DE102016109073B4

DE102016109073B4 - Kraftstoffeinspritzventil und Kraftstoffeinspritzventilcontroller

Info

Publication number: DE102016109073B4
Application number: DE102016109073.5A
Authority: DE
Inventors: Motoya KANBARA; Fumiaki Arikawa; Satoshi Sugawara; Daiji Ueda; Hiroki Tanada; Toshiaki Hijima; Hitoshi Maegawa; Naoki Toda
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: US20160356251A1; US9856839B2; DE102016109073A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil, aufweisend;einen Körper (1, 10, 15, 160, 161, 181), dereine erste Kammer (30, 169, 184), die Kraftstoff mit einem ersten Druck zuführt,eine zweite Kammer (4-b), die Kraftstoff mit einem zweiten Druck zuführt, wobei der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist, undein Einspritzloch (19) umfasst;ein Ventilkammerelement (8, 170, 190), das eine Ventilkammer (3-b, 191) umfasst, wobei die Ventilkammer mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer verbindbar ist,ein Steuerkammerelement (13, 90, 110, 122), das eine Steuerkammer (11, 91, 111, 167) umfasst, wobei die Steuerkammer mit der ersten Kammer verbindbar ist,eine Nadel (17, 124, 200), wobei die Nadel einen Druck durch einen Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer in einer Richtung erfährt, die bewirkt, dass eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch gestoppt wird;ein Stellglied (2), das zum Strecken und Zusammenziehen angesteuert wird;ein Ventilelement (6, 123, 130, 140, 192), dasdie zweite Kammer von der Ventilkammer absperrt, und die erste Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander verbindet, wenn sich das Stellglied in einem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn das Stellglied gestreckt ist, um die zweite Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander zu verbinden und die erste Kammer von der Steuerkammer abzusperren; undeinen Übertragungsmechanismus (12, 15, 86, 112, 120, 160, 183), der eine Kraft, die durch das gestreckte Stellglied erzeugt wird, und die bewirkt, dass das Ventilelement versetzt wird, als eine Kraft in einer Richtung auf die Nadel überträgt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, wobeiein Abschnitt der Nadel, der den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer aufnimmt, eine Projektionsfläche bei Projektion in einer Bewegungsrichtung der Nadel aufweist, die kleiner als eine Projektionsfläche bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel von einem Abschnitt der Nadel ist, die in dem Einspritzloch freiliegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Verbrennungsmaschine und einen Controller, der das Kraftstoffeinspritzventil steuert.
HINTERGRUND
Hinsichtlich direkt wirkenden Kraftstoffeinspritzventilen für Verbrennungsmaschinen ist es bekannt, dass wenn sich ein Piezostapel streckt, eine Nadel einen Druck erfährt, und durch einen Kraftstoff angehoben wird, der in einer öldichten Kammer gespeichert ist, und ein Einspritzloch eines Kraftstoffeinspritzventils geöffnet wird. Eine solche Technik ist zum Beispiel in der JP 2010 - 285 910 A offenbart.
Darüber hinaus offenbart die DE 198 23 937 A1 ein Einspritzventil mit einer Steuerkammer, die mit Kraftstoff unter Systemdruck beaufschlagt werden kann und die über eine Ablaufdrossel mit einem drucklosen Rücklauf zu einem Kraftstofftank in Verbindung gebracht werden kann. Der Kraftstofffluss zu und von der Steuerkammer wird durch ein Servoventil gesteuert. In einer ersten Alternative ist die Ablaufdrossel als beweglicher Kolben mit einer Abflussöffnung ausgeführt, der zwischen der Steuerkammer und dem Servoventil angeordnet ist, wobei der Kolben bei einem Kraftstofffluss in die Steuerkammer Zuflussöffnungen freigibt, die bei einem Kraftstofffluss aus der Steuerkammer verschlossen sind. In einer zweiten Alternative ist die Ablaufdrossel als Querschnittsverengung in einer Verbindungsbohrung zwischen dem Servoventil und der Steuerkammer ausgeführt, wobei der Querschnitt der Verengung in Richtung der Längsachse der Verbindungsbohrung allmählich bis auf ein Minimum abnimmt und sich dann unstetig wieder auf den Durchmesser der Verbindungsbohrung erweitert. In einer dritten Alternative ist die Ablaufdrossel im Rücklauf nach dem Servoventil angeordnet.
KURZFASSUNG
Obwohl gemäß der Technik aus der JP 2010 - 285 910 A ein großer Betrag einer Antriebsenergie erforderlich sein kann, um die Nadel anzuheben, kann der Kraftstoffeinspritzdruck begrenzt sein.
Im Hinblick hierauf besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Kraftstoffeinspritzventil mit den Vorteilen von direkt wirkenden Kraftstoffventilen zu schaffen, während die Antriebsenergie, die zum Anheben einer Nadel erforderlich ist, verringert wird, um einen höheren Kraftstoffeinspritzdruck zu ermöglichen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 10 und 30 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Kraftstoffeinspritzventil einen Körper auf, der eine erste Kammer, die Kraftstoff mit einem ersten Druck zuführt, eine zweite Kammer, die Kraftstoff mit einem zweiten Druck zuführt, wobei der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist, und ein Einspritzloch, ein Ventilkammerelement, das eine Ventilkammer umfasst, wobei die Ventilkammer mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer verbindbar ist, ein Steuerkammerelement, das eine Steuerkammer umfasst, wobei die Steuerkammer mit der ersten Kammer verbindbar ist, eine Nadel, wobei die Nadel einen Druck durch einen Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer in eine Richtung erfährt, die bewirkt, dass eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch gestoppt wird, ein Stellglied, das zum Strecken und Zusammenziehen angesteuert wird, ein Ventilelement, das die zweite Kammer von der Ventilkammer absperrt und die erste Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander verbindet, wenn sich das Stellglied in einem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn das Stellglied gestreckt ist, um die zweite Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander zu verbinden und die erste Kammer von der Steuerkammer zu sperren, und einen Übertragungsmechanismus, der eine Kraft, die durch das gestreckte Stellglied erzeugt wird, als eine Kraft in einer Richtung auf die Nadel überträgt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird.
Gemäß dem oben genannten Aufbau umfasst das Kraftstoffeinspritzventil den Körper, der mit der ersten Kammer, der zweiten Kammer und dem Einspritzloch ausgestattet ist. Kraftstoff mit dem ersten Druck wird der ersten Kammer zugeführt. Kraftstoff desselben Drucks, der niedriger als der erste Druck ist, wird der zweiten Kammer zugeführt. Ferner ist das Ventilkammerelement bereitgestellt und die Ventilkammer, die mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer verbindbar ist, ist in dem Ventilkammerelement bereitgestellt. Zudem ist das Steuerkammerelement bereitgestellt und es ist die Steuerkammer angeordnet, die mit der ersten Kammer verbindbar ist. Aufgrund des Drucks des Kraftstoffes in der Steuerkammer wird die Nadel in die Richtung gedrückt, die ein Stoppen einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch bewirkt.
Zudem sind in dem Kraftstoffeinspritzventil das Stellglied und das Ventilelement bereitgestellt. Wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, sperrt das Ventilelement die zweite Kammer von der Ventilkammer und verbindet die erste Kammer mit der Steuerkammer ab. Wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, fließt demzufolge der Kraftstoff mit dem ersten Druck, der in der ersten Kammer gespeichert ist, in die Steuerkammer. Wenn sich das Stellglied streckt, verbindet das Ventilelement die zweite Kammer mit der Ventilkammer und sperrt die erste Kammer von der Steuerkammer. Wenn sich das Stellglied streckt, fließt demzufolge der Kraftstoff, der in der Steuerkammer gespeichert ist, durch das Ventilelement und heraus in die zweite Kammer, und die Steuerkammer wird drucklos. Aus diesem Grund wird die Kraft, welche die Nadel in die Richtung drückt, die ein Stoppen einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch bewirkt, herabgesetzt. In diesem Fall wird die Kraft, die durch das Stellglied erzeugt wird und die ein Versetzen des Ventilelements bewirkt, durch den Übertragungsmechanismus als eine Kraft in derjenigen Richtung auf die Nadel übertragen, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird. Da die Drucklosigkeit der Steuerkammer die Kraft verringert, welche die Nadel in die Richtung drückt, die ein Stoppen einer Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch bewirkt, kann der Betrag der Kraft in derjenigen Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird und die von dem Übertragungsmechanismus auf die Nadel übertragen wird, kleiner als herkömmlicher Weise üblich sein. Demzufolge werden die Vorteile von direkt wirkenden Kraftstoffeinspritzventilen erzielt, wohingegen die Menge der Ladungsenergie, die erforderlich ist, um ein Anheben der Nadel zu bewirken, verringert wird und der Kraftstoffeinspritzdruck kann in einfacher Weise erhöht werden.
Figurenliste
Die Offenbarung wird zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen derselben durch die nachfolgende Beschreibung, die angehängten Ansprüche und die begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:

1 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer vorliegenden Ausführungsform ist;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht um eine Steuerkammer aus 1 ist;
3 eine Ansicht ist, die einen Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
4 eine Ansicht ist, die ein Verhältnis zwischen einer Fläche eines freiliegenden Abschnitts einer Nadel und einer Fläche einer Steuerkammer gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht um eine öldichte Kammer aus 1 ist;
6 eine Ansicht ist, die Unterschiede einer Antriebsenergie zwischen einer vorliegenden Ausführungsform und einem herkömmlichen Beispiel zeigt;
7 ein Steuerflussdiagramm ist, das durch eine ECU gemäß einer vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird;
8 ein Timing-Diagramm ist, das eine Ladungsenergie, eine Ventilanhebung, ein Steuerkammerdruck, eine Einspritzrate und dergleichen gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
9 eine Ansicht ist, die Beispiele einer Einspritzratenwellenform übereinstimmend mit Ladungssteuermodi gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
10 eine Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß eines modifizierten Beispiels zeigt;
11 eine Querschnittsansicht von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem modifizierten Beispiel zeigt ist;
12 eine Ansicht ist, die einen Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem modifizierten Beispiel aus 11 zeigt;
13 eine Ansicht ist, die ein Verhältnis zwischen Flächen der Bauteile, die mit einer öldichten Kammer in Kontakt stehen, gemäß dem modifizierten Beispiel aus 11 zeigt;
14 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
15 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
16 eine Ansicht ist, die einen Ausströmungsweg des Kraftstoffes in eine Steuerkammer gemäß einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
17 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
18 eine Ansicht ist, die Wirkungen zeigt, die das modifizierte Beispiel aus 17 aufzeigt;
19 eine Ansicht ist, die einen Ausströmungsweg des Kraftstoffes in eine Steuerkammer gemäß dem modifizierten Beispiel aus 17 zeigt;
20 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
21 einer Ansicht ist, die einen Ausströmungsweg des Kraftstoffes in eine Steuerkammer gemäß dem modifizierten Beispiel aus 20 ist;
22 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
23A und 23B Ansichten sind, die einen Ausströmungsweg des Kraftstoffes in eine Steuerkammer gemäß dem modifizierten Beispiel aus 22 zeigen;
24 eine Ansicht ist, die Wirkungen zeigt, die durch das modifizierte Beispiel aus 22 aufgezeigt werden;
25A, 25B und 25C Ansichten sind, die eine andere Modifikation zeigen, die an dem modifizierten Beispiel aus 22 anwendbar ist;
26 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
27 eine Ansicht ist, die Wirkungen und eine andere Modifikation, die an dem modifizierten Beispiel aus 26 anwendbar ist, zeigt;
28 eine Ansicht ist, die eine andere Modifikation zeigt, die an dem modifizierten Beispiel aus 26 anwendbar ist;
29 eine Ansicht ist, die Wirkungen zeigt, die durch das modifizierte Beispiel aus 28 aufgezeigt werden;
30 eine Ansicht ist, die eine andere Modifikation zeigt, die an dem modifizierten Beispiel aus 28 anwendbar ist;
31 eine Ansicht ist, die eine andere Modifikation zeigt, die an dem modifizierten Beispiel aus 28 anwendbar ist;
32 eine Ansicht ist, die eine andere Modifikation zeigt, die an dem modifizierten Beispiel aus 26 anwendbar ist;
33 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiel ist;
34 eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem modifizierten Beispiels ist; und
35A und 35B Ansichten sind, die den Betrieb eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem modifizierten Beispiel aus 34 zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Kraftstoffventil 100 ist angebracht, indem es in einen Zylinderkopf einer Maschine eingesetzt ist, und spritzt Kraftstoff, der aus einer Sammelschiene zugeführt wird, direkt in die Brennkammer von jedem Zylinder der Maschine ein.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 100 einen Injektorkörper 1, einen unteren Körper 10, einen Düsenkörper 15, eine Nadel 17, ein Stellglied 2 und eine Ansteuerung 33.
Der Düsenkörper 15 ist im Wesentlichen als zylindrischer Körper ausgebildet und ist über eine Rückhaltemutter 18 durch den unteren Körper 10 an der unteren Seite der Figur des Injektorkörpers 1 (d.h. die Einspritzseite) fixiert. Eine Führungsbohrung (Nadelaufnahmekammer) 43 und ein Einspritzloch 19 sind in dem Düsenkörper 15 ausgewählt. Die Führungsbohrung 43 nimmt eine zylindrische Nadel 17 gleitfähig auf. Das Einspritzloch 19 spritzt Kraftstoff ein, wenn die Nadel 17 angehoben wird. Zudem entsprechen der Injektorkörper 1, der untere Körper 10 und der Düsenkörper 15 einem Hauptkörper. In der Beschreibung wird die Seite des Düsenkörpers 15 von dem Injektorkörper 1 (die untere Seite in 1) als eine „untere Seite“ bezeichnet und die gegenüberliegende Seite (obere Seite in 1) wird als eine „obere Seite“ bezeichnet.
Die Führungsbohrung 43 ist von einer oberen Endoberfläche des Düsenkörpers 15 zu einem spitzen Abschnitt des Düsenkörpers 15 gebohrt. Zudem bildet die Führungsbohrung 42 einen ersten Hochdruckkanal 41 von einem Spalt zwischen der inneren Umfangsoberfläche der Führungsbohrung 43 und der äußeren Umfangsoberfläche der Nadel 17 aus. Der erste Hochdruckkanal 41 führt einen unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zu dem Einspritzloch 19. Ferner ist der Innendurchmesser des Düsenkörpers 15 vergrößert, um ein Kraftstoffreservoir 42 in der Führungsbohrung 43 teilweise auszubilden.
Eine konische Sitzoberfläche 221 ist an einem spitzen Abschnitt des ersten Hochdruckkanals 41 in der inneren Umfangsoberfläche des Düsenkörpers 15, d.h. einem spitzen Abschnitt zu dem Einspritzloch 19 ausgebildet. Eine Sitzoberfläche 331, die auf der Sitzoberfläche 221 aufsetzt, ist an einem spitzen Abschnitt der Nadel 17 ausgebildet. Durch Aufsetzen der Sitzoberfläche 331 auf der Sitzoberfläche 221, schließt und sperrt die Nadel 17 den ersten Hochdruckkanal 41 von einer Verbindung mit dem Einspritzloch 19.
Ferner ist ein erster Strömungsweg 44 in dem Düsenkörper 15 ausgebildet. Der erste Strömungsweg 44 verbindet den ersten Hochdruckkanal 41 mit einer Hochdruckkammer (entspricht einer ersten Kammer) 30, die in dem unteren Körper 10 ausgebildet ist. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff (entspricht einem Kraftstoff mit einem ersten Druck) wird aus einem Hochdruckanschluss 3 geführt, der später beschrieben wird, und wird in einer Hochdruckkammer 30 gespeichert. Demzufolge strömt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff durch den ersten Strömungsweg 44 in den ersten Hochdruckkanal 41. Wenn sich die Sitzoberfläche 331 der Nadel 17 von der Sitzoberfläche 221 trennt, wird demzufolge der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in den ersten Hochdruckkanal 41 strömt, eingespritzt.
Der untere Körper 10 ist als ein im Wesentlichen zylindrischer Körper ausgebildet. Ein Abschnitt des oberen Endabschnitts (der Endabschnitt, der zum Einspritzloch abgewandt ist) des Düsenkörpers 15 dringt in den unteren Körper 10 ein. Die Hochdruckkammer 30, die in dem unteren Körper 10 ausgebildet ist, nimmt einen Ventilzylinder 9 und einen Kolben mit großem Durchmesser 12 auf. Ein zweiter Strömungsweg 29 ist mit der Hochdruckkammer 30 verbunden und ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff, der aus dem Hochdruckanschluss 3 durch den zweiten Strömungsweg 29 hereinströmt, wird in der Hochdruckkammer 30 gespeichert.
Eine Presskammer 34 ist innerhalb des Kolbens mit großem Durchmesser 12 ausgebildet (entspricht einem bestimmten Bauteil, das in einem Übertragungsmechanismus umfasst ist). Die Presskammer 34 nimmt einen Abschnitt der Nadel 17 auf. Zudem ist ein erster Verbindungskanal 26 in dem Kolben mit großem Durchmesser 12 derart angeordnet, dass ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 hereinströmt. Der erste Verbindungskanal 26 ist mit der Presskammer 34 verbunden.
Die Nadel 17 umfasst einen Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 27, einen Pressabschnitt 35 und einen runden Säulenabschnitt 45. Eine Düsenfeder 14 ist in der Presskammer 34 aufgenommen, die in dem Kolben mit großem Durchmesser 12 angeordnet ist. Der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 27 ist innerhalb der Düsenfeder 14 eingesetzt. Der untere Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 ist an den oberen Endabschnitt des Pressabschnitts 35 gekoppelt und der untere Endabschnitt des Pressabschnitts 35 ist mit dem runden Säulenabschnitt 45 gekoppelt.
Ein Nadelzylinder (entspricht einem Steuerkammerelement) 13 ist an einer oberen Endseite der Presskammer 34 angeordnet (d.h. der oberen Seite der Düsenfeder 14). Der Nadelzylinder 13 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und eine Steuerkammer 11 ist innerhalb des Nadelzylinders 13 ausgebildet. Der obere Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 ist in die Steuerkammer 11 eingesetzt. Der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 27 wird durch den Nadelzylinder 13 gleitfähig gehalten. Aufgrund der Düsenfeder 14, die in der Presskammer 34 aufgenommen ist, wird der Nadelzylinder 13 in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Einspritzloch 19 (d.h. einer Aufwärtsrichtung) vorgespannt und der Pressabschnitt 35 wird zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt.
Eine öldichte Kammer 16 ist durch einen Abschnitt der Nadel 17 ohne das untere Ende des Pressabschnitts 35, einen unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und einen Abschnitt des Düsenkörpers 50, der in den unteren Körper 10 eindringt, abgegrenzt.
Der im Wesentlichen zylindrische Ventilzylinder 9 ist in der Hochdruckkammer 30 derart aufgenommen, dass der untere Endabschnitt des Ventilzylinders 9 an dem oberen Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 anstoßen kann. Ein zweiter Verbindungskanal 28 ist in dem Ventilzylinder 9 derart angeordnet, dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in der Hochdruckkammer 30 gespeichert ist, in den Ventilzylinder 9 strömt. Eine Zylinderfeder (entspricht einem Zylindervorspannelement) 20 ist innerhalb des Ventilzylinders 9 angeordnet. Aufgrund der Zylinderfeder 20 wird der Ventilzylinder 9 in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt (der Aufwärtsrichtung in 1).
Eine gemeinsame Mündung 25 ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 12 angeordnet, so dass sie mit den Innenräumen der Steuerkammer 11 und des Ventilzylinders 9 verbindbar ist. Aus diesem Grund ist der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in der Hochdruckkammer 30 gespeichert ist, in der Lage, durch den zweiten Verbindungskanal 28 und die gemeinsame Mündung 25 in die Steuerkammer 11 zu strömen.
Der Injektorkörper 1 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet und ein Ventilkörper (entspricht einem Ventilkammerelement) 8 ist an einem unteren Abschnitt innerhalb des Injektorkörpers 1 aufgenommen. Ein unterer Endabschnitt eines Ventilkörpers 8-b des Ventilkörpers 8 stößt an einer Ventilzylindersitzposition 32 an dem oberen Endabschnitt des Ventilzylinders 9 an. Zudem stößt der obere Endabschnitt des Ventilkörpers 8-b an einem unteren Endabschnitt eines Ventilkörpers 8-a an. Eine im Wesentlichen zylindrische Ventilkammer 3-b ist innerhalb des Ventilkörpers 8-a ausgebildet. Ein Loch, das die Ventilkammer 3-b mit der Innenseite des Ventilzylinders 9 verbindet, ist in dem Ventilkörper 8-b ausgebildet. Zudem ist ein Loch, das mit einer Niedrigdruckkammer 4-b in Verbindung steht, in dem Ventilkörper 8-a ausgebildet.
Eine Ventilfeder (entspricht einem Ventilvorspannelement) 7 ist in der Ventilkammer 3-b aufgenommen. Zudem ist ein Abschnitt eines Steuerventilelements 6 in die Ventilfeder 7 eingesetzt. Ferner wird aufgrund der Ventilfeder 7 das Steuerventilelement 6 in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Einspritzloch 19 (Aufwärtsrichtung) vorgespannt. Das Steuerventilelement 6 wird durch den zweiten Ventilkörper 8-b und eine Ventilgleitoberfläche 31 des Ventilzylinders 9 gleitfähig gehalten. Das Steuerventilelement 6 ist innerhalb des Ventilkörpers 8 und dem Ventilzylinder 9 aufgenommen.
Zudem ist eine Mittelkammer 23 innerhalb des Steuerventilelements 6 angeordnet. Die Mittelkammer 23 ist ein Strömungsweg, in dem Kraftstoff strömt. Der untere Abschnitt der Mittelkammer 23 ist an dem Bodenkantenabschnitt des Steuerventilelements 6 geöffnet und steht mit der Innenseite des Ventilzylinders 9 in Verbindung. Der obere Abschnitt des Steuerventilelements 6 ist mit der Ventilkammer 3-b durch eine äußere Mündung 24 verbunden. Mit anderen Worten ist das Steuerventilelement 6 in der Lage, die Innenseite des Ventilzylinders 9 durch die Mittelkammer 23 und die äußere Mündung 24 mit der Ventilkammer 3-b zu verbinden. Zudem ist ein Spalt zwischen dem unteren Endabschnitt des Steuerventilelements 6 und dem oberen Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 ausgebildet. Demzufolge ist die Hochdruckkammer 30 durch den zweiten Verbindungskanal 28 mit der Steuerkammer 11 verbunden.
Ein Ansteuerübertragungszapfen 5 ist in das Loch, das in dem Ventilkörper 8-a ausgebildet ist, eingesetzt. Ein Spalt ist zwischen dem Ansteuerübertragungszapfen 5 und dem Loch, das in dem Ventilkörper 8 ausgebildet ist, ausgebildet. Der untere Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 stößt an den oberen Endabschnitt des Steuerventilelements 6 an. Der obere Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 steht aus dem Ventilkörper 8-a hervor.
Das Stellglied 2 ist innerhalb des Injektorkörpers 1 aufgenommen. Der untere Endabschnitt des Stellglieds 2 ist mit einem Flanschabschnitt 2-a verbunden. Der Flanschabschnitt 2-a kann an dem Ansteuerübertragungszapfen 5 anstoßen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Stellglied 2 durch einen Stapel einer großen Anzahl von piezoelektrischen Elementen in einem Stapelkörper (Piezoelemente) ausgebildet.
Aufgrund dieses Aufbaus stößt der Flanschabschnitt 2-a, der mit dem Stellglied 2 verbunden ist, an dem Ansteuerübertragungszapfen 5 an, wenn das Stellglied 2 angesteuert wird (sich streckt) und aufgrund dessen wird das Steuerventilelement 6 zu der Nadel 17 bewegt.
Die Niedrigdruckkammer (entspricht einer zweiten Kammer) 4-b ist zwischen dem Ventilkörper 8-a und dem Flanschabschnitt 2-a in dem Injektorkörper 1 ausgebildet. Die Niedrigdruckkammer 4-b steht mit einem Niedrigdruckkanal 4 in Verbindung. Aus diesem Grund strömt ein unter Niedrigdruck stehender Kraftstoff (entspricht einem Kraftstoff mit einem zweiten Druck), der in der Niedrigdruckkammer 4-b gespeichert ist, aus der Niedrigdruckkammer 4-b heraus in den Niedrigdruckkanal 4 und wird schließlich in den Kraftstofftank abgeführt.
Die Ansteuerung 33 umfasst eine ECU (elektrische Steuereinheit) 33-a und eine EDU (elektrische Ansteuereinheit) 33-b. Die ECU 33-a wird in erster Linie aus einem Mikrocomputer (Mikroprozessor) gebildet, der eine CPU, einen ROM, RAM, einen wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher, wie einen Flash-Speicher und eine I/O bzw. Eingangs-/Ausgangsschnittstelle umfasst.
Die ECU 33-a führt, basierend auf Signalen, die von einer übergeordneten ECU empfangen werden, Steuerprogramme durch, die auf dem ROM oder dem Flashspeicher gespeichert sind. Demzufolge wird eine Vielzahl von Steuervorgängen zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils 100 durchgeführt. Zum Beispiel gibt die ECU 33-a ein Steuersignal an die EDU 33-b aus, um das Strecken und Zusammenziehen des Stellglieds 2 zu steuern.
Die EDU 33-b umfasst eine Hochspannungserzeugungsschaltung, die eine Hochspannung erzeugt, die an dem Stellglied 2 angelegt wird. Zudem werden eine Mehrzahl von Schaltelementen, die in der EDU 33 umfasst sind, basierend auf Einspritzsignalen oder Steuersignalen aus der ECU 33-a ein- und ausgeschaltet, um einen Leistungszufuhrzustand in Richtung des Stellglieds 2 zu steuern. In Folge dessen steuert die EDU 33-b den Ansteuerzustand des Stellglieds 2 basierend auf den Steuersignalen, die von der ECU 33-a ausgegeben werden.
Gemäß einer üblichen Richtung, in der die Kraftstoffeinspritzventile wirken, kann ein großer Betrag einer Antriebsenergie erforderlich sein, um die Nadel 17 anzuheben, und der Kraftstoffeinspritzdruck kann beschränkt werden. Im Hinblick hierauf, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die öldichte Kammer 16 zwischen dem unteren Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12, dem Nadelkörper 15 und der Nadel 17 angeordnet. Zudem ist die Steuerkammer 11 innerhalb des Kolbens mit großem Durchmesser 12 angeordnet. Mit anderen Worten basiert der Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils 100 auf direkt wirkenden Kraftstoffeinspritzventilen und gleichzeitig basiert er auf Kraftstoffeinspritzventilen vom hydraulischen Servotyp. Die Betriebswirkungen von diesem werden nachstehend aufgezeigt.
3 zeigt den Betrieb von jedem Bauteil, wenn die Nadel 17 geöffnet und geschlossen wird. Wenn die Nadel 17 geschlossen ist, ist das Stellglied 2 nicht gestreckt. Daher besteht ein Spalt zwischen dem Flanschabschnitt 2-a, der mit dem Stellglied 2 verbunden ist, und dem Ansteuerübertragungszapfen 5. In diesem Zustand wird ein Spalt zwischen dem Kolben mit großem Durchmesser 12 und dem Steuerventilelement 6 gebildet. Daher strömt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 durch den zweiten Verbindungskanal 28 und strömt in die Steuerkammer 11 und die Ventilkammer 3-b. Aufgrund dessen erhöht sich der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 3-b und es wird eine Kraft in der Ventilkammer 3-b erzeugt, die das Steuerventilelement 6 in Richtung des Stellglieds 2 drückt.
Diese Kraft, die das Steuerventilelement 6 in Richtung des Stellglieds 2 drückt, ist größer als eine Kraft des unter Niedrigdruck stehenden Kraftstoffs in der Niedrigdruckkammer 4-b, die das Steuerventilelement 6 zu dem Einspritzloch 19 drückt. Daher setzt das Steuerventilelement 6 auf einem Sitzabschnitt 36 der Ventilkammer 3-b auf. Aufgrund dessen ist es möglich, einen Spalt zwischen dem Steuerventilelement 6 und dem Sitzabschnitt 36 zu schließen, der auftritt, wenn das Steuerventilelement 6 nicht auf dem Sitzabschnitt 36 aufsetzt. Zu dieser Zeit wird ebenso die Vorspannkraft der Ventilfeder 7, die das Steuerventilelement 6 in Richtung des Stellglieds 2 (in der Aufwärtsrichtung 2) vorspannt, in dem Steuerventil 6 aufgebracht. Daher kann das Ansprechverhalten des Sitzes des Steuerventilelementes 6 auf dem Sitzabschnitt 36 verbessert werden.
Mit anderen Worten, wird der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 3-b und der Steuerkammer 11 gleich dem Druck des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes in der Hochdruckkammer 30. Hinsichtlich der Steuerkammer 11, die in 4 gezeigt ist, weist der Teil des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27, der den Druck des Kraftstoffes in der Steuerkammer 11 aufnimmt, bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17, eine Projektionsfläche (Steuerkammerfläche) Sctrl auf. Zudem weist der Abschnitt der Nadel 17, der zu dem Einspritzloch 19 freiliegt, bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17, eine Projektionsfläche (freiliegende Fläche) Sseat auf.
Als ein Vergleichsbeispiel wird angenommen, dass die Projektionsfläche Sctrl derart eingestellt ist, dass sie größer als die Projektionsfläche Sseat ist. In diesem Fall, weist der Abschnitt der Nadel 17, an dem der Druck des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes von unten anliegt, bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17, eine Projektionsfläche auf, die größer als die Projektionsfläche Sctrl des Abschnitts der Nadel 17 ist, an dem der Druck des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffes von oben anliegt. Aus diesem Grund wird die Kraft, welche die Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 drückt, größer als die Kraft, welche die Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19 drückt, wenn der Druck des Kraftstoffes in der Steuerkammer 11 abnimmt. Demzufolge bestehen Bedenken, dass die Nadel 17 sich in einer Richtung bewegen könnte, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, ohne dass die Kraft aus dem Stellglied 2 durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 übertragen wird.
Als Gegenmaßnahme hierauf ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuerkammerfläche Sctrl kleiner eingestellt als die freiliegende Fläche Sseat, die in 4 gezeigt ist. Aufgrund dessen ist es möglich, zu verhindern, dass die Nadel 17 sich in einer Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, bis die Kraft von dem Stellglied 2 durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 übertragen wird.
Zurück zu 3 wird die Nadel 17 aufgrund des zunehmenden Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 11 zu dem Einspritzloch 19 gedrückt und die Sitzoberfläche 331 der Nadel 17 setzt auf der Sitzoberfläche 221 auf. In diesem Zuge drückt der Pressabschnitt 35 der Nadel 17 auf einen Abschnitt der öldichten Kammer 16. Da der Pressabschnitt 35 auf den Kraftstoff der öldichten Kammer 16 drückt, wird der Druck des Kraftstoffes in der öldichten Kammer 16 auf den Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12, welcher der öldichten Kammer 16 zugewandt ist, aufgebracht. Daher wird der Kolben mit großem Durchmesser 12 in Richtung des Stellglieds 2 bewegt (in der Aufwärtsrichtung).
Wenn die Nadel 17 geöffnet wird, führt die EDU 33-d auf dem Stellglied 2 eine Ansteuerspannung, basierend auf den Ansteuersignalen von der ECU 33-a zu. Aufgrund dieser Ansteuerspannung streckt sich das Stellglied 2. Daher gelangt der Flanschabschnitt 2a, der mit dem Stellglied 2 verbunden ist, mit dem Ansteuerübertragungszapfen 5 in Kontakt und der Ansteuerübertragungszapfen 5 bewirkt, dass das Steuerventilelement 6 mit dem Kolben mit großem Durchmesser 12 in Kontakt gelangt. Da das Steuerventilelement 6 mit dem Kolben mit großem Durchmesser 12 in Kontakt gelangt, wird die Verbindung zwischen der Steuerkammer 11 und der Hochdruckkammer 30 durch den zweiten Verbindungskanal 28 abgeschnitten und die Steuerkammer 11 wird mit der Mittelkammer 23, die in dem Steuerventilelement 6 angeordnet ist, verbunden.
Da der Ansteuerübertragungszapfen 5 zwischenzeitlich in das Steuerventilelement 6 drückt, trennt sich das Steuerventilelement 6 von dem Sitzabschnitt 36 der Ventilkammer 3-b und es besteht ein Spalt zwischen dem Sitzabschnitt 36 und dem Steuerventilelement 6. Aufgrund dessen steht die Mittelkammer 23 in dem Steuerventilelement 6, die mit der Steuerkammer 11 verbunden ist, durch die Mittelkammer 23 mit der Niedrigdruckkammer 4-b in Verbindung. Demzufolge strömt der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der von der Hochdruckkammer 30 in die Ventilkammer 3-b strömte als das Stellglied 2 nicht angesteuert war, nun heraus in die Niedrigdruckkammer 4-b. Aus diesem Grund nimmt der Kraftstoffdruck innerhalb der Ventilkammer 3-b ab und der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in der Steuerkammer 11 gespeichert ist, strömt durch die Ventilkammer 3-b und in die Niedrigdruckkammer 4-b. Demzufolge nimmt der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer 11 ab und die Druckkraft, die durch den Pressabschnitt 35 an der Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19 aufgebracht wird, nimmt ab.
Da jedoch die Steuerkammerfläche Sctrl kleiner als die freiliegende Fläche Sseat ist, ist diese Kraft immer noch größer als der Betrag der Kraft, der die Nadel 17 zur Bewegung in eine Richtung vorspannt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, selbst wenn der Betrag der Kraft, der durch die Steuerkammer 11 an der Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19 anliegt, abnimmt in Folge der Druckverringerung in der Steuerkammer 11. Obwohl der Betrag der Kraft, die an der Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19 anliegt, abnimmt, bleibt die Sitzoberfläche 331 der Nadel 17 demzufolge auf der Sitzoberfläche 231 aufgesetzt.
In diesem Zustand drückt das Steuerventilelement 6 den Kolben mit großem Durchmesser 12 zu dem Einspritzloch 19, wenn sich das Stellglied 2 streckt. Daher wird der Kraftstoff innerhalb der öldichten Kammer 16, die mit dem Kolben mit großem Durchmesser 12 in Kontakt steht, komprimiert. Danach wird der Druck des Kraftstoffes in der öldichten Kammer 16 an dem Abschnitt des Pressabschnitts 35, welcher der öldichten Kammer 16 zugewandt ist, aufgebracht und der Pressabschnitt 35 wird in Richtung des Stellglieds 2 (Aufwärtsrichtung) bewegt. Daher beginnt die Nadel 17 abzuheben (aufzusteigen).
Wie in 5 gezeigt ist, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Fläche Slarge, innerhalb welcher der Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 drückt, so eingestellt, dass sie größer als eine Fläche Ssmall ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gegen den Pressabschnitt 35 gedrückt wird. Aufgrund dessen wird, wenn der Kolben mit großem Durchmesser 12 die öldichte Kammer 16 um einen Bewegungsbetrag drückt bzw. eindrückt, der Pressabschnitt 35 im Vergleich um einen größeren Bewegungsbetrag in Richtung des Stellglieds 2 bewegt. Demzufolge kann es selbst dann, wenn das Stellglied 2 sich lediglich um einen kleinen Betrag streckt, die Nadel 17 ausreichend in einer Richtung bewegt werden, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird.
Diesbezüglich wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine direkt wirkende Kraft an der Nadel 17 zu einer Richtung erzeugt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird. Diese direkt wirkende Kraft wird erzeugt, während eine Kraft, welche die Nadel 17 in eine Richtung drückt, die bewirkt, dass eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 19 gestoppt wird, herabgesetzt wird. Aus diesem Grund wird, wie in 6 gezeigt ist, die Energie, die zum Öffnen der Nadel 17 erforderlich ist, im Vergleich zu einem herkömmlichen direkt wirkenden Kraftstoffeinspritzventil herabgesetzt.
Die ECU 33-a umfasst eine Mehrzahl von Ladungssteuermodi, um das Stellglied 2 zu laden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfassen diese Ladesteuermodi einen direkt wirkenden Unterstützungsmodus (entspricht einem ersten Ladungssteuermodus) und einen hydraulischen Servomodus (entspricht einem zweiten Ladungssteuermodus), die unterschiedliche Ladungsenergie-Timings aufweisen. Das Ladungsenergie-Timing ist abgegrenzt durch ein Erreichen eines erforderlichen Betrags einer Ladungsenergie ab dem Beginn des Ladens des Stellglieds 2, bis die Nadel 17 in einer Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Kraftstoffloch 19 eingespritzt wird.
Als Nächstes werden die Einzelheiten der Steuerung eines Einspritzratenwellenform-Steuervorgangs des Kraftstoffeinspritzventils 100, der durch die ECU 33-a durchgeführt wird, mit Bezug auf 7 erklärt. Der Einspritzratenwellenform-Steuervorgang des Kraftstoffeinspritzventils 100, der in 7 gezeigt ist, wird durch die ECU 33-a mit einer fixierten Frequenz wiederholt durchgeführt während die ECU 33-a eingeschaltet ist.
Wenn der vorliegende Steuervorgang beginnt, werden zunächst bei Schritt S100 Einspritzsignale und Antriebsbedingungen von einer Übergeordneten ECU empfangen und ausgelesen. Die Einspritzsignale umfassen Signale, die eine Kraftstoffeinspritzmenge, ein Einspritztiming, eine Einspritzdauer und eine Einspritzrate bestimmen. Diese Werte hängen von den Antriebsbedingungen des Fahrzeugs zu einer Zeit ab. Insbesondere erlangt die ECU 33a von einer übergeordneten ECU eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge und ein Kraftstoffeinspritztiming basierend auf einer Maschinenbetriebsinformation wie einer Maschinendrehzahl oder einem Gaspedalwinkel. Zudem werden die Kraftstoffeinspritzrate (Ventilöffnungsgrad) und die Einspritzdauer, übereinstimmend mit der Einspritzmenge und dem Kraftstoffdruck, in der Sammelschiene bestimmt. Die ECU 33a empfängt alle diese Werte von der übergeordneten ECU.
Bei Schritt S110 wird übereinstimmend mit den Einspritzsignalen, die bei Schritt S100 empfangen werden, bestimmt, ob der direkt wirkende Unterstützungsmodus umgesetzt werden sollte. Insbesondere, wenn die Einspritzsignale eine (hohe rechteckige) Einspritzrate mit einer Anstiegsrate angeben, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird der direkt wirkende Unterstützungsmodus umgesetzt. Wenn demgegenüber die Einspritzsignale eine (niedrige rechteckige) Einspritzrate mit einer Anstiegsrate angeben, die niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wird der hydraulische Servomodus umgesetzt.
Wenn bestimmt wird, dass der direkt wirkende Unterstützungsmodus umgesetzt werden sollte (S110: JA), setzt der Ablauf bei Schritt S120 fort, der direkt wirkende Unterstützungsmodus wird umgesetzt und der vorliegende Steuervorgang wird beendet. Wenn bestimmt wird, dass der direkt wirkende Unterstützungsmodus nicht umgesetzt werden sollte (S110: NEIN), setzt der Ablauf bei Schritt S130 fort und der hydraulische Servomodus wird umgesetzt, und der vorliegende Steuervorgang wird beendet.
Als Nächstes werden die Betriebsweisen des direkt wirkenden Unterstützungsmodus und des hydraulischen Servomodus mit Bezug auf 8 erklärt. Zudem ist hierbei die Ladedauer des Stellglieds 2 sowohl für den direkt wirkenden Unterstützungsmodus als auch für den hydraulischen Servomodus festgelegt.
In 8 wird ein „Einspritzbefehl“ hoch/niedrig verwendet, um darzustellen, ob Einspritzsignale, die befehlen, dass eine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, empfangen werden. „Ladungsenergie“ bezieht sich auf die Menge der Energie, die an dem Stellglied 2 geladen wird. „Ventilanhebung“ bezieht sich darauf, wie weit das Steuerventilelement 6 angehoben wird. „Steuerkammerdruck“ ist der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11. „Nadelanhebung“ bezieht sich darauf, wie weit die Nadel 17 angehoben wird. „Einspritzrate“ bezieht sich auf die Einspritzrate des Kraftstoffs, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 100 eingespritzt wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform beginnt die Nadel 17 sich in eine Richtung zu bewegen, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird (d. h., Aufsteigen), wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: wenn die Ladungsenergie, die in dem Stellgliedzweig angesammelt ist, eine Nadelöffnungsenergie Endl erreicht, und wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 auf einen Umkehrdruck abfällt.
Als Erstes wird der direkt wirkende Unterstützungsmodus erklärt. Wenn der Einspritzbefehl von niedrig auf hoch umschaltet (vgl. Zeit t1), beginnt ein Laden des Stellglieds 2. Wenn die Ladungsenergie an dem Stellglied 2 eine Ventilöffnungsenergie erreicht (entspricht einer Verbindungsbetätigungsenergie) Evlv, beginnt das Steuerventilelement 6 sich aufgrund eines Streckens des Stellglieds 2 abzusenken (vgl. Zeit t2). Wenn das Steuerventilelement 6 danach das Absenken abschließt, wird die Mittelkammer 23, die in dem Steuerventilelement 6 angeordnet ist, mit der Steuerkammer 11 verbunden, und die Verbindung zwischen der Steuerkammer 11 und der Hochdruckkammer 30 wird abgeschnitten (vlg. Zeit t3). Aufgrund dessen wird der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in der Steuerkammer 11 gespeichert ist, durch die Mittelkammer 23 und die Ventilkammer 3-b in die Niedrigdruckkammer 4-b abgeführt, und der Druck in der Steuerkammer 11 beginnt abzunehmen. Nachdem eine Zeit durchlaufen wurde, nimmt der Druck in der Steuerkammer 11 ab, sodass er einen Umkehrdruck erreicht (entspricht einem vorbestimmten Druck) und danach beendet ein Abnehmen (vgl. Zeit t4).
Wenn danach die Ladungsenergie an dem Stellglied 2 die Nadelöffnungsenergie Endl erreicht (vgl. Zeit t5), bewegt sich die Nadel 17 in eine Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird (d.h., sie steigt auf). Da zu dieser Zeit die Ladedauer nicht beendet worden ist, setzt ein Zunehmen der Ladungsenergie an dem Stellglied 2 fort, und demzufolge nimmt ebenso eine Rate des Anstiegs der Nadel 17 zu. 9 zeigt ein bestimmtes Beispiel des Grads der Rechteckigkeit in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus. Eine Einspritzdauer des direkt wirkenden Unterstützungsmodus kann beispielsweise bei einer Haupteinspritzung angewendet werden.
Als Nächstes wird der hydraulische Servomodus erklärt. Wenn sich der Einspritzbefehl von niedrig auf hoch ändert (vgl. Zeit t1), beginnt das Stellglied 2 geladen zu werden. Wenn danach die Ladungsenergie des Stellglieds 2 die Ventilöffnungsenergie Evlv erreicht, beginnt das Steuerventilelement 6 sich aufgrund des Streckens des Stellglieds 2 abzusenken (vgl. Zeit t6). Wenn danach das Steuerventilelement 6 das Absenken abschließt, beginnt der Druck in der Steuerkammer 11 abzunehmen (vgl. Zeit t7).
Nachdem die Ladungsenergie an dem Stellglied 2 die Ventilöffnungsenergie Evlv erreicht und bevor die Ladedauer endet, wird die Ladungsrate derart erhöht, dass die Ladungsenergie an dem Stellglied 2 die Nadelöffnungsenergie Endl erreicht (vgl. Zeit t6 bis t8). Selbst wenn zu dieser Zeit die Energie an dem Stellglied 2 die Nadelöffnungsenergie Endl erreicht, ist der Kraftstoffdruck der Steuerkammer 11 nicht auf den Umkehrdruck abgefallen, und daher hat die Nadel 17 nicht begonnen, anzusteigen (vgl. Zeit t8). Wenn danach der Kraftstoffdruck der Steuerkammer 11 ein Abfallen auf den Umkehrdruck abschließt, beginnt die Nadel 17 zu steigen (vgl. Zeit t9). Zu dieser Zeit ist die abschließende Ladungsenergie des Stellglieds 2, die am Ende geladen wurden, kleiner als die abschließende Ladungsenergie in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus. Daher ist die Rate des Anstiegs der Nadel 17 langsamer als in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus, und die Rechteckigkeit der Einspritzrate ist ebenso niedriger. 9 zeigt ein bestimmtes Beispiel des Grads der Rechteckigkeit in dem hydraulischen Servomodus. Eine Einspritzdauer des hydraulischen Servomodus kann beispielsweise bei einer Piloteinspritzung bzw. Voreinspritzung angewendet werden.
In dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus ist ein Ventilöffnungsenergietiming (entspricht einem Verbindungsbetätigungsenergietiming), das vorliegt, wenn die Ladungsenergie des Stellglieds 2 die Ventilöffnungsenergie Evlv erreicht, derart eingestellt, dass es früher als das Ventilöffnungsenergietiming in dem hydraulischen Servomodus ist. Da die Druckabfallrate in der Steuerkammer 11 dieselbe für beide Modi ist, schließt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 einen Druckabfall in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus zu einem früheren Timing ab (vgl. Zeit t4), als wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 einen Druckabfall in dem hydraulischen Servomodus abschließt (vgl. Zeit t9).
Aufgrund des oben genannten Aufbaus zeigen das Kraftstoffeinspritzventil 100 und die ECU 33a der vorliegenden Ausführungsform die nachfolgenden Wirkungen auf.
Wenn sich das Stellglied 2 in einem gestreckten Zustand befindet, wird der Kraftstoff, der in der Steuerkammer 11 gespeichert ist, durch das Steuerventilelement 6 in die Niedrigdruckkammer 4-b ausgestoßen, und der Druck in der Steuerkammer 11 wird drucklos. Aus diesem Grund nimmt der Betrag der Kraft ab, welche die Nadel 17 in eine Richtung drückt, die eine Einspritzung aus dem Einspritzloch 19 stoppt. In diesem Zustand, in dem das Stellglied 2 gestreckt ist, wird eine Versetzungskraft an dem Steuerventilelement 6 erzeugt. Aufgrund des Kolbens mit großem Durchmesser 12 wird diese Versetzungskraft als eine Kraft übertragen, welche die Nadel 17 in eine Richtung vorspannt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird.
Da der Betrag der Kraft, welche die Nadel 17 in eine Richtung drückt, die eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 19 stoppt, aufgrund des Druckabfalls der Steuerkammer 11 abnimmt, kann die Kraft, die von dem Kolben mit großem Durchmesser 12 auf die Nadel 17 in einer Richtung übertragen wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, kleiner als üblicherweise sein. Demzufolge werden die Vorteile der direkt wirkenden Kraftstoffeinspritzventile erlangt, während der Betrag der Ladungsenergie des Stellglieds 2, der erforderlich ist, um zu bewirken, dass die Nadel 17 angehoben wird, verringert wird, und der Kraftstoffeinspritzdruck kann einfach erhöht werden.
Der Teil des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 der Nadel 17, der den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 11 aufnimmt, weist bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17 eine Projektionsfläche Sctrl auf. Ferner weist der Abschnitt der Nadel 17, der zu dem Einspritzloch 19 freiliegt, bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17 eine Projektionsfläche Sseat auf. Hierbei ist Sctrl kleiner als Sseat eingestellt. Aus diesem Grund wird selbst dann, wenn der Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 11 abnimmt, eine Kraft an der Nadel 17 in einer Richtung aufgebracht, die eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 19 stoppt, und ein Aufsteigen der Nadel 17 kann unterdrückt werden.
Das Steuerventilelement 6 wird durch die Ventilfeder 7 zu der Niedrigdruckkammer 4-b vorgespannt. Indem das Steuerventilelement 6 zu der Niedrigdruckkammer 4-b vorgespannt wird, ist es möglich, ein Ansprechverhalten und eine Betriebsstabilität beim Abschneiden der Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 4-b und der Ventilkammer 3-b durch das Steuerventilelement 6 zu verbessern. Wenn das Stellglied 2 nicht angesteuert wird, ist es durch eine Vorspannung des Steuerventilelements 6 zu der Niedrigdruckkammer 4-b möglich, die Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 4-b und der Ventilkammer 3-b in einem gesperrten Zustand zuverlässig aufrechtzuhalten.
Aufgrund der gemeinsamen Mündung 25 wird eine Menge des Kraftstoffs, der in die Steuerkammer 11 strömt, reguliert, und eine Menge des Kraftstoffs, der aus der Steuerkammer 11 strömt, wird reguliert. Daher kann im Vergleich zu einem Kraftstoffeinspritzventil 100, das die gemeinsame Mündung nicht umfasst, die Rate der Zunahme und Abnahme des Drucks in der Steuerkammer 11 reguliert werden. Somit ist es möglich, die Anhebungsgeschwindigkeit der Nadel 17 zu regulieren.
Aufgrund der äußeren Mündung 24 wird eine Menge des Kraftstoffs, der aus der Steuerkammer 11 durch die Mittelkammer 23 und heraus in die Ventilkammer 3-b strömt, reguliert. Indem zum Beispiel die Kraftstoffströmungsmenge reguliert wird, sodass sie geringer ist im Vergleich zu einer Kraftstoffzufuhrrate, die aus der Hochdruckkammer 30 zugeführt wird, ist es daher möglich, die Druckabfallrate der Steuerkammer 11 zu verringern und somit eine Kraftstoffeinspritzung mit einer rechteckigen Einspritzrate einfacher durchzuführen.
Zusammen mit dem Ventilkörper 8 ist der im Wesentlichen zylindrische Ventilzylinder 9 derart angeordnet, dass er das Steuerventilelement 6 von der Hochdruckkammer 30 trennt. Daher wird von der Hochdruckkammer 30 ein Druck an der äußeren Umfangsfläche des Ventilzylinders 9 aufgebracht. Aufgrund des Drucks der an der äußeren Umfangsoberfläche des Ventilzylinders 9 anliegt, wird demzufolge unterdrückt, dass ein Spalt zwischen dem Ventilzylinder 9 und dem Steuerventilelement 6 zunimmt. Wenn der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 3-b abnimmt, ist es als solches möglich, ein Zunehmen einer Leckagerate des Kraftstoffs in dem Ventilzylinder 9, der in die Ventilkammer 3-b leckt, zu unterdrücken.
Aufgrund der Zylinderfeder 20 wird der Ventilzylinder 9 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Daher ist es einfacher, die Hochdruckkammer 30 und die Ventilkammer 3-b abzuschneiden, wenn das Stellglied angetrieben wird.
Die öldichte Kammer 16 ist durch einen Raum ausgebildet, der durch den Abschnitt der Nadel 17 um das untere Ende des Pressabschnitts 35, den unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und den Abschnitt des Düsenkörpers 15, der in den unteren Körper 10 eindringt, abgegrenzt wird. Aufgrund eines solchen Aufbaus wird die Antriebskraft des Stellglieds 2 durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 auf den Kolben mit großem Durchmesser 12 übertragen, und es ist möglich zu bewirken, dass die Nadel 17 angehoben wird.
Die Fläche Slarge, innerhalb welcher der Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 drückt, ist derart eingestellt, dass sie größer als die Fläche Ssmall ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gegen den Pressabschnitt 35 gedrückt wird. Aus diesem Grund kann der Anhebungsbetrag der Nadel 17 größer als der Streckungsbetrag des Stellglieds 2 sein.
Das Stellglied 2 wird aus einem Piezoelement gebildet. Daher kann im Vergleich zu einem magnetostriktiven Stellglied bzw. Magnetostriktor oder dergleichen ein Ansprechverhalten erhöht werden und das Stellglied 2 kann in einer kompakten Weise ausgebildet sein.
Die ECU 33-a umfasst zwei Ladungssteuermodi zum Laden des Stellglieds 2. Unter diesen wird bei dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus das Ladungsenergietiming derart eingestellt, dass es später ist als der Kraftstoffdruck der Steuerkammer 11 den Umkehrdruck erreicht (Druckabfallabschlusstiming). Die Nadel 17 bewegt sich in eine Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, wenn beide Bedingungen der Ladungsenergie, die in dem Stellglied 2 gespeichert ist, und ein Druck in der Steuerkammer 11 erfüllt sind.
Daher kann zu der Zeit des Ladungsenergietimings die Nadel 17 in einer Richtung bewegt werden, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird. Ferner ist in dem hydraulischen Servomodus das Ladungsenergietiming derart eingestellt, dass es früher als das Druckabfallabschlusstiming ist. Daher kann zu der Zeit des Druckabfallabschlusstimings die Nadel 17 in eine Richtung bewegt werden, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird.
Der direkt wirkende Unterstützungsmodus ist derart eingestellt, dass die abschließende Ladung größer als in dem hydraulischen Servomodus ist. Aus diesem Grund ist in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus die Kraft, die bewirkt, dass die Nadel 17 in einer Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, größer als in den hydraulischen Servomodus. Daher kann in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus eine Kraftstoffeinspritzung mit einer rechteckigeren Einspritzrate durchgeführt werden, als in dem hydraulischen Servomodus.
In dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus ist das Ventilöffnungsenergietiming derart eingestellt, dass es früher als das Ventilöffnungsenergietiming in dem hydraulischen Servomodus ist. Durch Verringern des Zeitbetrags, bis die Ventilöffnungsenergie Evlv erreicht ist, kann die Steuerkammer 11 um diese Differenz früher Druck loswerden.
Zudem kann die oben beschriebene Ausführungsform wie folgt modifiziert und umgesetzt werden.
Das Stellglied 2 wird aus Piezoelementen gebildet. Anderenfalls kann das Stellglied 2 aus zum Beispiel magnetostriktiven Stellgliedern bzw. magnetostriktoren gebildet werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Ventilzylinder 9 aufgrund der Zylinderfeder 20 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Anderenfalls kann die Zylinderfeder 20 nicht bereitgestellt sein. Auch in diesem Fall kann die Steuerkammer 11 Druck loswerden bzw. einem Druckabfall unterliegen, wenn das Stellglied 2 angesteuert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Steuerventilelement 6 aufgrund der Ventilfeder 7 zu der Niedrigdruckkammer 4-b vorgespannt. Anderenfalls kann die Ventilfeder 7 nicht bereitgestellt werden. Auch in diesem Fall kann aufgrund des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus der Hochdruckkammer 30, der durch die Mittelkammer 23 und in die Ventilkammer 3-b strömt, eine Verschlusskraft an dem Steuerventilelement 6 aufgebracht werden.
Der Teil des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 der Nadel 17, der den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 11 aufnimmt, weist bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17 eine Projektionsfläche Sctrl auf. Ferner weist der Abschnitt der Nadel 17, der zu dem Einspritzloch 19 freiliegt, bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel 17 eine Projektionsfläche Sseat auf. Hierbei ist Sctrl kleiner eingestellt als Sseat. Anderenfalls kann die Projektionsfläche Sctrl derart eingestellt sein, dass sie gleich der Projektionsfläche Sseat ist. Auch in diesem Fall wird die Nadel 17 nicht in einer Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, falls der Kolben mit großem Durchmesser 12 keinen Druck durch das Steuerventilelement 6 erfährt. Anderenfalls kann die Projektionsfläche Sctrl derart eingestellt sein, dass sie größer als die Projektionsfläche Sseat ist. In diesem Fall kann die Ladungsmenge, die zum Laden des Stellglieds 2 erforderlich ist, um zu bewirken, dass die Nadel 17 angehoben wird, weiter verringert werden, während Bedenken bestehen, dass die Nadel 17 aufgrund des Druckabfalls in der Steuerkammer öffnen könnte.
Die gemeinsame Mündung 25, welche die Einströmungs- und Ausströmungsmengen des Kraftstoffs reguliert, ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 12 angeordnet. Anderenfalls kann die gemeinsame Mündung 25 nicht bereitgestellt sein, und stattdessen kann ein Kanal mit etwa derselben Querschnittsfläche wie die Mittelkammer 23 verwendet werden. Auch in diesem Fall kann durch Steuern der Größe der Ladungsenergie, die schließlich in das Stellglied 2 geladen wird, die Anhebungsgeschwindigkeit der Nadel 17 gesteuert werden.
Die äußere Mündung 24, die den Kraftstoff reguliert, der in die Mittelkammer 23 strömt, ist in dem Steuerventilelement 6 angeordnet. Anderenfalls kann ohne Bereitstellung der äußeren Mündung 24 stattdessen ein Kanal mit etwa derselben Querschnittsfläche wie die Mittelkammer 23 verwendet werden. Auch in diesem Fall kann der Anstiegswinkel der Einspritzrate nach unten reguliert werden, indem die Größe der Ladungsenergie, die schließlich in das Stellglied 2 geladen wird, gesteuert wird.
Die Fläche Slarge, in welcher der Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 drückt, ist derart eingestellt, dass sie größer als die Fläche Ssmall ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gegen den Pressabschnitt 35 gedrückt wird. Anderenfalls kann zum Beispiel die Fläche Slarge, innerhalb welcher der Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 drückt, derart eingestellt sein, dass er gleich oder kleiner als die Fläche Ssmall ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gegen den Pressabschnitt 35 gedrückt wird. In diesem Fall kann der Betrag der Kraft, mit welcher der Pressabschnitt 35 durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gedrückt wird (mit anderen Worten eine Kraft, die bewirkt, dass sich die Nadel 17 in einer Richtung bewegt, die das Einspritzloch 19 öffnet) herabgesetzt werden. Mit anderen Worten kann die Kraft, die das Stellglied 2 benötigt, um den Kolben mit großem Durchmesser 12 anzutreiben, verringert werden.
Die ECU 33-a umfasst den direkt wirkenden Unterstützungsmodus und den hydraulischen Servomodus, die unterschiedliche Ladungsenergietimings aufweisen. Das Ladungsenergietiming ist abgegrenzt ab einem Erreichen einer erforderlichen Menge der Ladungsenergie ab dem Start des Ladens des Stellglieds 2, bis die Nadel 17 in eine Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird. Anderenfalls kann die ECU 33-a einen anderen Ladungssteuermodus als diesen umfassen.
Sowohl in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus als auch in dem hydraulischen Servomodus wird das Stellglied 2 für eine festgelegte Dauer geladen. Anderenfalls kann das Stellglied 2 für unterschiedliche Zeitdauern in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus und dem hydraulischen Servomodus geladen werden, solange die Menge der Ladungsenergie, die schließlich in das Stellglied 2 geladen wird, in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus größer als in dem hydraulischen Servomodus ist.
Bei dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus ist die Ventilöffnungsenergiezeitvorgabe derart eingestellt, dass sie früher als die Ventilöffnungsenergiezeitvorgabe in dem hydraulischen Servomodus ist. Anderenfalls kann die Ventilöffnungsenergiezeitvorgabe in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus später als die Ventilöffnungsenergiezeitvorgabe in dem hydraulischen Servomodus sein, solange die Menge der Ladungsenergie, die schließlich in das Stellglied 2 geladen wird, in dem direkt wirkenden Unterstützungsmodus größer als in dem hydraulischen Servomodus ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform kann der Aufbau, der die Nadel 17 durch den Kraftstoff in die öldichten Kammer 16 drückt, ersetzt werden, indem ein Hebelelement in der Hochdruckkammer 30 direkt unter dem Kolben mit großem Durchmesser 12 und dem Pressabschnitt 35 angeordnet ist, und wenn in diesem Fall das Stellglied 2 angesteuert wird, drückt das Steuerventilelement 6 den Kolben mit großem Durchmesser 12 zu der Nadel 17. Aufgrund dessen drückt der Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen ein Ende des Hebelelements, und durch Hebelwirkung hebt das andere Ende des Hebelelements den Pressabschnitt 35 in Richtung des Stellglieds 2 hoch. Daher kann die Nadel 17 in eine Richtung bewegt werden, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Ventilfeder 7, die Düsenfeder 14 und die Zylinderfeder 20 durch Federn (z. B. Schraubenfeder) ausgebildet, allerdings können sie anderenfalls als ein anderes elastisches Element (z. B. Gummi) ausgebildet sein.
Wenn die Nadel 17 in eine Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, kann dieser Bewegungsbetrag derart ausgelegt sein, dass er größer als ein erster vorbestimmter Betrag ist, der niedriger als ein maximaler Bewegungsbetrag eingestellt ist, sodass die Endoberfläche des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 an dem Stellglied 2 an einer inneren Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12, die dieser Endoberfläche zugewandt ist, anstößt. Aufgrund einer solchen Ausgestaltung kann dann, sobald die Endoberfläche des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 in Richtung des Stellglieds 2 an der inneren Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12, welcher dieser Endoberfläche zugewandt ist, anstößt, die Antriebskraft des Stellglieds 2 direkt durch den Kolben mit großem Durchmesser 12 auf die Nadel 17 übertragen werden. Mit anderen Worten kann die Bewegung der Nadel 17 gesteuert werden, indem das Strecken und das Zusammenziehen des Stellglieds 2 gesteuert werden.
Gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel bewegt sich das Steuerventilelement 6 übereinstimmend mit dem Strecken und Zusammenziehen des Stellglieds 2 zu der Nadel 17 oder in Richtung des Stellglieds 2. Während dieser Bewegung bestehen Bedenken, dass eine Dauer bestehen kann, während der die Niedrigdruckkammer 4-b und die Hochdruckkammer 30 durch die Ventilkammer 3-b in Verbindung stehen, sodass der Kraftstoff in der Hochdruckkammer 30 in die Niedrigdruckkammer 4-b strömt (nachstehend ebenso als eine Umschaltleckage bezeichnet). Hierbei bestehen besondere Bedenken, wenn mehrstufige Einspritzungen durchgeführt werden, bei denen die Niedrigdruckkammer 4-b und die Hochdruckkammer 30 durch die Ventilkammer 3-b über mehrere Dauern verbunden sein können, was zu einer größeren Umschaltleckage führt.
Wenn jedoch eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, wird die Nadel 17 während der ersten Stufeneinspritzung in Richtung des Stellglieds 2 bewegt, indem der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 drucklos wird bzw. einem Druckabfall unterliegt. Sobald die Nadel 17 danach den ersten vorbestimmten Betrag überschreitet, stößt die Endoberfläche des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 in Richtung des Stellglieds 2 an der inneren Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12 an, die dieser Endoberfläche zugewandt ist. Danach wird jede Kraftstoffeinspritzung außer der letzten Einspritzung durchgeführt, während dieses Anstoßen aufrechterhalten wird, sodass der Bewegungsbetrag der Nadel 17 über den Kolben mit großem Durchmesser 12 durch das Strecken und Zusammenziehen der Ansteuerung des Stellglieds 2 direkt gesteuert wird. Während der letzten Stufeneinspritzung wird der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 erhöht, und die Nadel 17 wird zu dem Einspritzloch 19 bewegt.
Daher wird während jeder Kraftstoffeinspritzung außer bei der ersten Einspritzung und bei der letzten Einspritzung die Endoberfläche der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 in einem Zustand des Anstoßens an den Kolben mit großem Durchmesser 12 aufgrund dessen aufrechterhalten, dass das Stellglied 2 an das Steuerventilelement 6 drückt. Während dieser Dauer sind die Niedrigdruckkammer 4-b, die Ventilkammer 3-b und die Steuerkammer 11 verbunden, und die Hochdruckkammer 30 ist von der Steuerkammer 11 abgeschnitten. Demzufolge ist es möglich, eine Umschaltleckage besser zu unterdrücken.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Flanschabschnitt 2a mit dem unteren Endabschnitt des Stellglieds 2 verbunden, und der untere Endabschnitt des Flanschabschnitts 2a kann mit dem Ansteuerübertragungszapfen 5 in Kontakt gelangen. Wie anderenfalls in 10 gezeigt ist, kann ferner eine Versetzungsverstärkungskammer 50 zwischen dem Flanschabschnitt 2a und dem Ansteuerübertragungszapfen 5 ausgebildet sein.
Dieser Aufbau wird ausführlich beschrieben. Ein Flanschabschnitt 55 (entspricht einem Zapfen mit großem Durchmesser) ist mit dem unteren Endabschnitt des Stellglieds 2 verbunden. Die Niedrigdruckkammer 4-b ist zwischen dem Flanschabschnitt 55 und dem Ventilkörper 8, der den Ventilzylinder 9 aufnimmt, ausgebildet. Ein Versetzungsverstärkungsmechanismus 51 ist in der Niedrigdruckkammer 4-b angeordnet. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus 51 umfasst ein fixiertes Element 52, einen Unterstützungszylinder 53, eine Zapfenfeder 54 und eine zweite Zylinderfeder 57.
Der Unterstützungszylinder 53 ist über dem Ventilkörper 8 angeordnet. Der obere Abschnitt des Unterstützungszylinders 53 kann den unteren Abschnitt des Flanschabschnitts 55 gleitfähig unterstützen, der mit dem unteren Endabschnitt des Stellglieds 2 verbunden ist. Zudem kann der untere Abschnitt des Unterstützungszylinders 53 einen Abschnitt, der den oberen Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 56 umfasst, gleitfähig unterstützen. Der obere Endabschnitt des Unterstützungszylinders 53 ist durch das fixierte Element 52 gleitfähig gestützt. Die obere Endoberfläche des fixierten Elements 52 stößt an ein Gehäuseelement 58 an, das die Gesamtheit des Stellglieds 2 aufnimmt. Die zweite Zylinderfeder 57 ist an dem Außenumfang des Unterstützungszylinders 53 angeordnet. Das obere Ende der zweiten Zylinderfeder 57 stößt an das fixierte Element 52 an, und in diesem Zustand spannt die zweite Zylinderfeder 57 den Unterstützungszylinder 53 in eine Richtung derart vor, dass das untere Ende des Unterstützungszylinders 53 an dem Ventilkörper 8 anstößt.
Der Ansteuerübertragungszapfen 56 dient als ein Ventilelementkontaktzapfen, und umfasst einen Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 56-a, einen Abschnitt mit großem Durchmesser 56-b, und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser 56-c.
Der Abschnitt mit mittlerem Durchmesser 56-a umfasst den oberen Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 56, und der untere Endabschnitt des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a ist an den oberen Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b gekoppelt. Ferner ist der äußere Durchmesser des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a kleiner als der äußere Durchmesser des Flanschabschnitts 55 des unteren Abschnitts. Der Unterstützungszylinder 53 stützt gleitfähig einen Abschnitt, der den oberen Endabschnitt des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a umfasst.
Der obere Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b ist an den unteren Endabschnitt des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a gekoppelt, und der untere Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b ist an den oberen Endabschnitt des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 56-c gekoppelt. Ferner ist der äußere Durchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b größer als der äußere Durchmesser des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 56-c. Insbesondere ist der äußere Durchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b gleich dem äußeren Durchmesser des Flanschabschnitts 55 des unteren Abschnitts. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 56-b wird durch den Unterstützungszylinder 53 gleitfähig gestützt.
Der obere Endabschnitt des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 56-c ist an den unteren Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b gekoppelt. Ferner ist der äußere Durchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 56-c kleiner als der äußere Durchmesser des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a. Der untere Endabschnitt des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 56-c ist in den Ventilkörper 8 eingesetzt und kann an dem oberen Endabschnitt des Steuerventilelements 6 anstoßen.
Der Unterstützungszylinder 53 stützt gleitfähig einen Abschnitt, der den oberen Endabschnitt des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a umfasst. Daher weist der mittlere Abschnitt des Unterstützungszylinders 53 einen kleineren Innendurchmesser als der obere und untere Abschnitt desselben auf. Zu dieser Zeit wird ein Raum durch den oberen Endabschnitt des Abschnitts mit großem Durchmesser 56-b, die äußere Umfangsoberfläche des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a und die innere Umfangsoberfläche des unteren Abschnitts des Unterstützungszylinders 53 gebildet. Die Zapfenfeder 54 ist in diesem gebildeten Raum angeordnet. Aufgrund dieser Zapfenfeder 54 wird der Übertragungsansteuerzapfen 56 zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt.
Der untere Endabschnitt des Flanschabschnitts 55 ist dem oberen Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 56 zugewandt. Zudem ist die Versetzungsverstärkungskammer 50 als ein Raum ausgebildet, der durch den unteren Endabschnitt des Flanschabschnitts 55, den oberen Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 56 (d.h., der obere Endabschnitt des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a) und die innere Umfangsoberfläche des oberen Abschnitts des Unterstützungszylinders 53 abgegrenzt wird. Aufgrund des Verhältnisses zwischen dem Außendurchmesser des unteren Endabschnitts des Flanschabschnitts 55 und des äußeren Durchmessers des Abschnitts mit mittlerem Durchmesser 56-a, ist zu dieser Zeit eine Fläche, innerhalb welcher der Flanschabschnitt 55 gegen einen Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 50 drückt, größer als eine Fläche, innerhalb welcher der Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 50 gegen den Ansteuerübertragungszapfen 56 drückt.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau ist die Fläche, innerhalb welcher der Flanschabschnitt 55 gegen den Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 50 drückt, derart ausgelegt, dass er größer als die Fläche ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 50 gegen den Ansteuerübertragungszapfen 56 drückt. Aus diesem Grund kann übereinstimmend mit dem Pascal'schen Lehrsatz der Versetzungsbetrag des Ansteuerübertragungszapfens 56 größer als der Streckungsbetrag des Stellglieds 3 sein, wenn die Antriebskraft des Stellglieds 2 durch den Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 50 übertragen wird. Der Versetzungsverstärkungsmechanismus 51 und der Flanschabschnitt 55 dienen somit zusammen als ein Vergrößerungsmechanismus, der einen Versetzungsbetrag, um den das Steuerventilelement 6 aufgrund der Erstreckung des Stellglieds 2 versetzt wird, vergrößert.
In der obenstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Presskammer 34 in dem Kolben mit großen Durchmesser 12 ausgebildet, und die Presskammer 34 nimmt einen Abschnitt der Nadel 17 auf. Anderenfalls kann, wie in 11 gezeigt ist, zusätzlich zu einem Aufnehmen des Abschnitts der Nadel 17, die Presskammer 34 einen zweiten Zylinder 60 aufnehmen.
Der Aufbau der Nadel 17 basiert auf der oben beschriebenen Ausführungsform. Insbesondere wird der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 27 in eine Düsenfeder 14 eingesetzt, die innerhalb der Presskammer 34 aufgenommen ist. Der untere Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 ist an den oberen Endabschnitt des Pressabschnitts 35 gekoppelt, und der untere Endabschnitt des Pressabschnitts 35 ist mit einem runden Säulenabschnitt 45 gekoppelt.
Bei dem vorliegenden modifizierten Beispiel stößt der untere Endabschnitt des Pressabschnitts 35 an den oberen Endabschnitt eines Anschlagelements 64 an. Das Anschlagelement 64 ist derart angeordnet, dass es den runden Säulenabschnitt 45 umgibt. Der untere Endabschnitt des Anschlagelements 64 ist in den Düsenkörper 15 eingesetzt.
Der zweite Zylinder 60 ist in der Presskammer 34 aufgenommen, so dass er die Nadel 17 umgibt. Ein ringförmiger Vorsprungsabschnitt 60a, der zu dem runden Säulenabschnitt 45 hervorsteht, ist an der inneren Umfangsoberfläche des unteren Abschnitts des zweiten Zylinders 60 ausgebildet.
Währenddessen ist ein ringförmiger Vorsprungsabschnitt 64a, der zu dem zweiten Zylinder 60 hervorsteht, an der inneren Umfangsoberfläche des unteren Abschnitts des Anschlagelements 64 ausgebildet. Wenn die Nadel 17 eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 19 verhindert (d.h., wenn die Sitzoberfläche 331 der Nadel 17 auf der Sitzoberfläche 221 aufsetzt), ist der Vorsprungsabschnitt 64a des Anschlagelements 64 dem Vorsprungsabschnitt 60a des zweiten Zylinders 60 in der axialen Richtung der Nadel 17 zugewandt. Zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Vorsprungsabschnitts 60a des zweiten Zylinders 60 und der äußeren Umfangsoberfläche des Anschlagelements 64 ist ein Spalt ausgebildet.
Eine öldichte Kammer 61 ist durch den unteren Körper 10, den unteren Abschnitt des Kolbens mit großen Durchmesser 12, den unteren Abschnitt des zweiten Zylinders 60, das Anschlagelement 64 und das untere Ende des Düsenkörpers 15 abgegrenzt. Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, wird ferner der zweite Zylinder 60 durch das Anschlagelement 64 zu dem Einspritzloch 19 gedrückt, und es wird ein erster Spalt 62 zwischen einem Endabschnitt des zweiten Zylinders 60 in Richtung des Stellglieds 2 und einer Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12, die diesem Endabschnitt zugewandt ist, ausgebildet.
Der erste Verbindungskanal 26 ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 12 derart angeordnet, dass ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 hereinströmt. Ein dritter Verbindungskanal 63 ist in dem zweiten Zylinder 60 derart angeordnet, dass Kraftstoff durch den ersten Verbindungskanal 26 einströmen kann. Bei derartiger Ausgestaltung strömt Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 in die Presskammer 34, indem der erste Verbindungskanal 26 mit dem dritten Verbindungskanal 63 verbunden ist.
Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, besteht gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel ein erster Spalt 62 zwischen einem Endabschnitt des zweiten Zylinders 60 in Richtung des Stellglieds 2 und der Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12, die diesem Endabschnitt zugewandt ist. Wie links in 12 gezeigt ist, wird die Antriebskraft des Stellglieds 2 daher durch den Kolben mit großem Durchmesser 12 über den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 auf den zweiten Zylinder 60 übertragen, wenn sich das Stellglied 2 streckt. Infolgedessen bewegt sich der zweite Zylinder 60 zusammen mit der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 bis der erste Spalt 62 geschlossen ist. Zu dieser Zeit befindet sich der Vorsprungsabschnitt 64a des Anschlagelements 64 in Anstoß mit dem Vorsprungsabschnitt 60a des zweiten Zylinders 60.
Wenn jedoch der erste Spalt 62 geschlossen ist, wie in der Mitte der 12 gezeigt ist, wird der zweite Zylinder 60 durch den Kolben mit großen Durchmesser 12 in Richtung des Stellglieds 2 gedrückt. Daher trennt sich der Vorsprungsabschnitt 60a des zweiten Zylinders 60 von dem Vorsprungsabschnitt 64a des Anschlagelements 64. Danach drückt der Vorsprungsabschnitt 60a des zweiten Zylinders 60 zusammen mit dem Kolben mit großem Durchmesser 12 gegen den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61, und die Antriebskraft des Stellglieds 2 wird durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 auf die Nadel 17 übertragen.
Wenn sich das Stellglied 2 zusammenzieht, wie rechts in 12 gezeigt ist, ist die Druckkraft von dem Stellglied 2 auf das Steuerventilelement 6 fort, und somit wird aufgrund der Ventilfeder 7 das Steuerventilelement 6 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Daher ist auch die Druckkraft von dem Steuerventilelement 6 auf den Kolben mit großem Durchmesser 12 fort, und aufgrund der Düsenfeder 14, die in der Presskammer 34 aufgenommen ist, wird der Kolben mit großem Durchmesser 12 durch den Nadelzylinder 13 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Da sich ferner das Steuerventilelement 6 von dem Kolben mit großem Durchmesser 12 trennt, wird die Hochdruckkammer 30 mit der Steuerkammer 11 verbunden, und Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 strömt in die Steuerkammer 11, wodurch der Druck in der Steuerkammer 11 zunimmt.
Aufgrund dessen bewegt sich die Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19, und der Pressabschnitt 35 drückt das Anschlagelement 64 zu dem Einspritzloch 19. Demzufolge stößt der Vorsprungsabschnitt 64a des Anschlagelements 64 an den Vorsprungsabschnitt 60a des zweiten Zylinders 60 an. Danach bewegt sich auch der zweite Zylinder 60 zu dem Einspritzloch 19, da das Anschlagelement 64 den zweiten Zylinder 60 zu dem Einspritzloch 19 drückt. Aufgrund dessen wird der erste Spalt 62 zwischen einem Endabschnitt des zweiten Zylinders 60 in Richtung des Stellglieds 2 und der Oberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 12, die diesem Endabschnitt zugewandt ist, gebildet.
Bei derartiger Ausgestaltung ist es möglich, von einem Zustand, in dem der Kolben mit großem Durchmesser 12 alleine bewirkt, dass die Nadel 17 in eine Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 12 eingespritzt wird, in einen Zustand zu wechseln, in dem die Antriebskraft des Stellglieds 2 erhöht und auf die Nadel 17 übertragen wird.
Mit Hinblick auf das vorliegende modifizierte Beispiel ist ein Versetzungsverstärkungverhältnis a, wenn lediglich der Kolben mit großen Durchmesser 12 auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drückt, derart ausgestaltet, dass es kleiner als ein Versetzungsverstärkungsverhältnis a' ist, wenn sowohl der zweite Zylinder 60 als auch der Kolben mit großem Durchmesser 12 auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drücken. In diesem Fall können zusätzliche Wirkungen auftreten. Wie in 13 gezeigt ist, weist insbesondere der Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12, der auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drückt, eine Fläche von S1 auf. Ferner weisen die Abschnitte des zweiten Zylinders 60 und der Nadel 17, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 erfahren, eine Gesamtfläche von S2 auf.
Hierbei entspricht das Versetzungsverstärkungsverhältnis a einem Quotienten des Dividierens der Fläche S 1 durch die Fläche S2. Zudem weisen die Abschnitte des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und des Zylinders, der auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drückt, eine Gesamtfläche von S1' auf. Ferner weist die Nadel 17, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 erfährt, eine Fläche von S2' auf. Hierbei entspricht das Versetzungsverstärkungsverhältnis a' einem Quotienten des Dividierens der Fläche S1' durch die Fläche S2'. Das Versetzungsverstärkungsverhältnis a, das wie oben beschrieben berechnet wird, ist derart ausgestaltet, dass es kleiner als das Versetzungsverstärkungsverhältnis a' ist.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, den Bewegungsbetrag der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 zu verringern, wenn lediglich der Kolben mit dem großen Durchmesser 12 auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drückt. Demgegenüber ist es möglich, den Bewegungsbetrag der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 zu erhöhen, wenn sowohl der zweite Zylinder 60 als auch der Kolben mit großem Durchmesser 12 auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drücken. Zudem ist es möglich, die Antriebskraft der Nadel 17 zu erhöhen, wenn lediglich der Kolben mit großem Durchmesser 12 auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 61 drückt. Demgegenüber ist es möglich, die Antriebskraft der Nadel 17 herabzusetzen, wenn sowohl der zweite Zylinder 60 als auch der Kolben mit großem Durchmesser 12 auf das Öl in der öldichten Kammer 61 drücken.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist die öldichte Kammer 16 durch den Abschnitt der Nadel 17 um das untere Ende des Pressabschnitts 35, den unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und den Abschnitt des Düsenkörpers 15, der in den unteren Körper 10 hervorsteht, abgegrenzt. In diesem Fall nimmt das Volumen in der öldichten Kammer 16 zu und der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 nimmt ab (vgl. links in 14), wenn sich die Nadel 17 aufgrund einer Abnahme des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 11 oder dergleichen in Richtung des Stellglieds 2 bewegt.
Wenn der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 abnimmt, kann sich der Kolben mit großem Durchmesser 12 in eine Richtung bewegen, die unterdrückt, dass der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 abnimmt, und daher bestehen Bedenken, dass das Steuerventilelement 6 dabei versagen könnte, die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 30 und der Steuerkammer 11 zu sperren. In diesem Fall würde der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 zunehmen und unterdrücken, dass sich die Nadel 17 in eine Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird.
Als eine Gegenmaßnahme hierzu kann, wie recht in 14 gezeigt ist, ein dritter Zylinder 70 bereitgestellt sein, der sich in der axialen Richtung bewegt. Der untere Abschnitt des dritten Zylinders 70 wird durch die innere Umfangsoberfläche des Düsenkörpers 15 in einer luftdichten Weise gestützt, und der obere Abschnitt des dritten Zylinders 70 wird durch die innere Umfangsoberfläche des Kolbens mit großen Durchmesser 12 in einer luftdichten Weise gestützt. Insbesondere umfasst der Abschnitt des Düsenkörpers 15, der in den unteren Körper 10 hervorsteht (nachstehend ebenso als ein Vorsprungsabschnitt bezeichnet) zwei abgestufte Abschnitte an einer Seitenoberfläche, die der Nadel 17 zugewandt ist. Die abgestuften Abschnitte sind in einer Richtung senkrecht zu der Axialrichtung in einer abgestuften Form vorgesehen. Von diesen wird der abgestufte Abschnitt zu der Nadel 17 und dem Einspritzloch 19 als ein erster abgestufter Abschnitt 73 bezeichnet, während der abgestufte Abschnitt zu dem Vorsprungsabschnitt des oberen Ende des Düsenkörpers 15 als ein zweiter abgestufter Abschnitt 74 bezeichnet wird.
Der untere Endabschnitt des dritten Zylinders 70 kann an dem ersten abgestuften Abschnitt anstoßen. Eine öldichte Kammer 72 wird durch den Kolben mit großem Durchmesser 12, den dritten Zylinder 70 und den Düsenkörper 15 gebildet. Eine dritte Zylinderfeder 71 ist in der öldichten Kammer 72 aufgenommen. Ein oberer Endabschnitt der dritten Zylinderfeder 71 stößt an dem oberen Abschnitt des dritten Zylinders 70 an, und der untere Endabschnitt der dritten Zylinderfeder 71 stößt an den zweiten abgestuften Abschnitt 74 an. Die dritte Zylinderfeder 71 spannt den dritten Zylinder 70 in Richtung des Stellglieds 2 vor.
Es wird der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils des vorliegenden modifizierten Beispiels beschrieben. Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, ist der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 hoch, und somit bewegt sich die Nadel 17 zu dem Einspritzloch 19 und sperrt, ein Strömen des Kraftstoffs zu dem Einspritzloch 19. In diesem Fall drückt die Nadel 17 gegen den dritten Zylinder 70, und da die Druckkraft des dritten Zylinders 70 auf die öldichte Kammer 72 auf den Kolben mit großem Durchmesser 12 übertragen wird, bewegt sich der Kolben mit großem Durchmesser 12 in Richtung des Stellglieds 2.
Wenn sich das Stellglied 2 streckt, erfährt der Kolben mit großem Durchmesser 12 einen Druck von dem Steuerventilelement 6. Die Druckkraft des Kolbens mit großem Durchmesser 12 auf die öldichte Kammer 72 wird durch den dritten Zylinder 70 auf die Nadel 17 übertragen, welche an die obere Endoberfläche des dritten Zylinders 70 anstößt. Demzufolge bewegt sich die Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2.
Gemäß einem solchen Aufbau kann selbst dann, wenn sich die Nadel 17 in eine Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, aufgrund von zum Beispiel einem Druckabfall der Steuerkammer 11 die öldichte Kammer 72 von der Nadel 17 isoliert werden, und daher ist der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 72 nicht betroffen. Daher ändert sich der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 72 nur basierend auf der Bewegung des Kolbens mit großem Durchmesser 12, und die Bewegung der Nadel 17 kann stabilisiert werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist, wie in 2 gezeigt, das Steuerventilelement 6 durch den zweiten Ventilkörper 8-b und den Ventilzylinder 9 gleitfähig gestützt. Anderenfalls kann der Ventilzylinder 9 nicht bereitgestellt sein, und wie in 15 als Beispiel gezeigt ist, kann das Steuerventilelement 6 in zwei Teile aufgeteilt sein.
Insbesondere umfasst das Steuerventilelement 6 ein zweites Kammerverbindungselement 80 und ein erstes Kammerverbindungselement 81. Das zweite Kammerverbindungselement 80 wird durch den zweiten Ventilkörper 8-b gleitfähig gestützt. Der obere Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 ist mit dem unteren Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 verbunden, und der untere Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 ist derart ausgebildet, dass er an dem oberen Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 anstoßen kann.
Zudem ist ein Kolben mit großem Durchmesser 86 derart ausgestaltet, dass der obere Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 86 das erste Kammerverbindungselement 81 umgibt. Ferner ist eine erste Kolbenfeder 82 um den Kolben mit großem Durchmesser 86 herum angeordnet. Die erste Kolbenfeder 82 spannt derart vor, dass der zweiten Ventilkörper 8-b von einem fixierten Element 88 getrennt wird.
Der obere Endabschnitt der ersten Kolbenfeder 82 ist an den zweiten Ventilkörper 8-b angefügt, und der untere Endabschnitt der ersten Kolbenfeder 82 ist an einen abgestuften Abschnitt 88-a des fixierten Elements 88 angefügt. Der untere Endabschnitt des fixierten Elements 88 stößt an einen zweiten unteren Körper 10-a an, der später beschrieben wird. Ferner ist der abgestufte Abschnitt 88-a, der in einer abgestuften Weise vorgesehen ist, auf der äußeren Umfangsoberfläche des fixierten Elements 88 ausgebildet.
Der zweite untere Körper 10-a ist in dem unteren Körper 10 aufgenommen. Zudem stößt der zweite untere Körper 10-a an den oberen Endabschnitt des Düsenkörpers 15 an, und stützt gleitfähig den oberen Abschnitt des runden Säulenabschnitts 45. Die äußere Umfangsoberfläche des zweiten unteren Körpers 10-a ist von der inneren Umfangsoberfläche des unteren Körpers 10 getrennt. Ferner weist der untere Abschnitt des zweiten unteren Körpers 10-a einen Hochdruckkraftstoffverbindungskanal 10-b auf, der darin ausgebildet ist. Daher strömt der Kraftstoff in der Hochdruckkammer 30 durch den Hochdruckkraftstoffverbindungskanal 10-b zu dem ersten Hochdruckkanal 41.
Der Außendurchmesser des unteren Abschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 86 ist derart ausgebildet, dass er kleiner als der äußere Durchmesser des oberen Abschnitts desselben ist. Ferner wird der untere Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 86 durch das fixierte Element 88 gleitfähig gestützt.
Eine zweite Kolbenfeder 87 ist in einem Raum angeordnet, der zwischen der ersten Kolbenfeder 82, dem unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 86 und dem oberen Endabschnitt des fixierten Elements 88 gebildet wird. Die zweite Kolbenfeder 87 spannt den Kolben mit großem Durchmesser 86 in Richtung des Stellglieds 2 vor, und bewirkt, dass das erste Kammerverbindungselement 81 an dem ringförmigen Vorsprungsabschnitt 86a anstößt, der an der inneren Umfangsoberfläche des Kolbens mit großem Durchmesser 86 ausgebildet ist. Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, besteht daher ein zweiter Spalt 89 zwischen dem oberen Endabschnitt des Nadelzylinders 13 und dem unteren Endabschnitt des hervorstehenden Abschnitts 86a des Kolbens mit großem Durchmesser 86.
Die Presskammer 34 ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 86 ausgebildet. Der Aufbau in der Presskammer 34 ist derselbe wie der Aufbau bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Ferner ist in derselben Weise wie bei dem Aufbau der oben beschriebenen Ausführungsform der erste Verbindungskanal 26 in dem Kolben mit großem Durchmesser 86 derart angeordnet, dass der unter Hochdruck stehende Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 einströmt.
Die öldichte Kammer 16 wird durch den unteren Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 86, den Abschnitt der Nadel 17 um das untere Ende des Pressabschnitts 35, das fixierte Element 88 und den oberen Endabschnitt des zweiten unteren Körpers 10-a gebildet.
Der Bodenendabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 ist derart ausgestaltet, dass ein Abschnitt desselben von der oberen Oberfläche des Nadelzylinders 13 getrennt ist, während ein anderer Abschnitt desselben an den Nadelzylinder 13 anstößt. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel ist ein konischer Kavitätsabschnitt 84 derart ausgebildet, dass eine Spitze im Wesentlichen in der Mitte des ersten Kammerverbindungselements 81 liegt, wobei der untere Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81, der an den Nadelzylinder 13 anstößt, eine Basis bildet. Wenn der untere Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 an den Nadelzylinder 13 anstößt, umfasst die Steuerkammer 11 aus diesem Grund den Kavitätsabschnitt 84 und die Kapazität der Steuerkammer 11 wird erhöht.
Eine erste Mittelkammer 85, die ein Strömungsweg ist, in dem Kraftstoff strömt, ist innerhalb des ersten Kammerverbindungselements 81 angeordnet. Der untere Abschnitt der ersten Mittelkammer 85 ist an der Spitze des Kavitätsabschnitts 84 durch eine dritte gemeinsame Mündung 85-a geöffnet. Ferner ist der obere Abschnitt der ersten Mittelkammer 85 an dem oberen Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 geöffnet. Wenn der untere Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 von dem oberen Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 getrennt wird, werden die Hochdruckkammer 30 und der Kavitätsabschnitt 84 durch die erste Mittelkammer 85 und die dritte gemeinsame Mündung 85-a gemeinsam verbunden.
Eine zweite Mittelkammer 83, die ein Strömungsweg ist, in dem Kraftstoff strömt, ist innerhalb des zweiten Kammerverbindungselements 80 angeordnet. Der untere Abschnitt der zweiten Mittelkammer 83 ist an einem unteren Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 geöffnet. Der obere Abschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 ist durch die äußere Mündung 24 mit der Ventilkammer 3-b verbunden. Wenn der untere Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 von dem oberen Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 getrennt wird, werden die Hochdruckkammer 30 und die Ventilkammer 3-b durch die zweite Mittelkammer 83 und die äußere Mündung 24 miteinander verbunden.
Wenn der untere Endabschnitt des zweiten Kammerverbindungselements 80 an dem oberen Endabschnitt des ersten Kammerverbindungselements 81 anstößt, werden sowohl die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 30 und dem Kavitätsabschnitt 84 durch die erste Mittelkammer 85 und die dritte gemeinsame Mündung 85-a, als auch die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 30 und der Ventilkammer 3-b durch die zweite Mittelkammer 83 gesperrt. Demgegenüber werden der Kavitätsabschnitt 84 und die Ventilkammer 3-b durch die äußere Mündung 24, die zweite Mittelkammer 83, die erste Mittelkammer 85 und die dritte gemeinsame Mündung 85-a miteinander verbunden.
Gemäß dem Aufbau des vorliegend modifizierten Beispiels wird der Druck des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 16 herabgesetzt, wenn die Steuerkammer 11 einem Druckabfall unterliegt, und sich die Nadel 17 in einer Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird. Wenn der Druck des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 16 abnimmt, bestehen Bedenken, dass sich das erste Kammerverbindungselement 81 zu dem Einspritzloch 19 bewegt, wodurch bewirkt wird, dass sich das zweite Kammerverbindungselement 80 von dem ersten Kammerverbindungselement 81 trennt, und die Steuerkammer 11 mit der Hochdruckkammer 30 verbindet.
Falls die Steuerkammer 11 mit der Hochdruckkammer 30 verbunden wird, steigt der Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 11 an, wodurch unterdrückt wird, dass sich die Nadel 17 in einer Richtung bewegt, in der bewirkt wird, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird. Hierbei bewirkt die zweite Kolbenfeder 87, dass der Kolben mit großem Durchmesser 86 und das erste Kammerverbindungselement 81 aneinander anstoßen. Aus diesem Grund bewegt sich der Kolben mit großem Durchmesser 86 zu dem Einspritzloch 19, wenn der Druck des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 16 abnimmt, und somit kann er unterdrücken, dass der Druck des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 16 abnimmt.
Falls sich jedoch der Kolben mit großem Durchmesser 86 in eine Richtung bewegt, die unterdrückt, dass der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 abnimmt, bestehen Bedenken, dass der Kolben mit großem Durchmesser 86 zu dieser Zeit auf den Nadelzylinder 13 drücken könnte. Als eine Gegenmaßnahme hierzu besteht der zweite Spalt 89 zwischen dem oberen Endabschnitt des Nadelzylinders 13 und dem unteren Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts 86-a des Kolbens mit großem Durchmesser 86.
Aufgrund eines derartigen Aufbaus wird selbst dann, wenn sich zum Beispiel der Kolben mit großem Durchmesser 86 in eine Richtung bewegt, die unterdrückt, dass der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 abnimmt, der Nadelzylinder 13 nicht gegen den Kolben mit großem Durchmesser 86 gedrückt, bis der zweite Spalt 89 geschlossen ist. Da ferner das erste Kammerverbindungselement 81 von dem Kolben mit großem Durchmesser 86 unabhängig ist, bewegt sich das erste Kammerverbindungselement 81 nicht übereinstimmend mit der Bewegung des Kolbens mit großem Durchmesser 86. Daher kann der Kolben mit großem Durchmesser 86 einen Druckabfall in der öldichten Kammer 16 unterdrücken ohne das erste Kammerverbindungselement 81 oder den Nadelzylinder 13 zu beeinträchtigen.
Hinsichtlich des vorliegend modifizierten Beispiels kann der zweite Spalt 89 derart eingestellt sein, dass er größer als ein maximaler Bewegungsbetrag des Kolbens mit großem Durchmesser 86 ist, der durch ein Dividieren eines maximalen Bewegungsbetrags der Nadel 17 in einer Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, durch das Versetzungsverstärkungsverhältnis berechnet wird.
Insbesondere wird die Fläche des Abschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 86, der auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 drückt, durch die Fläche des Abschnitts der Nadel 17, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 in einer Richtung erfährt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, dividiert. Der Quotient aus dieser Berechnung entspricht dem Versetzungsverstärkungsverhältnis, das angibt, wie weit die Nadel 17 in einer Richtung bewegt wird, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, in Bezug auf den Bewegungsbetrag des Kolbens mit großem Durchmesser 86. Daher kann der Bewegungsbetrag der Nadel 17 in eine Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, aus dem Produkt des Bewegungsbetrags des Kolbens mit großem Durchmesser 86 und dem Versetzungsverstärkungsverhältnis berechnet werden. Aufgrund dessen ist es verständlich, dass der Bewegungsbetrag des Kolbens mit großem Durchmesser 86 berechnet werden kann, indem der Bewegungsbetrag der Nadel 17 in eine Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, durch das Versetzungsverstärkungsverhältnis dividiert wird.
Wenn zwischenzeitlich der Bewegungsbetrag der Nadel 17 in einer Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, einen Maximalwert einnimmt, befindet sich der Bewegungsbetrag des Kolbens mit großem Durchmesser 86 zu dem Einspritzloch 19 zu einem maximalen Wert. Basierend auf dem obenstehenden kann die Weite des zweiten Spalts 89 derart eingestellt werden, dass er größer als der maximale Bewegungsbetrag des Kolbens mit großem Durchmesser 86 ist, der durch Dividieren des maximalen Bewegungsbetrags der Nadel 17 in einer Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, durch das Versetzungsverstärkungsverhältnis berechnet wird. Aufgrund dessen ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass der Kolben mit großem Durchmesser 86 mit dem Nadelzylinder 13 in Kontakt gelangt, selbst wenn sich der Kolben mit großem Durchmesser 86 um den maximalen Bewegungsbetrag zu dem Nadelzylinder 13 bewegt hat.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist, wie in 16 gezeigt ist, die Fläche von dem oberen Endabschnitt der Steuerkammer 11 zu dem oberen Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 27 konstant ausgebildet. In diesem Fall wird die Hochdruckkammer 30 von der Steuerkammer 11 gesperrt, wenn sich das Stellglied 2 streckt und das Steuerventilelement 6 verbindet die Niedrigdruckkammer 4-b, die Ventilkammer 3-b und die Steuerkammer 11 miteinander, so dass der Kraftstoff in der Steuerkammer 11 durch die Ventilkammer 3-b und in die Niedrigdruckkammer 4-b strömt. Wenn sich das Stellglied 2 streckt, kann jedoch der Kraftstoff ebenso aus der Steuerkammer 11 aus einem anderen Weg als dem Weg durch die Mittelkammer 23 und die äußere Mündung 24 herausströmen. Eine Mehrzahl von Beispielen hierzu ist nachstehend gegeben.

(1) Wie in 17 gezeigt ist, kann der obere Endabschnitt eines Nadelzylinders 90 dazu ausgestaltet sein, in einer Steuerkammer 91 frei zu liegen. Zu dieser Zeit ist ein Abschnitt, der nicht an einen Kolben mit großem Durchmesser 112 anstößt, an der oberen Endoberfläche des Nadelzylinders 90 in der Steuerkammer 91 ausgebildet. Aufgrund eines derartigen Aufbaus ist ein Durchmesser ds (Fläche) der oberen Endoberfläche der Steuerkammer 91 derart eingestellt, dass sie größer als ein Durchmesser dc (Fläche) der unteren Endoberfläche der Steuerkammer 91 ist. Wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 91 zunimmt, erzeugt daher der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 91 eine Kraft, die bewirkt, dass sich der Nadelzylinder 90 zu dem Einspritzloch 19 bewegt.

Gemäß einem solchen Aufbau wird die Steuerkammer 91 durch die Nadel 17 oder das Steuerventilelement 6 komprimiert, wenn sich das Stellglied 2 streckt, so dass das Steuerventilelement 6 die Niedrigdruckkammer 4-b, die Ventilkammer 3-b und die Steuerkammer 91 miteinander verbindet, während die Hochdruckkammer 30 von der Steuerkammer 91 gesperrt ist. Wie oben in 18 gezeigt ist, übersteigt dieser erhöhte Kraftstoffdruck für eine Dauer den Druck in der Hochdruckkammer 30 und wie in 19 gezeigt ist, wird der obere Endabschnitt des Nadelzylinders 90, der in der Steuerkammer 91 freiliegt, zu dem Einspritzloch 19 gedrückt. Aufgrund dessen bewegt sich der Nadelzylinder 90 zu dem Einspritzloch 19 und der Kraftstoff in der Kammer 91 kann aus dieser heraus lecken. Daher kann der Druck des Kraftstoffes in der Steuerkammer 91 schneller abnehmen. Wie unten in 18 gezeigt ist, kann daher die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 schneller als im Vergleich mit der oben beschriebenen Ausführungsform sein.
(2) Wie in dem Aufbau aus 20 ebenso gezeigt ist, liegt der obere Endabschnitt des Nadelzylinders 110 in einer Steuerkammer 111 frei. Allerdings ist die obere Endoberfläche des Nadelzylinders 110 derart ausgebildet, dass eine äußere Kante derselben an einem Kolben mit großem Durchmesser 112 anstößt, jedoch eine innere Kante derselben nicht mit dem Kolben mit großen Durchmesser 112 anstößt. Mit anderen Worten ist die obere Endoberfläche des Nadelzylinders 110 von einer radial äußeren Seite zu einer radial inneren Seite geneigt. Zudem ist eine zweite äußere Mündung 113, welche die Hochdruckkammer 30 verbindet, in dem Kolben mit großem Durchmesser 112 ausgebildet. Die zweite äußere Mündung 113 wird von der Steuerkammer 111 gesperrt, wenn der obere Endabschnitt des Nadelzylinders 110 an dem Kolben mit großem Durchmesser 112 anstößt. Demgegenüber wird die Steuerkammer 111 durch die zweite äußere Mündung 113 mit der Hochdruckkammer 30 verbunden, wenn der obere Endabschnitt des Nadelzylinders 110 von dem Kolben mit großem Durchmesser 112 getrennt wird.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 111 den Kraftstoffdruck der Hochdruckkammer 30 überschreitet, wird die Endoberfläche des Nadelzylinders 110, die in der Steuerkammer 111 freiliegt und die dem Stellglied 2 zugewandt ist, zu dem Einspritzloch 19 gedrückt. Daher bewegt sich der Nadelzylinder 110 zu dem Einspritzloch 19 und die obere Endoberfläche des Nadelzylinders 110 wird von dem Kolben mit großem Durchmesser 112 getrennt. Zu dieser Zeit werden die Steuerkammer 111 und die Hochdruckkammer 130 durch die zweite äußere Mündung 113 verbunden. Wie in diesem Fall in 21 gezeigt ist, kann Kraftstoff in der Steuerkammer 111 durch die Mittelkammer 23 und die äußere Mündung 24, die in dem Steuerventilelement 6 ausgebildet ist, herausströmen und kann ebenso aus der zweiten äußeren Mündung 113 herausströmen.
Wenn danach der Kraftstoff in der Steuerkammer 111 einen Druckabfall unterliegt, bewegt sich der Nadelzylinder 110 rückwärts in Richtung des Stellglieds 2. Aufgrund dessen stößt die obere Endoberfläche des Nadelzylinders 110 an den Kolben mit großem Durchmesser 112 an und die Steuerkammer 111 wird von der zweiten äußeren Mündung 113 durch den Nadelzylinder 110 gesperrt. Daher besteht kaum eine Möglichkeit für den Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 durch die zweite äußere Mündung 113 in die Steuerkammer 111 zu strömen und der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 111 kann in einer sanften Weise abnehmen.
(3) Wie in 22 gezeigt ist, kann zusätzlich zu der gemeinsamen Mündung 25 eine zweite gemeinsame Mündung 121, welche die Steuerkammer 11 mit der Hochdruckkammer 30 verbindet, in einem Kolben mit großem Durchmesser 120 ausgebildet sein. Bei einem derartigen Aufbau ist zum Beispiel der Streckungsbetrag des Stellglieds 2 derart gesteuert, dass er niedrig ist, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 17 in eine Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, derart eingestellt ist, dass sie langsam ist (niedrige Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung). Daher wird die Steuerkammer 11 nicht durch die Nadel 17 oder das Steuerventilelement 6 in dem Ausmaß komprimiert, dass der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 den Kraftstoffdruck der Hochdruckkammer 30 überschreitet. Wie in 23 gezeigt ist, strömt aus diesem Grund Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 30 durch die zweite gemeinsame Mündung 121 heraus und in die Steuerkammer 11, wenn der Kraftstoff in der Steuerkammer 111 einem Druckabfall unterliegt. Daher kann die Druckabfallgeschwindigkeit der Steuerkammer 11 dahingehend angepasst werden, dass sie langsamer ist.
Wenn demgegenüber die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 17 in einer Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, derart eingestellt ist, da sie schnell ist (hoher Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung) wird der Streckungsbetrag des Stellglieds 2 derart gesteuert, dass er groß ist. Daher wird die Steuerkammer 11 wenigstens durch die Nadel 17 oder das Steuerventilelement 6 komprimiert. Aufgrund dessen nimmt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 zu und wie in 23B gezeigt ist, strömt Kraftstoff aus der Steuerkammer 11 durch die zweite gemeinsame Mündung 121 zu der Hochdruckkammer 30. Aus diesem Grund kann der Kraftstoff in der Steuerkammer 111 den Druck schneller loswerden.
Die linke Seite aus 24 zeigt Ergebnisse, die gemäß dem Aufbau des vorliegenden modifizierten Beispiels den Bewegungsbetrag der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 (Nadelanhebungsbetrag) vergleichen, wenn eine niedrige Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung vorliegt und wenn eine hohe Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung durchgeführt wird. Die rechte Seite aus 24 vergleicht Einspritzraten für dieselben. Gemäß dieser Ergebnisse auf der linken Seite aus 24 wird es verständlich, dass der maximale Anhebungsbetrag früher erreicht wird, wenn eine hohe Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung durchgeführt wird im Vergleich zur Durchführung einer niedrigen Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung. Da ferner der maximale Anhebungsbetrag früher erreicht wird, wenn eine hohe Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung durchgeführt wird, ist auf der rechten Seite aus 24 ebenso die Einspritzrate während eines frühen Stadiums ebenso größer als beim Durchführen einer niedrigen Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung.
Bei einem Beispiel (3) ist die zweite gemeinsame Mündung 121 in dem Kolben mit großem Durchmesser 120 ausgebildet. Allerdings ist es nicht notwendig, die zweite gemeinsame Mündung 121 in dem Kolben mit dem Durchmesser 120 auszubilden. Zum Beispiel kann, wie in 25A gezeigt ist, die zweite gemeinsame Mündung 121 in dem Nadelzylinder 122 ausgebildet sein, um die Steuerkammer 11 mit der Hochdruckkammer 30 zu verbinden. Wie ferner in 25B gezeigt ist, kann die zweite gemeinsame Mündung 121 in dem Steuerventilelement 123 ausgebildet sein, um die Mittelkammer 23 mit der Hochdruckkammer 30 zu verbinden. Wie anderenfalls in 25C gezeigt ist, kann eine zweite Mittelkammer 127, die ein Strömungsweg ist, in den Kraftstoff strömt, in einem Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 126, der in einer Nadel 124 umfasst ist, angeordnet sein. Der obere Abschnitt der zweiten Mittelkammer 127 ist an dem oberen Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 126 geöffnet und steht mit der Steuerkammer 11 in Verbindung. Ferner ist die zweite gemeinsame Öffnung 121 in dem Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 126 ausgebildet, um die zweite Mittelkammer 127 mit der Hochdruckkammer 130 zu verbinden. Gemäß diesem Aufbau werden auch die Steuerkammer 11 und die Hochdruckkammer 30 durch den Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 126 über die zweite Mittelkammer 127 und die zweite gemeinsame Mündung 121 miteinander verbunden.
(Erste modifizierte Ausführungsform) Bei der oben beschriebenen Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, steuert der obere Endabschnitt des Steuerventilelements 6 das Verbindungsverhältnis zwischen der Niedrigdruckkammer 4-b und der Ventilkammer 3-b, während der untere Endabschnitt des Steuerventilelements 6 das Verbindungsverhältnis zwischen der Ventilkammer 3-b, der Steuerkammer 11 und der Hochdruckkammer 30 steuert. Gemäß einem solchen Aufbau bestehen Bedenken, dass zum Beispiel die Niedrigdruckkammer 4-b nicht in ausreichender Weise von der Ventilkammer 3-b gesperrt wird, wenn sich das Stellglied 2 zusammenzieht oder die Hochdruckkammer 30 gegebenenfalls nicht in geeigneter Weise von der Steuerkammer 11 gesperrt wird, wenn sich das Stellglied 2 streckt, falls das Steuerventilelement 6 gekippt oder axial versetzt wird. Als eine Gegenmaßnahme hierzu kann, wie in 26 gezeigt ist, ein Steuerventilelement 130 einen Sitzabschnitt 131 und einen Gleitabschnitt 132 umfassen. In diesem Fall ist die untere Endoberfläche des Sitzabschnitts 131 dazu ausgestaltet, an der oberen Endoberfläche des Gleitabschnitts 132 anzustoßen.
Der obere Endabschnitt des Sitzabschnitts 131 stößt an dem unteren Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 an. Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, sitzt der obere Endabschnitt des Sitzabschnitts 131 auf dem Sitzabschnitt 136 der Ventilkammer 3-b auf.
Eine dritte Mittelkammer 133, die ein Strömungsweg ist, in dem Kraftstoff strömt, ist in dem Gleitabschnitt 132 angeordnet. Der untere Abschnitt der dritten Mittelkammer 133 ist an dem unteren Endabschnitt des Gleitabschnitts 132 geöffnet und steht mit der Innenseite des Ventilzylinders 9 in Verbindung. Ferner ist eine dritte äußere Mündung 134 in dem Gleitabschnitt 132 ausgebildet. Die dritte äußere Mündung 134 verbindet den oberen Abschnitt der Mittelkammer 133 mit der Ventilkammer 3-b. Mit anderen Worten kann der Gleitabschnitt 132 die Innenseite des Ventilzylinders 9 durch die dritte Mittelkammer 133 und die dritte äußere Mündung 134 mit der Ventilkammer 3-b verbinden.
Gemäß diesem Aufbau der ersten modifizierten Ausführungsform ist selbst dann, wenn diese Elemente nicht axial versetzt werden, das andere Element nicht an die axiale Versetzung gekoppelt und die Wirkungen derselben können unterdrückt werden, während die untere Endoberfläche des Sitzabschnittes 131 und die obere Endoberfläche des Gleitabschnitts 132 verbunden sind und sich in der Axialrichtung bewegen.
Hinsichtlich der ersten modifizierten Ausführungsform, die in 27 gezeigt ist, kann die Oberfläche des Sitzabschnittes 131, die mit dem Sitzabschnitt 36 der Ventilkammer 3-b in Kontakt gelangt, wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, in einer sphärischen Oberfläche ausgebildet sein. In diesem Fall kann selbst dann, wenn zum Beispiel der Sitzabschnitt 131 gekippt wird, dieses Kippen aufgenommen werden, da die Oberfläche, die mit dem Sitzabschnitt 36 der Ventilkammer 3-b in Kontakt gelangt, eine sphärische Oberfläche ist. Während sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, ist es daher möglich, die Niedrigdruckkammer 4-b zuverlässig von der Ventilkammer 3-b zu sperren und die Hochdruckkammer 30, die Ventilkammer 3-b und die Steuerkammer 11 zuverlässig miteinander zu verbinden.
Gemäß der ersten modifizierten Ausführungsform ist die untere Endoberfläche des Sitzabschnitts 131 dazu ausgestaltet, an der oberen Endoberfläche des Gleitabschnitts 132 anzustoßen. Anderenfalls können der untere Endabschnitt des Sitzabschnitts 131 und der obere Endabschnitt des Gleitabschnitts 132 in einer konvex-konkaven Weise mit einem Spalt zueinander eingepasst sein. Beispiele hierfür sind nachstehend gegeben.
(4) Wie in 28 gezeigt ist, ist ein vertiefter Abschnitt, der in einer abgestuften Weise in Richtung des Stellglieds 2 vertieft ist, in der Mitte des unteren Endabschnitts des Sitzabschnitts 131 angeordnet. Zudem ist ein hervorstehender Abschnitt, der zu dem Sitzabschnitt 131 hervorsteht, in der Mitte des oberen Endabschnitts des Gleitabschnitts 132 angeordnet. Gleichzeitig ist die Weite des vertieften Abschnitts, der in dem Sitzabschnitts 131 ausgebildet ist, weiter ausgebildet als eine Weite des hervorstehenden Abschnitts, der in dem Gleitabschnitt 132 ausgebildet ist. Zudem sind der untere Endabschnitt der Sitzabschnitts 131 und der obere Endabschnitt des Gleitabschnitts 132 in eine konvex-konkaven Weise mit einem Spalt zueinander eingepasst. Bei einem derartigen Aufbau, wie in 29 gezeigt ist, ist anzunehmen, dass die Achse des Gleitabschnitts 132 in Bezug zu einer Referenzachse, entlang der sich das Stellglied 2 streckt und entlang der sich die Nadel 17 in einer Richtung bewegt, die das Einspritzloch 19 öffnet, axial versetzt ist. In diesem Fall kann unterdrückt werden, dass die axiale Versetzung des Gleitabschnitts 132 den Sitzabschnitt 131 über einen Bereich hinweg beeinträchtigt, in dem der vorstehende Abschnitt, der in dem Gleitabschnitt 132 ausgebildet ist, nicht mit dem vertieften Abschnitt, der in dem Sitzabschnitt 131 ausgebildet ist, in Kontakt gelangt.
Der Aufbau eines modifizierten Beispiels, der auf dem Aufbau (4) basiert, ist in 30 gezeigt. In (4) umfasst das Steuerventilelement 130 den Sitzabschnitt 131 und den Gleitabschnitt 132, einen vertieften Abschnitt, der in einer abgestuften Weise in Richtung des Stellglieds 2 vertieft ist, ist in der Mitte des unteren Endabschnitts des Sitzabschnitts 131 angeordnet und ein hervorstehender Abschnitt, der zu dem Sitzabschnitt 131 hervorsteht, ist in der Mitte des oberen Endabschnitt des Gleitabschnitts 132 angeordnet. In 30 umfasst das Steuerventilelement 140 einen Sitzabschnitt 141, einen Gleitabschnitt 142 und einen Sitzabschnitt 143. Gemäß diesem Aufbau ist ein hervorstehender Abschnitt, der zu dem Einspritzloch 19 hervorsteht, in der Mitte des unteren Endabschnitts des Gleitabschnitts 142 angeordnet, während ein vertiefter Abschnitt, der in einer abgestuften Weise zu dem Einspritzloch 119 vertieft ist, in der Mitte des oberen Endabschnitts des zweiten Sitzabschnitts 143 angeordnet ist.
Hierbei ist die Weite in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung von dem vertieften Abschnitt, der in der Mitte des oberen Endabschnitts des zweiten Sitzabschnitts 143 ausgebildet ist, weiter ausgebildet als die Weite in derselben Richtung des hervorstehenden Abschnitts, der in der Mitte des unteren Endabschnitts des Gleitabschnitts 142 ausgebildet ist. In diesem Zustand sind der untere Endabschnitt des Gleitabschnitts 142 und der obere Endabschnitt des zweiten Sitzabschnitts 143 in einer konvex-konkaven Weise mit einem Spalt zueinander angepasst. Derweil ist der obere Endabschnitt des Gleitabschnitts 142 und der untere Endabschnitt des Sitzabschnitts 141 in derselben Weise ausgestaltet wie der Aufbau, der in (4) beschrieben ist. Wenn sich das Stellglied 2 streckt und zusammenzieht, bewegen sich daher der untere Endabschnitt des Gleitabschnitts 142 und der obere Endabschnitt des zweiten Sitzabschnittes 143 sowie der obere Endabschnitt des Gleitabschnitts 142 und der untere Endabschnitt des Sitzabschnitts 141 in der axialen Richtung während sie in einer konvex-konkaven Weise angepasst sind.
Wenn sich das Stellglied 2 streckt, stößt der zweite Sitzabschnitt 143 an dem Kolben mit großen Durchmesser 12 an. Die Oberfläche des zweiten Sitzabschnitts 143, die an dem Kolben mit großem Durchmesser 12 anstößt, ist als eine sphärische Oberfläche ausgebildet. Dabei ist ein Sitzelement 144 an einer vorbestimmten Position des oberen Endabschnitts des Kolben mit großem Durchmesser 12 angeordnet, wobei die vorbestimmte Position diejenige Position ist, an der ein Anstoßen an dem unteren Endabschnitt des zweiten Sitzabschnitts 143 anzunehmen ist. Das Sitzelement 144 entspricht der Form des unteren Endabschnitts des zweiten Sitzabschnitts 143. Daher steht der untere Endabschnitt des zweiten Sitzabschnitts 143 in engem Kontakt mit dem oberen Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12. Um eine Beeinträchtigung der Kraftstoffströmung in der gemeinsamen Mündung 25 des Kolbens mit großem Durchmesser 12 zu verhindern, ist hierbei ein Abschnitt des Sitzelements 144 ausgehöhlt, so dass die Öffnung der gemeinsamen Mündung 25 zu dem Steuerventilelement 140 nicht gesperrt ist.
Wenn das Stellglied 2 gestreckt ist, ist es gemäß dem Aufbau, der in 30 gezeigt ist, zusätzlich zu den Wirkungen, die unter (4) beschrieben sind, möglich, die Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 4-b, der Ventilkammer 3-b und der Steuerkammer 11 zuverlässig aufrecht zu erhalten und ebenso die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 30 und der Steuerkammer 11 in einem gesperrten Zustand zuverlässig aufrecht zu erhalten.
(5) Wie in 31 gezeigt ist, kann ein hervorstehender Abschnitt, der zu dem Gleitabschnitt 132 hervorsteht, in der Mitte des unteren Endabschnitts des Sitzabschnitts 131 angeordnet sein und ein vertiefter Abschnitt, der zu dem Einspritzloch 19 vertieft ist, kann in der Mitte des oberen Endabschnitts des Gleitabschnitts 132 angeordnet sein. Gemäß diesem Aufbau können in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel (4) der untere Endabschnitt des Sitzabschnitts 131 und der obere Endabschnitts des Gleitabschnitts 132 in einer konvex-konkaven Weise mit einem Spalt zueinander eingepasst sein. Daher werden dieselben Wirkungen erzielt wie diejenige, die für das Beispiel (4) beschrieben sind.
Wie in 32 gezeigt ist, kann die Fläche des oberen Endabschnitts eines Gleitabschnitts 151 weiter ausgebildet sein als die Fläche des unteren Endabschnitts des Sitzabschnitts 150 und ein ringförmig hervorstehender Abschnitt 151a, der zu dem Sitzabschnitt 150 hervorsteht, kann entlang des äußeren Kantenabschnitts des oberen Endabschnitts des Gleitabschnitts 151 angeordnet sein. Ein Spalt ist zwischen der inneren Umfangsoberfläche des hervorstehenden Abschnitts 151 a und der äußeren Umfangsoberfläche des Sitzabschnitts 150 bereitgestellt. Daher kann selbst dann, wenn der Gleitabschnitt 151 axial versetzt ist, unterdrückt werden, dass die axiale Versetzung des Gleitabschnitts 151 den Sitzabschnitt 150 über einen Bereich beeinträchtigt, in dem die innere Umfangsoberfläche des hervorstehenden Abschnitts 151a, der an dem oberen Endabschnitts 151 angeordnet ist, nicht mit der äußeren Umfangsoberfläche des Sitzabschnitts 150 in Kontakt gelangt.
Gemäß der ersten modifizierten Ausführungsform umfasst das Steuerventilelement 130 den Sitzabschnitt 131 und den Gleitabschnitt 132. Wie anderenfalls in 33 gezeigt ist, können der Gleitabschnitt 132, der Kolben mit großem Durchmesser 12 und der Nadelzylinder integral ausgebildet sein. Dieses integral ausgebildete Element wird als ein Integralelement 162 bezeichnet und der bestimmte Aufbau desselben wird nachstehend beschrieben.
Die obere Endoberfläche des Düsenkörpers 160 und die untere Endoberfläche des unteren Körpers 161 sind in einem Zustand des Anstoßens aneinander durch eine Rückhaltemutter oder dergleichen gesperrt. Eine Hochdruckkammer 169 ist in dem unteren Körper 161 ausgebildet. Die Hochdruckkammer 169 nimmt einen Abschnitt des Integralelements 162, ein fixiertes Element 163 und ein Element 164, das eine öldichte Kammer ausbildet, auf. Ein zweiter Strömungsweg 176 ist mit der Hochdruckkammer 169 verbunden. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff ist durch den zweiten Strömungsweg 176 in der Hochdruckkammer 169 gespeichert.
Eine Presskammer 165 ist in dem Integralelement 162 in der Hochdruckkammer 169 aufgenommen. Die Presskammer 165 nimmt einen Abschnitt der Nadel 17 auf (deren Aufbau basiert auf der oben beschriebenen Ausführungsform). Zudem ist ein vierter Verbindungskanal 166 in dem Integralelement 162 angeordnet. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff strömt aus der Hochdruckkammer 169 durch den vierten Verbindungskanal 166, der mit der Presskammer 165 verbunden ist.
Die obere Endseite der Presskammer 165 wird als eine Steuerkammer 167 bezeichnet und ein Raum ist durch die Nadel 17 und das Integralelement 162 abgegrenzt. Zudem ist in dem Integralelement 162 die zweite gemeinsame Mündung 121 (mit demselben Aufbau wie die zweite gemeinsame Mündung 121, die oben in (3) beschrieben ist), ausgebildet, welche die Hochdruckkammer 169 mit der Steuerkammer 167 verbindet.
Das fixierte Element 163 ist derart angeordnet, dass es den Umfang des Integralelements 162 umgibt. Zudem ist eine Mehrzahl von fünften Verbindungskanälen 175 in dem fixierten Element 163 derart angeordnet, dass Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 169 in die vierten Verbindungskanäle 166 strömt. Zudem ist der untere Endabschnitt des fixierten Elements 163 an einem abgestuften Abschnitt 164a des Elementes 164, das die öldichte Kammer ausbildet, angefügt (mit demselben Aufbau wie das fixierte Element, das in 15 gezeigt ist). Daher fixiert das fixierte Element 163 das Element 164, das die öldichte Kammer ausbildet derart, dass das Element 164, das die öldichte Kammer ausbildet, sich nicht in der axialen Richtung bewegt. Der obere Endabschnitt des fixierten Elementes 163 ist an einem Ventilzylinder 174 angefügt.
Eine öldichte Kammer 168 wird durch einen Raum gebildet, der durch den Abschnitt der Nadel 17 um das untere Ende des Pressabschnitts 135, den unteren Endabschnitt des Integralelements 162, das Element 164, das die öldichte Kammer ausbildet, und den Düsenkörper 160 abgegrenzt ist.
Die oberen Endabschnitte des unteren Körpers 161 und des Ventilzylinders 174 stoßen an dem unteren Endabschnitt des Ventilkörpers 170 an. Eine im Wesentlichen zylindrische Ventilkammer 170-b ist in dem Ventilkörper 170 ausgebildet. Eine Ventilfeder 171 ist in der Ventilkammer 170-b aufgenommen. Zudem ist ein Abschnitt des Integralelements 162 durch den Ventilzylinder 174 und in die Ventilfeder 171 eingesetzt. Das Integralelement 162 ist durch den Ventilzylinder 174 gleitfähig gestützt. Die Ventilfeder 171 spannt das Integralelement 162 in Richtung des Stellglieds 2 vor.
Eine vierte Mittelkammer 172, die ein Strömungsweg ist, in dem Kraftstoff strömt, ist in dem Integralelement 162 angeordnet. Der untere Abschnitt der vierten mittleren Kammer 172 ist mit der Steuerkammer 167 verbunden. Der obere Abschnitt des Integralelements 162 ist durch eine vierte äußere Mündung 173 mit der Ventilkammer 170b verbunden. Mit anderen Worten verbindet das Integralelement 162 die Steuerkammer 167 durch die vierte mittlere Kammer 172 und die vierte äußere Mündung 173 mit der Ventilkammer 170b.
Der Sitzabschnitt 131 mit einem Aufbau, der auf dem Beispiel basiert, dass in (4) beschrieben ist, ist in der Ventilkammer 170-b angeordnet. Der Sitzabschnitt 131 liegt näher in Richtung des Stellglieds 2 als das Integralelement 162 in Richtung des Stellglieds 2. Insbesondere stößt der obere Endabschnitt des Sitzabschnitts 131 an den Ansteuerübertragungszapfen 5 an und setzt auf einen Sitzabschnitt 170-b der Ventilkammer 170-b auf, wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet. Zudem ist ein vertiefter Abschnitt, der in einer abgestuften Weise in Richtung des Stellglieds 2 vertieft ist, in der Mitte des unteren Endabschnitts des Sitzabschnitts 131 angeordnet. Derweil ist ein hervorstehender Abschnitt, der zu dem Sitzabschnitt 131 hervorsteht, in der Mitte des oberen Endabschnitts des Integralelements 162 angeordnet.
Hierbei ist die Weite in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung von dem vertieften Abschnitt weiter ausgebildet als die Weite in derselben Richtung von dem hervorstehenden Abschnitt des Integralelements 162. Daher sind der untere Endabschnitt des Abschnitts 131 und der obere Endabschnitt des Integralelements 162 in einer konvex-konkaven Weise mit einem Spalt zueinander eingepasst. Hierbei ist eine Höhe H (Weite in der axialen Richtung) des hervorstehenden Abschnitts des Integralelements 162 größer ausgelegt als ein maximaler Versetzungsbetrag L des Integralelements 162, der durch das Strecken des Stellglieds 2 verursacht wird. Daher ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die konvexe-konkave Passung zwischen dem Sitzelement 131 und dem Integralelement 162 unterbrochen wird.
Der Betrieb des Aufbaus, der in 33 gezeigt ist, wird nachstehend erklärt. Während einer niedrigen Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung der Nadel 17, streckt sich das Stellglied 2 und der Ansteuerübertragungszapfen 5 drückt gegen den Sitzabschnitt 131, was bewirkt, dass sich der Sitzabschnitt 131 von dem Sitzabschnitt 170-c der Ventilkammer 170-b trennt. Daher sind die Niedrigdruckkammer 4-b und die Ventilkammer 170-b verbunden und der Kraftstoff in der Steuerkammer 167 strömt durch die vierte Mittelkammer 172 und die vierte äußere Mündung 173 in die Ventilkammer 170-b. Ferner wird der Kraftstoff in der öldichten Kammer 168 durch das Integralelement 162 unter Druck gesetzt. Aufgrund dessen beginnt die Nadel 17 sich in Richtung des Stellglieds 2 zu bewegen. Selbst wenn die Ansteuerung des Stellglieds 2 gestoppt wird, kann sich das Integralelement 162 zu dem Einspritzloch 19 bewegen. Da gleichzeitig der Kraftstoff in der Hochdruckkammer 169 durch die zweite gemeinsame Mündung 121 in die Steuerkammer 167 strömt (derselbe Vorgang wie in 23A) wird die Druckabfallgeschwindigkeit des Kraftstoffes in der Steuerkammer 167 verlangsamt und die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 ist niedrig.
Während einer hohen Geschwindigkeit der Ventilöffnungssteuerung der Nadel 17 streckt sich das Stellglied 2 und der Ansteuerübertragungszapfen 5 drückt gegen den Sitzabschnitt 131, was bewirkt, dass sich der Sitzabschnitt 131 von dem Sitzabschnitt 170-c der Ventilkammer 170-b trennt. Daher werden die Niedrigdruckkammer 4-b und die Ventilkammer 170-b verbunden und der Kraftstoff in der Steuerkammer 167 strömt durch die vierte mittlere Kammer 172 und die vierte äußere Mündung 173 in die Ventilkammer 170-b. Derweil setzt das Stellglied 2 eine Streckung fort, wobei die öldichte Kammer 168 einen Druck von dem Integralelement 162 aufnimmt und die Nadel 17 bewegt sich in Richtung des Stellglieds 2. Da sich die Nadel 17 in Richtung des Stellglieds 2 bewegt, wird die Steuerkammer 167 unter Druck gesetzt.
Zu dieser Zeit ist die Rate der Kraftstoffdruckzunahme in der Steuerkammer 167 aufgrund dessen, dass die Nadel 17 die Steuerkammer 167 unter Druck setzt, größer als die Rate des Kraftstoffdruckabfalls in der Steuerkammer 167, aufgrund dessen, dass der Kraftstoff in der Steuerkammer 167 heraus in die Ventilkammer 170-b strömt. In Folge dessen steigt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 167 an, so dass er den Kraftstoffdruck der Hochdruckkammer 169 überschreitet. Daher strömt zusätzlich zu dem Kraftstoff, der von der Steuerkammer 167 zu der Ventilkammer 170-b strömt, der Kraftstoff in der Steuerkammer 167 ebenso durch die zweite gemeinsame Mündung 121 in die Hochruckkammer 169 (derselbe Vorgang wie in 23B). Daher nimmt die Druckabfallgeschwindigkeit des Kraftstoffes in der Steuerkammer 167 zu und somit bewegt sich die Nadel 17 mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung des Stellglieds 2.
Als Annahme, wird in der oben beschriebenen Ausführungsform die öldichte Kammer 16 durch einen Raum gebildet, der durch den Abschnitt der Nadel 17 um das Bodenende des Pressabschnitts 135, den unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und den Abschnitt des Düsenkörpers 15, der in den unteren Körper 10 eindringt, abgegrenzt ist. Falls sich in diesem Fall die Nadel 17 in eine Richtung bewegt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, nimmt aufgrund des Druckabfalls der Steuerkammer die Kapazität der öldichten Kammer 16 zu, und der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 nimmt ab.
Wenn zu dieser Zeit der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 16 abnimmt, bewegt sich ohne den Aufbau des Integralelements 162, der in 33 gezeigt ist, der Kolben mit großem Durchmesser 12 lediglich in eine Richtung, die eine Abnahme des Kraftstoffdrucks in der öldichten Kammer 16 unterdrückt. Daher bestehen Bedenken, dass das Steuerventilelement 6 eine Sperrung der Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 30 und der Steuerkammer 11 stoppen könnte. Allerdings bewegt sich bei einem Aufbau, der das Integralelement 162 umfasst, das in 33 gezeigt ist, auch die Steuerkammer 11, wenn sich das Integralelement 162 in der Axialrichtung bewegt. Daher werden die Steuerkammer 11 und die Hochdruckkammer 30 nicht verbunden, wenn sich das Integralelement 162 bewegt, und es ist möglich zu unterdrücken, dass der Kraftstoff in der Hochdruckkammer 30 in die Steuerkammer 11 leckt.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind, wie in 2 gezeigt ist, die Mittelkammer 23 und die äußere Mündung 24 in dem Steuerventilelement 6 ausgebildet. Das Steuerventilelement 6 kann die Innenseite des Ventilzylinders 9 durch die Mittelkammer 23 und die äußere Mündung 24 mit der Ventilkammer 3-b verbinden. Allerdings kann, wie in 34 gezeigt ist, ein freier Kolben 180, der ein Kolben ist, der in der axialen Richtung und innerhalb eines Steuerventilelements 192 bewegbar ist, in dem Steuerventilelement 192 angeordnet sein. Der bestimmte Aufbau hiervon wird als Nächstes beschrieben.
Eine Hochdruckkammer 184, die einen Ventilzylinder 182 und einen Kolben mit großem Durchmesser 183 aufnimmt, ist in einem unteren Körper 181 ausgebildet. Ein zweiter Strömungsweg 185 ist mit der Hochdruckkammer 184 verbunden. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff ist durch den zweiten Strömungsweg 185 in der Hochdruckkammer 184 gespeichert.
Eine Presskammer 186 ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 183 ausgebildet. Die Presskammer 165 nimmt einen Abschnitt einer Nadel 200 auf. Zudem ist ein erster Verbindungskanal 187 in dem Kolben mit großem Durchmesser 183 angeordnet. Ein unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 184 strömt durch den ersten Verbindungskanal 187 ein, der mit der Presskammer 186 verbunden ist.
Die Nadel 200 umfasst einen Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201, ein Zusammenschlusselement 201-a, ein Leckageventil 202, einen Pressabschnitt 203 und einen runden Säulenabschnitt 204. Der Pressabschnitt 203 und der runde Säulenabschnitt 204 sind einteilig bzw. integral, während die anderen Elemente getrennt bereitgestellt sind. Die Düsenfeder 14 ist in der Presskammer 186 aufgenommen, die in dem Kolben mit großem Durchmesser 183 angeordnet ist. Der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 ist in die Düsenfeder 14 eingesetzt.
Ein vertiefter Abschnitt 203-a ist in der Mitte des oberen Endabschnitts des Pressabschnitts 203 ausgebildet. Ein hervorstehender Abschnitt 203-b, der zu dem Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 hervorsteht, ist in der Mitte des vertieften Abschnitts 203 ausgebildet. Das zylindrische Zusammenschlusselement 201-a ist an den Innenumfang des oberen Endabschnitts des Pressabschnitts 203 eingepasst. Das Leckageventil 202 und die Ventilfeder 205 sind in dem vertieften Abschnitt 203-a des Pressabschnitts 203 aufgenommen. Das Leckageventil 202 wird durch die Ventilfeder 205 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Daher stößt das Leckageventil 202 an die unteren Endabschnitte von dem Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 und von dem Zusammenschlusselement 201-a an. Zudem ist zwischen dem Leckageventil 202 und dem hervorstehenden Abschnitt 203-b des Pressabschnitts 203 ein Spalt ausgebildet.
Der untere Endabschnitt des Pressabschnitts 203 ist an den runden Säulenabschnitt 204 gekoppelt.
Der Nadelzylinder 13 ist an der oberen Endseite in der Presskammer 186 angeordnet. Der Nadelzylinder 13 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet, und wird durch die Düsenfeder 14, die in der Presskammer 186 aufgenommen ist, in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt. Zudem ist der Pressabschnitt 203 durch die Düsenfeder 14 über das Zusammenschlusselement 201-a zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt.
Zudem ist die Steuerkammer 11 in dem Nadelzylinder 13 ausgebildet. Der obere Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 201 ist in die Steuerkammer 11 eingesetzt. Der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 ist durch den Nadelzylinder 13 gleitfähig gestützt. Ein erster Leckagekanal 206, in den Kraftstoff strömt, ist in dem Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 ausgebildet und ist zu den oberen und unteren Abschnitten des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 201 geöffnet. Zudem ist ein zweiter Leckagekanal 207 in dem Zusammenschlusselement 201-a ausgebildet. Ein Ende des zweiten Leckagekanals 207 ist in die Presskammer 186 hinein nahe zu der Düsenfeder 14 geöffnet. Das andere Ende des zweiten Leckagekanals 207 ist in die Presskammer 186 hinein näher zu dem Leckageventil 202 geöffnet. Der obere Endabschnitt des Leckageventils 202, der durch die Ventilfeder 205 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt wird, stößt an den unteren Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 201 an, wodurch Kraftstoff, der aus der Presskammer 186 näher zu dem Leckageventil 202 in den zweiten Leckagekanal 207 strömt, gesperrt wird.
Die öldichte Kammer 16 wird durch einen Raum gebildet, der durch den Abschnitt der Nadel um das untere Ende des Pressabschnitts 35, den unteren Abschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 12 und den Abschnitt des Düsenkörpers 15, der in den unteren Körper 10 hervorsteht, abgegrenzt ist.
Der Ventilzylinder 182, der im Wesentlichen zylindrisch ist und näher bei dem Stellglied 2 liegt als der Kolben mit großem Durchmesser 183 bei dem Stellglied 2 liegt, ist in der Hochdruckkammer 84 aufgenommen. Ferner ist eine Zylinderfeder 188 zwischen dem Ventilzylinder 182 und dem Kolben mit großem Durchmesser 183 angeordnet. Aufgrund der Zylinderfeder 188 wird der Ventilzylinder 182 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt, und der Kolben mit großem Durchmesser 183 wird zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt.
Der obere Endabschnitt des unteren Körpers 181 stößt an einen Abschnitt des unteren Endabschnitts des Ventilkörpers 190 an. Der untere Endabschnitt des Ventilkörpers 190 stößt ebenso an einen oberen Endabschnitt des Ventilzylinders 182 an, der durch die Zylinderfeder 188 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt wird. Eine im Wesentlichen zylindrische Ventilkammer 191 ist in dem Ventilkörper 190 ausgebildet. Ferner umfasst der Ventilkörper 190 ein Loch, das eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 191 und der Innenseite des Ventilzylinders 182 herstellt. Zudem umfasst der Ventilkörper 190 ein Loch, das eine Verbindung mit der Niedrigdruckkammer 4-b herstellt.
Ein Abschnitt des Steuerventilelements 192 ist in die Ventilkammer 191 eingesetzt. Das Steuerventilelement 192 wird durch den Ventilzylinder 182 gleitfähig gestützt. Der untere Endabschnitt des Steuerventilelements 192 liegt zu der Zylinderfeder 188 frei. Mit anderen Worten ist das Steuerventilelement 192 in dem Ventilkörper 190, dem Ventilzylinder 182 und der Zylinderfeder 188 aufgenommen.
Ein hervorstehender Abschnitt, der in die Zylinderfeder 188 hervorsteht, ist in der Mitte des oberen Endabschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet. Die Fläche des oberen Endabschnitts dieses hervorstehenden Abschnitts ist kleiner ausgebildet als die Fläche des unteren Endabschnitts des Steuerventilelements 192. Eine Ventilelementfeder 193 ist in einem Raum angeordnet, der zwischen der Zylinderfeder 188 und dem hervorstehenden Abschnitt ausgebildet, der an dem oberen Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist. Aufgrund der Ventilelementfeder 193 wird das Steuerventilelement 192 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt, und der Kolben mit großem Durchmesser 183 wird zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt.
Aus diesem Grund wird der Kolben mit großem Durchmesser 183 durch die Zylinderfeder 188 und die Ventilelementfeder 193 zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt, wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet. Daher trennt sich der untere Endabschnitt des Steuerventilelements 192 von dem hervorstehenden Abschnitt, der in der Mitte des oberen Endabschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist. Zudem stößt der untere Endabschnitt des Steuerventilelements 192 an dem hervorstehenden Abschnitt an, der in der Mitte des oberen Endabschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist, wenn sich das Stellglied 2 streckt.
Die vierte gemeinsame Mündung 189 ist in dem Kolben mit großem Durchmesser 183 angeordnet. Die vierte gemeinsame Mündung 189 kann die Innenseite der Ventilelementfeder 193 und die Steuerkammer 11 über den hervorstehenden Abschnitt, der an dem oberen Endabschnitt des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist, verbinden. Aus diesem Grund kann der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der in der Hochdruckkammer 184 gespeichert ist, über die vierte gemeinsame Mündung 189 und in die Steuerkammer 11 strömen, wenn der untere Endabschnitt des Steuerventilelements 192 sich von dem hervorstehenden Abschnitt getrennt hat, der in der Mitte des oberen Endabschnitts des Kolbens mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist.
Ferner ist eine fünfte Mittelkammer 194, die ein Strömungsweg ist, in den Kraftstoff strömt, in dem Steuerventilelement 192 angeordnet. Der untere Abschnitt der fünften Mittelkammer 194 ist an dem unteren Endabschnitt des Steuerventilelements 192 geöffnet und steht mit der Innenseite der Zylinderfeder 188 in Verbindung. Der obere Abschnitt der fünften Mittelkammer 194 ist durch eine fünfte äußere Mündung 195 mit der Ventilkammer 191 verbunden. Mit anderen Worten kann die Innenseite der Zylinderfeder 188 und die Ventilkammer 191 durch das Steuerventilelement 192 über die fünfte Mittelkammer 194 und die fünfte äußere Mündung 195 verbunden werden.
Die fünfte Mittelkammer 194 umfasst eine Kammer mit kleinem Durchmesser 196 und eine Kammer mit großem Durchmesser 197.
Der obere Abschnitt der Kammer mit kleinem Durchmesser 196 ist mit der fünften äußeren Mündung 195 verbunden, während der untere Abschnitt der Kammer mit kleinem Durchmesser 196 mit der Kammer mit großem Durchmesser 197 verbunden ist.
Die Kammer mit großem Durchmesser 197 ist mit einem größeren Innendurchmesser als die Kammer mit kleinem Durchmesser 196 ausgestaltet. Ein kleiner Öffnungsabschnitt, der zu der Kammer mit kleinem Durchmesser 196 geöffnet ist, ist an dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet. Ein großer Öffnungsabschnitt, der an dem unteren Endabschnitt des Steuerventilelements 192 geöffnet ist, ist an dem unteren Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet. Der freie Kolben 180, der in einer Richtung, die den kleinen Öffnungsabschnitt schließt, beweglich ist, ist innerhalb der Kammer mit großem Durchmesser 197 aufgenommen. Der äußere Durchmesser des oberen Endabschnitts des freien Kolbens 180 ist kleiner ausgestaltet als der äußere Durchmesser des unteren Endabschnitts des freien Kolbens 180. Hierbei ist die Fläche der oberen Endoberfläche des freien Kolbens 180 ausreichend ausgestaltet, um den kleinen Öffnungsabschnitt, der an den oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, zu sperren. Ferner ist die Fläche der unteren Endoberfläche des freien Kolbens 180 leicht kleiner ausgestaltet als die Querschnittsfläche der Kammer mit großem Durchmesser 197.
Eine Kolbenfeder 198 ist in dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des freien Kolbens 180 und der inneren Umfangsoberfläche der Kammer mit großem Durchmesser 197 angeordnet. Die Kolbenfeder 198 spannt den freien Kolben 180 zu dem Einspritzloch 19 vor, und wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, sperrt der freie Kolben 180 einen Abschnitt des großen Öffnungsabschnitts, der in dem unteren Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist.
Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, wird ein Spalt zwischen dem unteren Endabschnitts des freien Kolbens 180 und dem oberen Endabschnitt des hervorstehenden Abschnitts, der an dem Kolben mit großem Durchmesser 193 bereitgestellt ist, gebildet. Daher ist die Hochdruckkammer 184 durch den großen Öffnungsabschnitt, der in dem unteren Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, die fünfte Mittelkammer 194 und die fünfte äußere Mündung 195 mit der Ventilkammer 191 verbunden. Ferner ist die Hochdruckkammer 184 durch die fünfte gemeinsame Mündung 189 mit der Steuerkammer 11 verbunden.
Der Ansteuerübertragungszapfen 5 ist in das Loch eingesetzt, das in dem Ventilkörper 190 ausgebildet ist. Zwischen dem Ansteuerübertragungszapfen 5 und dem Loch, das in dem Ventilkörper 190 ausgebildet ist, wird ein Spalt gebildet. Der untere Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 stößt an den unteren Endabschnitt des Steuerventilelements 192 an. Der obere Endabschnitt des Ansteuerübertragungszapfens 5 steht aus dem Ventilkörper 190 hervor.
Der Aufbau des Ansteuerübertragungszapfens 5 und des Stellglieds 2 ist derselbe wie derjenige der oben beschriebenen Ausführungsform, so dass Erklärungen zu denselben zur Abkürzung ausgelassen werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau nimmt die Kammer mit großem Durchmesser 197, die in der fünften Mittelkammer 194 umfasst ist, den freien Kolben 180 auf, der sich in einer Richtung bewegt, die den kleinen Öffnungsabschnitt, der in dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, schließt. Wenn sich das Stellglied 2 in einem zusammengezogenen Zustand befindet, wie in 35A gezeigt ist, setzt das Steuerventilelement 192 auf dem oberen Abschnitt der Ventilkammer 191 auf, und somit wird die Niedrigdruckkammer 4b von der Ventilkammer 191 gesperrt. Während diesem Zustand wird der freie Kolben 180 durch die Kolbenfeder 198 zu dem Einspritzloch 19 vorgespannt, und der freie Kolben 180 sperrt nicht den kleinen Öffnungsabschnitt, der an dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist. Daher strömt der Kraftstoff in der Hochdruckkammer 184 durch den großen Öffnungsabschnitt, der an dem unteren Endabschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, in die Kammer mit großem Durchmesser 197, und dieser Kraftstoff strömt danach durch die Kammer mit kleinem Durchmesser 196 und die fünfte äußere Mündung 195 in die Ventilkammer 191.
Derweil strömt ebenso der Kraftstoff aus der Hochdruckkammer 184 durch die vierte gemeinsame Mündung 189, die in dem Kolben mit großem Durchmesser 183 ausgebildet ist, in die Steuerkammer 11. Aus diesem Grund nimmt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 zu und die Nadel 200 wird gegen das Einspritzloch 19 gedrückt. Daher erfährt die öldichte Kammer 16 einen Druck durch den Pressabschnitt 203 der Nadel 200, wodurch der Kolben mit großem Durchmesser 183 in Richtung des Stellglieds 2 gedrückt wird. Gleichzeitig stößt der obere Endabschnitt des Leckageventils 202, das durch die Ventilfeder 205 in Richtung des Stellglieds 2 vorgespannt wird, an dem unteren Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 201 an. Daher strömt der Kraftstoff in der Steuerkammer 11 nicht durch den ersten Leckagekanal 206 heraus in die Presskammer 186, die näher zu dem Leckageventil 202 liegt.
Hierbei wird angenommen, dass sich das Stellglied 2 streckt, wodurch bewirkt wird, dass der untere Endabschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 an dem oberen Endabschnitt des hervorstehenden Abschnitts, der an dem Kolben mit großem Durchmesser 183 bereitgestellt ist, anstößt. In diesem Fall verbindet das Steuerventilelement 192, wie in 35B gezeigt ist, die Niedrigdruckkammer 4b, die Ventilkammer 191 und die Steuerkammer 11 miteinander, während die Hochdruckkammer 184 von der Steuerkammer 11 gesperrt wird. Daher strömt der Kraftstoff in dem Steuerventilelement 192 durch die fünfte äußere Mündung 195 heraus in die Niedrigdruckkammer 4b, und der Kraftstoffdruck in dem Steuerventilelement 192 nimmt ab. Da dieser Druck abnimmt, bewegt sich der freie Kolben 180 in einer Richtung zum Schließen des kleinen Öffnungsabschnitts, der an dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, und während dieser Zeit nimmt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 ab.
Danach wird ein Strömen des Kraftstoffs in dem Steuerventilelement 192 durch die fünfte äußere Mündung 195 heraus in die Niedrigdruckkammer 4b gestoppt, sobald der freie Kolben 180 den kleinen Öffnungsabschnitt, der an dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, schließt, und ein Abnehmen des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 11 wird gestoppt. Aufgrund dessen kann der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 konstant gehalten werden, und der Bewegungsbetrag der Nadel in einer Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch 19 eingespritzt wird, kann begrenzt werden.
Wenn der Streckungsbetrag des Stellglieds 2 groß ist (eine hohe Geschwindigkeit der Öffnung der Nadel 200), erfährt der Kolben mit großem Durchmesser 183 einen Druck durch das Steuerventilelement 192, und die öldichte Kammer 16 erfährt einen Druck durch den Kolben mit großem Durchmesser 183. Aus diesem Grund drückt der Kraftstoff in der öldichten Kammer 16 gegen den Pressabschnitt 203, der mit der öldichten Kammer 16 in Kontakt steht, in Richtung des Stellglieds 2, und somit bewegt sich der Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 in Richtung des Stellglieds 2. Daher wird die Steuerkammer 11 durch den Kolbenabschnitt mit kleinem Durchmesser 201 unter Druck gesetzt, und der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 nimmt zu. Gleichzeitig sperrt der freie Kolben 180 den kleinen Öffnungsabschnitt, der an dem oberen Abschnitt der Kammer mit großem Durchmesser 197 ausgebildet ist, wodurch der Druck in der Steuerkammer 11 nicht in die Niedrigdruckkammer 4b freigesetzt wird. Derweil wird ein Spalt zwischen dem unteren Endabschnitt des Kolbenabschnitts mit kleinem Durchmesser 201 und dem oberen Endabschnitt des Leckageventils 202 geschaffen, da sich das Leckageventil 202 zu dem Einspritzloch 19 bewegt. Mit anderen Worten ist die Steuerkammer 11 durch den ersten Leckagekanal 206, diesen Spalt und den zweiten Leckagekanal 207 mit der Presskammer 186 verbunden. Daher kann der Kraftstoff in der Steuerkammer 11 durch den ersten Leckagekanal 206 und den zweiten Leckagekanal 207 heraus in die Presskammer 186 strömen, und somit kann der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 11 schnell abnehmen.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil, aufweisend; einen Körper (1, 10, 15, 160, 161, 181), der eine erste Kammer (30, 169, 184), die Kraftstoff mit einem ersten Druck zuführt, eine zweite Kammer (4-b), die Kraftstoff mit einem zweiten Druck zuführt, wobei der zweite Druck niedriger als der erste Druck ist, und ein Einspritzloch (19) umfasst; ein Ventilkammerelement (8, 170, 190), das eine Ventilkammer (3-b, 191) umfasst, wobei die Ventilkammer mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer verbindbar ist, ein Steuerkammerelement (13, 90, 110, 122), das eine Steuerkammer (11, 91, 111, 167) umfasst, wobei die Steuerkammer mit der ersten Kammer verbindbar ist, eine Nadel (17, 124, 200), wobei die Nadel einen Druck durch einen Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer in einer Richtung erfährt, die bewirkt, dass eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch gestoppt wird; ein Stellglied (2), das zum Strecken und Zusammenziehen angesteuert wird; ein Ventilelement (6, 123, 130, 140, 192), das die zweite Kammer von der Ventilkammer absperrt, und die erste Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander verbindet, wenn sich das Stellglied in einem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn das Stellglied gestreckt ist, um die zweite Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander zu verbinden und die erste Kammer von der Steuerkammer abzusperren; und einen Übertragungsmechanismus (12, 15, 86, 112, 120, 160, 183), der eine Kraft, die durch das gestreckte Stellglied erzeugt wird, und die bewirkt, dass das Ventilelement versetzt wird, als eine Kraft in einer Richtung auf die Nadel überträgt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, wobei ein Abschnitt der Nadel, der den Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer aufnimmt, eine Projektionsfläche bei Projektion in einer Bewegungsrichtung der Nadel aufweist, die kleiner als eine Projektionsfläche bei Projektion in der Bewegungsrichtung der Nadel von einem Abschnitt der Nadel ist, die in dem Einspritzloch freiliegt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Ventilvorspannelement (7, 171, 205), welches das Ventilelement zu der zweiten Kammer vorspannt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine gemeinsame Mündung (25, 189) in einem bestimmten Bauteil (12, 86, 112, 120, 183) des Übertragungsmechanismus ausgebildet ist, wobei die gemeinsame Mündung eine Menge des Kraftstoffs reguliert, der in die Steuerkammer strömt, und eine Menge des Kraftstoffs reguliert, der aus der Steuerkammer herausströmt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine äußere Mündung (24, 134, 173, 195) in dem Ventilelement ausgebildet ist, wobei die äußere Mündung eine Menge des Kraftstoffs reguliert, der aus der Steuerkammer in die Ventilkammer strömt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: einen Zylinder (9, 182), der zusammen mit dem Ventilkammerelement derart angeordnet ist, dass er das Ventilelement von der ersten Kammer trennt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Zylindervorspannelement (20, 188), das den Zylinder zu dem Ventilkammerelement vorspannt.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Übertragungsmechanismus einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, und einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183) umfasst, der einen Abschnitt der Nadel aufnimmt, wobei der Kolben an einer Endoberfläche der Nadel in Richtung des Stellglieds anstößt, wenn ein Bewegungsbetrag der Nadel in der Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, einen ersten vorbestimmten Betrag überschreitet, wobei der erste vorbestimmte Betrag niedriger als ein maximaler Bewegungsbetrag eingestellt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen Vergrößerungsmechanismus (51, 55) zwischen dem Stellglied und dem Ventilelement, wobei der Vergrößerungsmechanismus einen Versetzungsbetrag vergrößert, um den das Ventilelement aufgrund der Stellgliedstreckung versetzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, wobei der Vergrößerungsmechanismus einen Zapfen mit großem Durchmesser (55), der mit einem Endabschnitt des Stellglieds zu dem Einspritzloch verbunden ist, einen Unterstützungszylinder (53), der einen Abschnitt des Zapfens mit großem Durchmesser gleitfähig stützt, und einen Ventilelementkontaktzapfen (56), der in dem Unterstützungszylinder gleitfähig gestützt ist umfasst, wobei der Ventilelementkontaktzapfen beweglich ist, um das Ventilelement zu dem Einspritzloch zu drücken, wobei eine Versetzungsverstärkungskammer (50) durch den Unterstützungszylinder, den Zapfen mit großem Durchmesser und den Ventilelementkontaktzapfen gebildet wird, der Zapfen mit großem Durchmesser eine Antriebskraft von dem Stellglied über einen Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer auf den Ventilelementkontaktzapfen überträgt, und eine Fläche eines Abschnitts des Zapfens mit großem Durchmesser, der auf den Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer drückt, größer als eine Fläche ist, innerhalb welcher der Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer auf den Ventilelementkontaktzapfen drückt.
Controller, der das Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9 steuert, wobei daraufhin, dass der Bewegungsbetrag der Nadel in der Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, den ersten vorbestimmten Betrag überschreitet, der Controller den Kolben steuert, so dass der Bewegungsbetrag der Nadel aufgrund des Stellglieds, das angesteuert wird, um sich zu strecken und zusammenzuziehen, reguliert wird.
Controller nach Anspruch 10, wobei der Controller den Bewegungsbetrag der Nadel basierend auf dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer während einer ersten Stufeneinspritzung und einer letzten Stufeneinspritzung einer mehrstufigen Einspritzung reguliert, wobei die mehrstufige Einspritzung als eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen während einem Verbrennungszyklus einer Verbrennungsmaschine durchgeführt wird, und der Controller den Kolben steuert, der in einem Zustand des Anstoßens an die Endoberfläche der Nadel in Richtung des Stellglieds aufrechterhalten wird, um den Bewegungsbetrag der Nadel aufgrund des Stellglieds, das angesteuert wird, um sich zu strecken und zusammenzuziehen, während allen Einspritzungen der mehrstufigen Einspritzung außer der ersten Einspritzung und der letzten Einspritzung, zu regulieren.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Übertragungsmechanismus einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, und einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183), der zusammen mit der Nadel und dem Düsenkörper eine öldichte Kammer (16, 61, 72, 69, 168) bildet, umfasst, wobei der Kolben eine Antriebskraft des Stellglieds durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer auf die Nadel überträgt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, wobei eine Fläche eines Abschnitts des Kolbens, der auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer drückt, größer als eine Fläche eines Abschnitts der Nadel ist, die einen Druck erfährt durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer in der Richtung, die bewirkt, dass eine Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch gestoppt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Übertragungsmechanismus einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183), der einen Abschnitt der Nadel aufnimmt, und einen zweiten Zylinder (60), der in dem Kolben derart aufgenommen ist, dass er die Nadel umgibt, umfasst, wobei der zweite Zylinder zusammen mit der Nadel und dem Düsenkörper eine öldichte Kammer bildet, wobei der zweite Zylinder einen zweiten Zylinderendabschnitt in Richtung des Stellglieds umfasst, zwischen dem zweiten Zylinderendabschnitt und einer Oberfläche des Kolbens, die dem zweiten Zylinderendabschnitt zugewandt ist, ein erster Spalt (62) besteht, der Kolben eine Antriebskraft des Stellglieds durch einen Kraftstoff in der öldichten Kammer auf den zweiten Zylinder und die Nadel überträgt, wenn der erste Spalt besteht, und der Kolben und der zweite Zylinder die Antriebskraft des Stellglieds über einen Kraftstoff in der öldichten Kammer auf die Nadel übertragen, wenn der erste Spalt geschlossen ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 14, wobei ein Quotient, der durch Dividieren von i) einer Fläche eines Abschnitts des Kolbens, der auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer drückt, durch ii) eine Gesamtfläche von Abschnitten der Nadel und des zweiten Zylinders, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer erfahren, erhalten wird, größer als ein Quotient ist, der durch Dividieren von i) einer Gesamtfläche der Abschnitte des Kolbens und des zweiten Zylinders, die auf den Kraftstoff in der öldichten Kammer drücken, durch ii) eine Fläche des Abschnitts der Nadel, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer in Richtung des Stellglieds erfährt, erhalten wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Übertragungsmechanismus einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, einen dritten Zylinder (70), der durch den Düsenkörper gestützt wird, und einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183), der zusammen mit dem dritten Zylinder und dem Düsenkörper eine öldichte Kammer (16, 61, 72, 89, 168) bildet, umfasst, wobei der Kolben eine Antriebskraft des Stellglieds durch einen Kraftstoff in der öldichten Kammer auf den dritten Zylinder überträgt, und der dritte Zylinder an der Nadel anstößt, um die übertragene Antriebskraft auf die Nadel als eine Kraft in der Richtung zu übertragen, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 6 und 12 bis 15, ferner aufweisend: ein Kolbenvorspannelement (87), wobei das Ventilelement ein zweites Kammerverbindungselement (80), das die zweite Kammer von der Ventilkammer sperrt und die erste Kammer mit der Ventilkammer verbindet, wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn sich das Stellglied streckt, um die zweite Kammer mit der Ventilkammer zu verbinden, und ein erstes Kammerverbindungselement (81), das sich von dem zweiten Kammerverbindungselement trennt, wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, um die erste Kammer mit der Steuerkammer zu verbinden, und das an dem zweiten Kammerverbindungselement anstößt, wenn sich das Stellglied streckt, um die Ventilkammer mit der Steuerkammer zu verbinden, und die erste Kammer von der Steuerkammer zu sperren, umfasst, wobei der Übertragungsmechanismus einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, und einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183), der zusammen mit der Nadel und dem Düsenkörper eine öldichte Kammer (16, 61, 72, 69, 168) bildet, umfasst, wobei der Kolben eine Antriebskraft des Stellglieds durch das erste Kammerverbindungselement und das zweite Kammerverbindungselement überträgt, der Kolben durch das Kolbenvorspannelement in Richtung des Stellglieds vorgespannt ist, um an den ersten Kammerverbindungselement anzustoßen, das Steuerkammerelement einen Steuerkammerelementendabschnitt in Richtung des Stellglieds umfasst, und ein zweiter Spalt (89)zwischen dem Steuerkammerelementendabschnitt und einer Oberfläche des Kolbens, die dem Steuerkammerelementendabschnitt zugewandt ist, besteht, wenn der Kolben an dem ersten Kammerverbindungselement anstößt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 17, wobei eine Weite des zweiten Spalts zwischen dem Kolben und dem Steuerkammerelement größer als ein Wert ist, der berechnet wird durch Dividieren von i) einem maximalen Bewegungsbetrag der Nadel in der Richtung, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, durch ii) einen Quotienten, der erhalten wird, durch Dividieren einer Fläche eines Abschnitts des Kolbens, der auf einen Kraftstoff in der öldichten Kammer drückt, durch eine Fläche eines Abschnitts der Nadel, die einen Druck durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer in der Richtung erfährt, die bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 12 bis 18, wobei eine Endoberfläche des Steuerkammerelements in Richtung des Stellglieds in der Steuerkammer freiliegt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 19, wobei eine zweite äußere Mündung (113), die mit der ersten Kammer verbunden ist, bereitgestellt ist, wobei die zweite äußere Mündung während einem Anstoßzustand mit der Steuerkammer verbunden ist, und von der Steuerkammer abgesperrt ist, wenn der Anstoßzustand aufgehoben ist, wobei der Anstoßzustand vorliegt, wenn die Endoberfläche des Steuerkammerelements in Richtung des Stellglieds an einer gegenüberliegenden Oberfläche der Steuerkammer anstößt, und der Anstoßzustand aufgehoben ist, wenn sich das Steuerkammerelement zu dem Einspritzloch bewegt, und die zweite äußere Mündung der einzige Weg ist, durch den Kraftstoff in der Steuerkammer heraus in die erste Kammer strömt, wenn der Anstoßzustand aufgehoben ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 12 bis 20, wobei eine zweite gemeinsame Mündung (121) in Verbindung mit der ersten Kammer mit der Steuerkammer verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 12 bis 21, wobei das Ventilelement umfasst: einen Gleitabschnitt (132), der die erste Kammer, die Ventilkammer und die Steuerkammer miteinander verbindet, wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn sich das Stellglied streckt, um die erste Kammer von der Steuerkammer zu sperren und die Steuerkammer mit der Ventilkammer zu verbinden, und einen Sitzabschnitt (131), der in einer axialen Richtung beweglich ist während eine Endoberfläche des Gleitabschnitts in Richtung des Stellglieds anstößt, wobei der Sitzabschnitt die zweite Kammer von der Ventilkammer sperrt, wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, und eine Position ändert, wenn sich das Stellglied streckt, um die zweite Kammer mit der Ventilkammer zu verbinden.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 22, wobei eine äußere Mündung (134) in dem Gleitabschnitt ausgebildet ist, wobei die äußere Mündung eine Menge des Kraftstoffs, der von der Steuerkammer heraus in die Ventilkammer strömt, reguliert.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 22 oder 23, wobei der Übertragungsmechanismus umfasst: einen Düsenkörper (15, 160), der die Nadel gleitfähig stützt, und einen Kolben (12, 86, 112, 120, 183), der zusammen mit der Nadel und dem Düsenkörper eine öldichte Kammer (16, 61, 72, 89, 168) bildet, und der Kolben, das Steuerkammerelement und der Gleitabschnitt einteilig bereitgestellt sind.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei eine Oberfläche des Sitzabschnitts, der mit der Ventilkammer in Kontakt gelangt, wenn sich das Stellglied in dem zusammengezogenen Zustand befindet, als eine sphärische Oberfläche ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei der Gleitabschnitt und der Sitzabschnitt komplementär hervorstehende und vertiefte Abschnitte umfassen, die in einer konvex-konkaven Weise derart zueinander eingepasst sind, dass Oberflächen von dem Gleitabschnitt und dem Sitzabschnitt mit einem Spalt miteinander in Kontakt stehen.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 26, wobei eine Höhe des hervorstehenden Abschnitts von den komplementär hervorstehenden und vertieften Abschnitten größer als ein maximaler Bewegungsbetrag des Gleitabschnitts ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 12 bis 27, wobei eine äußere Mündung (24, 134, 173, 195) in dem Ventilelement ausgebildet ist, um eine Menge des Kraftstoffs, der von der Steuerkammer heraus in die Ventilkammer strömt, zu regulieren, und ein zweiter Kolben (180) in dem Ventilelement aufgenommen ist, wobei der zweite Kolben in einer Richtung zum Verhindern, dass Kraftstoff durch die äußere Mündung in die zweite Kammer strömt, beweglich ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 12 bis 28, wobei das Stellglied aus Piezoelementen gebildet ist.
Controller, der das Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 12 bis 29 steuert, wobei der Controller einen ersten Ladungssteuermodus und einen zweiten Ladungssteuermodus umfasst, die sich in einem Ladungsenergietiming unterscheiden, wobei das Ladungsenergietiming durch ein Erreichen einer erforderlichen Menge der Ladungsenergie ab einem Start des Ladens des Stellglieds, bis die Nadel bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, definiert ist, während dem ersten Ladungssteuermodus das Ladungsenergietiming derart eingestellt ist, dass es später als ein Druckabfallabschlusstiming ist, wobei das Druckabfallabschlusstiming vorliegt, wenn die Steuerkammer einem Druckabfall auf einen vorbestimmten Druck unterliegt, der erforderlich ist, damit die Nadel bewirkt, dass Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird, und während dem zweiten Ladungssteuermodus das Ladungsenergietiming derart eingestellt ist, dass es früher als ein Druckabfallabschlusstiming ist.
Controller nach Anspruch 30, wobei der erste Ladungssteuermodus derart ausgestaltet ist, dass er eine größere abschließende Ladungsenergie, die letztendlich an das Stellglied geladen wird, im Vergleich zu dem zweiten Ladungsmodus aufweist.
Controller nach Anspruch 30 oder 31, wobei der erste Ladungssteuermodus derart ausgestaltet ist, dass er im Vergleich zu dem zweiten Ladungssteuermodus ein früheres Verbindungsbetätigungsenergietiming aufweist, wobei das Verbindungsbetätigungsenergietiming vorliegt, wenn eine Verbindungsbetätigungsenergie, die für das Ventilelement erforderlich ist, um die Steuerkammer von der ersten Kammer abzusperren und die Ventilkammer mit der zweiten Kammer zu verbinden, erreicht wird.