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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in eine Brennkraftmaschine.
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Hintergrund
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Patentschrift 1 offenbart ein Beispiel für ein Brennstoffeinspritzventil. In dem in der Patentschrift 1 offenbarten Brennstoffeinspritzventil bewirkt ein Brennstoffdruck in einer Steuerkammer, dass eine Düsennadel in einer Schließrichtung vorgespannt wird. In diesem Brennstoffeinspritzventil wird der Druck in der Steuerkammer so verstellt, dass er einen Öffnungs- und Schließbetrieb einer Düsennadel steuert.
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Insbesondere weist das Brennstoffeinspritzventil eine Steuerkammer-Verbindungsleitung auf, die mit der Steuerkammer regulär in Verbindung steht. In diesem Brennstoffeinspritzventil wird der Brennstoff in der Steuerkammer durch die Steuerkammer-Verbindungsleitung und eine Abgasleitung in einen Niederdruck-Bereich abgeleitet. Auf diese Art und Weise wird der Brennstoffdruck in der Steuerkammer reduziert, so dass dadurch die Düsennadel in die Öffnungsrichtung bewegt wird. Darüber hinaus wird der Hochdruckbrennstoff von einer Hochdruckleitung durch die Steuerkammer-Verbindungsleitung der Steuerkammer zugeführt. Auf diese Art und Weise wird der Brennstoffdruck in der Steuerkammer so erhöht, dass dadurch die Düsennadel in die Schließrichtung bewegt wird.
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Das Brennstoffeinspritzventil beinhaltet ein Ventilelement, das in einer Ventilkammer untergebracht ist. Das Ventilelement steuert eine Verbindung zwischen der Steuerkammer-Verbindungsleitung und der Abgasleitung und eine Verbindung zwischen der Steuerkammer-Verbindungsleitung und der Hochdruckleitung. Eine Ventilelementfeder spannt das Ventilelement so in eine Richtung vor, dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Abgasleitung blockiert wird. Darüber hinaus betätigt ein Stellglied unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements das Ventilelement in eine Richtung, so dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Hochdruckleitung blockiert ist.
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Eine Schließgeschwindigkeit der Nadel kann wünschenswerter Weise hoch eingestellt sein, so dass eine Genauigkeit einer Einspritzmenge beibehalten werden kann. Die Schließgeschwindigkeit der Nadel kann hoch eingestellt werden, indem ein Durchgangsbereich einer Drosselklappe der Hochdruckleitung vergrößert wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung in einem Nadelschließzustand von der Hochdruckleitung blockiert ist. In dem Nadelschließzustand wirkt auf das Ventilelement eine Kraft ein, die durch einen Druck eines Hochdruckbrennstoffs in eine Richtung zum Verbinden der Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der Hochdruckleitung verursacht wird. Wenn somit der Durchgangsbereich der Drosselklappe in der Hochdruckleitung vergrößert wird, ist auch ein Bereich, in dem das Ventilelement den Druck des Hochdruckbrennstoffs aufnimmt, in dem Zustand größer, in dem die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Hochdruckleitung blockiert ist. Somit muss Stellglied eine große Stellkraft erzeugen, so dass bewirkt wird, dass das Ventilelement die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Hochdruckleitung blockiert hält. Genauer gesagt muss das Stellglied größer ausgeführt sein.
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Das Brennstoffeinspritzventil, das in der Patentschrift 1 offenbart ist, verwendet als einen verstärkenden Druck einen Druck in der Ventilkammer und der Steuerkammer, wenn das Ventilelement die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Hochdruckleitung blockiert. Auf diese Weise wirkt ein hydraulischer Druck auf das Ventilelement in eine Richtung zum Verstärken einer Stellkraft des Stellglieds ein. Somit kann die Konfiguration des Brennstoffeinspritzventils eine Stellkraft, die für das Stellglied notwendig ist, reduzieren.
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(Patentschrift 1)
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- Veröffentlichung einer ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-46323
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Es wird darauf hingewiesen, dass, in dem Brennstoffeinspritzventil von Patentschrift 1, ein hydraulischer Druck als der verstärkende Druck auf das Ventilelement in der Richtung einwirkt, in der die Stellkraft des Stellglieds verstärkt wird, wenn die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der Hochdruckleitung blockiert ist. Demgegenüber übt auch ein Hochdruckkraftstoff einen hydraulischen Druck so in eine Richtung aus, dass dieser sich der Stellkraft des Stellglieds entgegenstellt.
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Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass der Druck des Hochdruckbrennstoffs höher ist als der verstärkende Druck. Daher ist der hydraulische Druck in der Richtung, in der er sich der Stellkraft des Stellglieds entgegenstellt, größer als der hydraulische Druck in der Richtung, in der er die Stellkraft des Stellglieds verstärkt.
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Es ist vorstellbar, dass ein Common-Rail-Druck, der ein Druck des Hochdruckbrennstoffs ist, weiter erhöht wird als ein Druck in dem aktuellen Zustand, so dass z. B. ein Verbrennungszustand in einer Brennkraftmaschine verbessert wird. Genauso ist vorstellbar, den Durchgangsbereich der Drosselklappe in der Hochdruckleitung zu vergrößern, so dass eine Geschwindigkeit zum Schließen der Nadel erhöht wird. In diesen annehmbaren Szenarien kann eine für ein Stellglied notwendige Stellkraft die Kraft in dem aktuellen Zustand übersteigen. Eine Vergrößerung eines Stellglieds ist folglich unvermeidbar.
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Kurzfassung
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Es ist eine der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegende Aufgabe, ein Brennstoffeinspritzventil zu schaffen, das so konfiguriert ist, dass eine Stellkraft, die für ein Stellglied notwendig ist, verringert wird.
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Gemäß einem Aspekt weist ein Brennstoffeinspritzventil einen Körper mit einem Düsenloch zum Einspritzen eines Hochdruckkraftstoffs in eine Brennkammer einer Brennkraftmaschine ein. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner eine Düsennadel auf, die in dem Körper zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs hin- und her bewegt werden kann. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner eine Steuerkammer auf, die so konfiguriert ist, dass der Brennstoffdruck auf die Düsennadel in einer Schließrichtung ausgeübt wird. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner eine erste Zwischenkammer auf, die so konfiguriert ist, dass sie mit der Steuerkammer durch eine Steuerkammer-Verbindungsleitung verbunden werden kann, wobei die erste Zwischenkammer so konfiguriert ist, dass sie einen Hochdruckbrennstoff durch eine Hochdruckleitung aufnimmt. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner eine zweite Zwischenkammer auf, die mit einem Niederdruckbereich durch eine Abgasleitung in Verbindung steht. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner einen Ventilzylinder auf, der die erste Zwischenkammer von der zweiten Zwischenkammer trennt. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner ein Ventilelement auf, das so konfiguriert ist, dass es die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer verbindet und die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer blockiert, wobei das Ventilelement so konfiguriert ist, dass es die Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer verbindet und die Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer blockiert. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner eine Ventilelementfeder auf, die so konfiguriert ist, dass das Ventilelement in eine Richtung zum Verbinden der Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer und zum Blockieren der Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer vorgespannt wird. Das Brennstoffeinspritzventil weist ferner ein Stellglied auf, das so konfiguriert ist, das es das Ventilelement in eine Richtung zum Blockieren der Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer und zum Verbinden der Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer betätigt. Das Ventilelement beinhaltet ein erstes Ventilelement, das in der ersten Zwischenkammer angeordnet ist, wobei das erste Ventilelement einen auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitt in Form eines Rohrs beinhaltet, wobei der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt so konfiguriert ist, dass er mit einer Hochdruck-Sitzoberfläche, die auf dem Körper ausgebildet ist, in Kontakt gelangt und sich von dieser entfernt, so dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer blockiert wird und die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer verbunden wird. Das Ventilelement beinhaltet ferner ein zweites Ventilelement, das in der zweiten Zwischenkammer angeordnet ist, wobei das zweite Ventilelement einen auf der Niederdruckseite befindlichen Ventilabschnitt beinhaltet, wobei der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt so konfiguriert ist, dass er mit einer Niederdruck-Sitzoberfläche, die in dem Körper ausgebildet ist, in Kontakt gelangt und sich von dieser entfernt, so dass die Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer blockiert und die Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer verbunden wird. Das Ventilelement beinhaltet ferner einen säulenförmigen Stababschnitt, wobei der Stababschnitt zwischen dem ersten Ventilelement und dem zweiten Ventilelement angeordnet ist und an einem Zylinderloch gleitend gehalten wird, das in dem Ventilzylinder ausgebildet ist. Das Ventilelement beinhaltet ferner eine Ventilelement-Innenleitung, die so konfiguriert ist, dass sie die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der zweiten Zwischenkammer verbindet. Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt weist einen Außendurchmesser auf, der größer ist als ein Außendurchmesser des Stababschnitts.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht, die ein Brennstoffeinspritzventil in einem Betriebszustand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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2 eine Schnittansicht, die das Brennstoffeinspritzventil in einem anderen Betriebszustand gemäß der Ausführungsform zeigt; und
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3 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Umfang eines Steuerventilmechanismus von 1 zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Ein Brennstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass ein Hochdruckbrennstoff, der von einer Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführt wird, in eine Brennkammer (nicht gezeigt) einer Selbstzündung-Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, beinhaltet das Brennstoffeinspritzventil als Hauptkomponenten einen Injektorkörper 1, eine Düse 3, einen Steuerventilmechanismus 5, ein Stellglied 7, einen ersten Zwischenkörper 8, einen zweiten Zwischenkörper 9 und dergleichen.
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Der Injektorkörper 1 ist im Wesentlichen mit einer Unterseite versehen und rohrförmig ausgebildet. Der Injektorkörper 1 weist eine Hochdruck-Brennstoffleitung 11, einen Niederdruck-Brennstoffleitung 12 und eine Unterbringungskammer 13 auf. Die Hochdruck-Brennstoffleitung 11 leitet einen Hochdruckbrennstoff, der von der Common-Rail zugeführt wird. Die Niederdruck-Brennstoffleitung 12 ist mit einem Brennstofftank (nicht gezeigt) verbunden und weist regulär einen niedrigen Druck auf. In der Unterbringungskammer 13 ist das Stellglied 7 untergebracht. Die Unterbringungskammer 13 ist mit der Niederdruck-Brennstoffleitung 12 durch das Niederdruck-Verbindungsloch 14 verbunden. Die Niederdruck-Brennstoffleitung 12 entspricht einem Niederdruckbereich der vorliegenden Offenbarung.
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Der erste Zwischenkörper 8 ist zwischen dem Injektorkörper 1 und dem zweiten Zwischenkörper 9 angeordnet. In dem ersten Zwischenkörper 8 ist der Steuerventilmechanismus 5 untergebracht. Der erste Zwischenkörper 8 definiert eine erste Zwischenkammer 81, eine zweite Zwischenkammer 82, eine Hochdruck-Brennstoffleitung 83 und eine Abgasleitung 84. Die Hochdruck-Brennstoffleitung 83 kommuniziert mit der Hochdruck-Brennstoffleitung 11. Die Abgasleitung 84 ist so konfiguriert, dass sie die zweite Zwischenkammer 82 mit der Niederdruck-Brennstoffleitung 12 verbindet. Die erste Zwischenkammer 81 und die zweite Zwischenkammer 82 werden später beschrieben.
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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 mit einer Unterseite versehen und rohrförmig ausgebildet. Die Düsennadel 32 weist eine im Wesentlichen säulenförmige Form auf und ist in den Düsenkörper 31 gleitend eingefügt. Die Düsenfeder 33 spannt die Düsennadel 32 in eine Schließrichtung vor. Der Injektorkörper 1, der erste Zwischenkörper 8, der zweite Zwischenkörper 9 und der Düsenkörper 31 können einen Körper gemäß der vorliegenden Offenbarung konfigurieren.
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Der Düsenkörper 31 weist ein Düsenloch 311 auf, das den Hochdruckbrennstoff in die Brennkammer der Brennkraftmaschine einspritzt. Die Düsennadel 32 weist ein vorderes Ende (auf der Düsenlochseite befindliches Ende) auf, das von dem Düsenkörper 31 angehoben und auf diesem abgesetzt wird, so dass dadurch das Düsenloch 311 geöffnet und geschlossen wird.
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Der Düsenkörper 31 weist einen Innenraum auf, der eine Brennstoffspeicherkammer 35 definiert, der ein Hochdruckbrennstoff regulär von der Common-Rail zugeführt wird. Der Hochdruckbrennstoff strömt von der Common-Rail durch die Brennstoffspeicherkammer 35 in das Düsenloch 311.
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Der Düsenzylinder 34 ist rohrförmig ausgebildet. Der Düsenzylinder 34 wird von der Düsenfeder 33 auf den zweiten Zwischenkörper 9 vorgespannt. Die Düsennadel 32 weist ein hinteres Ende (auf der Seite gegenüber dem Düsenloch befindliches Ende) auf, das in den Düsenzylinder 34 gleitend eingefügt ist.
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Der Düsenzylinder 34 weist einen Innenraum auf, der eine Steuerkammer 36 definiert, die so konfiguriert ist, dass sie ihren Brennstoff-Innendruck zwischen einem hohen Druck und einem niedrigen Druck umschalten kann. Die Düsennadel 32 wird durch einen Druck des Brennstoffs, der in der Steuerkammer 36 vorherrscht, in der Schließrichtung vorgespannt. Die Düsennadel 32 wird durch den Druck des Brennstoffs, der in der Brennstoffspeicherkammer 35 vorherrscht, in die Öffnungsrichtung vorgespannt.
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Der zweite Zwischenkörper 9 ist zwischen dem ersten Zwischenkörper 8 und dem Düsenkörper 31 angeordnet. Der zweite Zwischenkörper 9 definiert eine Hochdruck-Brennstoffleitung 90, eine Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 und eine Hochdruckleitung 92. Die Hochdruck-Brennstoffleitung 90 verbindet die Hochdruck-Brennstoffleitung 83 mit der Brennstoffspeicherkammer 35. Die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 ist so konfiguriert, dass sie die erste Zwischenkammer 81 mit der Steuerkammer 36 verbindet. Die Hochdruckleitung 92 ist so konfiguriert, dass sie die erste Zwischenkammer 81 mit der Brennstoffspeicherkammer 35 verbindet. Die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 weist ein sich öffnendes Ende auf der Seite der Steuerkammer 36 auf, und dass sich öffnende Ende weist eine Einströmdrosselklappe 93 auf.
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Wie in 3 gezeigt ist, beinhaltet der Steuerventilmechanismus 5 einen Ventilzylinder 51, ein erstes Ventilelement 52, ein zweites Ventilelement 53, einen Stababschnitt 54, eine Ventilelementfeder 55 und eine Zylinderhaltefeder 56.
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Der Ventilzylinder 51 ist mit einer Unterseite versehen und rohrförmig ausgebildet und trennt die erste Zwischenkammer 81 von der zweiten Zwischenkammer 82. Insbesondere ist die zweite Zwischenkammer 82 im Inneren des Ventilzylinders 51 ausgebildet. Die zweite Zwischenkammer 82 ist durch den Ventilzylinder 51 und den ersten Zwischenkörper 8 definiert. Die erste Zwischenkammer 81 ist auf der Außenseite des Ventilzylinders 51 ausgebildet. Die erste Zwischenkammer 81 ist durch den Ventilzylinder 51, den ersten Zwischenkörper 8 und den zweiten Zwischenkörper 9 definiert.
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Die Zylinderhaltefeder 56 ist zwischen dem Ventilzylinder 51 und dem zweiten Zwischenkörper 9 angeordnet. Die Zylinderhaltefeder 56 und der Druck des Hochdruckbrennstoffs in der ersten Zwischenkammer 81 spannen ein auf der Öffnungsseite befindliches Ende des Ventilzylinders 51 auf den ersten Zwischenkörper 8 vor. Die vorliegende Konfiguration dichtet die erste Zwischenkammer 81 von der zweiten Zwischenkammer 82 ab.
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Der Ventilzylinder 51 weist einen unteren Abschnitt mit einem mittleren Abschnitt in der radialen Richtung auf, und der mittlere Abschnitt weist ein Zylinderloch 511 auf. Der Stababschnitt 54 ist säulenförmig ausgebildet und in das Zylinderloch 511 gleitend eingefügt.
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Das erste Ventilelement 52 weist eine im Wesentlichen säulenförmige Form auf und ist in der ersten Zwischenkammer 81 angeordnet. Ein äußerer Umfang eines Endes des ersten Ventilelements 52 auf der Seite des zweiten Zwischenkörpers 9 weist einen auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitt 521 auf. Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 ist ein rohrförmiger Vorsprung. Ein Außendurchmesser des auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitts 521 ist größer als ein Außendurchmesser des Stababschnitts 54. Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 des ersten Ventilelements 52 weist einen inneren Umfang auf, der einen Freigabeabschnitt 522 definiert. Der Freigabeabschnitt 522 ist ein säulenförmig ausgebildeter Raum.
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Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 wird von einer Hochdruck-Sitzoberfläche 94 des zweiten Zwischenkörpers 9 angehoben und auf dieser abgesetzt, so dass dadurch die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 mit der ersten Zwischenkammer 81 verbunden wird und die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert wird. Insbesondere wird in einem Zustand, in dem der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 mit der Hochdruck-Sitzoberfläche 94 in Kontakt gelangt, die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert. In diesem Zustand ist die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 mit dem Freigabeabschnitt 522 verbunden, und die Hochdruck-Leitung 92 ist nicht mit dem Freigabebereich 522 verbunden.
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Das erste Ventilelement 52 weist einen Innenraum auf, der eine erste Ventilelement-Innenleitung 523 definiert. Die erste Ventilelement-Innenleitung 523 verbindet die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 durch den Freigabeabschnitt 522 mit einer Stabinnenleitung 541. Die Stabinnenleitung 541 wird nachstehend ausführlicher erläutert. Ein sich öffnendes Ende der ersten Ventilelement-Innenleitung 523 auf der Seite des Freigabeabschnitts 522 weist eine Abgasdrosselklappe 524 auf. Das heißt, dass die erste Ventilelement-Innenleitung 523 die Abgasdrosselklappe 524 auf der Seite der Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 aufweist.
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Das zweite Ventilelement 53 ist im Wesentlichen säulenförmig ausgebildet und in der zweiten Zwischenkammer 82 angeordnet. Ein Ende des zweiten Ventilelements 53 auf der Seite des Injektorkörpers 1 weist einen auf der Niederdruckseite befindlichen Ventilabschnitt 531 auf. Der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 liegt in konischer Form oder halbkugelförmig vor. Der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 wird von einer Niederdruck-Sitzoberfläche 85 des ersten Zwischenkörpers 8 angehoben und auf diesem abgesetzt, so dass dadurch die Abgasleitung 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 verbunden wird und die Abgasleitung 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 blockiert wird.
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Der Stababschnitt 54 weist ein Ende auf, das in die erste Zwischenkammer 81 vorsteht, und das andere Ende, das in die zweite Zwischenkammer 82 vorsteht. Der Stababschnitt 54 ist zwischen dem ersten Ventilelement 52 und dem zweiten Ventilelement 53 angeordnet. Der Stababschnitt 54, das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 sind integral beweglich.
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Das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und der Stababschnitt 54 können ein Ventilelement gemäß der vorliegenden Offenbarung ausbilden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Ventilelement in das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54 unterteilt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Stababschnitt 54 mit dem ersten Ventilelement 52 und/oder dem zweiten Ventilelement 53 integral ausgebildet sein kann.
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Der Stababschnitt 54 weist einen Innenraum auf, der die Stabinnenleitung 541 definiert. Die Stabinnenleitung 541 ist so konfiguriert, dass sie die zweite Zwischenkammer 82 mit der ersten Ventilelement-Innenleitung 523 verbindet. In anderen Worten verbinden die erste Ventilelement-Innenleitung 523 und die Stabinnenleitung 541 die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 mit der zweiten Zwischenkammer 82. Die erste Ventilelement-Innenleitung 523 und die Stabinnenleitung 541 können eine Ventilelement-Innenleitung gemäß der vorliegenden Offenbarung konfigurieren.
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Die Ventilelementfeder 55 ist zwischen dem zweiten Zwischenkörper 9 und dem ersten Ventilelement 52 angeordnet. Die Ventilelementfeder 55 spannt das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54 in eine vorbestimmte Richtung vor. Insbesondere spannt die Ventilelementfeder 55 das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54 in eine Richtung derart vor, dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 verbunden wird mit der ersten Zwischenkammer 81, und dass die Abgasleitung 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 blockiert wird.
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Das Stellglied 7 beinhaltet einen Piezostapelkörper 71 und eine Übertragungseinheit. Der Piezostapelkörper 71 wird durch Aufeinanderschichten von einer Anzahl von piezoelektrischen Elementen zu einer säulenartigen Form ausgebildet. Der Piezostapelkörper 71 wird mit einer elektrischen Ladung aufgeladen und zur Entladung einer elektrischen Ladung gebracht, wodurch er sich ausdehnt und kontrahiert. Die Übertragungseinheit überträgt die Ausdehnung und Kontraktion des Piezostapelkörpers 71 auf den Steuerventilmechanismus 5.
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Die Übertragungseinheit weist eine wie folgt beschriebene Konfiguration auf. Ein erster Kolben 73 und ein zweiter Kolben 74 sind gleitfähig und flüssigkeitsdicht in einen Stellgliedzylinder 72 eingefügt. Der erste Kolben 73 und der zweite Kolben 74 bilden zwischen sich eine Flüssigkeitskammer 75 aus. Die Flüssigkeitskammer 75 ist mit Brennstoff beladen.
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Der erste Kolben 73 wird durch eine erste Stellgliedfeder 76 auf den Piezostapelkörper 71 vorgespannt. Der Piezostapelkörper 71 ist so konfiguriert, dass er den ersten Kolben 73 direkt betätigt. Wenn der Piezostapelkörper 71 sich ausdehnt, ist der erste Kolben 73 so konfiguriert, dass er den Druck in der Flüssigkeitskammer 75 erhöht.
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Der zweite Kolben 74 wird durch eine zweite Stellgliedfeder 77 auf den Steuerventilmechanismus 5 vorgespannt. Der zweite Kolben 74 wird bei Ausübung von Druck in der Flüssigkeitskammer 75 verstellt.
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Insbesondere wenn der Piezostapelkörper 71 sich ausdehnt, wird der zweite Kolben 74 bei Ausübung des Drucks des verdichteten Brennstoffs in der Flüssigkeitskammer 75 verstellt, so dass dadurch das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und der Stababschnitt 54 in Richtung auf den zweiten Zwischenkörper 9 betätigt werden. Auf diese Weise wird bewirkt, dass der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 mit der Hochdruck-Sitzoberfläche 94 in Kontakt gelangt, wodurch die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert wird. Darüber hinaus wird der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 von der Niederdruck-Sitzoberfläche 85 angehoben, so dass dadurch die Abgasleitung 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 verbunden wird.
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Wenn demgegenüber der Piezostapelkörper 71 kontrahiert, nimmt der Druck des Brennstoffs in der Flüssigkeitskammer 75 ab. In diesem Zustand wird der zweite Kolben 74 durch die Ventilelementfeder 95 gegen die Federkraft der zweiten Stellgliedfeder 77 in Richtung auf den ersten Kolben 73 vorgespannt.
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Anschließend wird ein Betrieb des Brennstoff-Einspritzventils erläutert. Zunächst befindet sich in dem in 1 gezeigten Zustand das Brennstoffeinspritzventil in einem Nadelschließzustand, und das Düsenloch 311 ist geschlossen. Wenn in diesem Nadelschließzustand der Piezostapelkörper 71 mit einer elektrischen Ladung aufgeladen wird, dehnt sich der Piezostapelkörper 71 so aus, dass der erste Kolben 73 betätigt wird. Somit wird bewirkt, dass der erste Kolben 73 den Druck des Brennstoffs in der Flüssigkeitskammer 75 erhöht. Der Brennstoff in der Flüssigkeitskammer 75 wird so verdichtet, dass auf den zweiten Kolben 74 Druck ausgeübt wird, wodurch der zweite Kolben 74 in Richtung auf das erste Ventilelement 52 und das zweite Ventilelement 53 verstellt wird.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, wird somit bewirkt, dass der zweite Kolben 74 das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54 betätigt, wodurch bewirkt wird, dass der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 mit der Hochdruck-Sitzoberfläche 94 in Kontakt gelangt. Somit wird die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert, und der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 wird von der Niederdruck-Sitzoberfläche 85 angehoben. Auf diese Art und Weise wird die Abgasleitung 84 mit der zweiten Zwischenkammer 82 verbindet.
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Der Brennstoff in der Steuerkammer 36 strömt durch die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91, den Freigabeabschnitt 522, die Abgasdrosselklappe 524, die erste Ventilelement-Innenleitung 523 und die Stabinnenleitung 541 und strömt in die zweite Zwischenkammer 82. Der Brennstoff strömt zudem durch die Abgasleitung 84 und die Niederdruck-Brennstoffleitung 12 und strömt dann in den Brennstofftank.
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Somit nimmt der Druck in der Steuerkammer 36 ab, und dementsprechend verringert sich eine Kraft, die die Düsennadel 82 in Schließrichtung vorspannt. Somit bewegt sich die Düsennadel 82 in die Öffnungsrichtung, so dass sie sich in einem Nadelöffnungszustand befindet. Auf diese Weise wird der Brennstoff durch das Düsenloch 311 eingespritzt.
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Der Außendurchmesser d1 des auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitts 523 ist größer als der Außendurchmesser d2 des Stababschnitt 54. Wenn der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 mit der auf der Hochdruckseite befindlichen Sitzoberfläche 94 in Kontakt gelangt, wird die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert. In diesem Zustand bewirkt der Druck P in der ersten Zwischenkammer 81, dass ein hydraulischer Druck F, der auf das erste Ventilelement 52 in eine Richtung ausgeübt wird, eine Stellkraft des Stellglieds 7 verstärkt. Der hydraulische Druck F errechnet sich folgendermaßen: F ≈ π/4 × (((d1)2 – (d22)) × P)
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Wenn demgegenüber eine elektrische Ladung des Piezostapelkörpers 71 in dem Nadelöffnungszustand, der in 2 gezeigt ist, entladen wird, kontrahiert der Piezostapelkörper 71. Auf diese Art und Weise dient die erste Stellgliedfeder 76 dazu, den ersten Kolben 73 in Richtung des Piezostapelkörpers 71 einzufahren, wodurch der Druck in der Flüssigkeitskammer 75 reduziert wird. Somit dient die Ventilelementfeder 55 dazu, das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53, den Stababschnitt 54 und den zweiten Kolben 74 allesamt in Richtung des ersten Kolbens 73 einzufahren.
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Auf diese Art und Weise wird bewirkt, dass der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 sich von der Hochdruck-Sitzoberfläche 94 wegbewegt, wodurch die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 verbunden wird mit der ersten Zwischenkammer 81. Darüber sitzt der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 auf der Niederdruck-Sitzoberfläche 85 auf, wodurch die Abgasleitung 84 von der zweiten Zwischenkammer 82 blockiert wird.
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Auf diese Art und Weise strömt der Hochdruckbrennstoff in der Brennstoffspeicherkammer 35 durch die Hochdruckleitung 92, die erste Zwischenkammer 81, die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 und die Einströmdrosselklappe 93 und strömt in die Steuerkammer 36.
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Folglich steigt der Druck in der Steuerkammer 36 an, und dementsprechend nimmt eine Kraft, durch die die Düsennadel 32 in der Schließrichtung vorgespannt wird, zu. Somit bewegt sich die Düsennadel 32 in der Schließrichtung, so dass das Düsenloch 311 verschlossen wird, so dass es sich in dem Nadelschließzustand befindet. Auf diese Art und Weise wird die Brennstoffeinspritzung beendet.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Außendurchmesser des auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitts 521 größer als der Außendurchmesser des Stababschnitts 54. Daher wirkt in dem Zustand, in dem die Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 von der ersten Zwischenkammer 81 blockiert wird, ein hydraulischer Druck auf das erste Ventilelement 52 in der Richtung, in der die Stellkraft des Stellglieds 7 verstärkt wird. Dementsprechend ist mit der vorliegenden Konfiguration eine Verringerung einer Stellkraft möglich, die für das Stellglied 7 benötigt wird. Daher ermöglicht die vorliegende Konfiguration eine Verringerung der Abmessungen des Stellglieds 7. Selbst in einem Fall, in dem ein Common-Rail-Druck gegenüber einem aktuellen Zustand erhöht wird, oder selbst in einem Fall, in dem ein Durchgangsbereich der Einströmdrosselklappe 93 weiter vergrößert wird, ermöglicht die vorliegende Konfiguration darüber hinaus eine eingeschränkte Vergrößerung des Stellglieds 7.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind darüber hinaus das zweite Ventilelement 53 und der Stababschnitt 54 voneinander getrennt. Wenn der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 des zweiten Ventilelements 53 daher auf der Niederdruck-Sitzoberfläche 85 des ersten Zwischenkörpers 8 aufsitzt, implementiert der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 und die Niederdruck-Sitzoberfläche 85 automatisch eine Zentrierung, so dass Achsen relativ zueinander angepasst werden. Somit ermöglicht die vorliegende Konfiguration die Entstehung hochdichtender Eigenschaften an einem Kontaktabschnitt zwischen dem auf der Niederdruckseite befindlichen Ventilabschnitt 531 und der Niederdruck-Sitzoberfläche 85.
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Darüber hinaus spannen die Zylinderhaltefeder 56 und der Druck des Hochdruckbrennstoffs in der ersten Zwischenkammer 81 den Ventilzylinder 51 auf den ersten Zwischenkörper 8 vor. Somit ermöglichen der Ventilzylinder 51 und der erste Zwischenkörper 8 die Entstehung hochdichter Eigenschaften an einem dazwischen befindlichen Kontaktabschnitt.
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Ein Vergleichsbeispiel für ein Brennstoffeinspritzventil gemäß der Patentschrift 2 weist eine Steuerkammer auf, in der eine Steuerplatte und eine Tellerfeder untergebracht sind. In dem Vergleichsbeispiel weist die Steuerplatte eine Abgasdrosselklappe auf, und die Tellerfeder spannt die Steuerplatte in Richtung einer Sitzoberfläche vor.
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(Patentschrift 2)
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Japanische Patentanmeldung Nr. 2014-219293
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In dem Vergleichsbeispiel wird, wenn das Brennstoffeinspritzventil in einen Nadelschließzustand versetzt wird, der Brennstoff in der Steuerkammer durch die Abgasdrosselklappe in einen Brennstofftank zurückgeführt, ähnlich wie in der vorliegenden Ausführungsform. Wenn in dem Vergleichsbeispiel das Brennstoffeinspritzventil im Gegensatz dazu in einen Nadelöffnungszustand versetzt wird, strömt ein Hochdruckbrennstoff in die Steuerkammer, ohne dass er durch das Abgasdrosselventil geleitet worden ist, ähnlich wie in der vorliegenden Ausführungsform.
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Wie vorstehend beschrieben, sind in dem Vergleichsbeispiel sowohl die Steuerplatte als auch die Tellerfeder in der Steuerkammer angeordnet. Somit ist in dem Vergleichsbeispiel für die Steuerkammer möglicherweise ein großes Volumen notwendig. Folglich kann in dem hydraulischen Druck in der Steuerkammer des Vergleichsbeispiels eine Pulsation auftreten.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist demgegenüber die Abgasdrosselklappe 524 in der ersten Ventilelement-Innenleitung 523 angeordnet. Auf diese Art und Weise ermöglicht die vorliegende Konfiguration die Verringerung des Volumens der Steuerkammer 36. Somit ermöglicht die vorliegende Konfiguration die Reduktion einer Pulsation des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer 36, wodurch eine Steuerbarkeit einer Einspritzmenge des Brennstoff-Einspritzventils verbessert wird.
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(Andere Ausführungsform)
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In der vorstehenden Ausführungsform ist das Stellglied 7 mit dem Piezostapelkörper 71 und der Übertragungseinheit konfiguriert. Es wird darauf hingewiesen, dass das Stellglied 7 so konfiguriert sein kann, dass es das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54 unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft betätigt.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist die Einströmdrosselklappe 93 in der Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Einströmdrosselklappe 93 in der Hochdruckleitung 92 bereitgestellt sein kann.
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Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform begrenzt und kann willkürlich modifiziert werden.
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In der vorstehenden Ausführungsform ist ein Element der Ausführungsform nicht unbedingt zwingend notwendig, es sei denn, es ist als zwingend notwendig angeführt, oder es ist theoretisch zwingend notwendig.
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Durch einen numerischen Wert eines Elements, wie z. B. eine Menge, einen Bereich und/oder dergleichen, die in der vorstehenden Ausführungsform beispielhaft aufgeführt sind, wird die vorliegende Offenbarung nicht eingeschränkt.
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Durch Merkmal eines Elements, wie z. B. eine Form, eine relative Beziehung und/oder dergleichen, die in der vorstehenden Ausführungsform beispielhaft aufgeführt sind, wird die vorliegende Offenbarung nicht eingeschränkt.
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Das Brennstoffeinspritzventil gemäß der Offenbarung beinhaltet den Körper 1, 8, 9, 31, die Düsennadel 32, die Steuerkammer 36, die erste Zwischenkammer 81, die zweite Zwischenkammer 82, den Ventilzylinder 51, das Ventilelement 52, 53, 54, die Ventilelementfeder 55 und das Stellglied 7. Der Körper 1, 8, 9, 31 weist das Düsenloch 311 zum Einspritzen des Hochdruckbrennstoffs in die Brennkammer der Brennkraftmaschine auf. Die Düsennadel 32 ist in dem Körper zum Öffnen und Schließen des Düsenlochs hin- und her beweglich. Die Steuerkammer 36 übt einen Brennstoffdruck auf die Düsennadel in der Schließrichtung aus. Die erste Zwischenkammer 81 wird mit der Steuerkammer-Verbindungsleitung 91 durch die Steuerkammer verbindet. Der ersten Zwischenkammer 81 wird ein Hochdruckbrennstoff durch die Hochdruckleitung 92 zugeführt. Die zweite Zwischenkammer 82 wird mit dem Niederdruckbereich 12 durch die Abgasleitung 84 verbindet. Der Ventilzylinder 51 trennt die erste Zwischenkammer von der zweiten Zwischenkammer. Das Ventilelement 52, 53, 54 verbindet die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer und blockiert die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer. Das Ventilelement 52, 53, 54 verbindet die Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer und blockiert die Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer. Die Ventilelementfeder 55 spannt das Ventilelement in die Richtung vor, in der bewirkt wird, dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer verbunden wird und die Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer blockiert wird. Das Stellglied 7 betätigt das Ventilelement in der Richtung, in der bewirkt wird, dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer blockiert wird und die Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer verbunden wird. Das Ventil beinhaltet das erste Ventilelement 52, das zweite Ventilelement 53 und den Stababschnitt 54. Das erste Ventilelement 52 ist in der ersten Zwischenkammer angeordnet. Das erste Ventilelement 52 beinhaltet den auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitt 521, der rohrförmig ausgebildet ist. Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 gelangt in Kontakt mit der Hochdruck-Sitzoberfläche 94, die in dem Körper ausgebildet ist, so dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer blockiert ist. Der auf der Hochdruckseite befindliche Ventilabschnitt 521 entfernt sich von der Hochdruck-Sitzoberfläche 94, so dass die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der ersten Zwischenkammer verbunden wird. Das zweite Ventilelement 53 ist in der zweiten Zwischenkammer angeordnet. Das zweite Ventilelement 53 beinhaltet den auf der Niederdruckseite befindlichen Ventilabschnitt 531. Der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 gelangt in Kontakt mit der Niederdruck-Sitzoberfläche 85, die in dem Körper ausgebildet ist, so dass die Abgasleitung von der zweiten Zwischenkammer blockiert ist. Der auf der Niederdruckseite befindliche Ventilabschnitt 531 entfernt sich von der Niederdruck-Sitzoberfläche 85, so dass die Abgasleitung mit der zweiten Zwischenkammer verbunden wird. Der Stababschnitt 54 ist säulenförmig ausgebildet. Der Stababschnitt 54 ist zwischen dem ersten Ventilelement und dem zweiten Ventilelement angeordnet. Der Stababschnitt 54 wird an dem Zylinderloch 511, das in dem Ventilzylinder ausgebildet ist, gleitend gehalten. Die Ventilelement-Innenleitung verbindet die Steuerkammer-Verbindungsleitung mit der zweiten Zwischenkammer 523, 541. Der Außendurchmesser des auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitts ist größer als der Außendurchmesser des Stababschnitts.
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Gemäß der vorliegenden Konfiguration ist der Außendurchmesser des auf der Hochdruckseite befindlichen Ventilabschnitts größer als der Außendurchmesser des Stababschnitts. In dem Zustand, in dem das erste Ventilelement daher die Steuerkammer-Verbindungsleitung von der ersten Zwischenkammer blockiert, übt der Hochdruckbrennstoff in der ersten Zwischenkammer einen hydraulischen Druck auf das erste Ventilelement in der Richtung aus, in der die Stellkraft des Stellglieds verstärkt wird. Daher ermöglicht die vorliegende Konfiguration eine Reduktion der Stellkraft, die für das Stellglied benötigt wird. Somit ermöglicht die vorliegende Konfiguration verringerte Abmessungen des Stellglieds.
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Darüber hinaus kann mit der vorliegenden Konfiguration eine Vergrößerung des Stellglieds verhindert werden, sogar in einem Fall, in dem der Common-Rail-Druck gegenüber einem Common-Rail-Druck in dem aktuellen Zustand erhöht wird, oder sogar in einem Fall, in dem der Durchgangsbereich der Drosselklappe in der Hochdruckleitung weiter vergrößert wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, obgleich die Vorgänge gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierin als eine spezifische Abfolge von Schritten umfassend beschrieben worden sind, weitere alternative Ausführungsformen, die verschiedene andere Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte beinhalten, die hierin nicht offenbart sind, in den Schritten der vorliegenden Offenbarung umfasst sind.
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Obgleich die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, dass die Offenbarung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll verschiedene Modifikations- und Äquivalenzanordnungen umfassen. Wenngleich verschiedene Kombinationen und Konfigurationen bevorzugt sind, umfasst der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung auch andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element beinhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2006-46323 [0008]
- JP 2014-219293 [0060]
