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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
(Kraftstoffinjektor), welche Kraftstoff in eine interne Verbrennungsmaschine.
einspritzt und genauer auf eine solche Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
welche zu einem Ändern der Düsennadelhubverstärkung
zwischen dem Beginn eines Öffnens eines Düsenaustritts
und nach dem Beginn eines Öffnens des Düsenaustritts ausgebildet
ist.
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2. Stand der Technik
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Eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (auch Kraftstoffeinspritzventil oder
Kraftstoffeinspritzdüse genannt), welche mit einem piezoelektrischen
Stellglied bzw. Aktuator (auch Piezo-Aktuator genannt) ausgestattet
ist, und welche zum mechanischen oder hydraulischen Bewegen einer
Düsennadel zum Öffnen eines Düsenaustritts
zum Sprühen von Kraftstoff arbeitet, wird normalerweise
als direkt-wirkende Bauart bezeichnet. Bei dieser Bauart von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
wird eine große Menge an Kraft zum Anheben der Düsennadel
beim Beginn des Öffnens des Düsenaustritts benötigt.
Unmittelbar nachdem der Düsenaustritt geöffnet
ist, in anderen Worten gesagt, wenn die Düsennadel angehoben
ist, wird der Kraftstoffdruck an einer Endfläche der Düsennadel,
welche an einer inneren Wand eines Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körpers
platziert war, angewandt und unterstützt das Anheben der
Düsennadel, demzufolge die Notwendigkeit für die
große Kraftmenge beseitigt wird, jedoch an Stelle dessen eine
große Hubbetrag der Düsennadel zum Heben der Düsennadel
zum Sprühen des Kraftstoffs in einer benötigten
Menge benötigt wird.
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Die
US 6,776,354 B2 offenbart
eine direkt-wirkende Kraftstoffeinspritzvorrichtung, in der sich
der piezoelektrische Aktuator beim Laden zum Bewegen der Düsennadel
in eine Ventil-Schließrichtung, in welcher die Düsenöffnung
verschlossen ist, ausdehnt, während sich der piezoelektrische
Aktuator beim Entladen zum Anheben der Düsennadel in eine
Ventil-Öffnungsrichtung, in welcher der Düsenaustritt
geöffnet ist, zusammenzieht.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der
US 6,776,354 B2 ist derart ausgebildet, dass
die Düsennadelhubverstärkung (= der Betrag des
Hubes der Düsennadel/der Betrag der Ausdehnung des Piezo-Aktuators)
beim Beginn des Öffnens des Düsenaustritts größer
ist als derjenige nachdem der Düsenaustritt geöffnet
ist, wodurch eine große Kraftmenge zum Anheben der Düsennadel
am Beginn des Öffnens des Düsenaustritts erzeugt
wird und auch ein großer Hubbetrag der Düsennadel
sichergestellt wird, nachdem der Düsenaustritt geöffnet
ist. Dies führt zu einer Verringerung der Energiemenge,
welche zum Laden des Piezo-Aktuators benötigt wird, im Vergleich
zu Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, in denen die Düsennadelhubverstärkung
konstant gehalten wird, und zu einer Verbesserung der Energieeffizienz.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Bauart von
US 6,776,354 B2 , in welcher
der Piezo-Aktuator zum Verschließen des Düsenaustritts
geladen wird, hat jedoch den Nachteil, dass die Zeitdauer während des
Betriebs der Maschine, zu welcher der Piezo-Aktuator eine hohe Spannung
aufweist, länger ist als diejenige, in der der Piezo-Aktuator
eine niedrige Spannung aufweist, was zu einem dielektrischen Durchschlag
des Piezo-Aktuators führt, was zu einem Mangel an Zuverlässigkeit
(d. h. Lebensdauer, Standzeit) des Piezo-Aktuators führt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demnach
ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine interne Verbrennungsmaschine anzugeben, welche
von einer direkt-wirkenden Bauart ist, in welcher ein Piezo-Aktuator
zum Erzeugen eines Düsennadelhubs zum Öffnen oder
zum Verschließen eines Düsenaustritts arbeitet,
und bei dem die Düsennadelhubverstärkung verändert
wird, um die Energieeffizienz zu verbessern, und welche dazu ausgebildet
ist, die Zuverlässigkeit beim Betrieb des Piezo-Aktuators
sicherzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für
eine interne Verbrennungsmaschine, wie beispielsweise eine Dieselmaschine
für ein Fahrzeug angegeben. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
weist Folgendes auf: (a) einen Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper
(10, 11, 11a, 11b), der einen
darin ausgebildeten Düsenaustritt (101) und einen
Kraftstoffweg (100, 110), durch welchen der Düsenaustritt
mit Kraftstoff versorgt wird, hat; (b) eine Düsennadel
(13), welche einen Kopf hat, welcher den Düsenaustritt
(101) verschließt oder öffnet; (c) einen
piezoelektrischen Aktuator (14), welcher sich wahlweise
ausdehnt und zusammenzieht, wenn er geladen und entladen wird; (d)
ein unbewegliches Element (21, 31), welches in dem
Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper (10, 11, 11a, 11b)
angeordnet ist und relativ zu diesem ortsfest ist; (e) ein bewegliches
Element (22, 30), welches durch den piezoelektrischen
Aktuator (14) relativ zu dem unbeweglichen Element (21, 31)
bewegt wird; (f) eine erste Hydraulikkammer (26, 35),
welche durch das unbewegliche Element (21, 31)
und das bewegliche Element (22, 30) innerhalb
des Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körpers (10, 11, 11a, 11b)
begrenzt oder definiert wird, und in welcher der Druck durch eine
Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators (14) verringert
wird; (g) einen Heber (23, 32), welcher die Düsennadel
(13) in Eingriff mit derselben in eine Öffnungsrichtung
hebt, in welcher der Düsenaustritt (101) geöffnet
ist, wenn der Druck in der ersten Hydraulikkammer (26, 35)
abnimmt; und (h) eine zweite Hydraulikkammer (27, 36),
welche durch den Heber (23, 32) innerhalb des
Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körpers (10, 11, 11a, 11b)
begrenzt oder definiert wird, in welcher der Druck durch eine Bewegung
des Hebers (23), welche aus einer Druckabnahme in der ersten
Hydraulikkammer (27, 36) entsteht, verringert
wird, und ein rückwärtiges Ende der Düsennadel
(13) so angeordnet ist, dass die Düsennadel in
die Öffnungsrichtung bewegt wird, wenn der Druck in der
zweiten Hydraulikkammer (27, 36) abnimmt.
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Wenn
ein Bereich des beweglichen Elements (22, 30),
auf das der Druck in der ersten Hydraulikkammer (26, 35)
angewandt wird, als ein erster Druckanwendungsbereich definiert
wird, und ein Bereich des Hebers (23), auf den der Druck
in der ersten Hydraulikkammer (26, 35) angewandt
wird als ein zweiter Druckanwendungsbereich definiert wird, und
ein Bereich des Hebers (23), auf den der Druck in der zweiten
Hydraulikkammer (27, 36) angewandt wird, als dritter
Druckanwendungsbereich definiert wird, und ein Bereich der Düsennadel
(13), auf den der Druck in der zweiten Hydraulikkammer
(27, 36) angewandt wird, als vierter Druckanwendungsbereich
definiert wird, ist der erste Druckanwendungsbereich/der zweite
Druckanwendungsbereich = eine erste Hubverstärkung, die
erste Hubverstärkung x der dritte Druckanwendungsbereich/der
vierte Druckanwendungsbereich = eine zweite Hubverstärkung, wobei
die zweite Hubverstärkung größer gewählt
ist als die erste Hubverstärkung.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der direkt-wirkenden Bauart, in der
der piezoelektrische Aktuator (14) sich zum Öffnen
des Düsenaustritts (101) ausdehnt, wenn er geladen
wird, ist besonders zum Ändern der Hubverstärkung
der Düsennadel (13) zwischen der ersten Hubverstärkung,
wenn der Düsenaustritt geöffnet wird und der zweiten
Hubverstärkung, nachdem der Düsenaustritt geöffnet
worden ist, ausgebildet, wodurch die Energieeffizienz verbessert
wird und die Betriebszuverlässigkeit des piezoelektrischen
Aktuators (14) sichergestellt wird.
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In
der bevorzugten Form der Erfindung ist das bewegliche Element (22)
zylindrisch und hat ein erstes Führungsloch (220)
und ein zweites Führungsloch (221), welches einen
geringeren Durchmesser als das erste Führungsloch hat.
Das unbewegliche Element (21) hat einen zylindrischen Kolbenteilbereich
(210), welcher verschiebbar in dem ersten Führungsloch
(220) des beweglichen Elements (22) angeordnet
ist. Der Heber (23) hat einen zylindrischen Teilbereich
(230) mit einem Boden. Der zylindrische Teilbereich ist
verschiebbar innerhalb des zweiten Führungslochs (221)
des beweglichen Elements (22) angeordnet. Wenn sich der
piezoelektrische Aktuator (14) ausdehnt, wird das bewegliche Element
(22) so betrieben oder bewegt, dass das zweite Führungsloch
(221) von dem Kolbenteilbereich (210) wegbewegt
wird. Dies verursacht, dass das Volumen der ersten Hydraulikkammer
(26) durch die Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators (14)
erhöht wird, so dass der Druck in der ersten Hydraulikkammer
(26) abnimmt.
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Der
Heber (23) weist einen ersten zylindrischen Teilbereich
(230) und einen zweiten zylindrischen Teilbereich (231)
auf, der einen größeren Durchmesser hat als der
erste zylindrische Teilbereich. Der erste zylindrische Teilbereich
(230) ist der zylindrische Abschnitt, welcher verschiebbar
in dem zweiten Führungsloch (221) des beweglichen
Elements (22) angeordnet ist. Der zweite zylindrische Teilbereich
(231) wird von dem Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper
(10, 11a, 11b) abgehalten, verschiebbar
zu sein. Die zweite Hydraulikkammer (27) wird durch den
Heber (23) und den Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper
(10, 11a, 11b) begrenzt oder definiert.
Der vierte Druckanwendungsbereich ist kleiner als der dritte Druckanwendungsbereich. Da
die zweite Hubverstärkung größer als
die erste Hubverstärkung ist, wird der Betrag, um welchen
der Heber (23) bewegt wird, größer als
der, um den die Düsennadel (13) in der Mitte des
Düsenaustritts-Öffnungs-Vorgangs bzw. -Prozesses
angehoben wird, wodurch ein gewünschter Hubbetrag der Düsennadel
(13) sichergestellt wird.
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Das
unbewegliche Element (31) ist ein mit Boden versehenes
zylindrisches Element, welches ein erstes Führungsloch
(310) und ein zweites Führungsloch (311)
aufweist, welches einen geringeren Durchmesser hat als das erste
Führungsloch (310) und näher an einem
Boden des zylindrischen Elements platziert ist als das erste Führungsloch
(310). Der Heber (32) ist aus einem Hohlzylinder
gefertigt, in dem ein Führungsloch (320) ausgebildet
ist, welches einen größeren Durchmesser als das
zweite Führungsloch (311) des unbeweglichen Elements (31)
hat. Der Heber (32) ist verschiebbar in dem ersten Führungsloch
(310) des unbeweglichen Elements (31) angeordnet.
Das bewegliche Element (30) hat eine zylindrische Form
und weist einen ersten Kolbenteilbereich (300), welcher
verschiebbar in dem Führungsloch (320) des Hebers
(32) angeordnet ist, und einen zweiten Kolbenteilbereich
(301) auf, welcher verschiebbar in dem zweiten Führungsloch
(311) des unbeweglichen Elements (31) angeordnet
ist, und hat ein Ende, das sich außerhalb des zweiten Führungslochs
(311) des unbeweglichen Elements (31) in Anlage
mit dem piezoelektrischen Aktuator (14) erstreckt. Wenn
sich der piezoelektrische Aktuator (14) ausdehnt, wird
das bewegliche Element (30) betrieben oder bewegt, so dass
der erste Teilbereich (300) von dem zweiten Führungsloch (311)
des unbeweglichen Elements (31) wegbewegt wird. Dies verursacht,
dass das Volumen der ersten Hydraulikkammer (35) durch
die Ausdehnung des piezoelektrischen Aktuators (14) erhöht
wird, so dass der Druck in der ersten Hydraulikkammer (35)
abnimmt.
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Das
unbewegliche Element (31) hat ein offenes Ende, welches
gegenüber seinem Boden ist und in Anlage mit dem Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper
(10) platziert ist, wobei die zweite Hydraulikkammer (36)
durch das unbewegliche Element (31), den Heber (23)
und den Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper (10)
begrenzt oder definiert ist, und wobei der vierte Druckanwendungsbereich kleiner
als der dritte Druckanwendungsbereich ist. Da die zweite Hubverstärkung
größer ist als die erste Hubverstärkung,
wird der Betrag, um welchen der Heber (23) bewegt wird,
größer als derjenige, um den die Düsennadel
(13) in der Mitte eines Düsenaustrittsöffnungsvorganges
angehoben wird, wodurch ein gewünschter Hubbetrag der Düsennadel
(13) sichergestellt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der hierin vorgegebenen detaillierten
Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung besser verständlich, welche jedoch nicht
dazu herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen
Ausführungsformen zu beschränken, sondern welche
lediglich dem Zweck der Erklärung und des Verständnisses
dienen.
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In
den beigefügten Zeichnungen ist:
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1 eine
longitudinale Schnittansicht, welche einen inneren Aufbau einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2(a) eine Seitenansicht, welche eine Schubplatte
bzw. einen Schubbock zeigt, welcher in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
der 1 angebracht ist;
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2(b) eine Draufsicht, welche den Schubbock der 2(a) darstellt;
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3 eine
Draufsicht, welche einen in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der 1 angebrachten
Kolben darstellt;
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4 ein
Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem auf eine Düsennadel
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der 1 angewandten Druck
und dem Betrag des Hubs der Düsennadel zeigt; und
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5 eine
longitudinale Schnittdarstellung, welche einen inneren Aufbau einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszahlen
auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere Bezug
nehmend auf 1, ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung zum Anbringen in einem Zylinderkopf einer internen Verbrennungsmaschine
gezeigt. Auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Ausführungsform
wird hierin Bezug genommen als eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
welche in einem Common Rail Einspritzsystem eines Fahrzeugs Verwendung
findet, welches in einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (nicht gezeigt),
welche als Kraftstoffspeicher dient, bevorrateten Kraftstoff in
eine Dieselmaschine sprüht.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat, wie aus 1 ersichtlich
ist, einen Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper, welcher
aus einem hohlzylindrischen Düsenkörper 10,
einem hohlzylindrischen ersten Piezo-Körper 11a und
einem hohlzylindrischen zweiten Piezo-Körper 11b aufgebaut
ist. Die Körper 10, 11a und 11b sind
in Serie angeordnet, um die Länge der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zu begrenzen oder definieren und mit einer Sicherungsmutter 12 aneinandergefügt.
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Die
Piezo-Körper 11a und 11b weisen einen in
ihnen ausgebildeten Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 auf,
durch welchen Kraftstoff, wie er von dem Speicher bereitgestellt
wird, unter einem hohen Druck strömt. Der Düsenkörper 10 hat
einen darin ausgebildeten Stromabwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 100,
welcher mit dem Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 in
Verbindung steht und durch welchen der Kraftstoff von dem Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg
zu dem oberen Ende oder dem Kopf des Düsenkörpers 10 strömt.
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Der
Kopf des Düsenkörpers 10 hat in ihm ausgebildete
Düsenaustritte 101, durch welche der Kraftstoff
unter dem hohen Druck in einen Zylinder der internen Verbrennungsmaschine
gesprüht wird. Der Kopf des Düsenkörpers 10 hat
einen Körpersitz 102, welcher an einer inneren
Wand davon, stromaufwärts der Düsenaustritte 101,
ausgebildet ist.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat auch eine zylindrische Düsennadel 13,
welche zum Öffnen oder zum Verschließen der Düsenaustritte 101 arbeitet.
Die Düsennadel 13 weist einen ersten zylindrischen
Kolben 130 auf, welcher von einer Verschiebbarkeit in einem
Düsenkörperführungsloch 103 des Düsenkörpers 10 zurückgehalten
wird. Die Düsennadel 13 hat einen kegelförmigen
oder konischen Kopf 131, welcher den Düsenaustritten 101 gegenüberliegt,
und welcher zum Öffnen oder zum Verschließen der
Düsenaustritte 101 auf den Körpersitz 102 gesetzt
oder von dem Körpersitz 102 durch eine umgekehrte
Bewegung der Düsennadel 13 abgehoben wird.
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Die
Düsennadel 13 hat ein rückwärtiges Ende
(d. h. einen oberen Teilbereich, wie aus 1 ersichtlich),
welches sich außerhalb eines rückwärtigen
Endes 104 des Düsenkörpers 10 erstreckt,
welches von den Düsenaustritten 101 entfernt ist.
Das rückwärtige Ende hat einen Nadelflansch bzw.
einen Nadelring 132, welcher radial über die Düsennadel 13 übersteht.
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Innerhalb
des Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweges 110 ist
ein Piezo-Aktuator 14 angeordnet, welcher aus einer Vielzahl
von piezoelektrischen Einheiten aufgebaut ist, welche in der Form
von Lagen gestapelt bzw. geschichtet sind, welche sich ausdehnen
oder zusammenziehen, wenn sie elektrisch geladen oder entladen werden.
Zusätzlich sind eine Schubplatte bzw. ein Schubbock 20,
ein Kolben 21, ein Zylinder 22 und ein Heber 23 in
dem Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 angeordnet.
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Der
Schubbock 20 weist, wie deutlich in den 2a und 2b dargestellt ist, eine Scheibe 200 und drei
zylindrische Beine 201 auf. Die zylindrischen Beine 201 erstrecken
sich von einem Ende der Scheibe 200 in axialer Richtung
weg und sind an einem äußeren Umfang der Scheibe 200 in äquivalenten
oder gleichen Intervallen voneinander weg platziert.
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Der
Kolben 21 ist ein unbewegliches Element, welches relativ
zu dem Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Körper ortsfest
ist und weist, wie in 3 dargestellt ist, einen zylindrischen
Kolbenkopf 210 und einen Flansch oder Ring 211 auf.
Der zylindrische Kolbenkopf 210 selbst fungiert als Kolben.
Der Flansch oder Ring 211 ist an einem Ende des Kolbenkopfes 210 angeordnet
und erstreckt sich radial von dem Kolbenkopf 210 weg. Der
Ring 211 hat drei darin ausgebildete Beindurchführlöcher 212,
durch welche sich die Beine 201 des Schubbocks 20 hindurch
erstrecken.
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Zurückverweisend
auf 1 ist der Kolben 21 fest an dem äußeren
Umfang des Rings 211 zwischen dem ersten und dem zweiten
Piezo-Körper 11a und 11b gefasst, so
dass er relativ zu dem ersten und dem zweiten Piezo-Körper 11a und 11b positioniert
oder ortsfest ist.
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Der
Schubbock 20 ist mit der Scheibe 200 in Anlage
mit dem Piezo-Aktuator 14 platziert. Die Beine 201 erstrecken
sich durch die Beindurchführlöcher 212 des
Kolbens 21 hindurch und befinden sich an Enden davon in
Anlage mit dem Zylinder 22. Wenn sich der Piezo-Aktuator 14 ausdehnt,
drückt er oder bewegt er den Zylinder 22 durch
den Schubbock 20.
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Der
Zylinder 22 ist ein bewegliches Element und hat darin ein
erstes Führungsloch 220 und ein zweites Führungsloch 221,
welches einen geringeren Durchmesser als das erste Führungsloch 220 hat, ausgebildet.
Der Kolbenkopf 210 des Kolbens 21 ist innerhalb
des ersten Führungsloches 220 in einer Längsrichtung
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verschiebbar angeordnet.
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Der
Heber 23 hat als ein Ganzes eine hohlzylindrische Form
und weist einen ersten Zylinder 230 und einen zweiten Zylinder 231 auf,
welche koaxial zueinander angeordnet sind. Der zweite Zylinder 231 hat
einen größeren Durchmesser als der erste Zylinder 230.
Der erste Zylinder 230 hat einen geschlossenen Boden. Der
zweite Zylinder 231 hat einen offenen Boden. Der erste
Zylinder 230 ist verschiebbar in dem zweiten Führungsloch 221 des
Zylinders 22 angeordnet. Der zweite Zylinder 231 ist verschiebbar
in einem Piezo-Körper-Führungsloch 111 des
ersten Piezo-Körpers 11a angeordnet. Der zweite
Zylinder 231 hat an seinem offenen Ende eine Klaue (Klauen) 232 ausgebildet,
welche sich radial nach innen erstreckt (erstrecken).
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Eine
erste Feder 24 ist zwischen dem Zylinder 22 und
dem Heber 23 angeordnet, um den Zylinder in Richtung des
Piezo-Aktuators 14 zu drängen oder zu drücken.
Eine zweite Feder 25 ist zwischen dem Heber 23 und
der Düsennadel 13 angeordnet, um den Heber in
Richtung des Kolbenkopfes 210 des Kolbens 120 zu
drängen oder zu drücken.
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Der
Zylinder 22, der Kolbenkopf 210 des Kolbens 21 und
der erste Zylinder 230 des Hebers 23 begrenzen
oder definieren eine erste Hydraulikkammer 26, welche hermetisch
geschlossen ist. In ähnlicher Weise definieren der Heber 23,
das Piezo-Körper-Führungsloch 111 des
ersten Piezo-Körpers 11a und das rückwärtige
Ende 104 des Düsenkörpers 10 eine
zweite Hydraulikkammer 27, welche hermetisch geschlossen
ist.
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Das
rückwärtige Ende der Düsennadel 13 ist innerhalb
der zweiten Hydraulikkammer 27 angeordnet. Der Nadelring 132 der
Düsennadel 13 ist in einer inneren Kammer des
Hebers 23 innerhalb der zweiten Hydraulikkammer 27 angeordnet.
Die Klaue 232 des Hebers 23 steht mit dem Nadelring 132 in
Eingriff.
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An
dieser Stelle wird der innere Durchmesser des ersten Führungsloches 220 (d.
h. der äußere Durchmesser des Kolbenkopfes 210 des
Kolbens 21) als d1 definiert. Der innere Durchmesser des
zweiten Führungsloches 221 (d. h. der äußere
Durchmesser des ersten Zylinders 230) wird als d2 definiert.
Der äußere Durchmesser des zweiten Zylinders 231 (d. h.
der innere Durchmesser des Piezo-Körper-Führungsloches 111)
wird als d3 definiert. Der äußere Durchmesser
des ersten Kolbens 130 der Düsennadel 13 wird
als d4 definiert.
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Zusätzlich
wird ein Bereich des Zylinders 22, auf welchen der Druck
der ersten Hydraulikkammer 26 angewandt wird, als ein erster
Druckanwendungsbereich A1 definiert, ein Bereich des Hebers 23,
auf welchen der Druck in der ersten Hydraulikkammer 26 angewandt
wird als zweiter Druckanwendungsbereich A2 definiert, ein Bereich
des Hebers 23, auf welchen der Druck in der zweiten Hydraulikkammer 27 angewandt
wird, wird als dritter Druckanwendungsbereich A3 definiert, und
ein Bereich der Düsennadel 13, auf welchen der
Druck in der zweiten Hydraulikkammer 27 angewandt wird,
wird als vierter Druckanwendungsbereich A4 definiert. Die Bereiche A1,
A2, A3 und A4 werden ausgewählt, um die Beziehungen A1
= π/4 × (d12 – d22), A2 = π/4 × d22, A3 = π/4 × d32 und A4 = π/4 × d42 zu erfüllen.
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Weiterhin
wird A1/A2 als erste Hubverstärkung λ1 definiert. λ1 × A3/A4
wird als zweite Hubverstärkung λ2 definiert. Da
der äußere Durchmesser d4 des ersten Kolbens 130 kleiner
ist als der äußere Durchmesser d3 des zweiten
Zylinders 231, d. h. das vierte Druckanwendungsgebiet A4
kleiner ist als das dritte Druckanwendungsgebiet A3, ist die zweite Hubverstärkung λ2
größer als die erste Hubverstärkung λ1.
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Der
Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird unterhalb beschrieben. 1 stellt
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer geschlossenen Stellung dar,
welche durch das Zusammenziehen des entladenen Piezo-Aktuators 14 etabliert
wird. Die Düsennadel 13 wird durch den Druck in
der zweiten Hydraulikkammer 27 in die Ventil-Schließrichtung
gedrängt, um den konischen Kopf 131 der Düsennadel 13 in Anlage
mit dem Körpersitz 102 zu bringen, wodurch die
Düsenaustritte 101 geschlossen werden.
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Wenn
der Piezo-Aktuator 14 geladen wird, wird er sich ausdehnen,
um den Zylinder 22 durch den Schubbock 20 zu bewegen.
Die Ausdehnung des Piezo-Aktuators 14 bewirkt besonders,
dass der Zylinder 22 so bewegt wird, dass das zweite Führungsloch 120 den
Kolbenkopf 210 verlässt.
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Da
der innere Durchmesser d2 des zweiten Führungsloches 221 kleiner
ist als der innere Durchmesser d1 des ersten Führungsloches 220,
wird die Bewegung des Zylinders 22 zu einem Ansteigen des Volumens
der ersten Hydraulikkammer 26 führen, so dass
der Druck in der ersten Hydraulikkammer 26 abnimmt.
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Die
Druckabnahme in der ersten Hydraulikkammer 26 wird veranlassen,
dass der Heber 23 in Richtung des Kolbenkopfes 210 bewegt
wird, wodurch die Düsennadel 13 durch den Eingriff
der Kralle 232 des Hebers 23 mit dem Nadelring 132 nach
oben in die Ventil-Öffnungsrichtung gehoben wird. Der konische
Kopf 131 der Düsennadel 13 verlässt
demnach den Körpersitz 102, wodurch die Düsenaustritte 101 geöffnet
werden, um den Kraftstoff in die Zylinder der Maschine zu sprühen.
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Die
nach oben gerichtete Bewegung des Hebers 23 führt
zu einer Vergrößerung des Volumens der zweiten
Hydraulikkammer 27, so dass der Druck in der zweiten Hydraulikkammer 27 abnimmt.
Dies verursacht, dass die Düsennadel 13 in Richtung
der Ventil-Öffnungsrichtung angezogen bleibt. Da die zweite
Hubverstärkung λ2 größer als
die erste Hubverstärkung λ1 ist, ist der Betrag,
um welchen die Düsennadel 13 bewegt wird, größer
als der, um den der Heber 23 bewegt wird. Die Düsennadel 13 verlässt demnach
die Kralle 232 und wird bewegt, bis sie eine vollständig
geöffnete Stellung erreicht.
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Danach
zieht sich der Piezo-Aktuator 14, wenn er entladen wird,
zusammen, so dass der Schubbock 20 und der Zylinder 22 durch
die erste Feder 24 zurück in Richtung des Piezo-Aktuators 14 gebracht
werden, wodurch das Volumen der ersten Hydraulikkammer 26 verringert
wird. Dies führt zu einem Druckanstieg in der ersten Hydraulikkammer 26, wodurch
der Heber 23 von dem Kolben 21 wegbewegt wird,
so dass das Volumen der zweiten Hydraulikkammer 27 verringert
wird und der Druck darin steigt. Der Druckanstieg in der zweiten
Hydraulikkammer 27 verursacht, dass die Düsennadel 13 in die
Ventil-Schließrichtung bewegt wird und dann an den Kopf 131 mit
dem Körpersitz 102 zum Verschließen der
Düsenaustritte 102 in Anlage gebracht wird. Dies
beendet das Sprühen des Kraftstoffs aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Als
nächstes wird eine Beziehung zwischen dem Druck (d. h.
Kraft), welche(r) auf die Düsennadel 13 in die
Ventil-Öffnungsrichtung wirkt und dem Hubbetrag oder Hub
der Düsennadel 13, wenn der Piezo-Aktuator geladen
ist, beschrieben, in Fällen, in denen die Hubverstärkung
der Düsennadel 13 zwischen der ersten und der
zweiten Hubverstärkung λ1 und λ2 umgeschaltet
wird, und bei und nach dem Beginn der Öffnung der Düsenaustritte 101 unverändert gehalten
wird.
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Eine
große Menge an Druck wird, wie durch „a” in 4 angezeigt
wird, benötigt, um die Düsennadel 13 am
Beginn des Öffnens der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (d.
h. der Düsenaustritte 101) anzuheben, da der konische
Kopf 131 der Düsennadel 13 auf dem Körpersitz 102 sitzt,
so dass der hydraulische Druck des Kraftstoffes nicht auf den konischen Kopf 131 angewandt
wird, während nach dem Beginn des Öffnens der
Düsenaustritte 101, in anderen Worten gesagt,
wenn die Düsennadel 13 den Körpersitz 102 verlassen
hat, die große Menge an Druck nicht benötigt wird,
wodurch es möglich ist, einen großen Hubbetrag
der Düsennadel 13, wie durch „b” angezeigt
ist, zu erzeugen.
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Wenn
der Piezo-Aktuator 14 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
dieser Ausführungsform beim Beginn des Öffnens
der Düsenaustritte 101 auf ein bestimmtes Niveau
geladen wird, wird die erste Hubverstärkung λ1
zum Herstellen einer großen Menge an Druck zum Anheben
der Düsennadel 13 bereitgestellt, wie durch eine
Linie c angezeigt ist. Wenn die Düsennadel 13 nach
dem Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 angehoben
ist, wird die zweite Hubverstärkung λ2 zum Herstellen
eines großen Hubbetrags der Düsennadel 13 bereitgestellt,
wie durch eine Linie d angezeigt ist. Die Charakteristik der Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
d. h. die Beziehung zwischen dem Druck, welcher auf die Düsennadel 13 wirkt
und dem Hubbetrag der Düsennadel 13, wie durch
die Linien c und d, welche durch die Punkte a und b verlaufen, angezeigt,
kann dem nach durch eine Änderung der Werte der ersten und
der zweiten Hubverstärkung λ1 und λ2
geändert werden.
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In
dem Fall, in dem die Hubverstärkung der Düsennadel 13 bei
und nach dem Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 unverändert
gehalten wird, wird ein Laden des Piezo-Aktuators 14 auf
dasselbe Niveau wie in dieser Ausführungsform, wie durch
eine gestrichelte Linie e in 4 angezeigt,
sowohl beim Herstellen eines Drucks, der groß genug ist,
um eine Bewegung der Düsennadel 13 zu beginnen,
als auch beim Herstellen eines Hubbetrags der Düsennadel 13,
welcher nach dem Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 benötigt
wird, keinen Erfolg haben. Die Aufstellung der Beziehung zwischen dem
Druck, welcher auf die Düsennadel 13 wirkt, und dem
Hubbetrag der Düsennadel 13, wie durch eine gestrichelte
Linie f, welche durch die Punkte a und b verläuft, angezeigt,
macht es notwendig, dass der Piezo-Aktuator auf einen Grad geladen
wird, der größer bzw. höher ist als derjenige
in dieser Ausführungsform.
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Man
kann demnach erkennen, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser
Ausführungsform, welche zum Umschalten der Hubverstärkung der
Düsennadel 13 zwischen der ersten Hubverstärkung λ1,
wenn die Düsennadel 13 zum Öffnen der Düsenaustritte 101 angehoben
wird, und der zweiten Hubverstärkung λ2, wenn
es benötigt wird, das Anheben der Düsennadel 13 fortzusetzen,
nachdem die Düsenaustritte 101 geöffnet
worden sind, ausgebildet ist, einen geringeren Energiebedarf zum
Laden des Piezo-Aktuators 14 hat, als die Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
welche ausgebildet ist, die Hubverstärkung der Düsennadel 13 konstant
zu halten.
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Wie
bereits beschrieben, ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser
Ausführungsform ausgebildet, um eine zweite Hubverstärkung λ2
größer als die erste Hubverstärkung λ1
zu haben, was eine große Menge an Kraft oder Druck, der
auf die Düsennadel 13 beim Beginn des Öffnens
der Düsenaustritte 101 angewandt wird, herstellt
und die Hublänge der Düsennadel 13 sicherstellt,
welche groß genug ist, um die gewünschte Menge
von Kraftstoff zu sprühen. Dies führt zu einer
Verringerung der Energiemenge, welche zum Laden des Piezo-Aktuators 14 benötigt wird
oder zu einer Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich dazu,
wenn die Hubverstärkung der Düsennadel 13 beim
und nach dem Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 konstant
gehalten wird.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der direkt-wirkenden Bauart, in welcher
sich der Piezo-Aktuator 14 zum Öffnen oder Verschließen
der Düsenaustritte 101 zusammenzieht oder ausdehnt
ist zum Umschalten der hydraulischen Hubverstärkung der Düsennadel 13 zwischen
dem Zeitpunkt, wenn die Düsenaustritte 101 geöffnet
werden, und nach dem Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 ausgebildet,
wodurch die Verbesserung der Energieeffizienz sichergestellt und
die Zuverlässigkeit im Betrieb des Piezo-Aktuators 14 verbessert
wird.
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5 stellt
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der
zweiten Ausführungsform der Erfindung dar, welche sich
von der ersten Ausführungsform in dem Element, das die
erste und die zweite Hydraulikkammer 26 und 27 definiert,
unterscheidet. Andere Anordnungen sind identisch und eine detaillierte
Erklärung davon wird an dieser Stelle ausgelassen.
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Die
Düsennadel 13 ist aus zwei Teilen aufgebaut: ein
erster Zylinder 13a und ein zweiter Zylinder 13b,
welche miteinander in einer Längsrichtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
angeordnet sind. Der erste Zylinder 13a hat den konischen
Kopf 131, welcher zum Verschließen der Düsenaustritte 101 auf den
Körpersitz 102 gesetzt werden soll. Der erste
Zylinder 13a hat an einem rückwärtigen
Ende einen zweiten Kolben 133 ausgebildet, welcher in dem
Heber 32 verschiebbar angeordnet ist, wie in der Folge im
Detail beschrieben werden wird. Der zweite Zylinder 13b der
Düsennadel 13 ist mit einem Nadelflansch bzw.
Nadelring 132 und einem dritten Kolbenteilbereich 134 ausgestattet.
Der Nadelring 132 ist mit dem Heber 32 in Eingriff
bringbar. Der dritte Kolbenteilbereich 134 ist innerhalb
des Hebers 32 verschiebbar angeordnet. Der Piezo-Körper 11 ist,
anders als in der ersten Ausführungsform, aus einem einstückigen
Element gefertigt.
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Der
Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 hat
den darin angeordneten Kolben 30, welcher ein bewegliches
Element ist, das von dem Piezo-Aktuator 14 be trieben oder
angetrieben wird. Der Kolben 30 ist von zylindrischer Form
und aus einem ersten Kolbenteilbereich 300 und einem zweiten
Kolbenteilbereich 301, welcher einen kleineren Durchmesser
als der erste Kolbenteilbereich 300 hat, aufgebaut.
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Der
Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 hat
auch einen darin angeordneten Hohlzylinder 31, welcher
ein unbewegliches Element ist, das relativ zu dem Piezo-Körper 11 ortsfest
ist und einen Boden (d. h. ein rückwärtiges Ende)
hat. Der Zylinder 31 hat auch ein erstes Führungsloch 310 und
ein zweites Führungsloch 311. Das erste Führungsloch 310 ist
in einem Hauptzylinderkörper des Zylinders 31 ausgebildet.
Das zweite Führungsloch 311 ist in Verbindung
mit dem ersten Führungsloch 310 angeordnet und
hat einen geringeren Durchmesser als das erste Führungsloch 310.
Das zweite Führungsloch 311 tritt durch den Boden
des Zylinders 31 hindurch. Der Zylinder 31 hat
auch ein Loch 312, welches sich von der Innenseite zu der
Außenseite der Umfangswand des Zylinders 31 erstreckt.
Der Boden des Zylinders 31 ist benachbart zu dem Piezo-Aktuator 14 platziert,
während die Öffnung des Zylinders 31 in Anlage
mit dem rückwärtigen Ende 104 des Düsenkörpers 10 in
einer flüssigkeitsdichten Art und Weise angeordnet ist.
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Der
zweite Kolbenteilbereich 301 des Kolbens 30 ist
in dem zweiten Führungsloch 311 verschiebbar angeordnet.
Der zweite Kolbenteilbereich 301 hat ein Ende, welches
außerhalb des Führungsloches 311 in Anlage
mit dem Piezo-Aktuator 14 angeordnet ist.
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Der
hohlzylindrische Heber 32 ist innerhalb des ersten Führungsloches 310 verschiebbar
angeordnet. Der Heber 32 hat eine axiale Länge,
welche kürzer ist, als die des ersten Führungsloches 310,
so dass der gesamte Heber 32 innerhalb des ersten Führungsloches 310 angeordnet
ist.
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Der
Heber 32 hat ein darin gebildetes erstes Führungsloch 320,
welches einen größeren Durchmesser hat als das
zweite Führungsloch 311 des Zylinders 31,
und ein zweites Führungsloch 321, welches einen
kleineren Durchmesser hat als das erste Führungsloch 320.
Der Heber 32 ist aus einem ersten zylindrischen Teilbereich 322,
wel cher darin das erste Führungsloch 320 definiert,
und einem zweiten zylindrischen Teilbereich 323, der darin
das zweite Führungsloch 321 definiert, aufgebaut.
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Der
Heber 32 ist innerhalb des Piezo-Körpers 11 angeordnet,
wobei der erste zylindrische Teilbereich 322 näher
zu dem Boden des Zylinders 31 platziert ist und der zweite
zylindrische Teilbereich 323 näher zu dem offenen
Ende des Zylinders 31 platziert ist. Der erste zylindrische
Teilbereich 322 hat ein Loch 324, welches sich
von der Innenseite zu der Außenseite des Hebers 32 erstreckt.
Das Loch 324 steht mit dem Loch 312 des Zylinders 31 zu
jedem Zeitpunkt in Verbindung.
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Der
erste Kolbenteilbereich 300 des Kolbens 30 ist
in dem ersten Führungsloch 320 des Hebers 32 verschiebbar
angeordnet. Der Nadelring 132 des zweiten Zylinders 13b ist
in dem ersten Führungsloch 320 des Hebers 32 näher
zu dem zweiten Führungsloch 321 des Hebers 32 angeordnet,
als der erste Kolbenteilbereich 300. Innerhalb des zweiten
Führungsloches 321 des Hebers 32 ist
der zweite Kolbenteilbereich 133 des ersten Zylinders 13a der
Düsennadel 13 verschiebbar angeordnet. Zusätzlich
ist der dritte Kolbenteilbereich 134 des zweiten Zylinders 13b der
Düsennadel 13 auch verschiebbar innerhalb des
zweiten Führungsloches 321 angeordnet. Der Heber 32 hat
eine innere Schulter 325, welche die Grenze zwischen dem
ersten Führungsloch 320 und dem zweiten Führungsloch 321 definiert. Der
Nadelring 132 ist auf der inneren Schulter 325 des
Hebers 32 absetzbar.
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Eine
erste Feder 33 ist zwischen dem Piezo-Aktuator 14 und
dem Zylinder 31 angeordnet oder fixiert, um den Zylinder 31 in
Richtung des Düsenkörpers 10 zu drängen
oder zu drücken. Eine zweite Feder 34 ist zwischen
dem Heber 32 und dem Düsenkörper 10 angeordnet,
um den Heber 34 derart zu drängen oder zu drücken,
dass er die innere Schulter 325 in Anlage mit dem Nadelring 132 bringt.
Eine dritte Feder 39 ist zwischen dem Kolben 30 und
dem zweiten Zylinder 13b der Düsennadel 13 angeordnet oder
fixiert, um den zweiten Zylinder 13b in Richtung des ersten
Zylinders 13a der Düsennadel 13 zu drängen
oder zu drücken.
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Der
Kolben 30, der Zylinder 31 und der Heber 32 definieren
eine erste Hydraulikkammer 35, welche hermetisch verschlossen
ist. In ähnlicher Art definieren der Zylinder 31,
der Heber 32, der Düsenkörper 10 und
der erste Zylinder 13a der Düsennadel 13 eine
zweite Hydraulikkammer 36, welche hermetisch geschlossen
ist. Der erste Kolben 130 und der zweite Kolben 133 der
Düsennadel sind teilweise innerhalb der zweiten Hydraulikkammer 36 angeordnet.
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Der
Heber 32, der erste Zylinder 13a und der zweite
Zylinder 13b der Düsennadel 13 definieren eine
dritte Hydraulikkammer 37, welche hermetisch geschlossen
ist. Der Heber 32, der Kolben 30 und der zweite
Zylinder 13b der Düsennadel 13 begrenzen oder
definieren eine Hydraulikkammer 38, innerhalb derer der
Nadelring 132 angeordnet ist. Die Hydraulikkammer 38 steht
mit dem Stromaufwärts-Hochdruck-Kraftstoffweg 110 zu
jedem Zeitpunkt durch das Durchgangsloch 324 des Hebers 32 und
das Durchgangsloch 312 des Zylinders 31 in Verbindung.
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An
dieser Stelle wird ist der innere Durchmesser des ersten Führungsloches 310 (d.
h. der äußere Durchmesser des Hebers 32)
des Zylinders 31 als d11 definiert. Der innere Durchmesser
des zweiten Führungsloches 311 (d. h. der äußere
Durchmesser des zweiten Kolbenteilbereichs 301) des Zylinders 31 wird
als d12 definiert. Der innere Durchmesser des ersten Führungsloches 320 (d.
h. der äußere Durchmesser des ersten Kolbenteilbereichs 300) wird
als d13 definiert. Der innere Durchmesser des zweiten Führungsloches 312 des
Hebers (d. h. der äußere Durchmesser des zweiten
Kolbens 133 der Düsennadel 13) wird als
d14 definiert. Der äußere Durchmesser des ersten
Kolbens 130 der Düsennadel 13 wird als
d15 definiert.
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Zusätzlich
wird ein Bereich des ersten Kolbenteilbereichs 300 des
Kolbens 30, auf welchen der Druck in der ersten Hydraulikkammer 35 angewandt wird,
als ein erster Druckanwendungsbereich A11 definiert. Ein Bereich
des Hebers 32, auf welchen der Druck in der ersten Hydraulikkammer 35 angewandt wird,
wird als zweiter Druckanwendungsbereich A12 definiert. Ein Bereich
des Hebers 32, auf welchen der Druck in der zweiten Hydraulikkammer 36 angewandt
wird, wird als dritter Druckanwendungsbereich A13 definiert. Ein
Bereich der Düsennadel 13, auf welchen der Druck
in der zweiten Hydraulikkammer 36 angewandt wird, wird
als vierter Druckanwendungsbereich A14 definiert. Die Bereiche A11,
A12, A13 und A14 werden gewählt, um die Beziehungen A11
= π/4 × (d132 – d122), A12 = π/4 × (d112 – d132), A13
= π/4 × (d112 – d142) und A14 = π/4 × (d152 – d142)
zu erfüllen.
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Weiterhin
ist A11/A12 als erste Hubverstärkung λ11 definiert. λ11 × A13/A14
ist als zweite Hubverstärkung λ12 definiert. Da
der äußere Durchmesser d15 des ersten Kolbens 130 der
Düsennadel 13 kleiner ist als der äußere
Durchmesser d11 des Hebers 32, d. h. der vierte Druckanwendungsbereich 14 kleiner
als der dritte Druckanwendungsbereich A13 ist, ist die zweite Hubverstärkung λ12
größer als die erste Hubverstärkung λ11.
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Der
Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der zweiten Ausführungsform
wird unterhalb beschrieben. 5 stellt
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung platziert in der geschlossenen
Stellung dar, welche durch das Zusammenziehen des Piezo-Aktuators 14,
welcher entladen ist, etabliert wird. Die Düsennadel 13 wird
durch den Druck in der zweiten Hydraulikkammer 36 in die
Ventil-Schließrichtung gedrängt, um den konischen
Kopf 131 der Düsennadel 13 in Anlage
mit dem Körpersitz 102 zu bringen, wodurch die
Düsenaustrittsöffnungen 101 verschlossen werden.
Der zweite Zylinder 13b der Düsennadel 13 wird
durch die dritte Feder 39 elastisch in konstante Anlage
mit dem ersten Zylinder 13a gedrängt und dort
platziert.
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Wenn
er geladen wird, wird sich der Piezo-Aktuator 14, zum Bewegen
des Kolbens 30 ausdehnen. Die Ausdehnung des Piezo-Aktuators 14 verursacht
besonders, dass der erste Kolbenteilbereich 300 des Kolbens 30 von
dem zweiten Führungsloch 311 wegbewegt wird.
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Da
der äußere Durchmesser d13 des ersten Kolbenteilbereichs 300 größer
ist als der äußere Durchmesser d12 des zweiten
Kolbenteilbereichs 301, wird die Bewegung des Kolbens 30 zu
einem Ansteigen des Volumens der ersten Hydraulikkammer 35 führen,
so dass der Druck in der ersten Hydraulikkammer 35 abnimmt.
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Die
Druckabnahme in der ersten Hydraulikkammer 35 wird den
Heber 32 dazu veranlassen, in Richtung des zweiten Führungsloches 311 des
Zylinders 31 (d. h. des Bodens des Zylinders 31)
bewegt zu werden, wodurch der zweite Zylinder 13b der Düsennadel 13 durch
den Eingriff der inneren Schulter 325 des Hebers 32 mit
dem Nadelring 132 nach oben in Richtung des zweiten Führungslochs 311 gehoben wird.
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Die
Aufwärtsbewegung des zweiten Zylinders 13 führt
zu einer Druckabnahme in der dritten Hydraulikkammer 37,
wodurch der erste Zylinder 13a in die Ventil-Öffnungsrichtung
bewegt wird. Dies verursacht, dass der Kopf der Düsennadel 13 den
Körpersitz 102 verlässt, so dass die
Düsenaustritte 101 geöffnet werden, um
Kraftstoff in den Zylinder der Maschine zu sprühen.
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Die
Aufwärtsbewegung des Hebers 32 führt zu
einem Anstieg des Volumens der zweiten Hydraulikkammer 36,
so dass der Druck in der zweiten Hydraulikkammer 36 abnimmt.
Diese Druckabnahme verursacht, dass der erste Zylinder 13a der
Düsennadel angehoben in der Ventil-Öffnungsrichtung
bleibt. Da die zweite Hubverstärkung λ12 größer
ist als die erste Hubverstärkung λ11, ist der
Betrag oder Weg, um welchen der erste Zylinder 13a der
Düsennadel 13 bewegt wird, größer
als derjenige, um den der Heber 32 bewegt wird. Der erste
Zylinder 13a wird demnach bewegt, bis er die vollständige
Offenstellung erreicht. Die Bewegung des ersten Zylinders 13a führt zu
einem Druckanstieg in der dritten Hydraulikkammer 37, wodurch
der Nadelring 132 des zweiten Zylinders 13b veranlasst
wird, die innere Schulter 325 des Hebers 32 in
Richtung des zweiten Führungsloches 311 des Zylinders 31 zu
verlassen.
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Danach
zieht sich der Piezo-Aktuator 14, wenn er entladen wird,
zusammen, so dass der Kolben 30 durch den Druck in der
Hydraulikkammer 38 zurück zu dem Piezo-Aktuator 14 gebracht
wird, wodurch das Volumen der ersten Hydraulikkammer 35 verringert
wird. Dies führt zu einem Druckanstieg in der ersten Hydraulikkammer 35,
wodurch der Heber 32 zu der Öffnung des Zylinders 31 bewegt
wird, so dass das Volumen der zweiten Hydraulikkammer 36 verringert
wird und der Druck darin ansteigt. Der Druckanstieg in der zweiten
Hydraulikkammer 36 veranlasst den ersten Zylinder 13a der
Düsennadel 13, in die Ventil-Schließrichtung
bewegt zu werden und dann, in An lage mit dem Kopf 131 gebracht
mit dem Körper 602 die Düsenaustritte 101 zu
verschließen. Dies beendet das Sprühen des Kraftstoffs
aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Bewegung des ersten
Zylinders 13a der Düsennadel 13 führt
zu einer Druckabnahme in der dritten Hydraulikkammer 37,
wodurch der zweite Zylinder 13b der Düsennadel veranlasst
wird, der Bewegung des ersten Zylinders 13a folgend bewegt
zu werden.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Ausführungsform ist,
wie obenstehend beschrieben, ausgebildet, um eine zweite Hubverstärkung λ12
größer als die erste Hubverstärkung λ11
zu haben, was zum Beginn des Öffnens der Düsenauslässe 101 eine große
Menge an Kraft oder Druck erzeugt, welcher die Düsennadel 13 ausgesetzt
ist, und stellt die Hublänge der Düsennadel 13 sicher,
welche groß genug ist, um den Kraftstoff zu sprühen.
Dies führt zu einer Abnahme der Energiemenge, die zum Laden
des Piezo-Aktuators 14 benötigt wird oder zu einer
Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich dazu, wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ausgebildet ist, um die Hubverstärkung beim und nach dem
Beginn des Öffnens der Düsenaustritte 101 konstant
zu halten.
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Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung der direkt-wirkenden Bauart, in welcher
sich der Piezo-Aktuator 14 zum Öffnen oder Verschließen
der Düsenauslässe 101 durch die Düsennadel 13 zusammenzieht
oder ausdehnt, ist dazu ausgebildet, um eine erste und eine zweite
Hubverstärkung unterschiedlich voneinander zu haben, wodurch
die Verbesserung der Energieeffizienz und die Verbesserung der Zuverlässigkeit
beim Betrieb des Piezo-Aktuators 14 sichergestellt wird.
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Während
die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf die bevorzugten Ausführungsformen
offenbart wurde, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern,
sollte es anerkannt werden, dass die Erfindung auf verschiedene
Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung
abzuweichen. Demnach sollte es verstanden werden, dass die Erfindung
alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen
der gezeigten Ausführungsformen, welche ohne ein Verlassen
des Prinzips der Erfindung ausgeführt werden können,
wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist, einschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6776354
B2 [0003, 0004, 0005]