Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Injektor,
der Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einspritzt und zuführt,
und im Besonderen auf einen Injektor, der unter Verwendung des Ausdehnens
und Zusammenziehens von gestapelten piezoelektrischen Elementen
ein Düsenloch öffnet und schließt.The
The present invention generally relates to an injector.
the fuel is injected and fed into an internal combustion engine,
and more particularly to an injector using stretching
and contraction of stacked piezoelectric elements
a nozzle hole opens and closes.
Als
eine herkömmliche Technologie ist in einer Veröffentlichung
der JP-A-2003-97418 (die
der DE 102 32 383
A1 entspricht) ein piezoelektrisches Stellglied beschrieben,
welches als eine Antriebsquelle eines Injektors einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.As a conventional technology, in a publication of JP-A-2003-97418 (the the DE 102 32 383 A1 corresponds) a piezoelectric actuator is described, which is used as a drive source of an injector of an internal combustion engine of a motor vehicle.
Wie
dies in 7 und 8 dargestellt
ist, hat ein piezoelektrisches Stellglied 102 ein Metallgehäuse 120 und
ein piezoelektrisches Körperelement 121, welches
sich nach dem Anlegen einer Spannung daran ausdehnt und das in dem
Metallgehäuse 120 untergebracht ist. Das piezoelektrische Körperelement 121 verschlechtert
sich als ein Ergebnis seines direkten Kontakts mit Kraftstoff und
der Kontakt kann zudem einen Betriebsfehler hervorrufen. Dementsprechend
wird das piezoelektrische Körperelement 121 mit
dem Metallgehäuse 120 abgedichtet, indem das Metallgehäuse 120 über
eine Umfangsfläche des piezoelektrischen Körperelements 121 vorgesehen
wird, wie dies in 7 und 8 dargestellt ist,
sodass der Kraftstoff in einem Kraftstoffdurchlass mit dem piezoelektrischen
Körperelement 121 nicht in Kontakt ist. Ferner
ist für das Metallgehäuse 120 ein Faltenbalg 125 vorgesehen
und in Übereinstimmung mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen des
piezoelektrischen Körperelements 121 dehnt sich
der Faltenbalg 125 aus und zieht sich zusammen.Like this in 7 and 8th is shown has a piezoelectric actuator 102 a metal case 120 and a piezoelectric body element 121 which expands upon application of a voltage thereto and that in the metal housing 120 is housed. The piezoelectric body element 121 deteriorates as a result of its direct contact with fuel and the contact can also cause an operating error. Accordingly, the piezoelectric body element becomes 121 with the metal case 120 sealed by the metal housing 120 over a peripheral surface of the piezoelectric body element 121 is provided, as in 7 and 8th is shown, so that the fuel in a fuel passage with the piezoelectric body element 121 not in contact. Further, for the metal case 120 a bellows 125 provided and in accordance with the expansion and contraction of the piezoelectric body element 121 the bellows expands 125 and pulls together.
Bei
dem vorstehend beschriebenen Aufbau hat der Faltenbalg 125 einen
kleinen Durchmesser, um eine auf das piezoelektrische Körperelement 121 aufgebrachte
vorgegebenen Last zu verringern (Last Elf durch Kraftstoffdruck
+ Last F1sp durch eine Feder 144 eines Fluiddruckerzeugungsabschnitts 136; siehe 8).
Das piezoelektrische Körperelement 121 und der
Faltenbalg 125 sind in Reihe angeordnet und in dem Faltenbalg 125 ist
ein Verschiebungsübertragungselement 124 angeordnet.
Wegen dieses Aufbaus wird die Verschiebung des Elements 121 übertragen,
während das piezoelektrische Körperelement 121 von
dem Hochdruckkraftstoff abgedichtet ist.In the structure described above, the bellows 125 a small diameter to one on the piezoelectric body element 121 To reduce applied predetermined load (load Elf by fuel pressure + load F1sp by a spring 144 a fluid pressure generating section 136 ; please refer 8th ). The piezoelectric body element 121 and the bellows 125 are arranged in series and in the bellows 125 is a displacement transmission element 124 arranged. Because of this construction, the displacement of the element 121 transferred while the piezoelectric body element 121 is sealed by the high pressure fuel.
Wenn
jedoch das vorstehend erwähnte piezoelektrische Stellglied 102 auf
einen Injektor 101 angewendet wird, dann wird die gesamte
Länge des Injektors 101 infolge der Reihenanordnung
des piezoelektrischen Körperelements 121 und des
Faltenbalgs 125 groß. Da außerdem die
Verschiebung über das schlanke Verschiebungsübertragungselement 124 übertragen
wird, wird ein Übertragungsverlust verursacht.However, when the above-mentioned piezoelectric actuator 102 on an injector 101 is applied, then the entire length of the injector 101 due to the series arrangement of the piezoelectric body element 121 and the bellows 125 large. In addition, because of the displacement via the slim displacement transmission element 124 is transmitted, a transmission loss is caused.
Dementsprechend
ist in einer Veröffentlichung EP 1 079 158 A2 ein solcher
Aufbau beschrieben, auch wenn er nicht gezeigt ist, gemäß dem
ein Faltenbalg entlang des Umfangs eines piezoelektrischen Körperelements
angeordnet ist. Als ein Ergebnis wird die Gesamtlänge eines
Injektors verringert. Trotzdem wird bei diesem Aufbau eine Druckaufnahmefläche
des Faltenbalgs groß, so dass auf das piezoelektrische
Körperelement durch den Kraftstoffdruck eine übermäßige
vorgegebene Last aufgebracht wird. Da die in 7 und 8 durch
Bezugszeichen angegebenen Komponenten, die vorstehend nicht erläutert
wurden, ähnlich wie im weiteren Verlauf in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschriebene Komponenten sind, ist deren Erläuterung ausgelassen.Accordingly, in a publication EP 1 079 158 A2 Such a structure is described, although not shown, according to which a bellows is arranged along the circumference of a piezoelectric body element. As a result, the overall length of an injector is reduced. Nevertheless, in this structure, a pressure receiving area of the bellows becomes large, so that an excessively predetermined load is applied to the piezoelectric body member by the fuel pressure. Since the in 7 and 8th Components indicated by reference numerals which have not been explained above are similar to components described later in an embodiment of the invention, the explanation of which is omitted.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die
vorliegende Erfindung ist zumindest an eine der vorstehend erwähnten
Nachteile der herkömmlichen Technologie gerichtet. Somit
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Injektor bereitzustellen,
dessen Gesamtlänge verringert ist, während eine
geeignete voreingestellte Last beibehalten wird, die auf ein piezoelektrisches
Körperelement aufgebracht wird.The
The present invention is at least one of those mentioned above
Addressed disadvantages of conventional technology. Consequently
it is an object of the present invention to provide an injector
whose overall length is reduced while one
appropriate pre-set load is maintained, which is based on a piezoelectric
Body element is applied.
Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist ein
Injektor zum Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in
eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Injektor hat ein Gehäuse,
ein Ventilelement und ein Stellglied. Das Gehäuse hat ein
Düsenloch, durch welches der Kraftstoff eingespritzt wird. Das
Ventilelement ist in dem Gehäuse aufgenommen und öffnet
und schließt das Düsenloch. Das Stellglied ist
so konfiguriert, dass es das Ventilelement zum Öffnen und
Schließen des Düsenlochs steuert und weist einen
piezoelektrischen Stapel sowie einen Faltenbalg auf. Nach dem Anlegen
einer Spannung an den piezoelektrischen Stapel dehnt sich der piezoelektrische
Stapel aus und zieht sich zusammen. Der Faltenbalg ist radial außerhalb
des piezoelektrischen Stapels angeordnet und in Übereinstimmung
mit dem Ausdehnen und dem Zusammenziehen des piezoelektrischen Stapels
dehnt er sich aus bzw. zieht er sich zusammen. Das Ventilelement
hat einen Fluiddruckerzeugungsabschnitt und ein Ventilelement. Der
Fluiddruckerzeugungsabschnitt wandelt eine Verschiebung des piezoelektrischen
Stapels in einen Fluiddruck des Kraftstoffs um und hat einen Kolben und
einen Zylinder. Der Kolben ist durch den piezoelektrischen Stapel
angetrieben. Der Zylinder hält den Kolben verschieblich
in einer Achsrichtung des Kolbens. Der Fluiddruck wird in einer
Fluiddruckkammer erzeugt, welche zwischen dem Zylinder und dem Kolben
ausgebildet ist. Das Ventilelement öffnet und schließt
das Düsenloch unter Verwendung des in dem Fluiddruckerzeugungsabschnitt
als Antriebsquelle erzeugten Fluiddrucks. In einem geschlossenen
Raum, der zwischen dem piezoelektrischen Stapel und dem Faltenbalg
ausgebildet ist, ist ein komprimierbares Fluid bei einem vorbestimmten
Druck eingeschlossen. Der Kolben wird durch eine durch das komprimierbare
Fluid erzeugte Last in einer Richtung gedrückt, in welcher
sich der piezoelektrische Stapel ausdehnt.To achieve the object of the present invention, an injector for injecting and supplying fuel to an internal combustion engine is provided. The injector has a housing, a valve element and an actuator. The housing has a nozzle hole through which the fuel is injected. The valve element is received in the housing and opens and closes the nozzle hole. The actuator is configured to control the valve member for opening and closing the nozzle hole and has a piezoelectric stack and a bellows. After applying a voltage to the piezoelectric stack, the piezoelectric stack expands and contracts. The bellows is disposed radially outward of the piezoelectric stack and, in accordance with the expansion and contraction of the piezoelectric stack, it expands or contracts. The valve element has a fluid pressure generating portion and a valve element. The fluid pressure generating portion converts a displacement of the piezoelectric stack into a fluid pressure of the fuel and has a piston and a cylinder. The piston is driven by the piezoelectric stack. The cylinder holds the piston slidably in an axial direction of the piston. The fluid pressure is in a fluid pressure chamber generated, which is formed between the cylinder and the piston. The valve element opens and closes the nozzle hole using the fluid pressure generated in the fluid pressure generating section as a drive source. In a closed space formed between the piezoelectric stack and the bellows, a compressible fluid is enclosed at a predetermined pressure. The piston is urged by a load generated by the compressible fluid in a direction in which the piezoelectric stack expands.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die
Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben,
Merkmalen und Vorteilen am besten aus der folgenden Beschreibung,
den beiliegenden Ansprüchen und den zugehörigen
Zeichnungen verständlich, in welchen:The
Invention, together with its additional objects,
Features and advantages best seen in the following description,
the appended claims and associated
Drawings understandable in which:
1 eine
Längsschnittansicht ist, die einen Ventilschließzustand
eines Injektors in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; 1 Fig. 3 is a longitudinal sectional view showing a valve closing state of an injector in accordance with an embodiment of the invention;
2 eine
Längsschnittansicht ist, die einen Ventilöffnungszustand
des Injektors aus 1 zeigt; 2 is a longitudinal sectional view showing a valve opening state of the injector 1 shows;
3 ein
Zeitgebungsdiagramm ist, das ein Betriebsprinzip des Injektors aus 1 zeigt; 3 a timing diagram is an operating principle of the injector 1 shows;
4 ein
Schaubild ist, das ein Hauptmerkmal des Injektors aus 1 zeigt; 4 a graph is one of the main feature of the injector 1 shows;
5 ein
Graph ist, der eine Beziehung zwischen einer vorgegebenen Last und
einer Verschiebung eines piezoelektrischen Stapels in Übereinstimmung
mit dem Ausführungsbeispiel zeigt; 5 Fig. 10 is a graph showing a relationship between a predetermined load and a displacement of a piezoelectric stack in accordance with the embodiment;
6 ein
Schaubild ist, das ein Hauptmerkmal eines Injektors zeigt, in welchem
in Übereinstimmung mit einem Vergleichsbeispiel kein komprimierbares
Fluid eingeschlossen ist; 6 Fig. 12 is a diagram showing a main feature of an injector in which no compressible fluid is trapped in accordance with a comparative example;
7 eine
Längsschnittansicht ist, die einen Aufbau eines Injektors
zeigt, auf den ein bereits vorgeschlagenes piezoelektrisches Stellglied
angewendet wird; und 7 is a longitudinal sectional view showing a structure of an injector, to which an already proposed piezoelectric actuator is applied; and
8 ein
Schaubild ist, welches ein Hauptmerkmal des Injektors aus 7 zeigt. 8th a diagram is one of the main feature of the injector 7 shows.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION
THE INVENTION
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 1 bis 6 ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlich
beschrieben. An jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) ist
ein Injektor 1 angebracht, um Kraftstoff direkt in den
Zylinder einzuspritzen und zuzuführen.Hereinafter, referring to 1 to 6 an embodiment of the invention described in detail. On each cylinder of an internal combustion engine (not shown) is an injector 1 mounted to inject fuel directly into the cylinder and feed.
Der
Injektor 1 hat in grober Aufteilung ein Stellglied 2 und
ein Ventilelement 3. Diese sind derart in einem zylindrischen
Gehäuse 5 untergebracht, dass das Stellglied 2 in
dem Gehäuse 5 an dessen oberen Seite in einer
Achsrichtung des Gehäuses 5 aufgenommen ist und
das Ventilelement 3 an einer unteren Seite des Stellglieds 2 aufgenommen
ist. Das Gehäuse 5 besteht aus einem oberen Gehäuse 51,
einem unteren Gehäuse 52 und einem Düsenkörper 53.
Das obere Gehäuse 51 nimmt das Stellglied 2 und
einen Teil des Ventilelements 3 auf und das untere Gehäuse 52 nimmt
den anderen Teil des Ventilelements 3 auf. Der Düsenkörper 53 nimmt
hauptsächlich eine Nadel (ein Ventilelement) 31 auf.The injector 1 has in rough division an actuator 2 and a valve element 3 , These are so in a cylindrical housing 5 housed that actuator 2 in the case 5 on the upper side thereof in an axial direction of the housing 5 is included and the valve element 3 on a lower side of the actuator 2 is included. The housing 5 consists of an upper housing 51 , a lower housing 52 and a nozzle body 53 , The upper case 51 takes the actuator 2 and a part of the valve element 3 on and the lower case 52 takes the other part of the valve element 3 on. The nozzle body 53 mainly takes a needle (a valve element) 31 on.
Die
Gehäuse 51 bis 53 sind derart zylindrisch ausgebildet,
dass sie in sich hohle Abschnitte haben, die miteinander in Verbindung
sind. Ein Befestigungselement 23, das einen oberen Endabschnitt des
Stellglieds 2 hält, ist an eine Öffnung
eines oberen Endabschnitts des oberen Gehäuses 51 als
eine Abdeckung für die Öffnung gefügt.
Das untere Gehäuse 52 ist an eine Öffnung
eines unteren Endabschnitts des oberen Gehäuses 51 gefügt
und der Düsenkörper 53 ist an einen inneren
Abschnitt eines unteren Teils des unteren Gehäuses 52 gefügt
und daran befestigt. Eine Zuführöffnung 54,
durch welche der Kraftstoff in den Injektor 1 zugeführt
wird, ist an einem Seitenwandteil des oberen Gehäuses 51 ausgebildet.The housing 51 to 53 are formed cylindrical so that they have in themselves hollow portions which are in communication with each other. A fastener 23 that has an upper end portion of the actuator 2 holds, is to an opening of an upper end portion of the upper housing 51 as a cover for the opening. The lower case 52 is at an opening of a lower end portion of the upper housing 51 joined and the nozzle body 53 is at an inner portion of a lower part of the lower housing 52 joined and attached to it. A feed opening 54 through which the fuel enters the injector 1 is supplied to a side wall portion of the upper housing 51 educated.
Der
Düsenkörper 53 ist durch einen unteren Endabschnitt 56 geschlossen
und der untere Endabschnitt 56 hat ein Düsenloch 57,
das zwischen einem inneren Abschnitt des Düsenkörpers 53 und
der Außenseite des Düsenkörpers 53 eine Verbindung herstellt.
In das Gehäuse 5 eingeströmter Kraftstoff strömt
durch den inneren Abschnitt des Ventilelements 3 in den
Düsenkörper 53 und wird dementsprechend
durch das Düsenloch 57 eingespritzt. Das Öffnen
und Schließen des Düsenlochs 57 wird
durch das Ventilelement 3 gesteuert.The nozzle body 53 is through a lower end section 56 closed and the lower end portion 56 has a nozzle hole 57 that is between an inner section of the nozzle body 53 and the outside of the nozzle body 53 makes a connection. In the case 5 Infiltrated fuel flows through the inner portion of the valve element 3 in the nozzle body 53 and accordingly through the nozzle hole 57 injected. Opening and closing the nozzle hole 57 is through the valve element 3 controlled.
Das
Stellglied 2 besteht aus einem piezoelektrischen Stapel 21,
dem Befestigungselement 23, einem Faltenbalg 25,
einem Kolben 37 usw. Der piezoelektrische Stapel 21 ist
säulenförmig ausgebildet, indem plattenartige,
piezoelektrische Elemente 22 in der Richtung ihrer Dicke
gestapelt werden. Nach dem Anlegen einer Spannung an dem piezoelektrischen Stapel 21 von
außerhalb des Injektors 1 dehnt sich der piezoelektrische
Stapel 21 in der Richtung der Dicke der piezoelektrischen
Elemente 22 in Übereinstimmung mit der Höhe
der angelegten Spannung aus. Wenn mit dem Anlegen der Spannung aufgehört wird,
zieht sich das piezoelektrische Element 22 zusammen, so
dass der piezoelektrische Stapel 21 im Allgemeinen auf
einen Zustand vor dem Anlegen der Spannung zurückkehrt.The actuator 2 consists of a piezoelectric stack 21 , the fastener 23 , a bellows 25 , a piston 37 etc. The piezoelectric stack 21 is columnar shaped by plate-like piezoelectric elements 22 stacked in the direction of their thickness. After applying a voltage to the piezoelectric stack 21 from outside the injector 1 The piezoelectric stack expands 21 in the direction of the thickness of the piezoelectric elements 22 in accordance with the magnitude of the applied voltage. When the application of the voltage stops, the piezoelectric element contracts 22 together so that the piezoelectric stack 21 in the Generally returns to a state before applying the voltage.
Das
Befestigungselement 23 ist ein im Wesentlichen scheibenförmiges
Element und ist mit einem Elektrodenloch 23a und einem
Dichtungsloch 23b ausgebildet. Eine Außenelektrode
ist durch das Elektrodenloch 23a hindurch in das Innere
des Injektors 1 eingeführt und komprimierbares
Fluid (das später ausführlicher beschrieben wird)
ist durch das Dichtungsloch 23b unter hohem Druck in dem
Faltenbalg 25 eingeschlossen. Ein oberes Ende des piezoelektrischen
Stapels 21 in der Ausdehn-Zusammenzieh-Richtung ist an
eine Innenumfangsfläche eines unteren Abschnitts des Befestigungselements 23 gefügt.
Ein unteres Ende des piezoelektrischen Stapels 21 in dessen
Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung ist mit dem Kolben 37 in
Kontakt, der ein Teil des Fluiddruckerzeugungsabschnitts 36 des
Ventilelements 3 ist.The fastener 23 is a substantially disk-shaped element and is with an electrode hole 23a and a seal hole 23b educated. An outer electrode is through the electrode hole 23a through into the interior of the injector 1 introduced and compressible fluid (which will be described in more detail later) is through the seal hole 23b under high pressure in the bellows 25 locked in. An upper end of the piezoelectric stack 21 in the expansion-contraction direction is to an inner peripheral surface of a lower portion of the fastener 23 together. A lower end of the piezoelectric stack 21 in its expansion-contraction direction is with the piston 37 in contact, which is a part of the fluid pressure generating portion 36 of the valve element 3 is.
Wie
dies in 1 dargestellt ist, ist der Kolben 37 in
einer im Wesentlichen zylindrischen Form mit einem Bodenabschnitt
ausgebildet und ist mit dem piezoelektrischen Stapel 21 an
deren innenseitigen Bodenfläche im Inneren des zylindrischen
Kolbens 37 in Kontakt. Dementsprechend ist ungefähr die
untere Hälfte des piezoelektrischen Stapels 21 in dem
zylindrischen Kolben 37 aufgenommen. Der Faltenbalg 25 ist
entlang des Umfangs des piezoelektrischen Stapels 21 angeordnet.
Ein Endabschnitt des Faltenbalgs 25 in dessen Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung
ist mittels Verschweißens flüssigkeitsdicht an
eine Umfangsfläche eines unteren Endabschnitts des Befestigungselements 23 gefügt
und der andere Endabschnitt des Faltenbalgs 25 ist in dessen
Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung mittels Verschweißens
flüssigkeitsdicht an eine Umfangsfläche eines
oberen Endabschnitts des Kolbens 37 gefügt.Like this in 1 is shown, is the piston 37 formed in a substantially cylindrical shape with a bottom portion and is connected to the piezoelectric stack 21 on the inside bottom surface inside the cylindrical piston 37 in contact. Accordingly, approximately the lower half of the piezoelectric stack 21 in the cylindrical piston 37 added. The bellows 25 is along the circumference of the piezoelectric stack 21 arranged. An end portion of the bellows 25 in its expansion-contraction direction is liquid-tight by means of welding to a peripheral surface of a lower end portion of the fastener 23 joined and the other end portion of the bellows 25 is liquid-tight in its expansion-contraction direction by welding to a peripheral surface of an upper end portion of the piston 37 together.
Ein
umschlossener Raum 26, in welchem ein komprimierbares Fluid
unter hohem Druck eingeschlossen ist, ist durch den unteren Endabschnitt
des Befestigungselements 23, eine Umfangsfläche
des piezoelektrischen Stapels 21, eine Innenfläche
des Faltenbalgs 25 und eine Innenfläche des Kolbens 37 definiert.
Der Faltenbalg 25 dient als ein Teil dieses druckwiderstandsfähigen
Behälters. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der umschlossene Raum 26 mit Silikonöl als
komprimierbares Fluid bei einem vorbestimmten Druck gefüllt
und der umschlossene Raum 26 ist mittels eines Expanders (luftdichten
Stopfens) in dem Dichtungsloch 23d des Befestigungselements 23 abgedichtet.An enclosed space 26 in which a compressible fluid is trapped under high pressure is through the lower end portion of the fastener 23 , a peripheral surface of the piezoelectric stack 21 , an inner surface of the bellows 25 and an inner surface of the piston 37 Are defined. The bellows 25 serves as part of this pressure resistant container. In the present embodiment, the enclosed space 26 filled with silicone oil as a compressible fluid at a predetermined pressure and the enclosed space 26 is by means of an expander (airtight plug) in the sealing hole 23d of the fastener 23 sealed.
Nach
dem Anlegen einer vorbestimmten Spannung an dem piezoelektrischen
Stapel 21 des Stellglieds 2 dehnt sich der piezoelektrische
Stapel 21 in Übereinstimmung mit der Höhe
der angelegten Spannung um eine vorbestimmte Länge aus.
Die Bewegung eines oberen Abschnitts des piezoelektrischen Stapels 21 ist
durch das Befestigungselement 23 beschränkt. Wenn
sich der piezoelektrische Stapel 21 ausdehnt, wird daher
ein unterer Endabschnitt des piezoelektrischen Stapels 21 in Übereinstimmung
mit dem Betrag der Ausdehnung um eine gewissen Strecke nach unten
verschoben. Dementsprechend wird ebenso der Kolben 37 in Übereinstimmung
mit dem Ausdehnungsbetrag des piezoelektrischen Stapels 21 um
die gewisse Strecke nach unten verschoben. Wenn danach mit dem Anlegen der
Spannung aufgehört wird, zieht sich der piezoelektrische
Stapel 21 zusammen, um im Wesentlichen auf einem Zustand
vor dem Anlegen der Spannung zurückzukehren. Dementsprechend
wird der Kolben 37 ebenso auf seine Ausgangslage verschoben.After applying a predetermined voltage to the piezoelectric stack 21 of the actuator 2 The piezoelectric stack expands 21 in accordance with the magnitude of the applied voltage by a predetermined length. The movement of an upper portion of the piezoelectric stack 21 is through the fastener 23 limited. When the piezoelectric stack 21 Expands, therefore, a lower end portion of the piezoelectric stack 21 shifted downwards by a certain distance in accordance with the amount of expansion. Accordingly, also the piston 37 in accordance with the amount of expansion of the piezoelectric stack 21 shifted downwards by a certain distance. Thereafter, when the application of voltage ceases, the piezoelectric stack is pulled 21 together to essentially return to a condition prior to application of the voltage. Accordingly, the piston 37 also shifted to its starting position.
Das
Ventilelement 3, das sich an einer unteren Seite des Stellglieds 2 befindet,
hat die Nadel 31 und den Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36.
Die Nadel 31 ist zylindrisch ausgebildet und mittels ihres vorderen
Endes 32 kommt sie mit einer Innenwand des unteren Endabschnitts 56 des
Düsenkörpers 53 in Eingriff und wird
davon abgerückt, wodurch das Einspritzen und Nichteinspritzen
von Kraftstoff durch das Düsenloch 57 gesteuert
werden. Die Nadel 31 hat einen kleineren Außendurchmesser
in Richtung ihres vorderen Endes 32 und hat zwei Stufenabschnitte 33, 34.The valve element 3 located on a lower side of the actuator 2 has the needle 31 and the fluid pressure generating portion 36 , The needle 31 is cylindrical and by means of its front end 32 it comes with an inner wall of the lower end portion 56 of the nozzle body 53 engages and is displaced therefrom, whereby the injection and non-injection of fuel through the nozzle hole 57 to be controlled. The needle 31 has a smaller outer diameter towards its front end 32 and has two stages sections 33 . 34 ,
Eine
Umfangswand der Nadel 31 zwischen dem Stufenabschnitt 33 und
dem Stufenabschnitt 34 ist durch eine Innenfläche
des Düsenkörpers 53 in einer Achsrichtung
der Nadel 31 verschiebbar gestützt. Die Nadel 31 hat
einen Kraftstoffdurchlass 35 in der Nadel 31,
der sich in der Achsrichtung von einem oberen Endabschnitt der Nadel 31 in
Richtung des Stufenabschnitts 34 erstreckt. Eine Feder 49 zum Vorspannen
der Nadel 31 in einer Ventilschließrichtung des
Injektors 1 ist zwischen der Nadel 31 und einem
Zylinder 39 (die später ausführlicher
beschrieben sind) an einer oberen Seite des Kraftstoffdurchlasses 35 untergebracht.
Eine Kraftstoffspeicherkammer 59 an einer Seite des vorderen
Endes 32 der Nadel 31, die sich an einer unteren
Seite des Stufenabschnitts 34 befindet, ist zwischen einer
Außenfläche der Nadel 31 und einer Innenfläche
des Düsenkörpers 53 an einer unteren
Seite des Stufenabschnitts 34 definiert.A peripheral wall of the needle 31 between the step section 33 and the step section 34 is through an inner surface of the nozzle body 53 in an axial direction of the needle 31 slidably supported. The needle 31 has a fuel passage 35 in the needle 31 which extends in the axial direction from an upper end portion of the needle 31 in the direction of the step section 34 extends. A feather 49 for pretensioning the needle 31 in a valve closing direction of the injector 1 is between the needle 31 and a cylinder 39 (described in more detail later) on an upper side of the fuel passage 35 accommodated. A fuel storage chamber 59 on one side of the front end 32 the needle 31 located on a lower side of the step section 34 is located between an outer surface of the needle 31 and an inner surface of the nozzle body 53 on a lower side of the step portion 34 Are defined.
Der
Düsenkörper 53 hat eine Aufnahmekammer 58,
die zwischen dem Düsenkörper 53 und einem
oberen Endabschnitt der Nadel 31 derart definiert ist,
dass sie den Stufenabschnitt 33 an einer oberen Seite der
Nadel 31 umgibt. Ein Innenzylinder 47 und eine
Feder 48 sind in der Unterbringungskammer 58 untergebracht.
Der Innenzylinder 47 hält eine Umfangswand der
Nadel 31 an einer oberen Seite des Stufenabschnitts 33 auf
in der Achsrichtung verschiebbare Weise. Die Feder 48 ist
zwischen einem Boden der Unterbringungskammer 58 und einem
unteren Ende des Innenzylinders 47 angeordnet, um den Innenzylinder 47 fortwährend
nach oben zu drücken. Dementsprechend ist ein oberes Ende
des Innenzylinders 47 fortwährend mit einer unteren
Endfläche des Zylinders 39 in Kontakt und der
Kraftstoffdurchlass 35 und die Unterbringungskammer 58 sind als
ein Ergebnis dieses Kontakts voneinander getrennt.The nozzle body 53 has a receiving chamber 58 between the nozzle body 53 and an upper end portion of the needle 31 is defined so that it the step section 33 on an upper side of the needle 31 surrounds. An inner cylinder 47 and a spring 48 are in the accommodation room 58 accommodated. The inner cylinder 47 holds a peripheral wall of the needle 31 on an upper side of the step portion 33 on in the axial direction ver slidable way. The feather 48 is between a floor of the accommodation chamber 58 and a lower end of the inner cylinder 47 arranged to the inner cylinder 47 continually pushing upwards. Accordingly, an upper end of the inner cylinder 47 continuously with a lower end surface of the cylinder 39 in contact and the fuel passage 35 and the accommodation chamber 58 are separated as a result of this contact.
Durch
die Zuführöffnung 54 des oberen Gehäuses 51 in
den Injektor 1 eingeströmter Kraftstoff strömt
entlang einer Außenumfangsseite des Zylinders 39 in
den Kraftstoffdurchlass 35 und dann durch einen in dem
Zylinder 39 definierten ersten Verbindungsdurchlass 43.
Kraftstoff, der durch die obere Seite des Kraftstoffdurchlasses 35 in
den Düsenkörper 53 eingeströmt
ist, wird durch den Kraftstoffdurchlass 35 in die Kraftstoffspeicherkammer 59 ausgelassen.
In einem Zustand, in dem das Düsenloch 57 durch
die Nadel 31 geschlossen ist, verbleibt in die Kraftstoffspeicherkammer 59 eingeströmter
Kraftstoff in der Kammer 59. Wenn das Düsenloch 57 durch
die Nadel 31 geöffnet wird, dann wird der Kraftstoff
in der Kraftstoffspeicherkammer 59 durch das Düsenloch 57 aus
dem Injektor 1 eingespritzt.Through the feed opening 54 of the upper case 51 in the injector 1 Infiltrated fuel flows along an outer peripheral side of the cylinder 39 in the fuel passage 35 and then through one in the cylinder 39 defined first connection passage 43 , Fuel passing through the upper side of the fuel passage 35 in the nozzle body 53 is flowed through the fuel passage 35 into the fuel storage chamber 59 omitted. In a state where the nozzle hole 57 through the needle 31 is closed, remains in the fuel storage chamber 59 Infiltrated fuel in the chamber 59 , When the nozzle hole 57 through the needle 31 is opened, then the fuel in the fuel storage chamber 59 through the nozzle hole 57 from the injector 1 injected.
Ein
in dem Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 (der später
ausführlicher beschrieben ist) erzeugter Fluiddruck wird
auf die Unterbringungskammer 58 aufgebracht. Dementsprechend
wird der in dem Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 erzeugte
Fluiddruck auf den Stufenabschnitt 33 an einer oberen Seite
der Nadel 31 aufgebracht. Der Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 ist
ein Mechanismus zum Vergrößern des Verschiebungsbetrags
des Kolbens 37, der zwischen dem Stellglied 2 und
der Nadel 31 angeordnet ist und der als ein Teil des Stellglieds 2 an
dem Stellglied 2 angebracht ist. Der Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 hat
den Kolben 37, den Zylinder 39 und eine Schlitzfeder
(ein Federelement) 44.An in the fluid pressure generating section 36 (which will be described in more detail later) is applied to the accommodation chamber 58 applied. Accordingly, in the fluid pressure generating portion 36 generated fluid pressure on the step section 33 on an upper side of the needle 31 applied. The fluid pressure generating section 36 is a mechanism for increasing the amount of displacement of the piston 37 that is between the actuator 2 and the needle 31 is arranged and as a part of the actuator 2 on the actuator 2 is appropriate. The fluid pressure generating section 36 has the piston 37 , the cylinder 39 and a slot spring (a spring element) 44 ,
Der
Kolben 37 ist in einer im Allgemeinen zylindrischen Form
mit einem Bodenabschnitt ausgebildet und ist in Kontakt mit dem
piezoelektrischen Stapel 21 an der inneren Bodenfläche
des Kolbens 37 angeordnet. Eine Umfangsfläche
des Kolbens 37 ist von einem Innenumfang des Zylinders 39,
der auf ähnliche Weise in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form mit einem Bodenabschnitt ausgebildet ist, in einer Achsrichtung
des Kolbens 37 verschiebbar aufgenommen. Eine Fluiddruckkammer 46 ist zwischen
einer unteren Endfläche des Kolbens 37 und einem
inneren Bodenabschnitt des Zylinders 39 definiert. Der
Zylinder 39 ist in dem unteren Gehäuse 52 an
dem Düsenkörper 53 gestützt
und ein zylindrischer Abschnitt des Zylinders 39 ist im
Wesentlichen in dem oberen Gehäuse 51 untergebracht.The piston 37 is formed in a generally cylindrical shape with a bottom portion and is in contact with the piezoelectric stack 21 on the inner bottom surface of the piston 37 arranged. A peripheral surface of the piston 37 is from an inner circumference of the cylinder 39 which is similarly formed in a substantially cylindrical shape with a bottom portion in an axial direction of the piston 37 slidably received. A fluid pressure chamber 46 is between a lower end surface of the piston 37 and an inner bottom portion of the cylinder 39 Are defined. The cylinder 39 is in the lower case 52 on the nozzle body 53 supported and a cylindrical section of the cylinder 39 is essentially in the upper case 51 accommodated.
Die
Fluiddruckkammer 46 ist ständig mit Kraftstoff
gefüllt. Als ein Ergebnis der Abwärtsverschiebung
des Kolbens 37 nimmt ein Volumen der Fluiddruckkammer 46 ab,
so dass ein Druck in der Kammer 46 zunimmt, und als ein
Ergebnis der Aufwärtsbewegung des Kolbens 37 nimmt
das Volumen der Kammer 46 zu, sodass der Druck in der Kammer 46 abnimmt.
Infolge eines zwischen der Fluiddruckkammer 46 zum Zeitpunkt
der Aufwärtsverschiebung des Kolbens 37 erzeugten
Fluiddrucks und einer Umgebungsfläche des Fluiddruckerzeugungsabschnitts 36 wird
die Fluiddruckkammer 46 beispielsweise durch einen Gleitspalt
zwischen dem Kolben 37 und dem Zylinder 39 mit
Kraftstoff gefüllt.The fluid pressure chamber 46 is constantly filled with fuel. As a result of the downward displacement of the piston 37 takes a volume of the fluid pressure chamber 46 off, leaving a pressure in the chamber 46 increases, and as a result of the upward movement of the piston 37 takes the volume of the chamber 46 too, so the pressure in the chamber 46 decreases. As a result of between the fluid pressure chamber 46 at the time of upward displacement of the piston 37 generated fluid pressure and an ambient surface of the fluid pressure generating portion 36 becomes the fluid pressure chamber 46 for example, by a sliding gap between the piston 37 and the cylinder 39 filled with fuel.
Ein
zweiter Verbindungsdurchlass 42, der zwischen der Fluiddruckkammer 46 und
der Unterbringungskammer 48 eine Verbindung herstellt,
und der erste Verbindungsdurchlass 43, der zwischen dem
Kraftstoffdurchlass 35 der Nadel 31 und der Außenseite
des Fluiddruckerzeugungsabschnitts 36 eine Verbindung herstellt,
sind in dem Bodenabschnitt der Fluiddruckkammer 46 ausgebildet.
Als ein Ergebnis der Abwärtsverschiebung des Kolbens 37 nimmt
ein Kraftstoffdruck in der Fluiddruckkammer 46 zu. Kraftstoff
in der Kammer 46, der diesen Druck hat, strömt
durch den zweiten Verbindungsdurchlass 42 in die Unterbringungskammer 58 und
dieser Druck wird auf den Stufenabschnitt 33 der Nadel 31 aufgebracht.A second connection passage 42 that is between the fluid pressure chamber 46 and the accommodation chamber 48 makes a connection, and the first connection passage 43 that is between the fuel passage 35 the needle 31 and the outside of the fluid pressure generating section 36 make a connection are in the bottom portion of the fluid pressure chamber 46 educated. As a result of the downward displacement of the piston 37 takes a fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 to. Fuel in the chamber 46 that has this pressure flows through the second communication passage 42 in the accommodation chamber 58 and this pressure is on the step section 33 the needle 31 applied.
Die
Schlitzfeder 44 ist an der Außenumfangsseite des
Zylinders 39 angeordnet. Die Schlitzfeder 44 hat
einen wohlbekannten Aufbau und stellt Federeigenschaften bereit,
beispielsweise indem an einem zylindrischen Element Schlitze ausgebildet werden,
die sich in dessen Umfangsrichtung erstrecken. Ein oberer Endabschnitt
der Schlitzfeder 44 ist durch einen an einem Außenumfangsteil
des Kolbens 37 an dessen oberen Endseite ausgebildeten vorragenden
Flanschabschnitt 37a gehalten, und ein unterer Endabschnitt
der Schlitzfeder 44 ist durch einen an einem Außenumfangsteil
des Zylinders 39 an dessen unteren Endseite ausgebildeten
vorragenden Stufenabschnitt gehalten.The slot spring 44 is on the outer peripheral side of the cylinder 39 arranged. The slot spring 44 has a well-known construction and provides spring characteristics, for example, by slits are formed on a cylindrical member, which extend in the circumferential direction thereof. An upper end portion of the slot spring 44 is through an on an outer peripheral part of the piston 37 formed on the upper end side projecting flange portion 37a held, and a lower end portion of the slot spring 44 is through an on an outer peripheral part of the cylinder 39 held on the lower end side formed projecting step portion.
Mit
der in dem Injektor 1 untergebrachten Schlitzfeder 44 drückt
die Schlitzfeder 44 den Zylinder 39 und den Kolben 37 in
einer Richtung, in der sich der Zylinder 39 fortwährend
von dem Kolben 37 trennt. Die Schlitzfeder 44 bringt über
den Kolben 37 eine vorgegebene (vorläufige) Last
auf den piezoelektrischen Stapel 21 auf. Diese vorgegebene
Last ist auf ein solches Ausmaß eingestellt, dass sie das Ausdehnen
des piezoelektrischen Stapels 21 nicht behindert. Die vorgegebene
Last ist später ein bisschen ausführlicher beschrieben.With the in the injector 1 accommodated slot spring 44 pushes the slot spring 44 the cylinder 39 and the piston 37 in a direction in which the cylinder 39 continually from the piston 37 separates. The slot spring 44 brings over the piston 37 a predetermined (provisional) load on the piezoelectric stack 21 on. This predetermined load is set to such an extent as to expand the piezoelectric stack 21 not disabled. The given load is described later in more detail.
Als
nächstes wird nachstehend ein Mechanismus für
die Öffnungs- und Schließvorgänge der Nadel 31 beschrieben.
Die Öffnungs- und Schließvorgänge der
Nadel 31 sind durch ein Gleichgewicht der folgenden drei
Kräfte bestimmt: ein Druck des Kraftstoffs, der durch die
Zuführöffnung 54 in den Injektor 1 zugeführt
wurde; eine Kraft, die als ein Ergebnis des Aufbringens eines in
dem Kraftstoffdruckerzeugungsabschnitt 36 erzeugten Kraftstoffdrucks
erzeugt wird; und eine Vorspannkraft der Feder 49. Infolge
des Aufbringens des Kraftstoffdrucks auf den Stufenabschnitt 33,
wird in der Nadel 31 die nach oben gerichtete Kraft (die
später als Aufwärtskraft bezeichnet wird) erzeugt.
Die Aufwärtskraft ist durch eine Druckaufnahmefläche
des Stufenabschnitts, auf die der Kraftstoffdruck aufgebracht wird, und
durch den Kraftstoffdruck in der Unterbringungskammer 58 bestimmt.Next, a mechanism for the opening and closing operations of the needle 31 described. The opening and closing operations of the needle 31 are determined by a balance of the following three forces: a pressure of the fuel passing through the feed port 54 in the injector 1 was fed; a force generated as a result of applying one in the fuel pressure generating section 36 generated fuel pressure is generated; and a biasing force of the spring 49 , As a result of applying the fuel pressure to the step section 33 , gets in the needle 31 the upward force (which will be referred to as upward force) generates. The upward force is provided by a pressure receiving surface of the step portion to which the fuel pressure is applied and by the fuel pressure in the accommodation chamber 58 certainly.
Die
nach unten gerichtete Kraft (die im Weiteren als „Abwärtskraft” bezeichnet
ist) wird durch das Aufbringen des Kraftstoffdrucks auf den Kraftstoffdurchlass 35 und
die Vorspannkraft der Feder 49 in der Nadel 31 erzeugt.
Die Abwärtskraft ist durch eine Druckaufnahmefläche
in dem Kraftstoffdurchlass 35, auf die der Kraftstoffdruck
aufgebracht wird, einen Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchlass 35 und
die Vorspannkraft der Feder 49 bestimmt. Wenn die Aufwärtskraft
die Abwärtskraft überschreitet, dann bewegt sich
die Nadel 31 in einer Ventilöffnungsrichtung des
Injektors 1 und wenn die Abwärtskraft die Aufwärtskraft überschreitet,
dann bewegt sich die Nadel 31 in der Ventilschließrichtung.The downward force (hereinafter referred to as "downward force") becomes by applying the fuel pressure to the fuel passage 35 and the biasing force of the spring 49 in the needle 31 generated. The downward force is through a pressure receiving surface in the fuel passage 35 to which the fuel pressure is applied, a fuel pressure in the fuel passage 35 and the biasing force of the spring 49 certainly. When the upward force exceeds the downward force, the needle moves 31 in a valve opening direction of the injector 1 and when the downward force exceeds the upward force, then the needle moves 31 in the valve closing direction.
Ein
Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchlass 35 und ein Kraftstoffdruck
in der Kraftstoffspeicherkammer 59 sind im Wesentlichen
gleich wie der Druck des durch die Zuführöffnung 54 in
den Injektor 1 einströmenden Kraftstoffs und haben
einen im Wesentlichen konstanten Wert. Der Kraftstoffdruck in der
Unterbringungskammer 58 wird durch den durch das Stellglied 2 betätigten
Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 absichtlich erhöht
und verringert. Als ein Ergebnis der Abwärtsverschiebung
des Kolbens 37 durch die Betätigung des Stellglieds 2 wird
der Kraftstoffdruck in der Kammer 58 höher als
der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchlass 35 und der
Kraftstoffdruck in der Kraftstoffspeicherkammer 59 gemacht.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Kammer 58 zunimmt, so dass
die Aufwärtskraft größer als die Abwärtskraft
wird, dann wird die Nadel 31 in der Ventilöffnungsrichtung
verschoben.A fuel pressure in the fuel passage 35 and a fuel pressure in the fuel storage chamber 59 are essentially the same as the pressure of the feed port 54 in the injector 1 inflowing fuel and have a substantially constant value. The fuel pressure in the accommodation chamber 58 is through the through the actuator 2 actuated fluid pressure generating section 36 deliberately increased and decreased. As a result of the downward displacement of the piston 37 by the actuation of the actuator 2 is the fuel pressure in the chamber 58 higher than the fuel pressure in the fuel passage 35 and the fuel pressure in the fuel storage chamber 59 made. When the fuel pressure in the chamber 58 increases, so that the upward force becomes greater than the downward force, then the needle becomes 31 shifted in the valve opening direction.
Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 3 der Betrieb
des Injektors 1 beschrieben. Ein erstes Schaubild aus 3 zeigt
einen Zustand eines durch eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt)
an das Stellglied 2 angelegten Spannungsimpulses und in
dem ersten Schaubild wird eine vorbestimmte Spannung lediglich in
einem EIN-Zustand an dem Stellglied 2 angelegt. Ein zweites
Schaubild aus 3 zeigt eine Verschiebung des
Kolbens 37 und ein Zustand 0 (null) in dem zweiten Schaubild
gibt an, dass sich der Kolben 37 an der oberen Seite befindet.Hereinafter, referring to 3 the operation of the injector 1 described. A first graph 3 shows a state of a by a control device (not shown) to the actuator 2 applied voltage pulse and in the first graph, a predetermined voltage is only in an ON state on the actuator 2 created. A second graph 3 shows a displacement of the piston 37 and a zero state in the second graph indicates that the piston 37 located on the upper side.
Ein
drittes Schaubild aus 3 gibt einen Zustand eines Kraftstoffdrucks
in der Fluiddruckkammer 46 an und ein viertes Schaubild
aus 3 gibt einen Hubbetrag der Nadel 31 an.
Der Kolben 37 befindet sich bis zum Zeitpunkt t1 an der
oberen Seite, d. h. bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Impuls von AUS
auf EIN schaltet (siehe erstes und zweites Schaubild aus 3).
Aus diesem Grund ist der Kraftstoffdruck in der Fluiddruckkammer 46 im
Wesentlichen gleich wie ein Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchlass 35 der
Nadel 31 (siehe drittes Schaubild aus 3).A third graph 3 indicates a state of fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 on and a fourth graph 3 gives a lift amount of the needle 31 at. The piston 37 is at the upper side until time t1, that is, until the moment when the pulse turns from OFF to ON (see first and second graphs) 3 ). For this reason, the fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 substantially the same as a fuel pressure in the fuel passage 35 the needle 31 (see third graph 3 ).
In
dem zuvor beschriebenen Zustand ist die in der Nadel 31 erzeugte
Aufwärtskraft kleiner als die Abwärtskraft. Dementsprechend
bleibt das vordere Ende 32 der Nadel 31 mit dem
Düsenkörper 53 in Eingriff, so dass kein
Kraftstoff durch das Düsenloch 57d eingespritzt
wird. Wenn zum Zeitpunkt t1 der Impuls auf EIN schaltet, dann wird
der Kolben 37 durch den piezoelektrischen Stapel 21 nach
unten verschoben. Dann fängt der Kraftstoffdruck in der
Fluiddruckkammer 46 mit nach unten gedrückten
Kolben 37 damit an, zuzunehmen.In the condition described above, that is in the needle 31 generated upward force less than the downward force. Accordingly, the front end remains 32 the needle 31 with the nozzle body 53 engaged, so no fuel through the nozzle hole 57d is injected. If the pulse turns ON at time t1, then the piston becomes 37 through the piezoelectric stack 21 moved down. Then the fuel pressure in the fluid pressure chamber begins 46 with downwardly pressed pistons 37 with it, to increase.
Zum
Zeitpunkt t2, nachdem der Kraftstoffdruck in der Fluiddruckkammer 46 zu
einem gewissen Ausmaß angestiegen ist, wird der erhöhte
Druck auf den Stufenabschnitt 33 an der oberen Seite der Nadel 31 aufgebracht.
Als ein Ergebnis überschreitet die in der Nadel 31 erzeugte
Aufwärtskraft die Abwärtskraft. Daher fängt
die Nadel 31 damit an, in der Ventilöffnungsrichtung
angehoben zu werden. Wenn die Nadel 31 in der Ventilöffnungsrichtung
angehoben wird, dann wird der Kraftstoff in der Kraftstoffspeicherkammer 59 durch
das Düsenloch 47 eingespritzt (2).At time t2, after the fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 has increased to some extent, the increased pressure on the step section 33 on the upper side of the needle 31 applied. As a result, that in the needle exceeds 31 Upward force generated the downward force. That's why the needle catches 31 to be lifted in the valve opening direction. If the needle 31 is raised in the valve opening direction, then the fuel in the fuel storage chamber 59 through the nozzle hole 47 injected ( 2 ).
Vom
Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 wird der Druck in der Fluiddruckkammer 46 entsprechend der
sich abwärts bewegenden Position des Kolbens 37 geringfügig
verringert. Dies liegt daran, dass die Nadel 31 angehoben
wird, so dass sich das Volumen in der Unterbringungskammer 58 ausweitet.
Wenn zum Zeitpunkt t3 der Impuls von EIN auf AUS schaltet, startet
der Kolben 37 mit der Aufwärtsbewegung durch den
Kraftstoffdruck in der Fluiddruckkammer 46 und die Vorspannkraft
der Schlitzfeder 44. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt die
Nadel 31 angehoben und dadurch in dem Ventilöffnungszustand
des Injektors 1.From time t2 to time t3, the pressure in the fluid pressure chamber 46 corresponding to the downward moving position of the piston 37 slightly reduced. This is because the needle 31 is raised, so that the volume in the accommodation chamber 58 expands. If, at time t3, the pulse turns from ON to OFF, the piston starts 37 with the upward movement by the fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 and the biasing force of the slot spring 44 , At this point, the needle remains 31 lifted and thereby in the valve opening state of the injector 1 ,
Von
dem Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 wird der Druck in der Fluiddruckkammer 46 entsprechend
der Position des sich aufwärts bewegenden Kolbens 37 niedriger
als der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchlass 35.
Zum Zeitpunkt t4, zu dem der Kraftstoffdruck in der Fluiddruckkammer 46 auf
einen vorbestimmten Wert verringert ist, wird die in der Nadel 31 erzeugte
Abwärtskraft größer als die Aufwärtskraft.
Dementsprechend startet die Nadel 31 mit der Bewegung in
der Ventilschließrichtung. Danach kommt das vordere Ende 32 der
Nadel 31 mit dem Düsenkörper 53 in
Eingriff, so dass die Kraftstoffeinspritzung durch das Düsenloch 57 gestoppt
wird (1).From time t3 to time t4, the pressure in the fluid pressure chamber becomes 46 according to the position of the upwardly moving piston 37 lower than the fuel pressure in the fuel passage 35 , At time t4 to which the Fuel pressure in the fluid pressure chamber 46 is reduced to a predetermined value, which is in the needle 31 generated downward force greater than the upward force. Accordingly, the needle starts 31 with the movement in the valve closing direction. Then comes the front end 32 the needle 31 with the nozzle body 53 engaged, so that the fuel injection through the nozzle hole 57 is stopped ( 1 ).
Als
nächstes werden nachstehend unter Bezugnahme auf 4 bis 6 kennzeichnende
Abschnitte des vorliegenden Ausführungsbeispiels, der Betrieb
dieser Abschnitte und deren Wirkungen beschrieben.Next, with reference to FIG 4 to 6 characterizing portions of the present embodiment, the operation of these portions and their effects described.
Zuerst
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Faltenbalg 25 entlang
des Umfangs des piezoelektrischen Stapels 21 koaxial zu
dem piezoelektrischen Stapel 21 sowie parallel zu dem piezoelektrischen
Stapel 21 angeordnet. Der umschlossene Raum 26 ist
zwischen dem piezoelektrischen Stapel 21 und dem Faltenbalg 25 ausgebildet
und komprimierbares Fluid ist bei einem vorbestimmten Druck in dem
umschlossenen Raum 26 eingeschlossen. Eine durch dieses
komprimierbare Fluid erzeugte Last (Kraft) Fs wird in einer Ausdehnungsrichtung
des piezoelektrischen Stapels 21 aufgebracht, um den Kolben 37 fortwährend
zu drücken.First, in the present embodiment, the bellows 25 along the circumference of the piezoelectric stack 21 coaxial with the piezoelectric stack 21 as well as parallel to the piezoelectric stack 21 arranged. The enclosed space 26 is between the piezoelectric stack 21 and the bellows 25 formed and compressible fluid is at a predetermined pressure in the enclosed space 26 locked in. A load (force) Fs generated by this compressible fluid becomes in an extension direction of the piezoelectric stack 21 applied to the piston 37 to press continually.
Als
ein Ergebnis wird die Gesamtlänge des Injektors 1 durch
Anordnen des Faltenbalgs 25 entlang des Umfangs des piezoelektrischen
Stapels 21 parallel dazu zum Zwecke der Beseitigung des
Bedarfs des Verschiebungsübertragungselements 124 (siehe 7 und 8)
kürzer gemacht, wie sich dies aus einem Vergleich zwischen 1 und 7 ergibt.
Da außerdem der Injektor 1 derart aufgebaut ist,
dass die Verschiebung des piezoelektrischen Stapels 21 ohne
das Verschiebungsübertragungselement 124 übertragen
wird, wird ein Überschiebungsverlust beseitigt.As a result, the overall length of the injector becomes 1 by placing the bellows 25 along the circumference of the piezoelectric stack 21 in parallel for the purpose of eliminating the need for the displacement transfer member 124 (please refer 7 and 8th ), as can be seen from a comparison between 1 and 7 results. In addition, the injector 1 is constructed such that the displacement of the piezoelectric stack 21 without the displacement transmission element 124 is transferred, a thrust loss is eliminated.
Wie
dies aus dem Vergleich zwischen 6 und 8 ersichtlich
ist, wird trotzdem auf einfache Weise durch Beseitigen des Verschiebungsübertragungselements
ein Durchmesser des Faltenbalgs 225, d. h., eine Druckaufnahmefläche
groß gemacht, sodass eine Last F2f durch den Kraftstoffdruck
zunimmt. Als ein Ergebnis überschreitet die auf einen piezoelektrischen
Stapel 221 aufgebrachte voreingestellte Last einen geeigneten
Wert. Falls diese voreingestellte Last übermäßig
groß wird, wie dies in einem Graph aus 5 dargestellt
ist, wird die Verschiebung klein. Daher benötigt der Injektor
einen solchen Mechanismus, bei dem die voreingestellte Last den
geeigneten Wert hat (der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
gleich oder kleiner als ca. 1500 N ist, bei dem die Verschiebung
groß und vergleichsweise stabil ist).Like this from the comparison between 6 and 8th can be seen, nevertheless, in a simple manner by eliminating the displacement transmission element, a diameter of the bellows 225 that is, a pressure receiving area made large, so that a load F2f increases by the fuel pressure. As a result, it exceeds that on a piezoelectric stack 221 applied preset load an appropriate value. If this preset load becomes excessively large, as in a graph 5 is shown, the shift is small. Therefore, the injector needs such a mechanism that the preset load has the appropriate value (which is equal to or smaller than about 1500 N in the present embodiment, where the displacement is large and comparatively stable).
Wie
dies in 4 dargestellt ist, wird dementsprechend
durch Einschließen des komprimierbaren Fluids, etwa Silikonöls,
unter hohem Druck in dem Faltenbalg 25, der als ein Gehäuse
dient, eine Erhöhung einer Last Ff durch den Kraftstoffdruck
infolge der Vergrößerung des Durchmessers des
Faltenbalgs 25 durch die Kraft Fs ausgeglichen, die durch
dieses komprimierbare Fluid erzeugt wird. Folglich wird die voreingestellte
Last für den piezoelektrischen Stapel 21 bei dem
geeigneten Wert beibehalten. Außerdem bringt das Einschließen
des komprimierbaren Fluids die Wirkung mit sich, dass sich eine
Haltbarkeit des Faltenbalgs 25 verbessert.Like this in 4 Accordingly, by enclosing the compressible fluid, such as silicone oil, under high pressure in the bellows, is shown 25 serving as a housing, increasing a load Ff by the fuel pressure due to increase in the diameter of the bellows 25 balanced by the force Fs generated by this compressible fluid. As a result, the preset load for the piezoelectric stack becomes 21 maintained at the appropriate value. In addition, the inclusion of the compressible fluid has the effect of increasing the durability of the bellows 25 improved.
Zweitens
ist ein Ende des Faltenbalgs 25 in dessen Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung
flüssigkeitsdicht an das Befestigungselement 23 gefügt, welches
ein Ende des piezoelektrischen Stapels 21 in dessen Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung hält,
und das andere Ende des Faltenbalgs 25 ist in dessen Ausdehnungs-Zusammenzieh-Richtung
fluiddicht an den Kolben 37 gefügt. Der Faltenbalg 25 dient
als Teil des druckwiderstandsfähigen Behälters zum
Einschließen des komprimierbaren Fluids unter hohem Druck.
Dementsprechend hat der Injektor 1 durch Verwendung des Faltenbalgs 25 als
druckwiderstandsfähiger Behälter einen einfachen
Aufbau.Second, there is an end to the bellows 25 in its expansion-contraction direction liquid-tight to the fastener 23 joined, which is one end of the piezoelectric stack 21 in its expansion-contraction direction, and the other end of the bellows 25 is in its expansion-contraction direction fluid-tight to the piston 37 together. The bellows 25 serves as part of the pressure-resistant container for enclosing the compressible fluid under high pressure. Accordingly, the injector has 1 by using the bellows 25 As a pressure-resistant container a simple structure.
Drittens
ist der Kolben 37 in einer im Wesentlichen zylindrischen
Form mit einem Bodenabschnitt ausgebildet, und ein Teil des piezoelektrischen
Stapels 21 ist in dem Kolben 37 untergebracht.
Folglich kann durch Aufbauen des Injektors 1 derart, dass
die das Stellglied 2 bildenden Komponenten, die die den Fluiddruckerzeugungsabschnitt 36 bildenden
Komponenten in der Achsrichtung überlappen, die Gesamtlänge
des Injektors 1 noch kürzer gemacht werden. Zusätzlich
wird der Faltenbalg 25, der ein spezialisiertes Element
ist, verkleinert.Third, the piston 37 formed in a substantially cylindrical shape with a bottom portion, and a part of the piezoelectric stack 21 is in the piston 37 accommodated. Consequently, by building up the injector 1 such that the the actuator 2 forming components that the fluid pressure generating section 36 overlap in the axial direction forming components, the total length of the injector 1 be made even shorter. In addition, the bellows 25 which is a specialized element, minimized.
Viertens
ist der Zylinder 39 an der Außenumfangsseite des
Kolbens 37 angeordnet und die Spaltfeder 44, die
den Zylinder 39 und den Kolben 37 in einer Richtung
vorspannt, in der der Zylinder 39 und der Kolben 37 fortwährend
voneinander getrennt werden, ist entlang des Umfangs des Zylinders 39 angeordnet.
Mit anderen Worten sind der Kolben 37, der Zylinder 39 und
die Schlitzfeder 44 sowohl koaxial zueinander als auch
parallel zueinander angeordnet. Deswegen wird auch eine Abmessung
des Fluiddruckerzeugungsabschnitts 36 in der Achsrichtung klein
gemacht und dadurch wird die Gesamtlänge des Injektors 1 noch
kürzer gemacht.Fourth, the cylinder 39 on the outer peripheral side of the piston 37 arranged and the gap spring 44 that the cylinder 39 and the piston 37 biased in one direction, in which the cylinder 39 and the piston 37 continually separated from each other is along the circumference of the cylinder 39 arranged. In other words, the piston 37 , the cylinder 39 and the slot spring 44 both coaxial with each other and arranged parallel to each other. Therefore, a dimension of the fluid pressure generating portion also becomes 36 made small in the axial direction and thereby the overall length of the injector 1 made even shorter.
Zuletzt
wird ein Silikonöl als das komprimierbare Fluid verwendet.
Dementsprechend werden die vorstehend beschriebenen Arbeitsweisen
des vorliegenden Ausführungsbeispiels und deren Wirkungen erreicht.Last
For example, a silicone oil is used as the compressible fluid.
Accordingly, the above-described operations
of the present embodiment and their effects.
Nachstehend
werden Modifikationen des vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiels
beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt und es kann folgendermaßen
modifiziert oder aufgeweitet werden. Beispielsweise wird in dem
vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel Silikonöl
als das komprimierbare Fluid verwendet. Alternativ kann als das komprimierbare
Fluid Alkohol oder ein Gemisch aus dem Alkohol verwendet werden.
Folglich werden Betriebsweisen des Injektors 1 und deren
Wirkungen erhalten, die ähnlich wie jene des vorstehend
erwähnten Ausführungsbeispiels sind. Selbst wenn
das Fluid kein Silikonöl oder Alkohol ist, können
auch Betriebsweisen des Injektors 1 und deren Wirkungen
realisiert werden, die ähnlich wie jene des vorstehenden Ausführungsbeispiels
sind, solange es sich um ein komprimierbares Fluid handelt, das
keinen elektrischen Strom leitet.Hereinafter, modifications of the above-mentioned embodiment will be described. The invention is not limited to the embodiment described above, and it may be modified or expanded as follows. For example, in the above-mentioned embodiment, silicone oil is used as the compressible fluid. Alternatively, as the compressible fluid, alcohol or a mixture of the alcohol may be used. Consequently, operations of the injector become 1 and their effects similar to those of the aforementioned embodiment are obtained. Even if the fluid is not silicone oil or alcohol, operations of the injector can also be 1 and their effects are realized, which are similar to those of the previous embodiment, as long as it is a compressible fluid that does not conduct electrical current.
Zusätzliche
Vorteile und Modifikationen sind dem Fachmann leicht ersichtlich.
Die Erfindung ist daher in ihrem breitesten Ausdruck nicht auf die
spezifischen Einzelheiten, repräsentativen Geräte
und veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die gezeigt
und beschrieben wurden.additional
Advantages and modifications will be readily apparent to those skilled in the art.
The invention is therefore in its broadest expression not on the
specific details, representative devices
and illustrative examples shown are shown
and described.
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-
- DE 10232383 A1 [0002] - DE 10232383 A1 [0002]
-
- EP 1079158 A2 [0006] - EP 1079158 A2 [0006]