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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil.
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JP-A-2008-144749 ,
JP-A-2009-57926 oder
JP-A-2009-57927 offenbaren
ein Kraftstoffeinspritzventil. Während der Durchführung
einer Kraftstoffeinspritzung ändert sich der Kraftstoffdruck
derart, daß der tatsächliche Einspritzzustand
durch Ermittlung der Druckänderung festgestellt werden
kann.
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Beispielsweise
kann, wenn eine Kraftstoffeinspritzung gestartet ist, ihr tatsächlicher
Startzeitpunkt dadurch festgestellt werden, daß der Startzeitpunkt
einer Druckabsenkung ermittelt wird. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung
beendet ist, kann der tatsächliche Endzeitpunkt dadurch
festgestellt werden, daß der Endzeitpunkt eines Druckanstiegs
ermittelt wird. Außerdem muß die während
des Einspritzens eingespritzte Kraftstoffmenge genau gesteuert werden.
Wenn eine Kraftstoffeinspritzung genau gesteuert wird, kann das
Ausgangsdrehmoment und die Emission eines Verbrennungsmotors genau
gesteuert werden.
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Falls
ein Kraftstoffdrucksensor bzw. -fühler direkt in eine gemeinsame
Kraftstoffleitung (common rail) derart eingebaut ist, daß der
Kraftstoffdruck ermittelt wird, wird eine vom Kraftstoffdruckfühler
ermittelte Druckänderung durch die gemeinsame Kraftstoffleitung
derart beeinflußt, daß die Druckänderung nicht
genau festgestellt werden kann. Deshalb wird der Kraftstoffdruckfühler
an einem Kraftstoffeinspritzventil angebracht, damit die Druckänderung
genau ermittelt werden kann.
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JP-A-2008-144749 ,
JP-A-2009-57926 oder
JP-2009-57927 offenbaren
einen an einem Kraftstoffeinspritzventil angebrachten Kraftstoffdruckfühler, aber
keine spezielle Konstruktion für den Kraftstoffdruckfühler.
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Beispielsweise
ist, wie in 6(a) gezeigt, ein Kraftstoffdruckfühler
an einem Hauptteil 40x eines Kraftstoffeinspritzventils
angebracht. Das Hauptteil 40x erstreckt sich in einer Richtung,
in der das Kraftstoffeinspritzventil in einen Zylinderkopf eingesetzt
wird, die in 6(a) von oben nach unten
verläuft. Das Hauptteil 40x besitzt einen Hochdruckkanal 422x zur
Einleitung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs in Richtung
auf ein Einspritzloch.
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Ein
Dehnungselement 89 des Fühlers wird getrennt vom
Hauptteil 40x hergestellt und basiert auf einer Zylinderform.
Das Dehnungselement 89 ist in einer Ausnehmung 41x des
Hauptteils 40x angebracht. Das Dehnungselement 89 besitzt
als Körper- bzw. Basisteil eine Membran 89a in
Form einer Wandscheibe. Ein Fühlerchip 81x ist
auf einer Außenfläche der Membran 89a angebracht
und besitzt ein Fühlerelement in Gestalt eines Dehnungsmessers.
Das Hauptteil 40x besitzt eine vom Hochdruckkanal 422x ausgehende
Abzweigung. Unter Hochdruck stehender Kraftstoff wird vom Hochdruckkanal 422x über
die Abzweigung in einen inneren Kanal 89b des Dehnungselements 89 eingeleitet.
Der Fühlerchip 81x stellt das Ausmaß der
Dehnung des Dehnungselements 89 fest, so daß der
Druck des Kraftstoffs ermittelt werden kann.
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Jedoch
wird die Zahl der Komponenten erhöht, weil zusätzlich
zum Hauptteil 40x das Dehnungselement 89 erforderlich
ist. Im Gegensatz dazu wird, wie in 6(b) gezeigt,
durch Anbohren des Hauptteils 40x ein Zweigkanal 423x derart
ausgebildet, daß eine Membran 42x entsteht. In
diesem Falle ist das Dehnungselement 89 nicht erforderlich,
dafür verursacht das Einbringen der Bohrung neue Kosten.
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Die
Membran 89a, 42x erstreckt sich annähernd
rechtwinklig zum Kanal 89b, 423x. Deshalb wird,
wie in den 6(c) und 6(d) gezeigt,
in der Membran 89a, 42x eine Dehnung in radialer
Richtung erzeugt. Jedoch kann, wenn, wie in den 6(e) und 6(f) gezeigt, der Fühlerchip 81x eine geringe
Positionsabweichung aufweist, der vom Fühlerchip 81x ermittelte
Wert abweichen. Deshalb ist es erforderlich, die Position des Fühlerchips 81x genau zu
steuern.
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Angesichts
der vorstehenden und weiterer Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein demgegenüber verbessertes Kraftstoffeinspritzventil
vorzusehen.
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Gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzventil
im Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors angeordnet und umfaßt einen
Hauptteil und ein Fühlerelement. Das Hauptteil besitzt
eine Einspritzöffnung bzw. ein Einspritzloch, um unter
Hochdruck stehenden Kraftstoff einzuspritzen, und einen Hochdruckkanal
um unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in Richtung auf das Einspritzloch
einzuleiten. Der Hochdruckkanal erstreckt sich in Längsrichtung
des Hauptteils und ist so positioniert bzw. angeordnet, das er sich
exzentrisch zur Mittelachse des Hauptteils befindet. Das Hauptteil
besitzt einen dünnsten Abschnitt, in dem eine Abmessung zwischen
dem Hochdruckkanal und einer äußeren Umfangsfläche
des Hauptteils in radialer Richtung am kürzesten wird.
Das Fühlerelement ist auf einer Außenfläche
des dünnsten Abschnitts angebracht. Das Fühlerelement
gibt ein elektrisches Signal aus, das dem Ausmaß einer
Dehnung in der Außenfläche des dünnsten
Abschnitts entspricht.
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Demgemäß kann
das Kraftstoffeinspritzventil präzise mit geringen Kosten
hergestellt werden.
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Die
obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt. Es zeigt:
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1 eine
Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer
ersten Ausführungsform darstellt;
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2 eine
vergrößerte Ansicht aus 1:
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3(a) eine Querschnittsansicht, die einen Fühlerchip
des Kraftstoffeinspritzventils darstellt;
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3(b) eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils
IIIB in 3(a);
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3(c) eine Querschnittsansicht, die eine Positionsabweichung
eines Fühlerchips relativ zur 3(a) darstellt;
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3(d) eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils
IIID in 3(c);
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4 eine
Querschnittsansicht, die einen Fühlerchip eines Kraftstoffeinspritzventils
gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
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5 eine
Draufsicht, die einen Fühlerchip eines Kraftstoffeinspritzventils
gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt,
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6(a) eine Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil
eines ersten Vergleichsbeispiels darstellt;
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6(b) eine Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil
eines zweiten Vergleichsbeispiels darstellt;
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6(c) eine Seitenansicht in Richtung eines
Pfeils VIC in 6(a);
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6(d) eine Seitenansicht in Richtung eines
Pfeils VID in 6(b);
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6(e) eine Seitenansicht, die eine Positionsabweichung
eines Fühlerchips relativ zur 6(c) darstellt
und
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6(f) eine Seitenansicht, die eine Positionsabweichung
eines Fühlerchips relativ zur 6(d) darstellt.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil 10 wird in einem Einspritzsystem
mit gemeinsamer Kraftstoffleitung (common rail) für einen
Dieselmotor benutzt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 im
Zylinderkopf E2 des Verbrennungsmotors angeordnet. Kraftstoff wird
aus der gemeinsamen Kraftstoffleitung zugeführt und das
Ventil 10 spritzt den zugeführten Kraftstoff direkt
in eine Brennkammer E1 eines jeden Zylinders des Verbrennungsmotors
ein.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 10 enthält einen Düsenkörper 20,
eine Nadel 30, einen Körper bzw. Hauptteil 40,
eine Blenden- bzw. Mündungsplatte 50, eine elektromagnetische
Einheit 60 usw..
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Der
Düsenkörper 20 und ein Teil des Hauptteils 40 sind
in einer Einsetzöffnung E3 angeordnet, die im Zylinderkopf
E2 ausgebildet ist. Das Hauptteil 40 besitzt eine Anschlagfläche,
die mit dem ersten Ende einer Spannschelle K in Eingriff steht.
Wenn ein zweites Ende der Spannschelle K durch eine Schraube gegen
den Zylinderkopf E2 gezogen wird, wird das erste Ende der Spannschelle
K derart gegen die Anschlagfläche 40a gedrückt,
daß das Hauptteil 40 in die Einsetzöffnung
E3 eingepaßt und in diesem Zustand fixiert wird.
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Der
Düsenkörper 20 ist mittels der Mündungsplatte 50 unter
Verwendung einer Sicherungsmutter 11 an einer unteren Flanke
des Hauptteils 40 fixiert. Der Düsenkörper 20 besitzt
ein Führungsloch 21 und ein Einspritzloch 22.
Das Führungsloch 21 ist eine Kammer zur verschiebbaren
Aufnahme der Nadel 30. Wenn die Nadel 30 angehoben
wird, wird Kraftstoff durch das Einspritzloch 22 eingespritzt.
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Das
Führungsloch 21 durchdringt den Düsenkörper 20 von
seinem oberen Ende zum unteren Ende. Ein Hochdruckkanal 23 wird
durch einen Spalt zwischen einer inneren Umfangsfläche
des Führungslochs 21 und einer äußeren
Umfangsfläche der Nadel 30 derart definiert, daß unter
Hochdruck stehender Kraftstoff in das Einspritzloch 22 eingeleitet wird.
Das Führungsloch 21 besitzt eine Kraftstoffspeicherkammer 24,
bei der der Innendurchmesser des Düsenkörpers 20 vergrößert
ist. Ein stromaufwärts gelegenes Ende des Hochdruckkanals 23 öffnet
sich in der oberen Endfläche des Düsenkörpers 20 und
ist mit einem Hochdruckkanal 51 der Mündungsplatte 50 verbunden.
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Eine
konische Sitzfläche 20s ist an der inneren Umfangsfläche
des Düsenkörpers 20 in einer Position
ausgebildet, die dem unteren Rand des Hochdruckkanals 23 entspricht.
Die Nadel 30 besitzt eine zum Sitz auf der Sitzfläche 20s des
Düsenkörpers 20 geeignete Sitzfläche 30s.
Wenn die Sitzfläche 30s der Nadel 30 auf
der Sitzfläche 20s des Düsenkörpers 20 aufsitzt,
schließt die Nadel 30 den Hochdruckkanal 23 und
sperrt ihn vom Einspritzloch 22 ab.
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In
der Führungsbohrung 21 ist ein Zylinder 25 angeordnet
und eine Feder 26 ist zwischen einer unteren Endfläche
des Zylinders 25 und einer oberen Endfläche der
Nadel 30 angeordnet. Die Feder 26 drückt
die Nadel 30 in einer das Ventil schließenden Richtung,
die einer in 1 nach unten weisenden Richtung
entspricht. Eine Rückdruckkammer 27 ist derart
an einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 25 definiert,
daß sie die obere Endfläche der Nadel 30 mit
einem Rückdruck beaufschlagt. Der Rückdruck entspricht
einem Hochdruck des Kraftstoffs. Aufgrund des Rückdrucks
wird die Nadel 30 in die das Ventil schließende
Richtung gedrückt. Im Gegensatz dazu wird die Nadel 30 durch
den Kraftstoffhochdruck in der Kraftstoffspeicherkammer 24 in
der Öffnungsrichtung des Ventils vorgespannt, d. h. nach oben
in 1.
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Das
Hauptteil 40 besitzt eine annähernd säulenförmige
Gestalt und an einer äußeren Umfangsfläche
des Hauptteils 40 ist ein Hochdruckanschluß 44 definiert.
Der Hochdruckanschluß 44 ist ein Verbindungselement
zur Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Hochdruckrohr. Ein Niederdruckanschluß 90 ist
an der oberen Endfläche des Hauptteils 40 derart angebracht,
daß er zur Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Niederdruckrohr
geeignet ist. Kraftstoff wird von der gemeinsamen Kraftstoffleitung über
das Hochdruckrohr dem Hochdruckanschluß 44 zugeführt.
Der zugeführte Kraftstoff wird durch die äußere Umfangsfläche
in den Hauptteil 40 eingeleitet und überschüssiger
Kraftstoff wird durch die obere Endfläche und den Anschluß 90 aus
dem Hauptteil 40 entfernt. Der Anschluß 44 besitzt
eine Versorgungsöffnung 44a die auf einer Mittelachse
J1 des Hauptteils 40 positioniert ist.
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Das
Hauptteil 40 besitzt einen stromaufwärts gelegenen
Kanal 421, einen Hochdruckkanal 422, einen in 3 gezeigten
Niederdruckkanal 423, eine die elektromagnetische Einheit 60 aufnehmende Öffnung 43 und
so weiter.
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Der
stromaufwärts gelegene Kanal 421 wird dadurch
ausgebildet, daß im Hauptteil 40 von der Versorgungsöffnung 44a aus
abwärts eine Bohrung eingebracht wird. Die Richtung der
Bohrung schließt mit der Mittelachse J1 des Hauptteils 40 einen
Winkel ein. Das heißt, eine Verlängerungsrichtung
des stromaufwärts gelegenen Kanals 421 weist einen Winkel
relativ zur Mittelachse des Hautteils 40 auf. Ein Filter 421a wird
durch Einsetzen von der Versorgungsöffnung 44a aus
im stromaufwärts gelegenen Kanal 421 angeordnet.
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Der
Hochdruckkanal 422 besitzt eine lineare Gestalt in der
Richtung, in der das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die
Einsetzöffnung E3 eingesetzt wird, die der Auf-und-ab-Richtung
der 1 entspricht. Insbesondere wird der Hochdruckkanal 422 dadurch
ausgebildet, daß in den Hauptteil 40 von der unteren Endfläche 40R eine
Bohrung eingebracht wird. Die Richtung der Bohrung ist annähernd
parallel zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40. Das heißt,
eine Verlängerungsrichtung des Hochdruckkanals verläuft
annähernd parallel zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40. Des
weiteren besitzt, wie in 2 gezeigt, des Hochdruckkanal 422 eine
Mittelachse J1 exzentrisch zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40.
Ein stromaufwärts gelegenes Ende des Hochdruckkanals 422 ist
mit einem stromabwärts gelegenen Ende des stromaufwärts
gelegenen Kanals 421 verbunden.
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Der
Hochdruckkanal 422 ist so positioniert, daß er
exzentrisch zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40 und parallel
zu dieser verläuft. Der Hochdruckkanal 422 ist
mit dem stromaufwärts gelegenen Kanal 421 an einem
in 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellten
Verbindungspunkt P verbunden. Der stromaufwärts gelegenen
Kanal 421 erstreckt sich vom Verbindungspunkt in Richtung
auf die Mittelachse J1. Die Kanäle 421 und 422 gehen
durch Abknicken in einander über.
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Der
Niederdruckkanal 423 ist ein Kanal zur Einleitung überschüssigen
Kraftstoffs aus der Rückdruckkammer 27 in den
Niederdruckverbinder 90. Der Niederdruckkanal 423 durchdringt
den Hauptteil 40 und wird durch Einbringen einer Bohrung
in den Hauptteil 40 in der Auf-und-ab-Richtung ausgebildet.
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Die
elektromagnetische Einheit 60 ist in der Öffnung 43 angeordnet.
Die Öffnung 43 wird durch Einbringen einer Bohrung
in den Hauptteil 40 von der unteren Endfläche 40R nach
oben ausgebildet. Die Richtung der Bohrung ist annähernd
parallel zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40. Das heißt,
eine Verlängerungsrichtung der Öffnung 43 ist
annähernd parallel zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40.
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Die
elektromagnetische Einheit 60 und der Hochdruckkanal 422 sind
in einer annähernd rechtwinklig zur Mittelachse J1 verlaufenden
Richtung angeordnet. Das heißt, die elektromagnetische
Einheit 60 und der zweite Kanal 422 sind in 1 in
einer Links-rechts-Richtung angeordnet.
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Die
Mündungsplatte 50 besitzt einen Hochdruckkanal 51,
einen Einlaßkanal 52 und einen Auslaßkanal 53.
Unter Hochdruck stehender Kraftstoff strömt vom Hochdruckkanal 51 durch
den Einlaßkanal 52 in die Rückdruckkammer 27 und
aus der Rückdruckkammer 27 durch den Auslaßkanal 53 in
Richtung auf die Niederdruckseite. Der Einlaßkanal 52 besitzt
eine Einlaßmündung und der Auslaßkanal 53 eine
Auslaßmündung.
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Die
elektromagnetische Einheit 60 besitzt einen Stator 63,
einen Anker 64, ein Kugelventil 65 und so weiter.
Der Stator 63 besitzt eine elektromagnetische Spule 62.
Der Anker 64 ist relativ zum Stator 63 beweglich.
Das Kugelventil 65 ist gemeinsam mit dem Anker 64 zum Öffnen
und Schließen des Auslaßkanals 53 beweglich.
Das Kugelventil 65 kann einem Steuerventil entsprechen.
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Ein
Verbinder 70 ist auf dem Hauptteil 40 angebracht.
Der Verbinder 70 besitzt ein aus Harz gefertigtes Verbindergehäuse 71 und
vom Verbindergehäuse 71 getragene Verbinderklemmen 72, 73.
Die elektromagnetische Spule 62 und die Verbinderklemme 72 sind
durch den Leitungsdraht 74 elektrisch mit einander verbunden.
Der Leitungsdraht 74 ist in dem die Einheit 60 aufnehmende Öffnung 43 angeordnet und
wird von einem Stützelement 74a getragen.
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Wenn
die elektromagnetische Spule 62 mit Elektrizität
versorgt wird, wird der Anker 64 an den Stator 63 gezogen.
Außerdem überträgt die Feder 66 auf
den Anker 64 eine elastische Kraft in einer das Kugelventil 65 schließenden
Richtung, die einer abwärts gerichteten Richtung in 1 entspricht.
Die Feder 66 ist im Mittelteil des Stators 63 angeordnet.
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Wenn
aus dem Einspritzloch 22 Kraftstoff gespritzt wird, ändert
sich der Druck des Kraftstoffs im Düsenkörper 20 und
dem Hauptteil 40. Ein Kraftstoffdruckfühler 80 ist
an einer äußeren Umfangsfläche des Hauptteils 40 derart
angebracht, daß die Druckänderung erfasst bzw.
festgestellt wird.
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Der
Druckfühler 80 gibt eine der ermittelten Druckänderung
entsprechende Kurvenform aus. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung aus
dem Loch 22 gestartet wird, wird basierend auf der Kurvenform
der Startzeitpunkt der Druckabsenkung derart festgestellt, daß der
tatsächliche Startzeitpunkt der Einspritzung ermittelt
werden kann. Wenn die Kraftstoffeinspritzung beendet wird, wird
basierend auf der Kurvenform der Endzeitpunkt eines Druckanstiegs festgestellt,
so daß der tatsächliche Endzeitpunkt der Einspritzung
erfasst bzw. ermittelt werden kann. Außerdem kann basierend
auf der Kurvenform der Maximalwert der Druckabsenkung erfasst bzw.
festgestellt werden, so daß die Menge des während
der Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs erfasst bzw. ermittelt
werden kann.
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Der
Kraftstoffdruckfühler 80 wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Das Verbindergehäuse 71 ist in der 3 weggelassen.
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Wie
in 2 gezeigt, schließt der Kraftstoffdruckfühler 80 einen
Fühlerchip 81, eine Schaltplatine 82,
einen Sensoranschluß bzw. eine Fühlerklemme 83 und
eine Ab schirmhaube 84 ein. Der Fühler 80 ist
an einer äußeren Umfangsfläche des Hauptteils 40 derart
angebracht, daß der Druck im Hochdruckkanal 422 erfaßt
werden kann.
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Die äußere
Umfangsfläche des Hauptteils 40, an der der Fühler 80 angebracht
ist, wird im Folgenden genauer beschrieben. Wie in 2 gezeigt, weist
die Mittelachse J2 des Hochdruckkanals 422 einen Abstand
von der Mittelachse J1 des Hauptteils 40 auf. Deshalb besitzt
das Hauptteil 40 seinen dünnsten Abschnitt 41 zwischen
dem Hochdruckkanal 422 und der äußeren
Umfangsfläche. Das Hauptteil 40 wird beim dünnsten
Abschnitt 41 am dünnsten.
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An
der dem dünnsten Abschnitt 41 gegenüberliegenden äußeren
Umfangsfläche des Hauptteils 40 ist eine Ausnehmung 45 definiert.
Die Ausnehmung 45 wird durch spanabhebende Bearbeitung
der äußeren Umfangsfläche des Hauptteils 40 ausgebildet.
Eine Basisfläche 45a der Ausnehmung 45 ist eben
bzw. flach und die Schaltplatine 82 und der Fühlerchip
sind auf der Basisfläche 45a angebracht.
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Das
heißt, der Fühlerchip 81 ist auf einer
Außenfläche des dünnsten Abschnitts 41 angebracht, bei
dem das Hauptteil 40 am dünnsten wird. Der Fühlerchip 81 ist
auf einer imaginären Linie positioniert, die die Mittelachse
J1 des Hauptteils 40 mit der Mittelachse J2 des Hochdruckkanals 422 verbindet.
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Die
Ausnehmung 45 ist in Richtung der Achse J1 tiefer positioniert
als der die Kanäle 421 und 422 verbindende
Verbindungspunkt P. Insbesondere ist das obere Ende der Ausnehmung 45 in
Richtung der Mittelachse J1 tiefer gelegen als der Verbindungspunkt
P.
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Wie
in 3(b) gezeigt, besitzt der Fühlerchip 81 eine
Fühlerplatine 811, wie etwa eine Siliziumplatine,
und einen einem Fühlerelement entsprechenden Dehnungsmesser 812.
Die Fühlerplatine 811 enthält Halbleiter
und ist auf der Basisfläche 45a über
einen Isolierfilm, wie etwa Glas mit einer niedrigen Schmelztemperatur,
fixiert. Der Dehnungsmesser 812 ist auf der Fühlerplatine 811 angebracht.
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Der
dünnste Abschnitt 41 weist aufgrund des Hochdrucks
des durch den Hochdruckkanal 422 fließenden Kraftstoffs
eine vergrößernde elastische Verformung in radialer
Richtung und einer Umfangsrichtung des Hauptteils 40 auf.
Zu diesem Zeitpunkt erfährt die Basisfläche 45a der
Ausnehmung 45 eine Dehnung aufgrund der Verformung des
dünnsten Abschnitts 41. Der Dehnungsmesser 812 wandelt
den Betrag der Dehnung in ein elektrisches Signal um.
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Wie
in 3(b) gezeigt, besitzt der Dehnungsmesser 812 eine
Ausrichtung zur Erfassung bzw. Ermittlung des Ausmaßes
der Dehnung in einer vorgegebenen Erfassungs- bzw. Ermittlungsrichtung Y1.
Die Ermittlungsrichtung Y1 des Dehnungsmessers 812 kreuzt
eine Längsrichtung Y2 des Hochdruckkanals 422.
Die Ermittlungsrichtung Y1 des Dehnungsmessers 812 entspricht
einer Umfangsrichtung Y1 des Hauptteils 40. Der Dehnungsmesser 812 ist
in dieser Weise angeordnet.
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Eine
Anzahl von (nicht gezeigten) Elektronikteilen ist auf der Schaltplatine 82 befestigt
und, wie in 2 gezeigt, sind Fühlerklemmen 83 mit
der Schaltplatine 82 verbunden. Die Fühlerklemme 83 ist elektrisch
mit der Verbinderklemme 73 verbunden. Die Schaltplatine 82 und
der Fühlerchip 81 sind elektrisch durch einen
Verbindungsdraht W verbunden.
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Die
Schaltplatine 82 besitzt beispielsweise einen Verstärkerkreis,
einen Filterkreis und einen Leistungskreis. Der Verstärkerkreis
verstärkt ein vom Dehnungsmesser 812 ausgegebenes
Signal. Der Filterkreis eliminiert ein das Signal überdeckendes Rauschen.
Der Leistungskreis legt eine Spannung an den Dehnungsmesser 812.
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Eine
Spannung wird vom Leistungskreis an den Dehnungsmesser 812 angelegt.
Wenn sich der Widerstand des Dehnungsmessers 812 entsprechend
einer Dehnung des dünnsten Abschnitts 41 ändert, ändert
sich die vom Dehnungsmesser 812 ausgegebene Spannung. Die
Spannung wird als Druckerfassungs- bzw. -feststellungswert an den Verstärkerkreis
gelegt. Der Verstärkerkreis verstärkt die Spannung
und das verstärkte Signal wird über die Fühlerklemme 83 an
die Verbinderklemme 73 ausgegeben.
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Die
Verbinderklemmen 73 umfassen eine Klemme zur Ausgabe eines
Signals des Fühlers 80, eine Klemme zur Leistungsversorgung
und eine Klemme zum Masseanschluß. Ein äußerer
(nicht gezeigter) Kabelstrangverbinder verbindet den Verbinder 70 und
eine (nicht gezeigte) externe Vorrichtung, wie etwa eine Motor-ECU
(elektronische Steuereinheit). Der Signalausgang der Schaltplatine 82 wird über
den äußeren Kabelstrangverbinder in die Motor-ECU übertragen.
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Die
Schaltplatine 82 und der Fühlerchip 81 werden
von der Abschirmhaube 84 aus Metall abgedeckt. Die Abschirmhaube 84 schirmt
vor äußeren Rauschen ab, um eine Anzahl von auf
der Schaltplatine 82 angeordneten Schaltkreisen und den
Fühlerchip 81 zu schützen.
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Die
Verbinderklemmen 72 und 73 und die Abschirmhaube 84 sind
durch Gießharz zusammen mit dem Hauptteil 40 verbunden.
Ein Teil des Gießharzes entspricht dem Verbindergehäuse 71.
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Im
Folgenden wird nun das Kraftstoffeinspritzventil 10 beschrieben.
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Wenn
der elektromagnetischen Spule 62 keine Elektrizität
zugeführt wird, schließt das Kugelventil 65 den
Auslaßkanal 53. Zu dieser Zeit ist eine die Nadel 30 in
Schließrichtung des Ventils vorspannende Kraft größer
als eine die Nadel 30 in Ventilöffnungsrichtung
anhebende Kraft. Die das Ventil schließende Kraft entsteht
durch einen Kraftstoffdruck in der Rückdruckkammer 27 und
die Vorspannungskraft der Feder 26. Die das Ventil öffnende
Kraft wird durch den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffspeicherkammer 24 gebildet.
Die Sitzfläche 30s der Nadel 30 sitzt
auf der Sitzfläche 20s des Düsenkörpers 20 auf,
derart, daß der Hochdruckkanal 23 und das Einspritzloch 22 von
einander blockiert bzw. nicht miteinander leitend in Verbindung
stehen sind. Deshalb wird kein Kraftstoff eingespritzt.
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Wenn
der elektromagnetischen Spule 62 Elektrizität
zugeführt wird, wird der Anker 64 durch den magnetisierten
Stator 63 angezogen. Der Anker 64 wird in Richtung
auf den Stator 63 gegen die Vorspannkraft der Feder 66 bewegt.
Das Kugelventil 65 nimmt einen Druck des Kraftstoffs in
der Rückdruckkammer 27 auf und öffnet
den Auslaßkanal 53. Unter Hochdruck stehender
Kraftstoff in der Rückdruckkammer 27 wird durch
den Auslaßkanal 53 in Richtung auf eine Niederdruckseite
freigegeben und der Kraftstoffdruck in der Rückdruckkammer 27 fällt
ab. Wenn die Ventilöffnungskraft größer
wird, als die das Ventil schließende Kraft in der Schließrichtung
des Ventils, wird die Nadel 30 angehoben. Dem Kraftstoffeinspritzventil 10 aus
der gemeinsamen Kraftstoffleitung zugeführter, unter Hochdruck
stehender Kraftstoff wird durch das Einspritzloch 22 eingespritzt, nachdem
er die Kanäle 421 und 422 des Hauptteils 40,
den Hochdruckkanal 51 der Mündungsplatte 50 und
den Hochdruckkanal 23 des Düsenkörpers 20 durchströmt
hat.
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Im
Folgenden werden nun Vorteile der ersten Ausführungsform
beschrieben.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform besitzt das Hauptteil 40 den
dünnsten Abschnitt 41, weil der Hochdruckkanal 422 exzentrisch
zur Mittelachse J1 des Hauptteils 40 positioniert ist.
Deshalb ist das Dehnungselement 89 der 6(a) unnötig.
Außerdem ist der Zweigkanal 423x der 6(b) unnötig. Dadurch können
die Zahl der Komponenten und die Verfahrenskosten reduziert werden.
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Die
Außenfläche des dünnsten Abschnitts 40 verläuft
parallel zum Hochdruckkanal 422 und die Basisfläche 45a der
Ausnehmung 45 ist parallel zum Hochdruckkanal 422.
Deshalb wird die mit dem Fühlerchip 81 versehene
Basisfläche 45a hauptsächlich in der
Umfangsrichtung Y1 des Hauptteils 40 verformt. Das heißt,
die Basisfläche 45a erfährt eine geringe
Verformung in Richtung der Mittelachse Y2. Deshalb wird der Ermittlungswert
des Dehnungsmessers 812 nicht verändert, selbst
wenn die Position des Dehnungsmessers 81 leicht in der
Umfangsrichtung Y1 oder in Richtung der Mittelachse Y2 abweicht,
wie das in den 3(c) und 3(d) gezeigt ist. Somit kann die für
die Positionierung bei der Montage des Dehnungsmessers 812 erforderliche
Genauigkeit gesenkt werden.
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Der
dünnste Abschnitt 41 erfährt eine Verformung
in der Umfangsrichtung Y1 des Hauptteils 40, nicht jedoch
eine Verformung in der Richtung Y2 der Mittelachse, die der Längsrichtung
des Hochdruckkanals 422 entspricht. Deshalb ist der Dehnungsmesser 812 derart
angeordnet, daß die Ermittlungsrichtung des Dehnungsmessers 812 mit
der Umfangsrichtung Y1 des Hauptteils 40 zusammenfällt.
Somit kann die Erfassungs- bzw. -ermittlungssensibilität
gesteigert werden.
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Da
die Dicke des dünnsten Abschnitts 41 dünner
gemacht wird, kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des Kraftstoffdrucks
durch den Dehnungsmesser 812 erhöht werden. Jedoch
weist die Dicke des dünnsten Abschnitts 41 eine
Begrenzung auf, weil der Hochdruckkanal 422 durch Anbohren
des Hauptteils 40 von der unteren Endfläche 40R her ausgebildet
wird. Gemäß der ersten Ausführungsform
wird die Ausnehmung 45 in einem Bereich der äußeren
Umfangsfläche des Hauptteils 40 ausgebildet, der
dem dünnsten Abschnitt 41 gegenüberliegt. Deshalb
kann die Dicke des dünnsten Abschnitts 41 dünner
gemacht werden, so daß die Ermittlungsgenauigkeit angehoben
werden kann.
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Des
weiteren wird die Ausnehmung 45 zur Anordnung der Schaltplatine 82 ausgebildet,
und die Dicke des dünnsten Abschnitts 41 kann
wegen der Ausnehmung 45 dünner gemacht werden.
Deshalb können die Verfahrens- bzw. Fertigungskosten des Hauptteils 40 reduziert
werden.
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Eine
Spannung konzentriert sich leicht am Verbindungspunkt P, an dem
sich der stromaufwärts gelegene Kanal 421 und
der Hochdruckkanal 422 verbinden. Gemäß der
ersten Ausführungsform ist die Ausnehmung 45 auf
der stromabwärts gelegenen Seite des Verbindungspunkts
P. Deshalb kann beim Verbindungspunkt P eine vorgegebene Dicke eingehalten
werden, selbst wenn die Ausnehmung 45 auf der äußeren
Umfangsfläche des Hauptteils 40 definiert wird.
Somit kann eine gegen Druck widerstandsfähige Festigkeit
des Verbindungspunkts P aufrecht erhalten werden.
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Der
Fühlerchip 81 des Fühlers 80 ist
höher positioniert als die Anschlagfläche 40a des
Hauptteils 40. Wenn die Anschlagfläche 40a durch
die Klammer K unter Druck steht, hat das Hauptteil 40 eine
große Belastung in einer Position zwischen dem Zylinderkopf
E2 und der Anschlagfläche 40a. Der Dehnungsmesser 812 ist
so angeordnet, daß er einen Abstand von der Position mit
der großen Belastung einhält. Deshalb kann der
Dehnungsmesser 812 davor bewahrt werden, durch die Belastung
des Hauptteils 40 beeinflußt zu werden. Dadurch
kann die Ermittlungsgenauigkeit angehoben werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Bei
der ersten Ausführungsform wird die Ausnehmung 45 auf
der äußeren Umfangsfläche des Hauptteils 40 derart
ausgebildet, daß die flache Basisfläche 45a definiert
und der Fühlerchip 81 auf der flachen Basisfläche 45a angeordnet
wird. Im Gegensatz dazu wird, wie in 4 gezeigt,
bei der zweiten Ausführungsform der Fühlerchip 81 direkt
auf der äußeren Umfangsfläche 41a eines
säulenförmigen Hauptteils 40 angeordnet.
In ähnlicher Weise hat eine Schaltplatine eine Ausgestaltung,
die eine direkte Anbringung auf der äußeren Umfangsfläche 41a gestattet.
Gemäß der zweiten Ausführungsform können
die Kosten für die Ausbildung der Ausnehmung 45 auf
dem Hauptteil 40 eingespart werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Bei
der ersten Ausführungsform ist die Anzahl der auf dem Fühlerchip 81 angebrachten
Dehnungsmesser 812 eins. Im Gegensatz dazu besitzt bei
der dritten Ausführungsform, wie in 5 gezeigt,
ein Fühlerchip 810 mehrere Dehnungsmesser 812a, 812b, 812c und 812d.
Beispielsweise bilden die Dehnungsmesser 812a, 812b, 812c und 812d eine
Brückenschaltung.
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Die
Dehnungsmesser 812a, 812b, 812c und 812d sind
derart angeordnet, daß Ermittlungsrichtungen Y3 die Richtung
Y2 der Mittelachse des Hochdruckkanals 422 kreuzen. Gemäß der
dritten Ausführungsform können annähernd
die gleichen Vorteile erreicht werden, wie mit der ersten Ausführungsform.
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(Andere Ausführungsformen)
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Das
Fühlerelement ist nicht auf den Dehnungsmesser 812a, 812b, 812c und 812d beschränkt.
Beispielsweise kann das Fühlerelement ein piezoelektrisches
Element sein zur Erzeugung einer elektrischen Ladung in Übereinstimmung
mit einer im dünnsten Abschnitt 41 oder der Basisfläche 45a erzeugten
mechanischen Spannung. Insbesondere wird das piezoelektrische Element
in einer vorgegebenen Ermittlungsrichtung polarisiert. Eine positive oder
negative elektrische Ladung wird an beiden Endflächen des
piezoelektrischen Elements erzeugt, wenn eine Veränderung
der Druckspannung in der Ermittlungsrichtung auftritt. In diesem
Falle kann die Ermittlungsrichtung die Richtung Y2 der Mittelachse des
Hochdruckkanals 422 kreuzen.
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Das
Hauptteil 40 besitzt sowohl den stromaufwärts
gelegenen Kanal 421 als auch den Hochdruckkanal 422.
Alternativ kann der stromaufwärts gelegene Kanal 421 im
Hauptteil 40 entfallen und die Versorgungsöffnung 44a kann
auf der Mittelachse J2 des Hochdruckkanals 422 positioniert
werden. Die Versorgungsöffnung 44a kann als stromaufwärts
gelegenes Ende des Hochdruckkanals 422 definiert werden.
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Ein
elektrischer Aktuator zur Aktivierung der Nadel 30 ist
nicht auf die elektromagnetische Einheit 60 beschränkt.
Alternativ kann zur Aktivierung der Nadel 30 ein Piezo-Aktuator
benutzt werden, in dem mehrere Piezo-Elemente gestapelt sind.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 10 ist nicht darauf beschränkt,
als Injektor eines Dieselmotors benutzt zu werden. Alternativ kann
das Ventil 10 für einen Benzinmotor benutzt werden,
um Kraftstoff direkt in die Brennkammer E1 einzuspritzen.
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Solche Änderungen
und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung zu verstehen; wie sie in den angefügten Ansprüchen
definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-144749
A [0002, 0005]
- - JP 2009-57926 A [0002, 0005]
- - JP 2009-57927 A [0002]
- - JP 2009-57927 [0005]