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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das in einen Verbrennungsmotor Kraftstoff einspritzt.
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Ein in der
WO 2006/003048 beschriebenes Kraftstoffeinspritzventil beinhaltet einen piezo-betätigten Kolben, der mit einem piezo-elektrischen Stapel und einer Düsennadel mit einem Nadelkolbenbereich an einem von der Einspritzöffnung entfernten Ende der Düsennadel einstückig ausgebildet ist. Der piezo-betätigte Kolben und der Nadelkolbenbereich sind in einem mit Absetzungen versehenen Hohlzylinder gleitend aufgenommen. Wenn der piezo-elektrische Stapel mit einer elektrischen Ladung aufgeladen wird und sich der piezo-elektrische Stapel dadurch ausdehnt, nimmt ein Druck in einer öldichten Kammer, die in dem mit Absetzungen versehenden Zylinder definiert ist, zu. Somit wird die Düsennadel in einer Ventilschließrichtung betätigt, d. h. bewegt, oder, anders ausgedrückt, wird die Düsennadel verschoben, um die Einspritzöffnung zu schließen. Entlädt sich demgegenüber die elektrische Ladung aus dem piezo-elektrischen Stapel und zieht sich der piezo-elektrische Stapel dadurch zusammen, wird der Druck in der öldichten Kammer reduziert. Dementsprechend wird die Düsennadel in einer Ventilöffnungsrichtung bewegt.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil der
WO 2006/003048 sind der piezo-betätigte Kolben des piezo-elektrischen Stapels und der Nadelkolbenbereich der Düsennadel beide in dem gleichen mit Absetzungen versehenen Zylinder aufgenommen. Folglich muss bei der koaxialen Ausrichtung des piezo-elektrischen Stapels relativ zur Düsennadel eine sehr hohe Präzision bezüglich der Anordnung des piezo-elektrischen Stapels und der Düsennadel in das Gehäuse bzw. den Körper hinein erreicht werden. Weil die radialen Positionen des piezo-elektrischen Stapels und der Düsennadel durch das Gehäuse bzw. den Körper bestimmt werden, muss das Gehäuse bzw. der Körper zudem eine hohe maschinelle Bearbeitungsgenauigkeit aufweisen, um so die hohe Genauigkeit der koaxialen Ausrichtung des piezo-elektrischen Stapels relativ zur Düsennadel zu erreichen. Somit gestaltet es sich zu einem Nachteil dahingehend, dass die maschinelle Bearbeitung des Gehäuses bzw. Körpers sehr aufwendig ist.
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Weitere Kraftstoffeinspritzventile werden in der
DE 10 2005 015 731 A1 und in der
WO 2006/003 048 A1 beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehenden erörterten Nachteile entwickelt worden, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die maschinelle Bearbeitung des Gehäuses bzw. Körpers zu vereinfachen.
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Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse, einer Zylinderanordnung, einem Kolben, einer Düsennadel und einem piezo-elektrischen Stapel geschaffen. Das Gehäuse definiert darin eine Hochdruck-Kraftstoffleitung und beinhaltet eine Einspritzöffnung. Durch die Hochdruck-Kraftstoffleitung kann ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff hindurchströmen. Durch die Einspritzöffnung kann ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Die Zylinderanordnung weist eine erste Zylinderbohrung und eine zweite Zylinderbohrung auf. Die zweite Zylinderbohrung weist einen Durchmesser auf, der kleiner als ein Durchmesser der ersten Zylinderbohrung ist. Die erste Zylinderbohrung und die zweite Zylinderbohrung definieren eine öldichte Kammer. Der Kolben ist in der ersten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen. Die Düsennadel weist einen Nadelkolbenbereich auf, der in der zweiten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen ist. Die Düsennadel wird durch einen Druck in der öldichten Kammer in eine Ventilschließrichtung zum Schließen der Einspritzöffnung gedrängt. Auch wird die Düsennadel wird durch den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in eine Ventilöffnungsrichtung zum Öffnen der Einspritzöffnung gedrängt. Entsprechend einer elektrischen Ladung, mit der der piezo-elektrische Stapel geladen und entladen wird, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel aus und zieht sich zusammen bzw. kontrahiert. Die Düsennadel wird so gesteuert, dass die Einspritzöffnung basierend auf einer Veränderung eines Volumens der öldichten Kammer, die durch eine Ausdehnung und Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels bewirkt wird, geöffnet und geschlossen wird. Die Zylinderanordnung ist in einen ersten Zylinder und in einen zweiten Zylinder unterteilt. Der erste Zylinder weist die erste Zylinderbohrung auf. Der zweite Zylinder weist die zweite Zylinderbohrung auf. Das Kraftstoffeinspritzventil weist ferner eine Feder auf, die den zweiten Zylinder in Richtung des ersten Zylinders drängt, so dass der zweite Zylinder mit dem ersten Zylinder in Kontakt gelangt.
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Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird zudem ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor geschaffen, das ein Gehäuse, eine Düsennadel, einen piezo-elektrischen Stapel, einen ersten Zylinder, einen zweiten Zylinder, eine Feder und einen feststehenden Kolben beinhaltet. Das Gehäuse definiert darin eine Hochdruck-Kraftstoffleitung und weist eine Einspritzöffnung auf. Durch die Hochdruck-Kraftstoffleitung kann ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff hindurchströmen. Durch die Einspritzöffnung kann der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Die Düsennadel ist in einer Ventilöffnungsrichtung zum Öffnen der Einspritzöffnung und in einer Ventilschließrichtung zum Schließen der Einspritzöffnung verschiebbar. Die Düsennadel wird durch einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in der Ventilöffnungsrichtung gedrängt. Entsprechend einer elektrischen Ladung, die den piezo-elektrischen Stapel auflädt und sich von diesem wieder entlädt, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel aus und zieht sich wieder zusammen. Der erste Zylinder weist eine erste Zylinderbohrung auf, und der erste Zylinder wird durch den piezo-elektrischen Stapel betätigt. Der zweite Zylinder weist eine zweite Zylinderbohrung mit einem Durchmesser auf, der kleiner als ein Durchmesser der ersten Zylinderbohrung ist, und der zweite Zylinder wird zusammen mit dem ersten Zylinder in einem Zustand verschoben, in dem der zweite Zylinder eine Endoberfläche des ersten Zylinders kontaktiert. Durch die Feder wird der zweite Zylinder in Richtung des ersten Zylinders gedrängt. Der feststehende Kolben ist an dem Gehäuse befestigt, und der feststehende Kolben ist innerhalb der ersten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen. Die Düsennadel weist einen Düsenkolbenbereich auf, der auf einem proximalen Ende der Düsennadel ausgebildet ist, wobei diese Ende von der Einspritzöffnung entfernt angeordnet ist. Der Nadelkolbenbereich ist innerhalb der zweiten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen. Der erste Zylinder und der zweite Zylinder definieren darin eine öldichte Kammer. Durch die Ausdehnung des piezo-elektrischen Stapels wird bewirkt, dass der erste Zylinder und zweiten Zylinder so in eine Richtung verschoben werden, dass sich ein Volumen der öldichten Kammer vergrößert wird, so dass die Düsennadel verschoben wird, um die Einspritzöffnung zu öffnen. Durch die Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels wird bewirkt, dass der erste Zylinder und der zweite Zylinder in die andere Richtung so verschoben werden, dass sich das Volumen der öldichten Kammer verkleinert, so dass die Düsennadel verschoben wird, um die Einspritzöffnung zu schließen.
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Zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Verbrennungsmotor geschaffen, das ein Gehäuse, eine Düsennadel, einen piezo-elektrischen Stapel, einen ersten Zylinder, einen zweiten Zylinder, eine Feder und einen piezo-betätigten Kolben beinhaltet. Das Gehäuse definiert darin eine Hochdruck-Kraftstoffleitung und weist eine Einspritzöffnung auf. Durch die Hochdruck-Kraftstoffleitung kann ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff hindurchströmen. Durch die Einspritzöffnung kann auch ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einen Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt werden. Die Düsennadel ist in einer Ventilöffnungsrichtung zum Öffnen der Einspritzöffnung und in einer Ventilschließrichtung zum Schließen der Einspritzöffnung verschiebbar, und die Düsennadel wird durch einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in der Ventilöffnungsrichtung gedrängt. Entsprechend einer elektrischen Ladung, mit der sich piezo-elektrische Stapel auf- und entlädt, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel aus und zieht sich wieder zusammen bzw. kontrahiert. Der erste Zylinder weist eine erste Zylinderbohrung auf, und der erste Zylinder ist an dem Gehäuse befestigt. Der zweite Zylinder weist eine zweite Zylinderbohrung auf, die einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als ein Durchmesser der ersten Zylinderbohrung, und der zweite Zylinder ist so angeordnet, dass er eine Endoberfläche des ersten Zylinders kontaktiert. Die Feder drängt den zweiten Zylinder in Richtung ersten Zylinder. Der piezo-betätigte Kolben ist innerhalb der ersten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen, und der piezo-betätigte Kolben wird durch den piezo-elektrischen Stapel betätigt. An einem proximalen Ende der Düsennadel weist die Düsennadel einen Nadelkolbenbereich auf, wobei dieses Ende entfernt von der Einspritzöffnung positioniert ist, wobei der Nadelbereich innerhalb der zweiten Zylinderbohrung gleitend aufgenommen ist. Der erste Zylinder und der zweite Zylinder definieren darin eine öldichte Kammer. Durch die Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels wird bewirkt, dass der piezo-betätigte Kolben in eine Richtung verschoben wird, um das Volumen der öldichten Kammer so zu vergrößern, dass die Düsennadel zum Öffnen der Einspritzöffnung verschoben wird. Die Ausdehnung des piezo-elektrischen Stapels bewirkt, dass der piezo-betätigte Kolben in die andere Richtung verschoben wird, um das Volumen der öldichten Kammer so zu verkleinern, dass die Düsennadel zum Schließen der Einspritzöffnung verschoben wird.
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Die Erfindung wird zusammen mit den zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben anhand der nachstehenden Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der beigefügten Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
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1 eine Querschnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine perspektivische Explosionsansicht, die einen ersten Zylinder, eine Druckplatte und einen feststehenden Kolben in 1 darstellt;
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3 eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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5 eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei ist zu beachten, dass in einer jeden der Ausführungsformen gleichartige Bauteile eines Kraftstoffeinspritzventils, die den Bauteile eines Kraftstoffeinspritzventils der anderen Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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(Erste Ausführungsform)
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Es erfolgt die Beschreibung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform darstellt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil ist an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors (insbesondere eines nicht näher dargestellten Dieselmotors) befestigt, und das Kraftstoffeinspritzventil spritzt einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der in einem Akkumulator bzw. einer Sammeleinrichtung (nicht gezeigt) angesammelt wird, in einen Zylinder des Verbrennungsmotors ein.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird ein Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils in einen allgemein hohlzylindrischen Düsenkörper 10 und einen allgemein hohlzylindrischen Piezokörper 11 unterteilt. Die Körper 10 11 sind in einer axialen Richtung des Kraftstoffeinspritzventils der Reihe nach angeordnet und werden durch eine allgemein hohlzylindrische Sicherungsmutter 12 integriert gehalten. Der Düsenkörper 10 nimmt darin z. B. einen ersten Zylinder 16 und einen zweiten Zylinder 14 auf, die axial zueinander angeordnet sind.
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Der Piezokörper 11 ist mit einer stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 versehen, durch die ein von der Sammeleinrichtung zugeführter, unter hohem Druck stehender Kraftstoff strömt. Der Düsenkörper 10 ist mit einer stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 versehen, die einen durch die stromaufwärts befindliche Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 zugeführten, unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zu einem distalen End des Düsenkörpers 10 führt. Das distale Ende des Düsenkörpers 10 ist mit Einspritzöffnungen 101 versehen, durch die ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff, der über die stromabwärtige Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 zugeführt wird, in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. In der vorliegenden Beschreibung ist das distale Ende oder die distale Seite in Richtung der Einspritzöffnung angeordnet, und ein proximales Ende oder eine proximale Seite liegt dem distalen Ende gegenüber oder ist von der Einspritzöffnung entfernt angeordnet.
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In der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 ist eine Düsennadel 13 aufgenommen, die die Einspritzöffnungen 101 öffnet und schließt. Die Düsennadel 13 weist eine zylindrische Form auf und wird durch den Düsenkörper 10 gleitend getragen. Der Düsenkörper 10 weist einen Gehäusesitzbereich 102 auf einer Seite stromaufwärts der Einspritzöffnungen 101 auf. Die Düsennadel 13 weist einen spitz zulaufenden Nadelsitzbereich 130 am distalen Endbereich der Düsennadel 13 auf. Der Nadelsitzbereich 130 wird mit dem Gehäusesitzbereich 102 entsprechend einer Hin- und Herbewegung der Düsennadel 13 verbunden und von diesem gelöst, um die Einspritzöffnungen 101 zu öffnen und zu schließen. Durch einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der auf den Nadelsitzbereich 120 einwirkt, wird die Düsennadel 13 in eine Richtung zum Öffnen der Einspritzöffnungen 101 gedrängt.
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Die Düsennadel 13 weist einen Nadelkolbenbereich 131 an einem proximalen Ende der Düsennadel 13 den Einspritzöffnungen 101 gegenüberliegend auf. Innerhalb einer Zylinderbohrung 140 des zweiten Zylinders 14 ist der Nadelkolbenbereich 131 gleitend aufgenommen.
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Die Düsennadel 13 weist einen Nadelflanschbereich 132 an einem axial mittleren Teil der Düsennadel 13 auf. Der Nadelflanschbereich 132 ragt aus dem axial mittleren Teil der Düsennadel 13 radial nach außen hervor. Zwischen dem Nadelflanschbereich 132 und dem zweiten Zylinder 14 ist eine Nadelfeder 15 angeordnet. Die Nadelfeder 15 drängt den zweiten Zylinder 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 und drängt die Düsennadel 13 in eine Richtung zum Schließen der Einspritzöffnungen 101.
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Auf einer äußeren Umfangsfläche des Nadelflanschbereichs 132 sind mehrere Abschrägungen 133 vorgesehen. Zudem sind zwischen den Abschrägungen 133 und dem Düsenkörper 10 definierte Zwischenräume vorhanden. Ein stromaufwärts befindlicher Teil der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 ist z. B. stromaufwärts des Nadelflanschbereichs 132 positioniert, und ein stromabwärtiger Teil der Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 ist stromabwärts des Nadelflanschbereichs 132 positioniert. Der stromaufwärts befindliche Teil steht mit dem der stromabwärts befindlichen Teil durch die vorstehenden Zwischenräume in Verbindung.
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In der stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 ist ein piezo-elektrischer Stapel 17 aufgenommen, der mehrere aneinandergestapelte Piezoelemente aufweist. Basierend auf einer elektrischen Ladung, mit der sich piezo-elektrische Stapel 17 auf- und entlädt, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel 17 aus und zieht sich wieder zusammen bzw. kontrahiert. Zwischen dem piezo-elektrischen Stapel 17 und dem ersten Zylinder 16 ist eine Druckplatte 18 angeordnet, und wenn sich der piezo-elektrische Stapel 17 ausdehnt, wird der erste Zylinder 16 durch den piezo-elektrischen Stapel 17 über die Druckplatte 18 betätigt.
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Der erste Zylinder 16 weist eine hohlzylindrische Form auf, und der erste Zylinder 16 weist eine erste Zylinderbohrung 160 mit einem Durchmesser auf, der größer als ein Durchmesser der zweiten Zylinderbohrung 140 ist. Ein feststehender Kolben 19 ist in der ersten Zylinderbohrung 160 gleitend aufgenommen. Der feststehende Kolben 19 wird durch eine aus einer Tellerfeder bestehende Sicherungsfeder 20 gegen eine Endoberfläche des Düsenkörpers 10 gedrückt, wobei diese Endoberfläche von den Einspritzöffnungen 101 entfernt positioniert ist. Der feststehende Kolben 19 ist an einer relativ zum Düsenkörper 10 befindlichen Position befestigt.
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Der zweite Zylinder 14 ist auf der distalen Seite des ersten Zylinders 16 (oder auf einer Seite des ersten Zylinders 16 in Richtung der Einspritzöffnungen 101) positioniert. Zudem handelt es sich bei dem zweiten Zylinder 14 um einen mit einem Flansch versehenen Hohlzylinder, der einen zweiten Zylinderflanschbereich 141 aufweist, der von einem proximalen Endbereich des zweiten Zylinders 14 radial nach außen hervorragt, wobei dieser Endbereich von den Einspritzöffnungen 101 entfernt angeordnet ist. Somit kontaktiert die proximale Endoberfläche des zweiten Zylinderflanschbereichs 141 die distale Endoberfläche des ersten Zylinders 16.
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Zwischen dem Düsenkörper 10 und dem zweiten Zylinderflanschbereich 141 ist eine Zylinderfeder 21 axial angeordnet. Die Zylinderfeder 21 drängt den zweiten Zylinder 14 in Richtung des ersten Zylinder 16.
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Eine öldichte Kammer 22 ist zwischen dem Nadelkolbenbereich 131 und dem feststehenden Kolben 19 innerhalb des ersten Zylinders 16 und des zweiten Zylinders 14 definiert, und die öldichte Kammer 22 ist mit Kraftstoff befüllt.
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2 ist eine perspektivische Explosionszeichnung des ersten Zylinders 16, der Druckplatte 18 und des feststehenden Kolbens 1. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist der feststehende Kolben 19 einen feststehenden Kolbenbereich 190 auf, der innerhalb des ersten Zylinders 16 aufgenommen ist und der eine zylindrische Form aufweist. Zudem weist der feststehende Kolben 19 einen Armbereich 191 auf, der auf einer proximalen Seite des feststehenden Kolbenbereichs 190 von den Einspritzöffnungen 101 entfernt positioniert ist. Der Armbereich 191 ragt relativ zum feststehenden Kolbenbereich 190 derart radial nach hervor, dass der Armbereich 191 zwischen der Sicherungsfeder 20 und dem Düsenkörper 10 axial angeordnet ist. Der Armbereich 191 weist drei in Umfangsrichtung angeordnete Auskerbungen 192 auf.
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Die Druckplatte 18 weist einen kreisförmigen Plattenbereich 180 mit einer zylindrischen Form auf, und der kreisförmige Plattenbereich 180 kontaktiert den piezo-elektrische Stapel 17. Zudem weist die Druckplatte 18 drei Schenkelteile 181 auf, die jeweils eine zylindrische Form aufweist, und die Schenkelteile 181 ragen aus dem kreisförmigen Plattenbereich 180 in Richtung der Einspritzöffnungen 101 axial hervor. Die Schenkelteile 181 sind in Umfangsrichtung, angeordnet und erstrecken sich durch die jeweiligen Auskerbungen 192 des feststehenden Kolbens 19, so dass der distale Endbereich eines jeden Schenkelteils 181 den ersten Zylinder 16 kontaktiert.
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Als nächstes erfolgt die Beschreibung des Betriebs des vorstehenden Kraftstoffeinspritzventils. 1 stellt einen geschlossenen Ventilzustand dar, in dem das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist. Im vorstehenden Zustand strömt der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von der stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 und der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 in die öldichte Kammer 22 durch a) den Zwischenraum zwischen der zweiten Zylinderbohrung 140 und dem Nadelkolbenbereich 131 und b) den anderen Zwischenraum zwischen der ersten Zylinderbohrung 160 und dem feststehenden Kolbenbereich 190. Dabei ist der Druck in der öldichten Kammer 22 gleich dem Druck in der stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 oder gleich dem Druck in der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100. Dann wird die Düsennadel 13 durch den Druck in der öldichten Kammer 22, der auf den Nadelkolbenbereich 131 ausgeübt wird, in eine Ventilschließrichtung zum Schließen der Einspritzöffnungen 101 gedrängt. Zudem wird die Düsennadel 13 durch die Nadelfeder 15 in die Ventilschließrichtung gedrängt. Dabei befindet sich die Düsennadel 13 an einer geschlossenen Ventilposition.
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Wenn dem piezo-elektrischen Stapel 17 zum Aufladen ein elektrischer Strom zugeführt wird (wenn in anderen Worten der piezo-elektrische Stapel 17 mit elektrischer Ladung geladen wird) und dadurch die Piezospannung erhöht wird, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel 17 aus. Somit werden der erste Zylinder 16 und der zweite Zylinder 14 durch die Druckplatte 18 in Richtung der Einspritzöffnungen 101 betätigt. Folglich wird das Volumen der öldichten Kammer 22 vergrößert, und dadurch nimmt der Druck in der öldichten Kammer 22 ab. Dementsprechend wird die Kraft, durch die die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung gedrängt wird, reduziert.
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Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, der auf den Nadelsitzbereich 130 einwirkt, weist z. B. eine Drängkraft auf, die die Düsennadel 13 zum Öffnen der Einspritzöffnungen in die Ventilöffnungsrichtung drängt. Wenn die vorstehende Drängbewegungskraft in der Ventilöffnungsrichtung größer wird als die andere Drängbewegungskraft, die die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung gedrängt, wird die Düsennadel 13 in die Ventilöffnungsrichtung verschoben. Folglich wird der Nadelsitzbereich 130 von dem Gehäusesitzbereich 102 wegbewegt oder aus dem Gehäusesitzbereich 102 herausgelöst, so dass die Einspritzöffnungen 101 geöffnet werden. Dementsprechend wird der Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen 101 in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.
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Wenn aus dem piezo-elektrische Stapel 17 die elektrische Ladung entladen wird und somit die Piezospannung reduziert wird, erfolgt dementsprechend eine Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels 17. Somit werden der erste Zylinder 16 und der zweite Zylinder 14 durch die Nadelfeder 15 und durch die Zylinderfeder 21 zum piezo-elektrischen Stapel 17 oder in die von den Einspritzöffnungen 101 entfernte Richtung zurückbewegt. Folglich nimmt das Volumen der öldichten Kammer 22 ab. Dadurch steigt der Druck in der öldichten Kammer 22 an, und somit wird auch die Kraft für die Drängbewegung der Düsennadel 13 in der Ventilschließrichtung erhöht. Die Düsennadel 13 wird dementsprechend in die Ventilschließrichtung verschoben und dadurch kontaktiert der Nadelsitzbereich 130 den Gehäusesitzbereich 102, um die Einspritzöffnungen 101 zu schließen. Die Kraftstoffeinspritzung ist demzufolge abgeschlossen.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist in Bezug auf die axiale Ausrichtung des feststehenden Kolbens 19 relativ zur Düsennadel 13 eine hohe Präzision nicht erforderlich, weil der Zylinder in den ersten Zylinder 16 und den zweiten Zylinder 14 unterteilt ist (in anderen Worten, weil der erste Zylinder 16 nicht einstückig mit dem zweiten Zylinder 14 ausgeführt ist und dadurch der erste Zylinder 16 relativ zum zweiten Zylinder 14 radial verschiebbar ist). Aufgrund dessen wird die maschinelle Bearbeitung des Düsenkörpers 10 und des Piezokörpers 11 effektiv vereinfacht.
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Wenn in einem herkömmlichen Fall keine hohe Präzision in Bezug auf die koaxiale Ausrichtung des piezo-elektrischen Stapels 17 relativ zur Düsennadel 13 erreicht wird, müssen der Zwischenraum zwischen der zweiten Zylinderbohrung 140 und dem Nadelkolbenbereich 131 und der Zwischenraum zwischen der ersten Zylinderbohrung 160 und dem feststehenden Kolbenbereich 190 größer ausgeführt werden, um die koaxiale Fehlausrichtung des piezo-elektrische Stapel 17 relativ zur Düsennadel 13 kompensieren zu können. Werden die Zwischenräume vergrößert, kann das Ausströmen des Kraftstoffs durch dieselben zunehmen. Somit muss der Betrag der Ausdehnung des piezo-elektrischen Stapels 17 vergrößert werden, um die Menge des ausgeströmten Kraftstoffs kompensieren zu können. Dies kann daher zu einem nachteiligen Anstieg der Energie führen, die dem piezo-elektrischen Stapel 17 zugeführt wird.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist die hohe Präzision in Bezug auf die koaxiale Ausrichtung des feststehenden Kolbens 19 relativ zur Düsennadel 13 im Gegensatz zum oben beschriebenen Fall nicht notwendig. Daher kann der Zwischenraum zwischen der zweiten Zylinderbohrung 140 und dem Nadelkolbenbereich 131 und der andere Zwischenraum zwischen der ersten Zylinderbohrung 160 und dem feststehenden Kolbenbereich 190 mit kleinen Abmessungen ausgeführt werden. Aufgrund dessen wird das Ausströmen des Kraftstoffs durch die vorstehenden Zwischenräume wirksam eingeschränkt, und der Aufwand an Energie, die dem piezo-elektrischen Stapel 17 zugeführt wird, wird dadurch wirksam unterdrückt.
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Weil außerdem die Nadelfeder 15 und die Zylinderfeder 21 den zweiten Zylinder 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 drängen bzw. spannen, wird der erste Zylinder 16 dadurch in seiner Beweglichkeit zuverlässig eingeschränkt, so dass er sich während des Betriebs nicht vom zweiten Zylinder 14 entfernt.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden sowohl der zweite Zylinder 14 als auch die Düsennadel 13 durch die Feder 15 vorgespannt bzw. gedrängt. Aufgrund dessen wird der Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils effektiv vereinfacht.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Feder 21 axial zwischen dem Düsenkörper 10 und dem zweiten Zylinder 14 für eine Dräng- bzw. Spannbewegung des zweiten Zylinders 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 angeordnet.
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Folglich wird der zweite Zylinder 14 zusammen mit dem ersten Zylinder 16 in einem Zustand verschoben, in dem der zweite Zylinder 14 eine Endoberfläche des ersten Zylinders 16 kontaktiert, und dadurch wird eine Abtrennung bzw. Ablösung des ersten Zylinders 16 vom zweiten Zylinder 14 während des Betriebs zuverlässig verhindert.
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In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Feder die Nadelfeder (Nadelfederteil) 15 und die Zylinderfeder (Zylinderfederteil) 21. Die Nadelfeder 15 ist zwischen dem zweiten Zylinder 14 und der Düsennadel 13 für die Zwangsbewegung des zweiten Zylinders 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 und für die Zwangsbewegung der Düsennadel 13 in der Ventilschließrichtung vorgesehen. Die Zylinderfeder 21 ist zwischen dem Düsenkörper 10 und dem zweiten Zylinder 14 für die Dräng- bzw. Spannbewegung des zweiten Zylinders 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 angeordnet.
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Folglich wird die Düsennadel 13 zuverlässig verschoben, so dass die Einspritzöffnung geschlossen wird, und die Ablösung des ersten Zylinders 16 und des zweiten Zylinders 14 während des Betriebs wird zuverlässig verhindert.
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Es ist zu beachten, dass die Nadelfeder 15 in der vorliegenden Erfindung zwischen dem Nadelflanschbereich 132 und dem zweiten Zylinder 14 angeordnet ist. Die Nadelfeder 15 kann jedoch alternativ in der öldichten Kammer 22 angeordnet werden, und die Nadelfeder 15 kann auch zwischen dem Nadelkolbenbereich 131 und dem feststehenden Kolbenbereich 190 angeordnet sein.
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Wenn zudem die Nadelfeder 15 zwischen dem Nadelflanschbereich 132 und dem zweiten Zylinder 14 angeordnet ist wie in der vorliegenden Ausführungsform, kann alternativ auf die Zylinderfeder 21 verzichtet werden. Im vorstehenden Alternativfall wird der zweite Zylinder 14 durch die Nadelfeder 15 gegen den ersten Zylinder 16 gedrückt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Es erfolgt mm eine Beschreibung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Querschnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden mehrere Einspritzöffnungen durch mehrere Düsennadeln geöffnet und geschlossen. Dabei ist zu beachten, dass gleichartige Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Ausführungsform, die den Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und somit auf eine Erläuterung derselben verzichtet wird.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist das distale Ende des Düsenkörpers 10 mit ersten Einspritzöffnungen 103 und zweiten Einspritzöffnungen 104 versehen, durch die ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff, der von der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 zugeführt wird, in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Die erste Einspritzöffnung 103 und die zweite Einspritzöffnung 104 weisen jeweilige Enden auf, die am Gehäusesitzbereich 102 offen sind. Zudem ist das vorstehende sich öffnende Ende der zweiten Einspritzöffnung 104 radial einwärts des sich öffnenden Endes der ersten Einspritzöffnung 103 innerhalb des distalen Endes des Düsenkörpers 10 positioniert.
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Die Düsennadel 13 weist eine erste Nadel 30 und eine zweite Nadel 31 auf. Die erste Nadel 30 wird durch den Düsenkörper 10 gleitend getragen und weist eine allgemein hohlzylindrische Form auf. Die zweite Nadel 31 ist innerhalb der ersten Nadel 30 gleitend aufgenommen und weist eine allgemein hohlzylindrische Form auf.
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Die erste Nadel 30 weist einen spitz zulaufenden ersten Nadelsitzbereich 300 am distalen Endbereich der ersten Nadel 30 in Richtung der ersten Einspritzöffnung 103 auf. Die ersten Einspritzöffnungen 103 werden durch die Verbindung und Ablösung- bzw. Lostrennung des ersten Nadelsitzbereichs 300 relativ zum Gehäusesitzbereich 102 entsprechend der Hin- und Herbewegung der ersten Nadel 30 geschlossen und geöffnet. Die erste Nadel 30 wird durch einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der auf den ersten Nadelsitzbereich 300 einwirkt, in die Ventilöffnungsrichtung gedrängt.
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Die erste Nadel 30 weist einen ersten Nadelkolbenbereich 301 an einem proximalen Ende der ersten Nadel 30 auf. Der erste Nadelkolbenbereich 301 weist eine hohlzylindrische Form auf und ist innerhalb der zweiten Zylinderbohrung 140 des zweiten Zylinders 14 gleitend aufgenommen.
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Die erste Nadel 30 weist einen ersten Nadelflanschbereich 302 auf, der von einem axial mittleren Teil der ersten Nadel 30 radial nach außen hervorragt. Eine erste Nadelfeder 32 ist axial zwischen dem ersten Nadelflanschbereich 302 und dem zweiten Zylinder 14 angeordnet. Die erste Nadelfeder 32 drängt den zweiten Zylinder 14 in Richtung des ersten Zylinders 16 und drängt zudem die erste Nadel 30 in die Ventilschließrichtung.
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Der erste Nadelflanschbereich 302 weist eine äußere Umfangsfläche auf, die mit mehreren Abschrägungen 303 versehen ist. Zudem ist ein stromaufwärts befindlicher Teil der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 stromaufwärts des ersten Nadelflanschbereichs 302 angeordnet, und ein stromabwärtiger Teil der Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 ist stromabwärts des ersten Nadelflanschbereichs 302 angeordnet. Der stromaufwärts befindliche Teil und der stromabwärtige Teil stehen miteinander durch Zwischenräume in Verbindung, die zwischen den Abschrägungen 303 und dem Düsenkörper 10 definiert sind.
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Die zweite Nadel 31 weist einen spitz zulaufenden zweiten Nadelsitzbereich 310 an einem distalen Endbereich der zweiten Nadel 31 auf, wobei dieser distale Endbereich benachbart zu der zweiten Einspritzöffnung 104 positioniert ist. Die zweiten Einspritzöffnungen 104 werden durch die Verbindung und Löslösung des zweiten Nadelsitzbereichs 310 relativ zum Körpersitzbereich 102 entsprechend der Hin- und Herbewegung der zweiten Nadel 31 geschlossen und geöffnet.
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Die zweite Nadel 31 ist mit einem zweiten Nadelflanschbereich 311 versehen, der von einem proximalen Endbereich der zweiten Nadel 31 radial nach außen hervorragt, wobei dieser Endbereich von der Einspritzöffnung entfernt positioniert ist. Der zweite Nadelflanschbereich 311 ist innerhalb der öldichten Kammer 22 angeordnet. Eine zweite Nadelfeder 33 ist axial zwischen dem zweiten Nadelflanschbereich 311 und dem feststehenden Kolben 19 angeordnet. Die zweite Nadelfeder 33 drängt die zweite Nadel 33 in die Ventilschließrichtung.
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Wenn sowohl die erste Nadel 30 als auch die zweite Nadel 31 die jeweiligen Einspritzöffnungen in einem Zustand schließen, der in 3 gezeigt ist, wird zwischen dem zweiten Nadelflanschbereich 311 und einer gegenüberliegenden Endoberfläche der ersten Nadel 30 ein Zwischenraum definiert, wobei diese Oberfläche dem zweiten Nadelflanschbereich 311 axial gegenüberliegt und von der Einspritzöffnung entfernt positioniert ist. Der vorstehende Zwischenraum weist eine Abmessung H1 auf, die in einer Längsrichtung der Nadel 30 gemessen wird.
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Anschließend erfolgt eine Beschreibung des Betriebs des vorstehenden Kraftstoffeinspritzventils. Die jeweiligen Einspritzöffnungen werden sowohl durch die erste Nadel 30 als auch die zweite Nadel 31 geschlossen, wie in 3 gezeigt ist. Wenn dem piezo-elektrischen Stapel 17 zum Aufladen ein elektrischer Strom zugeführt wird und dadurch die Piezospannung erhöht wird, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel 17 dementsprechend aus. Folglich werden der erste Zylinder 16 und der zweite Zylinder 14 in Richtung der Einspritzöffnungen 103, 104 durch die Druckplatte 18 betätigt. Somit vergrößert sich das Volumen der öldichten Kammer 22, und der Druck in der öldichten Kammer 22 nimmt dadurch. Aufgrund dessen nimmt die Dräng- bzw. Spannbewegungskraft ab, die die erste Nadel 30 in die Ventilschließrichtung drängt.
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Auf den ersten Nadelsitzbereich 300 wirkt ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff ein. Wenn die Kraft des einwirkenden Kraftstoffs, die die erste Nadel 30 in die Ventilöffnungsrichtung drängt, größer als die reduzierte Kraft wird, die die erste Nadel 30 aufgrund der Reduktion des Drucks in der öldichten Kammer 22 in die Ventilschließrichtung drängt, wird die erste Nadel 30 in die Ventilöffnungsrichtung bewegt. Somit wird der erste Nadelsitzbereich 300 aus dem Gehäusesitzbereich 102 derart herausgelöst, dass die ersten Einspritzöffnungen 103 geöffnet werden. Somit wird der Kraftstoff durch die ersten Kraftstoffeinspritzöffnungen 103 in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt. Zu diesem Zeitpunkt sind die zweiten Einspritzöffnungen 104 noch geschlossen, und dadurch ist auch die Einspritzrate noch dementsprechend niedrig.
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Wenn die erste Nadel 30 um die Längsabmessungen H1 angehoben wird und dadurch die gegenüberliegende Oberfläche der ersten Nadel 30 den zweiten Nadelflanschbereich 311 kontaktiert, wird eine Federkraft der zweiten Nadelfeder 33 auf die erste Nadel 30 ausgeübt. Somit wird die Bewegung der ersten Nadel 30 in der Ventilöffnungsrichtung vorübergehend gestoppt. Wenn sich der piezo-elektrische Stapel 17 dann weiter ausdehnt und der Druck in der öldichten Kammer 22 dementsprechend weiter reduziert wird, werden sowohl die erste Nadel 30 als auch die zweite Nadel 31 in die Ventilöffnungsrichtung bewegt. Somit wird der zweite Nadelsitzbereich 310 aus dem Gehäusesitzbereich 102 herausgelöst oder von demselben weggeschoben, so dass die beiden Einspritzöffnungen 104 geöffnet werden. Folglich wird der Kraftstoff durch die zweiten Einspritzöffnungen 104 in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt. Dabei steigt die Einspritzrate dementsprechend an, weil der Kraftstoff durch sowohl die erste Einspritzöffnung 103 als auch die zweite Einspritzöffnung 104 eingespritzt wird.
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Wenn die elektrische Ladung aus dem piezo-elektrischen Stapel 17 entladen wird und dadurch die Piezospannung dementsprechend abnimmt, kontrahiert der piezo-elektrische Stapel 17. Aufgrund dessen werden der erste Zylinder 16 und der zweite Zylinder 14 durch die erste Nadelfeder 32 und durch die Zylinderfeder 21 in eine von den Einspritzöffnungen entfernte Richtung zurückbewegt, wodurch sich das Volumen der öldichten Kammer 22 verkleinert. Weil der Druck in der öldichten Kammer 22 somit dementsprechend zunimmt, nimmt auch die Kraft zu, die die erste Nadel 30 und die zweite Nadel 31 in die Ventilschließrichtung drängt. Folglich werden die erste Nadel 30 und die zweite Nadel 31 in die Ventilschließrichtung verschoben, und dadurch kontaktiert der erste Nadelsitzbereich 300 den Gehäusesitzbereich 102, so dass die ersten Einspritzöffnungen 103 geschlossen werden. Gleichzeitig kontaktiert der zweite Nadelsitzbereich 310 den Gehäusesitzbereich 102, so dass die zweiten Einspritzöffnungen 104 geschlossen werden. Die Kraftstoffeinspritzung ist somit abgeschlossen.
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Gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist die Einspritzrate in der Anfangsstufe des Starts des Einspritzbetriebs auf einen geringen Wert eingestellt, und die Einspritzrate nimmt dann auf vorteilhafte Weise zu. Abgesehen davon sind Vorteile ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform erreichbar.
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Es ist zu beachten, dass die erste Nadelfeder 32 in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem ersten Nadelflanschbereich 302 und dem zweiten Zylinder axial angeordnet ist. Die erste Nadelfeder 32 kann jedoch alternativ innerhalb der öldichten Kammer 22 angeordnet sein, und die erste Nadelfeder 32 kann auch zwischen dem ersten Nadelkolbenbereich 301 und dem feststehenden Kolbenbereich 190 angeordnet sein.
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Zudem kann in einem Fall, wo die erste Nadelfeder 32 wie in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem ersten Nadelflanschbereich 302 und dem zweiten Zylinder 14 axial angeordnet ist, auf die Zylinderfeder 21 alternativ verzichtet werden. In dem vorstehenden Alternativfall wird der zweite Zylinder 14 durch die erste Nadelfeder 32 gegen den ersten Zylinder 16 gedrückt.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als nächstes erfolgt die Beschreibung der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Kraftstoffeinspritzventil durch die Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels 17 geöffnet und durch die Ausdehnung des piezo-elektrischen Stapels 17 geschlossen. Dabei ist zu beachten, dass gleichartige Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Ausführungsformen, die den Bauteilen des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und somit auf eine Erläuterung derselben verzichtet wird.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist in der stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110 eine Platte 40 angeordnet, und die Platte 40 weist die Form eines dünnen Plattenrings auf, der mit dem Piezokörper 11 in Verbindung gebracht werden kann. Der erste Zylinder 16 wird durch die Nadelfeder 15 gegen die Platte 40 gedrückt und ist an einer Position relativ zum Piezokörper 11 befestigt.
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Der Platte 40 weist einen Plattenbereich auf, der mit mehreren Durchgangslöchern 400 versehen ist. Der erste Zylinder 16 weist einen radial nach außen gerichteten Teil auf, der mit mehreren eingekerbten Rillen bzw. Aussparungen 161 versehen ist. Ein stromaufwärts befindlicher Teil der stromaufwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 110, der stromaufwärts der Platte 40 angeordnet ist, steht mit einem der stromabwärts befindlichen Teil der Hochdruck-Kraftstoffleitung 110, der stromabwärts der Platte 40 angeordnet ist, durch die mehreren Durchgangslöcher 400 und die mehreren eingekerbten Aussparungen 161 in Verbindung.
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Der piezo-elektrische Stapel 17 ist mit einem zylindrischen piezo-betätigten Kolben 41 an einem distalen Endbereich des piezo-elektrische Stapels 17 in Richtung der Einspritzöffnung 101 einstückig vorgesehen. Der piezo-betätigte Kolben 41 wird durch die erste Zylinderbohrung 160 des ersten Zylinders 16 gleitend aufgenommen.
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Als nächstes wird der Betrieb des vorstehenden Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. 4 zeigt einen geschlossenen Ventilzustand, in dem das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen ist. In dem vorstehenden Zustand wird dem piezo-elektrischen Stapel 17 zur Aufladung elektrischer Strom zugeführt, und dadurch kommt es zur Ausdehnung des piezo-elektrischen Stapels 17. Zudem wird der piezo-betätigte Kolben 41 in Richtung der Einspritzöffnung 101 betätigt, und dadurch verkleinert sich das Volumen der öldichten Kammer 22. Somit wird der Druck in der öldichten Kammer 22 vergrößert, und der Druck in der öldichten Kammer 22 und die Federkraft der Nadelfeder 15 bewirken, dass die Düsennadel 13 sich in die Ventilschließrichtung bewegt. Aufgrund dessen kontaktiert der Nadelsitzbereich 130 den Körpersitzbereich 102, so dass die Einspritzöffnung 101 geschlossen wird.
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Wenn als nächstes eine elektrische Ladung aus dem piezo-elektrischen Stapel 17 entladen wird, so dass es zur Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels 17 kommt, bewegt sich der piezo-betätigte Kolben 41 in eine von der Einspritzöffnung entfernte Richtung zurück. Folglich nimmt das Volumen der öldichten Kammer 22 zu, und der Druck in der öldichten Kammer 22 wird reduziert. Somit wird die Kraft, die die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung drängt, dementsprechend reduziert. Wenn die Kraft des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs, die auf den Nadelsitzbereich 130 ausgeübt wird, wobei diese Kraft eine Zwangsbewegung der Düsennadel 13 in der Ventilöffnungsrichtung ausführt, größer wird als die Kraft, die die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung drängt, wird die Düsennadel 13 in der Ventilöffnungsrichtung verschoben. Dadurch wird der Nadelsitzbereich 130 von dem Gehäusesitzbereich 102 weg bewegt, so dass die Einspritzöffnung 101 geöffnet wird. Folglich wird der Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 101 in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt.
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Wenn dem piezo-elektrischen Stapel 17 erneut elektrischer Strom zum Aufladen desselben zugeführt wird, dehnt sich der piezo-elektrische Stapel 17 aus. Folglich wird der piezo-betätigte Kolben 41 in Richtung der Einspritzöffnung 101 betätigt, und dadurch kommt es zur Verkleinerung des Volumens der öldichten Kammer 22. Somit nimmt der Druck in der öldichten Kammer 22 zu, und dadurch bewirken der Druck in der öldichten Kammer 22 und die Federkraft der Nadelfeder 15, dass die Düsennadel 13 sich in die Ventilschließrichtung bewegt. Somit kontaktiert der Nadelsitzbereich 130 den Körpersitzbereich 102, so dass die Einspritzöffnung 101 geschlossen wird. Die Kraftstoffeinspritzung wird somit beendet.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist in Bezug auf die koaxiale Ausrichtung des piezo-betätigten Kolbens 41 relativ zur Düsennadel 13 keine hohe Präzision erforderlich, weil der Zylinder in den ersten Zylinder 16 und den zweiten Zylinder 14 unterteilt ist. Dadurch wird die maschinelle Bearbeitung des Düsenkörpers 10 und des Piezokörpers 11 vereinfacht.
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Weil zudem keine hohe Präzision in Bezug auf die koaxiale Ausrichtung des piezo-betätigten Kolbens 41 relativ zur Düsennadel 13 erforderlich ist, werden der Zwischenraum zwischen dem ersten Zylinder 16 und dem piezo-betätigten Kolben 41 und der andere Zwischenraum zwischen dem zweiten Zylinder 14 und dem Nadelkolbenbereich 131 effektiv verkleinert. Folglich kann das Ausströmen durch die Zwischenräume effektiv reduziert werden. Außerdem wird dementsprechend die Energiezufuhr zu dem piezo-elektrischen Stapel 17 effektiv unterdrückt.
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Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Zylinderfeder 21 (siehe 1) zwischen dem Düsenkörper 10 und dem zweiten Zylinderflanschbereich 141 angeordnet sein kann. Im vorstehenden Fall kann die Nadelfeder 15 innerhalb der öldichten Kammer 22 angeordnet sein, und die Nadelfeder 15 kann auch zwischen dem Nadelkolbenbereich 131 und dem piezo-betätigten Kolben 41 angeordnet sein.
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(Vierte Ausführungsform)
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Es erfolgt nun eine Beschreibung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Querschnittansicht, die eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Formen des ersten Zylinders 16 und des zweiten Zylinders 14 von jenen der ersten Ausführungsform. Zudem ist auch die Anordnung der Zylinderfeder 21 in der vorliegenden Ausführungsform von der in der ersten Ausführungsform verschieden. Dabei ist zu beachten, dass gleichartige Bauteile des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Ausführungsformen, die den Bauteilen des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und somit auf eine Erläuterung derselben verzichtet wird.
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Wie in 5 gezeigt ist, handelt es sich bei dem ersten Zylinder 16 um einen mit einem Flansch versehenen Hohlzylinder, der einen ersten Zylinderflanschbereich 162 aufweist, der von einem distalen Endbereich des ersten Zylinders 16 in Richtung der Einspritzöffnung radial nach innen ragt. Bei dem zweiten Zylinder 14 handelt es sich um einen Hohlzylinder, und der zweite Zylinder 14 weist eine proximale Endoberfläche auf einer Seite des zweiten Zylinders 14 entfernt von der Einspritzöffnung auf. Die proximale Endoberfläche des zweiten Zylinders 14 kontaktiert die distale Endoberfläche des ersten Zylinderflanschbereichs 162. Die Zylinderfeder 21 ist axial zwischen dem Düsenkörper 10 und dem ersten Zylinderflanschbereich 162 angeordnet. Die Zylinderfeder 21 drängt den ersten Zylinder 16 in Richtung des piezo-elektrische Stapels 17.
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Wenn in der vorstehenden Konfiguration eine elektrische Ladung aus dem piezo-elektrischen Stapel 17 entladen wird und dadurch die Piezospannung abnimmt, kommt es zu einer entsprechenden Kontraktion des piezo-elektrischen Stapels 17. Somit bewirken die Nadelfeder 15 und die Zylinderfeder 21, dass der erste Zylinder 16 und der zweite Zylinder 14 in eine von der Einspritzöffnung entfernte Richtung zurückbewegt werden. Aufgrund dessen nimmt das Volumen der öldichten Kammer 22 ab. Somit wird der Druck in der öldichten Kammer vergrößert und dadurch die Kraft größer, die die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung drängt. Folglich wird die Düsennadel 13 in die Ventilschließrichtung verschoben, und dadurch kontaktiert der Nadelsitzbereich 130 den Gehäusesitzbereich 102, so dass die Einspritzöffnung 101 geschlossen wird. Die Kraftstoffeinspritzung ist somit abgeschlossen.
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Wenn der Druck in der öldichten Kammer 22 größer wird als der Druck in der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 während des vorstehenden Ventilschließbetriebs, werden der Druck in der öldichten Kammer 22 und der Druck in der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 auf den ersten Zylinderflanschbereich 162 ausgeübt. Somit wird durch den Differenzdruck zwischen der öldichten Kammer 22 und der stromabwärts befindlichen Hochdruck-Kraftstoffleitung 100 der erste Zylinder 16 in die Richtung des zweiten Zylinders 14 drängt. Folglich kann die Loslösung des ersten Zylinders 16 und des zweiten Zylinders 14 während des Ventilschließbetriebs zuverlässig eingeschränkt werden.
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Zusätzliche Vorteile und Modifizierungen werden Fachleuten ohne Weiteres offenbar. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentative Vorrichtung und die veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die hierin gezeigt und beschrieben sind.
