DE102010001843A1 - injector - Google Patents

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Makoto Kariya-city Iwamuro
Kouichi Kariya-city Mochizuki
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Abstract

Ein Injektor hat ein Gehäuse (51 bis 53) mit einem Düsenloch (57), ein Ventilelement (3) und ein Stellglied (2), das das Element zum Öffnen/Schließen des Düsenlochs (57) steuert. Das Stellglied hat einen piezoelektrischen Stapel (21), der sich nach dem Anlegen einer Spannung daran ausdehnt/zusammenzieht, sowie einen Faltenbalg (25) radial außerhalb des Stapels, der sich in Übereinstimmung mit dem Ausdehnen/Zusammenziehen des Stapels ausdehnt/zusammenzieht. Das Element hat einen Fluiddruckerzeugungsabschnitt (36), der eine Verschiebung des Stapels in einen Fluiddruck umwandelt, sowie ein Ventilelement (31), das das Loch unter Verwendung des Fluiddrucks als Antriebsquelle öffnet/schließt. Der Erzeugungsabschnitt hat einen Kolben (37), der durch den Stapel angetrieben ist, sowie einen Zylinder (39), der den Kolben in einer Achsrichtung verschiebbar hält. Der Fluiddruck wird in einer Fluiddruckkammer (46) zwischen dem Zylinder und dem Kolben erzeugt. Komprimierbares Fluid ist in einem umschlossenen Raum (26) zwischen dem Stapel und dem Faltenbalg bei einem vorbestimmten Druck eingeschlossen. Eine durch das komprimierbare Fluid erzeugte Last (Fs) drückt den Kolben in einer Richtung, in der sich der Stapel ausdehnt.An injector has a housing (51 to 53) with a nozzle hole (57), a valve element (3) and an actuator (2), which controls the element for opening / closing the nozzle hole (57). The actuator has a piezoelectric stack (21) that expands / contracts thereon upon application of a stress, and a bellows (25) radially outward of the stack that expands / contracts in accordance with the expansion / contraction of the stack. The element has a fluid pressure generating portion (36) that converts a displacement of the stack into a fluid pressure, and a valve element (31) that opens / closes the hole using the fluid pressure as a driving source. The generating portion has a piston (37) driven by the stack and a cylinder (39) which slidably holds the piston in an axial direction. The fluid pressure is generated in a fluid pressure chamber (46) between the cylinder and the piston. Compressible fluid is trapped in an enclosed space (26) between the stack and the bellows at a predetermined pressure. A load (Fs) generated by the compressible fluid pushes the piston in a direction in which the stack expands.

Description

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]
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Claims (6)

Injektor zum Einspritzen und Zuführen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei der Injektor folgendes aufweist: ein Gehäuse (51 bis 53), das ein Düsenloch (57) hat, durch welches Kraftstoff eingespritzt wird; ein Ventilelement (3), das in dem Gehäuse (51 bis 53) aufgenommen ist und das Düsenloch (57) öffnet und schließt; und ein Stellglied (2), das so konfiguriert ist, dass es das Ventilelement (3) zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs (57) steuert, und das folgendes aufweist: einen piezoelektrischen Stapel (21), der sich nach dem Anlegen einer Spannung an den piezoelektrischen Stapel (21) ausdehnt und zusammenzieht; und einen Faltenbalg (25), der radial außerhalb des piezoelektrischen Stapels (21) angeordnet ist und der sich in Übereinstimmung mit dem Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Stapels (21) ausdehnt bzw. zusammenzieht, wobei das Ventilelement (3) folgendes aufweist: einen Fluiddruckerzeugungsabschnitt (36), der die Verschiebung des piezoelektrischen Stapels (21) in einen Fluiddruck des Kraftstoffs umwandelt und der folgendes aufweist: einen Kolben (37), der durch den piezoelektrischen Stapel (21) angetrieben ist; und einen Zylinder (39), der den Kolben (37) in der Achsrichtung des Kolbens (37) verschiebbar hält, wobei der Fluiddruck in einer Fluiddruckkammer (46) erzeugt wird, die zwischen dem Zylinder (39) und dem Kolben (37) ausgebildet ist; und ein Ventilelement (31), das das Düsenloch (57) unter Verwendung des in dem Fluiddruckerzeugungsabschnitt (36) als eine Antriebsquelle erzeugten Fluiddrucks öffnet und schließt; wobei ein komprimierbares Fluid bei einem vorbestimmten Druck in einem umschlossenen Raum (26) eingeschlossen ist, welcher zwischen dem piezoelektrischen Stapel (21) und dem Faltenbalg (25) ausgebildet ist; und der Kolben (37) durch eine Last (Fs), die durch das komprimierbare Fluid erzeugt wird, in einer Richtung gedrückt wird, in welcher sich der piezoelektrische Stapel (21) ausdehnt.Injector for injecting and supplying fuel to an internal combustion engine, the injector comprising: a housing ( 51 to 53 ), which has a nozzle hole ( 57 ) through which fuel is injected; a valve element ( 3 ) located in the housing ( 51 to 53 ) and the nozzle hole ( 57 ) opens and closes; and an actuator ( 2 ) configured to hold the valve element ( 3 ) for opening and closing the nozzle hole ( 57 ), and comprising: a piezoelectric stack ( 21 ), which after applying a voltage to the piezoelectric stack ( 21 ) expands and contracts; and a bellows ( 25 ) located radially outside the piezoelectric stack ( 21 ) is arranged in accordance with the expansion and contraction of the piezoelectric stack ( 21 ) expands or contracts, wherein the valve element ( 3 ) comprises: a fluid pressure generating section ( 36 ), which determines the displacement of the piezoelectric stack ( 21 ) is converted into a fluid pressure of the fuel and comprising: a piston ( 37 ) passing through the piezoelectric stack ( 21 ) is driven; and a cylinder ( 39 ), the piston ( 37 ) in the axial direction of the piston ( 37 ), wherein the fluid pressure in a fluid pressure chamber ( 46 ) generated between the cylinder ( 39 ) and the piston ( 37 ) is trained; and a valve element ( 31 ), the nozzle hole ( 57 ) using the in the fluid pressure generating section (FIG. 36 ) opens and closes fluid pressure generated as a drive source; wherein a compressible fluid at a predetermined pressure in an enclosed space ( 26 ) sandwiched between the piezoelectric stack ( 21 ) and the bellows ( 25 ) is trained; and the piston ( 37 ) is pressed by a load (Fs) generated by the compressible fluid in a direction in which the piezoelectric stack ( 21 ) expands. Injektor gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Befestigungselement (23), welches ein Ende des piezoelektrischen Stapels (21) in einer Richtung hält, in der sich der piezoelektrische Stapel (21) ausdehnt und zusammenzieht, wobei ein Ende des Faltenbalgs (25) in einer Richtung, in welcher sich der Faltenbalg (25) ausdehnt und zusammenzieht, fluiddicht an das Befestigungselement (23) gefügt ist; das andere Ende des Faltenbalgs (25) in der Richtung, in der sich der Faltenbalg (25) ausdehnt und zusammenzieht, fluiddicht an den Kolben (37) gefügt ist; und der Faltenbalg (25) so aufgebaut ist, dass er als ein druckwiderstandsfähiger Behälter dient, in welchem das komprimierbare Fluid bei hohem Druck eingeschlossen ist.Injector according to claim 1, further comprising a fastening element ( 23 ), which has one end of the piezoelectric stack ( 21 ) in a direction in which the piezoelectric stack ( 21 ) expands and contracts, with one end of the bellows ( 25 ) in a direction in which the bellows ( 25 ) expands and contracts, fluid-tight to the fastener ( 23 ) is joined; the other end of the bellows ( 25 ) in the direction in which the bellows ( 25 ) expands and contracts, fluid-tight to the piston ( 37 ) is joined; and the bellows ( 25 ) is constructed so that it serves as a pressure-resistant container in which the compressible fluid is trapped at high pressure. Injektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kolben (37) in einer im Wesentlichen zylindrischen Form mit einem Bodenabschnitt ausgebildet ist, und ein Teil des piezoelektrischen Stapels (21) in dem Kolben (37) aufgenommen ist.Injector according to claim 1 or 2, wherein the piston ( 37 ) is formed in a substantially cylindrical shape having a bottom portion, and a part of the piezoelectric stack (FIG. 21 ) in the piston ( 37 ) is recorded. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zylinder (39) an einer Außenumfangsseite des Kolbens (37) angeordnet ist, wobei der Injektor ferner ein Federelement (44) aufweist, das an einer Umfangsseite des Zylinders (39) angeordnet ist, um den Zylinder (39) und den Kolben (37) in einer solchen Richtung vorzuspannen, dass der Zylinder (39) von dem Kolben (37) fortwährend getrennt ist.Injector according to one of claims 1 to 3, wherein the cylinder ( 39 ) on an outer peripheral side of the piston ( 37 ), wherein the injector further comprises a spring element ( 44 ), which on a peripheral side of the cylinder ( 39 ) is arranged around the cylinder ( 39 ) and the piston ( 37 ) in such a direction that the cylinder ( 39 ) of the piston ( 37 ) is constantly disconnected. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das komprimierbare Fluid ein Silikonöl ist.Injector according to one of the claims 1 to 4, wherein the compressible fluid is a silicone oil. Injektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das komprimierbare Fluid ein Alkohol oder ein Alkoholgemisch ist.Injector according to one of the claims 1 to 4, wherein the compressible fluid is an alcohol or an alcohol mixture is.
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