-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einer Verbrennungsmaschine einspritzt.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil umfasst ein piezoelektrisches Stellglied, das in einem unter Hochdruck stehenden Kraftstoff positioniert ist. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist ein stabiler Aufbau erforderlich, der dem Druck des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs widersteht, um das piezoelektrische Stellglied zu schützen und die Zuverlässigkeit des piezoelektrischen Stellglieds sicherzustellen. Dies kann zu einer Zunahme des Stell- bzw. Antriebsverlusts des piezoelektrischen Stellglieds führen (einer Abnahme in der Effizienz des piezoelektrischen Stellglieds).
-
Im Gegensatz hierzu offenbart die
JP H11-200981 A ein Kraftstoffeinspritzventil, bei dem ein piezoelektrisches Stellglied in einem Niederdruckabschnitt positioniert ist, der mit einem unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt ist, um eine Stell- bzw. Antriebseffizienz des piezoelektrischen Stellglieds zu verbessern. Dieser Niederdruckabschnitt ist von einem Hochdruckabschnitt durch einen Kolben getrennt, der in ein Gehäuse gleitfähig eingesetzt ist.
-
Allerdings tritt in dem Fall des Kraftstoffeinspritzventils der
JP H11-200981 A eine Kraftstoffleckage (genauer genommen eine statische Leckage und eine dynamische Leckage) von dem Hochdruckabschnitt durch einen gleitfähigen Abschnitt zwischen dem Gehäuse und dem Kolben zu dem Niederdruckabschnitt auf. Ein Nachteil, der durch die Erzeugung der statischen Leckage hervorgerufen wird, kann in einer Beeinträchtigung des Kraftstoffverbrauchs liegen, die durch eine Zunahme der Pumparbeit verursacht wird.
-
Kurzfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf den oben genannten Punkt vorgenommen. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das in einem Fall, bei dem ein Stellglied in einem Niederdruckabschnitt positioniert ist, eine Leckage des Kraftstoffs effektiv begrenzen kann.
-
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgeschlagen, das einen Körper, eine Düsennadel, ein Ansteuermittel und ein Übertragungsmittel umfasst. Der Körper weist ein Einspritzloch auf, durch welches ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff, der einem Hochdruckabschnitt zugeführt wird, in eine Brennkammer einer Verbrennungsmaschine eingespritzt wird. Die Düsennadel öffnet und schließt das Einspritzloch, wenn sich die Düsennadel in dem Körper hin- und herbewegt. Das Ansteuermittel ist in einem Niederdruckabschnitt, der mit einem unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt ist, positioniert und kann sich ausdehnen und zusammenziehen. Das Übertragungsmittel dient zum Übertragen eines Ausdehnens und eines Zusammenziehens des Ansteuermittels auf die Düsennadel, um die Düsennadel hin- und herzubewegen. Das Übertragungsmittel umfasst ein Steuerventil, das in einer Ventilkammer positioniert ist, die mit dem Hochdruckabschnitt und dem Niederdruckabschnitt in Verbindung steht. Das Steuerventil sperrt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckabschnitt und der Ventilkammer in einem Zustand, bei dem die Düsennadel das Einspritzloch schließt.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Zeichnungen, die hier beschrieben werden, dienen lediglich zur Darstellung und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in jeglicher Weise zu beschränken.
-
1 ist eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
2 ist eine vergrößerte Teilansicht des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform in einem Ventilschließzustand einer Düsennadel;
-
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Hebels, der in 2 gezeigt ist;
-
4 ist eine vergrößerte Teilansicht des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform in einem Ventilöffnungszustand der Düsennadel;
-
5 ist eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
6 ist eine vergrößerte Teilansicht des Kraftstoffventils der zweiten Ausführungsform in einem Ventilschließzustand einer Düsennadel;
-
7 ist eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
-
8 ist eine vergrößerte Teilansicht des Kraftstoffeinspritzventils der dritten Ausführungsform in einem Ventilschließzustand einer Düsennadel;
-
9 ist eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
-
10 ist eine vergrößerte Teilansicht des Kraftstoffeinspritzventils der vierten Ausführungsform in einem Ventilöffnungszustand einer Düsennadel.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen besser verständlich. In jeder der nachfolgenden Ausführungsformen werden dieselben oder gleichen Bauteile durch dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen angezeigt.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Es wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Ein Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform spritzt einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der aus einer Sammelschiene zugeführt wird, in eine Brennkammer einer Kompressions-Zündungs-Verbrennungsmaschine ein (nachstehend ebenso als eine Verbrennungsmaschine bezeichnet).
-
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das Kraftstoffeinspritzventil einen Injektorkörper 1, eine Düse 2, einen Zwischenkörper 3, ein Stellglied (dient als ein Ansteuermittel) 4, einen Versetzungs- bzw. Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 und eine Haltemutter 6 als dessen Hauptbauteile.
-
Der Injektorkörper 1, der im Allgemeinen in einer zylindrischen Rohrform ausgebildet ist, umfasst einen Hochdruckkraftstoffkanal 11, einen Niederdruckkraftstoffkanal 12 und eine Aufnahmekammer 13. Der Hochdruckkraftstoffkanal 11 leitet unter Hochdruck stehenden Kraftstoff, der aus der Sammelschiene (nicht dargestellt) zugeführt wird. Der Niederdruckkraftstoffkanal 12 ist mit einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) verbunden und führt beispielsweise einen durch Leckage ausgetretenen Kraftstoff zu dem Kraftstofftank zurück. Die Aufnahmekammer 13 nimmt das Stellglied 4 und einen Abschnitt des Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 auf. Die Aufnahmekammer 13 ist durch ein Verbindungsloch 14 mit dem Niederdruckkraftstoffkanal 12 verbunden und ist stets mit dem unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff gefüllt. Die Aufnahmekammer 13 dient als ein Niederdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung.
-
Die Düse 2 umfasst einen Düsenkörper 21, eine Düsennadel 22, eine Düsenfeder 23 und einen Federsitz 24. Der Düsenkörper 21 ist im Allgemeinen in einer zylindrischen Rohrform mit einem Boden ausgebildet. Die Düsennadel 22 ist im Allgemeinen in einer zylindrischen Form ausgebildet und ist hin- und herbewegbar in den Düsenkörper 21 eingesetzt. Die Düsenfeder 23 beaufschlagt die Düsennadel 22 in einer Ventilschließrichtung (ebenso als eine Schließrichtung bezeichnet), die eine Richtung zum Schließen von Einspritzlöchern 211, die später beschrieben werden, ist. Der Federsitz 24 hält ein Ende der Düsenfeder 23.
-
Die Einspritzlöcher 211, durch welche der unter Hochdruck stehende Kraftstoff in eine Brennkammer der Verbrennungsmaschine eingespritzt wird, sind in dem Düsenkörper 21 ausgebildet. Wenn ein Spitzenendabschnitt (d. h., ein Einspritzlochseitenendabschnitt) der Düsennadel 22 von dem Düsenkörper 21 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird (genauer genommen einem Ventilsitz des Düsenkörpers 21), werden die Einspritzlöcher 211 jeweils geöffnet oder geschlossen. Ein Nadelflanschabschnitt 212, der radial nach außen hervorsteht, ist an einem gegenüberliegenden Endabschnitt der Düsenfadel 22, der den Einspritzlöchern 211 in einer Axialrichtung der Düsennadel 22 gegenüberliegt, ausgebildet.
-
Eine Kraftstoffschachtkammer 25, in die der unter Hochdruck stehende Kraftstoff stets aus der Sammelschiene zugeführt wird, ist in einer Innenseite des Düsenkörpers 21 ausgebildet. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der aus der Sammelschiene zugeführt wird, wird durch die Kraftstoffschachtkammer 25 zu den Einspritzlöchern 211 geleitet.
-
Der Zwischenkörper 3 umfasst einen ersten Zwischenkörper 31, einen zweiten Zwischenkörper 32 und einen dritten Zwischenkörper 33. Der erste Zwischenkörper 31, der zweite Zwischenkörper 32 und der dritte Zwischenkörper 33 sind zwischen dem Injektorkörper 1 und der Düse 2 eingeklemmt. Genauer genommen sind der erste Zwischenkörper 31, der zweite Zwischenkörper 32 und der dritte Zwischenkörper 33 einer nach dem anderen in dieser Reihenfolge von der Seite des Injektorkörpers 1 in Richtung der Seite der Düse 2 aufeinander gestapelt.
-
Der Düsenkörper 21 und der Zwischenkörper 3 werden einteilig gehalten, wenn der Injektorkörper 1 und die Haltemutter 6 mittels Gewinde miteinander eingreifen.
-
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, sind Hochdruckkraftstoffkanäle 311, 321, 331, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1 und der Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 herstellen, in dem ersten bis dritten Zwischenkörper 31, 32, 33 jeweils ausgebildet. Der Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1, die Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 und die Hochdruckkraftstoffkanäle 311, 321, 331 des Zwischenkörpers 3 bilden einen Hochdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung. Der Injektorkörper 1, der Düsenkörper 21 und der Zwischenkörper 3 bilden einen Körper der vorliegenden Offenbarung.
-
Eine Ventilkammer 312, ein erstes Zwischenkörperverbindungsloch 313 und ein erster Ventilsitz 314 sind in dem ersten Zwischenkörper 31 ausgebildet. Die Ventilkammer 312 nimmt ein Steuerventil 57 und eine Steuerventilfeder 58, die später beschrieben wird, auf. Das erste Zwischenkörperverbindungsloch 313 stellt eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 her. Das Steuerventil 57 kann auf dem ersten Ventilsitz 314 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Eine Tassenkammer 322, in der eine Übertragungstasse 60, ein Hebel 61 und ein Abschnitt der Düsennadel 22 positioniert sind, ist in dem zweiten Zwischenkörper 32 ausgebildet. Die Tassenkammer 322 stellt eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal 321 und der Kraftstoffschachtkammer 25 her und bildet den Hochdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung. Ein Übertragungszapfengleitloch 323 und ein zweiter Ventilsitz 324 sind in dem zweiten Zwischenkörper 32 ausgebildet. Ein Übertragungszapfen 59, der später beschrieben wird, ist in das Übertragungszapfengleitloch 323 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf dem zweiten Ventilsitz 324 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Das Stellglied 4, das als ein Ansteuermittel dient, wird durch einen geschichteten Körper aus piezoelektrischen Elementen gebildet. Der geschichtete Körper aus piezoelektrischen Elementen umfasst eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen, die geschichtet sind, d. h., eines nach dem anderen gestapelt sind. Der geschichtete Körper aus piezoelektrischen Elementen ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und kann sich durch Laden und Entladen einer elektrischen Ladung an dem geschichteten Körper aus piezoelektrischen Elementen ausdehnen und zusammenziehen. Ein stationäres Ende (fixiertes Ende) 41, das ein Endabschnitt des Stellglieds 4 ist, ist an dem Injektorkörper 1 positioniert. Ein freies Ende 42, das der andere Endabschnitt des Stellglieds 4 ist, das dem einen Endabschnitt des Stellglieds 4 gegenüberliegt, wird in Reaktion auf ein Ausdehnen und Zusammenziehen des Stellglieds 4 in einer Axialrichtung (einer Stellgliedaxialrichtung) des Stellglieds 4 versetzt bzw. verschiebt.
-
Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 ist ein Mechanismus, der das Ausdehnen und das Zusammenziehen des Stellglieds 4 auf die Düsennadel 2 überträgt, um die Düsennadel 22 in der Axialrichtung der Düsennadel 22 hin- und herzubewegen. Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 dient als ein Übertragungsmittel der vorliegenden Offenbarung.
-
Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 umfasst einen Übertragungsring 51, einen Piezokolben 52, einen Zylinder 53, einen Ventilkolben 54, eine Piezofeder 55, eine Ventilkolbenfeder 56, das Steuerventil 57, die Steuerventilfeder 58, den Übertragungszapfen 59, die Übertragungskappe 60 und die Hebel 61.
-
Der Übertragungsring 51, der Piezokolben 52, der Zylinder 53, der Ventilkolben 54, die Piezofeder 55 und die Ventilkolbenfeder 56 sind in der Aufnahmekammer 13 positioniert.
-
Der Übertragungsring 51, der in einer Ringform ausgebildet ist, und der Piezokolben 52, der in einer kreisrunden Diskusplattenform ausgebildet ist, sind zwischen dem Zylinder 53, der in einer zylindrischen Rohrform ausgebildet ist, und dem Stellglied 4, einer nach dem anderen derart gestapelt, dass der Übertragungsring 51 und das freie Ende 42 des Stellglieds 4 miteinander in Kontakt stehen, und der Piezokolben 52 und der Zylinder 53 miteinander in Kontakt stehen. Der Übertragungsring 51, der Piezokolben 52 und der Zylinder 53 werden durch die Piezofeder 55, die zwischen dem Zylinder 53 und dem ersten Zwischenkörper 31 positioniert ist, in Richtung des Stellglieds 4 beaufschlagt.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, werden der Übertragungsring 51, der Piezokolben 52 und der Zylinder 53 durch das Stellglied 4 in einer Richtung hinweg von dem stationären Ende 41 angetrieben (d. h., in einer Abwärtsrichtung in 1). Wenn sich hingegen das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51, der Piezokolben 52 und der Zylinder 53 durch die Piezofeder 55 in Richtung des stationären Endes 41 angetrieben.
-
Der Ventilkolben 54, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, ist hin- und herbewegbar in den Zylinder 53 eingesetzt. Eine öldichte Kammer 62, die mit Kraftstoff gefüllt ist, wird durch den Piezokolben 52, den Zylinder 53 und den Ventilkolben 54 gebildet. Der Ventilkolben 54 wird durch die Ventilkolbenfeder 56 in Richtung des Steuerventils 57 beaufschlagt, und ein Spitzenendabschnitt des Ventilkolbens 54 steht mit dem Steuerventil 57 in Kontakt.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, werden der Piezokolben 52 und der Zylinder 53 angetrieben, sodass sie eine Zunahme des Drucks der öldichten Kammer 62 bewirken. Dabei wird der Ventilkolben 54 durch den Druck der öldichten Kammer 62 angetrieben.
-
Das Steuerventil 57 und die Steuerventilfeder 58 sind in der Ventilkammer 312 positioniert. Die Ventilkammer 312 steht durch das erste Zwischenkörperverbindungsloch 313 mit der Aufnahmekammer 13 in Verbindung, die den niedrigen Druck aufweist, und die Ventilkammer 312 steht ebenso durch eine Lücke zwischen dem Übertragungszapfen 59 und einer Innenwand des Übertragungszapfengleitlochs 323 mit der Tassenkammer 323 in Verbindung, die den hohen Druck aufweist.
-
Wenn das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 314 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt). Darüber hinaus wird, wenn das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventilsitz 324 angehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Tassenkammer 322 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt).
-
Das Steuerventil 57 wird durch die Steuerventilfeder 58 in Richtung des ersten Ventilsitzes 314 beaufschlagt, d. h. in eine Richtung zum Sperren der Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 beaufschlagt.
-
Der Übertragungszapfen 59 ist in dem Übertragungszapfengleichlauf 323 positioniert, und die Übertragungstasse 60 und die Hebel 61 sind in der Tassenkammer 322 positioniert.
-
Die Übertragungstasse 60 ist in einer Tassenform oder einer zylindrischen Rohrform mit einem Boden ausgebildet. Der Nadelflanschabschnitt 221 ist in einen Innenraum der Übertragungstasse 60 eingesetzt.
-
Jeder Hebel 61 ist in einer Plattenform ausgebildet. Ein Abschnitt des Hebels 61, der mit dem dritten Zwischenkörper 33 in Kontakt steht, bildet einen Abstützpunkt 611. Ein Abschnitt des Hebels 61, der mit der Übertragungstasse 60 in Kontakt steht, bildet eine Aufwendungsstrecke 612. Darüber hinaus bildet ein Abschnitt des Hebels 61, der mit dem Nadelflanschabschnitt 221 in Kontakt steht, eine Last 613.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Hebel 61 in Reaktion auf eine Bewegung der Übertragungstasse 60 geschwungen, um die Düsennadel 22 in einer Ventilöffnungsrichtung (ebenso als eine Öffnungsrichtung bezeichnet) zum Öffnen der Einspritzlöcher 211 anzutreiben.
-
Eine Oberfläche des Hebels 61, die an der Seite des Abstützpunkts 611 angeordnet ist, ist in einer Bogenform ausgebildet. Dabei wird in Reaktion auf die Schwingbewegung (Schaukelbewegung) des Hebels 61 die Position des Abstützpunkts 611 bewegt, um ein Hebelverhältnis zu ändern.
-
Als Nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. Zunächst wird in einem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 (einem geschlossenen Zustand des Einspritzlochs 211), der in den 1 und 2 gezeigt ist, die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen, wodurch sich das Stellglied 4 zusammenzieht.
-
Wenn in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung in das Stellglied 4 geladen wird, dehnt sich das Stellglied 4 aus und dadurch wird das freie Ende 42 des Stellglieds 4 in der Abwärtsrichtung in den 1 und 2 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 in der oben beschriebenen Weise ausgedehnt hat, werden der Piezokolben 250 und der Zylinder 53 angetrieben, um den Druck der öldichten Kammer 62 zu erhöhen. Dadurch wird der Ventilkolben 54 durch den erhöhten Druck der öldichten Kammer 62 in der Abwärtsrichtung in 4 angetrieben.
-
Danach wird, wie in 4 gezeigt ist, das Steuerventil 57 durch den Ventilkolben 54 beaufschlagt und dadurch in der Abwärtsrichtung in 4 angetrieben. Somit wird das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 314 beabstandet und wird bewegt bis das Steuerventil 57 mit dem zweiten Ventilsitz 324 in Kontakt steht. Mit anderen Worten wird das Steuerventil 57 von der Position, an der das Steuerventil 57 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 sperrt, zu der Position bewegt, an der das Steuerventil 57 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Tassenkammer 322 sperrt.
-
Hierbei werden das Ausdehnen und das Zusammenziehen des Stellglieds hier nicht direkt auf das Steuerventil 57 übertragen. Vielmehr werden das Ausdehnen und das Zusammenziehen des Stellglieds 4 durch die öldichte Kammer 62 auf das Steuerventil 57 übertragen. Dabei kann mit dieser Konstruktion eine Änderung einer Anfangsposition des freien Endes 42, die durch eine Differenz zwischen einem Koeffizient einer linearen Ausdehnung des Stellglieds 4 und einem Koeffizient einer linearen Ausdehnung des Injektorkörpers 1 zu der Zeit des Auftretens einer Änderung der Temperatur eingeleitet wird, kompensiert werden.
-
Das Verschieben des Steuerventils 57 wird durch den Übertragungszapfen 59 an die Übertragungstasse 60 übertragen, und das Verschieben der Übertragungstasse 60 wird durch die Hebel 61 auf die Düsennadel 22 übertragen. Zu dieser Zeit übertragen die Hebel 61 ein Verschieben des freien Endes 42, das zu der Zeit der Ausdehnung des Stellglieds 4 auftritt, nach einer Umkehr einer Richtung des Verschiebens des freien Endes 42 auf die Düsennadel 22. Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 in der Ventilöffnungsrichtung (der Aufwärtsrichtung in 4) der Düsennadel 22 angetrieben und in einen Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 verschiebt (d. h. eine Öffnungsposition der Düsennadel 22). Somit wird Kraftstoff aus den Einspritzlöchern 211 in die Brennkammer der Verbrennungsmaschine eingespritzt.
-
Hierbei wird die Position des Abstützpunkts 611 von jedem Hebel 61 in Reaktion auf die Schwingbewegung (die Schaukelbewegung) des Hebels 61 geändert, und dadurch wird das Hebelverhältnis geändert. Insbesondere wird ein Verschiebungsverstärkungsverhältnis zwischen dem Betrag der Verschiebung des freien Endes 42 und dem Betrag der Verschiebung der Düsennadel 22 durch S1/S2 definiert, wobei S1 den Betrag der Verschiebung der Düsennadel 22 bezeichnet, und S2 den Betrag der Verschiebung des freien Endes 42 bezeichnet. Das Hebelverhältnis des Hebels 61 ändert sich derart, dass das Verschiebungsverhältnis an der Öffnungsposition der Düsennadel 22, an der die Düsennadel 22 die Einspritzlöcher 211 öffnet, größer als das Verschiebungsverhältnis an der Schließposition der Düsennadel 22 ist, an der die Düsennadel 22 die Einspritzlöcher 211 schließt.
-
Dabei kann insbesondere in einer Ventilöffnungsanfangsdauer der Düsennadel 22 (d. h. dem Beginn des Ventilöffnungsvorgangs der Düsennadel 22 zum Anheben der Düsennadel 22 hinweg von den Einspritzlöchern 211), während eine relativ große Kraft erforderlich ist, um die Düsennadel 22 anzutreiben, die Antriebskraft zum Antreiben der Düsennadel 22 erhöht werden, da das Verschiebungsverstärkungsverhältnis klein ist. Im Gegensatz hierzu kann in einer Ventilöffnungsenddauer der Düsennadel 22 (d. h. dem Ende des Ventilöffnungsvorgangs der Düsennadel 22 zum Anheben der Düsennadel 22 hinweg von den Einspritzlöchern 211), der ausreichende Anhebungsbetrag der Düsennadel 22 erlangt werden, indem der kleine Betrag der Verschiebung des freien Endes 42 kompensiert wird, da das Verschiebungsverstärkungsverhältnis groß ist.
-
Darüber hinaus wird in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Tassenkammer 322 durch das Steuerventil 57 gesperrt, so dass es möglich wird, eine Leckage (d. h. eine dynamische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Tassenkammer 322 durch die Ventilkammer 312 zu der Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
Wenn im Gegensatz hierzu in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen wird, zieht sich das Stellglied 4 zusammen. Dadurch wird das freie Ende 42 in der Aufwärtsrichtung in 2 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Piezokolben 42 und der Zylinder 53 durch die Piezofeder 55 beaufschlagt, so dass sie der Verschiebung des freien Endes 42 folgen, und dadurch wird der Druck in der öldichten Kammer 62 verringert. Wenn der Druck in der öldichten Kammer 62 verringert wird, wird die Antriebskraft, welche die Düsennadel 22 in der Ventilöffnungsrichtung antreibt, verringert. Somit wird die Düsennadel 22 durch die Düsenfeder 23 beaufschlagt, und wird dadurch in die Ventilschließrichtung (die Abwärtsrichtung in 2) bewegt, so dass die Düsennadel 22 die Einspritzlöcher 211 schließt, und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzung beendet.
-
In Reaktion auf die Bewegung der Düsennadel 22 in der Ventilschließrichtung wird die Übertragungstasse 60 durch die Hebel 61 in der Aufwärtsrichtung in 2 beaufschlagt, und der Übertragungszapfen 59, das Steuerventil 57 und der Ventilkolben 54 werden ebenso in der Aufwärtsrichtung in 2 beaufschlagt.
-
Auf diese Weise wird das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventilsitz 324 beabstandet und zu der Position bewegt, an der das Steuerventil 57 mit dem ersten Ventilsitz 314 in Kontakt gelangt. Mit anderen Worten wird das Steuerventil 57 aus der Position, an der das Steuerventil 57 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Tassenkammer 322 sperrt, zu der Position bewegt, an der Steuerventil 57 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 sperrt.
-
Somit wird in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22, in dem die Düsenfadel 22 die Einspritzlöcher 211 schließt, die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 durch das Steuerventil 57 gesperrt, so dass es möglich wird, eine Leckage (d. h. eine statische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Ventilkammer 312 zu der Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Es wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform, in welcher der Aufbau des Zwischenkörpers 3 und der Aufbau des Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 gegenüber denjenigen aus der ersten Ausführungsform modifiziert sind, und der Aufbau des Rests des Kraftstoffeinspritzventils ist derselbe wie derjenige der ersten Ausführungsform. Somit werden lediglich die Unterschiede, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, nachstehend beschrieben.
-
Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, umfasst der Zwischenkörper 3 einen ersten Zwischenkörper 34, einen zweiten Zwischenkörper 35, einen dritten Zwischenkörper 36 und einen vierten Zwischenkörper 37. Der erste Zwischenkörper 34, der zweite Zwischenkörper 35, der dritte Zwischenkörper 36 und der vierte Zwischenkörper 37 sind von der Seite des Injektorkörpers 1 in Richtung der Seite der Düse 2 einer nach dem anderen in dieser Reihenfolge gestapelt.
-
Hochdruckkraftstoffkanäle 341, 351, 361, 371, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1 und der Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 herstellen, sind jeweils in dem ersten bis vierten Zwischenkörper 34 bis 37 ausgebildet. Der Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1, die Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 und die Hochdruckkraftstoffkanäle 341, 351, 361, 371 des Zwischenkörpers 3 bilden einen Hochdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung. Der Einspritzkörper 1, der Düsenkörper 21 und der Zwischenkörper 3 bilden einen Körper der vorliegenden Offenbarung.
-
Der erste Zwischenkörper 34 umfasst eine Ventilkammer 342, ein erstes Zwischenkörperverbindungsloch 343 und einen ersten Ventilsitz 344. Das Steuerventil 57 und die Steuerventilfeder 58 sind in der Ventilkammer 342 positioniert. Das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 stellt eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 her, und der erste Übertragungsbolzen 63 ist in das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf dem ersten Ventilsitz 344 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Ein Übertragungszapfengleitloch 352 und ein zweiter Ventilsitz 353 sind in dem zweiten Zwischenkörper 35 ausgebildet. Ein zweiter Übertragungsbolzen 64 ist in das Übertragungsbolzengleitloch 352 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf den zweiten Ventilsitz 353 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Ein Nadelkolbengleitloch 372 ist im vierten Zwischenkörper 37 ausgebildet. Ein Nadelkolben 67, der später beschrieben wird, ist in das Nadelkolbengleitloch 372 gleitfähig eingesetzt.
-
Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 umfasst den Übertragungsring 51, die Piezofeder 55, das Steuerventil 57, die Steuerventilfeder 58, den ersten Übertragungsbolzen 63, den zweiten Übertragungsbolzen 64, einen Piezokolben 65, einen Zylinder 66, den Nadelkolben 67 und ein Koppelungselement 68.
-
Das Steuerventil 57 und die Steuerventilfeder 58 sind in der Ventilkammer 342 positioniert. Die Ventilkammer 342 steht durch das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 mit der Aufnahmekammer 13 in Verbindung, die den niedrigen Druck aufweist.
-
Die Ventilkammer 342 steht ebenso durch eine Lücke zwischen dem zweiten Übertragungsbolzen 64 und einer Innenwand des Übertragungsbolzengleitlochs 352 mit dem Hochdruckkraftstoffkanal 361 des dritten Zwischenkörpers 36 in Verbindung.
-
Wenn das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 344 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt). Wenn darüber hinaus das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventil 353 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 361 des dritten Zwischenkörpers 36 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt).
-
Das Steuerventil 57 wird durch die Steuerventilfeder 58 in Richtung des ersten Ventilsitzes 344 beaufschlagt, d. h. in einer Richtung zum Sperren der Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 beaufschlagt.
-
Der zweite Übertragungsbolzen 64 ist in das Übertragungsbolzengleitloch 352 derart eingesetzt, dass ein Ende des zweiten Übertragungsbolzens 64 mit dem Steuerventil 57 in Kontakt steht, und das andere Ende des zweiten Übertragungsbolzens 64, das dem einen Ende des zweiten Übertragungsbolzens 64 gegenüberliegt, mit dem Piezokolben 65 in Kontakt steht.
-
Die Piezofeder 55, der Piezokolben 65, der Zylinder 66 und der Nadelkolben 67 sind in dem Hochdruckkraftstoffkanal 361 des dritten Zwischenkörpers 36 positioniert.
-
Der Piezokolben 65 ist in einer zylindrischen Rohrform mit einem Boden ausgebildet. Ein Ventilkolbenloch 651 ist an einer Innenseite des Piezokolbens 65 ausgebildet. Darüber hinaus ist der Piezokolben 65 in den Zylinder 66, der in einer zylindrischen Rohrform ausgebildet ist, gleitfähig eingesetzt.
-
Der zweite Übertragungsbolzen 64 und der Piezokolben 65 werden durch die Piezofeder 55, die zwischen dem Piezokolben 65 und dem Zylinder 66 positioniert ist, in Richtung des Stellglieds 4 beaufschlagt.
-
Der Nadelkolben 67 umfasst einen großen Durchmesserkolbenabschnitt 671 und einen kleinen Durchmesserkolbenabschnitt 672. Der große Durchmesserkolbenabschnitt 671 ist in einer zylindrischen Rohrform ausgebildet. Der kleine Durchmesserkolbenabschnitt 672 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und weist einen Durchmesser auf, der kleiner als ein Durchmesser der großen Durchmesserkolbenabschnitts 671 ist. Der große Durchmesserkolbenabschnitt 671 ist in das Ventilkolbenloch 651 eingesetzt. Der kleine Durchmesserkolbenabschnitt 672 ist in das Nadelkolbengleitloch 372 gleitfähig eingesetzt.
-
Darüber hinaus weist der Nadelkolben 67 ferner einen Kolbenflanschabschnitt 673 auf, der in der Kraftstoffschachtkammer 25 positioniert ist. Der Kolbenflanschabschnitt 673 und der Nadelflanschabschnitt 221 stehen mit dem Koppelungselement 68 in Eingriff, sodass der Nadelkolben 67 und die Düsennadel 22 durch das Koppelungselement 68 miteinander gekoppelt sind.
-
Die Düsenfeder 23 ist zwischen dem großen Durchmesserkolbenabschnitt 671 und einem Bodenabschnitt des Piezokolben 65 innerhalb des Ventilkolbenlochs 651 positioniert. Die Düsennadel 22 wird von der Düsenfeder 23 durch den Nadelkolben 67 in der Ventilschließrichtung der Düsennadel 22 beaufschlagt.
-
Eine öldichte Kammer 69, die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, ist durch den Piezokolben 65, den Zylinder 66, den Nadelkolben 67 und den vierten Zwischenkörper ausgebildet. Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Piezokolben 65 von dem Stellglied 4 durch den Übertragungsring 51, den ersten Übertragungsbolzen 63, das Steuerventil 57 und den zweiten Übertragungsbolzen 64 angetrieben, und dadurch wird der Druck der öldichten Kammer 69 erhöht. Somit wird der Nadelkolben 67 durch den Druck der öldichten Kammer 69 in der Aufwärtsrichtung in 6 angetrieben.
-
Hierbei dient ein Oberflächenbereich einer gegenüberliegenden Oberfläche des Piezokolbens 65, die dem vierten Zwischenkörper 37 axial gegenüberliegt, als ein Druckaufnahmeoberflächenbereich des Piezokolbens 65, und ein Oberflächenbereich einer gegenüberliegenden Oberfläche des großen Durchmesserkolbenabschnitts 671, der dem vierten Zwischenkörper 37 axial gegenüberliegt, dient als ein Druckaufnahmeoberflächenbereich des Nadelkolbens 67. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Piezokolbens 65 so eingestellt, dass er größer als der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Nadelkolbens 67 ist.
-
Als Nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. Zunächst wird in einem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 (einem geschlossenen Zustand der Einspritzlöcher 211), der in den 5 und 6 gezeigt ist, die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen und dadurch zieht sich das Stellglied 4 zusammen.
-
Wenn die elektrische Ladung in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 in das Stellglied 4 geladen wird, dehnt sich das Stellglied 4 aus und dadurch wird das freie Ende 42 des Stellglieds 4 in der Abwärtsrichtung in den 5 und 6 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird das Steuerventil 57 durch den Übertragungsring 51 und den ersten Übertragungsbolzen 63 in der Abwärtsrichtung in den 5 und 6 angetrieben. Danach ist das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 344 hinweg beabstandet und steht mit dem zweiten Ventilsitz 353 in Kontakt.
-
In Reaktion auf diese Bewegung des Steuerventils 57 wird der Piezokolben 65 in der Abwärtsrichtung in den 5 und 6 durch den zweiten Übertragungsbolzen 64 angetrieben. Somit wird der Druck in der öldichten Kammer 69 erhöht, und dadurch wird der Nadelkolben 67 von dem erhöhten Druck der öldichten Kammer 69 angetrieben.
-
Der Druck der öldichten Kammer 69 wird gegen die gegenüberliegende Oberfläche des großen Durchmesserkolbenabschnitts 671 aufgewendet, die dem vierten Zwischenkörper 37 axial gegenüberliegt. Somit wird der Nadelkolben 67 in Reaktion auf die Erhöhung in der öldichten Kammer 69 in der Richtung (der Aufwärtsrichtung in den 5 und 6) bewegt, die der Bewegungsrichtung des Piezokolbens 65 entgegengerichtet ist. Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 in der Öffnungsrichtung der Düsennadel 22 angetrieben, um die Einspritzlöcher 211 zu öffnen und dadurch wird sie in den Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 positioniert. Somit wird der Kraftstoff aus den Einspritzlöchern 211 in die Brennkammer der Verbrennungsmaschine eingespritzt.
-
Da der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Piezokolbens 65 derart eingestellt ist, dass er größer als der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Nadelkolbens 67 ist, wird die Verschiebung des freien Endes 42 verstärkt und auf die Düsennadel 22 übertragen. Somit kann ein ausreichender Anhebungsbetrag der Düsennadel 22 sichergestellt werden.
-
Darüber hinaus wird in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 361 des dritten Zwischenkörpers 36 durch das Steuerventil 57 gesperrt, so dass es möglich wird, eine Leckage (d. h. eine dynamische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus dem Hochdruckkraftstoffkanal 361 durch die Ventilkammer 342 in die Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
Im Gegensatz hierzu zieht sich das Stellglied 4 in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 zusammen, wenn die elektrische Ladung des elektrischen Stellglieds 4 entladen wird, und dadurch wird das freie Ende 42 in der Aufwärtsrichtung in den 5 und 6 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51, das Steuerventil 57, der erste Übertragungsbolzen 63, der zweite Übertragungsbolzen 64 und der Piezokolben 65 durch die Piezofeder 55 beaufschlagt, so dass sie dem freien Ende 42 folgen. Dadurch wird der Druck in der öldichten Kammer 69 gesenkt. Darüber hinaus wird das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventilsitz 353 hinweg beabstandet und gelangt mit dem ersten Ventilsitz 344 in Kontakt.
-
Wenn der Druck der öldichten Kammer 69 gesenkt wird, wird die Antriebskraft, die den Nadelkolben 67 in der Richtung (der Aufwärtsrichtung in den 5 und 6) hinweg von den Einspritzlöchern 211 antreibt, gesenkt. Somit werden der Nadelkolben 67 und die Düsennadel 22 durch die Düsenfeder 23 in der Ventilschließrichtung (der Abwärtsrichtung in den 5 und 6) beaufschlagt, so dass die Einspritzlöcher 211 durch die Düsennadel 22 geschlossen werden.
-
Danach wird in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22, in dem die Düsennadel 22 die Einspritzlöcher 211 verschließt, die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 durch das Steuerventil 57 gesperrt, so dass es möglich wird, eine Leckage (d. h. eine statische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Ventilkammer 342 zu der Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Es wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform, in welcher der Aufbau der Düse 2, der Aufbau des Zwischenkörpers 3 und der Aufbau des Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 gegenüber denjenigen der ersten Ausführungsform modifiziert ist, und der Aufbau des Rests des Kraftstoffeinspritzventils ist derselbe wie derjenige der ersten Ausführungsform. Somit werden lediglich die Unterschiede, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, nachstehend beschrieben.
-
Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die Düsennadel 22 der Düse 2 einen Düsennadelhauptkörper 223 und einen Düsennadelventilkörper 222. Der Düsennadelventilkörper 222 ist beispielsweise durch eine Presspassung des Düsennadelventilkörpers 222 in ein Loch des Düsennadelhauptkörpers 223 mit dem Düsennadelhauptkörper 223 gekoppelt.
-
Der Düsennadelventilkörper 222 steht an einer Außenseite des Düsenkörpers 21 hervor. Der Düsennadelventilkörper 222 wird von einer äußeren Oberfläche des Düsenkörpers 21 angehoben und auf dieser aufgesetzt, um die Einspritzlöcher 211 jeweils zu öffnen und zu schließen. Das heißt, die Düse 2 der vorliegenden Ausführungsform ist eine nach außen öffnende Düse.
-
Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, umfasst der Zwischenkörper 3 den ersten Zwischenkörper 34 und den zweiten Zwischenkörper 35. Der erste Zwischenkörper 34 und der zweite Zwischenkörper 35 sind in dieser Reihenfolge von der Seite des Injektorkörpers 1 zu der Seite der Düse 2 nacheinander gestapelt.
-
Die Hochdruckkraftstoffkanäle 341, 351, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1 und der Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 herstellen, sind jeweils in dem ersten Zwischenkörper 34 und dem zweiten Zwischenkörper 35 ausgebildet. Der Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1, die Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 und die Hochdruckkraftstoffkanäle 341, 351 des Zwischenkörpers 3 bilden einen Hochdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung. Der Einspritzkörper 1, der Düsenkörper 21 und der Zwischenkörper 3 bilden einen Körper der vorliegenden Offenbarung.
-
Der erste Zwischenkörper 34 umfasst die Ventilkammer 342, das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 und den ersten Ventilsitz 344. Das Steuerventil 57 und die Steuerventilfeder 58 sind in der Ventilkammer 342 positioniert. Das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 stellt eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 343 und der Aufnahmekammer 13 her, und der erste Übertragungsbolzen 63 ist in das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf dem ersten Ventilsitz 344 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Das Übertragungsbolzengleitloch 352 und der zweite Ventilsitz 353 sind in dem zweiten Zwischenkörper 35 ausgebildet. Der zweite Übertragungsbolzen 64 ist in das Übertragungsbolzengleitloch 352 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf dem zweiten Ventilsitz 353 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 umfasst den Übertragungsring 51, einen Piezokolben 70, einen Zylinder 71, den Ventilkolben 54, die Piezofeder 55, die Ventilkolbenfeder 56, das Steuerventil 57, die Steuerventilfeder 58, den ersten Übertragungsbolzen 63 und den zweiten Übertragungsbolzen 64.
-
Der Übertragungsring 51, der Piezokolben 70, der Zylinder 71, der Ventilkolben 54, die Piezofeder 55 und die Ventilkolbenfeder 56 sind in der Aufnahmekammer 13 positioniert.
-
Der Piezokolben 70, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, ist in den Zylinder 71 gleitfähig eingesetzt. Der Piezokolben 70 wird von dem Stellglied 4 durch den Übertragungsring 51 angetrieben.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 in der Richtung (der Abwärtsrichtung in den 7 und 8) von dem stationären Ende 41 hinweg angetrieben. Wenn sich hingegen das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 durch die Piezofeder 55 in der Richtung (der Aufwärtsrichtung in den 7 und 8) zu dem stationären Ende 41 angetrieben.
-
Der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 werden in Richtung des Stellglieds 4 durch die Piezofeder 55 beaufschlagt, die zwischen dem Zylinder 71 und dem Piezokolben 70 positioniert ist.
-
Ein Durchmesser des Ventilkolbens 54 ist kleiner als ein Durchmesser des Piezokolbens 70, und der Ventilkolben 54 ist in den Zylinder 71 gleitfähig eingesetzt.
-
Eine öldichte Kammer 72, die mit Kraftstoff gefüllt ist, wird durch den Zylinder 71, den Piezokolben 70 und den Ventilkolben 54 gebildet.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Piezokolben 70 angetrieben, um eine Zunahme des Drucks der Ölkammer 72 zu bewirken. Dadurch wird der Ventilkolben 54 durch den Druck der öldichten Kammer 72 in der Abwärtsrichtung in 7 und 8 angetrieben.
-
Der erste Übertragungsbolzen 63 ist in das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 derart eingesetzt, dass ein Ende des ersten Übertragungsbolzens 63 mit dem Ventilkolben 54 in Kontakt steht, und das andere Ende des ersten Übertragungsbolzens 63, das dem einen Ende des ersten Übertragungsbolzens 63 gegenüberliegt, steht mit dem Steuerventil 57 in Kontakt.
-
Das Steuerventil 57 und die Steuerventilfeder 58 sind in der Ventilkammer 342 positioniert. Die Ventilkammer 342 steht durch das erste Zwischenkörperverbindungsloch 343 mit der Aufnahmekammer 13 in Verbindung, die den niedrigen Druck aufweist. Die Ventilkammer 342 steht ebenso durch die Lücke zwischen dem zweiten Übertragungsbolzen 64 und der Innenwand des Übertragungsbolzengleitlochs 352 mit der Kraftstoffschachtkammer 25 in Verbindung.
-
Wenn das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 344 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt). Wenn darüber hinaus das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventil 353 abgehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Kraftstoffschachtkammer 25 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt).
-
Das Steuerventil 57 wird durch die Steuerventilfeder 58 zu dem ersten Ventilsitz 344 beaufschlagt, d. h. es wird in einer Richtung zum Sperren der Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 beaufschlagt.
-
Als Nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. In dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22, der in den 7 und 8 gezeigt ist, wird die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen und dadurch zieht sich das Stellglied 4 zusammen.
-
Wenn in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung in das Stellglied 4 geladen wird, dehnt sich das Stellglied 4 aus und dabei wird das freie Ende 42 des Stellglieds 4 in der Abwärtsrichtung in den 7 und 8 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Piezokolben 70 in der Abwärtsrichtung in den 7 und 8 angetrieben, um eine Erhöhung des Drucks der öldichten Kammer 72 zu bewirken. Dadurch wird der Ventilkolben 54 durch den Druck der öldichten Kammer 72 angetrieben.
-
Danach wird das Steuerventil 57 durch den Ventilkolben 54 beaufschlagt und wird dabei in der Abwärtsrichtung in den 7 und 8 bewegt. Somit wird das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 344 hinweg beabstandet und gelangt mit dem zweiten Ventilsitz 353 in Kontakt.
-
Darüber hinaus wird in Reaktion auf die Bewegung des Steuerventils 57 die Düsennadel 22 durch den zweiten Übertragungsbolzen 64 in der Abwärtsrichtung in den 7 und 8 angetrieben. Das heißt, die Düsennadel 22 wird in derselben Richtung wie die Bewegungsrichtung des freien Endes 42 bewegt. Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 in der Öffnungsrichtung der Düsennadel 22 angetrieben, um das Einspritzloch 211 zu öffnen und wird dabei in den Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 positioniert. Somit wird der Kraftstoff aus dem Einspritzloch 211 in die Brennkammer der Verbrennungsmaschine eingespritzt.
-
Da der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Piezokolbens 70 derart eingestellt ist, dass er größer als der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Ventilkolbens 54 ist, wird die Verschiebung des freien Endes 42 verstärkt und auf den Ventilkolben 54 übertragen. Somit kann ein ausreichender Anhebungsbetrag der Düsennadel 22 sichergestellt werden.
-
Darüber hinaus wird in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Kraftstoffschachtkammer 25 durch das Steuerventil 57 gesperrt, sodass es möglich wird, eine Leckage (d. h., dynamische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Kraftstoffschachtkammer 25 durch die Ventilkammer 342 in die Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
Wenn danach in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen wird, zieht sich das Stellglied 4 zusammen und dabei wird das freie Ende 42 in der Aufwärtsrichtung in den 7 und 8 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 durch die Piezofeder 55 beaufschlagt und dabei folgen der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 der Verschiebung des freien Endes 42. Dabei wird der Druck in der öldichten Kammer 72 gesenkt.
-
Wenn der Druck der öldichten Kammer 72 gesenkt wird, wird die Antriebskraft, die den Ventilkolben 54 in der Richtung (der Aufwärtsrichtung in den 7 und 8) zu dem Einspritzloch 211 antreibt, gesenkt. Daher werden der Ventilkolben 54, das Steuerventil 57 und die Düsennadel 22 durch die Düsenfeder 23 in der Ventilschließrichtung (der Aufwärtsrichtung in den 7 und 8) beaufschlagt, sodass das Einspritzloch 211 durch die Düsennadel 22 geschlossen wird.
-
Darüber hinaus steht in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22, in dem die Düsennadel 22 das Einspritzloch 211 schließt, das Steuerventil 57 mit dem ersten Ventilsitz 344 in Kontakt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 342 und der Aufnahmekammer 13 zu sperren. Somit wird es möglich, eine Leckage (d. h., eine statische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Ventilkammer 342 zu der Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Es wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das Kraftstoffeinspritzventil der ersten bis dritten Ausführungsform ist ein Kraftstoffeinspritzventil eines normal geschlossenen Typs, bei dem die Düsennadel 22 durch die Ausdehnung des Stellglieds 4 in der Ventilöffnungsrichtung angetrieben wird, um die Einspritzlöcher 211 zu öffnen. Im Gegensatz hierzu ist ein Kraftstoffeinspritzventil der vierten Ausführungsform ein normal geöffneter Typ, bei dem die Düsennadel 22 durch die Ausdehnung des Stellglieds 4 in der Ventilschließrichtung angetrieben wird, um die Einspritzlöcher 211 zu schließen.
-
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform, bei welcher der Aufbau des Zwischenkörpers 3 und der Aufbau des Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 gegenüber denjenigen der ersten Ausführungsform modifiziert sind, und der Aufbau des Rests des Kraftstoffeinspritzventils ist derselbe wie derjenige der ersten Ausführungsform. Somit werden lediglich Unterschiede, die sich zu der ersten Ausführungsform unterschieden, nachstehend beschrieben.
-
Wie in den 9 und 10 gezeigt ist, beaufschlagt die Düsenfeder 23 die Düsennadel 22 in der Ventilöffnungsrichtung (die Aufwärtsrichtung in den 9 und 10).
-
Der Zwischenkörper 3 umfasst den ersten Zwischenkörper 31 und den zweiten Zwischenkörper 35. Der erste Zwischenkörper 31 und der zweite Zwischenkörper 35 sind in dieser Reihenfolge von der Seite des Einspritzkörpers 1 zu der Seite der Düse 2 nacheinander gestapelt.
-
Die Hochdruckkraftstoffkanäle 311, 351, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1 und der Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 herstellen, sind jeweils in dem ersten Zwischenkörper 31 und dem zweiten Zwischenkörper 35 ausgebildet. Der Hochdruckkraftstoffkanal 11 des Injektorkörpers 1, die Kraftstoffschachtkammer 25 des Düsenkörpers 21 und die Hochdruckkraftstoffkanäle 311, 351 des Zwischenkörpers 3 bilden einen Hochdruckabschnitt der vorliegenden Offenbarung. Der Injektorkörper 1, der Düsenkörper 21 und der Zwischenkörper 3 bilden einen Körper der vorliegenden Offenbarung.
-
Das Übertragungsbolzengleitloch 352 und der zweite Ventilsitz 353 sind in dem zweiten Zwischenkörper 35 ausgebildet. Der zweite Übertragungsbolzen 64 ist in das Übertragungsbolzengleitloch 352 gleitfähig eingesetzt. Das Steuerventil 57 kann auf dem zweiten Ventilsitz 353 aufgesetzt und von diesem abgehoben werden.
-
Der Verschiebungsübertragungsmechanismus 5 umfasst den Übertragungsring 51, den Piezokolben 70, den Zylinder 71, den Ventilkolben 54, die Piezofeder 55, die Ventilkolbenfeder 56, das Steuerventil 57, die Steuerventilfeder 58 und den Übertragungsbolzen 64.
-
Der Übertragungsring 51, der Piezokolben 70, der Zylinder 71, der Ventilkolben 54, die Piezofeder 55 und die Ventilkolbenfeder 56 sind in der Aufnahmekammer 13 positioniert.
-
Der Piezokolben 70, welcher in der zylindrischen Form ausgestaltet ist, ist in den Zylinder 71 gleitfähig eingesetzt. Der Piezokolben 70 wird von dem Stellglied 4 durch den Übertragungsring 51 angetrieben.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 in der Richtung (der Abwärtsrichtung in den 9 und 10) hinweg von dem stationären Ende 41 angetrieben. Wenn sich hingegen das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 durch die Piezofeder 55 in der Richtung (der Aufwärtsrichtung in den 9 und 10) zu dem stationären Ende 41 angetrieben.
-
Der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 werden durch die Piezofeder 55, die zwischen dem Zylinder 71 und dem Piezokolben 70 positioniert ist, in Richtung des Stellglieds 4 beaufschlagt.
-
Der Durchmesser des Ventilkolbens 54 ist kleiner als der Durchmesser des Piezokolbens 70 und er ist gleitfähig in den Zylinder 71 eingesetzt. Der Ventilkolben 54 wird durch die Ventilkolbenfeder 56 in Richtung des Steuerventils 57 beaufschlagt, und der Spitzenendabschnitt des Ventilkolbens 54 steht mit dem Steuerventil 57 in Kontakt.
-
Die öldichte Kammer 72, die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, wird durch den Zylinder 71, den Piezokolben 70 und den Ventilkolben 54 gebildet.
-
Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Piezokolben 70 angetrieben, um eine Zunahme des Drucks in der öldichten Kammer 72 zu bewirken. Dabei wird der Ventilkolben 54 durch den Druck der öldichten Kammer 72 angetrieben.
-
Die Ventilkammer 312 steht durch das erste Zwischenkörperverbindungsloch 313 mit der Aufnahmekammer 13 in Verbindung, die den niedrigen Druck aufweist, und die Ventilkammer 312 ist ebenso durch eine Lücke zwischen dem Übertragungsbolzen 64 und der Innenwand des Getriebebolzengleitlochs 352 mit der Kraftstoffschachtkammer 25 verbunden.
-
Wenn das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 314 abgehoben oder auf diesen aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt). Wenn darüber hinaus das Steuerventil 57 von dem zweiten Ventilsitz 353 angehoben oder auf diesem aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Kraftstoffschachtkammer 25 jeweils ermöglicht oder verhindert (gesperrt).
-
Das Steuerventil 57 wird durch die Steuerventilfeder 58 in Richtung des ersten Ventilsitzes 314 beaufschlagt, d. h. es wird in der Richtung zum Sperren der Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 beaufschlagt.
-
Der Übertragungsbolzen 64 ist in das Übertragungsbolzengleitloch 352 derart eingesetzt, dass ein Ende des Übertragungsbolzens 64 mit dem Steuerventil 57 in Kontakt steht, und das andere Ende des Übertragungsbolzens 64, das dem einen Ende des Übertragungsbolzens 64 gegenüberliegt, mit der Düsennadel 22 in Kontakt steht.
-
Als Nächstes wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils beschrieben. In dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22, die in den 9 und 10 gezeigt ist, wird die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen und dabei zieht sich das Stellglied 4 zusammen.
-
Wenn in dem Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung in das Stellglied 4 geladen wird, dehnt sich das Stellglied 4 aus und dabei wird das freie Ende 42 des Stellglieds 4 in der Abwärtsrichtung in den 9 und 10 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 ausdehnt, wird der Piezokolben 70 in der Abwärtsrichtung in den 9 und 10 angetrieben, um eine Zunahme des Drucks der öldichten Kammer 72 zu bewirken. Dabei wird der Ventilkolben 54 durch den Druck der öldichten Kammer 72 angetrieben.
-
Danach wird das Steuerventil 57 durch den Ventilkolben 54 beaufschlagt und wird dadurch in der Abwärtsrichtung in den 9 und 10 bewegt. Somit wird das Steuerventil 57 von dem ersten Ventilsitz 314 hinweg beabstandet und gelangt mit dem zweiten Ventilsitz 353 in Kontakt.
-
Darüber hinaus wird in Reaktion auf die Bewegung des Steuerventils 57 die Düsennadel 22 durch den Übertragungsbolzen 64 in der Abwärtsrichtung in 10 angetrieben. Das heißt, die Düsennadel 22 wird in derselben Richtung wie die Bewegungsrichtung des freien Endes 42 bewegt. Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 in der Schließrichtung der Düsennadel 22 angetrieben, um die Einspritzlöcher 211 zu schließen, und wird dabei in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 positioniert. Somit wird die Einspritzung des Kraftstoffs aus den Einspritzlöchern 211 beendet.
-
Da der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Piezokolben 70 derart eingestellt ist, dass er größer als der Druckaufnahmeoberflächenbereich des Ventilkolbens 54 ist, wird die Verschiebung des freien Endes 42 verstärkt und auf den Ventilkolben 54 übertragen. Somit kann selbst in dem Fall, bei dem der Anhebungsbetrag der Düsennadel 22 groß ist, die Düsennadel 22 zuverlässig in den Ventilschließzustand positioniert werden, um die Einspritzlöcher 211 zu schließen.
-
Darüber hinaus wird in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Kraftstoffschachtkammer 25 durch das Steuerventil 57 gesperrt, sodass es möglich wird, eine Leckage (d. h., eine dynamische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Kraftstoffschachtkammer 25 durch die Ventilkammer 312 in die Aufnahmekammer 13 zu beschränken.
-
Wenn hingegen in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22 die elektrische Ladung des Stellglieds 4 entladen wird, zieht sich das Stellglied 4 zusammen und dabei wird das freie Ende 42 in der Aufwärtsrichtung in den 9 und 10 verschiebt. Wenn sich das Stellglied 4 zusammenzieht, werden der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 durch die Piezofeder 55 beaufschlagt, dabei folgen der Übertragungsring 51 und der Piezokolben 70 der Verschiebung des freien Endes 42. Dadurch wird der Druck der öldichten Kammer 72 gesenkt.
-
Wenn der Druck der öldichten Kammer 72 gesenkt wird, wird die Antriebskraft, die den Ventilkolben 54 in der Richtung (der Abwärtsrichtung in den 9 und 10) zu den Einspritzlöchern 211 gesenkt. Somit werden der Ventilkolben 54, das Steuerventil 57 und die Düsennadel 22 durch die Düsenfeder 23 in der Ventilöffnungsrichtung (in der Aufwärtsrichtung in den 9 und 10) beaufschlagt. Auf diese Weise wird die Düsennadel 22 in der Öffnungsrichtung der Düsennadel 22 angetrieben, um die Einspritzlöcher 211 zu öffnen, und dabei wird sie in den Ventilöffnungszustand der Düsennadel 22 positioniert. Somit wird der Kraftstoff aus den Einspritzlöchern 211 in die Brennkammer der Verbrennungsmaschine eingespritzt.
-
Danach wird in dem Ventilschließzustand der Düsennadel 22, in dem die Düsennadel 22 die Einspritzlöcher 211 schließt, die Verbindung zwischen der Ventilkammer 312 und der Aufnahmekammer 13 durch das Steuerventil 57 gesperrt, sodass es möglich wird, eine Leckage (d. h. eine dynamische Leckage) des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Ventilkammer 312 in die Aufnahmekammer 13 zu begrenzen.
-
(Andere Ausführungsformen)
-
In jeder der oben genannten Ausführungsformen werden die piezoelektrischen Elemente (genauer genommen der geschichtete Körper aus piezoelektrischen Elementen) als das Stellglied 4 verwendet. Anderenfalls kann ein Magnetostriktor als das Stellglied (4) verwendet werden.
-
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben stehenden Ausführungsformen beschränkt und die oben stehenden Ausführungsformen können auf verschiedene Weisen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung modifiziert werden.
-
Die oben beschriebenen Merkmale der oben stehenden Ausführungsformen können auf verschiedene Weise kombiniert werden, solange eine solche Kombination nicht offensichtlich unmöglich ist. Darüber hinaus sollte in den oben stehenden jeweiligen Ausführungsformen verständlich sein, dass die Bauteile nicht notwendigerweise unabkömmlich sind, mit Ausnahme eines Falls, in dem die Bauteile ausdrücklich als unabkömmlich erachtet werden, und eines Falls, bei dem die Bauteile aus Prinzip als unabkömmlich zu betrachten sind.
-
Darüber hinaus ist in jeder der oben stehenden Ausführungsformen in dem Fall, bei dem die Anzahl der Bauteile, der Wert, die Menge, der Bereich und/oder dergleichen spezifiziert ist, die vorliegende Offenbarung nicht auf die Anzahl der Bauteile, den Wert, die Menge und/oder dergleichen, was in der Ausführungsform spezifiziert ist, beschränkt, außer die Anzahl der Bauteile, der Wert, die Menge, und/oder dergleichen wird als unabkömmlich angezeigt oder ist aus Prinzip der vorliegenden Offenbarung offensichtlich unabkömmlich.
-
Darüber hinaus ist in jeder der oben stehenden Ausführungsformen in dem Fall, bei dem die Form der Bauteile, das Positionsverhältnis der Bauteile und/oder dergleichen spezifiziert ist, die vorliegende Offenbarung nicht auf die Form der Bauteile, das Positionsverhältnis der Bauteile und/oder dergleichen beschränkt, außer die Ausführungsform gibt spezifisch an, dass die Form der Bauteile, das Positionsverhältnis der Bauteile und/oder dergleichen notwendig ist, oder die Ausführungsform gibt an, dass die vorliegende Offenbarung prinzipiell auf die Form der Bauteile, das Positionsverhältnis der Bauteile und/oder dergleichen, was oben stehend diskutiert ist, beschränkt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 11-200981 A [0003, 0004]
