DE102015113980A1

DE102015113980A1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE102015113980A1
Application number: DE102015113980.4A
Authority: DE
Inventors: Daiji Ueda; Hiroki Tanada; Motoya KANBARA
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Bei einem Kraftstoffeinspritzventil führt eine erste Einlassstrecke (43, 18, 13, 44, 45, 48, 49) einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von einer ersten Einlassmündung (43) durch einen Hochdruckanschluss (18), eine Steuerventilkammer (13) und einen Verbindungsanschluss (19) zu einer Steuerkammer (14), und eine zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49) führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von einer zweiten Einlassmündung (38) zu der Steuerkammer (14) während der Hochdruckanschluss (18), die Steuerventilkammer (13) und der Verbindungsanschluss (19) umgangen werden. Eine Steuerplatte (6) ist zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Platte die zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49) öffnet, und einer vollständig geschlossenen Position, in der die Steuerplatte (6) die zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49) schließt, versetzbar.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil einer Verbrennungsmaschine.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine einspritzt, ist ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen worden (nachstehend als Injektor bezeichnet), bei dem ein Betriebszustand einer Steuerventilvorrichtung durch Verwendung einer Positionsversetzung eines Stellglieds veränderbar wird, um einen Kraftstoffdruck (einen Steuerkammerdruck) einer Steuerkammer anzupassen, und dadurch eine Öffnungs-/Schließ-Bewegung einer Nadel zu steuern (siehe beispielsweise JP 2006-046323 A , die der US 2006/0016906 A1 entspricht).
Der oben genannte Stand der Technik Injektor umfasst die Nadel, die Steuerkammer, die Steuerventilvorrichtung und das Stellglied. Die Nadel wird zum Öffnen und Schließen von Einspritzlöchern angetrieben beziehungsweise betätigt. Die Steuerkammer sammelt einen Kraftstoffdruck, der in einer Ventilschließrichtung auf die Nadel ausgeübt wird. Die Steuerventilvorrichtung führt einen Zunahme-/Abnahmesteuervorgang eines Kraftstoffdrucks der Steuerkammer durch. Das Stellglied erzeugt eine Antriebskraft zum Durchführen einer Verschiebungsbewegung eines Ventilelements (nachstehend ebenso als Steuerventil bezeichnet) der Steuerventilvorrichtung.
Bei diesem Stand der Technik Injektor wird der Betriebszustand des Steuerventils unter Verwendung eines piezoelektrischen Stellglieds verändert, das einen piezoelektrischen Stapel als Stellglied umfasst.
Die Steuerventilvorrichtung ist eine Steuerventilvorrichtung (nachstehend ebenso als eine Drei-Wege-Steuerventilvorrichtung bezeichnet), die einen Drei-Wege-Ventilaufbau aufweist und ein Steuerventil und eine Ventilfeder umfasst. Die Steuerventilvorrichtung stellt wahlweise eine Verbindung zwischen einem Verbindungsanschluss, der immer mit der Steuerkammer durch einen gemeinsamen Strömungskanal verbunden ist, mit einem von einem Niederdruckanschluss, der mit einem Niederdruckkraftstoffkanal verbunden ist, und einem Hochdruckanschluss, der mit einem Hochdruckkraftstoffkanal verbunden ist, her. Die Ventilfeder beaufschlagt das Steuerventil in einer Richtung zum Öffnen des Hochdruckanschlusses durch das Steuerventil und ebenso zum Schließen des Niederdruckanschlusses durch das Steuerventil. Ein Niederdrucksitz und ein Hochdrucksitz sind in einer Wandoberfläche einer Steuerventilkammer ausgebildet. Der Niederdrucksitz ist ein Öffnungsumfangskantenabschnitt des Niederdruckanschlusses. Der Hochdrucksitz ist ein Öffnungsumfangskantenabschnitt des Hochdruckanschlusses. Das Steuerventil ist in der Steuerventilkammer entlang der Ventilfeder aufgenommen.
Wenn in diesem Fall das Stellglied basierend auf einem Einspritzventilöffnungsbefehl, der von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) ausgegeben wird, erregt wird (EIN), dehnt sich das Stellglied aus, um das Steuerventil nach unten zu drücken. Dabei wird der Betriebszustand des Steuerventils von einem Niederdruckdichtungszustand auf einen Hochdruckdichtungszustand geändert. Auf diese Weise wird das Steuerventil auf den Hochdrucksitz aufgesetzt, um die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss abzusperren, sodass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff nicht von dem Hochdruckkraftstoffkanal durch die Steuerventilkammer zu der Steuerkammer zugeführt wird. Da ferner zu dieser Zeit das Steuerventil von dem Niederdrucksitz abgehoben wird, um eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss zu ermöglichen, wird der Kraftstoff von der Steuerkammer durch die Steuerventilkammer zu dem Niederdruckkraftstoffkanal abgeführt. Somit wird der Kraftstoffdruck der Steuerkammer schnell herabgesetzt, und dadurch wird die Ventilöffnungsreaktion bzw. Ansprechverhalten der Nadel verbessert.
Wenn hingegen die Erregung des Stellglieds basierend auf einem Kraftstoffventilschließbefehl, der von der ECU ausgegeben wird, gestoppt wird (AUS) zieht sich das Stellglied zusammen. Somit wird das Steuerventil durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder beaufschlagt bzw. zurückgedrängt, und dadurch wird der Betriebszustand des Steuerventils von dem Hochdruckdichtungszustand auf den Niederdruckdichtungszustand geändert. Auf diese Weise wird das Steuerventil auf den Niederdrucksitz aufgesetzt, um die Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Verbindungsabschluss abzusperren, sodass der Kraftstoff nicht von der Steuerkammer durch die Steuerventilkammer zu dem Niederdruckkraftstoffkanal abgeführt wird. Da ferner zu dieser Zeit das Steuerventil von dem Hochdrucksitz abgehoben wird, um eine Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss zu ermöglichen, wird der Kraftstoff aus dem Hochdruckkraftstoffkanal durch die Steuerventilkammer der Steuerkammer zugeführt. Somit wird der Kraftstoffdruck der Steuerkammer schnell erhöht, wodurch eine Ventilschließreaktion bzw. Ansprechverhalten der Nadel verbessert wird.
Bei dem Stand der Technik Injektor ist eine Mündung nicht in dem Hauptströmungskanal ausgebildet, während eine Einlassmündung in dem Hochdruckkraftstoffkanal stromaufwärts von der Steuerventilkammer ausgebildet ist und eine Auslassmündung in dem Niederdruckkraftstoffkanal stromabwärts von der Steuerventilkammer ausgebildet ist, um die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel und die Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel unabhängig zu steuern.
In diesem Fall kann die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel durch eine Auslassmündungsströmungsmenge (ein Lochdurchmesser der Auslassmündung, der nachstehend ebenso als ein Drosselungslochdurchmesser der Auslassmündung bezeichnet wird) eingestellt werden, und die Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel (Nadelventilschließgeschwindigkeit) kann durch eine Einlassmündungsströmungsmenge (ein Lochdurchmesser der Einlassmündung, der nachstehend ebenso als ein Drosselungslochdurchmesser der Einlassmündung bezeichnet wird) eingestellt werden. Somit können die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel und die Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel unabhängig eingestellt werden. Demzufolge können die Gestaltungsfreiheit der Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel und der Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel verbessert werden.
Bei dem Stand-der-Technik-Injektor ist es in einem Fall, bei dem die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht ist, um die Nadelventilöffnungsgeschwindigkeit zu verbessern und die Einspritzrate des Kraftstoffs zu verbessern, wünschenswert, die Nadelventilschließgeschwindigkeit zu verbessern, um die Steuerbarkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs zu verbessern. Allerdings ist die Einlassmündungsströmungsmenge, welche die Strömungsmenge des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs begrenzt, der aus dem Hochdruckkraftstoffkanal durch die Steuerventilkammer in die Steuerkammer eingeführt werden soll, durch die Antriebskraft des Stellglieds begrenzt, welche gegen die Hochdrucksitzbelastung des Steuerventils aufgebracht wird. Daher besteht eine Begrenzung in Bezug auf die Verbesserung der Nadelventilschließgeschwindigkeit.
Im Gegensatz hierzu wird in einem Fall, bei dem die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht wird während die Einlassmündungsströmungsmenge verringert wird, eine Zeitdauer, die sich von der Zeit des Stoppens der Erregung des Stellglieds zu der Zeit eines Erreichens des Kraftstoffdrucks der Steuerkammer an dem Nadelventilschließdruck erstreckt, verlängert.
Somit wird die Nadelventilschließzeit verzögert. Dadurch wird eine Verzögerung der Einspritzungsbeendigung in Bezug zu einem Einspritzventilschließbefehl, der von einer ECU ausgegeben wird, erhöht, sodass eine Genauigkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs und eine Steuerbarkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs beeinträchtigt werden. Der oben genannte Nachteil tritt insbesondere in dem Fall des Injektors in Erscheinung, bei dem der Betriebszustand des Steuerventils durch Verwendung des Ausdehnens des piezoelektrischen Stellglieds beendet wird.
Darüber hinaus wird bei dem Stand der Technik Injektor der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der zum Antrieb der Nadel in der Ventilschließrichtung verwendet wird, von der Einlassmündung des Hochdruckkraftstoffkanals durch einen Hochdrucksitz des Steuerventils zu der Steuerkammer zugeführt. Daher ist die Einlassmündungsströmungsmenge (= die Nadelventilschließgeschwindigkeit) durch einen Durchmesser des Hochdrucksitzes (einen Hochdrucksitzdurchmesser) des Steuerventils und den Betrag des Anhebens des Steuerventils aus dem Niederdruckdichtungszustand des Steuerventils begrenzt.
Hierbei wird in einem Fall, bei dem der Einspritzdruck des Kraftstoffs, d. h. ein Kraftstoffdruck, in dem Hochdruckkraftstoffkanal erhöht ist, um die Maschinenausgangsleistung zu erhöhen und die Abgasemissionen zu verbessern, die Hochdrucksitzbelastung des Steuerventils zu der Ventilöffnungszeit der Nadel erhöht. Somit ist es erforderlich, die Antriebskraft des Stellglieds zu erhöhen, um den Hochdrucksitzdurchmesser des Steuerventils zu erhöhen und den Ventilanhebungsbetrag des Steuerventils in dem Niederdruckdichtungszustand des Steuerventils zu dem Zweck der Erhöhung der Nadelventilschließgeschwindigkeit zu erhöhen.
Daher ist es in dem Fall, bei dem die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht ist, um die Einspritzrate des Kraftstoffs zu erhöhen, oder den Einspritzdruck des Kraftstoffs zu erhöhen, schwierig, die Nadelventilöffnungsgeschwindigkeit und die Nadelventilschließgeschwindigkeit zu verbessern ohne die Antriebskraft des Stellglieds zu erhöhen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Vorliegende Offenbarung betrifft die oben genannten Nachteile. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das eine Nadelventilöffnungsgeschwindigkeit und eine Nadelventilschließgeschwindigkeit verbessern kann, ohne eine Antriebskraft des Stellglieds zu erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, das eine Nadel, eine Steuerkammer, eine Steuerventilkammer, eine Steuerventilvorrichtung, ein Stellglied, eine erste Einlassstrecke, eine zweite Einlassstrecke und eine Öffnungs- und Schließventilvorrichtung umfasst. Die Nadel bewegt sich hin und her, um ein Einspritzloch zu öffnen und zu schließen, durch das Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine eingespritzt wird. Die Steuerkammer sammelt einen Kraftstoffdruck, der an der Nadel in einer Ventilschließrichtung aufgebracht werden soll. Die Steuerventilkammer umfasst einen Verbindungsanschluss, einen Hochdruckanschluss und einen Niederdruckanschluss. Der Verbindungsanschluss ist immer mit der Steuerkammer verbunden. Der Hochdruckanschluss steht mit einem Hochdruckkraftstoffkanal in Verbindung, der einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff führt, der in die Steuerkammer eingeleitet werden soll. Der Niederdruckanschluss ist mit einem Niederdruckkraftstoffkanal verbunden, der den Kraftstoff führt, der aus der Steuerkammer zu einer Niederdruckseite eines Kraftstoffsystems abgeführt wird. Die Steuerventilvorrichtung ist in der Steuerventilkammer aufgenommen und umfasst ein Ventilelement, das verschiebbar ist, um eine Verbindung des Verbindungsanschlusses in Bezug zu dem Hochdruckanschluss oder dem Niederdruckanschluss zu ermöglichen oder zu sperren. Das Stellglied erzeugt eine Antriebskraft zum Antreiben des Ventilelements der Steuerventilvorrichtung, um es von einen Niederdruckdichtungszustand, bei dem das Ventilelement eine Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss ermöglicht, und eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss sperrt, zu einem Hochdruckdichtungszustand zu verschieben, bei dem das Ventilelement die Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss ermöglicht, und die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss und dem Verbindungsanschluss sperrt. Wenn das Ventilelement der Steuerventilvorrichtung verschoben wird, wird ein Kraftstoffdruck in der Steuerkammer angepasst, um eine Öffnungs- und Schließbewegung der Nadel zu steuern. Der Hochdruckkraftstoffkanal umfasst zumindest eine erste Einlassmündung und eine zweite Einlassmündung, die eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der zu der Steuerkammer geleitet wird, begrenzen. Die erste Einlassstrecke führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der ersten Einlassmündung durch den Hochdruckanschluss, die Steuerventilkammer und den Verbindungsanschluss zu der Steuerkammer. Die zweite Einlassstrecke führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der zweiten Einlassmündung zu der Steuerkammer während der Hochdruckanschluss, die Steuerventilkammer und der Verbindungsanschluss umgangen werden. Die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung ist zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung die zweite Einlasstrecke öffnet, und einer vollständig geschlossenen Position, in der die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung die zweite Einlassstrecke schließt, versetzbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen, die hierin beschrieben werden, dienen lediglich zur Darstellung und sind nicht zur Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung gedacht.
1 ist eine Querschnittansicht, die ein piezoelektrisches Stellglied gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
5 ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
6 ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7 ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
8A ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
8B ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9A ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9B ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
10 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptaufbau eines piezoelektrischen Injektors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
11A ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt;
11B ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
12A ist eine Querschnittansicht, die einen Querschnitt eines Niederdruckströmungskanallochs und einen Querschnitt eines Versetzungsübertragungsbolzens zeigt, die in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung entnommen ist, gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt;
12B ist eine Querschnittansicht, die ähnlich wie 12A einen Querschnitt eines Niederdruckströmungskanallochs und einen Querschnitt eines Versetzungsübertragungszapfens, die in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung entnommen ist, gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt;
13A ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform zeigt;
13B ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
14A ist eine Querschnittansicht, die einen Niederdruckdichtungszustand einer Steuerventilvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
14B ist eine Querschnittansicht, die einen Hochdruckdichtungszustand der Steuerventilvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Die 1 bis 3 zeigen einen Injektor (ein Kraftstoffeinspritzventil), das in einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil einer Verbrennungsmaschine (nachstehend ebenso vereinfacht als Maschine bezeichnet) der vorliegenden Ausführungsform ist ein piezoelektrischer Injektor vom Direkteinspritzungstyp, der einen Kraftstoffnebel in eine Brennkammer, die in einem Zylinder der Maschine ausgebildet ist, einspritzt. Die Maschine kann eine Dieselmaschine zum Antreiben eines Fahrzeugs (z. B. eines Automobils) sein. Dieser Injektor wird als ein Kraftstoffeinspritzventil eines Kraftstoffeinspritzsystems vom Sammelschienentyp bzw. Commonrailtyp (Speichertyp-Kraftstoffeinspritzsystem) verwendet, das als ein Kraftstoffeinspritzsystem für die Verbrennungsmaschine (die Maschine) bekannt ist.
Der Injektor umfasst einen Düsenkörper 2 und einen Injektorkörper 4. Der Düsenkörper 2 ist in einer Becherform ausgestaltet und umfasst eine Mehrzahl von Einspritzlöchern 27, die mit der Brennkammer des Zylinders der Maschine in Verbindung stehen. Ferner nimmt der Düsenkörper 2 eine Nadel 1 auf, welche die Einspritzlöcher 27 öffnet und schließt. Der Injektorkörper 4 ist in einer zylindrischen Rohrform ausgestaltet und nimmt eine Steuerventilvorrichtung 100 und ein Stellglied 3 auf. Die Steuerventilvorrichtung 100 weist einen Aufbau eines Dreiwegeventils mit zwei Positionen (nachstehend als Dreiwegeventil bezeichnet) auf, das eine Zunahme und eine Abnahme eines Kraftstoffdrucks steuert, welcher an der Nadel 1 in einer Ventilschließrichtung zum Schließen der Einspritzlöcher 27 (d. h., einer Richtung zu den Einspritzlöchern 27) aufgebracht wird. Das Stellglied 3 erzeugt eine Antriebskraft zum Antreiben der Steuerventilvorrichtung 100, um einen Betriebszustand der Steuerventilvorrichtung 100 durch eine Positionsversetzung des Stellglieds 3 zu ändern.
Ein Nadelaufnahmeloch, das in einer Taschenform ausgestaltet ist, ist entlang einer Mittelachse des Düsenkörpers 2 des Injektors ausgebildet. Das Nadelaufnahmeloch weist eine Öffnung auf, die sich in eine Oberfläche für einen engen Kontakt des Düsenkörpers 2 öffnet, und das Nadelaufnahmeloch erstreckt sich linear von dieser Öffnung zu einer Tiefenseite in einer axialen Richtung der Düse. Das Nadelaufnahmeloch nimmt die Nadel 1, eine Nadelfeder 5, eine Steuerplatte 6, eine Steuerplattenfeder 7 und einen Düsenzylinder 8 auf. Die Nadel 1 kann sich in der axialen Richtung hin- und herbewegen. Die Nadelfeder 5 beaufschlagt die Nadel 1 in der Ventilschließrichtung der Nadel 1. Die Steuerplatte 6 ist ein Schwimmerventil. Die Steuerplattenfeder beaufschlagt die Steuerplatte 6 in einer Ventilschließrichtung der Steuerplatte 6. Der Düsenzylinder 8 ist in einer Rohrform ausgestaltet. Der Düsenzylinder 8 stützt einen gleitfähigen Abschnitt der Nadel 1 in einer hin- und herbewegbaren und gleitfähigen Weise und stützt ebenso die Steuerplatte 6 in einer hin- und herbewegbaren Weise.
Ein Ventilkörper 9 und eine Mündungsplatte 10 sind zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Injektorkörper 4 positioniert. Eine Steuerventilkammer 13, welche die Steuerventilvorrichtung 100 (einschließlich eines Steuerventils 11 und einer Ventilfeder 12) aufnimmt, ist zwischen dem Ventilkörper 9 und der Mündungsplatte 10 ausgebildet.
Die Steuerventilvorrichtung 100 ist eine Drucksteuerventilvorrichtung. Insbesondere wenn das Steuerventil (ein Ventilelement) 11, der Steuerventilvorrichtung 100 geöffnet wird, d. h., von einer Niederdrucksitzoberfläche 15 abgehoben wird, wird Kraftstoff aus der Steuerdruckkammer 14 durch einen Kraftstoffausgangsströmungskanal zu einer Niederdruckseite eines Kraftstoffsystems abgeführt.
Die Steuerventilvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend ausführlich beschrieben.
Die Niederdrucksitzoberfläche (ein Ventilsitz auf einer Niederdruckseite) 15 ist in einer Wandoberfläche (einer Bodenoberfläche) der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 ausgebildet. Die Niederdrucksitzoberfläche 15 ist in einer ebenen Ringform (oder einer konischen Kegelform oder einer zulaufenden Form) ausgestaltet. Ein Niederdruckseitenventilabschnitt (wird später beschrieben) 71 des Steuerventils 11 ist auf die Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsetzbar. Ein Niederdruckanschluss 16, der eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und einem Niederdruckkraftstoffkanal (wird später beschrieben) herstellt, ist in einem mittleren Abschnitt der Niederdrucksitzoberfläche 15 geöffnet.
Des Weiteren ist eine Hochdrucksitzoberfläche (ein Ventilsitz auf einer Hochdruckseite) 17 in einer oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10 ausgebildet, die an der Oberseite der Mündungsplatte 10 in der Zeichnung angeordnet ist. Die Hochdrucksitzoberfläche 17 ist in einer ebenen Ringform ausgestaltet. Ein Hochdruckseitenventilabschnitt (wird später beschrieben) 72 des Steuerventils 11 ist auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsetzbar. Ein Hochdruckanschluss 18 der eine Verbindung zwischen einem Hochdruckkraftstoffkanal (wird später beschrieben) und einer Steuerventilkammer 13 herstellt, ist in einem mittleren Bereich der Hochdrucksitzoberfläche 17 geöffnet.
Ferner ist ein Verbindungsanschluss 19, der mit der Drucksteuerkammer 14 immer in Verbindung steht, in einer Wandoberfläche der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 geöffnet.
Eine Ventilsitzoberfläche (wird später beschrieben) 59, die eine Ringform aufweist, ist in einer unteren Endoberfläche der Mündungsplatte 10 ausgebildet, die an der Unterseite der Mündungsplatte 10 in der Zeichnung angeordnet ist. Ein Ventilabschnitt der Steuerplatte 6 ist auf der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 aufsetzbar.
Der Injektor umfasst eine Haltemutter 20. Die Haltemutter 20 ist mit einem Gewinde an einem axialen entfernten Endabschnitt des Injektorkörpers 4 fixiert, um den Düsenkörper 2 in Bezug zu dem Injektorkörper 4 in einem Zustand zu fixieren, bei dem der Ventilkörper 9 und die Mündungsplatte 10 zwischen der Oberfläche für einen engen Kontakt des Düsenkörpers 2 und der Oberfläche für einen engen Kontakt des Injektorkörpers 4 eingeklemmt sind.
Darüber hinaus ist in dem Injektorkörper 4 ein Piezoaufnahmeloch, das sich in der axialen Richtung linear erstreckt, in einer dezentralen (versetzten) Position ausgebildet, die von der Mittelachse des Injektorkörpers 4 in der radialen Richtung um einen vorbestimmten radialen Abstand versetzt ist. Ein Stellglied (ebenso als ein piezoelektrisches Stellglied bezeichnet) und ein Verschiebungsverstärkungsmechanismus sind in einer Innenseite des Piezoaufnahmelochs aufgenommen. Das Stellglied 3 treibt das Ventilelement (das Steuerventil 11) der Steuerventilvorrichtung 100 an, um das Ventilelement (das Steuerventil 11) der Steuerventilvorrichtung 100 zu verschieben. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus umfasst eine öldichte Kammer 23 zwischen einem Piezokolben (vereinfacht als ein Kolben bezeichnet) 21 und einem Ventilkolben 22. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus verstärkt eine Ausdehnung (nachstehend ebenso als Ausdehnungsversetzung bezeichnet) des Stellglieds 3 und führt die verstärkte Ausdehnung des Stellglieds 3 auf den Ventilkolben 22 über. Eine Ventilkolbenfeder 24 ist an einer Innenseite des Piezoaufnahmelochs aufgenommen.
In einem axialen entfernten Endabschnitt (einen Endabschnitt, der den Einspritzlöchern 27 gegenüberliegt) des Injektorkörpers 4 des Injektors sind ein Einlassanschluss und ein Auslassanschluss ausgebildet. Der Einlassanschluss ist durch eine Niederdruckleitung mit einem Hochdruckerzeugungsabschnitt (z. B. einer Zufuhrpumpe oder einer Sammelleitung, die an einer Hochdruckseite des Kraftstoffsystems bereitgestellt ist) verbunden. Der Auslassanschluss ist mit einem Kraftstofftank oder einem Niederdruckabschnitt einer Kraftstoffzufuhrstrecke, die an einer Niederdruckseite des Kraftstoffsystems bereitgestellt ist, verbunden. Ferner ist ein externer Verbinder, der eine Verbindung zwischen piezoelektrischen Zuleitungsanschlussklemmen des Stellglieds 3 und einer externen Schaltung herstellt (z. B. einer externen elektrischen Leistungsquelle und/oder einer externen Steuerschaltung: ECU), an einer Seite des Injektorkörpers 4 bereitgestellt, die den Einspritzlöchern 27 axial gegenüberliegt.
In dem Injektor wird das Steuerventil 11 durch Verwendung der Ausdehnungs- oder Kontraktionsversetzung (nachstehend ebenso als eine Ausdehnungs-/Kontraktionsversetzung bezeichnet) des Stellglieds 3 angetrieben und versetzt, um den Kraftstoffdruck (eine Zunahme oder Abnahme) in der Drucksteuerkammer 14 anzupassen und dadurch eine Öffnungs-/Schließbewegung der Nadel 1 zu steuern. Auf diese Weise werden eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Einspritzzeit und ein Einspritzmuster (eine Einspritzrate) des Kraftstoffs, der in die Brennkammer des Zylinders der Maschine eingespritzt wird, gesteuert.
Ferner umfasst das Nadelaufnahmeloch des Düsenkörpers 2 in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffs (einer Kraftstoffströmungsrichtung) eine Kraftstoffschachtkammer 26 stromabwärts von einer Federaufnahmekammer 25, welche die Nadelfeder 5 aufnimmt. Die Kraftstoffschachtkammer 26 weist einen Lochdurchmesser auf, der größer als ein Führungsdurchmesser der Nadel 1 ist. Ferner sind die Einspritzlöcher 27 an dem entfernten Endabschnitt des Düsenkörpers 2 ausgebildet und stehen mit einer Sackkammer in Verbindung, die in Form einer Ausnehmung ausgestaltet ist und in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsabwärts von der Kraftstoffschachtkammer 26 in dem Düsenkörper 2 positioniert ist.
Die Kraftstoffschachtkammer 26 ist in einem Zwischenabschnitt des Nadelaufnahmelochs ausgebildet. Der Kraftstoffdruck, der in die Kraftstoffschachtkammer 26 eingeleitet wird, ist ein Ventilöffnungsöldruck (FO) der als eine Beaufschlagungskraft wirkt, welche die Nadel 1 in einer Ventilöffnungsrichtung der Nadel 1 beaufschlagt (eine Richtung hinweg von den Einspritzlöchern 27).
Die Einspritzlöcher 27 sind in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsabwärts von einem Sitzabschnitt (einem Ventilsitz) ausgebildet, auf dem ein Ventilabschnitt der Nadel 1 aufsetzbar ist, um zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Nadelaufnahmelochs eine Verbindung herzustellen. Das heißt, die Einspritzlöcher 27 stellen eine Verbindung zwischen der Brennkammer des Zylinders der Maschine und der Innenseite des Düsenkörpers 2 her.
Die Nadel 1 ist ein Ventilelement des Kraftstoffeinspritzventils und sie ist in dem Nadelaufnahmeloch hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Ventilabschnitt, der in Bezug zu einer Nadelsitzoberfläche des Düsenkörpers 2 aufsetzbar und abhebbar ist, um die Einspritzlöcher 27 zu öffnen und zu schließen, ist in einem axialen entfernten Endabschnitt der Nadel 1 ausgebildet. Ein Kolbenabschnitt (ebenso als ein gleitfähiger Abschnitt oder ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser nachstehend bezeichnet) 28 ist in einem axialen nahen Endabschnitt der Nadel 1 ausgebildet. Der Kolbenabschnitt 28 ist hin- und herbewegbar und ist in Bezug zu einer Lochwandoberfläche eines Führungslochs (ein Zylinderloch) des Düsenzylinders 8 gleitfähig. Eine Aufnahmeausnehmung ist in einer Endoberfläche des Kolbenabschnitts 28 axial ausgenommen, um einen Abschnitt der Steuerplattenfeder 7 aufzunehmen und bildet einen Abschnitt der Drucksteuerkammer 14.
Zwischen dem Kolbenabschnitt 28 der Nadel 1 und einem Nadelaxialabschnitt (einem Zwischendurchmesserabschnitt) der Nadel 1 ist eine ringförmige Stufe ausgebildet.
Die Nadelfeder 5 ist ein Nadelbeaufschlagungsmittel (ein Spannelement) das eine Beaufschlagungskraft (eine Spannkraft, eine Federvorspannungslast: Fsp) erzeugt, welche die Nadel 1 in einer Ventilschließrichtung der Nadel 1 beaufschlagt. Die Nadelfeder 5 ist eine Kompressionsspiralfeder und sie ist in einem komprimierten Zustand, bei dem die Nadel 5 in der axialen Richtung der Düse komprimiert ist, zwischen einem ringförmigen Federsitz 29, der an einer äußeren Umfangsoberfläche des Zwischendurchmesserabschnitts der Nadel 1 fixiert ist, und einer ringförmigen Endoberfläche (einem Federsitzabschnitt) des Düsenzylinders 8 angeordnet.
Die Drucksteuerkammer 14 ist ein Raum, der durch eine obere Endoberfläche (eine entfernte Endoberfläche) der Nadel 1, eine Bodenoberfläche der Ausnehmung der Nadel 1 an der nahen Endseite, einer inneren Umfangsoberfläche des Düsenzylinders 8 und der Steuerplatte 6 umgeben ist. Der Kraftstoffdruck, der in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet wird, ist ein Ventilschließöldruck (FC), der als eine Beaufschlagungskraft dient, welche die Feder 1 in der Ventilschließrichtung der Nadel 1 beaufschlagt.
Die Drucksteuerkammer 14 ist ein volumenvariabler Raum, der zwischen einer Druckaufnahmeoberfläche der Ventilschließseite der Steuerplatte 6 und einer Druckaufnahmeoberfläche des Kolbenabschnitts 28 der Nadel 1 ausgebildet ist. Der Kraftstoffdruck, der in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet wird, ist der Ventilschließöldruck (FC), der als die Beaufschlagungskraft dient, welche die Nadel 1 in der Ventilschließrichtung der Nadel 1 beaufschlagt.
Als Nächstes werden ein Hochdruckeinlassströmungskanal und der Kraftstoffauslassströmungskanal des Injektors mit Bezug auf die 1 bis 3 kurz beschrieben.
Der Hochdruckeinlassströmungskanal umfasst einen ersten Hochdruckeinlassströmungskanal, einen zweiten Hochdruckeinlassströmungskanal und einen dritten Hochdruckeinlassströmungskanal. Der erste Hochdruckeinlassströmungskanal führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der von dem Einlassanschluss des Injektorkörpers 4 aufgenommen wird, durch die Kraftstoffschachtkammer 26 den Einspritzlöchern 27 zu. Der zweite Hochdruckeinlassströmungskanal zweigt von dem ersten Hochdruckeinlassströmungskanal ab und führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff der Drucksteuerkammer 14 zu während sie die Steuerventilkammer 13 umgeht. Der dritte Hochdruckeinlassströmungskanal zweigt von dem ersten Hochdruckeinlassströmungskanal ab und führt den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff durch die Steuerventilkammer 13 der Drucksteuerkammer 14 zu.
Der erste Hochdruckeinlassströmungskanal umfasst Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33, einen Kraftstoffströmungskanal (Spalt) 34, einen Kraftstoffströmungskanal 35 und einen Kraftstoffströmungskanal 36. Die Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33 stellen eine Verbindung zwischen dem Einlassanschluss und dem Nadelaufnahmeloch des Düsenkörpers 2 her. Der Kraftstoffströmungskanal 34 ist zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche des Düsenzylinders 8 und einer Lochwandoberfläche des Nadelaufnahmelochs ausgebildet. Der Kraftstoffströmungskanal 35 stellt eine Verbindung zwischen dem Kraftstoffströmungskanal 34 und der Kraftstoffschachtkammer 26 her. Der Kraftstoffströmungskanal 36 stellt eine Verbindung zwischen der Kraftstoffschachtkammer 26 und den Einspritzlöchern 27 her.
Der Kraftstoffströmungskanal 35 ist ein ringförmiger Strömungskanal, der zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Nadel 1 und der Lochwandoberfläche des Nadelaufnahmelochs des Düsenkörpers 2 ausgebildet ist. Ferner ist der Kraftstoffströmungskanal 36 innerhalb des Nadelaufnahmelochs ausgebildet und umfasst einen ringförmigen Kraftstoffströmungskanal und die Sackkammer. Der ringförmige Kraftstoffströmungskanal ist zwischen der Nadelsitzoberfläche des Düsenkörpers 2 und dem Ventilabschnitt der Nadel 1 zu der Ventilöffnungszeit des Injektors ausgebildet. Die Sackkammer verbindet diesen ringförmigen Kraftstoffströmungskanal mit den Einspritzlöchern 27.
Der zweite Hochdruckeinlassströmungskanal umfasst ein Hochdruckströmungskanalloch 37 und eine Haupteinlassmündung (nachstehend ebenso als Einlassmündungsloch bezeichnet) 38. Das Hochdruckströmungskanalloch 37 zweigt von einem Verzweigungsabschnitt ab, der zwischen dem Hochdruckströmungskanal 32 und dem Hochdruckströmungskanal 33 positioniert ist, und ist mit dem Hochdruckströmungskanalloch 32 und dem Hochdruckströmungskanalloch 33 verbunden. Das Einlassmündungsloch 38 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 37 und der Strömungskanallücke 48 her.
Das Einlassmündungsloch 38 ist ein zweites einlassseitiges Drosselungsloch (eine zweite Einlassmündung), die eine Strömungsmenge des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs begrenzt, der von dem Hochdruckkraftstoffkanal (31 bis 34) durch eine zweite Einlassstrecke (wird später beschrieben) nach einem Durchströmen eines nicht drosselnden Strömungskanals (wird später beschrieben) der Drucksteuerkammer 14 zugeführt wird.
Der dritte Hochdruckeinlassströmungskanal umfasst einen Hochdruckkraftstoffkanal, einen gemeinsamen Strömungskanal und einen nicht drosselnden Strömungskanal. Der Hochdruckkraftstoffkanal kann den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der Außenseite des Injektors durch die Steuerventilkammer 13 zu der Drucksteuerkammer 14 führen. Der gemeinsame Strömungskanal ist mit der Steuerventilkammer 13 verbunden. Der nicht drosselnde Strömungskanal stellt eine Verbindung zwischen dem gemeinsamen Strömungskanal und der Drucksteuerkammer 14 her und verringert (drosselt) nicht die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der den nicht drosselnden Strömungskanal durchlauft.
Der Hochdruckkraftstoffkanal umfasst die Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33, den Kraftstoffströmungskanal 34, die Hochdruckströmungskanallöcher 37, das Einlassmündungsloch 38, den Hochdruckverbindungskanal 41, das Hochdruckströmungskanalloch 42 und ein Nebeneinlassmündungsloch (nachstehend ebenso als Einlassmündungsloch bezeichnet) 43. Das Hochdruckströmungskanalloch 37 ist mit den Hochdruckströmungskanallöchern 31 bis 33 verbunden. Das Einlassmündungsloch 38 ist mit dem Hochdruckströmungskanalloch 37 verbunden. Das Hochdruckverbindungsloch 41 ist in einer Ringform ausgestaltet und ist mit den Hochdruckströmungskanallöchern 31 bis 33 und dem Kraftstoffströmungskanal 34 verbunden. Das Hochdruckströmungskanalloch 42 ist mit dem Hochdruckverbindungsloch 41 verbunden. Das Einlassmündungsloch 43 ist mit dem Hochdruckströmungskanalloch 42 verbunden.
Das Einlassmündungsloch 43 ist ein erstes einlassseitiges Drosselungsloch (eine erste Einlassmündung), die eine Strömungsmenge des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs begrenzt, der durch die Steuerventilkammer 13 in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet wird.
Der Niederdruckanschluss 16, der Hochdruckanschluss 18 und der Verbindungsanschluss 19 sind in einer Wandoberfläche der Steuerventilkammer 13 ausgebildet. Der Niederdruckanschluss 16 stellt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckkraftstoffkanal, der den Kraftstoff von der Drucksteuerkammer 14 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems leitet, und der Steuerventilkammer 13 her. Der Hochdruckanschluss 18 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal, der den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der in der Drucksteuerkammer 14 zugeführt werden soll, und der Steuerventilkammer 13 her. Der Verbindungsanschluss 19 ist durch das gemeinsame Strömungskanalloch 45 immer mit der Drucksteuerkammer 14 verbunden.
Der gemeinsame Strömungskanal umfasst das gemeinsame Strömungskanalloch 45, das eine Verbindung zwischen dem Verbindungsanschluss 19 und dem nicht drosselnden Strömungskanal herstellt. Das gemeinsame Strömungskanalloch 45 ist ein Kraftstoffströmungskanal, der den Kraftstoff in und aus der Drucksteuerkammer 14 leitet, und es ist immer mit der Steuerventilkammer 13 verbunden. Das heißt, das gemeinsame Strömungskanalloch 45 ist ein Strömungskanalloch, das den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der aus der Steuerventilkammer 13 in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet werden soll, zu einer Niederdruckdichtungszeit der Steuerventilvorrichtung 100 leitet (d. h., einer Positionierungszeit der Steuerventilvorrichtung 100, genauer genommen, wenn das Steuerventil 11 auf einer Niederdrucksitzseite ist, wie später beschrieben wird). Darüber hinaus ist das gemeinsame Strömungskanalloch 45 ein Strömungskanalloch, das den Kraftstoff, der aus der Drucksteuerkammer 14 zu der Steuerventilkammer 13 geleitet werden soll, der zu einer Hochdruckdichtungszeit der Steuerventilvorrichtung 100 leitet (d. h. einer Positionierungszeit der Steuerventilvorrichtung 100, genauer genommen, wenn das Steuerventil 11 auf einer Hochdrucksitzseite ist, wie später beschrieben wird).
Der nicht drosselnde Strömungskanal ist ein Einlassströmungskanal, der den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 der Drucksteuerkammer 14 zuführt während ein Drosselungsströmungskanal, der später beschrieben wird, umgangen wird. Der nicht drosselnde Strömungskanal umfasst die Strömungskanallücke 48 und einen Verbindungsströmungskanal 49. Die Strömungskanallücke 48 ist mit dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 verbunden. Der gemeinsame Strömungskanal 49 stellt eine Verbindung zwischen der Strömungskanallücke 48 und der Drucksteuerkammer 14 her.
Die Strömungskanallücke 48 umfasst eine ausgenommene Nut, die in der Ventilsitzoberfläche der Mündungsplatte 10 ausgebildet (ausgenommen) ist, und sie ist in einer Ringform ausgestaltet.
Der Kraftstoffauslassströmungskanal ist eine Kraftstoffrückkehrstrecke, die den unter hochdruckstehenden Kraftstoff, der in der Drucksteuerkammer 14 durch den Drosselungsströmungskanal, der die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der den Drosselungsströmungskanal, das gemeinsame Strömungskanalloch 45, die Steuerventilkammer 13, den Niederdruckkraftstoffkanal und den Auslassanschluss durchlauft, verringert (drosselt), zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems ausstößt.
Der Drosselungsströmungskanal des Kraftstoffauslassströmungskanals umfasst ein Strömungskanalloch 51 und ein Hauptauslassmündungsloch (nachstehend ebenso als ein Auslassmündungsloch bezeichnet) 52. Das Strömungskanalloch 51 ist mit der Drucksteuerkammer 14 verbunden. Das Auslassmündungsloch 52 ist mit dem Strömungskanalloch 51 verbunden.
Der Niederdruckkraftstoffkanal umfasst ein Niederdruckströmungskanalloch 54, eine Federaufnahmekammer 55, eine Mehrzahl von radialen Verbindungslöchern 56 und eine Niederdruckströmungskanal 57. Das Niederdruckströmungskanalloch 54 ist mit dem Niederdruckanschluss 16 verbunden. Die Federaufnahmekammer 55 ist mit dem Niederdruckströmungskanalloch 54 verbunden. Die radialen Verbindungslöcher 56 sind mit der Federaufnahmekammer 55 verbunden. Der Niederdruckströmungskanal 57 stellt eine Verbindung zwischen den radialen Verbindungslöchern 56 und dem Auslassanschluss her.
Das Auslassmündungsloch 52 ist ein Auslassseitiges Drosselungsloch, das in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsaufwärts von der Steuerventilkammer 13 positioniert ist, und es begrenzt eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der von der Drucksteuerkammer 14 durch das gemeinsame Strömungskanalloch 45 und die Steuerventilkammer 13 zu dem Niederdruckkraftstoffkanal abgeführt wird. Das Auslassmündungsloch 52 ist entlang einer Mittelachse der Steuerplatte 6 ausgebildet. Ferner ist ein stromaufwärtsliegendes Ende des Niederdruckanschlusses 16 zu der Bodenoberfläche (einer Deckenoberfläche) der Steuerventilkammer 13 geöffnet, die in einer Form einer ausgenommenen Nut ausgestaltet ist.
Der Düsenzylinder 8 umfasst eine innere Umfangswandoberfläche, die den Verbindungsströmungskanal 49 ausbildet (z. B. eine Verbindungsnut, die sich in der axialen Richtung der Düse erstreckt), die eine Verbindung zwischen dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 und der Drucksteuerkammer 14 an einer Position zwischen einem außeren Umfangsabschnitt der Steuerplatte 6 und einer inneren Umfangswandoberfläche des Düsenzylinders 8 herstellt. Das Führungsloch ist in der inneren Wandoberfläche des Düsenzylinders 8 ausgebildet und dieses Führungsloch stützt den Kolbenabschnitt 28 der Nadel 1 hin- und herbewegbar und gleitfähig und stützt die Steuerplatte 6 hin- und herbewegbar.
Der Düsenzylinder 8 ist mit einem Verbindungsabschnitt der Mündungsplatte 10 durch Schweißen gesichert verbunden. Der Düsenzylinder 8 ist derart angeordnet, dass er sich von dem Verbindungsabschnitt der Mündungsplatte 10 im Inneren des Nadelaufnahmelochs erstreckt.
Eine ringförmige Stufe ist in dem Düsenkörper 8 einteilig ausgebildet, sodass die ringförmige Stufe des Düsenkörpers 8 der ringförmigen Stufe der Nadel 1 axial gegenüberliegt, die an der radialen Außenseite positioniert ist, und sie ist um einen vorbestimmten Abstand (einen maximalen Nadelabhebungsbetrag) von der ringförmigen Stufe der Nadel 1 beabstandet. Die ringförmige Stufe des Düsenzylinders 8 bildet einen Nadelstopper, der eine Bewegung der Nadel 1 weiter begrenzt, wenn die Nadel 1 vollständig angehoben wird. Ferner weist der Düsenzylinder 8 eine ringförmige Stufe auf, die einteilig mit dem Düsenzylinder 8 ausgebildet ist, sodass die ringförmige Stufe der Ventilsitzoberfläche der Mündungsplatte 10 axial gegenüberliegt und um einen vorbestimmten axialen Abstand (die Plattenaufnahmekammer) von der Ventilsitzoberfläche der Düsenplatte 10 beabstandet ist. Die ringförmige Stufe des Düsenzylinders 8 bildet einen Ventilstopper, der eine weitere Bewegung der Steuerplatte 6 begrenzt, wenn die Steuerplatte 6 vollständig angehoben wird.
Der Ventilkörper 9 ist zusammen mit der Mündungsplatte 10 zwischen der Oberfläche für engen Kontakt des Düsenkörpers 2 und der Oberfläche für engen Kontakt des Injektorkörpers 4 eingeklemmt.
Ferner ist das Hochdruckströmungskanalloch 32 in dem Ventilkörper 9 ausgebildet und stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 31 des Injektorkörpers 4 und dem Hochdruckströmungskanalloch 33 der Mündungsplatte 10 her. Ferner ist die Steuerventilkammer 13 in dem Ventilkörper 9 ausgebildet und nimmt das Steuerventil 11 und die Ventilfeder 12 in beweglicher Weise auf. Ferner ist ein Durchgangslock 58 in dem Ventilkörper 9 ausgebildet. Das Durchgangsloch 58 erstreckt sich in einer Plattendickenrichtung des Ventilkörpers 9 linear durch den Ventilkörper 9 und stellt eine Verbindung zwischen der Federaufnahmekammer 55 des Injektorkörpers 4 durch den Niederdruckanschluss 16 zu der Steuerventilkammer 13 her. Ferner ist in dem Ventilkörper 9 der Verbindungsanschluss 19 ausgebildet, der immer eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 herstellt.
Die Steuerventilkammer 13 ist eine ausgenommene Nut, die eine Öffnung an einer unteren Endoberfläche des Ventilkörpers 9 aufweist, die an der unteren Seite des Ventilkörpers 9 in der Zeichnung positioniert ist, und die Steuerventilkammer 13 erstreckt sich von dieser Öffnung zu einer Tiefenseite.
Die Ventilsitzoberfläche (ein Ventilsitz) 59, der zu der Strömungskanallücke 48 freiliegt, ist in der Mündungsplatte 10 ausgebildet. Die Steuerplatte 6 ist auf der Ventilsitzoberfläche 59 aufsetzbar und von dieser abhebbar.
Das Hochdruckströmungskanalloch 33, das eine Verbindung zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 32 des Ventilkörpers 9 und dem Kraftstoffströmungskanal 34 des Düsenkörpers 2 herstellt, ist in der Mündungsplatte 10 ausgebildet. Das gemeinsame Strömungskanalloch 45 erstreckt sich in der Plattendickenrichtung der Mündungsplatte 10 entlang der Mittelachse der Mündungsplatte 10 linear durch die Mündungsplatte 10. Ferner sind das Hochdruckströmungskanalloch 42, das Einlassmündungsloch 43 und der Hochdruckanschluss 18, der eine Verbindung zwischen dem Hochdruckverbindungskanal 41 und der Steuerventilkammer 13 herstellt, in der Mündungsplatte 10 ausgebildet.
Ein stromaufwärts liegendes Ende des Hochdruckströmungskanallochs 42 ist zu der unteren Endoberfläche der Mündungsplatte 10 geöffnet, die in den Zeichnungen an der unteren Seite der Öffnungsplatte 10 angeordnet ist. Ein strömungsabwärts liegendes Ende des Hochdruckanschlusses 18 ist an einer oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10 geöffnet, die in den Zeichnungen an der oberen Seite der Mündungsplatte 10 angeordnet ist. Ferner sind ein strömungsaufwärts liegendes Ende und ein strömungsabwärts liegendes Ende des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 an der oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10 geöffnet und mit der Steuerventilkammer 13 verbunden. Ferner ist das strömungsabwärts liegende Ende oder das strömungsaufwärts liegende Ende des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 an der unteren Endoberfläche (der Ventilsitzoberfläche 59) der Mündungsplatte 10, die in den Zeichnungen an der unteren Seite der Mündungsplatte 10 angeordnet ist, geöffnet und ist mit der Strömungskanallücke 48 oder dem Auslassmündungsloch 52 verbunden.
Als nächstes werden Einzelheiten des Stellglieds 3 mit Bezug auf die 1 bis 3 kurz beschrieben.
Das Stellglied 3 umfasst einen piezoelektrischen Stapel, eine isolierende Hülse und zwei isolierende Tafeln. Der piezoelektrische Stapel umfasst eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen, die durch Laden und Entladen einer elektrischen Ladung ausdehnbar und kontrahierbar sind, und sie sind nacheinander in der axialen Richtung gestapelt. Die isolierende Hülse ist rohrförmig ausgestaltet und schützt den piezoelektrischen Stapel. Die isolierenden Tafeln sind an zwei axialen Enden des piezoelektrischen Stapels vorgesehen. Das Stellglied 3 ist derart aufgebaut, dass ein piezoelektrisches Ansteuersignal (eine piezoelektrische Spannung oder ein piezoelektrischer Strom) von einer piezoelektrischen Ansteuerschaltung (EDU nicht dargestellt) zwischen den zwei piezoelektrischen Zuleitungsanschlussklemmen angelegt wird.
Wenn an dem Stellglied 3 die Spannung von der EDU an dem piezoelektrischen Stapel in Reaktion auf einen Einspritzventilöffnungsansteuerbefehl (ein Einspritzstartbefehl) angelegt wird (Erregung EIN), das von der ECU zu der EDU ausgegeben wird, wird der piezoelektrische Stapel elektrisch geladen. Wenn ferner an dem Stellglied 3 das Anlegen der Spannung von der EDU an dem piezoelektrischen Stapel in Reaktion auf einen Einspritzventilschließansteuerbefehl (einen Einspritzendbefehl) gestoppt wird (Erregung AUS), der von der ECU an die EDU ausgegeben wird, wird der piezoelektrische Stapel elektrisch entladen.
Hierbei ist in dem Injektor, der den piezoelektrischen Stapel umfasst, der Versetzungsverstärkungsmechanismus zwischen dem Stellglied 3 und dem Steuerventil 11 vorgesehen, um eine Knappheit des Betrags der Versetzung (der Betrag der Ausdehnung) des piezoelektrischen Stapels in Bezug zu der Antriebskraft des piezoelektrischen Stapels zu ergänzen. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus verstärkt die Ausdehnung des Stellglieds 3 in Übereinstimmung mit einem Druckaufnahmeoberflächenverhältnis zwischen dem Piezokolben 21 und dem Ventilkolben 22.
Der Versetzungsverstärkungsmechanismus umfasst den Piezokolben (einen Kolben mit großem Durchmesser) 21, den Ventilkolben (ein Kolben mit kleinem Durchmesser) 22, und die öldichte Kammer 23. Der Piezokolben 21 wird gemeinsam als ein Teil mit dem Stellglied 3 bewegt, wenn der Piezokolben 21 die Ausdehnungs-/Kontraktionsversetzung (eine Kraft der Ausdehnung oder eine Kraft der Kontraktion) des Stellglieds 3 aufnimmt. Der Ventilkolben 23 ist in der Weise mit dem Steuerventil 11 verbunden, dass eine Hin- und Her-Bewegung des Steuerventils 11 und des Ventilkolbens 22 ermöglicht wird. Die öldichte Kammer 23 ist mit dem Hydrauliköl (dem Kraftstoff) gefüllt. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus ist derart aufgebaut, dass der Ventilkolben 22 das Steuerventil 11 indirekt in einer Richtung antreibt, die im Allgemeinen dieselbe wie die Versetzungsrichtung des Stellglieds 3 ist.
Der Versetzungsverstärkungsmechanismus umfasst Antriebskraftübertragungselemente 61, 62, eine Piezofeder 63, einen Kolbenzylinder 64 und ein Versetzungsübertragungselement (nachstehend ebenso als ein Versetzungsübertragungsbolzen bezeichnet) 65. Die Antriebskraftübertragungselemente 61, 62 übertragen die Ausdehnung des Stellglieds 3 auf den Piezokolben 21. Die Piezofeder 63 besteht aus einer dünnen Metallplatte, die eine Mehrzahl von Schlitzlöchern aufweist und rohrförmig ausgebildet ist. Der Kolbenzylinder 64 stützt den Piezokolben 21 und den Ventilkolben 22 hin- und herbewegbar und gleitfähig. Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 überträgt die Versetzung des Ventilkolbens 22 auf das Steuerventil 11, um das Steuerventil 11 von einer Niederdrucksitz-(Zustands)-Seite, auf der das Steuerventil 11 auf der Niederdrucksitzoberfläche 17 aufsitzt, zu einer Hochdrucksitz-(Zustands)-Seite, auf der das Steuerventil 11 auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsitzt, anzutreiben.
Der Versetzungsverstärkungsmechanismus ist derart aufgebaut, dass, wenn der Kraftstoffdruck (der Öldruck) in der öldichten Kammer 23 durch die Ausdehnung des Stellglieds 3 erhöht wird, die Versetzung des Stellglieds 3 und des Piezokolbens 21 verstärkt wird (die Antriebskraft verringert wird) und auf den Ventilkolben 22 übertragen wird, um das Steuerventil 11 um diese Versetzung des Ventilkolbens 22 zu verschieben.
Der Piezokolben 21 wird entlang der Antriebskraftübertragungselemente 61, 62 zu einer axialen Seite (der entfernten Endseite) des Piezoaufnahmelochs angetrieben, wenn das Stellglied 3 erregt wird (EIN). Der Piezokolben 21 umfasst einen gleitfähigen Kolbenabschnitt, der in Bezug zu einer Lochwandoberfläche des Führungslochs (einem Zylinderloch mit großem Durchmesser) des Kolbenzylinders 64 hin- und herbewegbar und gleitfähig ist. Eine untere Endoberfläche des Kolbens, der an der unteren Seite des gleitfähigen Kolbenabschnitts in den Zeichnungen angeordnet ist, bildet eine piezoseitige Druckaufnahmefläche, die ringförmig ausgestaltet ist und eine piezoseitige Druckaufnahmefläche, die ringförmig ausgestaltet ist und den Öldruck der öldichten Kammer 23 aufnimmt.
Wenn das Stellglied 3 erregt wird (EIN), wird der Ventilkolben 22 zu der axialen entfernten Endseite des Piezoaufnahmelochs angetrieben. Der Ventilkolben 22 umfasst einen gleitfähigen Kolbenabschnitt, einen Kolbenschaftabschnitt und einen Flankenabschnitt 66. Der gleitfähige Kolbenabschnitt des Ventilkolbens 22 ist in Bezug zu einer Lochwandoberfläche des Führungslochs (einem Zylinderloch mit kleinem Durchmesser) des Kolbenzylinders 64 hin- und herbewegbar und gleitfähig. Der Kolbenschaftabschnitt erstreckt sich von dem gleitfähigen Kolbenabschnitt zu der einen Endseite. Der Flankenabschnitt 66 ist in einer Ringform ausgestaltet und ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des entfernten Endteils des Kolbenschaftabschnitts ausgebildet. Eine obere Endoberfläche des gleitfähigen Kolbenabschnitts ist an der oberen Seite des gleitfähigen Kolbenabschnitts in den Zeichnungen angeordnet und bildet eine ventilseitige Druckaufnahmeoberfläche, die ringförmig ausgestaltet ist und den Öldruck der öldichten Kammer 23 aufnimmt.
Eine Druckaufnahmeoberflächen-Fläche des Ventilkolbens 22 ist kleiner als eine Druckaufnahmeoberflächen-Fläche des Piezokolbens 21.
Die öldichte Kammer 23 ist ein ringförmiger Raum, der durch die piezoseitige Druckaufnahmeoberfläche des Piezokolbens 21, die ventilseitige Druckaufnahmeoberfläche des Ventilkolbens 22 und die innere Umfangsoberfläche des Kolbenzylinders 64 umgeben ist.
Die Ventilkolbenfeder 24 ist eine Spiralfeder, die eine Beaufschlagungskraft (Fsp) erzeugt, die den Ventilkolben 22 in einer Ventilöffnungsrichtung des Steuerventils 11 (einer Richtung hinweg von der Niederdrucksitzoberfläche 15) beaufschlagt. Die Ventilkolbenfeder ist eine Kompressionsspiralfeder, die in einem axial komprimierten Zustand zwischen einem Federsitzabschnitt, der an einer tiefen Seite der Federaufnahmekammer 55 ausgebildet ist, und dem Flankenabschnitt 66 (dem Federsitzabschnitt) des Ventilkolbens 22 positioniert ist. Die Ventilkolbenfeder 24 ist in der Federaufnahmekammer 55 aufgenommen.
Die Piezofeder 63 ist eine geschlitzte Feder, die zwischen einem äußeren umfänglich hervorstehenden Abschnitt 67 des Kolbenzylinders 64 und einem ringförmigen Ringelement 68, das an dem Kolbenzylinder 64 fixiert ist, positioniert ist, und die Piezofeder 63 bringt eine Vorspannungslast an dem piezoelektrischen Stapel auf. Die Piezofeder 63 ist in dem Niederdruckströmungskanal 57 des Injektorkörpers 4 positioniert.
Die radialen Verbindungslöcher 56, die eine Verbindung zwischen einer Innenseite und einer Außenseite der zylindrischen rohrförmigen Wand des Piezokolbens 21 herstellen, sind in dem Kolbenzylinder 64 ausgebildet, um einen Hydraulikölzuführkanal von der Außenseite der zylindrischen rohrförmigen Wand des Piezokolbens 21 in die Federaufnahmekammer 55 bereitzustellen, um ein Anhaften zu begrenzen, das durch eine Volumenänderung (ein Atmen bzw. Pulsieren) der Federaufnahmekammer 55, welche die untere Endseite des Ventilkolbens 22 und die Ventilkolbenfeder 24 aufnimmt, zu der Zeit, zu der die Ausdehnungs-/Kontraktionsversetzung des Stellglieds 3 auftritt, verursacht wird. Insbesondere sind die radialen Verbindungslöcher 56 mit dem Niederdruckströmungskanal 57 verbunden. Der Niederdruckströmungskanal 57 ist mit dem Auslassanschluss des Injektorkörpers 4 verbunden.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 ist in einer im Allgemeinen zylindrischen Form ausgestaltet und derart positioniert, dass er sich durch das Durchgangsloch 58 des Ventilkörpers 9 erstreckt. Eine obere Endseite des Versetzungsübertragungsbolzens 65, die in den Zeichnungen an der oberen Seite des Versetzungsübertragungsbolzens 65 angeordnet ist, erstreckt sich von einer oberen Endoberfläche des Ventilkörpers 9, die in den Zeichnungen an der oberen Seite des Ventilkörpers 9 angeordnet ist, in die Federaufnahmekammer 55, und eine obere Endoberfläche (nicht dargestellt) des Versetzungsübertragungsbolzens 65 steht direkt mit der entfernten Endoberfläche des Flankenabschnitts 66 des Ventilkolbens 22 in Kontakt. Ferner erstreckt sich eine untere Endseite des Versetzungsübertragungsbolzens 65, die in den Zeichnungen an der unteren Seite des Versetzungsübertragungsbolzens 65 angeordnet ist, in die Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9, und eine untere Endoberfläche des Versetzungsübertragungsbolzens 65 steht direkt mit einer Bodenoberfläche einer ausgenommenen Nut des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 in Kontakt.
Ferner überträgt der Versetzungsübertragungsbolzen 65 die Versetzung des Ventilkolbens 22 in der Ventilöffnungsrichtung, d. h. die Antriebskraft des Versetzungsverstärkungsmechanismus in der axialen Richtung des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100, und der Versetzungsübertragungsbolzen 65 überträgt die Beaufschlagungskraft der Ventilkolbenfeder 24, die an dem Flankenabschnitt 66 des Ventilkolbens 22 und an dem Steuerventil 11 aufgebracht wird. Das heißt, der Ventilkolben 22 öffnet das Steuerventil 11 unter Kraftaufwendung durch den Versetzungsübertragungsbolzen 65.
Als Nächstes werden Einzelheiten der Steuerventilvorrichtung 100 mit dem Dreiwegeventilaufbau gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
Die Steuerventilvorrichtung 100 umfasst das Steuerventil 11 und die Ventilfeder 12 (und kann zusätzlich den Ventilkörper 9 umfassen). Das Steuerventil 11 wird durch den Ventilkolben 22 durch den Versetzungsübertragungsbolzen 65 unter Kraftaufwendung angetrieben, um die Ventilöffnungsbewegung durchzuführen. Die Ventilfeder 12 beaufschlagt das Steuerventil 11 in einer Ventilschließrichtung des Steuerventils 11, die eine Richtung zu der Niederdrucksitzoberfläche 15 ist. Die Steuervorrichtung 100 ist in der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 in der Weise aufgenommen, dass die Hin- und Her-Bewegung des Steuerventils 11 ermöglicht wird.
Das Steuerventil 11 ist ein Ventilelement, das zwischen einem Niederdruckdichtungszustand (d. h. einem Zustand des Steuerventils 11, bei dem das Steuerventil 11 auf der Niederdrucksitzseite positioniert ist, und dadurch auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsitzt) und einem Hochdruckdichtungszustand (d. h. einem Zustand des Steuerventils 11, bei dem das Steuerventil 11 auf einer Hochdrucksitzseite positioniert ist und dabei auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsitzt) in einer Hin- und Her-Bewegungsrichtung (einer Verschiebungsrichtung) des Steuerventils 11 wahlweise verschiebbar ist. In dem Niederdruckdichtungszustand ermöglicht das Steuerventil 11 eine Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss 18 und dem Verbindungsanschluss 19 und sperrt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss 16 und dem Verbindungsanschluss 19. In dem Hochdruckdichtungszustand ermöglicht das Steuerventil 11 die Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss 16 und dem Verbindungsanschluss 19 und sperrt die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss 18 und dem Verbindungsanschluss 19.
Das Steuerventil 11 umfasst den niederdruckseitigen Ventilabschnitt (ein erstes Ventilelement) 71, den hochdruckseitigen Ventilabschnitt (ein zweites Ventilelement) 72, einen Flankenabschnitt (einen Abschnitt mit großen Durchmesser) 74 und einen Ventilschaftabschnitt (einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser) 75. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 ist auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 des Ventilkörpers 9 aufsetzbar und von dieser abhebbar, um den Niederdruckanschluss 16 zu schließen und zu öffnen. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 ist auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 der Mündungsplatte 10 aufsetzbar und von dieser abhebbar, um den Hochdruckanschluss 18 zu schließen und zu öffnen. Der Flankenabschnitt 74 ist an einer hinteren Oberflächenseite (der unteren Seite in den Zeichnungen) des niederdruckseitigen Ventilabschnitts 71 vorgesehen und dient als eine Aufbringungsoberfläche, gegen welche die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 aufgebracht wird. Der Ventilschaftabschnitt 75 steht von der hinteren Oberflächenseite (der unteren Seite in den Zeichnungen) des Flankenabschnitts 74 hervor und weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als ein äußerer Durchmesser des Flankenabschnitts 74 ist.
Ein Gleitteil (Oberfläche), das in Bezug zu einer Lochwandoberfläche eines Führungslochs (eines Zylinderlochs) des Ventilkörpers 9 hin- und herbewegbar und gleitfähig ist, kann in einer äußeren Umfangsoberfläche des Flankenabschnitts 74 ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein Führungsloch (ein Zylinderloch), welches das Gleitteil des Flankenabschnitts 74 hin- und herbewegbar und gleitfähig stützt, in einer Wandoberfläche des Ventilkörpers 9 ausgebildet.
Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 weist eine Niederdruckdichtungsoberfläche auf, die eine ebene Oberflächenform ist (oder eine hervorstehende gekrümmte Oberflächenform, wie eine teilweise sphärische Form) und ist auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsetzbar. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 steht von einer Mitte des Flankenabschnitts 74 zu der oberen Seite der Zeichnungen hervor.
Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 weist eine Hochdruckdichtungsoberfläche auf, die eine ebene Oberflächenform ist und auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsetzbar ist.
Die Niederdruckdichtungsoberfläche des niederdruckseitigen Ventilabschnitts 71 ist an einer Endoberfläche (einer oberen Endoberfläche in den Zeichnungen) des Ventilschaftabschnitts 75 ausgebildet, die in einer axialen Richtung (der Hin- und Her-Bewegungsrichtung) an einer Seite des Ventilschaftabschnitts 75 angeordnet ist. Ferner ist die Hochdruckdichtungsoberfläche des hochdruckseitigen Ventilabschnitt 72 in der anderen Endoberfläche (einer unteren Endoberfläche in den Zeichnungen) des Ventilschaftabschnitts 75 ausgebildet, die in der axialen Richtung (der Hin- und Her-Bewegungsrichtung) auf der anderen Seite angeordnet ist.
Die Niederdrucksitzoberfläche 15 liegt der Hochdrucksitzoberfläche 17 axial gegenüber und ist um einen vorbestimmten axialen Abstand (eine Höhe der Steuerventilkammer 13) von der Hochdrucksitzoberfläche 17 beabstandet.
Die Ventilfeder 12 ist in der Steuerventilkammer 13 in einer Weise aufgenommen, die eine Hin- und Her-Bewegung (Ausdehnung und Kontraktion) der Ventilfeder 12 ermöglicht. Die Ventilfeder 12 ist ein Ventilbeaufschlagungsmittel (ein Spannelement), das eine Beaufschlagungskraft (Fsp) erzeugt, die das Steuerventil 11 in einer Richtung zum Verschieben des Steuerventils 11 von der Hochdrucksitz(Zustands)Seite zu der Niedersitz(Zustands)Seite beaufschlagt.
Ferner ist die Ventilfeder 12 eine Kompressionsspiralfeder, die in einem axial komprimierten Zustand zwischen einem Federsitzabschnitt, der an einer tiefen Seite der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 ausgebildet ist, und dem Flankenabschnitt 74 (dem Federsitzabschnitt) des Steuerventils 11 positioniert ist.
Das Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 wird unter Kraftaufwendung angetrieben, um die Verschiebungsbewegung (die Ventilöffnungsbewegung) des Steuerventils 11 von der Niederdrucksitzseite zu der Hochdrucksitzseite durch den Ventilkolben 22 durchzuführen, der durch eine Ausdehnung des Stellglieds 3 zu der Zeit der Erregung des Stellglieds 3 angetrieben wird.
Dabei wird der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 von der Niederdrucksitzoberfläche 15 angehoben, um den Niederdruckanschluss 16 zu öffnen, und der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 wird auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufgesetzt, um den Hochdruckanschluss 18 zu schließen. Dabei fließt der Kraftstoff in der Druckkammer 14 durch das Strömungskanalloch 51, das Auslassmündungsloch 52, das gemeinsame Strömungskanalloch 45, den Verbindungsanschluss 19 und die Steuerventilkammer 13 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems aus. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck der Kraftstoffsteuerkammer 14 schnell verringert. Wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 auf einen Nadelventilöffnungsdruck (Po) zunimmt, beginnt die Nadel 1 die Ventilöffnungsbewegung. Dadurch wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff durch die Einspritzlöcher 27 in die Brennkammer des Zylinders der Maschine eingespritzt.
Ferner wird das Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 angetrieben, um die Verschiebungsbewegung (Ventilschließbewegung) von der Hochdrucksitzseite zu der Niederdrucksitzseite durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 zu der Zeit des Stoppens der Erregung des Stellglieds 3 durchzuführen.
Dabei wird der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufgesetzt, um den Niederdruckanschluss 16 zu schließen, und der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 wird von der Hochdrucksitzoberfläche 17 abgehoben, um den Hochdruckanschluss 18 zu öffnen. Somit wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff von dem Hochdruckanschluss 18 durch die Steuerventilkammer 13, den Verbindungsanschluss 19, das gemeinsame Strömungskanalloch 45, die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 an der Drucksteuerkammer 14 zugeführt. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 schnell erhöht. Wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 erhöht wird und einen Nadelventilschließdruck (Pc) wieder einnimmt, beginnt die Nadel 1 die Ventilschließbewegung. Dadurch wird die Einspritzung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus den Einspritzlöchern 27 in die Brennkammer des Zylinders der Maschine beendet.
Als Nächstes werden Einzelheiten der Steuerplatte 6 mit Bezug auf die Zeichnungen 1 bis 3 kurz beschrieben.
Hierbei umfasst der Injektor der vorliegenden Ausführungsform eine erste Einlassstrecke (FL1), eine zweite Einlassstrecke und die Steuerplatte 6. Die erste Einlassstrecke (FL1) ist eine Strömungsstrecke des Kraftstoffs, entlang welcher der unter Hochdruck stehende Kraftstoff von dem Einlassmündungsloch 43 durch den Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13, den Verbindungsanschluss 19, das gemeinsame Strömungskanalloch 45, die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 an der Drucksteuerkammer 14 zugeführt wird. Die zweite Einlassstrecke ist eine Strömungsstrecke des Kraftstoffs, entlang welcher der unter Hochdruck stehende Kraftstoff von dem Einlassmündungsloch 38 durch die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 an der Drucksteuerkammer 14 zugeführt wird, während der Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13, der Verbindungsanschluss 19 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 umgangen werden. Die Steuerplatte 6 ist von einem druckbetätigten Typ und ist zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Steuerplatte 6 die zweite Einlassstrecke öffnet (teilweise das Einlassmündungsloch 38), und einer vollständig geschlossenen Position, in der die Steuerplatte 6 die zweite Einlassstrecke schließt (teilweise das Einlassmündungsloch 38) versetzbar ist.
Das Einlassmündungsloch 38 ist strömungsaufwärts von der Drucksteuerkammer 14 und der Strömungskanallücke 48 in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs angeordnet. Das Einlassmündungsloch 38 ist entlang der zweiten Einlassstrecke positioniert und ist zu der Steuerventilkammer 13 und dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 parallel.
Das Einlassmündungsloch 43 ist in Richtung des Kraftstoffs strömungsaufwärts von der Steuerventilkammer 13, der Drucksteuerkammer 14 und einer Strömungskanallücke 48 positioniert. Ferner ist das Einlassmündungsloch 43 entlang der ersten Einlassstrecke positioniert und ist in Bezug zu der Steuerventilkammer 13 und einem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 in Reihe angeordnet.
Die Steuerplatte 6 und die Steuerplattenfeder 7 bilden eine Öffnungs- und Schließventilvorrichtung 200. Die Steuerplatte 6 ist ein Plattenventil, das in einer ebenen Plattenform ausgestaltet ist, und weist eine vorbestimmte Plattendicke auf. Die Steuerplatte 6 dient als ein Zwei-Positionen-Schaltventil. Insbesondere schaltet die Steuerplatte 6 eine innere Kraftstoffstrecke des Injektors zu der Zeit des Abführens des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 14 zu dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 auf eine erste Kraftstoffstrecke um, und schaltet die innere Kraftstoffstrecke des Injektors zu der Zeit der Einleitung des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 an der Drucksteuerkammer 14 auf eine zweite Kraftstoffstrecke um.
Die erste Kraftstoffstrecke ist eine Kraftstoffauslassstrecke, entlang welcher der Kraftstoff aus der Drucksteuerkammer 14 durch das Strömungskanalloch 51 und das Auslassmündungsloch 52 zu dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 abgeführt wird. Die zweite Kraftstoffstrecke ist eine Kraftstoffeinlassstrecke, entlang welcher der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 durch die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 an der Drucksteuerkammer 14 eingeleitet wird, während das Strömungskanalloch 51 und das Auslassmündungsloch 52 umgangen werden.
Die Steuerplatte 6 ist in einem oberen Abschnitt (einem Raum, der als die Plattenaufnahmekammer bezeichnet wird, und der zwischen der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 und einer ringförmigen Stufe des Düsenzylinders 8 ausgebildet ist) der Drucksteuerkammer 14 in hin- und herbewegbarer Weise aufgenommen. Die Steuerplatte 6 ist ein Schwimmerventil (Platte), das in der axialen Richtung (der oben-nach-unten Richtung in den Zeichnungen) des Injektors in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der oberen Seite und der unteren Seite der Steuerplatte 6, d. h. einer Druckdifferenz zwischen einem Kraftstoffdruck (einem Druck der oberen Seite) des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 (oder der Strömungskanallücke 48) und einem Kraftstoffdruck (einem Druck der unteren Seite) der Drucksteuerkammer 14 hin und her bewegt wird.
Eine ventilöffnungsseitige Druckaufnahmeoberfläche ist in einer oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6, die in den Zeichnungen an der oberen Seite der Steuerplatte 6 angeordnet ist, ausgebildet, und liegt der Ventilsitzoberfläche 59 gegenüber. Die ventilöffnungsseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerplatte 6 steht in engem Kontakt mit der Ventilsitzoberfläche 59 oder ist durch die Strömungskanallücke (vorbestimmte Lücke) 48 von der Ventilsitzoberfläche 59 beabstandet. Die ventilöffnungsseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerplatte 6 nimmt den Kraftstoffdruck des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 (oder der Strömungskanallücke 48) auf. Eine ventilschließseitige Druckaufnahmeoberfläche ist in einer unteren Endoberfläche der Steuerplatte 6, die in den Zeichnungen an der unteren Seite der Steuerplatte 6 angeordnet ist, ausgebildet. Die ventilschließseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerplatte 6 liegt zu der Drucksteuerkammer 14 frei und nimmt den Druck des Kraftstoffs in der Drucksteuerkammer 14 auf. Das Strömungskanalloch 51 und das Auslassmündungsloch 52 sind derart ausgestaltet, dass sie sich entlang der Mittelachse der Steuerplatte 6 durch die Steuerplatte 6 erstrecken.
Das Strömungskanalloch 51 ist in der unteren Endoberfläche der Steuerplatte 6 geöffnet. Das Auslassmündungsloch 52 ist in der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 geöffnet.
Die Strömungskanallücke 48 ist ein volumenvariabler Raum, der zwischen der ventilöffnungsseitigen Oberfläche der Steuerplatte 6 und der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 ausgebildet ist. Der Kraftstoffdruck, der in die Strömungskanallücke 48 eingeleitet wird, ist ein Ventilöffnungsöldruck (FO), der als die Beaufschlagungskraft dient, welche die Steuerplatte 6 in der Ventilöffnungsrichtung der Steuerplatte 6 beaufschlagt.
Die Steuerplattenfeder 7 ist in der Drucksteuerkammer 14 mit der Steuerplatte 6 aufgenommen. Die Steuerplattenfeder 7 ist ein Spannelement, das eine Beaufschlagungskraft (eine Spannkraft, eine Federvorspannungslast) erzeugt, welche die Platte 6 in der Ventilschließrichtung der Steuerplatte 6 beaufschlagt.
Die Steuerplattenfeder 7 ist eine Kompressionsspiralfeder, die in einem axial komprimierten Zustand zwischen der ventilschließseitigen Druckaufnahmeoberfläche (dem Federsitzabschnitt) der Steuerplatte 6 und der Bodenoberfläche (dem Federsitzabschnitt), die an einer Tiefenseite der ausgenommenen Nut der Nadel 1 angeordnet ist, positioniert.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerplatte 6 von der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 in einem Fall abgehoben, bei dem der Ventilöffnungsöldruck (FU), der durch die ventilöffnungsseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerplatte 6 aufgenommen wird, größer als eine Summe ist aus einem Ventilschließöldruck (FL), der durch die ventilschließseitige Druckaufnahmefläche der Steuerplatte 6 aufgenommen wird, und einer Beaufschlagungskraft (Fsp) der Steuerplattenfeder 7 in der Ventilschließrichtung. Zu dieser Zeit ist die Strömungskanallücke 48, die den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff leiten kann, der aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 eingeleitet wird, zwischen der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 und der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 ausgebildet.
Bei dem Injektor wird in einem Fall, bei dem der Ventilöffnungsöldruck (FO), der durch die ventilöffnungsseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerkammer 6 aufgenommen wird, kleiner ist als die Summe aus dem Ventilschließöldruck (FL), der durch die ventilschließseitige Druckaufnahmeoberfläche der Steuerplatte 6 aufgenommen wird, und der Beaufschlagungskraft (Fsp) der Steuerplattenfeder 7 in der Ventilschließrichtung, die obere Endoberfläche (der Ventilabschnitt) der Steuerplatte 6 auf der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 aufgesetzt. Zu dieser Zeit stehen die Drucksteuerkammer 14 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 durch das Strömungskanalloch 51 und das Auslassmündungsloch 52 miteinander in Verbindung.
Nachstehend wird ein Betrieb des Injektors der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 3 kurz beschrieben.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform sind ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser, d. h. ein verringerter Lochdurchmesser) des Einlassmündungslochs 43 und ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser, d. h. ein verringerter Lochdurchmesser) des Auslassmündungsloch 52 derart eingestellt, dass eine Strömungsmenge (eine Einlassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Einlassmündungsloch 43 strömt, größer als eine Strömungsmenge (eine Auslassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs ist, der durch das Auslassmündungsloch 52 fließt. Auf diese Weise ist eine Geschwindigkeit der Druckzunahme des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 zu einer Niederdrucksitzzeit (d. h. einer Positionierungszeit des Steuerventils 11 auf der Niederdrucksitzseite) des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 höher (eine Steigung einer Steuerkammerdruckwellenform oder einer Einspritzratenwellenform ist steiler) als eine Geschwindigkeit der Druckabnahme des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 zu einer Hochdrucksitzzeit des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 (d. h. einer Positionierungszeit des Steuerventils 11 auf der Hochdrucksitzseite).
Die Lochdurchmesser (Drosselungslochdurchmesser) des Einlassmündungslochs 38 und des Einlassmündungslochs 43 sind derart eingestellt, dass eine Strömungsmenge (eine Haupteinlassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Einlassmündungsloch 38 fließt, größer als (oder größer oder gleich) eine Strömungsmenge (eine sekundäre Einlassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs ist, der durch das Einlassmündungsloch 43 fließt. Anderenfalls können die Lochdurchmesser (Drosselungslochdurchmesser) des Einlassmündungslochs 38 und des Einlassmündungslochs 43 derart eingestellt sein, dass die Strömungsmenge (die sekundäre Einlassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Einlassmündungsloch 43 fließt, größer als die Strömungsmenge (die Haupteinlassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs ist, der durch das Einlassmündungsloch 38 fließt. Mit anderen Worten kann die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch das Einlassmündungsloch 38 fließt, derart eingestellt sein, dass sie kleiner oder gleich der Strömungsmenge des Kraftstoffs ist, der durch das Einlassmündungsloch 43 fließt.
Wenn der Betrieb der Maschine gestartet wird, wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Hochdruckabschnitt des Kraftstoffsystems, wie der Zufuhrpumpe oder der Sammelleitung, durch eine Hochdruckleitung (eine Hochdruckkraftstoffzufuhrleitung) und dem Einlassanschluss des Injektorkörpers 4 in das Innere (den Hochdruckkraftstoffkanal) des Injektors eingeleitet.
Ein Abschnitt des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs, der in das Innere des Injektors eingeleitet wird, wird aus dem Einlassanschluss des Injektorkörpers 4 durch die Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33 und die Kraftstoffströmungskanäle 34, 35 der Kraftstoffschachtkammer 26 und dem Kraftstoffströmungskanal 36 zugeführt.
Eine Menge des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs, der durch die Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33 fließt, wird aus dem Abzweigungsabschnitt, der zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 32 und dem Hochdruckströmungskanalloch 33 angeordnet ist, abgezweigt, und wird durch das Hochdruckströmungskanalloch 37 und das Einlassmündungsloch 38 der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6, die in den Zeichnungen gezeigt ist, zugeführt.
Hierbei wird in einem Fall, bei dem die Spannung nicht an dem Piezostapel des Stellglieds 3 angelegt wird, und das Steuerventil 11 durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 zu der Niederdrucksitzseite beaufschlagt wird, um den Hochdruckanschluss 18 zu öffnen, eine Strömung des verbleibenden, unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs an dem Abzweigungsabschnitt (dem Hochdruckverbindungskanal 41) zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 32 und dem Hochdruckströmungskanalloch 33 abgezweigt und durch das Hochdruckströmungskanalloch 42, das Einlassmündungsloch 43, den Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13, den Verbindungsanschluss 19 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6, die in den Zeichnungen gezeigt ist, zugeführt.
Zu dieser Zeit schließt das Steuerventil 11 den Niederdruckanschluss 16, so dass das Abführen des Kraftstoffs aus der Drucksteuerkammer 14 durch den Niederdruckkraftstoffkanal zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems gestoppt wird. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck (der Ventilöffnungsöldruck: FO) des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 und der Strömungskanallücke 48 größer als die Summe aus dem Kraftstoffdruck (dem Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 und der Beaufschlagungskraft (der Ventilschließbeaufschlagungskraft: Fsp) der Steuerplattenfeder 7.
Dabei wird die Steuerplatte 6 von der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 abgehoben, so dass die vorbestimmte Strömungskanallücke 48 zwischen der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 und der Ventilsitzoberfläche 59 gebildet wird. Das heißt, die Steuerplatte 6 wird in der vollständig geöffneten Position positioniert, an der die Steuerplatte 6 die innere Kraftstoffstrecke des Injektors auf die zweite Kraftstoffstrecke umschaltet und die zweite Einlassstrecke (das Einlassmündungsloch 38) wird geöffnet.
Zu dieser Zeit wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der das Einlassmündungsloch 38 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 erreicht hat, aus dem Einlassmündungsloch 38 und dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 in die Strömungskanallücke 48 eingeleitet. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in die Strömungskanallücke eingeleitet wird, wird durch die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet, so dass der Kraftstoffdruck (der Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 erhöht wird.
Der Kraftstoffdruck (der Ventilöffnungsöldruck: FO) der Kraftstoffschachtkammer 26, der Kraftstoffdruck (der Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 und die Federvorspannungslast (die Ventilschließbeaufschlagungskraft: Fsp) der Nadelfeder 5 werden an der Nadel 1 aufgebracht, so dass ein Verhältnis von FO < FC + Fsp eingerichtet wird.
Demzufolge wird in dem Fall, bei dem die Spannung nicht an den piezoelektrischen Stapel des Stellglieds 3 angelegt wird, und das Steuerventil 11 durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 zu der Niederdrucksitzseite beaufschlagt wird, um den Niederdruckanschluss 16 zu schließen und den Hochdruckanschluss 18 zu öffnen (der Niederdrucksitzzustand des Steuerventils 11), der Ventilabschnitt der Nadel 1 auf der Nadelsitzoberfläche des Düsenkörpers 2 aufgesetzt, so dass ein zylindrischer Kraftstoffströmungskanal 36, der eine Verbindung zwischen der Kraftstoffschachtkammer 26 und den Einspritzlöchern 27 herstellt, gesperrt wird.
Somit hält der Injektor den Ventilschließzustand der Nadel 1 aufrecht, so dass keine Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer der Maschine durchgeführt wird.
In dem Zustand, bei dem der Kraftstoffdruck (der Ventilöffnungsöldruck: FO) des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 und der Strömungskanallücke 48 mit dem Kraftstoffdruck (dem Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 ausgeglichen ist, wird die Steuerplatte 6 in der Ventilschließrichtung bewegt, während sie in dem Führungsloch des Düsenzylinders 8 geführt wird und auf die Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 aufgesetzt wird, unabhängig davon, ob die Steuerplattenfeder 7 vorhanden ist. Auf diese Weise wird die Strömungskanallücke 48 zwischen der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 und der Ventilsitzoberfläche 59 beseitigt (oder minimiert). Das heißt die Steuerplatte 6 wird in die vollständig geschlossene Position positioniert, an der die Steuerplatte 6 die innere Kraftstoffstrecke des Injektors auf die erste Kraftstoffstrecke umschaltet und die zweite Einlassstrecke (das Einlassmündungsloch 38) schließt.
Wenn die Einspritzzeit des Injektors des Zylinders der Maschine erreicht ist, wird die Anlegung der Spannung an den piezoelektrischen Stapel des Stellglieds 3 in Reaktion auf einen Einspritzventilöffnungsantriebsbefehl, der von der ECU ausgegeben wird, gestartet. Dabei wird die elektrische Spannung an den piezoelektrischen Stapel geladen. Wenn die piezoelektrische Ladungsenergie einen vorbestimmten Wert erreicht, beginnt eine Ausdehnung des piezoelektrischen Stapels zu der einen axialen Seite. In Reaktion hierauf wird der Piezokolben 21 durch die Antriebskraftübertragungselemente 61, 62 zu der einen axialen Seite angetrieben.
Wenn sich der piezoelektrische Stapel des Stellglieds 3 auf diese Weise ausdehnt, wird ein Volumen der öldichten Kammer 23 verringert, und dabei wird der Kraftstoffdruck (der Öldruck) in der öldichten Kammer 23 erhöht. Wenn der Öldruck der öldichten Kammer 23 erhöht wird, wird der Ventilkolben 22 in der Richtung bewegt, die im Allgemeinen dieselbe wie die Versetzungsrichtung des Stellglieds 3 ist, d. h. in der Ventilöffnungsrichtung des Steuerventils 11, während die Bewegung des Ventilkolbens 22 durch die Beaufschlagungskraft der Ventilkolbenfeder 24 unterstützt wird.
Da der Versetzungsübertragungsbolzen 65 mit dem entfernten Ende des Ventilkolbens 22 in Kontakt tritt, drückt der Versetzungsübertragungsbolzen 65 in Reaktion auf die Bewegung (Versetzung) des Ventilkolbens 22 das Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 nach unten.
Daher wird das Steuerventil 11 unter Kraftaufwendung angetrieben, um die Ventilöffnungsbewegung durchzuführen, so dass der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 von der Niederdrucksitzoberfläche 15 abgehoben wird, und der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 des Steuerventils 11 auf die Hochdrucksitzoberfläche 17 aufgesetzt wird. Auf diese Weise wird der Niederdruckanschluss 16 geöffnet und der Hochdruckanschluss 18 geschlossen.
Da zu dieser Zeit die Steuerplatte 6 den vollständig geschlossenen Zustand (die vollständig geschlossene Position) aufrechterhält, wird der Kraftstoff in der Drucksteuerkammer 14 durch das Strömungskanalloch 51 und das Auslassmündungsloch 52, die entlang der Mittelachse der Steuerplatte 6 ausgebildet sind, an dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 der Mündungsplatte 10 zugeführt.
Danach fließt der Kraftstoff, der dem gemeinsamen Strömungskanalloch 51 zugeführt wird, in die Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9. Anschließend fließt der Kraftstoff, der in die Steuerventilkammer 13 fließt, von dem Niederdruckanschluss 16 zu dem Niederdruckströmungskanalloch 54.
Danach fließt der Kraftstoff, der dem Niederdruckströmungskanalloch 54 zugeführt wird, aus dem Auslassanschluss durch die Federaufnahmekammer 55, die radialen Verbindungslöcher 56 und den Niederdruckströmungskanal 57 zur Außenseite des Injektors und läuft zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems ab.
Wenn anschließend ein Verhältnis von FO < FC + Fsp erfüllt ist, wird der Kraftstoffdruck (der Ventilöffnungsöldruck: FO) der Kraftstoffschachtkammer 26 größer als eine Summe des Kraftstoffdrucks (des Ventilschließöldrucks: FC) der Drucksteuerkammer 14 und der Federvorspannungslast (der Ventilschließbeaufschlagungskraft: Fsp) der Nadelfeder 5. Das heißt, wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 auf den Nadelventilöffnungsdruck (Po) verringert wird, beginnt die Aufwärtsbewegung (die Abhebungsbewegung) der Nadel 1 durch den Kraftstoffdruck der Kraftstoffschachtkammer 26.
Demzufolge wird die Nadel 1 von der Nadelsitzoberfläche abgehoben, wodurch die Nadel in den Ventilöffnungszustand positioniert wird. Somit wird die Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzlöchern 27 in die Brennkammer der Maschine gestartet.
Wenn danach, nach einem Ablauf einer Ventilöffnungsdauer des Injektors (einer befohlenen Einspritzdauer, die durch die ECU basierend auf einer Kraftstoffeinspritzmenge und einem befohlenen Einspritzdruck berechnet wird, und wobei die befohlene Einspritzdauer einer Erregungsdauer des Stellglieds 3 entspricht) ab der Einspritzzeit, eine Kraftstoffeinspritzendzeit erreicht ist, wird ein Einspritzventilschließantriebsbefehl von der ECU ausgegeben.
Wenn das Anlegen der Spannung von der EDU an den piezoelektrischen Stapel in Reaktion auf den Einspritzventilschließantriebsbefehl gestoppt wird, wird die elektrische Ladung von dem piezoelektrischen Stapel entladen. Dabei wird der piezoelektrische Stapel kontrahiert und der Piezokolben 21 und die Antriebskraftübertragungselemente 61, 62 werden durch die Beaufschlagungskraft der Piezofeder 63 zurückgerichtet beaufschlagt.
Ferner kehrt bei dem Injektor der Piezokolben 21 in seine Anfangsposition zurück, wenn sich das Stellglied 3 kontrahiert. Daher wird das Volumen der öldichten Kammer 23 erhöht und dadurch nimmt der Öldruck in der öldichten Kammer 23 ab (fällt ab). Wenn der Öldruck der öldichten Kammer 23 verringert wird, wird der Ventilkolben 22 gegen die Beaufschlagungskraft der Ventilkolbenfeder 24 in der Richtung, die im Allgemeinen dieselbe wie die Versetzungsrichtung des Stellglieds 3 ist, d. h. in der Ventilschließrichtung des Steuerventils 11, bewegt. Das heißt, in Reaktion auf die Abnahme des Öldrucks der öldichten Kammer 23 werden das Steuerventil 11, der Ventilkolben 22 und der Versetzungsübertragungsbolzen 65 durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 rückwärts gerichtet beaufschlagt bzw. gedrängt (nach oben gedrängt).
Somit wird der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufgesetzt und der Hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 des Steuerventils 11 wird von der Hochdrucksitzoberfläche 17 abgehoben. Auf diese Weise wird der Niederdruckanschluss 16 geschlossen und der Hochdruckanschluss 18 geöffnet.
Wie obenstehend beschrieben ist, wird in dem Fall, bei dem der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 den Niederdruckanschluss 16 schließt, das Abführen des Kraftstoffs aus der Drucksteuerkammer 14 durch die Steuerventilkammer 13 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems gestoppt.
Da zu dieser Zeit der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 des Steuerventils 11 den Hochdruckanschluss 18 öffnet, wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der aus den Hochdruckströmungskanallöchern 31 bis 33 von der Außenseite des Injektors zugeführt wird, durch den Hochdruckverbindungskanal 41, das Hochdruckströmungskanalloch 42, das Einlassmündungsloch 43, den Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 an der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 aufgebracht bzw. zugeführt wird. Ein Abschnitt des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs, der durch die Hochdruckströmungskanallöcher 31 bis 33 fließt, wird von dem Abzweigungsabschnitt, der zwischen dem Hochdruckströmungskanalloch 32 und dem Hochdruckströmungskanal 33 positioniert ist, abgezweigt, und wird durch das Hochdruckströmungskanal 37 und das Einlassmündungsloch 38 der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6, die in den Zeichnungen gezeigt ist, zugeführt.
Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck (der Ventilöffnungsöldruck: FO) des Einlassmündungslochs 38, des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 und der Strömungskanallücke 48 größer als die Summe aus dem Kraftstoffdruck (dem Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 und der Beaufschlagungskraft (der Ventilschließbeaufschlagungskraft: Fsp) der Steuerplattenfeder 7.
Dabei wird die Steuerplatte 6 von der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 abgehoben, so dass zwischen der oberen Endoberfläche der Steuerplatte 6 und der Ventilsitzoberfläche 59 die vorbestimmte Strömungskanallücke 48 gebildet wird. Das heißt, die Steuerplatte 6 wird in die vollständig geöffnete Position positioniert, an der die Steuerplatte 6 die innere Kraftstoffstrecke des Injektors auf die zweite Kraftstoffstrecke verschiebt und öffnet die zweite Einlassstrecke (das Einlassmündungsloch 38).
Zu dieser Zeit wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der das Einlassmündungsloch 38 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 erreicht hat, aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 an der Strömungskanallücke 48 eingeleitet. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der an der Strömungskanallücke 48 eingeleitet wird, wird durch die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 an der Drucksteuerkammer 14 eingeleitet, so dass der Kraftstoffdruck (der Ventilschließöldruck: FC) der Drucksteuerkammer 14 schnell wieder hergestellt wird.
Danach wird eine Druckdifferenz zwischen der oberen Seite und der unteren Seite der Nadel 1 verringert und das Verhältnis von FO < FC + Fsp wird eingerichtet. Das heißt, wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 auf den Nadelventilschließdruck (PC) wiederhergestellt ist, wird die Nadel 1 in der Ventilschließrichtung bewegt. Dadurch wird der Ventilabschnitt der Nadel 1 auf der Nadelsitzoberfläche des Düsenkörpers 2 aufgesetzt.
Somit wird der zylindrische Kraftstoffströmungskanal 36, der eine Verbindung zwischen der Kraftstoffschachtkammer 26 und den Einspritzlöchern 27 herstellt, gesperrt, so dass die Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzlöchern 27 des Injektors in die Brennkammer des Zylinders der Maschine beendet wird.
Nun werden vorteilhafte Vorteile der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie obenstehend diskutiert ist, wird bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform in dem Zustand, bei dem das Steuerventil 11 durch die Antriebskraft des Stellglieds 3 gegen die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 in den Hochdruckdichtungszustand verschoben wird, und die Steuerplatte 6 in die vollständig geschlossene Position versetzt wird, um die zweite Einlassstrecke (FL2) zu schließen, die Einleitung des Kraftstoffs in die Drucksteuerkammer 14 gesperrt, und der Kraftstoff wird aus der Drucksteuerkammer 14 abgeführt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff aus der Drucksteuerkammer 14 durch den Verbindungsanschluss 19, die Steuerventilkammer 13, den Niederdruckanschluss 16 und den Niederdruckkraftstoffkanal (54 bis 57) zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems abgeführt, so dass der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 14 verringert wird. Wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 (d. h. der Kraftstoffdruck, der auf die Nadel 1 in der Ventilschließrichtung aufgewendet wird), auf den Nadelventilöffnungsdruck verringert wird, wird die Nadel 1 geöffnet (abgehoben), um die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer des Zylinders der Maschine zu starten.
Zu dieser Zeit wird eine Geschwindigkeit der Nadelventilöffnung der Nadel 1 durch die Kraftstoffströmungsmenge (die Auslassmündungsströmungsmenge) eingestellt, die durch das Auslassmündungsloch 52 definiert ist.
Wenn im Gegensatz hierzu in einem Zustand, bei dem das Steuerventil 11 durch die Beaufschlagungskraft der Ventilfeder 12 zu dem Niederdruckdichtungszustand verschoben wird, und die Steuerplatte 6 zu der vollständig geöffneten Position versetzt wird, um die zweite Einlassstrecke (FL2) zu öffnen, wird der Kraftstoff in die Drucksteuerkammer 14 eingeleitet, und das Abführen des Kraftstoffs aus der Drucksteuerkammer 14 wird gesperrt. Auf diese Weise wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus dem Hochdruckkraftstoffkanal durch die erste Einlassstrecke an der Drucksteuerkammer 14 eingeleitet, und der unter Hochdruck stehende Kraftstoff wird aus dem Hochdruckkraftstoffkanal durch die zweite Einlassstrecke an der Drucksteuerkammer 14 eingeleitet, während die Steuerventilkammer 13 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 umgangen werden. Dadurch wird der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 14 erhöht. Wenn der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14, d. h. der Kraftstoffdruck, der an der Nadel 1 in der Ventilschließrichtung aufgewendet wird, auf den Nadelventilschließdruck erhöht wird, wird die Nadel geschlossen (aufgesetzt), um die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammer des Zylinders der Maschine zu beenden.
Zu dieser Zeit wird eine Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel 1 (Nadelventilschließgeschwindigkeit), die eine Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 1 in der Ventilschließrichtung zu den Einspritzlöchern 27 ist, durch die Kraftstoffströmungsmenge eingestellt (die Haupteinlassmündungsströmungsmenge plus die sekundäre Einlassmündungsströmungsmenge), die durch das Einlassmündungsloch 38 und das Einlassmündungsloch 43 definiert ist.
Daher kann selbst in dem Fall, bei dem die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht wird, um die Einspritzrate des Kraftstoffs zu verbessern, oder der Einspritzdruck des Kraftstoffs erhöht wird, wenn die Einlassmündung unter Verwendung des Vorteils der Steuerplatte 6 in die zwei Mündungslöcher 38, 43 unterteilt wird, eine gewünschte Nadelventilschließgeschwindigkeit der Nadel 1 mit einer Gesamtströmungsmenge der zwei Mündungslöcher 38, 43 erlangt werden. Dabei kann die Hochdruck-Sitzbelastung des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 verringert werden. Demzufolge können die Nadelventilöffnungsgeschwindigkeit und die Nadelventilschließgeschwindigkeit verbessert werden ohne die Antriebskraft des Stellglieds 3 zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Ventilöffnungsreaktion beziehungsweise Ansprechverhalten und die Ventilschließreaktion beziehungsweise Ansprechverhalten der Nadel verbessert werden.
Des Weiteren kann im Vergleich zu dem Stand der Technik Injektor, der die Steuerplatte verwendet, die Hauptmündungsströmungsmenge an dem Ort unmittelbar über der Steuerplatte 6 verringert werden. Daher kann insbesondere die Druckabnahme der Drucksteuerkammer 14 zu der Zeit der Ausführung der mehrstufigen Einspritzungen des Kraftstoffs, die in kurzen Intervallen nacheinander ausgeführt werden, mit der hohen Geschwindigkeit ausgeführt werden, und dadurch kann das Einspritzansprechverhalten verbessert werden. In Folge dessen können die Multieinspritzungen in den stabilen kurzen Intervallen durchgeführt werden.
Bei dem Stand der Technik Injektor ist die Drei-Wege-Steuerventilvorrichtung (insbesondere das Ventilelement, die Spiralfeder der Steuerventilvorrichtung) im Inneren einer Öldrucksteuerkammer aufgenommen (einschließlich der Steuerkammer, dem gemeinsamen Strömungskanal, der Steuerventilkammer, einem strömungsaufwärts liegenden Endabschnitt des Niederdruckkraftstoffkanals), die sich von einer Druckaufnahmeoberfläche der Nadel zu der Auslassmündung erstreckt, sodass ein Volumen der Öldrucksteuerkammer (ein Öldrucksteuerkammervolumen) relativ groß ist.
In dem Fall bei dem das Volumen der Öldrucksteuerkammer erhöht ist, treten die folgenden Nachteile auf. Insbesondere wenn das Ventilelement durch ein nach unten gerichtetes Drücken des Ventilelements durch die Ausdehnung (Versetzung) des Stellglieds auf dem Hochdrucksitz aufgesetzt wird, wird der Kraftstoffdruck der Öldrucksteuerkammer schnell von dem hohen Druck, der gleich einem Kraftstoffeinspritzdruck ist, verringert. Dadurch wird ein Kompressionsmodul des Kraftstoffs stark verändert. Wenn das Volumen des Kraftstoffs durch diesen Prozess wiederholt ausgedehnt und kontrahiert wird, tritt in dem Inneren der Öldrucksteuerkammer ein Druckpulsieren des Kraftstoffs auf.
Insbesondere in dem Fall, bei dem die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht wird, um das Ventilöffnungsansprechverhalten der Nadel durch eine schnelle Abnahme des Kraftstoffdrucks der Öldrucksteuerkammer zu verbessern, wird die Amplitude des Druckpulsierens in der Öldrucksteuerkammer weiter erhöht. Wenn das Abheben der Nadel gestartet wird, kann die Nadel daher abgehoben werden während die Nadel erschüttert wird (oszilliert). Auf diese Weise wird die Steuerbarkeit der Nadel beeinträchtigt, sodass die Steuerungsgenauigkeit der Einspritzmenge in Bezug zu einem Einspritzmengenbefehlswert (einer Erregungszeitlänge) beeinträchtigt ist.
Demzufolge ist es schwierig, die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel zu erhöhen, und dabei ist es nicht möglich, das Ventilöffnungsansprechverhalten der Nadel zu verbessern. Um die Ventilöffnung der Nadel bei hoher Geschwindigkeit auszuführen, ist es erforderlich, den Kraftstoffdruck der Öldrucksteuerkammer schnell zu verringern.
Im Hinblick hierauf ist bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform das Auslassmündungsloch 52 in der Steuerplatte 6 ausgebildet, die strömungsaufwärts von der Steuerventilkammer 13 positioniert ist, und die Steuerplatte 6 ist im Inneren der Drucksteuerkammer 14 positioniert, sodass das Öldrucksteuerkammervolumen verringert wird. Dadurch kann das Druckpulsieren der Drucksteuerkammer 14 verringert werden. Des Weiteren kann selbst dann, wenn die Auslassmündungsströmungsmenge erhöht wird, um das Ventilöffnungsansprechverhalten der Nadel 1 durch eine schnelle Verringerung des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 zu verbessern, das Druckpulsieren der Drucksteuerkammer 14 verringert werden.
Somit ist es möglich, die Erschütterung der Nadel 1 während der Abhebungsbewegung der Nadel 1 zu der Zeit der Durchführung der Nadelventilöffnungsbewegung zu begrenzen. Dabei wird die Ventilöffnungsbewegung der Nadel 1 ab der Abhebungsstartzeit bis zu der vollständigen Abhebungszeit der Nadel 1 stabilisiert. Demzufolge ist es möglich, die Beeinträchtigung der Steuerbarkeit der Nadel 1 und die Beeinträchtigung der Steuergenauigkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs zu begrenzen.
Wenn das Anlegen der Spannung an dem piezoelektrischen Stapel des Stellglieds 3 gestoppt wird (Erregungsstopp: AUS) wird das Steuerventil 11 auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufgesetzt, um den Niederdruckanschluss 16 zu schließen und es wird von der Hochdrucksitzoberfläche 17 abgehoben, um den Hochdruckanschluss 18 zu öffnen (der Niederdruckdichtungszustand). Wenn der Betriebszustand durch die Steuerventilvorrichtung 100 in der oben beschriebenen Weise auf den Niederdruckdichtungszustand geändert wird, wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff von dem Hochdruckströmungskanal (31 bis 34, 37,38, 41 bis 43) durch den Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 an der Drucksteuerkammer 14 eingelassen. Dabei wird der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 erhöht (wiederhergestellt).
Zu der Zeit des Einlassens des Kraftstoffs aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 an der Drucksteuerkammer 14, wird die Steuerplatte 6 durch den Kraftstoffdruck des gemeinsamen Strömungskanallochs 45 nach unten beauflagt beziehungsweise gedrängt. Das heißt, die Steuerplatte 6 wird von der Ventilsitzoberfläche 59 der Mündungsplatte 10 abgehoben und in den Ventilöffnungszustand positioniert. Dadurch wird die innere Kraftstoffstrecke des Injektors auf die zweite Kraftstoffstrecke geändert. Danach wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 an der Drucksteuerkammer 14 eingelassen werden soll, an der Drucksteuerkammer 14 eingelassen, während das Auslassmündungsloch 52 umgangen wird.
Auf diese Weise fließt der Kraftstoff, der aus dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 an der Drucksteuerkammer 14 eingelassen wird, nicht durch das Auslassmündungsloch 52. Dadurch wird die Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel 1 durch die Strömungsmenge des Kraftstoffs eingestellt, der durch den Hochdruckkraftstoffkanal (31 bis 34, 37, 38, 41 bis 43), den Hochdruckanschluss 18, die Steuerventilkammer 13 und das gemeinsame Strömungskanalloch 45 (d. h. die Strömungsmenge des Kraftstoffs, die durch das Einlassmündungsloch 43 definiert ist) fließt.
Somit können die Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Nadel 1 und die Ventilschließgeschwindigkeit der Nadel 1 unabhängig voneinander eingestellt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Die 4 und 5 zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer zweiten Ausführungsform an, in dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die mit denjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Auslassmündungsloch 52 und das Auslassmündungsloch 53, welche die Strömungsmenge des Kraftstoffs begrenzen, der aus der Drucksteuerkammer 14 durch das gemeinsame Strömungskanalloch 45 und die Steuerventilkammer 13 in den Niederdruckkraftstoffkanal (53 bis 57) abgeführt wird.
Das Auslassmündungsloch 52 ist ein erstes auslassseitiges Drosselungsloch (ein Hauptauslassmündungsloch, eine erste Auslassmündung), die an einem Ort zwischen dem Strömungskanalloch 51 und dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsaufwärts von dem Verbindungskanal 19 der Steuerventilkammer 13 positioniert ist. Das Auslassmündungsloch 52 stellt eine Verbindung zwischen dem Strömungskanalloch 51 und dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 her. Ferner ist das Auslassmündungsloch 52 entlang der Mittelachse der Steuerplatte 6 ausgebildet.
Das Auslassmündungsloch 53 ist ein zweites auslassseitiges Drosselungsloch (ein Nebenauslassmündungsloch, eine zweite Auslassmündung), die an einem Ort zwischen dem Niederdruckanschluss 16 und dem Niederdruck-Strömungskanalloch 54 in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsabwärts von dem Niederdruckanschluss 16 der Steuerventilkammer 13 positioniert ist. Das Auslassmündungsloch 53 stellt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss 16 und dem Niederdruckströmungskanalloch 54 her.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform ist ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser) des Auslassmündungslochs 52 und ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser) des Auslassmündungslochs 53 derart eingestellt, dass eine Strömungsmenge (eine Nebenauslassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Auslassmündungsloch 53 fließt, größer als eine Strömungsmenge (eine Hauptauslassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs ist, der durch das Auslassmündungsloch 52 fließt.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform ist das Auslassmündungsloch 53 zwischen dem Niederdruckanschluss 16 der Steuerventilkammer 13 und dem Niederdruckströmungskanalloch 54 des Niederdruckströmungskanals positioniert. In dem Fall der Positionierung der Steuerventilvorrichtung 100 in dem Ventilöffnungszustand zum Ändern des Steuerventils 11 von dem Niederdruckdichtungszustand zu dem Hochdruckdichtungszustand, beginnt daher der unter Hochdruck stehende Kraftstoff unmittelbar durch einen ringförmigen Spalt zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des Steuerventils 11 und der Wandoberfläche der Steuerventilkammer 13 in den Niederdruckanschluss 16 zu fließen, der strömungsaufwärts von dem Auslassmündungsloch 53 positioniert ist, wenn der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 von der Niederdrucksitzoberfläche 15 des Ventilkörpers 9 abgehoben wird.
Da der konstante Druck im dem Niederdruckanschluss 16 aufrecht erhalten werden kann, der unmittelbar über dem niederdruckseitigen Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 angeordnet ist, kann das Steuerventil 11 zu den Hochdruckanschluss 18 beauflagt (unterstützte Bewegung) werden (der Hochdruckdichtungszustand), und die Hochdruck-Sitzbelastung an dem Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 kann verringert werden.
Auf diese Weise wird die Verschiebungsbewegung des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 von dem Niederdruckdichtungszustand zu dem Hochdruckdichtungszustand beschleunigt, und dadurch kann die Ventilöffnungszeit der Nadel 1 beschleunigt werden.
Da ferner der konstante Druck in dem Niederdruckanschluss 16 aufrechterhalten werden kann, der unmittelbar über dem niederdruckseitigen Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 angeordnet ist, ist es möglich, die schnelle Druckverringerung in der Steuerventilkammer 13 zu der Kraftstoffeinspritzanfangsdauer zu begrenzen. Auf diese Weise kann das Druckpulsieren der Drucksteuerkammer 14 in vorteilhafter Weise begrenzt werden.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile wie diejenigen der ersten Ausführungsform bereit.
(Dritte Ausführungsform)
Die 6 und 7 zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer dritten Ausführungsform an, bei dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die ähnlich zu denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform wurde das Einlassmündungsloch 43 der ersten und zweiten Ausführungsform beseitigt. Ferner umfasst der gemeinsame Strömungskanal des Injektors das gemeinsame Strömungskanalloch 45, eine Mündungsloch (ebenso als ein Einlassmündungsloch oder gemeinsames Mündungsloch bezeichnet) 46, und ein gemeinsames Strömungskanalloch 47. Das gemeinsame Strömungskanalloch 45 ist mit dem Verbindungsanschluss 19 verbunden, der in der Wandoberfläche der Steuerventilkammer 13 geöffnet ist. Das Mündungsloch 46 steht mit dem gemeinsamen Strömungskanalloch 45 in Verbindung. Das gemeinsame Strömungskanalloch 47 verbindet das Mündungsloch 46 mit dem Nichtdrosselungs-Strömungskanal oder dem Drosselungsströmungskanal.
Das Mündungsloch 46 ist ein einlassseitiges Drosselungsloch, das eine Strömungsmenge des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs begrenzt, der von dem Hochdruckanschuss 18 durch die Steuerventilkammer 13, den Verbindungsanschluss 19, das gemeinsame Strömungskanalloch 45, das Mündungsloch 46, das gemeinsame Strömungskanalloch 47, die Strömungskanallücke 48 und den Verbindungsströmungskanal 49 zu der Drucksteuerkammer 14 geführt wird. Das Mündungsloch 46 ist ein zweites auslassseitiges Drosselungsloch, das eine Strömungsmenge des Kraftstoffs begrenzt, der aus der Drucksteuerkammer 14 durch das gemeinsame Strömungskanalloch 45, die Steuerventilkammer 13 und den Niederdruckkraftstoffkanal (54 bis 57) zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems abgeführt wird. In diesem Fall ist das Auslassmündungsloch 53 ein erstes auslassseitiges Drosselungsloch.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform ist ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser) des Auslassmündungslochs 52 und ein Lochdurchmesser (ein Drosselungslochdurchmesser) des Mündungslochs 46 derart eingestellt, dass eine Strömungsmenge (eine Einlassmündungsströmungsmenge oder eine gemeinsame Mündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Mündungsloch 46 fließt, größer als eine Strömungsmenge ist (einer Auslassmündungsströmungsmenge) des Kraftstoffs, der durch das Auslassmündungsloch 52 fließt. Auf diese Weise wird eine Druckzunahmegeschwindigkeit des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 zu einer Niederdrucksitzzeit (d. h. einer Positionierungszeit des Steuerventils 11 auf der Niederdrucksitzseite) des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 höher (eine Steigung einer Steuerkammerdruckwellenform oder einer Einspritzratenwellenform sind steiler) als eine Druckabnahmegeschwindigkeit des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 zu einer Hochdrucksitzzeit des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 (d. h. einer Positionierungszeit des Steuerventils 11 auf der Hochdrucksitzseite).
Ferner wird zu der Hochdrucksitzzeit des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung der Kraftstoff aus der Drucksteuerkammer 14 durch das Auslassmündungsloch 52 und das Mündungsloch 46 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems abgeführt. Daher sind in der Strömungsstrecke zu der Hochdrucksitzzeit des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 zwei Drosselungslöcher bereitgestellt. Daher wird der Druckänderungsbetrag (der Druckabnahmebetrag, die Druckdifferenz) zwischen dem Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 14 strömungsaufwärts von dem Auslassmündungsloch 52 und dem Kraftstoffdruck des gemeinsamen Strömungskanallochs 47 strömungsabwärts von dem Auslassmündungsloch 52 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform verringert. Ferner ist das Auslassmündungsloch 52 zwischen der Drucksteuerkammer 14 und dem Mündungsloch 46 ausgebildet, sodass das Volumen des Kraftstoffauslassströmungskanals von der Drucksteuerkammer 14 zu dem Mündungsloch 46 in zwei Volumen unterteilt wird. Auf diese Weise wird das Volumen der Öldrucksteuerkammer, die den Kraftstoffdruck speichert, der an der Nadel 1 in der Ventilschließrichtung der Nadel 1 aufgewendet wird, auf ein Volumen eingestellt, das sich von der oberen Endoberfläche des gleitfähigen Abschnitts, d. h. dem Kolbenabschnitt 28 der Nadel 1 und der Bodenoberfläche der ausgenommenen Nut (der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 1) zu dem Auslassmündungsloch 52 bemisst und sehr klein ist. Somit kann das Druckpulsieren in der Drucksteuerkammer 14, das zu der Zeit der Verschiebung von dem Niederdruckdichtungszustand zu dem Hochdruckdichtungszustand unter Verwendung des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 erzeugt wird, verringert werden.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile wie diejenigen der ersten und zweiten Ausführungsform bereit.
(Vierte Ausführungsform)
Die 8A und 8B zeigen einen piezoelektrischen Injektor einer vierten Ausführungsform, bei dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die ähnlich zu denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuerventilvorrichtung 100, die den Drei-Wege-Ventilaufbau aufweist und in der Steuerventilkammer 13, die zwischen der vertieften Nut des Ventilkörpers 9 und der oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10, die in der Zeichnungen an der oberen Seite der Mündungsplatte 10 angeordnet ist, ausgebildet ist, beweglich aufgenommen ist.
Die Niederdrucksitzoberfläche 15 ist in der Wandoberfläche des Ventilkörpers 9 ausgebildet. Die Niederdrucksitzoberfläche 15 ist in einer konischen Kegelform (einer verjüngten Form) ausgestaltet, und der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 ist auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsetzbar. Der Niederdruckanschluss 16, der durch das Auslassmündungsloch 53 mit dem Niederdruckströmungskanalloch 54 verbunden ist, ist in einer ausgenommenen Nut ausgebildet, die sich von der Niederdrucksitzoberfläche 15 in einer Tiefenrichtung (einer oberen Seite in den 8A und 8B) erstreckt, d. h. von der Deckenoberfläche der Steuerventilkammer 13.
Ferner ist die Hochdrucksitzoberfläche 17 in der oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10 ausgebildet, die in den Zeichnungen an der oberen Seite der Mündungsplatte 10 angeordnet ist. Die Hochdrucksitzoberfläche 17 ist in einer ebenen Oberflächenform ausgestaltet, und der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 des Steuerventils 11 ist auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsetzbar. Der Hochdruckanschluss 18, der durch das Einlassmündungsloch 43 mit dem Hochdruckströmungskanalloch 42 verbunden ist, ist in einem mittleren Abschnitt der Hochdrucksitzoberfläche 17 ausgebildet.
Die Steuerventilvorrichtung 100 umfasst das Steuerventil 11, das unter Kraftaufwendung angetrieben wird, um die Ventilöffnungsbewegung durch den Ventilkolben 22 über den Versetzungsübertragungsbolzen 65 und die Ventilfeder 12, die das Steuerventil 11 in der Ventilschließrichtung beauflagt, durchzuführen. Die Steuerventilvorrichtung 100 ist in der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 in einer Weise aufgenommen, welche die Hin- und Her-Bewegung des Steuerventils 11 ermöglicht.
Das Steuerventil 11 umfasst den niederdruckseitigen Ventilabschnitt 71, den hochdruckseitigen Ventilabschnitt 72, den Flankenabschnitt 74 und den Ventilschaftabschnitt 75.
Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 weist eine Niederdruckdichtungsoberflache in einer hervorstehenden gekrümmten Oberflächenform (einer teilweise sphärischen Oberfläche) auf und ist auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsetzbar.
Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 weist eine Hochdrucksitzoberfläche mit einer ebenen Oberflächenform auf und ist auf der Hochdrucksitzoberfläche 17 aufsetzbar.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile wie diejenigen der ersten bis dritten Ausführungsform bereit.
Der Aufbau des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform und der Aufbau der Niederdrucksitzoberfläche 15 der Steuerventilkammer 13 können in einer der ersten bis dritten Ausführungsform einbezogen werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Die 9A und 9B zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer fünften Ausführungsform an, bei dem das Prinzip des Kraftstoffinjektorventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die denjenigen der ersten bis vierten Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuerventilvorrichtung 100, die einen Drei-Wege-Ventilaufbau aufweist und in der Steuerventilkammer 13 beweglich aufgenommen ist, die zwischen der ausgenommenen Nut in dem Ventil 9 und der oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10, die in den Zeichnungen an der oberen Seite der Mündungsplatte 10 angeordnet ist, ausgebildet ist.
Die Niederdrucksitzoberfläche 15 ist in einer Wandoberfläche des Ventilkörpers 9 ausgebildet. Die Niederdrucksitzoberfläche 15 ist in einer konischen Kegelform (einer verjüngten Form) ausgestaltet und der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 des Steuerventils 11 der Steuerventilvorrichtung ist auf der Niederdrucksitzoberfläche 15 aufsetzbar. Der Niederdruckanschluss 16 ist an einer tiefen Seite der Niederdrucksitzoberfläche 15 ausgebildet (der Niederdruckanschluss 16 ist an einem mittleren Abschnitt der Niederdrucksitzoberfläche 15 ausgebildet). Der Niederdruckanschluss 16 ist mit dem Niederdruckströmungskanalloch 54 verbunden, das in einer verjüngten Form derart ausgestaltet ist, dass eine Strömungskanalquerschnittfläche des Niederdruckströmungskanallochs 54 in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs zu einer Seite strömungsabwärts progressiv zunimmt.
Die Hochdrucksitzoberfläche 17, die in einer Form ähnlich der Hochdrucksitzoberfläche 17 der vierten Ausführungsform ausgestaltet ist, ist in einer oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10, die in den Zeichnungen (9A oder 9B) gezeigt ist, ausgebildet. Der Hochdruckanschluss 18 ist in einem mittleren Abschnitt der Hochdrucksitzoberfläche 17 in einer ähnlichen Weise wie der Hochdruckkanal 18 der vierten Ausführungsform ausgebildet.
Das Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 umfasst den niederdruckseitigen Ventilabschnitt 71, den hochdruckseitigen Ventilabschnitt 72. Den Flankenabschnitt 74 und den Ventilschaftabschnitt 75.
Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 umfasst eine Niederdruckdichtungsoberfläche, die in einer ähnlichen Form wie diejenige der Niederdruckdichtungsoberfläche des niederdruckseitigen Ventilabschnitts 71 der vierten Ausführungsform ausgestaltet ist.
Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 weist eine Hochdruckdichtungsfläche auf, die in einer ähnlichen Form wie diejenige der Hochdruckdichtungsoberfläche des hochdruckseitigen Ventilabschnitts 72 der vierten Ausführungsform ausgestaltet ist.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Versetzungsübertragungsbolzen 81 als Versetzungsüberragungselement, der die Versetzung des Ventilkolbens 22 auf das Steuerventil 11 überträgt, um das Steuerventil 11 von der Niederdrucksitz(Zustands)Seite zu der Hochdrucksitz(Zustands)Seite anzutreiben. Der Versetzungsübertragungsbolzen 81 ist mit dem Ventilkolben 22 einteilig ausgebildet.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 81 umfasst einen Schaftabschnitt mit mittlerem Durchmesser, einen Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Verbindungsabschnitt. Der Schaftabschnitt mit mittlerem Durchmesser des Versetzungsübertragungsbolzens 81 ist in einer zylindrischen Form ausgestaltet und weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als ein äußerer Durchmesser des Kolbenschaftabschnitts (ein Schaftabschnitt mit großem Durchmesser) und ein äußerer Durchmesser des Flankenabschnitts 66 des Ventilkolbens 22 ist. Der Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser des Versetzungsübertragungsbolzens 81 ist in einer zylindrischen Form ausgestaltet und weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als der äußere Durchmesser des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser ist. Der Verbindungsabschnitt des Versetzungsübertragungsbolzens 81 ist in einer konischen Kegelform ausgestaltet und ist zwischen dem Schaftabschnitt mit mittlerem Durchmesser und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser von dem Versetzungsübertragungsbolzen 81 positioniert.
Der Verbindungsabschnitt ist ein Durchmesserverringerungsschaftabschnitt (ein verjüngter Schaftabschnitt), der einen äußeren Durchmesser aufweist, der von dem Schaftabschnitt mit mittlerem Durchmesser zu dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser progressiv abnimmt.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 81 ist in dem Niederdruckanschluss 16 der Steuerventilkammer 13 des Ventilkörpers 9 und dem Niederdruckströmungskanalloch 54, das in einer konischen Kegelform ausgestaltet ist und eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss 16 und der Federaufnahmekammer 55, welche die Ventilkolbenfeder 24 aufnimmt, herstellt, hin- und herbewegbar aufgenommen.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform weist das Niederdruckströmungskanalloch 54 des Niederdruckkraftstoffkanals im Vergleich zu dem Niederdruckströmungskanalloch 54 des Niederdruckkraftstoffkanals der ersten bis vierten Ausführungsform einen einfacheren Aufbau auf. Allerdings kann das Niederdruckströmungskanalloch 54 der vorliegenden Ausführungsform eine ähnliche Funktion wie diejenige bei der ersten bis vierten Ausführungsform erzielen (d. h. die Kraftstoffabführfunktion zum Abführen des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs, der durch das gemeinsame Strömungskanalloch 45, die Steuerventilkammer 13 und den Niederdruckkraftstoffkanal in die Drucksteuerkammer 14 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems eingeleitet wird). Daher ist es möglich, niedrigere Kosten des Injektors zu erzielen.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform die gleichen Vorteile wie diejenigen der ersten bis vierten Ausführungsform bereit.
Der Aufbau des Ventilkolbens 22 und der Aufbau des Kraftstoffauslassströmungskanals der vorliegenden Ausführungsform können in eine der ersten bis vierten Ausführungsform einbezogen werden.
(Sechste Ausführungsform)
Die 10 bis 12A zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer sechsten Ausführungsform an, bei dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die diejenigen der ersten bis fünften Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Wie bei dem Injektor der JP 2006-046323 A (entspricht der US 2006/0016906 A1 ), umfasst der Stand-der-Technik-Injektor das Steuerventil, welches das Herausfließen des Kraftstoffs aus der Steuerkammer durch die Niederdruckkammer zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems ermöglicht, um den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer durch das Ventilöffnen des Steuerventils zu verringern.
Bei dem Stand-der-Technik-Injektor stehen die Steuerkammer und die Niederdruckkammer durch die Auslassmündung, die in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsabwärts von dem Steuerventil angeordnet ist, miteinander in Verbindung. Allerdings ändert sich in dem Verbindungskanal, der den Kraftstoff durch die Auslassmündung zu der Niederdruckkammer ausstößt, und der in Bezug zu dem Niederdruckeinlass der Steuerkammer in einem rechten Winkel gebogen ist, eine Strömungskanalquerschnittsfläche (eine Öffnungsquerschnittsfläche) des Verbindungskanals schnell (nimmt schnell ab), und eine Strömungsrichtung des Kraftstoffs wird schnell geändert (Biegung im rechten Winkel). Daher kann in dem Verbindungskanal aufgrund einer Änderung der Strömungsmenge des Kraftstoffs, einer Änderung (Zunahme) der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs und einer Bildung/einem Kollabieren von Luftblasen eine Abtragung bzw. Aushöhlung auftreten.
Ferner kann in einem Fall, bei dem der Einspritzdruck des Kraftstoffs, der in den Zylinder der Maschine eingespritzt werden soll, auf den hohen Druck erhöht wird, die Befürchtung der Abtragung bzw. Aushöhlung erhöht werden, und eine Antriebslast des Steuerventils (d. h. eine Antriebslast des Stellglieds) wird erhöht, was zu einer Beeinträchtigung der Genauigkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs und der Steuerbarkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs führt.
Daher ist es wünschenswert, dass ein Durchmesser des Ventilsitzes (ein Ventilsitzdurchmesser), der den Kraftstoffdruck (Öldruck) aufnimmt, der aus der Steuerkammer zu der Niederdruckkammer abgeführt wird, verringert wird, und die Antriebslast des Stellglieds verringert wird.
Allerdings muss bei dem Stand-der-Technik-Injektor zum Zwecke der Ausbildung eines Verbindungskanals ein Entlastungsdurchmesser (ein Entlastungsdurchmesserabschnitt) bereitgestellt werden, um eine Verbindung mit einem unteren Endabschnitt des Ventilkörpers herzustellen, der das Steuerventil aufnimmt.
Ferner kann die Verringerung des Ventilsitzdurchmessers eine Verringerung des Entlastungsdurchmessers und eine Verringerung eines äußeren Durchmessers eines Gleitbolzenelements bewirken. Daher wird ein Deformationsverlust des Gleitbolzenelements, der durch die Antriebskraft verursacht wird, erhöht, und dabei kann die Antriebslast des Stellglieds nicht in gewünschter Weise verringert werden.
Ferner ist zum Ausbilden der Auslassmündung eine bestimmte Höhe des Entlastungsdurchmesserabschnitts erforderlich. Um eine erforderliche Gleitmenge des Gleitbolzenelements bereitzustellen (eine Länge eines gleitfähigen Abschnitts des Gleitbolzenelements), kann daher die gesamte Länge des Gleitbolzenabschnitts verlängert werden. Hierin besteht ebenso ein Faktor, der keine Verringerung des Deformationsverlusts zulässt.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Steuerventil, das dem Steuerventil der vierten und fünften Ausführungsform ähnlich ist.
Das Steuerventil 11 der Steuerventilvorrichtung 100 umfasst den niederdruckseitigen Ventilabschnitt 71, den hochdruckseitigen Ventilabschnitt 72, den Flankenabschnitt 74 und den Ventilschaftabschnitt 75.
Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 71 umfasst eine Niederdruckdichtungsoberfläche, die in einer ähnlichen Form wie diejenige der Niederdruckdichtungsoberfläche des niederdruckseitigen Ventilabschnitts 71 der vierten und fünften Ausführungsform ausgestaltet ist.
Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 72 weist eine Hochdruckdichtungsoberfläche auf, die in einer ähnlichen Form wie diejenige der Hochdruckdichtungsoberfläche des hochdruckseitigen Ventilabschnitts 72 der vierten und fünften Ausführungsform ausgestaltet ist.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Ventilkörper 9 und die Mündungsplatte 10, die zwischen der Oberfläche für engen Kontakt des Düsenkörpers 2 und der Oberfläche für engen Kontakt des Injektorkörpers 4 eingeklemmt sind.
Die Niederdrucksitzoberfläche 15, die in einer ähnlichen Form wie diejenige der Niederdrucksitzoberfläche 15 der vierten und fünften Ausführungsform ausgestaltet ist, ist in der Wandoberfläche des Ventilkörpers 9 ausgebildet. Der Niederdruckanschluss 16, der mit der Federaufnahmekammer 55 des Niederdruckkraftstoffkanals in direkter Verbindung steht, ist an einer Rückseite der Niederdrucksitzoberfläche 15 ausgebildet.
Die Hochdrucksitzoberfläche 17, die in einer Form ausgestaltet ist, die ähnlich zu der Hochdrucksitzoberfläche 17 der vierten und fünften Ausführungsform ist, ist in einer oberen Endoberfläche der Mündungsplatte 10, die in den Zeichnungen gezeigt ist, ausgebildet. Der Hochdruckanschluss 18 ist in einem mittleren Abschnitt der Hochdrucksitzoberfläche 17 in einer Weise ausgebildet, die ähnlich zu derjenigen des Hochdruckanschlusses 18 der vierten und fünften Ausführungsform ist.
Der Niederdruckkraftstoffkanal umfasst die Federaufnahmekammer 55, die radialen Verbindungslöcher 56 und den Niederdruckströmungskanal 57. Die Federaufnahmekammer 55 ist mit dem Niederdruckanschluss 16 verbunden. Die radialen Verbindungslöcher 56 sind mit der Federaufnahmekammer 55 verbunden. Der Niederdruckströmungskanal 57 stellt eine Verbindung zwischen den radialen Verbindungslöchern 56 und dem Auslassanschluss her.
Die Federaufnahmekammer 55 ist eine Niederdruckkammer, die durch den Niederdruckanschluss 16 mit der Steuerventilkammer 13 verbunden ist. Die Ventilaufnahmekammer 55 nimmt einen unteren Endabschnitt (einen Abschnitt, der den Flankenabschnitt 66 umfasst) des Ventilkolbens 22 und die Ventilkolbenfeder 24 auf.
Nachstehend werden Einzelheiten des Niederdruckanschlusses 116 beschrieben.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Versetzungsübertragungsbolzen 65 als ein Versetzungsübertragungselement, das die Versetzung des Ventilkolbens 22 auf das Steuerventil 11 überträgt, um das Steuerventil 11 von der Niederdrucksitz-(Zustands)-Seite zu der Hochdrucksitz-(Zustands)-Seite anzutreiben. Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 ist mit dem Ventilkolben 22 einteilig ausgebildet.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 dient als ein Übertragungsmittel, das in einer Bolzenform ausgestaltet ist, und aus einem Material besteht, das eine hohe Steifigkeit aufweist, und ein Young'sches Modul aufweist, das größer als ein vorbestimmter Wert ist. Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 umfasst einen Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82, einen Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 und eine Stufe 84. Der Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 nimmt eine Antriebskraft von dem Stellglied 3 auf. Der Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als ein äußerer Durchmesser des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 ist, und der Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 überträgt die Antriebskraft auf das Steuerventil 11. Die Stufe 84 ist in einer Ringform ausgestaltet und ist zwischen dem Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 positioniert.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 ist in der Steuerventilkammer 13 und dem Niederdruckanschluss 16 aufgenommen und hin- und herbewegbar und der Niederdruckanschluss 16 stellt eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und der Ventilaufnahmekammer 55 her. Die Stufe 84, die an dem äußeren Umfangsabschnitt des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ausgebildet ist, ist derart eingestellt, dass sie einen Strömungskanaldrosselungsabschnitt ausbildet (eine zweite Auslassmündung), die eine Strömungskanalquerschnittsfläche im Vergleich zu der Öffnung der Niederdrucksitzoberfläche (dem Ventilsitz) 15 verringert, zum Zweck der Begrenzung der Strömungsmengenänderung des Kraftstoffs, der die Öffnung der Niederdrucksitzoberfläche 15 des Steuerventils durchlauft.
Der Niederdruckanschluss 16 der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Aufnahmeloch 91 und einen Verbindungskanal (Verbindungsabschnitt) 92. Das Aufnahmeloch 91 nimmt den Versetzungsübertragungsbolzen 65 in einer Weise auf, die eine Hin- und Her-Bewegung des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ermöglicht. Der Verbindungskanal 92 stellt eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und der Federaufnahmekammer 55 her. Der Verbindungskanal 92 ist zwischen einer Lochwandoberflache des Aufnahmelochs 91 des Ventilkörpers 9 und einer äußeren Umfangsoberfläche des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 des Versetzungsübertragungsbolzens 85 ausgebildet. Ferner ist ein Drosselungsabschnitt (Drosselungsabschnitte) 93, der eine Strömungskanalquerschnittfläche des Verbindungskanals 92 verringert, strömungsaufwärts von dem Verbindungskanal 92 ausgebildet. Der Drosselungsabschnitt 93 ist ein Loch mit kleinem Durchmesser (ein kleines Loch mit einer verringerten Strömungskanalquerschnittfläche), der in dem Aufnahmeloch 91 eine minimale Strömungskanalquerschnittsfläche aufweist. Der Drosselungsabschnitt 90 ist zwischen einer Lochwandoberfläche von diesem Loch mit kleinem Durchmesser (kleines Loch) des Aufnahmelochs 91 und einer äußeren Umfangsoberfläche des Schaftabschnitts mit kleinem Durchmesser 83 ausgebildet. Der Drosselungsabschnitt 93 verringert die Strömungskanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 92, die in jeder der axial ausgenommenen Nuten 95 definiert ist, wie nachstehend beschrieben wird (siehe 12A).
Wie in 12A gezeigt ist, umfasst das Aufnahmeloch 91 eine Mehrzahl von gleitfähigen Wandoberflächen 94 und eine Mehrzahl von axial ausgenommenen Nuten (Ausnehmungen) 95. Die gleitfähigen Wandoberflächen 94 nehmen einen gleitfähigen Abschnitt 86 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 in einer gleitfähigen Weise auf, die eine Hin- und Her-Bewegung des gleitfähigen Abschnitts 86 ermöglicht. Die axial ausgenommenen Nuten 85 sind an den gleitfähigen Wandoberflächen 94 radial nach außen ausgenommen.
Ein Querschnitt von jeder der axial ausgenommenen Nuten 95, der in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung des Aufnahmelochs 91 (der Strömungsrichtung des Kraftstoffs in dem Aufnahmeloch 91) entnommen ist, ist in einer Bogenform (einer teilweise runden Form) ausgestaltet.
Der Niederdruckanschluss 16 ist zwischen den Bodenoberflächen (radial äußeren Bodenflächen) der axial ausgenommenen Nuten 95 und den äußeren Umfangsoberflächen des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 und des Schaftabschnitts mit kleinem Durchmesser 83 ausgebildet.
Der gleitfähige Abschnitt 86 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 weist eine Mehrzahl von gleitfähigen Oberflächen auf, die entlang der gleitfähigen Wandoberfläche 94 jeweils gleitfähig sind.
Die axial ausgenommenen Nuten 95 sind in vorbestimmten Abständen (z. B. 120 Grad-Abständen) in einer Umfangsrichtung nacheinander angeordnet und erstrecken sich linear in einer Erstreckungsrichtung (einer Längsrichtung) des Aufnahmelochs 91, d. h. einer Hin- und Her-Bewegungsrichtung des Versetzungsübertragungsbolzens 65. In ähnlicher Weise sind die gleitfähigen Wandoberflächen 94 in vorbestimmten Abständen (z. B. 120°-Abständen) in der Umfangsrichtung nacheinander angeordnet und erstrecken sich linear in der Erstreckungsrichtung (der Längsrichtung) des Aufnahmelochs 91. Ferner sind die gleitfähigen Oberflächen des Versetzungsübertragungsbolzens 65 in vorbestimmten Abständen (z. B. 120°-Abständen) in der Umfangsrichtung nacheinander angeordnet und erstrecken sich linear in der Hin- und Her-Bewegungsrichtung (der axialen Richtung) des Versetzungsübertragungsbolzens 65.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile, wie diejenigen der ersten bis fünften Ausführungsform bereit.
Zudem ist bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform, der in den 11 und 12A gezeigt ist, der Schaftabschnitt mit kleinerem Durchmesser 83 an der unteren Seite des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 an dem Versetzungsübertragungsbolzen 65 ausgebildet, so dass der äußere Durchmesser des unteren Endabschnitts des Versetzungsübertragungsbolzens 65 von der Lochwandoberfläche des Drosselungsabschnitts 93 entlastet wird. Ferner werden bei dem Injektor die Steuerventilkammer 13 und die Federaufnahmekammer 55 durch die Verbindungskanäle 93 miteinander verbunden, die den Niederdruckanschluss 16 bilden. Auf diese Weise werden die Verbindungsabschnitte (d. h. die Verbindungsabschnitte 92), die mit dem Niederdruckkraftstoffkanal verbunden sind, der den Kraftstoff aus der Steuerventilkammer 13 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems ausstößt, gebildet.
Mit diesem Aufbau ist der Entlastungsdurchmesser an dem unteren Ende des Niederdruckanschlusses 16, der in der Zeichnung gezeigt ist, und benachbart zu der Niederdrucksitzoberfläche (dem Ventilsitz) 15, die für das Steuerventil bereit gestellt ist, positioniert ist, nicht erforderlich. Daher ist es möglich, den Ventilsitzdurchmesser der Niederdrucksitzoberfläche 15, die den Kraftstoffdruck (den Öldruck) des Kraftstoffs, der aus der Steuerventilkammer 13 durch den Niederdruckanschluss 16 zu der Niederdruckseite des Kraftstoffsystems abgeführt wird, zu verringern, und es wird möglich, die Antriebslast des Stellglieds 3 zu verringern.
Ferner wird ein Aufbau bereitgestellt, der die Ausgabe des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs durch den Niederdruckanschluss 16 an die Federaufnahmekammer 55 ermöglicht, ohne durch die Verbindungskanäle 92, die um den Versetzungsübertragungsbolzen 65 ausgebildet sind, eine schnelle Änderung in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs zu bewirken (oder ohne den Strömungskanaldrosselungsabschnitt in einem Fall auszubilden, bei dem der Drosselungsabschnitt 93 nicht bereitgestellt ist). Daher ist es möglich, eine Erzeugung von einer Kavitationsabtragung (Kavitationsbeschädigung) zu begrenzen.
Zu derselben Zeit, fließt der Kraftstoff, der von der Steuerventilkammer 13 abgeführt wird, wie in 11B gezeigt ist, durch den Niederdruckanschluss 16, der sich linear in der oben-nach-unten-Richtung in 11B erstreckt, in die Federaufnahmekammer 55. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Strömungsfähigkeit des Kraftstoffs im Vergleich zu dem Stand der Technik Injektor verbessert. Dadurch kann eine Durchmesserdifferenz des unteren Endabschnitts (Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83) des Versetzungsübertragungsbolzens 65 in Bezug zu dem Ventilsitzdurchmesser der Niederdrucksitzoberfläche 15 verringert werden. Somit kann ein Gleitdurchmesser (ein Durchmesser des gleitfähigen Abschnitts) des Versetzungsübertragungsbolzens 65 erhöht werden, und eine Antriebslast des Stellglieds 3 kann verringert werden.
Ferner kann im Vergleich zu dem Aufbau des Stands der Technik Injektors der den Entlastungsdurchmesser des Ventilkörpers 9 und die Auslassmündung aufweist, eine Höhe der Stufe 84, die an dem äußeren Umfangsabschnitt des Versetzungsübertragungsbolzens 65 zum Zweck der Kraftstoffverwindung ausgebildet ist, verringert werden. Dadurch kann die gesamte Länge des Versetzungsübertragungsbolzens 65 verringert werden, während die vorbestimmte Gleitlänge des Versetzungsübertragungsbolzens 65 in Bezug zu den gleitfähigen Gleitoberflächen 94 des Ventilkörpers 9 aufrechterhalten bleibt. Ebenso kann der Deformationsverlust des Versetzungsübertragungsbolzens 65, der durch die Antriebskraft verursacht wird, weiter verringert werden.
Daher ermöglicht der Aufbau, bei dem die Verbindungskanäle 92 um den Versetzungsübertragungsbolzen 65 ausgebildet sind, sowohl die Verringerung des Ventilsitzdurchmessers als auch die Verringerung des Deformationsverlusts des Versetzungsübertragungsbolzens 65, und die Antriebslast des Stellglieds 3 kann verringert werden.
Ferner ist der Durchmesser des unteren Endes des Ventilkörpers 9 (der Innendurchmesser des Drosselungsabschnitts 93) derart eingestellt, dass er gleich dem Gleitdurchmesser des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ist. Dadurch wird die Koaxialität zwischen den gleitfähigen Randoberflächen 94 und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser (einem Entlastungsabschnitt) 83 sichergestellt werden. Demzufolge ist die vorliegende Ausführungsform vorteilhaft bei der Herstellung des Injektors mit dem Aufbau, bei dem der Versetzungsübertragungsbolzen 65 durch den Niederdruckanschluss 16, der eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und der Federaufnahmekammer 55 herstellt, hin- und herbewegbar und gleitfähig aufgenommen ist. Das heißt, die Herstellung des Injektors mit dem oben beschriebenen Aufbau wird vereinfacht.
Der Drosselungsabschnitt (Strömungskanaldrosselungsabschnitt) 93, der die Strömungskanalquerschnittfläche des Verbindungskanals 92 verringert, kann aus dem Verbindungskanal 92 entfernt werden, falls dies gewünscht ist.
(Siebte Ausführungsform)
Die 12B bis 13B zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer siebten Ausführungsform an, bei dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden die Bauteile, die denjenigen der ersten bis sechsten Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Der Niederdruckanschluss 16 der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Aufnahmeloch 91 und die Verbindungskanäle 92.
Wie in 12B gezeigt ist, umfasst das Aufnahmeloch 91 eine Mehrzahl von gleitfähigen Wandoberflächen 94, die den gleitfähigen Abschnitt 86 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 hin- und herbewegbar und gleitfähig stützen.
Der Schaftabschnitt mit großen Durchmesser 82 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 umfasst eine Mehrzahl von ebenen Einschnittabschnitten (Ausnehmungen) 96, die an den gleitfähigen Oberflächen des gleitfähigen Abschnitts 86 radial nach innen ausgenommen sind.
Der Niederdruckanschluss 16 ist zwischen einer Lochwandoberfläche, in der die gleitfähigen Bandoberflächen 94 ausgebildet sind, und den Bodenoberflächen (den äußeren Oberflächen) der ebenen Einschnittabschnitte 96 ausgebildet.
Ferner sind die ebenen Einschnittabschnitte 96 in vorbestimmten Abständen (z. B. 120 Grad Abständen) in der Umfangsrichtung nacheinander angeordnet und erstrecken sich linear in der Hin- und Her-Bewegungsrichtung (der Axialrichtung) des Versetzungsübertragungsbolzens 65.
Bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform ist anstelle einer Ausbildung des Schaftabschnitts mit kleinem Durchmesser (Entlastungsabschnitt) 83 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 und der axialen Ausnehmungsnuten 85 des Ventilkörpers 9 (siehe 12A) der Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 ausgebildet, der sich entlang der gesamten Länge des Versetzungsübertragungsbolzens 65 erstreckt. Ferner ist die äußere Umfangsoberfläche des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 eingeschnitten, um die ebenen Ausschnittabschnitte 96 zu bilden (siehe 12B). Auf diese Weise können die Vorteile erzielt werden, die diejenigen der sechsten Ausführungsform ähnlich sind.
In dem Fall dieses Injektors kann der Niederdruckanschluss 16 als das einfache gerade Durchgangsloch (die Aufnahmelöcher 91) ausgebildet sein ohne die axial ausgenommenen Nuten 95 an dem Ventilkörper 9 auszubilden. Daher ist die vorliegende Ausführungsform bei der Herstellung des Ventilkörpers vorteilhaft.
Der Niederdruckanschluss 16 umfasst lediglich die Verbindungskanäle 92, die eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und der Federaufnahmekammer 55 herstellen. Die Verbindungskanäle 92 sind zwischen einer Lochwandoberfläche des Aufnahmelochs 91 des Ventilkörpers 9 und der äußeren Umfangsoberfläche des Versetzungsübertragungsbolzens 65 Ventilschafts mit großem Durchmesser 82 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ausgebildet.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform die Vorteile, die mit denjenigen der ersten bis sechsten Ausführungsform ähnlich sind, bereit.
(Achte Ausführungsform)
Die 14A und 14B zeigen einen piezoelektrischen Injektor gemäß einer achten Ausführungsform, an dem das Prinzip des Kraftstoffeinspritzventils der vorliegenden Offenbarung angewendet wird.
In der nachfolgenden Diskussion werden Bauteile, die diejenigen der ersten bis siebten Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und werden zur Vereinfachung nicht weiter beschrieben.
Der Injektor der vorliegenden Ausführungsformen umfasst den Versetzungsübertragungsbolzen 65, der mit dem Ventilkolben 22 einteilig ausgebildet ist, als ein Versetzungsübertragungselement, das die Versetzung des Ventilkolbens 22 auf das Steuerventil 11 überträgt, um das Steuerventil 11 von der Niederdrucksitz(Zustands)Seite zu der Hochdrucksitz(Zustands)Seite anzutreiben.
Der Versetzungsübertragungsbolzen 65 umfasste einen Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82, einen Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 und einen Verbindungsabschnitt 85. Der Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 nimmt eine Antriebskraft von dem Stellglied 3 auf. Der Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner als ein äußerer Durchmesser des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 ist, und der Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 überträgt die Antriebskraft auf das Steuerventil 11. Der Verbindungsabschnitt 85 ist in einer konischen Kegelform ausgebildet und zwischen dem Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 positioniert.
Der Verbindungsabschnitt 85 stellt eine Verbindung zwischen dem Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 und dem Schaftabschnitt 83 mit kleinem Durchmesser her. Ein äußerer Durchmesser des Verbindungsabschnitts 85 ist ein abnehmender Durchmesserschaft (ein verjüngter Schaftabschnitt), der einen äußeren Durchmesser aufweist, der von der Seite des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 zu der Seite des Schaftabschnitts mit kleinem Durchmesser 83 progressiv abnimmt.
Der Niederdruckanschluss 16 der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Aufnahmeloch 91 und den Verbindungskanal (Verbindungsabschnitt) 92. Das Aufnahmeloch 91 nimmt den Versetzungsübertragungsbolzen 65 in einer Weise auf, die eine Hin- und Her-Bewegung des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ermöglicht. Der Verbindungskanal 92 stellt eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer 13 und der Ventilaufnahmekammer 55 her. Der Verbindungskanal 92 ist zwischen der Lochwandoberfläche des Aufnahmelochs 91 des Ventilkörpers 9 und der äußeren Umfangsoberfläche des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 und dem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 83 und der konischen Oberfläche des Verbindungsabschnitts 85 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 ausgebildet.
Das Aufnahmeloch 91 umfasst ein Loch mit kleinem Durchmesser, ein Loch mit großem Durchmesser und ein Loch mit zunehmendem Durchmesser. Das Loch mit kleinem Durchmesser ist strömungsaufwärts (auf der Seite der Steuerventilkammer 13) des Niederdruckanschlusses 16 ausgebildet. Das Loch mit großem Durchmesser ist strömungsabwärts (auf der Seite der Federaufnahmekammer 55) von dem Niederdruckanschluss 16 ausgebildet. Das Loch mit zunehmendem Durchmesser ist zwischen dem Loch mit kleinem Durchmesser und dem Loch mit großem Durchmesser ausgebildet und ist in einer konischen Kegelform ausgestaltet.
Das Loch mit großem Durchmesser des Aufnahmelochs 91 umfasst eine Mehrzahl von gleitfähigen Wandoberflächen 94, die den Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 hin- und herbewegbar und gleitfähig aufnehmen.
Der Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 82 des Versetzungsübertragungsbolzens 65 umfasst eine Mehrzahl von gleitfähigen Oberflächen (gleitfähige Oberflächen des gleitfähigen Abschnitts 86), und eine Mehrzahl von ebenen Ausschnittabschnitten (Ausnehmungen) 96. Die gleitfähigen Oberflächen des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 82 gleiten an den gleitfähigen Wandoberflächen 94 hin- und herbewegbar entlang. Die ebenen Ausschnittabschnitte 96 sind von den gleitfähigen Oberflächen des gleitfähigen Abschnittes 86 radial nach innen ausgenommen und erstrecken sich in der Hin- und Her-Bewegungsrichtung des Versetzungsübertragungsbolzens 65.
Der Niederdruckanschluss 16 ist zwischen den gleitfähigen Wandoberflächen 94 und den Bodenoberflächen (radial inneren Bodenoberflächen, ebenso als äußere Oberflächen bezeichnet) der ebenen Ausschnittabschnitte 96 ausgebildet.
Ferner sind die ebenen Ausschnittabschnitte 96 in vorbestimmten Abschnitten (z. B. 120 Grad Abschnitten) in der Umfangsrichtung nacheinander angeordnet und erstrecken sich linear in der Hin- und Her-Bewegungsrichtung (der axialen Richtung) des Versetzungsübertragungsbolzens 65.
Wie obenstehend diskutiert ist, stellt der Injektor der vorliegenden Ausführungsform die Vorteile, die ähnlich mit denjenigen der ersten bis siebten Ausführungsform sind, bereit.
Ferner ist bei dem Injektor der vorliegenden Ausführungsform der äußere Durchmesser von lediglich dem gleitfähigen Abschnitt 86, der die gleitfähigen Oberflächen umfasst, erhöht, um den Deformationsverlust weiter zu verringern.
Nun werden Modifikationen der obenstehenden Ausführungsformen beschrieben.
In den oben genannten Ausführungsformen wird die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung 200, welche die Öffnungs-/Schließbewegung (die Verschiebungsbewegung) der Steuerplatte 6 in Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen der oberen Seite und der unteren Seite der Steuerplatte 6 durchführt, als die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung der vorliegenden Offenbarung verwendet. Allerdings ist die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Stellglied vorgesehen sein, das die Steuerplatte 6 antreibt, um die Öffnungs- und Schließbewegung der Steuerplatte 6 durchzuführen, und die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung kann die Öffnungs-/Schließbewegung durch die Antriebskraft des Stellglieds übereinstimmend mit einem Änderungsbefehl durchführen, der von der Maschinensteuereinheit (der elektronischen Steuervorrichtung: ECU) zu vorbestimmten Umschaltzeiten ausgegeben wird.
Bei den oben genannten Ausführungsformen wird der piezoelektrische Stapel, der in der axialen Richtung durch das Laden und Entladen der elektrischen Ladung ausgedehnt und kontrahiert wird, in dem Stellglied 3 verwendet, das die Ventilöffnungsantriebskraft des Steuerventils 11 erzeugt, welches das Ventilelement der Steuerventilvorrichtung ist, die den Zunahme-/Abnahmesteuerbetrieb des Kraftstoffdrucks der Drucksteuerkammer 14 durchführt. Anderenfalls kann anstelle des Stellglieds 3 ein Stellglied verwendet werden, das die Ventilöffnungsantriebskraft oder die Ventilschließantriebskraft des Ventilelements der Steuerventilvorrichtung erzeugt und ein Solenoidstellglied, ein elektrisches Stellglied oder ein magnetisches Stellglied als Antriebsquelle umfasst.
In den oben genannten Ausführungsformen wird das Kraftstoffeinspritzventil (der Injektor), der die Einspritzlöcher 27 mit der Nadel 1, die in dem Düsenkörper 2 hin- und herbewegbar aufgenommen ist, öffnet/schließt, als das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Offenbarung verwendet. Anderenfalls kann ein Kraftstoffeinspritzventil (ein Injektor) eines Einspritzlochs vom variablen Typ verwendet werden, der eine Mehrzahl von primären und sekundären Einspritzlöchern mit zwei Nadeln, d. h. einer ersten und einer zweiten Nadel, die in dem Düsenkörper 2 hin- und herbewegbar aufgenommen sind, öffnet/schließt.
Anstelle der Dieselmaschine kann eine Benzinmaschine als die Verbrennungsmaschine der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Ferner bezieht sich der Niederdruckabschnitt der Kraftstoffzufuhrstrecke, die den Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank gesammelt ist, dem Kraftstoffeinspritzventil (den Injektor) der Verbrennungsmaschine durch die Zufuhrpumpe zuführt, auf einen Abschnitt der Kraftstoffzufuhrstrecke, der strömungsaufwärts von der Druckerzeugungskammer der Zufuhrpumpe positioniert ist.
Ferner kann das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Offenbarung an einem Kraftstoffinjektor angewendet werden, der den Kraftstoff in den Zylinder der Verbrennungsmaschine (z. B. der Benzinmaschine) oder in einen Einlassanschluss, der mit dem Zylinder der Verbrennungsmaschine in Verbindung steht, einspritzt.
Bei den oben genannten Ausführungsformen wird der Versetzungsübertragungsbolzen 65, der separat von dem Steuerventil 11 und dem Ventilkolben 22 ausgebildet ist, als das Übertragungselement verwendet, das in der Bolzenform ausgestaltet ist. Anderenfalls kann ein Versetzungsübertragungsbolzen 65, der einteilig mit einem von dem Steuerventil 11 oder dem Ventilkolben 22 ausgebildet ist, als das Übertragungselement verwendet werden, das in der Bolzenform ausgestaltet ist.
Ferner kann in einer der oben genannten Ausführungsformen, wenn das Material des Übertragungselements (längliches Übertragungselement), das in der Bolzenform ausgestaltet ist (der Versetzungsübertragungsbolzen 65) ein Material (z. B. Superstahl beziehungsweise höchstfester Stahl, Keramiken) ist, das eine Steifigkeit aufweist und ein Young'sches Modul aufweist, das höher als ein vorbestimmter Wert ist (z. B. 200 GPa), der Deformationsverlust verringert werden ohne die Form des Übertragungselements, das in der Bolzenform ausgestaltet ist, zu ändern.
Ferner können die oben genannten Ausführungsformen und Modifikationen derselben innerhalb eines Prinzips der vorliegenden Offenbarung frei kombiniert werden. Beispielsweise können ein beliebiges oder mehrere Merkmale von einer der oben genannten Ausführungsformen in einer der anderen oben genannten Ausführungsformen einbezogen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-046323 A [0002, 0231]
US 2006/0016906 A1 [0002, 0231]

Claims

Kraftstoffeinspritzventil, aufweisend: eine Nadel (1), die hin- und herbewegbar ist, um ein Einspritzloch (27) zu öffnen und zu schließen, durch das Kraftstoff in einen Zylinder einer Verbrennungsmaschine eingespritzt wird; eine Steuerkammer (14), die einen Kraftstoffdruck sammelt, welcher an der Nadel (1) in einer Ventilschließrichtung aufgebracht werden soll; eine Steuerventilkammer (13), die umfasst: einen Verbindungsanschluss (19), der immer mit der Steuerkammer (14) verbunden ist; einen Hochdruckanschluss (18), der mit einem Hochdruckkraftstoffkanal (31–34, 37, 38, 41–43) verbunden ist, der einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff führt, der in die Steuerkammer (14) eingeleitet werden soll; und einen Niederdruckanschluss (16), der mit einem Niederdruckkraftstoffkanal (53–57) verbunden ist, der den Kraftstoff führt, der aus der Steuerkammer (14) zu einer Niederdruckseite eines Kraftstoffsystems abgeführt wird; eine Steuerventilvorrichtung (100), die in der Steuerventilkammer (13) aufgenommen ist und ein Ventil (11) umfasst, das verschiebbar ist, um eine Verbindung des Verbindungsanschlusses (19) in Bezug zu dem Hochdruckanschluss (18) oder dem Niederdruckanschluss (16) zu ermöglichen oder zu sperren; ein Stellglied (3), das eine Antriebskraft zum Antreiben des Ventilelements (11) der Steuerventilvorrichtung (100) erzeugt, um es von einem Niederdruckdichtungszustand, bei dem das Ventilelement (11) eine Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss (18) und dem Verbindungsanschluss (19) ermöglicht, und eine Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss (16) und dem Verbindungsanschluss (19) sperrt, zu einem Hochdruckdichtungszustand zu verschieben, bei dem das Ventilelement (11) die Verbindung zwischen dem Niederdruckanschluss (16) und dem Verbindungsanschluss (19) ermöglicht, und die Verbindung zwischen dem Hochdruckanschluss (18) und dem Verbindungsanschluss (19) sperrt, wobei: wenn das Ventilelement (11) der Steuerventilvorrichtung (100) verschoben wird, ein Kraftstoffdruck in der Steuerkammer (14) angepasst wird, um eine Öffnungs- und Schließbewegung der Nadel (1) zu steuern, und der Hochdruckkraftstoffkanal (31–34, 37, 38, 41–43) zumindest eine erste Einlassmündung (43) und eine zweite Einlassmündung (38) umfasst, die eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der zu der Steuerkammer (14) geleitet wird, begrenzen; eine erste Einlassstrecke (43, 18, 13, 44, 45, 48, 49), die den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der ersten Einlassmündung (43) durch den Hochdruckanschluss (18), die Steuerventilkammer (13) und den Verbindungsanschluss (19) zu der Steuerkammer (14) führt; eine zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49), die den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der zweiten Einlassmündung (38) zu der Steuerkammer (14) führt während der Hochdruckanschluss (18), die Steuerventilkammer (13) und der Verbindungsanschluss (19) umgangen werden; und eine Öffnungs- und Schließventilvorrichtung (200), die versetzbar ist zwischen: einer vollständig geöffneten Position, in der die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung (200) die zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49) öffnet; und einer vollständig geschlossenen Position, in der die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung (200) die zweite Einlassstrecke (37, 38, 48, 49) schließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch die zweite Einlassmündung (38) fließt, derart eingestellt ist, dass sie größer oder gleich einer Strömungsmenge des Kraftstoffs ist, der durch die erste Einlassmündung (43) fließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch die zweite Einlassmündung (38) fließt, derart eingestellt ist, dass sie kleiner oder gleich einer Strömungsmenge des Kraftstoffs ist, der durch die erste Einlassmündung (43) fließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Öffnungs- und Schließventilvorrichtung (200) eine Steuerplatte (6) vom Druckbetätigungstyp umfasst, die einen Strömungskanal, der eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassmündung (38) und der Steuerkammer (14) herstellt, öffnet und schließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend zumindest eine Auslassmündung (52, 53), welche die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der aus der Steuerkammer (14) durch die Steuerventilkammer (13) zu dem Niederdruckkraftstoff (53–57) abgeführt wird, begrenzt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, wobei ein Drosselungslochdurchmesser der ersten Einlassmündung (43) und ein Drosselungslochdurchmesser der zumindest einen Auslassmündung (52, 53) derart eingestellt sind, dass eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch die Einlassmündung (43) fließt, größer als eine Strömungsmenge des Kraftstoffs ist, der durch die wenigstens eine Auslassmündung (52, 53) fließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5 oder 6, wobei wenigstens eine Auslassmündung (52, 53) umfasst: eine erste Auslassmündung (52), die in einer Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsaufwärts von der Steuerventilkammer (13) positioniert ist; und eine zweite Auslassmündung (53), die in der Strömungsrichtung des Kraftstoffs strömungsabwärts von der Steuerventilkammer (13) positioniert ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, wobei ein Drosselungslochdurchmesser der ersten Auslassmündung (52) und ein Drosselungslochdurchmesser der zweiten Auslassmündung (53) derart eingestellt sind, dass eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, der durch die zweite Auslassmündung (53) fließt, größer als eine Strömungsmenge des Kraftstoffs ist, der durch die erste Auslassmündung (52) fließt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerventilvorrichtung (100) ein Spannelement (12) umfasst, welches das Ventilelement (11) beaufschlagt, um das Ventilelement (11) von dem Hochdruckdichtungszustand zu dem Niederdruckdichtungszustand zu verschieben.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Stellglied (3) einen piezoelektrischen Stapel umfasst, der durch Laden und Entladen einer elektrischen Ladung ausdehnbar und kontrahierbar ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend ein Übertragungselement (65), das in einer Bolzenform ausgestaltet ist und die Antriebskraft des Stellglieds (3) auf das Ventilelement (11) überträgt, wobei: das Übertragungselement (65) in einer Verschiebungsrichtung des Ventilelements (11) der Steuerventilvorrichtung (100) hin- und herbewegbar ist; der Niederdruckkraftstoffkanal (53–57) eine Niederdruckkammer (55) umfasst, die durch den Niederdruckanschluss (16) mit der Steuerventilkammer (13) verbunden ist; die Steuerventilvorrichtung (100) einen Ventilkörper (9) umfasst, der das Ventilelement (11) in einer Weise aufnimmt, die eine Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements (11) ermöglicht, und der Ventilkörper (9) die Steuerventilkammer (13) und den Niederdruckanschluss (16) ausbildet; und der Niederdruckanschluss (16) umfasst: ein Aufnahmeloch (91), welches das Übertragungselement (65) hin- und herbewegbar aufnimmt; und einen Verbindungsabschnitt (92, 93), der zwischen einer Lochwandoberfläche des Aufnahmelochs (91) und einer äußeren Umfangsoberfläche des Übertragungselements (65) ausgebildet ist und eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer (13) und der Niederdruckkammer (55) herstellt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11, wobei das Übertragungselement (65) aus einem Material besteht, das hochfest ist und ein Young'sches Modul aufweist, das größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Übertragungselement (65) umfasst: einen Schaftabschnitt (82) mit großem Durchmesser, der die Antriebskraft von dem Stellglied (3) aufnimmt; einen Schaftabschnitt (83) mit kleinem Durchmesser, der einen äußeren Durchmesser aufweist, der kleiner als ein äußerer Durchmesser des Schaftabschnitts (82) mit großem Durchmesser ist, und die Antriebskraft auf das Ventilelement (11) überträgt; und eine Stufe (84), die in einer Ringform ausgestaltet ist, und zwischen dem Schaftabschnitt (82) mit großem Durchmesser und dem Schaftabschnitt (83) mit kleinem Durchmesser positioniert ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei: der Verbindungsabschnitt (92, 93) einen Verbindungskanal (92) umfasst, der eine Verbindung zwischen der Steuerventilkammer (13) und der Niederdruckkammer (55) herstellt; und der Verbindungskanal (92) einen Drosselungsabschnitt (93) umfasst, der eine Strömungskanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals (92) verringert.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: das Aufnahmeloch (91) umfasst: eine gleitfähige Wandoberfläche (94), die einen gleitfähigen Abschnitt (86) des Übertragungselements (65) hin- und herbewegbar und gleitfähig stützt; und eine Ausnehmung (95), die an der gleitfähigen Wandoberfläche (94) radial nach außen ausgenommen ist und sich in einer Auf- und Ab-Bewegungsrichtung des Übertragungselements (65) erstreckt; und der Niederdruckanschluss (16) zwischen einer äußeren Wandoberfläche des Übertragungselements (65) und einer Bodenoberfläche der Ausnehmung (95) ausgestaltet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei: das Aufnahmeloch (91) eine gleitfähige Wandoberfläche (94) umfasst, die einen gleitfähigen Abschnitt (86) des Übertragungselements (65) hin- und herbewegbar und gleitfähig stützt; und das Übertragungselement (65) eine Ausnehmung (96) umfasst, die an dem gleitfähigen Abschnitt (86) des Übertragungselements (65) radial nach innen ausgenommen ist und sich in einer Auf- und Ab-Bewegungsrichtung des Übertragungselements (65) erstreckt; und der Niederdruckanschluss (16) zwischen einer gesamten Wandoberfläche des Aufnahmelochs (91) oder der gleitfähigen Wandoberfläche (94) des Aufnahmelochs (91) und einer Bodenoberfläche der Ausnehmung (96) ausgebildet ist.