, den Stufenkolben 60 und die Nadel 50 in sich auf. Daher ist es möglich, einen Kraftstoffdruck einzustellen, der auf beide axiale Endabschnitte des Stufenkolbens 60 aufgebracht wird, auf einen Druck von Kraftstoff, der in den Kraftstoffdurchgang 40 zugeführt wird. Folglich ist es möglich, den Differenzdruck zwischen den Kraftstoffdrücken, die auf beide von den axialen Endabschnitten des Stufenkolbens 60 aufgebracht sind, effektiv nieder zu halten, und dadurch ist es möglich, die ungewünschte Verschiebung des Stufenkolbens 60 zu begrenzen.
Außerdem ist der Aktuator 3 in der vorliegenden Ausführungsform ein Piezoaktuator mit dem piezoelektrischen Stapel 3c und ist gestaltet, um die Nadel 50 zu veranlassen, mit dem Ventilsitz 23 in Eingriff zu gelangen und von diesem gelöst zu werden, wenn der Aktuator 3 angeschaltet und abgeschaltet ist. Aufgrund des Vorangehenden veranlasst die Abschaltung des Aktuators 3 die Nadel 50 dazu, das Ventil zu schließen, und eine Anschaltung des Aktuators 3 veranlasst die Nadel 50 dazu, das Ventil zu öffnen. Daher ist es möglich, einen Öffneraufbau herzustellen, in dem das Ventil immer geschlossen ist, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 1 nicht angeschaltet ist.
In der konventionellen Technik kann ein „Öldruckverbindungselement“ des konventionellen Kraftstoffeinspritzventils relativ zu der Änderung des Aktuators aufgrund der Trägheitsmasse des Ventilbauteils und des bewegbaren Bauteils, einem Grad der Elastizität eines Volumens von Hydrauliköl (Kraftstoff), in der öldichten Kammer und dem Elastizitätskoeffizienten des Aktuators mitschwingen.
Jedoch ist der Stufenkolben in der vorliegenden Ausführungsform wie vorangehend gestaltet, so dass die Verschiebung des Stufenkolbens reguliert ist und dadurch ist die Resonanz des „Öldruckverbindungselements“ effektiv begrenzt.
(Zweite Ausführungsform)
4A bis 4C zeigen die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform hat eine Widerstandskrafterzeugungseinrichtung zum Niederhalten einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens 60, der verhältnismäßig und gleitbar innerhalb der Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils 30 verschiebbar ist. 4A bis 4C zeigen Beispiele der vorliegenden Ausführungsform.
Wie in 4A gezeigt ist, ist ein Abstandsdurchgang 44 in einem Abstand δ zwischen (a) einem Außenumfang des Eingriffskolbenabschnitts 62 des Stufenkolbens 60 und (b) dem Innenumfang 33b der Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser ausgebildet. Ein Beispiel der Widerstandskrafterzeugungseinrichtung ist ein Begrenzungsabschnitt 45, der radial auswärts von dem Eingriffskolbenabschnitt 62 vorragt und zum Beispiel eine ringförmige Form hat. Daher begrenzt der Begrenzungsabschnitt 45 einen Teil des Abstandsdurchgangs 44.
Außerdem zeigt 4B ein weiteres Beispiel der Widerstandskrafterzeugungseinrichtung. Ein Verbindungsdurchgang 65, der als die Widerstandskrafterzeugungseinrichtung dient, erstreckt sich durch den Eingriffskolbenabschnitt 62 des Stufenkolbens 60 in der Längsrichtung, so dass der Verbindungsdurchgang 65 an der Eingriffsendfläche 63 mündet, die mit der Innenwand 33 des Abschnitts 31 mit großem Durchmesser in Eingriff bringbar ist.
Außerdem ist ein weiteres Beispiel der Widerstandskrafterzeugungseinrichtung ein Aufbau, in dem der Abstand δ des Abstanddurchgangs 44 auf eine vorbestimmte Dimension bzw. Abmessung verringert ist, wie in 4C gezeigt ist.
In einem Fall, in dem der Hub H der Nadel 50, die gegen den Stufenkolben 60 gedrückt ist, gesteuert wird, um auf einem konstanten Wert beibehalten zu werden, welcher gleich wie oder größer als H1 ist, ist eine Resonanz des „Öldruckverbindungselements“ aufgrund der Widerstandskrafterzeugungseinrichtung von einer beliebigen der vorangehenden Konfigurationen effektiv begrenzt.
(Dritte Ausführungsform)
5 zeigt die dritte Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. Die dritte Ausführungsform ist auf ein zweistufiges Kraftstoffeinspritzventil angewendet, in dem eine bestimmte Öffnung der mehreren Einspritzöffnungen durch den Hub der entsprechenden von den mehreren Nadeln wahlweise geöffnet und geschlossen wird. Genauer gesagt hat das Kraftstoffeinspritzventil der dritten Ausführungsform eine erste Nadel 250 und eine zweite Nadel 350, die koaxial innerhalb der ersten Nadel 250 aufgenommen ist. Die erste Nadel 250 gelangt in Eingriff mit einem ersten Ventilsitzteil des Ventilsitzes 23 und wird von diesem gelöst und die zweite Nadel 350 gelangt in Eingriff mit einem zweiten Ventilsitzteil des Ventilsitzes 23 und wird von diesem gelöst. Das Kraftstoffeinspritzventil hat ferner eine erste Einspritzöffnung 225 und eine zweite Einspritzöffnung 335, die sich stromabwärtig von dem ersten und dem zweiten Ventilsitzteil befinden. Der Hub von einer von der ersten Nadel 250 und der zweiten Nadel 350 öffnet und schließt die entsprechende von der ersten Einspritzöffnung 225 und der zweiten Einspritzöffnung 335.
Wie in 5 gezeigt ist, hat ein Ventilbauteil 150 die erste Nadel 250 und die zweite Nadel 350. Die erste Nadel 250 hat eine hohlzylindrische Form und die erste Nadel 250 nimmt die zweite Nadel 350 koaxial in sich auf. Die erste Nadel 250 hat einen Spitzenendabschnitt 254 benachbart zu dem Ventilsitz 23 und hat einen axialen Endabschnitt 255 benachbart zu der Steuerkammer 70. Die erste Nadel 250 ist mit einem Sitzabschnitt 251 an dem Spitzenendabschnitt 254 versehen und hat einen Schaftabschnitt bzw. Wellenabschnitt 253, der sich zwischen dem Spitzenendabschnitt 254 und dem axialen Endabschnitt 255 anschließt. Genauer gesagt steht der Sitzabschnitt 251 mit dem ersten Ventilsitzteil des Ventilsitzes 23 in Eingriff und wird von diesem gelöst. Der Wellenabschnitt 253 hat einen Flanschabschnitt 252. Außerdem hat die zweite Nadel 350 einen Spitzenendabschnitt 354 benachbart zu dem Ventilsitz 23 und hat einen axialen Endabschnitt 355 benachbart zu der Steuerkammer 70. Die zweite Nadel 350 ist mit einem Sitzabschnitt 351 an dem Spitzenendabschnitt 354 versehen und hat einen Wellenabschnitt 353, der sich zwischen dem Spitzenendabschnitt 354 und dem axialen Endabschnitt 355 anschließt. Der Sitzabschnitt 351 steht mit dem zweiten Ventilsitzteil des Ventilsitzes 23 in Eingriff und wird von diesem getrennt, unabhängig von dem Einrücken und Ausrücken des Sitzabschnitts 251. Es sei vermerkt, dass der Wellenabschnitt 353 der zweiten Nadel 350 einen Außendurchmesser D3 hat, der kleiner als ein Außendurchmesser D0 des axialen Endabschnitts 255 und des Wellenabschnitts 253 der ersten Nadel 250 ist.
In der ersten Nadel 250 nimmt der axiale Endabschnitt 255 mit dem Außendurchmesser D0 den axialen Endabschnitt 355 der zweiten Nadel 350 verhältnismäßig und verschiebbar in sich auf. Der axiale Endabschnitt 255 ist von dem axialen Endabschnitt 355 durch einen vorbestimmten Abstand H2 in der Längsrichtung beabstandet und der axiale Endabschnitt 255 ist mit dem axialen Endabschnitt 355 in Eingriff bringbar. In dem Vorangehenden ist der vorbestimmte Abstand H2 kleiner als der vorbestimmte Abstand H1, der zwischen dem axialen Endabschnitt 355 und dem Stufenkolben 60 definiert ist.
Genauer gesagt ist der axiale Endabschnitt 355 der zweiten Nadel 350 in der Längsrichtung von dem Stufenkolben 60 durch den Abstand H1 beabstandet. Außerdem ist ein Drängbauteil 94 zwischen dem axialen Endabschnitt 355 und dem Stufenkolben 60 vorgesehen, so dass das Drängbauteil 94 die zweite Nadel 350 zu dem Ventilsitz 23 hin drängt.
Kraftstoff in dem Kraftstoffdurchgang 40 wird zu dem Spitzenendabschnitt 254 der ersten Nadel 250 hin eingeleitet, welcher radial auswärts von dem Spitzenendabschnitt 354 positioniert ist. Dann, wenn die erste Nadel 250 das Ventil oder die Einspritzöffnung 225 öffnet, wird Kraftstoff zu dem Spitzenendabschnitt 354 der zweiten Nadel 350 hin eingeleitet. Außerdem, wenn die erste Nadel 250 das Ventil öffnet und der Hub H der ersten Nadel 250 H2 erreicht, ist die erste Nadel 250 mit der zweiten Nadel 350 eingebunden, da der axiale Endabschnitt 355 der zweiten Nadel 350 mit dem axialen Endabschnitt 255 der ersten Nadel 250 in Eingriff steht.
Wenn die erste Nadel 250, die in der zweiten Nadel 350 eingebaut ist, weiter angehoben wird, so dass der Hub H der ersten Nadel 250 H1 erreicht, ist die erste Nadel 250 gegen den Stufenkolben 60 gedrückt.
In der vorangehenden Konfiguration sind die ähnlichen Vorteile erreichbar, die ähnlich zu jenen in der ersten Ausführungsform sind.
(Andere Ausführungsform)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen begrenzt und die vorliegende Erfindung ist auf verschiedene Ausführungsformen anders als die vorangehenden anwendbar, vorausgesetzt, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht von dem Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abweichen.

(1) In der vorliegenden Ausführungsform hat das bewegbare Bauteil 10 die hohlzylindrische Form. Jedoch ist das bewegbare Bauteil nicht auf die vorangehende Form begrenzt. Alternativ kann die Querschnittsform des bewegbaren Bauteils 10 rechtwinklig oder länglich sein.
(2) In der vorliegenden Ausführungsform ist das bewegbare Bauteil 10 als ein einzelnes röhrenförmiges Bauteil ausgebildet. Jedoch kann das bewegbare Bauteil 10 alternativ in mehrere röhrenförmige Bauteile aufgeteilt sein. In dem alternativen Fall, da das bewegbare Bauteil zwischen dem Aktuator 3 und der Aktuatorfeder 91 vorgesehen ist, sind Spalten zwischen den mehreren röhrenförmigen Bauteilen des bewegbaren Bauteils durch eine Vorspannkraft der Aktuatorfeder 91 luftdicht abgedichtet. Daher ist es möglich, eine Öldichtigkeit der Steuerkammer 70 effektiv zu erreichen.
(3) In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abschnitt 31 mit großem Durchmesser mit dem Armteil 32 versehen, das von dem Abschnitt 31 mit großem Durchmesser radial auswärts vorragt, und das Armteil 32 ist in die Öffnung 19 des bewegbaren Bauteils eingesetzt. Die vorangehende Konfiguration unterbindet die Verschiebung des Anschlagbauteils 30 relativ zu der Deformation des Aktuators 3 und der Verschiebung der Nadel 50. Jedoch ist das Verfahren zum Unterbinden der Verschiebung nicht auf die vorangehende Konfiguration begrenzt. Zum Beispiel kann eine beliebige Konfiguration, die in der Lage ist, die Verschiebung des Anschlagbauteils 30 relativ zu dem Aktuator 3 und der Nadel 50 zu unterbinden, eingesetzt werden.
(4) In der vorliegenden Ausführungsform, um den Armteil 32 des Anschlagbauteils 30 an der Innenwand des Gehäuses 2 zu befestigen, ist das Drängbauteil 93 vorgesehen, das den Armteil 32 zu der Innenwand drängt. Jedoch kann der Armteil 32 alternativ an die Innenwand des Gehäuses gefügt sein. Außerdem kann der Armteil 32 alternativ zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 2a und dem zweiten Gehäuseabschnitt 2b vorgesehen sein.
(5) In der zweiten Ausführungsform sind Beispiele gezeigt, die in 4A bis 4C gezeigt sind, um als die Widerstandskrafterzeugungseinrichtung zum Unterdrücken der relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens 60 zu dienen. Jedoch ist jedes der Beispiele nicht auf ausschließlich verwendete begrenzt. Zum Beispiel können die vorangehenden Beispiele in Kombination miteinander verwendet werden.

Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden dem Fachmann leicht einfallen. Die Erfindung in ihren breiter ausgelegten Begriffen ist deshalb nicht auf die spezifischen Details, ein repräsentatives Gerät und erläuternde Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, begrenzt.
Ein Kraftstoffeinspritzventil weist ein Ventilbauteil (50), einen Aktuator (3), ein röhrenförmiges bewegbares Bauteil (10), ein Anschlagbauteil (30), eine öldichte Kammer (70) und einen Stufenkolben (60) auf. Das bewegbare Bauteil ist zwischen dem Ventilbauteil und dem Aktuator vorgesehen. Das Anschlagbauteil ist zwischen dem Ventilbauteil und dem Aktuator vorgesehen. Das Anschlagbauteil ist darin begrenzt, durch eine Verschiebung des Ventilbauteils und eine Deformation des Aktuators verschoben zu werden. Die öldichte Kammer ist durch den Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser, eine Innenwand (11, 11a) des bewegbaren Bauteils und das Ventilbauteil definiert. Der Stufenkolben ist innerhalb des Anschlagbauteils verschiebbar aufgenommen und hat einen axialen Endabschnitt (61), der gegen das Ventilbauteil gedrückt ist, wenn das Ventilbauteil von dem Ventilsitz um einen vorbestimmten Hubbetrag (H1) angehoben ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff durch eine Einspritzöffnung (25, 125, 225, 325), mit: einem Ventilbauteil (50), das derart betätigt wird, dass das Ventilbauteil (50) mit einem Ventilsitz (23) in Eingriff bringbar und von diesem lösbar ist; einem Aktuator (3), der das Ventilbauteil (50) steuert, wobei sich der Aktuator (3) deformiert, wenn der Aktuator (3) angeschaltet ist; einem röhrenformigen bewegbaren Bauteil (10), das zwischen dem Ventilbauteil (50) und dem Aktuator (3) vorgesehen ist, wobei das bewegbare Bauteil (10) einen Längsendabschnitt (10a) hat, der gegen den Aktuator (3) gedrückt ist, und den anderen Längsendabschnitt (10b) hat, der das Ventilbauteil (50) in sich gleitbar aufnimmt; einem Anschlagbauteil (30), das zwischen dem Ventilbauteil (50) und dem Aktuator (3) vorgesehen ist, wobei: das Anschlagbauteil (30) begrenzt ist, durch eine Verschiebung des Ventilelements (50) und eine Deformation des Aktuators (3) verschoben zu werden; das Anschlagbauteil (30) einen Abschnitt (31) mit großem Durchmesser hat, an dem eine Innenwand (11, 11a) des bewegbaren Bauteils (10) gleitbar ist und der einen Außendurchmesser (D1) größer als ein Außendurchmesser (D0) des Ventilbauteils (50) hat; der Abschnitt (31) mit großem Durchmesser in der Längsrichtung von dem Ventilbauteil (50) beabstandet ist; und der Abschnitt (31) mit großem Durchmesser einen Endabschnitt benachbart zu dem Ventilbauteil (50) hat; einer öldichten Kammer (70), die durch den Endabschnitt des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser, die Innenwand (11, 11a) des bewegbaren Bauteils (10) und das Ventilbauteil (50) definiert ist; und einem zylindrischen Stufenkolben (60), der innerhalb des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser in der Längsrichtung verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Stufenkolben (60) einen axialen Endabschnitt (61) hat, der einen Außendurchmesser (D2) kleiner als der Außendurchmesser (D0) des Ventilbauteils (50) hat und der gegen das Ventilbauteil (50) gedrückt ist, wenn das Ventilbauteil (50) von dem Ventilsitz (23) um einen vorbestimmten Hubbetrag (H1) angehoben ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei: der Außendurchmesser des Ventilbauteils (50) D0 ist; der Außendurchmesser des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser D1 ist; der Außendurchmesser des einen axialen Endabschnitts (61) des Stufenkolbens (60) D2 ist; ein Hub des Ventilbauteils (50) von dem Ventilsitz (23) H ist; der vorbestimmte Hubbetrag H1 ist; ein Betrag der Deformation des Aktuators (3) Lp ist; ein Betrag der Verschiebung des Ventilbauteils (50) relativ zu dem Ventilsitz (23) Lb ist; eine Änderungsumwandlungsrate (Lb/Lp) des Betrags der Verschiebung des Ventilbauteils (50) relativ zu dem Betrag der Deformation des Aktuators (3) RL ist; und die folgenden Gleichungen erfüllt sind: RL = (D1² - D0²) / D0², wenn H kleiner als H1 ist; und RL = (D1² - D0²) / (D0² - D2²), wenn H gleich wie oder größer als H1 ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das röhrenförmige bewegbare Bauteil (10) einen Querschnittsbereich hat, der zu dem Ventilbauteil (50) hin kleiner wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Anspruche 1 bis 3, wobei: der Stufenkolben (60) den anderen axialen Endabschnitt (62) entgegengesetzt von dem einen axialen Endabschnitt (61) hat; der andere axiale Endabschnitt (62) des Stufenkolbens (60) einen Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser (D2) des einen axialen Endabschnitts (61) des Stufenkolbens (60) hat; der andere axiale Endabschnitt (62) des Stufenkolbens (60) eine Endfläche (63) hat, die mit einer Innenumfangsfläche (33) des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser in Eingriff bringbar ist, an welcher der Stufenkolben (60) gleitbar ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einem ersten Drängbauteil (92), das neben dem anderen axialen Endabschnitt (62) des Stufenkolbens (60) entgegengesetzt von dem einen axialen Endabschnitt (61) positioniert ist, wobei das erste Drängbauteil (92) den Stufenkolben (60) zu dem Ventilbauteil (50) hin drängt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einem Gehäuse (2), das die Einspritzöffnung (25, 125, 225, 325), den Ventilsitz (23) und einen Kraftstoffdurchgang (40) hat, der mit der Einspritzöffnung (25, 125, 225, 325) verbunden ist, wobei der Kraftstoffdurchgang (40) des Gehäuses (2) wenigstens das Anschlagbauteil (30), den Stufenkolben (60) und das Ventilbauteil (50) in sich aufnimmt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner mit: einer Widerstandskrafterzeugungseinrichtung zum Unterdrücken einer relativen Bewegungsgeschwindigkeit des Stufenkolbens (60) relativ zu dem Abschnitt (31) mit großem Durchmesser des Anschlagbauteils (30), wobei: die Widerstandskrafterzeugungseinrichtung wenigstens eines von dem Folgenden aufweist: einen Begrenzungsabschnitt (45), der einen Teil eines Abstandsdurchgangs (44) begrenzt, der zwischen der Innenumfangsfläche (33) des Abschnitts (31) mit großem Durchmesser und einer Außenumfangsfläche des anderen axialen Endabschnitts (62) definiert ist; und einen Verbindungsdurchgang (65), der sich in Längsrichtung durch den axialen Endabschnitt (62) des Stufenkolbens (60) erstreckt, um an der Endfläche (63) zu münden.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit: einem zweiten Drängbauteil (91), das benachbart zu dem anderen Längsendabschnitt (10b) des bewegbaren Bauteils (10) vorgesehen ist, wobei das zweite Drängbauteil (91) das bewegbare Bauteil (10) derart drängt, dass der eine Längsendabschnitt (10a) des bewegbaren Bauteils (10) gegen den Aktuator (3) gedrückt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: der Aktuator (3) ein Piezoaktuator ist, der das Ventilbauteil (50) veranlasst, mit dem Ventilsitz (23) in Eingriff zu gelangen, wenn der Piezoaktuator (3) abgeschaltet ist; und der Piezoaktuator das Ventilbauteil (50) veranlasst, von dem Ventilsitz (23) gelöst zu werden, wenn der Piezoaktuator (3) angeschaltet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: das Ventilbauteil (50) eine erste Nadel (250) und eine zweite Nadel (350) aufweist, die koaxial in der ersten Nadel (250) aufgenommen ist; der Ventilsitz (23) einen ersten Ventilsitzteil und einen zweiten Ventilsitzteil aufweist; jede von der ersten Nadel (250) und der zweiten Nadel (350) unabhängig mit einem entsprechenden von dem ersten Ventilsitzteil und dem zweiten Ventilsitzteil in Eingriff bringbar und von diesem lösbar ist; die Einspritzöffnung eine erste Einspritzöffnung (225) ist, wobei das Kraftstoffeinspritzventil ferner eine zweite Einspritzöffnung (325) aufweist; einer von dem ersten Ventilsitzteil und dem zweiten Ventilsitzteil zwischen der ersten Einspritzöffnung (225) und der zweiten Einspritzöffnung (325) in einer Strömungsrichtung von Kraftstoff vorgesehen ist; und sich die erste Einspritzöffnung (225) und die zweite Einspritzöffnung (325) stromabwärtig von dem anderen von dem ersten Ventilsitzteil und dem zweiten Ventilsitzteil in der Strömungsrichtung befinden.