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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine interne Verbrennungsmaschine.
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HINTERGRUND
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Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil. Bei dem in Patentdokument 1 offenbarten Kraftstoffeinspritzventil ist eine Düsennadel in einer Schließrichtung mit dem Kraftstoffdruck in einer Steuerkammer vorgespannt. Das Kraftstoffeinspritzventil ist derart konfiguriert, dass dieses den Druck in der Steuerkammer steuert, um einen Ventilbetrieb der Düsennadel zu steuern.
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Genauer gesagt ist eine Steuerkammer-Kommunikationspassage derart ausgebildet, dass diese regelmäßig mit der Steuerkammer kommuniziert bzw. in Verbindung ist. Zusätzlich wird Kraftstoff aus der Steuerkammer durch die Steuerkammer-Kommunikationspassage und eine Abgabepassage zu einem Niederdruckabschnitt abgegeben, wobei dadurch der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer reduziert wird. Auf diese Weise wird die Düsennadel in die Öffnungsrichtung bewegt. Im Gegensatz dazu wird Hochdruckkraftsstoff aus einer Hochdruckpassage durch die Steuerkammer-Kommunikationspassage in die Steuerkammer hineingesaugt bzw. hineingezogen, um dadurch den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer zu erhöhen. Auf diese Weise wird die Düsenkammer in die Schließrichtung bewegt.
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Ein Ventilelement ist in einer Ventilkammer platziert bzw. lokalisiert, um die Kommunikation bzw. Verbindung zwischen der Steuerkammer-Kommunikationspassage und der Abgabepassage zu steuern, und um die Kommunikation bzw. Verbindung zwischen der Steuerkammer-Kommunikationspassage unter der Hochdruckpassage zu steuern. Das Ventilelement wird mit einer Ventilelementfeder in einer Richtung vorgespannt, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Abgabepassage zu trennen bzw. diese zu blockieren. Zusätzlich wird das Ventilelement mit einem Aktuator betätigt, welcher ein piezoelektrisches Element verwendet, und diese in einer Richtung, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage zu trennen.
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Es wird angemerkt, dass eine Schließgeschwindigkeit der Nadel je nach Wunsch bzw. Vorgabe mit einer hohen Geschwindigkeit eingestellt werden kann, um eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge zu behalten. Es wird ferner angemerkt, dass die Schließgeschwindigkeit der Nadel auf eine hohe Geschwindigkeit durch das Vergrößern einer Durchtrittsfläche bzw. eines Passagebereichs einer Drossel, die in der Hochdruckpassage ausgebildet ist, eingestellt werden kann.
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Allerdings, bei einem Zustand, bei dem die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage getrennt ist, namentlich, in dem geschlossenen Zustand der Nadel, erzeugt der Druck des Hochdruckkraftstoffes eine Kraft, welche auf das Ventilelement in einer Richtung wirkt, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage mit der Hochdruckpassage zu verbinden. Daher, bei einem Fall, bei dem der Passagebereich der Drossel der Hochdruckpassage vergrößert ist, wird ein Bereich des Ventilelements, welche den Druck des Hochdruckkraftstoffs aufnimmt, in einem Zustand groß, bei dem die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage getrennt ist. Folglich kann es bei dieser Konfiguration erforderlich sein, dass der Aktuator eine große Betätigungskraft erzeugen muss, um zu verursachen, dass das Ventilelement in dem Zustand verbleibt, bei dem die Steuerkammer/Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage getrennt ist. Auf diese Weise kann diese Konfiguration den Aktuator vergrößern. Im Hinblick dessen, ist das Kraftstoffeinspritzventil, welches im Patentdokument 1 offenbart ist, derart konfiguriert, dass dieses den Druck in der Ventilkammer und der Steuerkammer als einen Hilfsdruck verwendet, wenn das Ventilelement die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage trennt. Auf diese Art und Weise kann diese Konfiguration die Betätigungskraft reduzieren, welche für den Aktuator erforderlich ist. Diese Konfiguration kann es ebenso ermöglichen, eine Vergrößerung des Aktuators zu vermeiden, und diese kann die Schließgeschwindigkeit der Nadel erhöhen.
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(Patentdokument 1)
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Diese ist als ungeprüfte
japanische Patentanmeldung mit der Nr. 2006-46323 publiziert.
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Es wird ferner angemerkt, dass es anzunehmen ist, dass ein Common-Rail-Druck, welcher ein Druck des Hochdrucks ist, größer als ein aktueller Druck wird, um eine Verbrennungsperformance und/oder dergleichen zu erhöhen. Es ist ferner anzunehmen, dass ein Passagebereich der Drossel der Hochdruckpassage weiter vergrößert wird. Folglich wird in diesen Fällen eine Betätigungskraft, welche für den Aktuator erforderlich ist, größer als eine aktuelle bzw. vorliegende Betätigungskraft. Auf diese Weise kann eine Vergrößerung eines Aktuators nicht mehr zu vermeiden sein.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung einen Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, welches es ermöglicht, eine Betätigungskraft, welche für den Aktuator erforderlich ist, um ein Ventilelement zu halten, um eine Steuerkammer-Kommunikationspassage von einer Hochdruckpassage bei einer Konfiguration zu trennen, bei der die Düsennadel in einer Schließrichtung mit dem Kraftstoffdruck in einer Steuerkammer vorgespannt ist, zu reduzieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, welche mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung getätigt wurde. Es zeigt/es zeigen:
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1 eine Schnittansicht, welche eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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2 eine Schnittansicht, welche einen anderen Betriebszustand des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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3 eine vergrößerte Schnittansicht, welche periphere Komponenten eines Steuerventilmechanismus der 1 zeigt;
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4 eine Schnittansicht, welche eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
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5 eine vergrößerte Schnittansicht, welche periphere Komponenten einer Steuerplatte der 4 zeigt;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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(Erste Ausführungsform)
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird beschrieben werden.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass dieses einen Hochdruckkraftstoff von einem Common-Rail (nicht näher dargestellt) aufnimmt und dass dieses den Hochdruckkraftstoff in eine Verbrennungskammer einer internen Verbrennungsmaschine des Typs einer Kompressionszündung (nicht näher dargestellt) einspritzt.
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So wie dies in den 1 bis 3 gezeigt ist, beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil als Hauptkomponenten einen Einspritzkörper 1, eine Düse 3, einen Steuerventilmechanismus 5, einen Aktuator 7, einen ersten Zwischenkörper 8, einen zweiten Zwischenkörper 9 und/oder dergleichen.
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Der Einspritzkörper 1 beruht im Wesentlichen auf einer röhrenförmigen Form mit einem flachen Boden. Der Einspritzkörper 1 weist eine Hochdruckkraftstoffpassage 11, eine Niederdruckkraftstoffpassage 12 und eine Aufnahmekammer 13 auf. Die Hochdruckkraftstoffpassage 11 leitet Hochdruckkraftstoff, welcher von dem Common-Rail zugeführt wird. Die Niederdruckkraftstoffpassage 12 ist mit einem Kraftstofftank (nicht näher dargestellt) verbunden und diese ist regelmäßig auf einen Niederdruck eingestellt. Die Aufnahmekammer 13 nimmt den Aktuator 7 auf. Die Aufnahmekammer 13 ist mit der Niederdruckkraftstoffpassage durch das Niederdruckverbindungsloch 14 verbunden. Die Niederdruckkraftstoffpassage 12 kann mit einem Niederdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung äquivalent sein.
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Der erste Zwischenkörper 8 ist zu dem Einspritzkörper 1 benachbart angeordnet. Der erste Zwischenkörper 8 weist eine erste Zwischenkammer 81, eine zweite Zwischenkammer 82 und eine Hochdruckkraftstoffpassage 11 auf. Die erste Zwischenkammer 81 und die zweite Zwischenkammer 82 nehmen den Steuerventilmechanismus 5 auf. Die Hochdruckkraftstoffpassage 83 kommuniziert mit der Hochdruckkraftstoffpassage 11. Die zweite Zwischenkammer 82 ist mit der Niederdruckkraftstoffpassage 12 durch die Abgabepassage 84 verbunden. Die Abgabepassage 84 weist eine Abgabedrossel 85 auf. Die erste Zwischenkammer 81 und die zweite Zwischenkammer 82 sind jeweils als stabförmige Räume ausgebildet. Die erste Zwischenkammer 81 und die zweite Zwischenkammer 82 sind in Serie entlang einer Axialrichtung des Einspritzkörpers 1 bzw. hintereinander angeordnet. Genauer gesagt öffnet sich die erste Zwischenkammer 81 an einer Endoberfläche des ersten Zwischenkörpers 8 an der Seite des zweiten Zwischenkörpers 9. Die zweite Zwischenkammer 82 ist an der entgegengesetzten Seite der ersten Zwischenkammer 81 von dem zweiten Zwischenkörper 9 angeordnet. Das heißt, die zweite Zwischenkammer 82 ist näher an dem Einspritzkörper 1 als die erste Zwischenkammer 81 angeordnet.
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Die Düse 3 beinhaltet einen Düsenkörper 31, eine Düsennadel 32, eine Düsenfeder 33 und einen Düsenzylinder 34. Der Düsenkörper 31 ist im Wesentlichen von einer röhrenförmigen Form mit einem flachen Boden. Die Düsennadel 32 weist im Wesentlichen eine stabförmige Form auf und wir in den Düsenkörper 31 eingefügt. Die Düsennadel 32 ist in dem Düsenkörper 31 gleitend angeordnet. Die Düsenfeder 33 spannt die Düsenfeder 31 in eine Schließrichtung vor. Der Einspritzkörper 1, der erste Zwischenkörper 8, der zweite Zwischenkörper 9 und der Düsenkörper 31 bilden bei der vorliegenden Ausführungsform einen Körper aus.
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Der Düsenkörper 31 weist ein Düsenloch 311 auf, welcher dem Einspritzen von Hochdruckkraftstoff in die Verbrennungskammer der internen Verbrennungsmaschine dient. Ein Spitzenende (düsenlochseitiges Ende) der Düsennadel 32 ist auf dem Düsenkörper 31 aufgesetzt und wird von dem Düsenkörper 31 hochgehoben bzw. abgehoben, um dadurch das Düsenloch 311 zu öffnen und zu schließen. Der Düsenkörper 31 bildet intern eine Kraftstoffakkumulationskammer 35 bzw. eine Kraftstoff-Sammelkammer 35 aus, welche regelmäßig den Hochdruckkraftstoff von dem Common-Rail aufnimmt bzw. empfangt. Der Hochdruckkraftstoff fließt von dem Common-Rail durch die Kraftstoffakkumulationskammer 35 in Richtung des Düsenlochs 311.
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Der Düsenzylinder 34 weist eine röhrenförmige Form auf. Der Düsenzylinder 34 ist mit der Düsenfeder 33 in Richtung des zweiten Zwischenkörpers 9 vorgespannt. Das rückwärtige Ende (das entgegengesetzt zu dem Düsenloch gelegene Ende) der Düsennadel 32 ist in den Düsenzylinder 34 eingefügt. Das rückwärtige Ende der Düsennadel 32 ist in dem Düsenzylinder 34 gleitend angeordnet.
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Der Düsenzylinder 34 bildet intern eine Steuerkammer 36 aus, in welcher der Kraftstoffdruck zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck umgeschaltet wird. Die Düsennadel 32 wird mit dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 36 in der Schließrichtung vorgespannt. Die Düsennadel 32 ist ferner mit dem Kraftstoffdruck in der Kraftstoffakkumulationskammer 35 in der Öffnungsrichtung vorgespannt.
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Der zweite Zwischenkörper 9 ist zwischen dem ersten Zwischenkörper 8 und dem Düsenkörper 31 platziert. Der zweite Zwischenkörper 9 weist eine Hochdruckkraftstoffpassage 90, eine Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 und eine Hochdruckpassage 92 auf. Die Hochdruckkraftstoffpassage 90 verbindet die Hochdruckkraftstoffpassage 83 mit der Kraftstoffakkumulationskammer 35. Die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 kommuniziert bzw. verbindet die erste Zwischenkammer 81 mit der Steuerkammer 36. Die Hochdruckpassage 92 kommuniziert bzw. verbindet die erste Zwischenkammer 81 mit der Kraftstoffakkumulationskammer 35. Die Hochdruckpassage 92 weist ein Öffnungsende an der Seite der ersten Zwischenkammer 81 auf, und das Öffnungsende bildet eine Einflussdrossel 93 aus.
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Der Steuerventilmechanismus 5 beinhaltet einen Ventilzylinder 51, ein erstes Ventilelement 52, ein zweites Ventilelement 53, eine Ventilelementfeder 54 und eine Zylinder-Haltefeder 55. Der Steuerventilmechanismus 5 ist in der ersten Zwischenkammer 81 und der zweiten Zwischenkammer 82 aufgenommen, welche in dem ersten Zwischenkörper 8 ausgebildet sind. Der Ventilzylinder 51 weist eine röhrenförmige Form auf. Der Ventilzylinder 51 partitioniert die erste Zwischenkammer 81 von der zweiten Zwischenkammer 82 bzw. trennt diese voneinander ab. Genauer gesagt ist die erste Zwischenkammer 81 durch den Ventilzylinder 51, den ersten Zwischenkörper 8 und den zweiten Zwischenkörper 9 definiert. Die zweite Zwischenkammer 82 wird durch den Ventilzylinder 51 und den ersten Zwischenkörper 8 definiert.
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Der Ventilzylinder 51 weist einen Mittenabschnitt in einer Radialrichtung auf, und der Mittenabschnitt weist ein Zylinderloch 51 auf, in welchem das erste Ventilelement 52 eingefügt ist. Das erste Ventilelement 52 ist gleitend in dem Zylinderloch 511 angeordnet.
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Der Ventilzylinder 51 weist eine Endoberfläche an der entgegengesetzten Seite des zweiten Zwischenkörpers 9 auf, und eine äußere im Umfang angeordnete Peripherie der Endoberfläche weist einen Zylindervorsprung 512 auf (siehe 3) in einer ringförmigen Form auf. Die Zylinder-Haltefelder 55 ist zwischen dem Ventilzylinder 51 und dem zweiten Zwischenkörper 9 platziert. Die Zylinder-Haltefeder 55 und der Druck des Hochdruckkraftstoffs in der ersten Zwischenkammer 81 spannen das spitze Ende des Zylindervorsprungs 512 auf den ersten Zwischenkörper 8 vor bzw. lenken diesen in eine Richtung. Auf diese Weise dichten das spitze Ende des Zylindervorsprungs 512 und der ersten Zwischenkörper 8 die erste Zwischenkammer 81 von der zweiten Zwischenkammer 82 ab. Die Zylinder-Haltefeder 55 kann beispielsweise eine Scheibenfeder sein.
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Das erste Ventilelement 52 weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf. Ein Zwischenabschnitt des ersten Ventilelements 52 ist in das Zylinderloch 511 eingefügt und ist in dem Zylinderloch 511 gleitend angeordnet. Das erste Ventilelement 52 weist eine Endoberfläche an der Seite des zweiten Zwischenkörpers 9 auf und eine äußere im Umfang gelegene Peripherie der Endoberfläche bildet einen hochdruckseitigen Ventilabschnitt 521 aus. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 ist ein Vorsprung mit einer ringförmigen Form. Eine innere im Umfang gelegene Peripherie des hochdruckseitigen Ventilabschnitts 521 des ersten Ventilelements 52 bildet einen Freigabeabschnitt 512 mit einer stabförmigen Form auf.
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Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 ist an der Hochdrucksitzoberfläche 94 des zweiten Zwischenkörpers 9 aufgesetzt, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage 92 zu trennen. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 wird von der Hochdrucksitzoberfläche 94 weggehoben, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit der Hochdruckpassage 92 zu verbinden. Genauer gesagt, bei einem Zustand, bei dem der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 in Kontakt mit der hochdruckseitigen Sitzoberfläche 94 steht, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92 zu trennen, kommuniziert die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit dem Freigabeabschnitt 522. Zusätzlich kommuniziert die Hochdruckpassage 92 nicht mit dem Freigabeabschnitt 522.
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Das erste Ventilelement 52 bildet im Kern eine Ventilelement-interne Passage 523 aus, welche den Freigabeabschnitt 522 mit der zweiten Zwischenkammer 82 kommuniziert bzw. verbindet.
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Das zweite Ventilelement 53 weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf, und ist in der zweiten Zwischenkammer 82 platziert. Genauer gesagt ist das zweite Ventilelement 53 derart konfiguriert, dass dieses in Kontakt mit einer Endoberfläche des ersten Ventilelements 52 an der entgegengesetzten Seite des zweiten Zwischenkörpers 9 in Kontakt steht. Auf diese Weise ist das zweite Ventilelement 53 derart konfiguriert, dass sich dieses Integral mit dem ersten Ventilelement 52 bewegt. Das zweite Ventilelement 53 weist ein Ende an der entgegengesetzten Seite des zweiten Zwischenkörpers 9 auf und das Ende bildet einen niederdruckseitigen Ventilabschnitt 531 aus. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 weist eine kegelförmige Form oder eine sphärische Form auf. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 ist an der Niederdruck-Sitzoberfläche 86 des ersten Zwischenkörpers 8 aufgesetzt, um die Abgabepassage 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 zu trennen. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 wird von der Niederdrucksitzoberfläche 86 abgehoben, um die Abgabepassage 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 zu verbinden. Das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 können äquivalent zu einem Ventilelement der vorliegenden Offenbarung sein.
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Die Ventilelementfeder 54 ist zwischen dem Ventilzylinder 51 und dem ersten Ventilelement 52 angeordnet. Die Ventilelementfeder 54 spannt sowohl das erste Ventilelement 50 als auch das zweite Ventilelement 53 in einer vorbestimmten Richtung vor. Genauer gesagt spannt die Ventilelementfeder 54 das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 in einer Richtung vor, dass die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit der Hochdruckpassage 92 verbunden ist, und dass die Abgabepassage 94 von der zweiten Zwischenkammer 82 getrennt ist.
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Zusätzlich ist eine voreingestellte Last der Zylinder-Haltefeder 55 größer, als eine voreingestellte Last der Ventilelementfeder 54. Die vorliegende Konfiguration hält einen Zustand, bei dem ein spitzes Ende des Zylindervorsprungs 512 auf den ersten Zwischenkörper 8 vorgespannt ist.
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Der Aktuator 7 beinhaltet einen geschichteten Körper eines piezoelektrischen Elements 71 und eine Übertragungseinheit. Der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 wird durch das Laminieren beziehungsweise Schichten einer Anzahl von piezoelektrischen Elementen derart ausgebildet, dass diese eine Stabform ausbilden. Der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 ist derart konfiguriert, dass sich diese bei dem Ansammeln von elektrischer Ladung ausdehnt, und dass sich dieser bei dem Freigeben der elektrischen Ladung zusammenzieht. Die Übertragungseinheit überträgt die Ausdehnung und die Kontraktion des laminierten Objekts des piezoelektrischen Elements 71 derart, dass der Ventilmechanismus 5 gesteuert wird.
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Die Konfiguration der Übertragungseinheit wird nachstehend beschrieben werden. Ein erster Kolben 73 und ein zweiter Kolben 74 sind in einem Aktuatorzylinder 72 solchermaßen eingefügt, dass der erste Kolben 73 und der zweite Kolben 74 gleitend in dem Aktuatorzylinder 72 angeordnet sind, und dass diese relativ zu dem Aktuatorzylinder 72 Licht-dicht angeordnet sind. Der erste Kolben 73 und der zweite Kolben 74 bilden eine Flüssigkeitskammer 75 aus, welche mit dem Kraftstoff gefüllt ist.
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Der erste Kolben 73 wird durch die erste Aktuatorfeder 76 in Richtung des geschichteten Körpers des piezoelektrischen Elements 71 vorgespannt. Bei der Konfiguration wird der erste Kolben 73 direkt durch den geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71. Wenn der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 ausgedehnt wird, wird verursacht, dass der erste Kolben 73 den Druck auf die Flüssigkeitskammer 75.
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Der zweite Kolben 74 wird mit einer zweiten Aktuatorfeder 77 in Richtung des Steuerventilmechanismus 5 vorgespannt. Zusätzlich ist der zweite Kolben 74 derart konfiguriert, dass dieser durch das Aufnehmen von Druck in der Flüssigkeitskammer 75 betätigt wird.
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Genauer gesagt, wenn der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 expandiert wird, wird der zweite Kolben 74 durch das Aufnehmen von Druck in der komprimierten Flüssigkeitskammer 75 mit einem hohen Druck betätigt. Auf diese Weise betätigt der zweite Kolben 74 das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 in Richtung des zweiten Zwischenkörpers 9. Auf diese Weise stellt der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 Kontakt mit der Hochdrucksitzoberfläche 94 her, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92 zu trennen. Zusätzlich bewegt sich der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 weg von der Niederdrucksitzoberfläche 86, um die Abgabepassage 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 zu verbinden.
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Im Gegensatz dazu, wenn der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 kontrahiert wird, dann wird der Druck in der Flüssigkeitskammer 75 niedrig. In diesem Zustand wird der zweite Kolben 74 von der Ventilelementfeder 54 in Richtung des ersten Kolbens 73 gegen die zweite Aktuatorfeder 77 zurückgedrückt.
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Nachfolgend wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben werden. Zuerst ist das Düsenloch 311, welches in 1 gezeigt ist, geschlossen, sodass sich dieses in einem Nadelschließzustand befindet. In dem Nadelschließzustand ist eine elektrische Ladung in dem geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 geladen. Auf dieses Weise ist der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 derart expandiert, dass dieser den ersten Kolben 73 betätigt. Auf diese Weise wird verursacht, dass der erste Kolben 73 den Druck in der Flüssigkeitskammer 75 erhöht. Der Druck in der komprimierten Flüssigkeitskammer 75 wird auf einen Hochdruck erhöht, um den zweiten Kolben 74 in Richtung des ersten Ventilelements 52 und des zweiten Ventilelements 53 zu betätigen.
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Nachfolgend, so wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist, betätigt der zweite Kolben 74 das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53. Auf diese Weise stellt der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 Kontakt mit der Hochdrucksitzoberfläche 94 her, um dadurch die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92 zu trennen. In anderen Worten bewegt sich der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 weg von der Niederdrucksitzoberfläche 86, um dadurch die Auslasspassage 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 zu verbinden.
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Daher fließt der Kraftstoff in der Steuerkammer 36 durch die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91, den Freigabeabschnitt 522 und die interne Passage des Ventilelements 523 in die zweite Zwischenkammer 82. Der Kraftstoff fließt weiter durch die Auslassdrossel 85, die Auslasspassage 84 und die Niederdruckkraftstoffpassage 12, um den Kraftstoff in den Kraftstofftank zurückzuführen.
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Nachfolgend verringert sich der Druck in der Steuerkammer 36, um eine Kraft zu reduzieren, welche die Düsennadel 32 in einer Schließrichtung vorspannt. Daher bewegt sich die Düsennadel 32 in eine Öffnungsrichtung, um sich in einem Nadelöffnungszustand zu befinden. Auf diese Weise wird Kraftstoff aus dem Düsenloch 311 eingespritzt.
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In dem Nadelöffnungszustand trennt das erste Ventilelement 52 die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92. Daher spannt der Druck in der Steuerkammer 36, welcher auf den Freigabeabschnitt 522 wirkt, das erste Ventilelement 52 in einer Richtung derart vor, dass diese weg von der Hochdrucksitzoberfläche 94 zeigt. Das heißt, der Druck in der Steuerkammer 36 spannt das erste Ventilelement 52 in eine Richtung gegen die betätigende Kraft des Aktuators 7 vor.
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Es wird angemerkt, dass bei dem Nadelöffnungszustand der Druck in der Steuerkammer 36 auf einen Niederdruck gesteuert wird, welcher niedriger als der Druck des Hochdruckkraftstoffs ist. Daher wird die Kraft, die durch den Druck in der Steuerkammer 36 verursacht wird, um das erste Ventilelement 52 vorzuspannen, gering. Das heißt, die Kraft in einer Richtung gegen die betätigende Kraft des Aktuators 7 wird klein.
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Im Gegensatz dazu wird bei dem Nadelöffnungszustand, der in 2 gezeigt ist, der geschichtete Körper des piezoelektrischen Elements 71 kontrahiert, wenn die elektrische Ladung des geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 entladen beziehungsweise abgegeben wird. In Reaktion dessen stellt die Aktuatorfeder 76 den ersten Kolben 73 in Richtung des geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 zurück. Auf diese Weise verringert sich der Druck in der Flüssigkeitskammer 75 derart, dass dies verursacht, dass die Ventilelementfeder 54 das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den zweiten Kolben 74 in Richtung des ersten Kolbens 73 zurückstellt.
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Aus diese Weise bewegt sich der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 weg von der Hochdrucksitzoberfläche 84, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit der Hochdruckpassage 92 zu verbinden. Zusätzlich stellt der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 Kontakt mit der Niederdrucksitzoberfläche 86 her, um die Abgaspassage 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 zu trennen.
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Daher fließt der Hochdruckkraftstoff in der Kraftstoffakkumulationskammer 35 durch die Hochdruckpassage 92, die Einflussdrossel 93, die erste Zwischenkammer 81 und die erste Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 in die Steuerkammer 36.
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Folglich erhöht sich der Druck in der Steuerkammer 36 und eine Kraft, welche die Düsennadel 32 in der Schließrichtung vorspannt, wird groß. Daher bewegt sich die Düsennadel 32 in die Schließrichtung, um das Düsenloch 311 zu schließen. Auf diese Weise bewegt sich der Zustand so, dass sich dieser in dem Nadelfließzustand befindet, und die Kraftstoffeinspritzung ist beendet.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, bei dem Zustand, bei dem das erste Ventilelement 52 die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92 trennt, wird der Druck in der Steuerkammer 36, welcher auf einen niedrigen Druck geringer als der Druck des Hochdruckkraftstoffs gesteuert wird, auf den Freigabeabschnitt 522 angewandt. Daher wird die Kraft, welche durch den Druck in der Steuerkammer 36 verursacht wird, und welche auf den Freigabeabschnitt 522 angewandt wird, um das erste Ventilelement 52 in die Richtung gegen die betätigende Kraft des Aktuators 7 vorzuspannen, klein. Daher wird die betätigende Kraft, welche für den Aktuator 7 erforderlich ist, klein, und daher kann es die Konfiguration ermöglichen, den Aktuator 7 zu verkleinern.
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Zusätzlich kann die vorliegende Konfiguration die Kraft verringern, welche durch den Druck in der Steuerkammer 36 verursacht wird, und welche auf den Freigabeabschnitt 522 angewandt wird, um das erste Ventilelement 52 vorzuspannen. Daher kann das Vergrößern des Aktuators 7 sogar in einem Fall vermeidbar sein, bei dem der Common-Rail-Druck derart eingestellt ist, dass dieser größer als der Druck in dem vorliegenden Zustand ist, und/oder bei einem Fall, bei dem der Passagebereich der Einflussdrossel 93 weiter vergrößert wird.
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Zusätzlich wird bei der vorliegenden Konfiguration das Ventilelement in das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 unterteilt. Daher, wenn der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 des zweiten Ventilelements 53 Kontakt mit der Niederdrucksitzoberfläche 86 des ersten Zwischenkörpers 8 herstellt, können die Mitte des niederdruckseitigen Ventilabschnitts 531 und die Mitte der Niederdrucksitzoberfläche 86 automatisch zueinander ausgerichtet sein. Daher kann die vorliegende Konfiguration eine gute Dichtleistung an einem Kontaktabschnitt zwischen den niederdruckseitigen Ventilabschnitt 531 und der Niederdrucksitzoberfläche 86 herstellen.
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Zusätzlich spannen die Zylinder-Haltefeder 55 und der Druck des Hochdruckkraftstoffs in der ersten Zwischenkammer 81 den Zylindervorsprung 512 auf den ersten Zwischenkörper 8. Daher kann die vorliegende Konfiguration eine hohe Dichtleistung bei dem Kontaktabschnitt zwischen dem Zylindervorsprung 512 und dem ersten Zwischenkörper 8 herstellen.
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Zweite Ausführungsform
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Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Unterschied zur ersten Ausführungsform im Kern beschrieben werden.
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So wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, bildet die innere Wandoberfläche des Düsenzylinders 34 eine Stopperoberfläche 341 aus. Zusätzlich bildet eine Oberfläche des zweiten Zwischenkörpers 9 an der Seite der Steuerkammer 36 eine Steuerkammersitzoberfläche 95 aus.
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Die Steuerkammer 36 nimmt eine Steuerplatte 56 und eine Plattenfeder 57 auf. Die Steuerplatte 56 weist eine Scheibenform auf. Die Plattenfeder 57 spannt die Steuerplatte 56 in Richtung der Steuerkammersitzoberfläche 95 vor. Die Steuerplatte 56 ist zwischen der Stopperoberfläche 341 und der Steuerkammersitzoberfläche 95 vor- und zurückbewegbar. Die Steuerplatte 56 und die Plattenfeder 57 bilden ein Teil des Steuerventilmechanismus 5 aus.
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Die Steuerplatte 56 weist ein Mittenabschnitt in der Radialrichtung auf, und der Mittenabschnitt weist eine Auslassdrossel 561 auf. Die Auslassdrossel 561 beziehungsweise Abgabedrossel 561 erstreckt sich durch den Mittenabschnitt der Steuerplatte 56 in der Axialrichtung der Steuerplatte 56. In dem Zustand, bei dem sich die Steuerplatte 56 in Kontakt mit der Steuerkammersitzoberfläche 95 befindet, ist die Steuerkammer 36 mit der Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 durch die Abgabedrossel 561 verbunden. Bei der vorliegenden Konfiguration ist die Abgabedrossel 561 in der Steuerplatte 56 ausgebildet, und daher wird die Abgabedrossel 85 beziehungsweise Auslassdrossel 85 der ersten Ausführungsform aus der Abgabepassage 84 weggelassen.
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In dem Zustand, bei dem sich die Steuerplatte 56 in Kontakt mit der Stopperoberfläche 341 befindet, teilt die Steuerplatte 56 die Steuerkammer 36 in zwei Räume. Genauer gesagt teilt die Steuerplatte 56 die Steuerkammer 36 in eine zwischengelegene körperseitige Steuerkammer, welche an der Seite des zweiten Zwischenkörpers 9, und ebenso bildet die eine nadelseitige Steuerkammer aus, welche an der Seite der Düsennadel 2 ausgebildet ist. Nachstehend werden die Begriffe der Steuerkammer 36, der zwischengelagerten körperseitigen Steuerkammer, und der nadelseitigen Steuerkammer je nach Bedarf getrennt verwendet.
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Nachfolgend wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben werden. Zuerst wird eine elektrische Ladung in den geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 in dem Nadelschließzustand geladen, bei welchem das Düsenloch 311 geschlossen ist. Auf diese Weise stellt ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 Kontakt mit der Hochdrucksitzoberfläche 94 her, um die Steuerkammerkommunikationspassage 91 von der Hochdruckpassage 92 zu trennen. Zusätzlich bewegt sich der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 weg von der Niederdrucksitzoberfläche 86, um die Abgabepassage 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 zu verbinden.
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Wenn die Abgabepassage 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 in Verbindung steht, fließt Kraftstoff in der Steuerkammer 86 durch die Abgabedrossel 561, die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91, den Freigabeabschnitt 522 und die interne Passage des Ventilelements 523. Auf diese Weise fließt Kraftstoff in die zweite Zwischenkammer 82. Ferner fließt der Kraftstoff durch die Abgabepassage 84 und die Niederdruckkraftstoffpassage 12, um in den Kraftstofftank zurückzukehren.
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Nachfolgend reduziert sich Druck in der Steuerkammer 36, um eine Kraft zu reduzieren, welche die Düsennadel 32 in der Schließrichtung vorspannt. Daher bewegt sich die Düsennadel 32 in einer Öffnungsrichtung, so dass sich diese in einem Nadelöffnungszustand befindet. Auf diese Weise wird Kraftstoff von dem Düsenloch 311 eingespritzt.
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Im Gegensatz dazu wird eine elektrische Ladung von dem geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 in dem Nadelöffnungszustand, welcher in 4 gezeigt ist, entladen. Auf diese Weise, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, bewegt sich der hochdruckseitige Ventilabschnitt 521 weg von der Hochdrucksitzoberfläche 94, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit der Hochdruckpassage 92 zu verbinden. Zusätzlich stellt der niederdruckseitige Ventilabschnitt 531 Kontakt mit der Niederdrucksitzoberfläche 86 her, um die Abgabepassage 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 zu trennen.
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Auf diese Weise kommuniziert die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 mit der Hochdruckpassage 92. Daher fließt Hochdruckkraftstoff in der Kraftstoffakkumulationskammer 35 durch die Hochdruckpassage 92, die Einflussdrossel 93 und die erste Zwischenkammer 81 in die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91.
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Die Steuerplatte 56 ist mit dem Druck des Kraftstoffs vorgespannt, welcher in die Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 fließt, so dass sich diese in eine Richtung weg von der Steuerkammersitzoberfläche 95 bewegt. Daher fließt Hochdruckkraftstoff von der Steuerkammer-Kommunikationspassage 91 in die zwischenkörperseitige Steuerkammer. Der Hochdruckkraftstoff tritt durch einen Abstand zwischen einer äußeren Peripherie der Steuerplatte 56 und einer inneren Wandoberfläche des Düsenzylinders 34 hindurch. Auf diese Weise fließt Hochdruckkraftstoff in die nadelseitige Steuerkammer.
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Folglich erhöht sich der Druck in der nadelseitigen Steuerkammer und eine Kraft, welche die Düsennadel 32 in die Schließrichtung vorspannt wird groß. Daher bewegt sich die Düsennadel 32 in die Schließrichtung, um das Düsenloch 311 zu schließen. Daher ändert sich der Zustand zu dem Nadelschließzustand, und die Kraftstoffeinspritzung wird beendet.
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Die vorliegende Ausführungsform kann einen Effekt erzeugen, welcher ähnlich der ersten Ausführungsform ist.
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(Andere Ausführungsformen)
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Bei den vorstehenden Ausführungsformen ist der Aktuator 7 mit dem geschichteten Körper des piezoelektrischen Elements 71 und der Übertragungseinheit konfiguriert. Es wird angemerkt, dass der Aktuator 7 mit einer Vorrichtung konfiguriert sein kann, welche das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft betätigt.
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Zusätzlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und diese kann nach Ermessen modifiziert werden.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht notwendigerweise nicht miteinander kombinierbar und können miteinander kombiniert werden, mit der Ausnahme des Falls, dass eine Kombination der Ausführungsformen technisch unmöglich ist.
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Zusätzlich ist ein Element, welches bei den Ausführungsformen beispielhaft dargelegt ist, nicht notwendigerweise wesentlich und dies nur mit der Ausnahme, wo ein Element explizit als wesentlich gekennzeichnet ist und/oder bei dem ein Element unbedingt erforderlich ist, damit die Ausführungsform ausführbar ist.
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Zusätzlich ist ein numerischer Wert wie z. B. eine Anzahl von Komponenten oder der Komponente, eine Menge, ein Bereich und/oder dergleichen nicht auf diejenigen der Ausführungsformen beschränkt, dies jedoch mit der Ausnahme für die Fälle, bei denen es explizit als Voraussetzung spezifiziert ist und/oder mit der Ausnahme für die Fälle, bei denen es theoretisch auf eine spezifische Anzahl beschränkt ist.
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Zusätzlich sind die Form, die physische Beziehung und/oder dergleichen der Komponenten nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt mit der Ausnahme bei den Fällen, bei denen dies theoretisch auf etwas spezifisches beschränkt ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil den Körper, die Düsennadel, die Steuerkammer, die erste Zwischenkammer, die zweite Zwischenkammer, den Ventilzylinder, das Ventilelement, die Ventilelementfeder und den Aktuator. Der Körper weist das Düsenloch zum Einspritzen von Hochdruckkraftstoff in die Verbrennungskammer der internen Verbrennungsmaschine auf. Die Düsennadel ist vorwärts und rückwärts in dem Körper beweglich angeordnet, um das Düsenloch zu öffnen oder zu schließen. Die Steuerkammer legt den Kraftstoffdruck an die Düsennadel in der Schließrichtung an. Die erste Zwischenkammer ist mit der Steuerkammer durch die Steuerkammer-Kommunikationspassage verbunden. Der ersten Zwischenkammer wird Hochdruckkraftstoff durch die Hochdruckpassage zugeführt. Die zweite Zwischenkammer ist mit dem Niederdruckabschnitt durch die Abgabepassage verbunden. Der Ventilzylinder partitioniert die erste Zwischenkammer von der zweiten Zwischenkammer bzw. trennt diese ab. Das Ventilelement ist in das Zylinderloch eingefügt, welches in dem Ventilzylinder ausgebildet ist, und ist in dem Ventilzylinder vorwärts und rückwärts bzw. hin- und zurück beweglich angeordnet. Das Ventilelement ist konfiguriert, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage mit der Hochdruckpassage zu verbinden, und um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage zu trennen. Das Ventilelement ist konfiguriert, um die Abgabepassage mit der zweiten Zwischenkammer zu verbinden, und um die Abgabepassage von der zweiten Zwischenkammer zu trennen. Die Ventilelementfeder spannt das Ventilelement in der Richtung vor, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage mit der Hochdruckpassage zu verbinden, und um die Abgabepassage von der zweiten Zwischenkammer zu trennen. Der Aktuator betätigt das Ventilelement in der Richtung, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage zu trennen und um die Abgabepassage mit der zweiten Zwischenpassage zu verbinden. Das Ventilelement beinhaltet den hochdruckseitigen Ventilabschnitt, den niederdruckseitigen Ventilabschnitt, den Freigabeabschnitt, und die interne Passage des Ventilelements. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt weist eine ringförmige Form auf. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt ist konfiguriert, um Kontakt mit der Hochdrucksitzoberfläche herzustellen, welche in dem Körper ausgebildet ist, und um sich von der Hochdrucksitzoberfläche wegzubewegen. Der hochdruckseitige Ventilabschnitt ist konfiguriert, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage mit der Hochdruckpassage zu verbinden, und um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage zu trennen. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt ist konfiguriert, um Kontakt mit der Niederdrucksitzoberfläche, welche in dem Körper ausgebildet ist, herzustellen, und um sich von der Niederdrucksitzoberfläche wegzubewegen. Der niederdruckseitige Ventilabschnitt ist konfiguriert, um die Abgabepassage mit der zweiten Zwischenkammer zu verbinden und um die Abgabepassage von der zweiten Zwischenkammer zu trennen. Der Freigabeabschnitt ist von dem Radialinneren des hochdruckseitigen Ventilabschnitts ausgebildet. Der Freigabeabschnitt befindet sich in einem Verbindungszustand mit der Steuerkammer-Kommunikationspassage, wenn die Hochdrucksitzoberfläche in Kontakt mit dem hochdruckseitigen Ventilabschnitt steht, um die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage zu trennen.
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Die interne Passage des Ventilelements ist im Inneren des Ventilelements ausgebildet, um den Freigabeabschnitt mit der zweiten Zwischenkammer zu verbinden.
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Bei der vorliegenden Konfiguration, wenn das Ventilelement die Steuerkammer-Kommunikationspassage von der Hochdruckpassage trennt, wird Druck in der Steuerkammer, welcher auf einen niederen Druck niedriger als der Druck des Hochdruckkraftstoffs gesteuert ist, auf den Freigabeabschnitt des Ventilelements angewandt bzw. angelegt. Daher wird die Kraft klein, welche durch den Druck in der Steuerkammer verursacht wird, um das Ventilelement vorzuspannen. Daher wird die betätigende Kraft, welche für den Aktuator erforderlich ist, klein, um es dadurch zu ermöglichen den Aktuator in seiner Größe zu verkleinern.
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Zusätzlich, sogar in einem Fall, in dem der Druck des Common-Rail höher als ein vorliegender Druck wird und/oder sogar in einem Fall, bei dem eine Passagefläche bzw. ein Passagebereich der Drossel der Hochdruckpassage weiter vergrößert wird, kann die vorliegende Konfiguration die Vergrößerung des Aktuators vermeiden.
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Die vorstehenden Vorgaben, wie zum Beispiel Berechnungen und Bestimmungen können durch irgendeines oder irgendeine Kombination einer Software, eines elektrischen Schaltkreises, einer mechanischen Vorrichtung und dergleichen durchgeführt werden. Die Software kann in einem Speichermedium gespeichert sein und diese kann über eine Übertragungsvorrichtung, wie zum Beispiel eine Netzwerkvorrichtung übertragen werden. Der elektronische Schaltkreis kann ein integrierter Schaltkreis sein, oder dieser kann ein diskreter Schaltkreis, wie zum Beispiel eine Hardwarelogik sein, welche mit elektrischen oder elektronischen Elementen oder dergleichen gebildet wird. Die Elemente, die die vorstehenden Verfahrensweisen erzeugen, können diskrete Elemente sein oder diese können teilweise oder vollständig integriert sein.
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Der Fachmann wird es zu würdigen wissen, dass, während die Verfahren der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierin derart beschrieben worden sind, dass diese eine spezifische Abfolge von Schritten beinhalten, weitere alternative Ausführungsformen beinhaltend, verschiedene andere Sequenzen bzw. Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte, welche hierin nicht beschrieben sind, im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegen.
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Während die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen dessen beschrieben worden ist, sollte es verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Zusätzlich befinden sich neben den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, welche bevorzugt sind, auch andere Kombinationen und Konfigurationen beinhaltend mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element, ebenso im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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