DE102017109947A1

DE102017109947A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102017109947A1
Application number: DE102017109947.6A
Authority: DE
Inventors: Yoshiho UCHIYAMA; Yusuke Hongo; Tomoki FUJINO
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2037-05-10
Also published as: DE102017109947B9; DE102017109947B4

Abstract

Wenn in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (91) ein erstes Magnetfeld durch eine Spule (80) in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten (350) erzeugt wird, wird eine ein erstes bewegliches Element anziehende Kraft (Fm1_A) erzeugt die verursacht, dass ein Ventilelement (330) einen ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (255) öffnet. Darüber hinaus wird eine ein zweites bewegliches Element anziehende Kraft (Fm2_A) erzeugt, die verursacht, dass ein zweites bewegliches Element (362) einen zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (256) öffnet. Wenn andererseits ein zweites Magnetfeld durch die Spule in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten erzeugt wird, wird eine ein erstes bewegliches Element abstoßende Kraft (Fm1_R) erzeugt, die verursacht, dass das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt schließt. Darüber hinaus wird die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt, die verursacht, dass das zweite bewegliche Element den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet.

Description

HINTERGRUND
1 Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen.
2 Beschreibung des Stands der Technik
Die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer JP 2001227428 A (wird im Folgenden als Patentdokument 1 bezeichnet) offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung werden mit einer stufenweisen Bewegung einer Nadel Drücke in ersten und zweiten Druckkammern geändert, und erste und zweite Kolben werden stufenweise angehoben. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung werden nämlich die ersten und zweiten Kolben zusammen mit der Nadel angehoben; somit ist es möglich, die Bewegung der Nadel stufenweise zu steuern.
Mit der Konfiguration der in dem Patentdokument 1 offenbarten Kraftstoffeinspritzvorrichtung hängt die Verschiebung (oder die Bewegungsgröße von einer Anfangsposition) der Nadel zu einer Zwischenposition von der anziehenden Kraft eines Solenoids und ersten und zweiten Federkräften ab; die anziehende Kraft hängt von der Größenordnung eines elektrischen Stroms ab, der an das Solenoid angelegt wird. Deswegen kann eine Variation der Größenordnung des elektrischen Stroms eine Variation der Verschiebung der Nadel und somit eine Variation der Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verursachen.
Die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer JP H1077922 A (wird im Folgenden als Patentdokument 2 bezeichnet) offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die über eine Hin- und Herbewegung einer Nadel in einem Gehäuse bereitgestellte Sprühbohrungen öffnet und schließt, und dabei Kraftstoff in dem Gehäuse nach außen einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat einen Rückkehrfedermechanismus, dessen Rückkehrfederkraft erheblich gemäß der Verschiebung der Nadel geändert wird. Die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird durch Ändern eines an ein Solenoid angelegten elektrischen Stroms gesteuert.
Allgemein wird als thermischer Zyklus einer mittels Verdichtung zündenden Maschine wie z. B. einer Dieselmaschine mittlerer Geschwindigkeit oder hoher Geschwindigkeit der Diesel-Zyklus oder der Sabathe-Zyklus (Seiliger-Zyklus) eingesetzt. Der Diesel-Zyklus und der Sabathe-Zyklus haben einen Aufwärmprozess konstanten Volumens und einen Aufwärmprozess konstanten Drucks und weisen somit einen hohen thermischen Wirkungsgrad auf. Deswegen kann durch das Einsetzen des Diesel-Zyklus oder des Sabathe-Zyklus mehr kinetische Energie mit weniger Kraftstoff erhalten werden, und eine Kohlenstoffdioxidemission kann reduziert werden. Es ist anzumerken, dass sowohl der Diesel-Zyklus wie auch der Sabathe-Zyklus umweltfreundliche thermische Zyklen sind. Entsprechend ist es erwünscht, einen guten Verbrennungszustand mit dem Diesel-Zyklus oder dem Sabathe-Zyklus zu erzeugen und die Kraftstoffeinspritzrate genau zu steuern.
Darüber hinaus ist in dem Aufwärmprozess konstanten Volumens allgemein eine rechteckige Einspritzung eingesetzt. Hier bezeichnet der Begriff „rechteckige Einspritzung” eine Kraftstoffeinspritzung, in der Kraftstoff mit einer konstanten Kraftstoffeinspritzrate eingespritzt wird. In dem Aufwärmprozess konstanten Drucks folgend auf den Aufwärmprozess konstanten Volumens wird, falls die rechteckige Einspritzung eingesetzt ist, wenn der Kolben an dem obersten Totpunkt positioniert ist, der Druck in dem Zylinder erhöht; folglich kann die Lebensdauer der Maschine verringert werden. Falls darüber hinaus die rechteckige Einspritzung von dem Zeitpunkt fortgeführt wird, zu dem der Kolben an dem obersten Totpunkt positioniert ist, kann die Verbrennung nicht verbessert werden; folglich kann der Druck in dem Zylinder mit der Ausdehnung des Volumens in dem Zylinder abfallen, obwohl der thermische Zyklus sich in dem Aufwärmprozess konstanten Drucks befindet.
Entsprechend ist es notwendig, um einen guten Verbrennungszustand mit dem Diesel-Zyklus oder dem Sabathe-Zyklus zu erzeugen, die Kraftstoffeinspritzung zu einer Delta-Einspritzung umzuschalten, wenn der Kolben an dem obersten Totpunkt positioniert ist. Hier bezeichnet der Begriff „Delta-Einspritzung” eine Kraftstoffeinspritzung, in der Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate eingespritzt wird, die im Verhältnis zu der Zeit von null ansteigt.
Wenn mit der Konfiguration der in dem Patentdokument 2 offenbarten Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Größenordnung des an dem Solenoid angelegten elektrischen Stroms groß ist, ist entsprechend die elektromagnetische Kraft groß. Somit werden die Verringerungsrate des auf die Nadel wirkenden Drucks und die Hubgeschwindigkeit der Nadel hoch; folglich ist die Änderungsgröße der Kraftstoffeinspritzrate hoch. Mit anderen Worten, um die Änderungsgröße der Kraftstoffeinspritzrate zu erhöhen, ist es notwendig, die Größenordnung des elektrischen Stroms zu erhöhen; folglich ist der Verbrauch der elektrischen Leistung erhöht. Außerdem kann mit dem Anstieg des Verbrauchs der elektrischen Leistung die Spannung einer Batterie, die den elektrischen Strom zuführt, in einer kalten Umgebung oder aufgrund eines Versagens abfallen, wodurch verursacht wird, dass die Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung instabil wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Betrachtung der voranstehend erwähnten Probleme gemacht.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Bewegung einer Nadel stufenweise zu steuern und eine Variation der Verschiebung der Nadel und somit einer Variation der Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu reduzieren.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Steuerungsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzrate aufweist und eine stabile Steuerung davon in einer Brennkraftmaschine ermöglicht, die einen thermischen Zyklus mit einem Aufwärmprozess konstanten Drucks einsetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitgestellt, die ein mit einem Boden versehenes zylindrisches Gehäuse (10, 110, 210, 310), ein Scheibenelement (25, 125), ein Ventilelement (30, 130, 230, 330, 430, 530), eine Nadel (40, 140, 340), einen Magnet (50, 150), ein bewegliches Element (60, 160, 361, 362, 461, 462) und eine Spule (80, 181, 182) hat. Das Gehäuse weist eine Sprühbohrung (12) auf, die in einem vorderen Teil des Gehäuses ausgebildet ist, und durch die ein Kraftstoff eingespritzt wird. Das Gehäuse weist ebenfalls sowohl eine erste Druckkammer (19) wie auch eine zweite Druckkammer (20) auf, die in einem rückwärtigen Teil des Gehäuses so ausgebildet sind, dass Kraftstoff in die erste und zweite Druckkammer einströmen und aus dieser herausströmen kann. Das Scheibenelement ist in dem Gehäuse bereitgestellt und weist darin ausgebildet einen Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (251, 252, 253, 255, 256) auf, der sowohl mit der ersten wie auch der zweiten Druckkammer in Verbindung ist. Das Ventilelement ist in der ersten Druckkammer aufgenommen und konfiguriert, den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt zu öffnen und zu schließen, und dabei Steuerdrücke in der zweiten Druckkammer zu steuern. Die Nadel weist einen rückwärtigen Endabschnitt (402) auf, der in der zweiten Druckkammer empfangen wird. Die Nadel ist in dem Gehäuse hin- und herbeweglich so bereitgestellt, dass mit der Steuerung der Drücke in der ersten und der zweiten Druckkammer durch das Ventilelement die Nadel in einer axialen Richtung des Gehäuses bewegt wird, um die Sprühbohrung zu öffnen und zu schließen. Der Magnet ist in einem rückwärtigen Endabschnitt (105) des Gehäuses bereitgestellt und so magnetisiert, dass die Polaritäten der zwei Enden des Magneten in der axialen Richtung des Gehäuses zueinander entgegengesetzt sind. Das bewegliche Element ist in der ersten Druckkammer empfangen und in einer Öffnungs-/Schließrichtung des Ventilelements beweglich. Die Spule ist konfiguriert, um ausgewählt aufgrund eines beaufschlagt Werdens mit Energie ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten oder ein zweites Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten zu erzeugen. Darüber hinaus ist die erste Kraftstoffeinspritzvorrichtung so konfiguriert, dass: wenn das erste Magnetfeld durch die Spule erzeugt wird, eine anziehende Kraft eines beweglichen Elements (Fm_A) zwischen dem Magneten und dem beweglichen Element erzeugt wird, wodurch verursacht wird, dass das Ventilelement sich in die Öffnungsrichtung zusammen mit dem beweglichen Element bewegt; und wenn das zweite magnetische Feld durch die Spule erzeugt wird, eine Abstoßkraft des beweglichen Elements (Fm_R) zwischen dem Magneten und dem beweglichen Element erzeugt wird, wodurch verursacht wird, dass das Ventilelement sich in die Öffnungs-/Schließrichtung bewegt. Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Bewegung der Nadel lediglich durch Ändern der Richtung des durch die Spule erzeugten Magnetfelds stufenweise zu steuern. Darüber hinaus weist eine Variation der Größenordnung des auf die Spule angelegten elektrischen Stroms keinen Einfluss auf die Verschiebung der Nadel und somit keinen Einfluss auf die Kraftstoffeinspritzrate der ersten Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Folglich ist es ebenfalls möglich, eine Variation in der Verschiebung der Nadel und somit eine Variation in der Kraftstoffeinspritzrate zu reduzieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitgestellt, die ein mit einem Boden versehenes zylindrisches Gehäuse (10), ein Drucksteuerventil (25), eine Nadel (60), eine Spule (30), ein erstes drängendes Element (40), ein zweites drängendes Element (50) und zumindest einen Kragenabschnitt (252, 257, 258, 259, 352, 452, 552) hat. Das Gehäuse weist eine Sprühbohrung (12) auf, die in einem vorderen Teil des Gehäuses ausgebildet ist, und durch die Kraftstoff eingespritzt wird. Das Gehäuse weist ebenfalls eine Drucksteuerkammer (20) auf, die durch eine innere Oberfläche (18) eines rückwärtigen Teils des Gehäuses definiert ist, so dass Kraftstoff in die Drucksteuerkammer hinein und aus dieser heraus strömen kann. Das Drucksteuerventil ist in der Drucksteuerkammer empfangen und in der Lage, sich in einer Richtung eines Öffnens/Schließens der Drucksteuerkammer zu bewegen und dabei die Strömungsrate des aus der Drucksteuerkammer herausströmenden Kraftstoffs und somit den Druck in der Drucksteuerkammer zu steuern. Die Nadel ist hin- und herbeweglich so in dem Gehäuse aufgenommen, dass mit dem Öffnen/Schließen der Drucksteuerkammer durch das Drucksteuerventil die Nadel in einer axialen Richtung des Gehäuses gleitet, um die Sprühbohrung zu öffnen/schließen. Die Spule ist konfiguriert, um aufgrund eines versorgt Werdens mit elektrischer Leistung, ein Magnetfeld zu erzeugen, um das Drucksteuerventil in die Öffnungsrichtung anzuziehen. Das erste drängende Element ist bereitgestellt, um das Drucksteuerventil in die Schließrichtung zu drängen. Das zweite drängende Element ist bereitgestellt, um das Drucksteuerventil radial nach innen zu drängen. Das zweite drängende Element weist eine Berührungsoberfläche (53) auf, die Berührung mit einer Seitenwand (251) des Drucksteuerventils herstellt und mit einer Bewegung des Drucksteuerventils auf der Seitenwand gleitet. Der zumindest eine Kragenabschnitt ist auf der Seitenwand des Drucksteuerventils bereitgestellt und erstreckt sich von der Seitenwand so radial nach außen, dass, wenn zumindest ein Kragenabschnitt durch das zweite drängende Element gedrängt wird, eine Kraft (Fs2_p) in die Öffnungs-/Schließrichtung auf das Drucksteuerventil aufgebracht ist.
Mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration wird, wenn zumindest ein Kragenabschnitt mit dem zweiten drängenden Element in Berührung ist, die Kraft auf das Drucksteuerventil in der Öffnungs-/Schließrichtung angelegt, und es dadurch für das Drucksteuerventil einfacher gemacht, sich in die Öffnungs-/Schließrichtung zu bewegen. Folglich wird es für die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung einfacher, eine Delta-Einspritzung oder eine rechteckige Einspritzung durchzuführen. Darüber hinaus wird es ebenso möglich, die Kraftstoffeinspritzung durch die zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung von einer rechteckigen Einspritzung zu einer Delta-Einspritzung umzuschalten, und dabei die Steuerfähigkeit der Kraftstoffeinspritzrate der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu verbessern. Außerdem wird es mit der Verbesserung der Steuerfähigkeit der Kraftstoffeinspritzrate ebenfalls möglich, die Verbrennung zu verbessern und dabei zu unterdrücken, dass der Druck in dem Zylinder abfällt. Folglich wird es ebenfalls möglich, einen guten Verbrennungszustand mit dem Diesel-Zyklus oder dem Sabathe-Zyklus zu erzeugen.
Darüber hinaus wird es mit der auf das Drucksteuerventil in der Öffnungsrichtung angelegten Kraft für das Drucksteuerventil einfacher, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Folglich wird es möglich, die durch die Spule erzeugte magnetische Antriebskraft zu reduzieren, und somit möglich, die der Spule zugeführte elektrische Leistung zu reduzieren. Als Ergebnis wird es möglich, die Kraftstoffeinspritzrate der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung sogar stabil zu steuern, wenn die Spannung einer Batterie, die die elektrische Leistung zu der Spule zuführt, in einer kalten Umgebung oder aufgrund eines Versagens abfällt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird noch besser aus der ausführlichen Beschreibung verstanden werden, die im Folgenden gegeben wird, und von den anhängenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen, welche jedoch nicht verwendet werden sollten, um die vorliegende Erfindung auf die bestimmten Ausführungsformen zu begrenzen, sondern die lediglich zum Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
In den anhängenden Zeichnungen zeigt:
1 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils II aus 1, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils III aus 1, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
4 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um das erste Magnetfeld zu erzeugen, und eine Nadel von einer Anfangsposition davon nach rückwärts bewegt wurde;
5 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, und die Nadel von einer Anfangsposition davon nach rückwärts bewegt wurde;
6 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen, wenn eine anziehende Kraft eines beweglichen Elements zwischen dem Magneten und einem beweglichen Element erzeugt ist;
7 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen, wenn eine Abstoßkraft eines beweglichen Elements zwischen dem Magneten und dem beweglichen Element erzeugt ist;
8 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen, wenn die Abstoßkraft des beweglichen Elements zuerst erzeugt wird, und dann die anziehende Kraft des beweglichen Elements zwischen dem Magneten und einem beweglichen Element erzeugt wird;
9 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darstellen, wenn die anziehende Kraft des beweglichen Elements zuerst erzeugt wird, und dann die Abstoßkraft des beweglichen Elements zwischen dem Magneten und einem beweglichen Element erzeugt wird;
10 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
11 eine vergrößerte Ansicht eines Teils XI aus 10, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
12 eine vergrößerte Ansicht eines Teils XII aus 10, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten zu erzeugen;
13 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß eine dritten Ausführungsform;
14 eine vergrößerte Ansicht eines Teils XIV aus 13, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
15 eine vergrößerte Ansicht eines Teils XV aus 13, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
16 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
17 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
18 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
19 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt wird, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
20 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, die den Betrieb einer Drucksteuerscheibe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung darstellt;
21 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform darstellen, wenn das erste Magnetfeld durch die Spule erzeugt ist;
22 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform darstellen, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule erzeugt ist;
23 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform darstellen, wenn das zweite Magnetfeld zuerst erzeugt wird, und dann das erste Magnetfeld durch die Spule erzeugt wird;
24 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform darstellen, wenn das erste Magnetfeld zuerst erzeugt wird, und dann das zweite Magnetfeld durch die Spule erzeugt wird;
25 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
26 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
27 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform, wobei ein Ventilelement aufgrund des Erzeugens des ersten Magnetfelds in eine Öffnungsrichtung bewegt wird;
28 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
29 Zeitdiagramme, die die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform darstellen, wenn das erste Magnetfeld durch die Spule erzeugt ist;
30 eine Querschnittsansicht eines rückwärtigen Teils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
31 eine Querschnittsansicht des rückwärtigen Teils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
32 eine Querschnittsansicht des rückwärtigen Teils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
33 eine Querschnittsansicht des rückwärtigen Teils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform, wobei drängende Elemente in Berührung mit einem Anschlag platziert sind;
34 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform, wobei eine Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten zu erzeugen;
35 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform, wobei die Spule mit Energie beaufschlagt ist, um ein zweites Magnetfeld in der zu dem Magnetfeld des Magneten entgegengesetzten Richtung zu erzeugen;
36 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einer Ventilelementverschiebung Le und einer minimalen Strömungsdurchtrittsfläche Amin in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform darstellt;
37 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform;
38 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform;
39 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Modifikation der vierten Ausführungsform;
40 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der fünften Ausführungsform;
41 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der fünften Ausführungsform;
42 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der fünften Ausführungsform;
43 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer vierten Modifikation der fünften Ausführungsform;
44 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer fünften Modifikation der fünften Ausführungsform;
45 eine Querschnittsansicht einer anderen Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der fünften Modifikation der fünften Ausführungsform;
46 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform;
47 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
48 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 47;
49 eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform in einem Zustand, in dem Kraftstoff eingespritzt wird;
50 einen vergrößerte Ansicht eines Teils IV der 47;
51 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 50;
52 eine schematische Ansicht, die die Vortriebskraft eines Kragenabschnitts in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform darstellt;
53 eine schematische Ansicht, die ein Drucksteuerventil darstellt, das sich in einer Öffnungsrichtung bewegt, nachdem eine rückwärtige Oberfläche des Kragenabschnitts mit einem zweiten drängenden Element in Berührung geraten ist, in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform;
54 eine andere schematische Ansicht, die die Vortriebskraft des Kragenabschnitts in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform darstellt;
55 noch eine andere schematische Ansicht, die die Vortriebskraft des Kragenabschnitts in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform darstellt;
56 eine schematische Ansicht, die das Drucksteuerventil darstellt, das sich in eine Schließrichtung bewegt, nachdem eine vordere Oberfläche des Kragenabschnitts mit dem zweiten drängenden Element in Berührung geraten ist, in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform;
57 Zeitdiagramme, die den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zur Durchführung einer Delta-Einspritzung darstellen;
58 Zeitdiagramme, die den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform zur Durchführung einer rechteckigen Einspritzung darstellen;
59 eine schematische Ansicht, die den Sabathe-Zyklus darstellt, der einen Aufwärmprozess konstanten Drucks hat;
60(a) ein Zeitdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform darstellt, und (b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils XIVb aus 59, die auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der achten Ausführungsform angewendet ist;
61 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform;
62 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform;
63 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII in 62;
64 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform;
65 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der achten Ausführungsform;
66 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der achten Ausführungsform;
67 eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der achten Ausführungsform; und
68(a) ein Zeitdiagramm, das die Kraftstoffeinspritzrate einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellt, und (b) eine schematische Ansicht, die den Aufwärmprozess konstanten Drucks des Sabathe-Zyklus darstellt, der auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel angewendet wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf 1–68 beschrieben. Es sollte angemerkt werden, dass zum Zweck der Klarheit und des Verständnisses identische Bauteile, die identische Funktionen aufweisen, durch die gesamte Beschreibung, wo möglich, mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren bezeichnet wurden, und dass zum Zweck einer Vermeidung von Wiederholungen, Beschreibungen von identischen Bauteilen nicht wiederholt werden.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist entworfen, um an einem Zylinder einer Brennkraftmaschine (z. B. einer Dieselmaschine) montiert zu werden, um Kraftstoff, der in einer Common-Rail 90 unter hohem Druck gesammelt wird, in den Zylinder einzuspritzen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ein Gehäuse 10, ein Scheibenelement 25, ein Ventilelement (oder Solenoidventil) 30, eine Nadel 40, einen Magnet 50, ein bewegliches Element 60, einen Anschlag 70 und eine Spule (oder Solenoid) 80.
Das Gehäuse 10 weist eine mit Boden versehene zylindrische Form auf und ist aus einem Metallmaterial wie z. B. einem Kohlenstoffstahl hergestellt. Das Gehäuse 10 weist auf der Vorderseite eine Düsenkammer 11, eine Mehrzahl Sprühbohrungen 12 und einen Ventilsitz 13 auf. Darüber hinaus weist das Gehäuse auf der Rückseite Kraftstoffströmungsdurchtritte 14–18, eine erste Druckkammer 19 und eine zweite Druckkammer 20 auf.
Die Düsenkammer 11 ist durch eine innere Seitenoberfläche 101 des Gehäuses 10 und eine äußere Seitenoberfläche 401 der Nadel 40 definiert (oder ausgebildet) und ist mit dem Kraftstoffdurchtritt 16 in Verbindung.
Die Sprühbohrungen 12 sind in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses 10 ausgebildet. Die Gesamtöffnungsfläche der Sprühbohrungen 12 wird im Folgenden als Sprühbohrungsfläche Sh bezeichnet. Die Menge des pro Zeiteinheit über die Sprühbohrungen 12 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 eingespritzten Kraftstoffs stellt die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 dar. Darüber hinaus hängt die maximale Kraftstoffeinspritzrate Q_max der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 von der Sprühbohrungsfläche Sh ab.
Der Ventilsitz 13 ist um die Sprühbohrungen 12 in der Umfangsrichtung des Gehäuses 10 ausgebildet. Noch genauer ist der Ventilsitz 13 auf der Innenseite eines Bodenteils 102 des Gehäuses 10 als eine konische Bodenoberfläche ausgebildet.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 14 ist mit der Common-Rail 90 in Fluidverbindung und ist mit beiden Kraftstoffströmungsdurchtritten 15 und 16 in Verbindung.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 ist mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 16 ist mit der Düsenkammer 11 in Verbindung. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 weist ein Ende mit einem vorderen Teil der ersten Druckkammer 19 in einer radialen Richtung des Gehäuses 10 in Verbindung und das andere Ende mit einer rückwärtigen Teil der ersten Druckkammer 19 in einer axialen Richtung des Gehäuses 10 in Verbindung auf. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 weist einen L-förmigen Querschnitt auf. Die Querschnittsfläche des Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs wird im Folgenden als Druckkammerströmungsdurchtrittsfläche Ap bezeichnet.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 weist ein Ende mit der ersten Druckkammer 19 und das andere Ende mit dem Äußeren des Gehäuses 10 in Verbindung auf.
Jeder der ersten Kraftstoffströmungsdurchtritte 14–18 weist einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs auf. Darüber hinaus ist jeder der Kraftstoffströmungsdurchtritte 14–18 ausgebildet, um einen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen.
Die Querschnittsflächen der Kraftstoffströmungsdurchtritte 14–16 und 18 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs sind eingestellt, größer als die Druckkammerströmungsdurchtrittsfläche Ap zu sein.
Der Kraftstoff von der Common-Rail 90 wird zu der Düsenkammer 11 über Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 16 zugeführt. Die erste Druckkammer 19 ist auf der Rückseite der zweiten Druckkammer 20 ausgebildet. Die erste Druckkammer 19 ist durch eine erste Innenwand 103 des Gehäuses 10 definiert. Darüber hinaus ist die erste Druckkammer 19 so ausgebildet, dass der Kraftstoff von der Common-Rail 90 in die erste Druckkammer 19 hinein und aus dieser heraus strömen kann.
Die zweite Druckkammer 20 ist durch eine zweite Innenwand 104 des Gehäuses 10 definiert. Darüber hinaus ist die zweite Druckkammer 20 so ausgebildet, dass der Kraftstoff von der Common-Rail 90 in die zweite Druckkammer 20 hinein und aus dieser heraus strömen kann.
Zusätzlich sind in den Figuren Polygonlinien, die die erste und zweite Druckkammer 19 und 20 darstellen, teilweise zum Zweck der Vereinfachung ausgelassen.
Im Folgenden wird der Druck in der ersten Druckkammer 19 als erster Druck P1 bezeichnet, und der Druck in der zweiten Druckkammer 20 wird als ein zweiter Druck P2 bezeichnet.
Das Scheibenelement 25 ist zwischen den ersten und zweiten Druckkammern 19 und 20 bereitgestellt und weist einen Kraftstoffströmungsdurchtritt 251 darin ausgebildet auf. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 251 wird im Folgenden als Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 bezeichnet.
Der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 erstreckt sich zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer 19 und 20 und weist einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs auf. Darüber hinaus ist der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 ausgebildet, einen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen. Zusätzlich weist der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 ein Ende auf, das mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist, und das andere Ende, das mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung ist.
Das Ventilelement 30 ist in der ersten Druckkammer 19 empfangen. Das Ventilelement 30 hat ein stangenförmiges Vorderteil und ein scheibenförmiges Rückteil. Das Ventilelement 30 weist einen T-förmigen Querschnitt auf. Das Ventilelement 30 ist bereitgestellt, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu öffnen und zu schließen und dabei den ersten Druck P1 und den zweiten Druck P2 zu steuern.
Im Folgenden wird die Richtung, in die das Ventilelement 30 zum Öffnen des Scheibenelementkraftstoffströmungspfads 251 bewegt wird, als Öffnungsrichtung bezeichnet; die Richtung, in die das Ventilelement 30 bewegt wird, um den Scheibenelementkraftstoffströmungspfad 251 zu schießen, wird als Schließrichtung bezeichnet. Darüber hinaus stellt in der Beschreibung der Bewegung des Ventilelements 30 die Öffnungsrichtung eine positive Richtung dar, während die Schließrichtung eine negative Richtung darstellt. Darüber hinaus wird die Verschiebung (oder die Größe der Bewegung) des Ventilelements 30 von einer Anfangsposition davon in der Öffnungsrichtung im Folgenden als Ventilelementverschiebung Le bezeichnet. Zusätzlich schließt das Ventilelement 30 an der Anfangsposition den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251, wie aus 1 ersichtlich ist.
Wenn das Ventilelement 30 in der Öffnungsrichtung bewegt wird, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu öffnen, ist dort ein Kraftstoffströmungsdurchtritt 301 (siehe 2–5) zwischen dem Ventilelement 30 und einer rückwärtigen Endoberfläche 254 des Scheibenelements 25 ausgebildet. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 301 wird im Folgenden als Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt bezeichnet. Der Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301 weist in der Seitenansicht eine zylindrische Form auf.
Der Kraftstoff in der Common-Rail 90 wird zu der zweiten Druckkammer 20 über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 15 zugeführt. Der zu der zweiten Druckkammer 20 zugeführte Kraftstoff strömt über den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251, den Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301 und den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 zu der ersten Druckkammer 19. Darüber hinaus strömt der Kraftstoff, der in die erste Druckkammer 19 geströmt ist, aus dem Gehäuse 10 über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 heraus.
Die Menge des von der zweiten Druckkammer 20 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 strömenden Kraftstoffs hängt von dem Minimalwert der Querschnittsflächen des Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 251, dem Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301, dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 und dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs ab. Der Minimalwert wird im Folgenden als Minimalströmungsdurchtrittsfläche Amin bezeichnet.
Die Nadel 40 ist hin- und her beweglich in dem Gehäuse 10 vorgesehen. Die Nadel 40 weist einen rückseitigen Endabschnitt 402 auf, der in der zweiten Druckkammer 20 empfangen ist. Darüber hinaus weist die Nadel 40 eine Druckempfangsoberfläche 41 an der Vorderseite und eine Rückdruckoberfläche 42 an der Rückseite auf. Zusätzlich ist an der Rückseite der Nadel 40 eine Nadelfeder 43 bereitgestellt.
Die Druckempfangsoberfläche 41 ist zu der Düsenkammer 11 gerichtet und empfängt von dem Kraftstoff in der Düsenkammer 11 einen Druck in Richtung der Öffnung der Sprühbohrungen 12. Die Rückdruckoberfläche 42 ist zu der zweiten Druckkammer 20 gerichtet und empfängt von dem Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 den zweiten Druck P2 in der Richtung des Schließens der Sprühbohrungen 12.
Die Nadelfeder 43 ist zwischen dem Scheibenelement 25 und der Rückdruckoberfläche 42 bereitgestellt, um die Nadel 40 in die Richtung zum Schließen der Sprühbohrungen 12 zu drängen. Die drängende Kraft, die durch die Nadelfeder 43 auf die Nadel 40 aufgebracht wird, wird im Folgenden als Nadeldrängkraft Fs_n bezeichnet.
Mit der Steuerung des ersten Drucks P1 durch das Ventilelement 30 wird die Nadel 40 in der axialen Richtung des Gehäuses 10 bewegt, um die Sprühbohrungen 12 zu öffnen und zu schließen. Die Verschiebung (oder das Bewegungsausmaß) der Nadel 40 von einer Anfangsposition davon in der Richtung des Öffnens der Sprühbohrungen 12, wird im Folgenden als Nadelverschiebung Ln bezeichnet. Zusätzlich schließt an der Anfangsposition die Nadel 40 die Sprühbohrungen 12, wie aus 1 ersichtlich ist.
In der vorliegenden Ausführungsform fällt die Richtung, in der die Nadel 40 bewegt wird, um die Sprühbohrungen 12 zu öffnen, mit der Öffnungsrichtung des Ventilelements 30 zusammen; die Richtung, in der die Nadel 40 bewegt wird, um die Sprühbohrungen 12 zu schießen, fällt mit der Schließrichtung des Ventilelements 30 zusammen.
Die Nadel 40 schließt die Sprühbohrungen 12 aufgrund eines auf dem Ventilsitz 13 ruhenden vorderen Endabschnitts 403 der Nadel 40. Im Gegensatz öffnet die Nadel 40 die Sprühbohrungen 12 aufgrund des von dem Ventilsitz 13 abgehoben werdenden vorderen Endabschnitts 403 der Nadel 40. Zusätzlich wird aufgrund des Öffnens der Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 40 der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt.
Der Magnet 50 ist an einem rückwärtigen Endabschnitt 105 des Gehäuses 10 befestigt. Der Magnet 50 ist so magnetisiert, dass die Polaritäten der zwei Enden des Magneten 50 in der axialen Richtung des Gehäuses 10 einander gegenüberliegen. Wie z. B. in 1–5 ersichtlich ist, ist ein vorderes Teil des Magneten 50 in einem N-Pol magnetisiert, während ein rückwärtiges Teil des Magneten 50 in einem S-Pol magnetisiert ist. Zusätzlich ist in 1–5 der Magnet 50 mit Punkten gefüllt gezeigt, um deutlich von den anderen Elementen unterscheidbar zu sein.
Der Magnet 50 ist durch einen Permanentmagneten implementiert, doch genauer durch einen Neodym-Magneten. Der Neodym-Magnet ist aus einem gesinterten Körper ausgebildet, dessen Hauptbestandteile Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B) sind. Darüber hinaus ist der gesinterte Körper aus Kristallkörnern bestimmt und spröd, da das Rutschen der Kristalle klein ist.
An dem vorderen Ende des Magneten 50 befindet sich ein festes Element 51, das mit dem Magneten 50 gefügt ist. Darüber hinaus ist zwischen dem festen Element 51 und dem Ventilelement 30 eine Ventilelementfeder 52 bereitgestellt, um das Ventilelement 30 in die Schießrichtung zu drängen. Die drängende Kraft, die durch die Ventilelementfeder 52 auf das Ventilelement 30 aufgebracht wird, wird im Folgenden als Ventilelementdrängkraft Fs_e bezeichnet.
Das bewegliche Element 60 weist eine hohle zylindrische Form auf und ist aus einem magnetischen Material hergestellt. Das bewegliche Element 60 ist radial innerhalb der Spule 80 angeordnet, um als Spulenkern zu wirken. Das magnetische Material, aus dem das bewegliche Element 60 hergestellt ist, kann z. B. ein Chromlagerstahl mit hohem Kohlenstoffanteil sein. Mit der Verwendung des Chromlagerstahls mit hohem Kohlenstoffanteil ist es möglich, durch eine Wärmebehandlung eine hohe Festigkeit zu erlangen.
Das bewegliche Element 60 ist in einer ersten Druckkammer 19 empfangen und zwischen dem Magneten 50 und dem Ventilelement 30 angeordnet. In einem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1, in dem das Ventilelement 30 den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 schließt, wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Spalt zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 ausgebildet.
Darüber hinaus empfängt das bewegliche Element 60 sowohl das feste Element 51 wie auch die Ventilelementfeder 52 darin. Das bewegliche Element 60 ist sowohl in die Öffnungs- wie auch Schließrichtungen des Ventilelements 30 beweglich.
Darüber hinaus weist das bewegliche Element 60 einen ersten Flanschabschnitt 61, der an seinem rückwärtigen Ende ausgebildet ist, und einen zweiten Flanschabschnitt 62, der an seinem vorderen Ende ausgebildet ist, auf. Jeder der ersten und zweiten Flanschabschnitte 61 und 62 erstreckt sich von der radial inneren Seite zu der radial äußeren Seite und weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 10 auf.
Der Anschlag 70 weist eine hohle zylindrische Form auf und ist aus einem nicht magnetischen Material hergestellt. Der Anschlag 70 ist in der Lage, mit dem beweglichen Element 60 in Eingriff zu geraten und dabei die Bewegung des beweglichen Elements 60 anzuhalten.
Der Anschlag 70 ist in der ersten Druckkammer 19 aufgenommen und zwischen dem Magneten 50 und dem Ventilelement 30 angeordnet.
Darüber hinaus empfängt der Anschlag 70 das bewegliche Element 60 darin und weist an seinem rückwärtigen Ende eine Eingriffaussparung 71 ausgebildet auf.
Die Eingriffaussparung 71 berührt den ersten Flanschabschnitt 61 des beweglichen Elements 60 und gerät somit damit in Eingriff. Während der Bewegung des beweglichen Elements 60 wird der erste Flanschabschnitt 61 in die Eingriffaussparung 71 bewegt.
Mit der Bewegung des beweglichen Elements 60 in die Öffnungsrichtung wird der erste Flanschabschnitt 61 des beweglichen Elements 60 in Berührung mit dem Magneten 50 gebracht, und der zweite Flanschabschnitt 62 des beweglichen Elements 60 wird mit dem Anschlag 70 in Berührung gebracht. Folglich wird das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten.
Mit der Bewegung des beweglichen Elements 60 in die Schließrichtung wird der erste Flanschabschnitt 61 des beweglichen Elements 60 in Berührung mit einer Bodenoberfläche der Eingriffaussparung 71 des Anschlags 70 gebracht. Folglich wird das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten.
Die Spule 80 ist in dem rückwärtigen Endabschnitt 105 des Gehäuses 10 bereitgestellt. Die Spule 80 hat eine Haspel und eine um die Haspel gewickelte Wicklung. Wenn die Spule 80 mit Energie beaufschlagt ist (oder mit elektrischen Strom versorgt wird), werden ein erstes Magnetfeld oder ein zweites Magnetfeld in dem Ventilelement 30 und dem beweglichen Element 60 erzeugt.
Wie aus 2 ersichtlich ist, insbesondere wenn elektrischer Strom auf die Spule 80 in einer positiven Richtung angelegt wird, wird das erste Magnetfeld erzeugt. Das erste Magnetfeld magnetisiert einen rückwärtigen Teil des beweglichen Elements 60 in einen S-Pol; ein vorderes Teil des beweglichen Elements 60 in einen N-Pol; ein rückwärtiges Teil des Ventilelements 30 in einen S-Pol; und ein vorderes Teil des Ventilelements 30 in einen N-Pol. Das erste Magnetfeld liegt nämlich in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 50. Zusätzlich ist die Wickelrichtung der Spule 80 so eingestellt, dass sie das erste Magnetfeld aufgrund der Anlegung des elektrischen Stroms in der positiven Richtung erzeugt.
Aufgrund der Erzeugung des ersten Magnetfelds wird eine das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und eine das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A verursacht, dass der Magnet 50 und das bewegliche Element 60 aneinander angehaftet sind. Die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A ist eingestellt, größer als die das Ventilelement drängende Kraft Fs_e zu sein; somit haften das Ventilelement 30 und das bewegliche Element 60 ebenfalls aneinander an. Folglich wird das Ventilelement 30 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt, und bildet dabei den Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301 zwischen dem Ventilelement 30 und der rückseitigen Endoberfläche 254 des Scheibenelements 25 aus.
Wie aus 3 ersichtlich ist, wenn andererseits elektrischer Strom in einer negativen Richtung auf die Spule 80 angelegt wird, die entgegengesetzt zu der positiven Richtung liegt, wird das zweite Magnetfeld erzeugt. Das zweite Magnetfeld magnetisiert das rückwärtige Teil des beweglichen Elements 60 in einen N-Pol; das vordere Teil des beweglichen Elements 60 in einen S-Pol; das rückwärtige Teil des Ventilelements 30 in einen N-Pol; und das vordere Teil des Ventilelements 30 in einen S-Pol. Das zweite Magnetfeld liegt nämlich in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 50. Zusätzlich ist die Wickelrichtung der Spule 80 so eingestellt, dass sie das zweite Magnetfeld aufgrund der Anlegung von elektrischem Strom in der negativen Richtung erzeugt.
Aufgrund der Erzeugung des zweiten Magnetfelds wird eine das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R drängt das bewegliche Element 60 in die Schließrichtung; jedoch wird das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten (oder abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A verursacht, dass das Ventilelement 30 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, bis das Ventilelement 30 mit dem beweglichen Element 60 in Berührung gerät. Folglich haftet das Ventilelement 30 an dem beweglichen Element 60 an, und bildet den Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301 zwischen dem Ventilelement 30 und der rückseitigen Endoberfläche 254 des Scheibenelements 25 aus.
Wenn darüber hinaus das zweite Magnetfeld nach der Erzeugung des ersten Magnetfelds erzeugt wird, werden das bewegliche Element 60 und das Ventilelement 30 zusammen in die Schließrichtung bewegt. Die Bewegung des beweglichen Elements 60 und des Ventilelements 30 in die Schließrichtung wird aufgrund des in Berührung Geratens mit dem Anschlag 70 durch das bewegliche Element 60 angehalten.
Wenn im Gegensatz dazu, das erste Magnetfeld nach der Erzeugung des zweiten Magnetfelds erzeugt wird, werden das bewegliche Element 60 und das Ventilelement 30 zusammen in die Öffnungsrichtung bewegt. Die Bewegung des beweglichen Elements 60 und des Ventilelements 30 in die Öffnungsrichtung wird aufgrund des mit dem Magneten 50 in Berührung Geratens des beweglichen Elements 60 angehalten.
Wenn darüber hinaus das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie nach der Erzeugung des ersten Magnetfelds oder des zweiten Magnetfelds unterbrochen wird, wird das Ventilelement 30 durch die das Ventilelement drängende Kraft Fs_e in die Schließrichtung bewegt. Folglich wird das Ventilelement 30 mit der rückseitigen Endoberfläche 254 des Scheibenelements 25 in Berührung gebracht, und der Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt 301 geschlossen.
Im Folgenden wird der Abstand, um den das Ventilelement 30, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt wird, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in die Öffnungsrichtung bewegt wird, als Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit bezeichnet; der Abstand, um den das Ventilelement 30, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt wird, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bewegt wird, wird als Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit bezeichnet.
Darüber hinaus wird die Querschnittsfläche des Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 251 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs als Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac bezeichnet; die Querschnittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts 301 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs, wenn sowohl die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A erzeugt werden, wird als Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit bezeichnet; die Querschnittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts 301 rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs, wenn sowohl die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A erzeugt werden, wird als Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Druckkammerströmungsdurchtrittsfläche Ap eingestellt, größer als jedes aus der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac, der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit und der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit zu sein. Deswegen ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die kleinste aus der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac, der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit und der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit dargestellt.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac eingestellt, größer als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit und kleiner als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit zu sein. Deswegen ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac dargestellt, wenn sowohl die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A erzeugt werden, und durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit, wenn sowohl die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R wie auch die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A erzeugt werden.
Als nächstes wird der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zurück zu 1, wird in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 Kraftstoff von der Common-Rail 90 über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 15 zu der zweiten Druckkammer 20 zugeführt. Zu der gleichen Zeit wird der Kraftstoff auch von der Common-Rail 90 über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 16 zu der Düsenkammer 11 zugeführt.
Im Folgenden bezeichnet Fp_n die gesamte auf die Rückdruckoberfläche 42 der Nadel 40 durch den zweiten Druck P2 aufgebrachte Kraft. Fp_b bezeichnet die gesamte auf die Druckempfangsoberfläche 41 der Nadel 40 durch den Kraftstoff in der Düsenkammer 11 aufgebrachte Kraft.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist der folgende Verhältnisausdruck (1) erfüllt. Deswegen ist die Nadel 40 in Berührung mit dem Ventilsitz 13 platziert, und die Sprühbohrungen 12 geschlossen.
Darüber hinaus ist in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der folgende Verhältnisausdruck (2) ebenfalls erfüllt. Deswegen wird das Ventilelement 30 durch die Ventilelementfeder 52 gedrängt, die den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 schließt. Fp_n + Fs_n > Fp_b (1) Fs_e > 0 (2)
4 stellt den Fall dar, in dem die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit Energie beaufschlagt ist, um das erste Magnetfeld zu erzeugen, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 50 liegt. In diesem Fall wird die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Durch die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A wird das bewegliche Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt und haftet an dem Magneten 50 an. Darüber hinaus ist der folgende Verhältnisausdruck (3) erfüllt. Deswegen wird das Ventilelement 30 ebenfalls in der Öffnungsrichtung bewegt und haftet an dem beweglichen Element 60 an. Folglich ist der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, was dem Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 gestattet, auszuströmen.
Wie aus dem folgenden Verhältnisausdruck (4) ersichtlich ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac eingestellt, kleiner als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit zu sein. Deswegen ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac dargestellt. Fe_A > Fs_e (3) Ag_A > Ac (4)
Da der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 ausströmt, fällt der zweite Druck P2 ab, und somit wird die gesamte auf die Rückdruckoberfläche 42 durch den zweiten Druck P2 aufgebrachte Kraft Fp_n verringert. Folglich ist der folgende Verhältnisausdruck (5) erfüllt. Dann wird die Nadel 40 von dem Ventilsitz 13 abgehoben, und öffnet die Sprühbohrungen 12. Folglich wird der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt. Zusätzlich wird die Verschiebung der Nadel 40, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, im Folgenden als Nadelverschiebung Ln_A zur Anziehungszeit bezeichnet. Fp_n + Fs_n < Fp_b (5)
5 stellt den Fall dar, in dem die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit Energie beaufschlagt ist, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 50 liegt. In diesem Fall wird die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R drängt das bewegliche Element 60 in die Schließrichtung; jedoch wird das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten (oder abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Darüber hinaus ist in diesem Fall der voranstehend erwähnte Verhältnisausdruck (3) ebenfalls erfüllt. Deswegen wird das Ventilelement 30 in die Öffnungsrichtung bewegt und haftet an das bewegliche Element 60 an. Folglich wird der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, was es dem Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 gestattet, auszuströmen.
Wie aus dem folgenden Verhältnisausdruck (6) ersichtlich ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac eingestellt, größer als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit zu sein. Deswegen ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit dargestellt. Ac > Ag_R (6)
Da der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 ausströmt, fällt der zweite Druck P2 ab und somit wird die gesamte auf die Rückdruckoberfläche 42 durch den zweiten Druck P2 aufgebrachte Kraft Fp_n verringert. Folglich ist der voranstehend erwähnte Verhältnisausdruck (5) erfüllt. Dann wird die Nadel 40 von dem Ventilsitz 13 abgehoben, und die Sprühbohrungen 12 geöffnet. Folglich wird der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt. Zusätzlich wird die Verschiebung der Nadel 40, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, im Folgenden als Nadelverschiebung Ln_R zur Abstoßzeit bezeichnet.
Die Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit ist um die Verschiebung (oder das Bewegungsausmaß) des beweglichen Elements 60 in die Öffnungsrichtung, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, kleiner als die Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit. Deswegen ist die Größe (oder der Prozentsatz) der Verringerung des zweiten Drucks P2, wenn die das zweite Element abstoßende Kraft Fm_R von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, kleiner als die, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A von dem Anfangszustand erzeugt wird. Folglich ist die Nadelverschiebung Ln_R zur Abstoßzeit kleiner als die Nadelverschiebung Ln_A zur Anziehungszeit. Die Nadelverschiebung Ln ändert sich nämlich abhängig davon, ob die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A oder die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt wird.
Entsprechend ist es in der vorliegenden Ausführungsform für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 möglich, die Nadelverschiebung Ln durch ausgewähltes Erzeugen der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A oder das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R zu ändern. Darüber hinaus wird mit der Änderung der Nadelverschiebung Ln die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S ebenfalls geändert. Hier bezeichnet die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S die minimale Querschnittsfläche des Strömungsdurchtritts, durch den Kraftstoff von der Düsenkammer 11 zu den Sprühbohrungen 12 strömt. Folglich ist es für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 möglich, die Kraftstoffeinspritzrate Q zu ändern.
Die Kraftstoffeinspritzrate Q kann z. B. durch den folgenden Verhältnisausdruck (7) ausgedrückt werden. Hier ist C der Strömungskoeffizient, der eine von der Struktur abhängige, dimensionslose Zahl ist. ΔP ist der Druckunterschied zwischen dem Kraftstoff in der Düse 11 und dem von der Common-Rail 90 zugeführten Kraftstoff. ρ ist die Kraftstoffdichte. Zusätzlich kann die Kraftstoffdichte ρ als konstant betrachtet werden, da der Kraftstoff ein inkompressibles Fluid ist. Q = C × S × √(2 × ΔP/ρ) (7)
Die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird im Folgenden in unterschiedlichen Fällen mit Bezug auf 6–9 erläutert.
Zuerst wird mit Bezug auf 6 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird.
Wie aus 6(a)–(b) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t10 die Energiebeaufschlagung der Spule 80 so begonnen, dass elektrischer Strom in der positiven Richtung auf die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt. Somit wird der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, und die Ventilelementverschiebung Le wird erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t11 berührt das bewegliche Element 60 den Magneten 50, und somit werden sowohl das bewegliche Element 60 wie auch das Ventilelement 30 angehalten, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich zu der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t11 zu einem Zeitpunkt t15 wird die Ventilelementverschiebung Le an der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit konstant gehalten. Da die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac kleiner als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ab.
Zu dem Zeitpunkt t15 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnen das bewegliche Element 60 und das Ventilelement 30 sich in die Schließrichtung zu bewegen, wodurch sich die Ventilelementverschiebung Le verringert.
Zu einem Zeitpunkt t16 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollständig. Somit wird die Ventilelementverschiebung Le null, und der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 wird durch das Ventilelement 30 geschlossen.
Wie aus 6(c)–(d) ersichtlich ist, ist zu einem Zeitpunkt t12 nach dem Zeitpunkt t11 der Verhältnisausdruck (5) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40 sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln erhöht, und somit wird die Düsenkammer 11 geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S erhöht, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q anzusteigen.
Zu einem Zeitpunkt t13 wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S größer als oder gleich der Sprühbohrungsfläche Sh, und somit erreicht die Kraftstoffeinspritzrate Q eine maximale Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t13 zu dem Zeitpunkt t16 wird die Kraftstoffeinspritzrate Q konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu einem Zeitpunkt t14 erreicht die Nadelverschiebung Ln eine maximale Nadelverschiebung Ln_max.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Nadelverschiebung Ln oder die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S so eingestellt, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S größer als oder gleich der Sprühbohrungsfläche Sh wird, wenn die Nadelverschiebung Ln kleiner als die maximale Nadelverschiebung Ln_max ist. Jedoch kann die Nadelverschiebung Ln oder die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S ebenfalls so eingestellt sein, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S gleich der Sprühbohrungsfläche Sh wird, wenn die Nadelverschiebung Ln die maximale Nadelverschiebung Ln_max erreicht.
Von dem Zeitpunkt t14 zu dem Zeitpunkt t16 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t16 ist der Verhältnisausdruck (1) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln verringert, und somit die Düsenkammer 11 geschlossen. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S verringert, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q sich zu verringern.
Zu einem Zeitpunkt t17 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 40 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, was die Kraftstoffeinspritzung beendet.
Wie voranstehend beschrieben wurde, ist es in dem Fall, in dem die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, möglich, eine rechteckige Einspritzung durchzuführen, in der die Kraftstoffeinspritzrate Q für den Zeitraum von dem Zeitpunkt t13 zu dem Zeitpunkt t16 an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max konstant gehalten ist.
Als nächstes wird mit Bezug auf 7 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird.
Wie aus 7(a)–(b) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t20 das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom in der negativen Richtung an die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 in die Öffnungsrichtung bewegt, während das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten wird. Somit wird der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, und die Ventilverschiebung Le wird erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t21 gerät das Ventilelement 30 mit dem beweglichen Element 60 in Berührung, und wird dabei angehalten, sich in der Öffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich der Ventilverschiebung Le_R zur Abstoßzeit.
Von dem Zeitpunkt t21 zu einem Zeitpunkt t23 wird die Ventilelementverschiebung Le konstant an der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit gehalten. Da die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit kleiner als die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 herausströmenden Kraftstoffs von der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit ab.
Zu dem Zeitpunkt t23 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das Ventilelement 30 das Bewegen in die Schließrichtung, was die Ventilelementverschiebung Le verringert.
Zu einem Zeitpunkt t24 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollendet. Somit wird die Ventilelementverschiebung Le null, und der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 wird durch das Ventilelement 30 geschlossen.
Wie aus 7(c)–(d) ersichtlich ist, ist zu einem Zeitpunkt t22 nach dem Zeitpunkt t21 der Verhältnisausdruck (5) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40, sich in der Öffnungsrichtung zu bewegen. Da in diesem Fall die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 herausströmenden Kraftstoffs durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit begrenzt ist, wir die Nadelverschiebung Ln allmählich erhöht, und somit die Düsenkammer 11 allmählich geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S allmählich erhöht, und somit wird auch die Kraftstoffeinspritzrate Q allmählich erhöht.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S so eingestellt, dass sie kleiner als die Sprühbohrungsfläche Sh ist, wenn die Ventilelementverschiebung Le gleich der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit ist.
Zu dem Zeitpunkt t24 ist der Verhältnisausdruck (1) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln verringert, und somit wird die Düsenkammer 11 geschlossen. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S verringert, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q sich zu verringern.
Zu einem Zeitpunkt t25 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 40 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Wie voranstehend beschrieben wurde, ist es in dem Fall, in dem die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, möglich, eine Delta-Einspritzung durchzuführen, in der die Kraftstoffeinspritzrate Q im Verhältnis zur Zeit für den Zeitraum von dem Zeitpunkt t22 zu dem Zeitpunkt t24 ansteigt.
Als nächstes wird mit Bezug auf 8 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zuerst von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 erzeugt wird, und dann die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A erzeugt wird.
Wie aus 8(a)–(b) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t30 das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom in der negativen Richtung auf die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 in der Öffnungsrichtung bewegt, während das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten ist. Somit wird der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, und die Ventilelementverstellung Le wird erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t31 berührt das Ventilelement 30 das bewegliche Element 60, und wird dadurch angehalten, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit.
Von dem Zeitpunkt t31 zu einem Zeitpunkt t34 ist die Ventilelementverschiebung Le konstant an der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit gehalten. Da die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit kleiner als die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmenden Kraftstoffs von der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit ab.
Zu einem Zeitpunkt t33 wird eine Änderung der Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 begonnen, um einen elektrischen Strom in der positiven Richtung auf die Spule 80 anzulegen.
Zu dem Zeitpunkt t34 wird die Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 (oder die Richtung des auf die Spule 80 angelegten elektrischen Stroms) von der negativen Richtung auf die positive Richtung umgeschaltet. Folglich wird die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt, was die Ventilelementverschiebung Le erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t35 berührt das bewegliche Element 60 den Magneten 50, und somit werden sowohl das bewegliche Element 60 wie auch das Ventilelement 30 angehalten, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t35 zu einem Zeitpunkt t38 wird die Ventilelementverschiebung Le konstant an der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit gehalten. Da die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac kleiner als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ab.
Zu dem Zeitpunkt t38 wird die Unterbrechung des Beaufschlagens der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnen das bewegliche Element 60 und das Ventilelement 30, sich in die Schließrichtung zu bewegen, wodurch die Ventilelementverschiebung Le verringert wird.
Zu einem Zeitpunkt t39 ist die Unterbrechung des Beaufschlagens der Spule 80 mit Energie vollendet. Somit wird die Ventilelementverschiebung Le null, und der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 wird durch das Ventilelement 30 geschlossen.
Wie aus 8(c)–(d) ersichtlich ist, ist zu einem Zeitpunkt t32 nach dem Zeitpunkt t31 der Verhältnisausdruck (5) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40 sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Da die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmenden Kraftstoffs in diesem Fall durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit begrenzt ist, wird die Nadelverschiebung Ln allmählich erhöht, und somit wird die Düsenkammer 11 allmählich geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S allmählich erhöht, und somit wird die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls allmählich erhöht.
Von dem Zeitpunkt t34 zu einem Zeitpunkt t35 wird das Ventilelement 30 weiter in die Öffnungsrichtung bewegt, was verursacht, dass der zweite Druck P2 weiter abfällt. Folglich wird die Nadel 40 weiter in die Öffnungsrichtung bewegt, was die Nadelverschiebung Ln erhöht; somit wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S weiter erhöht, was die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Von dem Zeitpunkt t35 wird die Nadelverschiebung Ln zu einer höheren Rate erhöht, und somit wird die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls mit einer höheren Rate erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t36 wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S größer als oder gleich der Sprühbohrungsfläche Sh, und somit erreicht die Kraftstoffeinspritzrate Q die maximale Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t36 zu dem Zeitpunkt t39 wird die Kraftstoffeinspritzrate Q konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu einem Zeitpunkt t37 erreicht die Nadelverschiebung Ln die maximale Nadelverschiebung Ln_max.
Von dem Zeitpunkt t37 zu einem Zeitpunkt t39 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t39 ist der Verhältnisausdruck (1) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln verringert, und somit wird die Düsenkammer 11 geschlossen. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S verringert, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q sich zu verringern.
Zu einem Zeitpunkt t40 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 40 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, was die Kraftstoffeinspritzung beendet.
Wie voranstehend erwähnt wurde, ist es in dem Fall, in dem die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zuerst erzeugt wird, und dann die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt wird, möglich, eine variable Einspritzung durchzuführen, in der die Kraftstoffeinspritzung von der Delta-Einspritzung zu der rechteckigen Einspritzung umgeschaltet wird.
Zuletzt wird mit Bezug auf 9 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zuerst von dem Anfangszustand der Kraftstoffvorrichtung 1 erzeugt wird, und dann die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R erzeugt wird.
Wie aus 9(a)–(b) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t50 das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom in der positiven Richtung an die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt. Somit wird der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet, und die Ventilelementverschiebung Le wird erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t51 berührt das bewegliche Element 60 den Magneten 50, und somit werden sowohl das bewegliche Element 60 wie auch das Ventilelement 30 angehalten, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t51 zu einem Zeitpunkt t55 wird die Ventilelementverschiebung Le konstant an der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit gehalten. Da die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac kleiner als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ab.
Zu einem Zeitpunkt t54 wird eine Änderung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen, um elektrischen Strom in der negativen Richtung an die Spule 80 anzulegen.
Zu dem Zeitpunkt t55 wird die Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 von der positiven Richtung zu der negativen Richtung umgeschaltet. Folglich wird die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt. Unter der das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 30 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Schließrichtung bewegt, wodurch sich die Ventilelementverschiebung Le verringert.
Zu einem Zeitpunkt t56 berührt das bewegliche Element 60 den Anschlag 70, und somit werden sowohl das bewegliche Element 60 wie auch das Ventilelement 30 angehalten, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Die Ventilelementverschiebung Le wird gleich der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit.
Von dem Zeitpunkt t56 zu einem Zeitpunkt t57 wird die Ventilelementverschiebung Le konstant an der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit gehalten. Da die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit kleiner als die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit ab.
Zu einem Zeitpunkt t57 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das Ventilelement 30 sich in die Schließrichtung zu bewegen, was die Ventilelementverschiebung Le verringert.
Zu einem Zeitpunkt t58 ist die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollendet. Somit wird die Ventilelementverschiebung Le null (d. h., das Ventilelement 30 wird in Berührung mit dem Scheibenelement 25 gebracht), und der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 wird durch das Ventilelement 30 geschlossen.
Wie aus 9(c)–(d) ersichtlich ist, ist zu einem Zeitpunkt t52 nach dem Zeitpunkt t51 der Verhältnisausdruck (5) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40 sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln erhöht, und somit wird die Düsenkammer 11 geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S erhöht, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q, anzusteigen.
Zu einem Zeitpunkt t53 wir die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S größer als oder gleich der Sprühbohrungsfläche Sh, und somit erreicht die Kraftstoffeinspritzrate Q die maximale Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t53 zu einem Zeitpunkt t58 wir die Kraftstoffeinspritzrate Q konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu einem Zeitpunkt t54 erreicht die Nadelverschiebung Ln die maximale Nadelverschiebung Ln_max.
Von einem Zeitpunkt t54 zu einem Zeitpunkt t58 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t58 ist der Verhältnisausdruck (1) erfüllt, und somit beginnt die Nadel 40, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Dann wird die Nadelverschiebung Ln verringert, und somit wird die Düsenkammer 11 geschlossen. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S verringert, und somit beginnt die Kraftstoffeinspritzrate Q, sich zu verringern.
Zu einem Zeitpunkt t59 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 40 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, und die Kraftstoffeinspritzung beendet.
Wie voranstehend erwähnt wurde, wird in dem Fall, in dem die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zuerst erzeugt wird, und dann die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt wird, das Ausmaß der Bewegung des Ventilelements 30 in die Schließrichtung aufgrund des Beginns der Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem lediglich die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A erzeugt wird. Noch genauer wird das Bewegungsausmaß des Ventilelements 30 in die Schließrichtung aufgrund des Beginns der Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie von der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit (siehe 6) auf die Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit (siehe 9) reduziert. Folglich wird es möglich, den Zeitraum vor der Beendigung der rechteckigen Einspritzung bis die Sprühbohrungen durch die Nadel 40 geschlossen sind, zu verkürzen.
Als nächstes werden Vorteile der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wie voranstehend beschrieben wurde, werden in der in dem Patentdokument 1 offenbarten Kraftstoffeinspritzung mit einer stufenweisen Bewegung einer Nadel Drücke in ersten und zweiten Druckkammern geändert, und erste und zweite Kolben werden stufenweise angehoben. Jedoch hängt mit der voranstehend beschriebenen Konfiguration die Verschiebung (oder das Bewegungsausmaß von einer Anfangsposition) der Nadel zu einer Zwischenposition von der anziehenden Kraft eines Solenoids und ersten und zweiten Federkräften ab; die anziehende Kraft hängt von der Größenordnung des auf das Solenoid angelegten elektrischen Stroms ab. Deswegen kann eine Variation der Größenordnung des elektrischen Stroms eine Variation in der Verschiebung der Nadel verursachen und somit eine Variation in der Kraftstoffeinspritzrate der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verursachen.
Im Vergleich kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform stufenweise die Bewegung der Nadel 40 steuern und eine Variation in der Nadelverschiebung Ln (d. h. die Verschiebung der Nadel 40) und somit die Variation einer Kraftstoffeinspritzrate Q reduzieren.
Noch genauer ist es in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, zu verursachen, dass die Spule 80 ausgewählt das erste Magnetfeld oder das zweite Magnetfeld erzeugt, in dem lediglich die Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 geändert wird. Wenn eines aus ersten und zweiten Magnetfeldern durch die Spule 80 erzeugt ist, wird die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem beweglichen Element 60 und dem Ventilelement 30 erzeugt, wodurch verursacht ist, dass diese aneinander anhaften. Wenn darüber hinaus das erste Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt wird, wird die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, wodurch verursacht wird, dass das Ventilelement 30 sich zusammen mit dem beweglichen Element 60 zu dem Magneten 50 (d. h. in die Öffnungsrichtung) bewegt. Wenn andererseits das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, wird die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, wodurch verursacht wird, dass das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten wird, und das Ventilelement 30 sich in die Öffnungs-/Schließrichtung bewegt. Die Ventilelementverschiebung Le (d. h. die Verschiebung des Ventilelements 30) kann ausgewählt auf die Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit oder die Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit durch Ändern der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds und Verwendung des Anschlags 70 eingestellt werden. Darüber hinaus ist es durch das ausgewählte Einstellen der Ventilelementverschiebung Le an die Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit oder die Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit möglich, die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin, von der die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs abhängt, auf die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac oder die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit einzustellen. Folglich wird es möglich, stufenweise die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs zu ändern, und dabei stufenweise die Nadelverschiebung Ln zu ändern. Da darüber hinaus die Position des Ventilelements 30 lediglich von der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds (noch genauer von der Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80) abhängt, weist eine Variation der Größenordnung des elektrischen Stroms keinen Einfluss auf die Nadelverschiebung Ln und somit keinen Einfluss auf die Kraftstoffeinspritzrate Q auf. Somit wird es ebenfalls möglich, die Variation in der Nadelverschiebung Ln und somit die Variation der Kraftstoffeinspritzrate Q zu reduzieren.
[Zweite Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Entsprechend werden lediglich hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 im Folgenden beschrieben.
Wie aus 10 ersichtlich ist, weist ein Gehäuse 110 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anstelle des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 einen darin ausgebildeten Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 auf.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 weist ein Ende auf, das mit einem vorderen Teil der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist, und das andere Ende, das mit dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 in Verbindung ist. Die Strömungsdurchtrittsfläche (d. h. die Querschnittsfläche rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs) des Kraftstoffströmungsdurchtritts 21 ist eingestellt, gleich der Strömungsdurchtrittsfläche des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 zu sein.
In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 ausgebildet, nicht mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung zu sein.
Ein Scheibenelement 125 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist sowohl einen ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 252 wie auch einen zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 253 darin ausgebildet auf.
Jeder der ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253 weist ein Ende in einer radialen Richtung des Gehäuses 110 mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung auf, und das andere Ende in einer axialen Richtung des Gehäuses 110 mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung auf.
Jeder der ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253 weist einen L-förmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Gehäuses 110 auf. Darüber hinaus weist jeder der ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253 ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs auf. Zusätzlich ist jeder der ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253 ausgebildet, einen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen.
Das Ende des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 252, das mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist, ist an der Rückseite des Endes des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 253 angeordnet, der mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist.
Im Folgenden wird die Strömungsdurchtrittsfläche des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 252 als erste Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 bezeichnet; und die Strömungsdurchtrittsfläche des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 253 wird als zweite Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 eingestellt, größer als die zweite Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 zu sein. Somit ist der folgende Verhältnisausdruck (8) erfüllt Ac1 > Ac2 (8)
Darüber hinaus ist die Summe der ersten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 und der zweiten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 eingestellt, kleiner als die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts 301 zu sein, wie auch kleiner als die Druckkammerströmungsdurchtrittsfläche Ap zu sein.
Das Ventilelement 130 weist ein schließendes Teil 131 an seinem vorderen Ende auf und ist in der Lage, die ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253 zu öffnen und zu schließen. Das schließende Teil 131 ist spindelförmig.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2, wie aus 10 ersichtlich ist, schließt das schließende Teil 131 des Ventilelements 130 den Kraftstoffströmungsdurchtritt 21, schließt aber nicht die ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 252 und 253.
Der Kraftstoff von der Common-Rail 90 strömt über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 15 in eine zweite Druckkammer 20. Darüber hinaus strömt der Kraftstoff, der in die zweite Druckkammer 20 geströmt ist, weiter über den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 252 oder den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 253 in die erste Druckkammer 19.
Wenn der Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 durch das Ventilelement 130 geöffnet ist, verbleibt der Kraftstoff, der in die erste Druckkammer 19 geströmt ist, in der ersten Druckkammer 19, oder er strömt über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 in den Kraftstoffströmungsdurchtritt 18. Darüber hinaus strömt der Kraftstoff, der in den Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 geströmt ist, aus dem Gehäuse 110 heraus.
Wie aus 11 ersichtlich ist, wird, wenn das erste Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 erzeugt wird, die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem Ventilelement 130 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Unter der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 130 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 geöffnet und der erste Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 252 geschlossen. Zu derselben Zeit wird der zweite Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 253 geöffnet. Somit hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der zweiten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 ab. Zusätzlich wird, um den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 252 zu schließen, ein Teil der ersten Druckkammer 19 in einer abgeschrägte Form ausgebildet, die der Form des schließenden Teils 131 des Ventilelements 130 entspricht.
Andererseits wird, wie aus 12 ersichtlich ist, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 erzeugt wird, die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem Ventilelement 130 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Unter der das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 130 in der Öffnungsrichtung bewegt, während das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten wird. Folglich sind alle aus dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 21 und den ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritten 252 und 253 geöffnet. Somit hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Summe der ersten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 und der zweiten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 ab.
Zusätzlich kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 so modifiziert werden, dass, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt wird, der zweite Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 253 durch das Ventilelement 130 geschlossen wird.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Zum Beispiel ist es durch das Ändern der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds und Verwendung des Anschlags 70 möglich, die Ventilelementverschiebung Le stufenweise zu ändern (d. h. die Verschiebung des Ventilelements 130), und dabei die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs stufenweise zu ändern.
Wenn darüber hinaus in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Summe der ersten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 und der zweiten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 ab. Folglich ist es möglich, die Verringerungsrate des zweiten Drucks P2 zu erhöhen, und es dabei einfacher zu machen, eine rechteckige Einspritzung durchzuführen.
[Dritte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der dritten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Entsprechend werden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 im Folgenden beschrieben.
Wie aus 13 ersichtlich ist, weist ein Gehäuse 210 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anstelle des in der ersten Ausführungsform beschriebenen Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 einen ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 22 und einen zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 23 darin ausgebildet auf.
Jeder der ersten und zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritte 22 und 23 weist ein Ende mit einem vorderen Teil der ersten Druckkammer 19 in Verbindung und das andere Ende mit dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 in Verbindung auf.
In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 so ausgebildet, dass er nicht mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist.
Das Ende des ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts 22, das mit dem vorderen Teil der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist, ist an der Rückseite des Endes des zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts 23 angeordnet, der mit dem vorderen Teil der ersten Druckkammer 19 in Verbindung ist.
Im Folgenden wird die Strömungsdurchtrittsfläche des ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts 22 als erste Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah1 bezeichnet; die Strömungsdurchtrittsfläche des zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts 23 wird als zweite Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah2 bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah1 eingestellt, größer als die zweite Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah2 zu sein. Somit ist der folgende Verhältnisausdruck (9) erfüllt. Ah1 > Ah2 (9)
Darüber hinaus sind die erste Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac1 und die zweite Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac2 eingestellt, kleiner als die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac und die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts 301 zu sein.
Das Ventilelement 230 weist ein schließendes Teil 231 an seinem vorderen Ende auf und ist in der Lage, die ersten und zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritte 22 und 23 zu öffnen und zu schließen. Das schließende Teil 231 ist spindelförmig.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3, wie aus 13 ersichtlich ist, schließt das schließende Teil 231 des Ventilelements 230 den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251, schließt aber nicht die ersten und zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritte 22 und 23.
Der Kraftstoff von der Common-Rail 90 strömt über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 15 in die zweite Druckkammer 20.
Wenn der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 durch das Ventilelement 230 geöffnet ist, strömt der Kraftstoff, der in die zweite Druckkammer 20 geströmt ist, weiter über den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 in das vordere Teil der ersten Druckkammer 19. Darüber hinaus strömt der Kraftstoff, der in das vordere Teil der ersten Druckkammer 19 geströmt ist, weiter über den ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 22 und einen zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 23 in den Kraftstoffströmungsdurchtritt 18. Zuletzt strömt der Kraftstoff, der in den Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 geströmt ist, aus dem Gehäuse 210 heraus.
Wie aus 14 ersichtlich ist, wird, wenn das erste Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 erzeugt ist, die das bewegliche Element anziehende Kraft Fm_A zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem Ventilelement 230 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Unter der das bewegliche Element anziehenden Kraft Fm_A und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 230 zusammen mit dem beweglichen Element 60 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 geöffnet und der erste Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 22 geschlossen. Zu der gleichen Zeit wird der zweite Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 23 geöffnet. Somit hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der zweiten Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah2 ab. Zusätzlich ist ein Teil der ersten Druckkammer 19 in einer schrägen Form ausgebildet, die der Form des schließenden Teils 231 des Ventilelements 230 entspricht, um den ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 22 zu schließen.
Wie andererseits aus 15 ersichtlich ist, wird, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 erzeugt ist, die das bewegliche Element abstoßende Kraft Fm_R zwischen dem Magneten 50 und dem beweglichen Element 60 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem Ventilelement 230 und dem beweglichen Element 60 erzeugt. Unter der das bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm_R und der das Ventilelement anziehenden Kraft Fe_A wird das Ventilelement 230 in die Öffnungsrichtung bewegt, während das bewegliche Element 60 durch den Anschlag 70 angehalten ist. Folglich werden alle aus dem Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 und den ersten und zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritten 22 und 23 geöffnet. Somit hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Summe der ersten Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah1 und der zweiten Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah2 ab.
Zusätzlich kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 so modifiziert werden, dass, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, der zweite Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt 23 durch das Ventilelement 230 geschlossen ist.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Zum Beispiel ist es durch das Ändern der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds und unter Verwendung des Anschlags 70 möglich, die Ventilelementverschiebung Le (d. h. die Verschiebung des Ventilelements 230) stufenweise zu ändern, und dabei stufenweise die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs zu ändern.
Wenn darüber hinaus in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt wird, hängt die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 strömenden Kraftstoffs von der Summe der ersten Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah1 und der zweiten Gehäuseströmungsdurchtrittsfläche Ah2 ab. Folglich ist es möglich, die Rate der Verringerung des zweiten Drucks P2 zu erhöhen, und es dabei einfacher zu machen, eine rechteckige Einspritzung durchzuführen.
[Vierte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Entsprechend werden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 im Folgenden beschrieben.
Wie aus 16 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Paar erste und zweite Spulen 181 und 182 und eine Ladeeinheit 183.
Die erste Spule 181 ist radial innerhalb der zweiten Spule 182 bereitgestellt. Darüber hinaus ist die Wicklungsrichtung der ersten Spule 181 eingestellt, entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung der zweiten Spule 182 zu ein. Folglich wird es möglich, ausgewählt das erste Magnetfeld oder das zweite Magnetfeld zu erzeugen, ohne die Energiebeaufschlagungsrichtung der ersten und zweiten Spulen 181 und 182 (oder die Richtung des auf die ersten und zweiten Spulen 181 und 182 angelegten elektrischen Stroms) zu ändern.
Insbesondere, wenn lediglich die erste Spule 181 mit Energie beaufschlagt ist, ohne die zweite Spule 182 mit Energie zu beaufschlagen, wird das erste Magnetfeld durch die erste Spule 181 erzeugt, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 50 liegt. Das erste Magnetfeld induziert eine erste induzierte elektromotive Kraft V1 in der zweiten Spule 182.
Wenn andererseits lediglich die zweite Spule 182 mit Energie beaufschlagt ist, ohne die erste Spule 181 mit Energie zu beaufschlagen, wird das zweite Magnetfeld durch die zweite Spule 182 erzeugt, die in der Richtung entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des Magneten 50 liegt. Das zweite Magnetfeld induziert eine zweite induzierte elektromotive Kraft V2 in der ersten Spule 181.
Die Ladeeinheit 183 ist elektrisch mit den ersten und zweiten Spulen 181 und 182 verbunden, um mit der ersten induzierten elektromotiven Kraft V1 oder der zweiten induzierten elektromotiven Kraft V2 geladen zu werden. Zusätzlich ist die Ladeeinheit 183 z. B. durch einen Kondensator implementiert.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform 1 auf.
[Fünfte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der fünften Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus 17 ersichtlich ist, ist die zweite Druckkammer 20 eines Gehäuses 310 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 ausgebildet, einen T-förmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 aufzuweisen.
Ein Scheibenelement 325 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 weist sowohl einen dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 und einen vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 darin ausgebildet auf.
Jeder der dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 255 und 256 ist entlang der axialen Richtung des Gehäuses 310 ausgebildet und weist ein Ende mit der ersten Druckkammer 19 in Verbindung auf, und das andere Ende mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung auf.
Jeder der dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 255 und 256 weist einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs auf. Darüber hinaus ist jeder der dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 255 und 256 ausgebildet, einen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen.
Der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 ist an der Mitte des Scheibenelements 325 ausgebildet. Der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 ist an der gleichen Seite des dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 255 wie der Kraftstoffströmungsdurchtritt 18 ausgebildet.
Zusätzlich sollte angemerkt werden, dass die dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritte 255 und 256 entsprechend den ersten und zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritten in den Ansprüchen entsprechen.
Das Scheibenelement 325 weist ebenfalls sowohl eine erste Scheibennut 326 und eine zweite Scheibennut 327 in einer rückwärtigen Endfläche 254 davon ausgebildet auf.
Die erste Scheibennut 326 ist mit dem dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 in Verbindung. Die erste Scheibennut 326 weist eine kreisförmige Form auf, wenn sie entlang der axialen Richtung des Gehäuses 310 betrachtet wird. Die zweite Scheibennut 327 ist mit dem vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 in Verbindung. Die zweite Scheibennut 327 weist eine ringförmige Form auf, wenn sie entlang der axialen Richtung des Gehäuses 310 betrachtet wird.
Im Folgenden wird die Strömungsdurchtrittsfläche des dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 355 als dritte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 bezeichnet; die Strömungsdurchtrittsfläche des vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 256 wird als vierte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 bezeichnet.
Die dritte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 ist eingestellt, größer als oder gleich der vierten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 zu sein. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (10) erfüllt. Ac3 ≥ Ac4 (10)
Darüber hinaus ist die Summe der dritten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 und der vierten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 eingestellt, kleiner als die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts 301 zu sein, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Eine Nadel 340 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 weist einen Nadelflansch 44 auf, der in dessen axialer Mitte ausgebildet ist. Der Nadelflansch 44 erstreckt sich radial von dem Hauptkörper der Nadel 340 nach außen und weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 auf.
Der Nadelflansch 44 weist eine Druckempfangsoberfläche 41 an dessen vorderen Ende auf. Auf der Rückseite des Nadelflanschs 44 ist die Nadelfeder 43 bereitgestellt, um den Nadelflansch 44 und somit die Nadel 340 in die Schließrichtung zu drängen.
Ein Ventilelement 330 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 ist aus einem nicht magnetischen Material hergestellt. Das Ventilelement 330 ist mit einem ersten beweglichen Element 361 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 z. B. durch Fügen unter Druck gefügt.
Das Ventilelement 330 ist bereitgestellt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu öffnen und zu schließen.
In einem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie auf 17 ersichtlich ist, berührt ein vorderes Ende des Ventilelements 330 eine Bodenoberfläche der ersten Scheibennut 326, und gerät somit damit in Eingriff, und schließt dabei den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255.
Zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem festen Element 51 ist die Ventilelementfeder 52 bereitgestellt, um die Ventilelementdrängkraft Fs_e auf das erste bewegliche Element 361 auszuüben. Die Ventilelementdrängkraft Fs_e drängt das erste bewegliche Element 361 und das Ventilelement 330 in die Schließrichtung.
Ein Magnet 350 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 ist ausgebildet, einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 aufzuweisen.
Der Magnet 350 weist eine Magnetbohrung 351 an dessen radialer Mitte ausgebildet auf. Zusätzlich ist der Magnet 350 wie in der ersten Ausführungsform durch einen Permanentmagneten implementiert.
Das feste Element 51 ist in die Magnetbohrung 351 eingefügt und an einem rückwärtigen Endabschnitt 105 des Gehäuses 310 befestigt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 hat ebenfalls ein zweites bewegliches Element 362 zusätzlich zu dem ersten beweglichen Element 361. Das zweite bewegliche Element 362 ist an der Vorderseite des ersten beweglichen Elements 361 bereitgestellt.
Jedes aus dem ersten und zweiten beweglichen Element 361 und 362 ist in der Form zylindrisch und weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 auf.
Die ersten und zweiten beweglichen Elemente 361 und 362 sind wie in der ersten Ausführungsform aus einem magnetischen Material hergestellt.
Das erste bewegliche Element 361 ist zwischen dem Magneten 350 und einem Anschlag 370 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 bereitgestellt und zusammen mit dem Ventilelement 330 sowohl in die Öffnungs- wie auch die Schließrichtungen des Ventilelements 330 beweglich.
Zusätzlich sollte angemerkt werden, dass: der Raum zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Magneten 350 in den Figuren in übertriebener Weise gezeigt ist; die tatsächliche Größe des Raums ist relativ klein.
Das erste bewegliche Element 361 weist einen darin ausgebildeten Vorsprung 363 des ersten beweglichen Elements auf. Der Vorsprung 363 des ersten beweglichen Elements erstreckt sich zu dem Ventilelement 330 und ist in der Lage, mit dem Ventilelement 330 in Berührung zu geraten. In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie aus 17 ersichtlich ist, ist der Vorsprung 363 des ersten beweglichen Elements in Berührung mit dem Ventilelement 330 platziert.
Darüber hinaus wird in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 das erste bewegliche Element 361 durch den Anschlag 370 gehalten.
Wenn ein erstes Magnetfeld, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt wird, wird eine erste das bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt. Die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A verursacht, dass das erste bewegliche Element 361 sich zu dem Magneten 350 bewegt. Zusätzlich ist die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A eingestellt, größer als die das Ventilelement drängende Kraft Fs_e zu sein.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, da das Ventilelement 130 aus dem nicht magnetischen Material hergestellt ist, keine das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Ventilelement 330 erzeugt. Stattdessen werden das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt, wie voranstehend beschrieben wurde.
Wenn andererseits ein zweites Magnetfeld, das in der Richtung entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt wird, wird eine das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt. Die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R drängt das erste bewegliche Element 361 in die Schließrichtung; jedoch wird durch den Anschlag 370 das erste bewegliche Element 361 angehalten (oder abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Da zusätzlich das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind, wird das Ventilelement 330 ebenfalls davon abgehalten, sich in die Schließrichtung zu bewegen.
Das zweite bewegliche Element 362 weist eine Einfügebohrung auf, in die das Ventilelement 330 eingefügt ist. Das zweite bewegliche Element 362 ist auf der Seitenoberfläche des Ventilelements 330 gleitfähig. Darüber hinaus ist das zweite bewegliche Element 362 in die Richtung des Öffnens und Schließens des vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 256 beweglich.
Zusätzlich sollte angemerkt werden, dass: der Raum zwischen dem zweiten beweglichen Element 362, dem Ventilelement 330 und dem Anschlag 370 in den Figuren übertrieben dargestellt ist; die tatsächliche Größe des Raums ist relativ klein.
Das zweite bewegliche Element 362 hat außerdem einen Vorsprung 365 des zweiten beweglichen Elements, der an dessen vorderer Endoberfläche ausgebildet ist, und eine Aussparung 367 des zweiten beweglichen Elements, die an dessen rückwärtiger Endfläche ausgebildet ist.
Der Vorsprung 365 des zweiten beweglichen Elements hat einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 und ragt von der vorderen Endoberfläche des zweiten beweglichen Elements 362 zu dem Scheibenelement 325 vor.
Der Vorsprung 365 des zweiten beweglichen Elements ist in der Lage, mit dem Scheibenelement 325 in Berührung zu geraten. Noch genauer ist in dem Scheibenelement 325 die ringförmige zweite Scheibennut 327 ausgebildet, in die der Vorsprung 365 des zweiten beweglichen Elements eingefügt werden kann, um mit einer Bodenoberfläche der zweiten Scheibennut 327 in Berührung zu geraten. Zusätzlich ist ein Teil der ringförmigen zweiten Scheibennut 327 mit dem vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 in Verbindung.
Zwischen dem zweiten beweglichen Element 362 und dem Anschlag 370 ist eine Feder 366 des zweiten beweglichen Elements bereitgestellt, um das zweite bewegliche Element 362 in die Richtung zum Schließen des vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 256 zu drängen. Noch genauer ist ein vorderes Teil der Feder 366 des zweiten beweglichen Elements in der Aussparung 367 des zweiten beweglichen Elements empfangen, die von der Form her ringförmig ist. Mit der Aussparung 367 des zweiten beweglichen Elements wird es einfach, die Feder 366 des zweiten beweglichen Elements zu positionieren.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie aus 17 ersichtlich ist, gerät der Vorsprung 365 des zweiten beweglichen Elements mit der Bodenoberfläche der zweiten Scheibennut 327 in Berührung und somit in Eingriff, und schließt dabei den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256.
Wenn das erste Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, wird eine das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A verursacht, dass das zweite bewegliche Element 362 sich zu dem ersten beweglichen Element 361 hin bewegt.
Wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, wird darüber hinaus die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A ebenfalls zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A verursacht, dass das zweite bewegliche Element 362 sich zu dem ersten beweglichen Element 361 hin bewegt. Zusätzlich ist die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A eingestellt, größer als die drängende Kraft der Feder 366 des zweiten beweglichen Elements zu sein.
Der Anschlag 370 ist ringförmig scheibenförmig geformt. Der Anschlag 370 weist nämlich einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 auf.
Der Anschlag 370 weist darin ausgebildet eine Anschlagbohrung 371 auf. In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie aus 17 ersichtlich ist, ist der Vorsprung 363 des ersten beweglichen Elements in die Anschlagbohrung 371 eingefügt.
Der Anschlag 370 ist in der ersten Druckkammer 19 empfangen und zwischen den ersten und zweiten beweglichen Elementen 361 und 362 angeordnet.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 hat außerdem eine Drucksteuerscheibe 380. Die Drucksteuerscheibe 380 ist an der Vorderseite des Scheibenelements 325 in der zweiten Druckkammer 20 bereitgestellt, um den zweiten Druck P2 zu steuern.
Die Drucksteuerscheibe 380 weist sowohl einen ersten Steuerströmungsdurchtritt 381 wie auch einen zweiten Steuerströmungsdurchtritt 382 darin ausgebildet auf. Die ersten und zweiten Steuerströmungsdurchtritte 381 und 382 sind Kraftstoffströmungsdurchtritte zum Steuern des zweiten Drucks P2. Jeder der ersten und zweiten Steuerströmungsdurchtritte 381 und 382 hat einen beschränkten (oder im Durchmesser reduzierten) Mittelabschnitt.
Der erste Steuerströmungsdurchtritt 381 weist ein Ende mit dem dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 in Verbindung auf, und das andere Ende mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung auf. Der zweite Steuerströmungsdurchtritt 382 weist ein Ende mit dem vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 und das andere Ende mit der zweiten Druckkammer 20 in Verbindung auf.
Im Folgenden wird die Strömungsdurchtrittsfläche des ersten Steuerströmungsdurchtritts 381 als erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 bezeichnet; die Strömungsdurchtrittsfläche des zweiten Steuerströmungsdurchtritts 382 wird als zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 bezeichnet.
Die erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 ist eingestellt, kleiner als die dritte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 zu sein. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (11) erfüllt. Ac3 > Aq1 (11)
Die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 ist eingestellt, kleiner als die vierte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 zu sein. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (12) erfüllt. Ac4 > Aq2 (12)
Darüber hinaus ist die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 eingestellt, kleiner als die erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 zu sein. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (13) erfüllt. Aq1 > Aq2 (13)
Auf der Vorderseite der Drucksteuerscheibe 380 ist eine Steuerscheibenfeder 383 bereitgestellt, um die Drucksteuerscheibe 380 nach rückwärts zu drängen.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie aus 17 ersichtlich ist, ist die Summe der drängenden Kraft der Steuerscheibenfeder 383 und der auf die Drucksteuerscheibe 380 durch den zweiten Druck P2 aufgebrachten Kraft größer als die auf die Drucksteuerscheibe 380 durch den Druck des Kraftstoffs von der Common-Rail 90 aufgebrachte Kraft. Folglich wird der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 durch die Drucksteuerscheibe 380 geschlossen. Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 ausgebildet, rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 einen ringförmigen Querschnitt aufzuweisen.
Als nächstes wird der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
18 zeigt den Fall, in dem die Spule 80 mit Energie beaufschlagt ist, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, um das erste Magnetfeld zu erzeugen, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350 liegt. In diesem Fall wird die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, was verursacht, dass das erste bewegliche Element 361 sich in die Öffnungsrichtung (d. h. zu dem Magneten 350 hin) bewegt.
Da darüber hinaus das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind, wird das Ventilelement 330 ebenfalls zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, und öffnet dabei den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255. Folglich strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den ersten Steuerströmungsdurchtritt 381 und den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 aus.
Zu der gleichen Zeit wird die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt, was verursacht, dass das zweite bewegliche Element 362 sich in die Öffnungsrichtung (d. h. zu dem ersten beweglichen Element 361 hin) bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Folglich strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 ebenfalls über den zweiten Steuerströmungsdurchtritt 382 und den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 aus. Zusätzlich ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Summe der ersten Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 und der zweiten Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 dargestellt.
Wenn der Kraftstoff aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmt, fällt der zweite Druck P2 ab, was verursacht, dass die Nadel 340 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, um die Sprühbohrungen 12 zu öffnen. Folglich wird der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 310 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt.
19 zeigt den Fall, in dem die Spule 80 mit Energie beaufschlagt ist, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, das in der Richtung entgegengesetzt zu dem Magnetfeld des Magneten 350 liegt. In diesem Fall wird die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt. Die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R drängt das erste bewegliche Element 361 in die Schließrichtung; jedoch wird durch den Anschlag 370 das erste bewegliche Element 361 angehalten (oder abgehalten) sich in die Schließrichtung zu bewegen.
Da darüber hinaus das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind, wird das Ventilelement 330 ebenfalls davon abgehalten, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Folglich verbleibt der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 geschlossen.
Zu der gleichen Zeit wird die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt, was verursacht, dass das zweite bewegliche Element 362 sich in die Öffnungsrichtung (d. h. zu dem ersten beweglichen Element 361 hin) bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Folglich strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den zweiten Steuerströmungsdurchtritt 382 und den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 aus. Zusätzlich ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 dargestellt.
Da der Kraftstoff aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmt, fällt der zweite Druck P2 ab, was verursacht, dass die Nadel 340 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, um die Sprühbohrungen 12 zu öffnen. Folglich wird der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 über die Sprühbohrungen 12 zu dem Äußeren des Gehäuses 310 eingespritzt.
Wie voranstehend beschrieben wurde, ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin (d. h. die Summe der ersten und zweiten Steuerströmungsdurchtrittsflächen Aq1 und Aq2) in dem Fall, in dem das erste Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, größer als die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin (d. h. die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2) in dem Fall, in dem das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist. Folglich ist die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 in dem Fall, in dem das erste Magnetfeld erzeugt ist, höher als in dem Fall, in dem das zweite Magnetfeld erzeugt ist.
Entsprechend ist es in der vorliegenden Ausführungsform für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 möglich, die Kraftstoffeinspritzrate Q durch Ändern der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds zu ändern.
Als nächstes wird die Funktion der Drucksteuerscheibe 380 beschrieben.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, wie aus 17 ersichtlich ist, wird der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 durch die Drucksteuerscheibe 30 geschlossen.
Während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91, sind sowohl der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 wie auch der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 geöffnet, wenn das erste Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist (siehe 18), und lediglich der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 ist geöffnet, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist (siehe 19). Folglich fällt der zweite Druck P2 ab, was verursacht, dass die Nadel 340 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, um die Sprühbohrungen 12 zu öffnen. Jedoch verbleibt der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 durch die Drucksteuerscheibe 30 solange geschlossen, bis die Summe der drängenden Kraft der Steuerscheibenfeder 383 und der auf die Drucksteuerscheibe 380 durch den zweiten Druck P2 angelegten Kraft größer als oder gleich der Kraft ist, die durch den Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 auf die Drucksteuerscheibe 380 aufgebracht ist.
Wenn der zweite Druck P2 auf eine derartige Höhe abgefallen ist, dass die Summe der drängenden Kraft der Steuerscheibenfeder 383 und der durch den zweiten Druck P2 auf die Drucksteuerscheibe 380 aufgebrachten Kraft kleiner als die durch den Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 auf die Drucksteuerscheibe 380 aufgebrachte Kraft wird, wird die Drucksteuerscheibe 380 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 zu öffnen. Folglich strömt der Kraftstoff von dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 über die zweite Druckkammer 20 und sowohl den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 wie auch den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 oder über die zweite Druckkammer 20 und lediglich den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu dem Äußeren des Gehäuses 310.
Wie aus 20 ersichtlich ist, wenn sowohl der dritte wie auch der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 und 256 wieder aufgrund der Unterbrechung des Beaufschlagens der Spule 80 mit Energie geschlossen werden, strömt der Kraftstoff mit relativ hohem Druck in den dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritten 255 und 256 in die zweite Druckkammer 20. Darüber hinaus strömt auch der Kraftstoff mit hohem Druck von dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 in die zweite Druckkammer 20. Folglich wird der zweite Druck P2 erhöht.
Wenn der zweite Druck P2 auf eine derartige Höhe angestiegen ist, dass die Summe der drängenden Kraft der Steuerscheibenfeder 383 und der auf die Drucksteuerscheibe 380 durch den zweiten Druck P2 aufgebrachten Kraft größer als die durch den Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 auf die Drucksteuerscheibe 380 aufgebrachte Kraft ist, wird die Drucksteuerscheibe 380 in die Schließrichtung bewegt, um den Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 zu schließen. Folglich wird die Nadel 340 in die Schließrichtung bewegt, um die Sprühbohrungen 12 zu schließen, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Wie voranstehend erwähnt wurde, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Stufe des Startens der Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 geschlossen, und somit strömt kein Kraftstoff von dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 in die zweite Druckkammer 20. Jedoch strömt in der Stufe der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung nicht nur der Kraftstoff in dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 sondern auch der Kraftstoff in den dritten und vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritten 255 und 256 in die zweite Druckkammer 20. Folglich kann der zweite Druck P2 schnell erhöht werden, und somit die Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 verbessert werden. Darüber hinaus werden mit der verbesserten Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 die Erwiderungsfähigkeit der Nadelverschiebung Ln und somit die Erwiderungsfähigkeit der Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls verbessert.
Die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 in unterschiedlichen Fällen wird im Folgenden mit Bezug auf 21 bis 24 erläutert.
In der folgenden Erläuterung wird der Abstand, um den das erste bewegliche Element 361 von einer Anfangsposition davon (siehe 17) in die Öffnungsrichtung des Ventilelements 330 bewegt wird, als Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements bezeichnet; der Abstand, um den das Ventilelement 330 von einer Anfangsposition davon (siehe 17) in die Öffnungsrichtung bewegt wird, wird als Ventilelementverschiebung Le bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich der Ventilelementverschiebung Le, da das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind. Darüber hinaus wird der Abstand, um den das ersten bewegliche Element 361 in der Öffnungsrichtung des Ventilelements 330 bewegt wird, wenn die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 erzeugt wird, als Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit bezeichnet. Die Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit ist gleich dem Abstand von der Anfangsposition des ersten beweglichen Elements 361 zu der Position, an der die Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gleich der Summe der das Ventilelement drängenden Kraft Fs_e und der das zweite bewegliche Element anziehenden Kraft Fm2_A wird (siehe 18). Die Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit stellt ebenfalls den Maximalwert der Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements dar. Der Abstand, um den das zweite bewegliche Element 362 von einer Anfangsposition davon (siehe 17) in die Öffnungsrichtung des vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 256 bewegt wird, wird als Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements bezeichnet. Darüber hinaus wird der Abstand, um den das zweite bewegliche Element 362 in die Öffnungsrichtung des vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts 256 bewegt wird, wenn die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 erzeugt wird, als Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit bezeichnet. Die Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit ist gleich dem Abstand von der Anfangsposition des zweiten beweglichen Elements 362 zu der Position, an der die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A gleich der drängenden Kraft der Feder 366 des zweiten beweglichen Elements wird. Die Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit stellt ebenfalls den Maximalwert der Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements dar.
Zuerst wird mit Bezug auf 21 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem das erste Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 erzeugt wird. Das erste Magnetfeld liegt in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350.
Wie aus 21(a)–(c) ersichtlich ist wird zu einem Zeitpunkt t60 das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom auf die Spule 80 in der positiven Richtung angelegt ist. Folglich wird die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, und die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A wird zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A verursacht, dass das Ventilelement 330 sich zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu öffnen. Die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A verursacht, dass das zweite bewegliche Element 362 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Somit werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t61 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird gleich der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t61 zu einem Zeitpunkt t63 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird konstant an der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t63 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das Ventilelement 330 sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu schließen. Das zweite bewegliche Element 362 beginnt das Bewegen in die Schließrichtung, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu schließen. Folglich werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t64 ist die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollständig. Folglich wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements null, und somit wird der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 durch das Ventilelement 330 geschlossen; die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird null, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 362 geschlossen.
Wie aus 21(d)–(e) ersichtlich ist, beginnt zu dem Zeitpunkt t61 die Nadel 340 das Bewegen in die Öffnungsrichtung, wodurch die Nadelverschiebung Lm erhöht wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geöffnet, was verursacht, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q ansteigen.
Zu einem Zeitpunkt t62 wird die Nadelverschiebung Ln gleich der maximalen Nadelverschiebung Ln_max und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird gleich der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t62 zu dem Zeitpunkt t64 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t64 beginnt die Nadel 340, sich in die Schließrichtung zu bewegen, wodurch die Nadelverschiebung Ln verringert wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geschlossen, was verursacht, dass sich die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q verringern.
Zu einem Zeitpunkt t65 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 340 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Als nächstes wird mit Bezug auf 22 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 erzeugt wird. Das zweite Magnetfeld liegt in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 350.
Wie aus 22(a)–(c) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t70 das Beaufschlagen der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom in der negativen Richtung auf die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, und die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A wird zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R drängt das erste bewegliche Element 361 in die Schließrichtung; jedoch wird durch den Anschlag 370 das erste bewegliche Element 360 angehalten (oder davon abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Da darüber hinaus das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind, wird das Ventilelement 330 ebenfalls davon abgehalten, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Somit bleibt die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant bei null, und der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 verbleibt durch das Ventilelement 330 geschlossen. Andererseits verursacht die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A, dass das zweite bewegliche Element 362 sich in die Öffnungsrichtung bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Somit wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t71 wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t71 zu einem Zeitpunkt t72 wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t72 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das zweite bewegliche Element 362 das Bewegen in die Schließrichtung, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu schließen. Folglich wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t73 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollendet. Folglich wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements null, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 362 geschlossen.
Wie aus 22(d)–(e) ersichtlich ist, beginnt zu dem Zeitpunkt t71 die Nadel 340 das Bewegen in die Öffnungsrichtung. In diesem Fall, da die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmenden Kraftstoffs durch die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 begrenzt ist, wird die Nadelverschiebung Ln allmählich erhöht, und somit die Düsenkammer 11 allmählich geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S allmählich erhöht und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls erhöht.
Zu dem Zeitpunkt t73 beginnt die Nadel 340 sich in die Schließrichtung zu bewegen, wodurch die Nadelverschiebung Ln verringert wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geschlossen, was verursacht, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q sich verringern.
Zu einem Zeitpunkt t74 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 340 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, und die Kraftstoffeinspritzung beendet.
Als nächstes wird mit Bezug auf 23 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem durch die Spule 80 das zweite Magnetfeld zuerst erzeugt wird, und dann das erste Magnetfeld erzeugt wird.
Wie aus 23(a)–(c) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t80 die Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass ein elektrischer Strom in der negativen Richtung an die Spule 80 angelegt ist. Folglich wird die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, und die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A wird zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R drängt das erste bewegliche Element 361 in die Schließrichtung; jedoch wird durch den Anschlag 370 das erste bewegliche Element 361 angehalten (oder davon abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Darüber hinaus, da das Ventilelement 330 und das erste bewegliche Element 361 miteinander gefügt sind, wird das Ventilelement 330 ebenfalls davon abgehalten, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Somit wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant bei null gehalten, und der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 verbleibt durch das Ventilelement 330 geschlossen. Andererseits verursacht die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A, dass sich das zweite bewegliche Element 362 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Somit wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t81 wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t81 zu einem Zeitpunkt t86 wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu einem Zeitpunkt t82 wird eine Änderung der Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 begonnen, um den elektrischen Strom in der positiven Richtung an die Spule 80 anzulegen.
Zu einem Zeitpunkt t83 wird die Beaufschlagungsrichtung der Spule 80 (oder die Richtung des an die Spule 80 angelegten elektrischen Stroms) von der negativen Richtung zu der positiven Richtung umgeschaltet. Folglich wird anstelle der das erste bewegliche Element abstoßenden Kraft Fm1_R die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt. Die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A verursacht, dass das Ventilelement 330 sich zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu öffnen. Somit wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t84 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t84 zu dem Zeitpunkt t86 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t86 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das Ventilelement 330 sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu schließen. Das zweite bewegliche Element 362 beginnt das Bewegen in die Schließrichtung, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu schließen. Folglich werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t87 ist die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollständig. Folglich wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements null, und somit wird der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 durch das Ventilelement 330 geschlossen; die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird null, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 362 geschlossen.
Wie aus 23(d)–(e) ersichtlich ist, beginnt zu dem Zeitpunkt t81 die Nadel 340 sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. In diesem Fall, da die Menge des aus der zweiten Druckkammer 20 ausströmenden Kraftstoffs durch die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 begrenzt ist, wird die Nadelverschiebung Ln allmählich erhöht, und somit die Düsenkammer 11 allmählich geöffnet. Folglich wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S allmählich erhöht, und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls allmählich erhöht.
Zu dem Zeitpunkt t84 ist der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 vollständig durch das Ventilelement 330 geöffnet, was verursacht, dass der zweite Druck P2 weiter abfällt. Folglich wird die Nadel 340 weiter in die Öffnungsrichtung bewegt, wodurch die Nadelverschiebung Ln erhöht wird; somit wird die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S weiter erhöht, wodurch die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht wird.
Zu einem Zeitpunkt t85 wird die Nadelverschiebung Ln gleich der maximalen Nadelverschiebung Ln_max, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird gleich der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t85 zu dem Zeitpunkt t87 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t87 beginnt die Nadel 340, sich in die Schließrichtung zu bewegen, wodurch die Nadelverschiebung Ln verringert wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geschlossen, wodurch verursacht wird, dass sich die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q verringern.
Zu einem Zeitpunkt t88 sind die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 340 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Zuletzt wird mit Bezug auf 24 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem durch die Spule 80 zuerst das erste Magnetfeld erzeugt wird, und dann das zweite Magnetfeld erzeugt wird.
Wie aus 24(a)–(c) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t90 die Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie so begonnen, dass elektrischer Strom in der positiven Richtung an die Spule 80 angelegt wird. Folglich wird die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, und die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A wird zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem zweiten beweglichen Element 362 erzeugt. Die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A verursacht, dass das Ventilelement 330 sich zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu öffnen. Die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft Fm2_A verursacht, dass sich das zweite bewegliche Element 362 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu öffnen. Somit werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t91 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird gleich der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Von dem Zeitpunkt t91 zu einem Zeitpunkt t93 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird konstant an der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t93 wird die Energiebeaufschlagungsrichtung der Spule 80 (oder die Richtung des an die Spule 80 angelegten elektrischen Stroms) von der positiven Richtung zu der negativen Richtung umgeschaltet. Folglich wird anstelle der das erste bewegliche Element anziehenden Kraft Fm1_A die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt. Die das erste bewegliche Element abstoßende Kraft Fm1_R verursacht, dass sich das Ventilelement 330 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Schließrichtung bewegt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu schließen. Somit wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t94 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements null, und somit wird der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 durch das Ventilelement 330 geschlossen.
Zu einem Zeitpunkt t96 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das zweite bewegliche Element 362 sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu schließen. Folglich wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t97 die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollendet. Folglich wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements null, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Elements geschlossen.
Wie aus 24(d)–(e) ersichtlich ist, beginnt zu dem Zeitpunkt t91 die Nadel 340 das Bewegen in die Öffnungsrichtung, wodurch die Nadelverschiebung Ln erhöht wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geöffnet, was verursacht, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q ansteigen.
Zu einem Zeitpunkt t92 wird die Nadelverschiebung Ln gleich der maximalen Nadelverschiebung Ln_max, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird gleich der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t92 zu dem Zeitpunkt t97 bleibt die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten, und die Kraftstoffeinspritzrate Q bleibt konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t97 beginnt die Nadel 340 das Bewegen in die Schließrichtung, wodurch die Nadelverschiebung Ln verringert wird. Folglich wird die Düsenkammer 11 geschlossen, was verursacht, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q sich verringern.
Zu einem Zeitpunkt t98 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 340 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Die voranstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
Darüber hinaus ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 im Erhöhen und Verringern des zweiten Drucks P2 verbessert. Folglich wird es mit der verbesserten Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 möglich, sowohl den Zeitraum von dem Zeitpunkt, wenn die Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Nadelverschiebung Ln erhöht, und dem Zeitraum, von dem Zeitpunkt, zu dem die Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie umgeschaltet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Nadelverschiebung Ln verringert, zu verkürzen.
[Sechste Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 gemäß der sechsten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der fünften Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 beschrieben.
Wie aus 25 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 ein Ventilelement 430, das einen T-förmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung eines Gehäuses 310 aufweist. Das Ventilelement 430 ist aus einem magnetischen Material hergestellt.
Das erste bewegliche Element 361 weist einen vorderen Endabschnitt des festen Elements 51 darin empfangen auf.
Zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Magneten 350 ist eine Feder 364 des ersten beweglichen Elements bereitgestellt, um das erste bewegliche Element 361 in die Schließrichtung des Ventilelements 430 zu drängen.
Zwischen dem Ventilelement 430 und dem ersten beweglichen Element 361 ist ein Spalt in der axialen Richtung des Gehäuses 310 ausgebildet. Die Größe des Spalts, d. h. der Abstand von dem Ventilelement 430 zu dem ersten beweglichen Element 361 in der axialen Richtung des Gehäuses 310 wird im Folgenden als Ventilelementspaltabstand Li bezeichnet.
Das Ventilelement 430 weist einen Ventilelementflansch 431 auf, der näher an dem vorderen Ende davon bereitgestellt ist. Der Ventilelementflansch 431 erstreckt sich radial von dem Hauptkörper des Ventilelements 430 nach außen und weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Gehäuses 310 auf. Der Ventilelementflansch 431 ist in der Lage, mit einem zweiten beweglichen Element 462 in Berührung zu geraten.
Das zweite bewegliche Element 462 ist aus einem nicht magnetischen Material ausgebildet. An der Mitte des zweiten beweglichen Elements 462 ist eine Einfügebohrung ausgebildet, in die das Ventilelement 430 eingefügt ist.
Das zweite bewegliche Element 462 ist zwischen dem Ventilelementflansch 431 und einem rückwärtigen Endabschnitt des Ventilelements 430 bereitgestellt. Der Abstand von dem Ventilelementflansch 431 zu dem zweiten beweglichen Element 462 in der axialen Richtung des Gehäuses 310 wird im Folgenden als Ventilelementflanschabstand Ls bezeichnet.
Der Ventilelementflanschabstand Ls ist eingestellt, größer als der Ventilelementspaltabstand Li zu sein. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (14) erfüllt. Ls > Li (14)
26 zeigt den Fall, in dem die Spule 80 mit Energie beaufschlagt ist, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92, um das erste Magnetfeld zu erzeugen, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350 liegt. In diesem Fall wird eine das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, was verursacht, dass sich das erste bewegliche Element 361 in die Öffnungsrichtung (d. h. zu dem Magneten 350 hin) bewegt. Zu der gleichen Zeit wird eine das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Ventilelement 430 erzeugt, was verursacht, dass das Ventilelement 430 an das erste bewegliche Element 361 angehaftet wird. Folglich wird das Ventilelement 430 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 geöffnet. Als Ergebnis strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den ersten Steuerströmungsdurchtritt 381 und den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 aus, was verursacht, dass sich die Nadel 340 in die Öffnungsrichtung bewegt.
Wie darüber hinaus aus 27 ersichtlich ist, wird mit der Bewegung des Ventilelements 430 in die Öffnungsrichtung der Ventilelementflansch 431 mit dem zweiten beweglichen Element 462 in Berührung gebracht. Folglich wird durch die von dem Ventilelementflansch 431 empfangene Schubkraft das zweite bewegliche Element 462 zusammen mit dem Ventilelement 430 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 geöffnet. Als Ergebnis strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 ebenfalls über den zweiten Steuerströmungsdurchtritt 382 und den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 aus. Zusätzlich ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Summe der ersten Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 und der zweiten Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 dargestellt.
28 zeigt den Fall, in dem die Spule 80 mit Energie beaufschlagt ist, von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 350 liegt. In diesem Fall wird das erste bewegliche Element 361 durch den Anschlag 370 angehalten (oder davon abgehalten), sich in die Schließrichtung zu bewegen. Zu der gleichen Zeit wird die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Ventilelement 430 erzeugt, was verursacht, dass das Ventilelement 430 an dem ersten beweglichen Element 361 anhaftet. Folglich wird das Ventilelement 430 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 bewegt. Als Ergebnis strömt der Kraftstoff in der zweiten Druckkammer 20 über den ersten Steuerströmungsdurchtritt 381 und den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 aus, was verursacht, dass sich die Nadel 340 in die Öffnungsrichtung bewegt.
Da der Ventilelementflanschabstand Ls und der Ventilelementspaltabstand Li eingestellt sind, den voranstehend erwähnten Verhältnisausdruck (14) zu erfüllen, wird jedoch in diesem Fall der Ventilelementflansch 431 nicht mit dem zweiten beweglichen Element 462 in Berührung gebracht werden. Folglich wird das zweite bewegliche Element 462 nicht in die Öffnungsrichtung bewegt, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 462 geschlossen verbleiben. Zusätzlich ist in diesem Fall die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 dargestellt.
Wie voranstehend erwähnt wurde, ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin (d. h. die Summe der ersten und zweiten Steuerströmungsdurchtrittsflächen Aq1 und Aq2) in dem Fall, in dem das erste Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, größer als die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin (d. h. die erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1) in dem Fall, in dem das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist. Folglich ist die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 in dem Fall, in dem das erste Magnetfeld erzeugt ist, höher als in dem Fall, in dem das zweite Magnetfeld erzeugt ist.
Entsprechend ist es in der vorliegenden Ausführungsform für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 möglich, die Kraftstoffeinspritzrate Q durch Ändern der Richtung des durch die Spule 80 erzeugten Magnetfelds zu ändern.
Als nächstes wird mit Bezug auf 29 eine Erläuterung der Kraftstoffeinspritzrate Q in dem Fall gegeben, in dem das erste Magnetfeld durch die Spule 80 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 erzeugt ist.
Wie aus 29(a)–(c) ersichtlich ist, wird zu einem Zeitpunkt t100 die Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen, so dass elektrischer Strom auf die Spule 80 in der positiven Richtung angelegt wird. Folglich wird die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A zwischen dem Magneten 350 und dem ersten beweglichen Element 361 erzeugt, und die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A wird zwischen dem ersten beweglichen Element 361 und dem Ventilelement 430 erzeugt. Die das erste bewegliche Element anziehende Kraft Fm1_A verursacht, dass sich das erste bewegliche Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt. Die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A verursacht, dass sich das Ventilelement 430 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu öffnen. Somit wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements erhöht.
Während des Zeitraums von dem Zeitpunkt t100 zu einem Zeitpunkt t101 erhöht sich die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements, um den Ventilelementspaltabstand Li zu übersteigen.
Zu dem Zeitpunkt t101 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich dem Ventilelementflanschabstand Ls, und somit wird der Ventilelementflansch 431 mit dem zweiten beweglichen Element 462 in Berührung gebracht. Dann wird das zweite bewegliche Element 462 zusammen mit dem Ventilelement 430 und dem ersten beweglichen Element 361 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 geöffnet. Somit werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements erhöht.
Zu einem Zeitpunkt t102 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird gleich der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Ausführungsform die Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gleich dem Abstand von der Anfangsposition des zweiten beweglichen Elements 462 zu der Position, an der die durch den Ventilelementflansch 431 auf das zweite bewegliche Element 462 aufgebrachte Schubkraft gleich der drängenden Kraft der Feder 366 des zweiten beweglichen Elements wird.
Von dem Zeitpunkt t102 zu dem Zeitpunkt t104 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements konstant an der Verschiebung Lm1_A des ersten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten, und die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements wird konstant an der Verschiebung Lm2_A des zweiten beweglichen Elements zur Anziehungszeit gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t104 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie begonnen. Somit beginnt das Ventilelement 430, sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zu schließen. Das zweite bewegliche Element 462 beginnt, sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 zu schließen. Folglich werden sowohl die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements wie auch die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements verringert.
Zu einem Zeitpunkt t105 wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements gleich dem Ventilelementflanschabstand Ls, und somit wird das Ablösen des Ventilelementflanschs 431 von dem zweiten beweglichen Element 462 begonnen. Darüber hinaus wird die Verschiebung Lm2 des zweiten beweglichen Elements null, und somit wird der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 462 geschlossen.
Zu einem Zeitpunkt t106 wird die Unterbrechung der Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie vollendet. Folglich wird die Verschiebung Lm1 des ersten beweglichen Elements null, und somit wird der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 durch das Ventilelement 430 geschlossen.
Wie aus 29(d)–(e) ersichtlich ist, beginnt zu einem Zeitpunkt t101 die Nadel 340, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, was die Nadelverschiebung Ln erhöht. Folglich wird die Düsenkammer 11 geöffnet, was verursacht, dass die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q ansteigen.
Zu einem Zeitpunkt t103 wird die Nadelverschiebung Ln gleich der maximalen Nadelverschiebung Ln_max, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird gleich der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max.
Von dem Zeitpunkt t103 zu dem Zeitpunkt t106 wird die Nadelverschiebung Ln konstant an der maximalen Nadelverschiebung Ln_max gehalten, und die Kraftstoffeinspritzrate Q wird konstant an der maximalen Kraftstoffeinspritzrate Q_max gehalten.
Zu dem Zeitpunkt t106 beginnt die Nadel 340, sich in die Schließrichtung zu bewegen, was die Nadelverschiebung Ln verringert. Folglich wird die Düsenkammer 11 geschlossen, was verursacht, dass sich die Einspritzströmungsdurchtrittsfläche S und somit die Kraftstoffeinspritzrate Q verringern.
Zu einem Zeitpunkt t107 werden die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 340 geschlossen. Folglich werden sowohl die Nadelverschiebung Ln wie auch die Kraftstoffeinspritzrate Q null, und die Kraftstoffeinspritzung wird beendet.
Darüber hinaus ist in dem Fall, in dem das zweite Magnetfeld durch die Spule 80 erzeugt ist, die Kraftstoffeinspritzrate Q die gleiche wie in der fünften Ausführungsform, mit Ausnahme des Zeitraums, während dem lediglich der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 geöffnet ist.
In dem Fall, in dem durch die Spule 80 zuerst das zweite Magnetfeld erzeugt wird, und dann das erste Magnetfeld erzeugt wird, ist die Kraftstoffeinspritzrate Q die gleiche wie in der fünften Ausführungsform beschrieben wurde, mit Ausnahme des Zeitraums, während dem der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 zuerst geöffnet wird und dann der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 geöffnet wird.
In dem Fall, in dem durch die Spule 80 zuerst das erste Magnetfeld erzeugt wird, und dann das zweite Magnetfeld erzeugt wird, ist die Kraftstoffeinspritzrate Q die gleiche, wie in der fünften Ausführungsform beschrieben wurde, mit Ausnahme des Zeitraums, während dem lediglich der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 geöffnet ist.
Die voranstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung 92 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 91 gemäß der fünften Ausführungsform auf.
[Siebte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 gemäß der siebten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus 30 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 eine Mehrzahl Anschläge 570, die an einer Seitenwand 531 eines Ventilelements 530 ausgebildet sind.
Noch genauer hat in der vorliegenden Ausführungsform die Mehrzahl der Anschläge 570 einen ersten Anschlag 571 und einen zweiten Anschlag 572, der auf der Rückseite des ersten Anschlags 571 ausgebildet ist.
Jeder der ersten und zweiten Anschläge 571 und 572 erstreckt sich radial von der Seitenwand 531 des Ventilelements 530 nach außen und weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Ventilelements 530 (oder der axialen Richtung des Gehäuses 10) auf. Das Ventilelement 530 ist nämlich in jeden der ersten und zweiten Anschläge 571 und 572 eingefügt.
Darüber hinaus weist für jeden der ersten und zweiten Anschläge 571 und 572 eine Außenkante des Anschlags eine gekrümmte (oder abgerundete) Form auf einem Querschnitt des Anschlags parallel zu der axialen Richtung des Ventilelements 530 (d. h. der vertikalen Richtung in 30) auf.
Wie aus 31 ersichtlich ist, sind, wenn das erste Magnetfeld, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 50 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, drängende Elements 580 in Berührung mit einem rückwärtigen Teil des ersten Anschlags 571 platziert. Folglich wird das Ventilelement 530 angehalten (oder davon abgehalten), sich weiter in die Öffnungsrichtung (oder nach rückwärts) zu bewegen.
Wie aus 32 ersichtlich ist, sind, wenn das zweite Magnetfeld, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 50 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, die drängenden Elements 580 in Berührung mit einem rückwärtigen Teil des zweiten Anschlags 272 platziert. Folglich wird das Ventilelement 530 angehalten, sich weiter in die Öffnungsrichtung zu bewegen.
Die drängenden Elemente 580 sind in der ersten Druckkammer 19 bereitgestellt. Jedes der drängenden Elemente 580 hat ein berührendes Element 581 und eine Feder 582.
Das berührende Element 581 weist die Form eines halbkreisförmigen Zylinders auf und ist mit der Seitenwand 531 des Ventilelements 530 in Linienberührung.
Noch genauer weist das berührende Element 581 einen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Ventilelements 530, und einen halbkreisförmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Ventilelements 530 auf. Darüber hinaus weist das berührende Element 581 eine gekrümmte (oder abgerundete) äußere Kante auf.
Die Feder 582 weist ein Ende mit einer Innenwand des Gehäuses 10 verbunden auf und das andere Ende mit dem berührenden Element 581 verbunden auf. Die Feder 582 drängt das berührende Element 581.
Mit der Bewegung des Ventilelements 530 gleitet jedes der drängenden Elemente 580 auf der Seitenwand 531 des Ventilelements 530. Wenn darüber hinaus jedes der drängenden Elemente 580 in Berührung mit einem der Anschläge 570 (d. h. den ersten und zweiten Anschlägen 571 und 572 in der vorliegenden Ausführungsform) platziert ist, bringt jedes auf das Ventilelement 530 entweder eine Ventilelementunterstützungskraft Fe_O in die Öffnungsrichtung oder eine Ventilelementunterstützungskraft Fe_C in die Schließrichtung auf.
Noch genauer, wie aus 31 und 32 ersichtlich ist, wenn sie an der Rückseite von und in Berührung mit einem der Anschläge 570 platziert sind, bringt jedes der Elemente 580 auf das Ventilelement 530 eine drängende Kraft auf, die in die Ventilelementunterstützungskraft Fe_C in die Schließrichtung und eine radial nach innen gerichtete Kraft zerlegt werden kann. Mit der Ventilelementunterstützungskraft Fe_C wird es für das Ventilelement 530 einfacher, sich in die Schließrichtung zu bewegen, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu schließen. Folglich ist die Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 im Erhöhen des zweiten Drucks P2 verbessert.
Andererseits, wie aus 33 ersichtlich ist, wenn sie an der Vorderseite von und in Berührung mit einem der Anschläge 570 platziert sind, bringt jedes der drängenden Elemente 580 auf das Ventilelement 530 eine drängende Kraft auf, die in die Ventilelementunterstützungskraft Fe_O in die Öffnungsrichtung eine radial nach innen gerichtete Kraft zerlegt werden kann. Mit der Ventilelementunterstützungskraft Fe_O wird es für das Ventilelement 530 einfacher, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu öffnen. Folglich ist die Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 in der Verringerung des zweiten Drucks P2 verbessert.
Die voranstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
Darüber hinaus wird es in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Ventilelementunterstützungskraft Fe_O oder Fe_C für das Ventilelement 530 einfacher, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu öffnen, oder in die Schließrichtung zu bewegen, um den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 251 zu schließen. Folglich ist die Erwiderungsfähigkeit des zweiten Drucks P2 wie in der fünften Ausführungsform verbessert.
[Modifikationen]
34 und 35 zeigen zusammen die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
In 34 ist die Spule 80 mit Energie beaufschlagt, um das erste Magnetfeld zu erzeugen, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 50 liegt. Andererseits ist in der 35 die Spule 80 mit Energie beaufschlagt, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 50 liegt.
Wie aus 34 und 35 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit so eingestellt, dass sie kleiner oder gleich der Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac und größer als die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit ist. Entsprechend ist der folgende Verhältnisausdruck (15) erfüllt. Ac ≥ Ag_A > Ag_R (15)
Darüber hinaus, wie aus 36 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_A zur Anziehungszeit dargestellt, wenn die Ventilelementverschiebung Le gleich der Ventilelementverschiebung Le_A zur Anziehungszeit ist, und durch die Spaltströmungsdurchtrittsfläche Ag_R zur Abstoßzeit, wenn die Ventilelementverschiebung Le gleich der Ventilelementverschiebung Le_R zur Abstoßzeit ist.
Zusätzlich weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
37 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie aus 37 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 einen Elektromagneten 150 anstelle des Permanentmagneten 50, der in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Der Elektromagnet 150 ist durch Wickeln einer Elektromagnetspule 151 um ein magnetisches Material ausgebildet. Der Elektromagnet 150 erzeugt aufgrund der Anlegung von elektrischem Strom auf die Elektromagnetspule 151 ein Magnetfeld.
Zusätzlich weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
38 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie aus 38 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 ein bewegliches Element 160 und einen Anschlag 170 anstelle des beweglichen Elements 60 und des Anschlags 70, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
Das bewegliche Element 160 weist einen Flanschabschnitt 161 auf, der im Wesentlichen in der Mitte des beweglichen Elements 160 in der axialen Richtung des Gehäuses 10 ausgebildet ist, um sich radial nach außen zu erstrecken.
Der Anschlag 170 besteht aus vorderen und rückwärtigen Teilen, die entsprechend an vorderen und rückwärtigen Seiten des beweglichen Elements 160 angeordnet sind. Jedes der vorderen und rückwärtigen Teile des Anschlags 170 weist einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zur axialen Richtung des Gehäuses 10 auf.
Darüber hinaus ist an der Rückseite des beweglichen Elements 160 eine Feder 162 des beweglichen Elements bereitgestellt, um die Bewegung des beweglichen Elements 160 in die Schließrichtung zu erleichtern.
Zusätzlich weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf.
39 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 8 gemäß einer Modifikation der vierten Ausführungsform.
Wie aus 39 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 8 die erste Spule 181 an der Rückseite der zweiten Spule 182 bereitgestellt.
Zusätzlich weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 8 die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vierten Ausführungsform auf.
40 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 94 gemäß einer ersten Modifikation der fünften Ausführungsform.
Wie aus 40 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 94 die dritte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 eingestellt, kleiner als die vierte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 zu sein.
Darüber hinaus ist die zweite Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq2 eingestellt, größer als die erste Steuerströmungsdurchtrittsfläche Aq1 zu sein. Entsprechend sind die folgenden Verhältnisausdrücke (16) und (17) erfüllt. Ac3 < Ac4 (16) Aq1 < Aq2 (17)
41 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 95 gemäß einer zweiten Modifikation der fünften Ausführungsform.
Wie aus 41 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 95 keine Drucksteuerscheibe. Jedoch hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 95 noch immer die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Wenn in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 95 zusätzlich das erste Magnetfeld, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die Summe der dritten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac3 und der vierten Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 dargestellt. Wenn andererseits das zweite Magnetfeld, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, ist die minimale Strömungsdurchtrittsfläche Amin durch die vierte Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche Ac4 dargestellt.
42 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 96 gemäß einer dritten Modifikation der fünften Ausführungsform.
Wie aus 42 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 96 ein erstes bewegliches Element 661, ein zweites bewegliches Element 662 und ein Anschlag 670 einstückig in einem Stück ausgebildet.
43 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97 gemäß einer vierten Modifikation der fünften Ausführungsform.
Wie aus 43 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97 ein erstes bewegliches Element 761 und ein Anschlag 770 einstückig in einem Stück ausgebildet. Das erste bewegliche Element 761 weist eine an der Mitte davon ausgebildete Aussparung auf. Das Ventilelement 330 ist aus einem magnetischen Material hergestellt, somit wird die das Ventilelement anziehende Kraft Fe_A zwischen dem ersten beweglichen Element 761 und dem Ventilelement 330 aufgrund einer Beaufschlagung der Spule 80 mit Energie erzeugt. Zwischen dem ersten beweglichen Element 761 und dem Ventilelement 330 ist die Ventilelementfeder 52 bereitgestellt, um das Ventilelement 330 in die Schließrichtung zu drängen.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 97, wie aus 43 ersichtlich ist, sind das erste bewegliche Element 761 und das Ventilelement 330 voneinander getrennt.
Wenn das erste Magnetfeld, das in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, werden das Ventilelement 330 und das zweite bewegliche Element 362 zusammen mit dem ersten beweglichen Element 761 in die Öffnungsrichtung bewegt, und öffnen dabei entsprechend den dritten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 und den vierten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256.
Wenn das zweite Magnetfeld, das in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten 350 liegt, durch die Spule 80 erzeugt ist, wird das Ventilelement 330 in die Öffnungsrichtung bewegt, während das erste bewegliche Element 761 und das zweite bewegliche Element 362 stationär verbleiben. Folglich wird der dritte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 255 durch das Ventilelement 330 geöffnet, während der vierte Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt 256 durch das zweite bewegliche Element 362 geschlossen verbleibt.
44 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 98 gemäß einer fünften Modifikation der fünften Ausführungsform.
Wie aus 44 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 98 ein Ventilelementflansch 381 in ein zweites bewegliches Element 862 eingefügt. Das Ventilelement 830 ist aus einem magnetischen Material hergestellt.
Ein erstes bewegliches Element 861 weist eine an der Mitte davon ausgebildete Aussparung und einen an einem vorderen Ende davon ausgebildeten Flansch 863 des ersten beweglichen Elements auf. Das erste bewegliche Element 61 ist einstückig mit einem Anschlag in einem Stück ausgebildet.
Der Flansch 863 des ersten beweglichen Elements erstreckt sich radial von dem Hauptkörper des ersten beweglichen Elements 861 nach außen und ist mit dem zweiten beweglichen Element 862 gefügt.
Das zweite bewegliche Element 862 ist aus einem nicht magnetischen Material hergestellt und ist in der Lage, sich zusammen mit dem ersten beweglichen Element 861 in die Öffnungs-/Schließrichtung zu bewegen.
Darüber hinaus ist eine Mehrzahl von Abstandhaltern 864 bereitgestellt, um Spalten in der ersten Druckkammer 19 anzupassen. Zum Beispiel ist ein Abstandhalter 864 zwischen dem Gehäuse 310 und dem Ventilelement 830 bereitgestellt, während ein anderer Abstandhalter 864 zwischen dem Gehäuse 310 und dem zweiten beweglichen Element 862 bereitgestellt ist.
Zusätzlich, wie aus 45 ersichtlich ist, kann das zweite bewegliche Element 862 radial außerhalb des Ventilelements 830 bereitgestellt sein, ohne das Ventilelement darin eingefügt aufzuweisen.
46 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 99 gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform.
Wie aus 46 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 99 ein Ventilelementflansch 931 an dem vorderen Ende eines Ventilelements 930 bereitgestellt. In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 99 berührt der Ventilelementflansch 931 die Bodenoberfläche der ersten Scheibennut 326 und gerät somit damit in Eingriff.
Darüber hinaus, obwohl dies nicht in den Figuren gezeigt ist, können in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 93 gemäß der siebten Ausführungsform die Anschläge 570 (oder 571, 572) einstückig mit dem Ventilelement 530 in einem Stück ausgebildet sein. Alternativ können die Anschläge 570 an dem beweglichen Element 60 bereitgestellt sein. Außerdem können die Anschläge 570 einstückig mit dem beweglichen Element 60 in einem Stück ausgebildet sein. Zusätzlich können die Anschläge 570 die Form eines Polygons aufweisen.
[Achte Ausführungsform]
47 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist entworfen, um an einem Zylinder einer Brennkraftmaschine (z. B. einer Dieselmaschine) montiert zu werden, um einen Kraftstoff, der in einer Common-Rail 34 mit hohem Druck gesammelt ist, in den Zylinder einzuspritzen.
Wie aus 47 ersichtlich ist, hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ein Gehäuse 10, ein Drucksteuerventil 25, eine Spule (oder Solenoid) 30, ein erstes drängendes Element 40, ein Paar zweite drängende Elemente 50 und eine Nadel 60.
Das Gehäuse 10 weist eine mit Boden versehene zylindrische Form auf und ist aus einem Metallmaterial wie z. B. Kohlenstoffstahl hergestellt. Das Gehäuse 10 weist an der Vorderseite eine Düsenkammer 11, eine Mehrzahl Sprühbohrungen 12 und einen Ventilsitz 13 auf. Darüber hinaus weist das Gehäuse 10 auf der Rückseite Kraftstoffströmungsdurchtritte 14–17 und eine Drucksteuerkammer 20 auf.
Die Düsenkammer 11 ist durch eine innere Seitenoberfläche 101 des Gehäuses 10 und eine äußere Seitenoberfläche 601 der Nadel 60 definiert (oder ausgebildet), und mit dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 16 in Verbindung.
Die Sprühbohrungen 12 sind an vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung des Gehäuses 10 ausgebildet.
Der Ventilsitz 13 ist um die Öffnungen der Sprühbohrungen 12 innerhalb des Gehäuses 10 ausgebildet. Noch genauer ist der Ventilsitz 13 auf einer konischen inneren Oberfläche eines Bodenteils des Gehäuses 10 ausgebildet.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 14 ist mit der Common-Rail 34 in Fluidverbindung und mit den Kraftstoffströmungsdurchtritten 15 und 16 in Verbindung. Folglich kann Kraftstoff von der Common-Rail 34 zu den Kraftstoffströmungsdurchtritten 15 und 16 über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 14 zugeführt werden.
Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 ist mit der Drucksteuerkammer 20 in Verbindung. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 16 ist mit der Düsenkammer 11 in Verbindung. Der Kraftstoffströmungsdurchritt 17 ist mit der Drucksteuerkammer 20 in Verbindung.
Jeder der Kraftstoffströmungsdurchritte 14–17 weist einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Kraftstoffs auf. Darüber hinaus ist jeder der Kraftstoffströmungsdurchritte 14–17 ausgebildet, einen gleichförmigen Durchmesser aufzuweisen.
Die Drucksteuerkammer 20 ist durch eine innere Oberfläche 18 eines rückwärtigen Teils des Gehäuses 10 so definiert, dass der von der Common-Rail 34 zugeführte Kraftstoff in die Drucksteuerkammer 20 hinein und daraus heraus strömen kann. Noch genauer strömt der Kraftstoff in die Drucksteuerkammer 20 über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 und strömt aus der Drucksteuerkammer 20 über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17.
Die Drucksteuerkammer 20 weist einen Zentraldurchtritt 21 zwischen dem Kraftstoffströmungsdurchritt 15 und dem Kraftstoffströmungsdurchritt 17 auf.
Der Zentraldurchtritt 21 ist ausgebildet, um den Strömungsdurchtritt dort beschränkt aufzuweisen. Im Folgenden wird die Strömungsdurchtrittsfläche des Zentraldurchtritts 21 durch Ac [mm²] bezeichnet; die Strömungsdurchtrittsfläche des Kraftstoffströmungsdurchtritts 15 auf der Seite der Drucksteuerkammer 20 des Zentraldurchtritts 21 wird durch Ai [mm²] bezeichnet; die Strömungsdurchtrittsfläche des Kraftstoffströmungsdruchtritts 17 an der der Drucksteuerkammer 20 gegenüberliegenden Seite des Zentraldurchtritts 21 wird durch Ao [mm²] bezeichnet.
Der Strömungsdurchtrittsdurchmesser des Zentraldurchtritts 21 und der Kraftstoffdurchtritte 15 und 17 sind so eingestellt, dass sie den folgenden Verhältnisausdruck (18) zu erfüllen. Ai ≥ Ac ≥ Ao (18)
Es sollte angemerkt werden, dass das Symbol „=” und der Ausdruck „gleich zu”, die im Folgenden verwendet werden, breit als einen bekannten Fehlerbereich umfassend interpretiert werden sollten.
Das Drucksteuerventil 25 ist aus einem weichen magnetischen Material hergestellt und in der Drucksteuerkammer 20 empfangen. Das Drucksteuerventil 25 ist in der Lage, sich in einer Richtung eines Öffnens/Schließens der Drucksteuerkammer 20 zu bewegen, und dabei die ausgehende Strömungsrate (oder Abgabeströmungsrate) Qo [mm³/s] des Kraftstoffs von der Drucksteuerkammer 20 und somit den Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 zu steuern.
In der achten Ausführungsform fällt die Richtung des Öffnens/Schließens der Drucksteuerkammer 20 mit der axialen Richtung des Gehäuses 10 wie auch mit einer axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 zusammen.
Wenn die später beschriebene Nadel 60 in Berührung mit dem Ventilsitz 13 platziert ist, ist der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 durch das Drucksteuerventil 25 geschlossen, und der von der Common-Rail 34 zugeführte Kraftstoff strömt über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 15 in den Zentraldurchtritt 21.
Wenn das Drucksteuerventil 25 in die Öffnungsrichtung bewegt wird, wird der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 auf der Seite der Steuerdruckkammer 20 geöffnet, so dass der Kraftstoff aus der Steuerdruckkammer 20 über den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 strömt.
Im Folgenden wird die Öffnungsfläche des Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 auf der Seite der Drucksteuerkammer 20 als Öffnungsfläche A [mm²] bezeichnet. Da der Strömungsdurchtrittsdurchmesser des Zentraldurchtritts 21 und der Kraftstoffströmungsdurchtritte 15 und 17 eingestellt sind, den voranstehend erwähnten Verhältnisausdruck (18) zu erfüllen, hängt die ausgehende Strömungsrate Qo des Kraftstoffs von der Drucksteuerkammer 20 von der Öffnungsfläche A ab.
Die ausgehende Strömungsrate Qo kann z. B. durch den folgenden Verhältnisausdruck (19) ausgedrückt werden. Hier ist ζ der Strömungskoeffizient, der eine strukturabhängige dimensionslose Zahl ist. ΔPy ist der Druckunterschied in N/mm². ρ ist die Kraftstoffdichte in g/mm³. Zusätzlich kann der Druckunterschied ΔPy als konstant betrachtet werden, da der Druck des von der Common-Rail 34 zugeführten Kraftstoffs konstant ist; die Kraftstoffdichte ρ kann ebenfalls als konstant betrachtet werden, da Kraftstoff ein inkompressibles Fluid ist. Qo = ζ × A × √(2ΔPy/ρ) (19)
Die Spule 30 ist in einem Stützelement 32 empfangen und elektrisch mit einer Batterie 33 verbunden, die eine Quelle elektrischer Leistung ist.
Das Stützelement 32 ist aus einem weichen magnetischen Material hergestellt und an der Rückseite des Gehäuses 10 bereitgestellt. In dem Stützelement 32 ist eine mit Boden versehene Bohrung (oder Sackloch) 31 ausgebildet, die sich an der vorderen Seite öffnet. Darüber hinaus ist das Stützelement 32 so ausgebildet, dass mit einer kontinuierlichen Bewegung des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungsrichtung eine rückwärtige Endoberfläche 201 des Drucksteuerventils 25 mit dem Stützelement 32 in Berührung gebracht wird.
Wenn elektrische Leistung W zu der Spule 30 zugeführt wird, wird um die Spule 30 herum ein Magnetfeld erzeugt. Mit dem Magnetfeld wird ein Magnetkreis in der Spule 30 und dem Drucksteuerventil 25 ausgebildet, was eine magnetisch anziehende Kraft erzeugt. Die magnetisch anziehende Kraft zieht das Drucksteuerventil 25 zu der Spule 30 an, und verursacht dabei, dass das Drucksteuerventil 25 in die Öffnungsrichtung gleitet.
Das erste drängende Element 40 weist ein rückwärtiges Ende 401 mit einer Bodenoberfläche der mit Boden versehenen Bohrung 31 des Stützelements 32 verbunden auf und sein vorderes Ende 402 mit der rückwärtigen Endoberfläche 201 des Drucksteuerventils 25 verbunden auf. Das erste drängende Element 40 ist z. B. durch eine Feder implementiert und drängt das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung.
Jedes der zweiten drängenden Elemente 50 ist bereitgestellt, um das Drucksteuerventil 25 radial nach innen zu drängen. Jedes der zweiten drängenden Elemente 50 hat ein berührendes Element 51 und eine Feder 52.
Das berührende Element 51 ist in Form eines halbkreisförmigen Zylinders ausgebildet und weist eine Berührungsoberfläche 53 auf, die mit einer Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 eine Linienberührung herstellt.
Noch genauer, wie aus 47 ersichtlich ist, weist das berührende Element 51 einen halbkreisförmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 (d. h. der vertikalen Richtung in 47) auf. Darüber hinaus, wie aus 48 ersichtlich ist, weist das berührende Element 51 einen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 auf.
Mit der Bewegung des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungs-/Schließrichtung gleitet die berührende Oberfläche 53 des berührenden Elements 51 auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25.
Die Feder 52 weist ein radial äußeres Ende 521 mit einer Innenwand des Gehäuses 10 verbunden auf und sein radial inneres Ende 522 mit dem berührenden Element 51 verbunden auf. Die Feder 52 drängt das Drucksteuerventil 25 radial nach innen.
Die Nadel 60 ist hin- und herbeweglich in dem Gehäuse 10 vorgesehen. Mit dem Öffnen/Schließen der Drucksteuerkammer 20 durch das Drucksteuerventil 25 gleitet die Nadel 60 in der axialen Richtung des Gehäuses 10, und öffnet/schließt dabei die Sprühbohrungen 12.
Noch genauer schießt die Nadel 60 die Sprühbohrungen 12 aufgrund eines vorderen Endabschnitts 61 der Nadel 60, der auf dem Ventilsitz 13 ruht. Im Gegensatz dazu, öffnet die Nadel 60 die Sprühbohrungen 12 aufgrund des vorderen Endabschnitts 61 der Nadel 60, der von dem Ventilsitz 13 abgehoben wird. Zusätzlich wird aufgrund des Öffnens der Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 60 der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt.
Die Nadel 60 weist eine Druckempfangsoberfläche 63 auf, die zu der Düsenkammer 11 gerichtet ist. Die Druckempfangsoberfläche 63 empfängt den Druck, der durch den Kraftstoff, der in die Düsenkammer 11 geströmt ist, in die Öffnungsrichtung aufgebracht wird.
Die Nadel 60 weist ihren rückwärtigen Endabschnitt zu der Drucksteuerkammer 20 freigelegt auf. Die Nadel 60 weist ebenfalls eine Rückdruckoberfläche 64 auf, die zu der Drucksteuerkammer 20 gerichtet ist. Die Rückdruckoberfläche 64 empfängt den durch den Kraftstoff, der in die Drucksteuerkammer 20 geströmt ist, in die Schließrichtung aufgebrachten Druck.
In der Drucksteuerkammer 20 ist eine Nadelfeder 65 bereitgestellt, um den rückwärtigen Endabschnitt der Nadel 60 in die Schließrichtung zu drängen. Die Nadelfeder 65 weist ihr rückwärtiges Ende 651 mit einer inneren Wand des Gehäuses 10 verbunden auf, die zu der Rückdruckoberfläche 64 gerichtet ist, und ihr vorderes Ende 652 mit der Nadel 60 verbunden auf.
Als nächstes wird der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Mit Bezug auf 47 wird in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 Kraftstoff von der Common-Rail 34 über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 15 zu der Drucksteuerkammer 20 zugeführt. Zu der gleichen Zeit wird ebenfalls Kraftstoff von der Common-Rail 34 über die Kraftstoffströmungsdurchtritte 14 und 16 zu der Düsenkammer 11 zugeführt. Darüber hinaus wird das Drucksteuerventil 25 durch das erste drängende Element 40 gedrängt, um den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 zu schließen.
Im Folgenden bezeichnet Fp die drängende Kraft, die auf die Rückdruckoberfläche 64 der Nadel 60 durch den Kraftstoff in der Drucksteuerkammer 20 aufgebracht wird. Fb bezeichnet die drängende Kraft, die auf die Druckempfangsoberfläche 63 der Nadel 60 durch den Kraftstoff in der Düsenkammer 11 aufgebracht wird. Fn bezeichnet die drängende Kraft, die durch die Nadelfeder 65 auf die Nadel 60 aufgebracht wird.
In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist der folgende Verhältnisausdruck (20) erfüllt. Deswegen wird die Nadel 60 in Berührung mit dem Ventilsitz 13 platziert, wodurch die Sprühbohrungen 12 geschlossen sind. Fp + Fn > Fb (20)
Mit Bezug auf 49 wird aufgrund der Zufuhr von elektrischer Leistung W zu der Spule 30 die magnetisch anziehende Kraft erzeugt, die das Drucksteuerventil 25 zu der Spule 30 anzieht. Folglich wird das Drucksteuerventil 25 in die Öffnungsrichtung bewegt, und dabei der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 auf der Seite der Drucksteuerkammer 20 geöffnet. Als Ergebnis strömt der Kraftstoff in der Drucksteuerkammer 20 über den geöffneten Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 aus, was verursacht, dass der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 abfällt.
Darüber hinaus, da der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 abfällt, wird die drängende Kraft Fp entsprechend verringert. Folglich ist der folgende Verhältnisausdruck (21) erfüllt. Fp + Fn < Fb (21)
Dann wird die Nadel 60 von dem Ventilsitz 13 abgehoben, wodurch die Sprühbohrungen 12 geöffnet werden. Folglich wird der Kraftstoff in der Düsenkammer 11 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 über die Sprühbohrungen 12 eingespritzt.
Im Folgenden wird die Menge des pro Zeiteinheit über die Sprühbohrungen 12 zu dem Äußeren des Gehäuses 10 eingespritzten Kraftstoffs als Kraftstoffeinspritzrate Q [mm³/s] bezeichnet. Darüber hinaus wird die Änderungsgröße in der Kraftstoffeinspritzrate Q pro Zeiteinheit als Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ bezeichnet.
Wenn die Zufuhr von elektrischer Leistung W zu der Spule 30 unterbrochen wird, verschwindet die magnetisch anziehende Kraft. Dann wird das Drucksteuerventil 25 durch das erste drängende Element 40 gedrängt, sich in die Schließrichtung zu bewegen, und dabei den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 auf der Seite der Steuerdruckkammer 20 zu schließen. Folglich wird der Kraftstoff in der Drucksteuerkammer 20 angehalten, aus dem Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 auszuströmen; die Drucksteuerkammer 20 wird mit Kraftstoff von der Common-Rail 34 gefüllt. Als Ergebnis steigt der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20.
Darüber hinaus, da der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 ansteigt, wird die drängende Kraft Fp entsprechend auf den Anfangswert erhöht. Folglich ist wieder der voranstehend erwähnte Verhältnisausdruck (20) erfüllt.
Dann wird die Nadel 60 in die Schließrichtung bewegt, bis sie mit dem Ventilsitz 13 in Berührung gerät. Folglich werden die Sprühbohrungen 12 geschlossen, und die Kraftstoffeinspritzung beendet.
Im Allgemeinen ist als der thermische Zyklus einer durch Verdichtung gezündeten Maschine wie z. B. einer Dieselmaschine der Diesel-Zyklus oder der Sabathe-Zyklus eingesetzt. Sowohl der Diesel-Zyklus wie auch der Sabathe-Zyklus haben einen Aufwärmprozess konstanten Drucks und weisen somit einen hohen thermischen Wirkungsgrad auf; in dem Aufwärmprozess konstanten Drucks dehnt sich das Volumen in dem Zylinder mit dem Druck in dem Zylinder konstant gehalten von dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben an dem oberen Totpunkt positioniert ist, aus. Deswegen kann durch das Einsetzen des Diesel-Zyklus oder des Sabathe-Zyklus mehr kinetische Energie mit weniger Kraftstoff erhalten werden, und die Kohlendioxidemission kann reduziert werden. Es ist daher anzumerken, dass sowohl der Dieselzyklus wie auch der Sabathe-Zyklus umweltfreundliche thermische Zyklen sind. Entsprechend ist es erwünscht, einen guten Verbrennungszustand mit dem Dieselzyklus oder dem Sabathe-Zyklus zu erlangen und die Kraftstoffeinspritzrate Q genau zu steuern.
Bekannterweise wird in dem Aufwärmprozess mit konstantem Druck und einem Aufwärmprozess mit konstantem Volumen vor dem Aufwärmprozess mit konstantem Druck eine rechteckige Einspritzung als Kraftstoffeinspritzung eingesetzt, wenn der Kolben an dem obersten Totpunkt positioniert ist. In der rechteckigen Einspritzung wird Kraftstoff mit einer konstanten Kraftstoffeinspritzrate Q eingespritzt. Im Folgenden wird der Druck in dem Maschinenzylinder als Druck P in dem Zylinder bezeichnet; das Volumen innerhalb der Maschine wird als Volumen C innerhalb des Zylinders bezeichnet.
In einem aus 22(a)–(b) ersichtlichen Vergleichsbeispiel wird eine rechteckige Einspritzung in dem Aufwärmprozess mit konstantem Druck eingesetzt, was verursacht, dass der Druck P in dem Zylinder ansteigt.
Folglich kann die Lebensdauer der Maschine verringert werden.
Falls darüber hinaus die rechteckige Einspritzung von dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben zu dem obersten Totpunkt positioniert ist, fortgeführt wird, kann die Verbrennung nicht verbessert werden; folglich kann, obwohl sich der thermische Zyklus in dem Aufwärmprozess mit konstantem Druck befindet, der Druck P in dem Zylinder mit der Ausdehnung des Volumens C innerhalb des Zylinders abfallen.
Entsprechend ist es notwendig, um einen guten Verbrennungszustand mit dem Diesel-Zyklus oder dem Sabathe-Zyklus zu erzeugen, die Kraftstoffeinspritzung auf eine Delta-Einspritzung umzuschalten, wenn der Kolben an dem obersten Totpunkt positioniert ist. In der Delta-Einspritzung wird Kraftstoff mit der Kraftstoffeinspritzrate Q eingespritzt, die im Verhältnis zu der Zeit von null ansteigt und sich dann plötzlich auf null verringert.
Wenn darüber hinaus in der in dem Patentdokument 2 offenbarten Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Größenordnung des an den Solenoid angelegten elektrischen Stroms groß ist, ist entsprechend die elektromagnetische Kraft groß. Somit sind die Rate der Verringerung des auf die Nadel wirkenden Drucks wie auch die Hubgeschwindigkeit der Nadel hoch; folglich ist die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ groß. Mit anderen Worten, um die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ zu erhöhen, ist es notwendig, die Größenordnung des elektrischen Stroms zu erhöhen; folglich wird der Verbrauch der elektrischen Leistung erhöht. Außerdem kann mit dem Anstieg des Verbrauchs der elektrischen Leistung die Spannung der Batterie, die den elektrischen Strom zuführt, in einer kalten Umgebung oder aufgrund eines Versagens abfallen, was verursacht, dass die Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung instabil wird.
Im Vergleich weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine charakteristische Konfiguration auf. Folglich wird, wenn die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in einer Brennkraftmaschine, die einen thermischen Zyklus mit einem Aufwärmprozess mit konstantem Druck einsetzt, die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate Q verbessert, was eine stabile Steuerung der Kraftstoffeinspritzrate Q ermöglicht.
Im Folgenden wird die charakteristische Konfiguration der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Detail beschrieben.
Wie aus 50 ersichtlich ist, weist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Drucksteuerventil 24 ein Paar Kragenabschnitte 252 auf, von denen jeder auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ausgebildet ist, um von der Seitenwand 251 radial nach außen vorzuragen. In dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist jeder der Kragenabschnitte 252 auf der vorderen Seite eines entsprechenden der zweiten drängenden Elemente 50 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der Kragenabschnitte 252 einstöckig mit dem Drucksteuerventil 25 in einem Stück ausgebildet. Darüber hinaus weist jeder der Kragenabschnitte 252 eine äußere Kante auf, die im Wesentlichen dreieckig wellenförmig auf einem Querschnitt des Kragenabschnitts 252 parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 liegt.
Wie aus 51 ersichtlich ist, weist jeder der Kragenabschnitte 252 einen rechteckigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 auf.
Darüber hinaus weist jeder der Kragenabschnitte 252 eine radiale Länge (d. h. eine Länge in einer radialen Richtung des Drucksteuerventils 25) in dem Bereich von einigen Mikrometern bis einigen Millimetern auf.
Wenn jeder der Kragenabschnitte 252 durch das entsprechende zweite drängende Element 50 gedrängt wird, wird eine Vortriebskraft auf das Drucksteuerventil 25 in der Öffnungs-/Schließrichtung aufgebracht.
Als nächstes wird die Funktion der Kragenabschnitte 252 beschrieben.
Wieder mit Bezug auf 50, wird in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 durch das Drucksteuerventil 25 geschlossen. Keiner der Kragenabschnitte 252 ist mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung. Darüber hinaus wird das Drucksteuerventil 25 durch das erste drängende Element 40 in die Schließrichtung gedrängt. Zusätzlich wird die drängende Kraft des ersten drängenden Elements 40, das das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung drängt, im Folgenden durch Fs1 bezeichnet.
Die drängende Kraft Fs1 kann durch den folgenden Verhältnisausdruck (22) ausgedrückt werden. Hier K die Federkonstante in N/mm des ersten drängenden Elements 40. X ist die Verschiebung in mm des ersten drängenden Elements 40 und des Drucksteuerventils 25, wenn diese zusammen in die Öffnungsrichtung von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bewegt werden. X0 ist die Größe in mm, um die das erste drängende Element 40 in dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 zusammengedrückt ist. Darüber hinaus stellt in dem Beschreiben der Bewegung des Drucksteuerventils 25 die Öffnungsrichtung eine positive Richtung dar, während die Schließrichtung eine negative Richtung darstellt. Die drängende Kraft Fs1 wirkt in die negative Richtung (d. h. in die Schließrichtung). Fs1 = –K × (X + X0) (22)
Wie aus 52 ersichtlich ist, wenn elektrische Leistung W zu der Spule 30 zugeführt wird, um die magnetisch anziehende Kraft zu erzeugen, wird das Drucksteuerventil 25 durch die magnetisch anziehende Kraft angezogen, um sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, und dabei den Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 auf der Seite der Drucksteuerkammer 20 zu öffnen. Darüber hinaus wird mit der Bewegung des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungsrichtung für jeden der Kragenabschnitte 252 eine rückwärtige Oberfläche 254 der Kragenabschnitte 252 in Berührung mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 gebracht, und dabei verursacht, dass das entsprechende zweite drängende Element 50 den Kragenabschnitt 50 drängt.
Es wird angenommen, dass X1 die Verschiebung X ist, wenn die rückwärtige Endoberfläche 254 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gerät, Fu die magnetisch anziehende Kraft ist, die das Drucksteuerventil 25 anzieht, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, und Fs2 die drängende Kraft ist, die durch das entsprechende zweite drängende Element 50 auf den Kragenabschnitt 252 aufbringt. Zusätzlich sind die Spule 30 und die elektrische Leistung W so eingestellt, dass die magnetisch anziehende Kraft Fu konstant und größer als die drängende Kraft Fs1 ist.
Wenn die rückwärtige Oberfläche 254 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung ist, wird die drängende Kraft Fs2 durch das entsprechende zweite drängende Element 50 in einer Richtung rechtwinklig zu der rückwärtigen Oberfläche 254 auf den Kragenabschnitt 252 aufgebracht.
Die drängende Kraft Fs2 kann in eine Vortriebskraft Fs2 – p in die Schließrichtung und eine radial nach innen gerichtete Kraft zerlegt werden. Die Vortriebskraft Fs2 – p kann durch den folgenden Verhältnisausdruck (23) ausgedrückt werden. Hier ist θp der Winkel zwischen der normalen Richtung an dem Berührungspunkt oder der Berührungsebene zwischen dem Kragenabschnitt 252 und dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 und der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 (oder der Schließrichtung). Fs2_p = Fs2 × cos(θp) (23)
Durch die Vortriebskraft Fs2 – p wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungsrichtung verringert, und dabei die Anstiegsrate der Öffnungsfläche A verringert. Folglich wird die Verringerungsrate des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 20 verringert, und dabei die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 60 in die Öffnungsrichtung der Sprühbohrungen 12 und somit die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ verringert.
Wie voranstehend beschrieben wurde, wenn für jeden der Kragenabschnitte 252 die rückwärtige Oberfläche 254 des Kragenabschnitts 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element in Berührung ist, wird die Vortriebskraft Fs2 – p auf den Kragenabschnitt 252 in der Schließrichtung aufgebracht, und dabei die Kraftstoffeinspritzrate Q geändert.
Wie aus 53 ersichtlich ist, wenn für jeden der Kragenabschnitte 252 das Drucksteuerventil 25 weiter in die Öffnungsrichtung bewegt wird, wobei die rückwärtige Oberfläche 254 des Kragenabschnitts 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gehalten bleibt, wird eine Reibungskraft Fr zwischen dem Kragenabschnitt 252 und dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 erzeugt. Der Kragenabschnitt 252 und das entsprechende zweite drängende Element 50 sind so konfiguriert, dass sie verhindern, dass das Drucksteuerventil 25 durch die Reibungskraft Fr angehalten wird, d. h., die folgenden Verhältnisausdrücke (24) und (25) zu erfüllen. Hier wird angenommen, dass Fv die Antriebskraft ist, die in der Öffnungs-/Schließrichtung auf das Drucksteuerventil 25 aufgebracht wird, Fs2_d die drängende Kraft ist, die radial nach innen auf den Kragenabschnitt 252 durch das entsprechende zweite drängende Element 50 aufgebracht wird, und θc der tangentiale Winkel zwischen der tangentialen Richtung an dem Berührungspunkt oder der Berührungsebene zwischen dem Kragenabschnitt 252 und dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 und der Richtung radial nach innen ist. Fv × sin(θc) + Fs2_d × cos(θc) > μ × Fs2 (24) Fr = –μ × Fs2 (25)
Wie aus 54 ersichtlich ist, wird das Drucksteuerventil 25 durch die magnetisch anziehende Kraft Fu angezogen, um sich weiter in die Öffnungsrichtung zu bewegen, und dabei den Öffnungsbereich A zu erhöhen. Dann wird für jeden der Kragenabschnitte 252 der Scheitelpunkt 255 der Kragenabschnitte 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gebracht. Es wird angenommen, dass X2 die Verschiebung X ist, wenn der Scheitel 255 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gerät.
Wie aus 55 ersichtlich ist, mit einer weiteren Bewegung des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungsrichtung, wird für jeden der Kragenabschnitte 252 eine vordere Oberfläche 256 des Kragenabschnitts 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gebracht. Es wird angenommen, dass X3 die Verschiebung X ist, wenn die vordere Oberfläche 256 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gerät. Zu der gleichen Zeit wird die Öffnungsfläche A des Kraftstoffströmungsdurchtritts 17 erhöht, um gleich der Strömungsdurchtrittsfläche Ao zu werden. Folglich wird die Verschiebung der Nadel 60 in die Öffnungsrichtung erhöht, und dabei die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Wenn die vordere Oberfläche 256 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung ist, wird die drängende Kraft Fs2 durch das entsprechende zweite drängende Element 50 auf den Kragenabschnitt 252 in einer Richtung rechtwinklig zu der vorderen Oberfläche 256 aufgebracht. Die drängende Kraft Fs2 kann in eine Vortriebskraft Fs2_p in die Öffnungsrichtung und eine radial nach innen gerichtete Kraft zerlegt werden.
Durch die Vortriebskraft Fs2_p wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 in die Öffnungsrichtung erhöht, und dabei die Anstiegsrate der Öffnungsfläche A erhöht. Folglich wird die Verringerungsrate des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 20 verringert, und dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 60 in die Öffnungsrichtung der Sprühbohrungen 12 und somit die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ erhöht.
Wie voranstehend beschrieben wurde, wenn für jeden der vorderen Kragenabschnitte 252 die vordere Oberfläche 256 der Kragenabschnitte 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung ist, wird die Vortriebskraft Fs2_p in der Öffnungsrichtung auf den Kragenabschnitt 252 aufgebracht, und dabei die Kraftstoffeinspritzrate Q geändert.
Wie aus 56 ersichtlich ist, wenn für jeden der Kragenabschnitte 252 das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung bewegt wird, wobei die vordere Oberfläche 256 des Kragenabschnitts 252 mit dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 in Berührung gehalten bleibt, wird eine Reibungskraft Fr zwischen dem Kragenabschnitt 252 und dem entsprechenden zweiten drängenden Element 50 erzeugt. Der Kragenabschnitt 252 und das entsprechende zweite drängende Element 50 sind konfiguriert, um zu verhindern, dass das Drucksteuerventil 25 durch die Reibungskraft Fr angehalten wird, d. h., die folgenden Verhältnisausdrücke (26) und (27) zu erfüllen. Fs1 × sin(θc) + Fs2_d × cos(θc) > μ × Fs2 (26) Fr = μ × Fs2 (27)
Die Funktion der Kragenabschnitte 252 wird in genauerem Detail im Folgenden mit Bezug auf die Zeitdiagramme der 57 und 58 beschrieben.
Es sollte zuerst angemerkt werden, dass: in 57 und 58 die Richtungen der Pfeile eine positive Richtung darstellen; die positiven Richtungen der Vortriebskraft Fs2_p, der Antriebskraft Fv und der Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 der Öffnungsrichtung des Drucksteuerventils 25 entsprechen; und die negativen Richtungen der drängenden Kraft Fs1, der Vortriebskraft Fs2_p, der Antriebskraft Fv und der Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 der Schließrichtung des Drucksteuerventils 25 entsprechen.
57 zeigt den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Durchführen einer Delta-Einspritzung.
In diesem Betrieb wird das Drucksteuerventil 25 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in die Öffnungsrichtung bewegt; aufgrund der Scheitel 255 der Kragenabschnitte 252, die mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung geraten, wird das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung bewegt; und dann kehrt die Kraftstoffeinspritzung 1 zu ihrem Anfangszustand zurück.
Zu einem Zeitpunkt t0 wird elektrische Leistung W zu der Spule 30 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 zugeführt. Folglich wird die magnetisch anziehende Kraft Fu erzeugt, die das Drucksteuerventil 25 anzieht, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen.
Zusätzlich ist zu dem Zeitpunkt t0 die Verschiebung X gleich null. Die drängende Kraft Fs1 ist gleich –K × X0 (siehe den Verhältnisausdruck (22)). Die Vortriebskraft Fs2_p ist gleich null, da die Kragenabschnitte 252 zu diesem Zeitpunkt nicht mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung sind. Die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 ist gleich null. Die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist ebenfalls gleich null. Es sollte angemerkt werden, dass der im Folgenden verwendete Begriff „null” breit als einen allgemeinen Fehlerbereich einschließend interpretiert werden sollte.
Darüber hinaus kann die Antriebskraft Fv durch den folgenden Verhältnisausdruck (28) ausgedrückt werden. Außerdem kann zu dem Zeitpunkt t0 die Antriebskraft Fv durch den folgenden Verhältnisausdruck (29) bestimmt werden, der durch das Substituieren der Werte der drängenden Kraft Fs1 und der Vortriebskraft Fs2_p zu dem Zeitpunkt t0 in dem Verhältnisausdruck (28) erhalten wird. Fv = Fu + Fs1 + Fs2_P (28) Fv = Fu – K × X0 (29)
Von dem Zeitpunkt t0 zu einem Zeitpunkt t3 wird die elektrische Leistung W kontinuierlich zu der Spule 30 zugeführt, und somit wird die magnetisch anziehende Kraft Fu kontinuierlich erzeugt, um in die Öffnungsrichtung zu wirken.
Von dem Zeitpunkt t0 zu einem Zeitpunkt t1 wird das Drucksteuerventil 25 in die Öffnungsrichtung bewegt, und somit die Verschiebung X erhöht. Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls erhöht.
Die Antriebskraft Fv ist positiv, da die magnetisch anziehende Kraft Fu größer als die drängende Kraft Fs1 ist. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, um anzusteigen.
Mit dem Anstieg in der Verschiebung X wird die Öffnungsfläche A erhöht, und dabei der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 verringert. Darüber hinaus werden mit dem Verringern des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 20 die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 60 geöffnet, und dabei die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Zu dem Zeitpunkt t1 erreicht die Verschiebung X X1. Die rückwärtigen Oberflächen 254 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p in die Schließrichtung wirkt.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt t1 kann durch Substituieren von X = X1 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Da sowohl die drängenden Kraft Fs1 wie auch die Vortriebskraft Fs2_p in die Schließrichtung wirken (d. h. sie sind negativ), wird die Antriebskraft Fv verringert.
Von dem Zeitpunkt t1 zu einem Zeitpunkt t2 wird die Verschiebung X weiter von X1 erhöht. Darüber hinaus wird mit dem Anstieg in der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls erhöht. Andererseits wird der normale Winkel θp verringert, und dabei die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p verringert.
Die Antriebskraft Fv wird verringert, ist aber immer noch positiv. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 immer noch durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, um anzusteigen.
Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Zu dem Zeitpunkt t2 wird die Antriebskraft Fv null, und die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 erreicht eine maximale Geschwindigkeit V_max.
Von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 wird die Verschiebung X wie in dem Zeitraum von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2 erhöht. Mit dem Anstieg der Verschiebung X wird die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 erhöht, während die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p verringert wird.
Die Antriebskraft Fv wird verringert, um negativ zu werden (d. h., um in die Schließrichtung zu wirken). Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv verzögert.
Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht. Da jedoch die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 verzögert wird, wird die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ im Vergleich zu dem Zeitraum von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2 verringert.
Zu dem Zeitpunkt t3 wird die Zufuhr der elektrischen Leistung W zu der Spule 30 unterbrochen, und somit wird die magnetisch anziehende Kraft Fu null. Die Verschiebung X erreicht X2 und die Scheitel 255 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt t3 kann durch Substituieren von X = X2 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Der normale Winkel θp wird null, und somit wird die Vortriebskraft Fs2_p ebenfalls null.
Die Antriebskraft Fv ist gleich der drängenden Kraft Fs1 und somit negativ (d. h. sie wirkt in die Schließrichtung). Die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 wird durch die Antriebskraft Fv verzögert, um null zu werden.
Darüber hinaus erreicht zu dem Zeitpunkt t3 die Kraftstoffeinspritzrate Q eine maximale Kraftstoffeinspritzrate.
Von dem Zeitpunkt t3 zu einem Zeitpunkt t4 wird durch die Antriebskraft Fv, die in die Schließrichtung wirkt, das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung bewegt, und somit wird die Verschiebung X verringert. Mit der Verringerung der Verschiebung X wird die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls verringert. Andererseits wird der normale Winkel θp erhöht, und dabei die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p erhöht, die in die Schließrichtung wirkt.
Mit dem Anstieg in der Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p, wird die Größenordnung der Antriebskraft Fv, die in die Schließrichtung wirkt, ebenfalls erhöht. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 in die Schließrichtung durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzrate Q plötzlich abfällt. Zu dem Zeitpunkt t4 erreicht die Verschiebung X X1. Die rückwärtigen Oberflächen 254 der Kragenabschnitte 252 beginnen von den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 getrennt zu werden, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p null wird.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt t4 kann durch Substituieren von X = X1 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Die Antriebskraft Fv ist gleich der drängenden Kraft Fs1 und somit negativ (d. h. sie wirkt in die Schließrichtung). Die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 erreicht eine minimale Geschwindigkeit V_min (oder maximale Geschwindigkeit in der Schließrichtung).
Von dem Zeitpunkt t4 zu einem Zeitpunkt t5 wird die Verschiebung X kontinuierlich verringert. Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls kontinuierlich verringert.
Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 die Größenordnung der drängenden Kraft Fv, die gleich der drängenden Kraft Fs1 ist, ebenfalls kontinuierlich verringert.
Mit der kontinuierlichen Verringerung der Größenordnung der Antriebskraft Fv wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 in die Schließrichtung ebenfalls kontinuierlich verringert.
Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Verschiebung X die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls kontinuierlich verringert.
Zu dem Zeitpunkt t5 wird die Verschiebung X null. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 wird durch das Drucksteuerventil 25 geschlossen, und somit wird die Öffnungsfläche A gleich null. Die drängende Kraft Fs1 wird gleich –K × X0.
Die Antriebskraft Fv und die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 werden null. Die Kraftstoffeinspritzrate Q wird ebenfalls null, wodurch die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
In dem voranstehend beschriebenen Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird es mit den an der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ausgebildeten Kragenabschnitten 252 für das Drucksteuerventil 25 einfacher, sich in die Schließrichtung zu bewegen. Folglich wird es einfacher, eine Delta-Einspritzung durchzuführen, wie in 57 gezeigt ist.
58 zeigt den Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Durchführen einer rechteckigen Einspritzung.
In diesem Betrieb wird das Drucksteuerventil 25 von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in die Öffnungsrichtung bewegt; aufgrund der Scheitel 255 der Kragenabschnitte 252, die mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung geraten, wird das Drucksteuerventil 25 weiter in die Öffnungsrichtung bewegt; die vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht; das Drucksteuerventil 25 wird angehalten, sich zu bewegen, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, von dem Zeitpunkt, zu dem die vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung geraten; und dann wird das Drucksteuerventil 25 in die Schließrichtung bewegt, und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 kehrt zu ihrem Anfangszustand zurück.
Zu einem Zeitpunkt m0 wird die elektrische Leistung W von dem Anfangszustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 zu der Spule 30 zugeführt. Folglich wird die magnetisch anziehende Kraft Fu erzeugt, die das Drucksteuerventil 25 anzieht, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen.
Zusätzlich ist zu dem Zeitpunkt m0 die Verschiebung X gleich null. Die drängende Kraft Fs1 = –K × X0 (siehe Verhältnisausdruck (22)). Die Vortriebskraft Fs2_p ist gleich null, da die Kragenabschnitte 252 zu diesem Zeitpunkt nicht mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung sind. Die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 ist gleich null. Die Kraftstoffeinspritzrate Q der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist ebenfalls gleich null. Darüber hinaus kann die Antriebskraft Fv durch den voranstehend beschriebenen Verhältnisausdruck (29) bestimmt werden.
Von dem Zeitpunkt m0 zu einem Zeitpunkt m4 wird die elektrische Leistung W kontinuierlich zu der Spule 30 zugeführt, und somit wird die magnetisch anziehende Kraft Fu kontinuierlich erzeugt, um in die Öffnungsrichtung zu wirken.
Von dem Zeitpunkt m0 zu einem Zeitpunkt m1 wird das Drucksteuerventil 25 in die Öffnungsrichtung bewegt, und somit wird die Verschiebung X erhöht. Darüber hinaus wird mit dem Anstieg in der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls erhöht.
Die Antriebskraft Fv ist positiv, da die magnetisch anziehende Kraft Fu größer als die drängende Kraft Fs1 ist. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, um anzusteigen.
Mit dem Anstieg in der Verschiebung X wird die Öffnungsfläche A erhöht, und dabei der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 20 verringert. Darüber hinaus werden mit dem Verringern des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 20 die Sprühbohrungen 12 durch die Nadel 60 geöffnet, und dabei die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Zu dem Zeitpunkt m1 erreicht die Verschiebung X X1. Die rückwärtigen Oberflächen 254 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_P in die Schließrichtung wirkt.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt m1 kann durch Substituieren von X = X1 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Da sowohl die drängende Kraft Fs1 wie auch die Vortriebskraft Fs2_p in die Schließrichtung wirken (d. h. sie sind negativ), wird die Vortriebskraft Fv verringert.
Von dem Zeitpunkt m1 zu einem Zeitpunkt m2 wird die Verschiebung X weiter von X1 erhöht. Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls erhöht. Andererseits wird der normale Winkel θp verringert, und dabei die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p verringert.
Die Antriebskraft Fv wird verringert, ist aber immer noch positiv. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 noch durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, um anzusteigen.
Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Kraftstoffeinspritzrate Q erhöht.
Zu dem Zeitpunkt m2 erreicht die Verschiebung X X2 und die Scheitel 255 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen in Berührung gebracht.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt m2 kann durch Substituieren von X = X2 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Der normale Winkel θp wird null, und somit wird die Vortriebskraft Fs2_p ebenfalls null.
Von dem Zeitpunkt m2 zu einem Zeitpunkt m3 wird die Verschiebung X weiter von X2 erhöht. Darüber hinaus wird mit dem Anstieg der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls erhöht.
Zu der gleichen Zeit werden die vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 mit den entsprechenden zwei drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p in die Öffnungsrichtung wirkt. Darüber hinaus wird der normale Winkel θp erhöht, und dabei die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p erhöht.
Mit dem Anstieg der Vortriebskraft Fs2_p in die Öffnungsrichtung wird die Antriebskraft Fv ebenfalls erhöht. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 weiter in die Öffnungsrichtung durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, um anzusteigen. Folglich wird die Kraftstoffeinspritzratenvariation ΔQ erhöht, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzrate Q plötzlich ansteigt.
Zu dem Zeitpunkt m3 erreicht die Verschiebung X X3. Die rückwärtige Endoberfläche 201 des Drucksteuerventils 25 wird mit dem Stützelement 32 in Berührung gebracht. Folglich wird das Drucksteuerventil 25 angehalten, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen, und die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 wird null. Zusätzlich kann der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt m3 durch Substituieren von X = X3 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Von dem Zeitpunkt m3 zu dem Zeitpunkt m4, der von dem Zeitpunkt m3 um eine vorbestimmte Zeit beabstandet ist, wird die Kraftstoffeinspritzung mit dem angehaltenen Drucksteuerventil 25 und den mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gehaltenen vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 fortgesetzt.
Zu dem Zeitpunkt m4 wird die Zufuhr von elektrischer Leistung W zu der Spule 30 unterbrochen, und somit wird die magnetisch anziehende Kraft Fu null. Da darüber hinaus die drängende Kraft Fs1 größer als die Vortriebskraft Fs2_p ist, wirkt die Antriebskraft Fv in die Schließrichtung. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv in die Schließrichtung beschleunigt, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzrate Q abfällt.
Von dem Zeitpunkt m4 zu einem Zeitpunkt m5 wird die Verschiebung X verringert. Darüber hinaus wird mit der Verringerung der Verschiebung X die drängende Kraft Fs1 ebenfalls verringert. Die vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 werden mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gehalten, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p kontinuierlich in die Öffnungsrichtung wirkt. Jedoch wird die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p mit der Verringerung des normalen Winkels θp verringert. Da darüber hinaus die drängende Kraft Fs1 größer als die Vortriebskraft Fs2_p ist, wirkt die Antriebskraft Fv in die Schließrichtung. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv in die Schließrichtung beschleunigt, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzrate Q abfällt.
Zu dem Zeitpunkt m5 erreicht die Verschiebung X wieder X2 und die Scheitel 255 der Kragenabschnitte 252 werden wieder mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt m5 kann durch Substituieren von X = X2 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Der normale Winkel θp und somit die Vortriebskraft Fs2_p werden wieder null. Die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 erreicht die minimale Geschwindigkeit V_min (oder die maximale Geschwindigkeit in die Schließrichtung).
Von dem Zeitpunkt m5 zu einem Zeitpunkt m6 wird die Verschiebung X weiter von X2 verringert. Darüber hinaus wird mit der Verringerung der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls verringert. Zu der gleichen Zeit werden die rückwärtigen Oberflächen 254 der Kragenabschnitte 252 mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung gebracht, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p in die Schließrichtung wirkt. Darüber hinaus wird der normale Winkel θp erhöht, und dabei die Größenordnung der Vortriebskraft Fs2_p erhöht.
Da sowohl die drängende Kraft Fs1 wie auch die Vortriebskraft Fs2_p in die Schließrichtung wirken (d. h. sie sind negativ), wirkt die Antriebskraft Fv ebenfalls in die Schließrichtung. Somit wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 durch die Antriebskraft Fv beschleunigt, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzrate Q plötzlich abfällt.
Zu dem Zeitpunkt m6 erreicht die Verschiebung X X1. Die rückwärtigen Oberflächen 254 der Kragenabschnitte 252 beginnen, von den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 getrennt zu werden, was verursacht, dass die Vortriebskraft Fs2_p null wird.
Der Wert der drängenden Kraft Fs1 zu dem Zeitpunkt m6 kann durch Substituieren von X = X1 in den Verhältnisausdruck (22) bestimmt werden.
Die Antriebskraft Fv ist gleich der drängenden Kraft Fs1 und somit negativ (d. h. sie wirkt in die Schließrichtung).
Von dem Zeitpunkt m6 zu einem Zeitpunkt m7 wird die Verschiebung X kontinuierlich verringert. Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Verschiebung X die Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 ebenfalls kontinuierlich verringert.
Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Größenordnung der drängenden Kraft Fs1 die Größenordnung der drängenden Kraft Fv, die gleich der drängenden Kraft Fs1 ist, ebenfalls kontinuierlich verringert.
Mit der kontinuierlichen Verringerung der Größenordnung der Antriebskraft Fv, wird die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 in die Schließrichtung ebenfalls kontinuierlich verringert.
Darüber hinaus wird mit der kontinuierlichen Verringerung der Verschiebung X die Kraftstoffeinspritzrate Q ebenfalls kontinuierlich verringert.
Zu dem Zeitpunkt m7 wird die Verschiebung X null. Der Kraftstoffströmungsdurchtritt 17 ist durch das Drucksteuerventil 25 geschlossen, und somit wird die Öffnungsfläche A gleich null. Die drängende Kraft Fs1 wird gleich –K × X0.
Die Antriebskraft Fv und die Bewegungsgeschwindigkeit V des Drucksteuerventils 25 werden null. Die Kraftstoffeinspritzrate Q wird ebenfalls null und die Kraftstoffeinspritzung beendet.
In dem voranstehend beschriebenen Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird es mit den an der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ausgebildeten Kragenabschnitten 252 einfacher für das Drucksteuerventil 25, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Folglich wird es möglich, die Zeit konstant zu reduzieren, die die Zeit darstellt, die erforderlich ist, eine konstante Kraftstoffeinspritzrate Q zu realisieren. Als Ergebnis wird es einfacher, eine rechteckige Einspritzung durchzuführen, wie aus 58 ersichtlich ist.
Als nächstes wird ein Vorteil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 die Kragenabschnitte 252 mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung sind, wird die Vortriebskraft Fs2_p in der Öffnungs-/Schließrichtung auf das Drucksteuerventil 25 aufgebracht, und es dadurch für das Drucksteuerventil 25 einfacher gemacht, sich in die Öffnungs-/Schließrichtung zu bewegen. Folglich wird es einfacher, eine Delta-Einspritzung oder eine rechteckige Einspritzung durchzuführen.
59 zeigt den Sabathe-Zyklus, der einen Aufwärmprozess mit konstantem Druck hat.
Wie aus 59 ersichtlich ist, hat der Sabathe-Zyklus einen adiabatischen Verdichtungsprozess von einem Punkt S1 zu einem Punkt S2, einen Aufwärmprozess unter konstantem Volumen von dem Punkt S2 zu einem Punkt S3, den Aufwärmprozess mit konstantem Druck von dem Punkt S3 zu einem Punkt S4, einen adiabatischen Expansionsprozess von dem Punkt S4 zu einem Punkt S5, und einen Abkühlprozess unter konstantem Volumen von dem Punkt S5 zu einem Punkt S1.
Während des Aufwärmprozesses unter konstantem Volumen, wenn Kraftstoff mit hohem Druck durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 direkt in die Brennkammer hoher Temperatur und mit unter hohem Druck verdichteter Luft eingespritzt wird, wird der Kraftstoff spontan gezündet und verbrannt, und dabei Wärmeenergie mit einem konstanten Volumen C in dem Zylinder in die Brennkammer eingebracht.
Während des Aufwärmprozesses mit konstantem Druck, wenn Kraftstoff mit hohem Druck durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 direkt in die Brennkammer hoher Temperatur und mit unter hohem Druck verdichteter Luft eingespritzt wird, wird der Kraftstoff spontan gezündet und verbrannt, und dabei Wärmeenergie in die Brennkammer mit einem konstanten Druck P in dem Zylinder eingebracht.
Wie aus 60(a)–(b) ersichtlich ist, wird es mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, während des Aufwärmprozesses unter konstantem Volumen eine rechteckige Einspritzung durchzuführen, und dann in dem darauffolgenden Aufwärmprozess mit konstantem Druck eine Delta-Einspritzung durchzuführen. Es wird nämlich möglich, die Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 von der rechteckigen Einspritzung zu der Delta-Einspritzung an dem Punkt S3 zwischen dem Aufwärmprozess unter konstantem Volumen und dem Aufwärmprozess mit konstantem Druck umzuschalten. Folglich wird es möglich, die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate Q zu verbessern. Darüber hinaus wird es durch das Umschalten der Kraftstoffeinspritzung von der rechteckigen Einspritzung zu der Delta-Einspritzung an dem Punkt S3 möglich, die Verbrennung zu verbessern, und dabei zu unterdrücken, dass der Druck P in dem Zylinder während des Aufwärmprozesses mit konstantem Druck abfällt. Folglich wird es möglich, einen guten Verbrennungszustand mit dem Sabathe-Zyklus oder dem Diesel-Zyklus zu erzeugen.
Wenn darüber hinaus in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 die vorderen Oberflächen 256 der Kragenabschnitte 252 mit den entsprechenden zweiten drängenden Elementen 50 in Berührung sind, wird die Vortriebskraft Fs2_p in der Öffnungsrichtung auf das Drucksteuerventil 25 aufgebracht, und es dadurch für das Drucksteuerventil 25 einfacher gemacht, sich in die Öffnungsrichtung zu bewegen. Folglich wird es möglich, die magnetisch anziehende Kraft Fu zu reduzieren, und somit wird es möglich, die elektrische Leistung W zu reduzieren, die zu der Spule 30 zugeführt wird. Als Ergebnis wird es möglich, die Kraftstoffeinspritzrate Q sogar stabil zu steuern, wenn die Spannung der Batterie 33 in einer kalten Umgebung oder aufgrund eines Versagens abfällt.
[Neunte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der neunten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus 61 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform an der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 zwei Gruppen von Kragenabschnitten 352 ausgebildet. Jede Gruppe besteht aus zwei Kragenabschnitten 352, die miteinander in der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 (oder der axialen Richtung des Gehäuses 10) ausgerichtet sind.
Es sollte angemerkt werden, dass jede Gruppe mehr als zwei Kragenabschnitte 352 haben kann, die miteinander in der axialen Richtung ausgerichtet sind.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform alle Kragenabschnitte 352 einstückig mit dem Drucksteuerventil 25 in einem Stück ausgebildet. Jeder der Kragenabschnitte 352 weist eine äußere Kante auf, die im Wesentlichen dreieckig wellenförmig auf einem Querschnitt des Kragenabschnitts 352 parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 liegt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform auf.
Darüber hinaus wird es in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit den zwei Gruppen der Kragenabschnitte 352 für das Drucksteuerventil 25 einfacher, sich in die Öffnungs-/Schließrichtung zu bewegen. Folglich wird es möglich, die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate Q weiter zu verbessern.
[Zehnte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der zehnten Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus 62 und 63 ersichtlich ist, ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ein einzelner ringförmiger Kragenabschnitt 452 ausgebildet.
Der Kragenabschnitt 452 weist einen kreisförmigen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 (oder der axialen Richtung des Gehäuses 10) auf.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform der Kragenabschnitt 452 getrennt von dem Drucksteuerventil 25 ausgebildet und mit diesem zusammengebaut. Noch genauer ist das Drucksteuerventil 25 fest in den Kragenabschnitt 452 durch z. B. Passen mittels Pressung eingefügt.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der achten Ausführungsform auf.
Darüber hinaus ist in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Kragenabschnitt 452 getrennt von dem Drucksteuerventil 25 ausgebildet und mit diesem zusammengebaut. Folglich wird es möglich, den Kragenabschnitt 452 an der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 bereitzustellen, ohne die Form des Drucksteuerventils 25 kompliziert zu machen. Zusätzlich wird es durch Zusammenbauen des Kragenabschnitts 452 mit dem Drucksteuerventil 25 durch Passen mittels Pressung ebenfalls möglich, eine hohe Fügefestigkeit zwischen dem Kragenabschnitt 452 und dem Drucksteuerventil 25 sicherzustellen.
[Elfte Ausführungsform]
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der elften Ausführungsform weist eine ähnliche Struktur wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform auf. Entsprechend werden im Folgenden hauptsächlich die Unterschiede der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Wie aus 64 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ein Paar Kragenabschnitte 552 in der Form eines Films durch Beschichten bereitgestellt.
Es sollte angemerkt werden, dass in 64 die Kragenabschnitte 552 mit Punkten gefüllt angezeigt sind, um sie von den in den achten bis zehnten Ausführungsformen beschriebenen Kragenabschnitten zu unterscheiden.
Noch genauer sind in der vorliegenden Ausführungsform die Kragenabschnitte 552 durch ein physikalisches Dampfablagerungsverfahren ausgebildet, wie z. B. ein Sputter-Ablagerungsverfahren oder ein Ionenstrahl-Ablagerungsverfahren. Alternativ können die Kragenabschnitte 552 durch ein Plasma-CVD-Verfahren wie z. B. ein RV-Plasmaverfahren oder ein Oberflächenwellen erregendes Plasmaverfahren ausgebildet sein.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Ausführungsform die Kragenabschnitte 552 als Film mit einer Filmdicke in dem Bereich von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern ausgebildet. Zusätzlich können als Beschichtungsmaterial zum Ausbilden der Kragenabschnitte 552 DLC (diamantartiger Kohlenstoff) oder Kohlenstoffnitrid verwendet werden. DLC ist eine Klasse von Amorphium-Kohlenstoffmaterial, das einige der typischen Eigenschaften von Diamant zeigt. Sowohl DLC wie auch Kohlenstoffnitrid sind als Beschichtungsmaterialien bekannt, die eine niedrige Reibung und einen hohen Verschleißwiderstand aufweisen.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gemäß der achten Ausführungsform auf.
Darüber hinaus sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kragenabschnitte 552 als Film durch Beschichten ausgebildet. Folglich wird es möglich, die Kragenabschnitte 552 auszubilden, eine relativ kleine Abmessung aufzuweisen, wie z. B. eine radiale Länge in dem Bereich von einigen Mikrometern bis einigen zehn Mikrometern. Zusätzlich ist es durch das Ausbilden der Kragenabschnitte 552 mit DLC oder Kohlenstoffnitrid möglich, einen hohen Widerstand der Kragenabschnitte 552 gegenüber Verschleiß sicherzustellen, und dabei eine lange Betriebsdauer der Kragenabschnitte 552 sicherzustellen.
[Modifikationen]
65 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 gemäß einer ersten Modifikation der achten Ausführungsform.
Wie aus 65 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ein Paar Kragenabschnitte 257 bereitgestellt. Jeder der Kragenabschnitte 257 weist einen halbkreisförmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 auf.
66 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 gemäß einer zweiten Modifikation der achten Ausführungsform.
Wie aus 66 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ein Paar Kragenabschnitte 258 bereitgestellt. Jeder der Kragenabschnitte 258 weist einen polygonförmigen Querschnitt auf, noch genauer einen dreieckigen Querschnitt parallel zur axialen Richtung des Drucksteuerventils 25. Darüber hinaus weist jedes der berührenden Elemente 51 der zweiten drängenden Elemente 150 ebenfalls einen polygonförmigen Querschnitt auf, noch genauer einen dreieckigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25.
67 zeigt die Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 gemäß einer dritten Modifikation der achten Ausführungsform.
Wie auf 67 ersichtlich ist, sind in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 auf der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 ein Paar Kragenabschnitte 259 bereitgestellt. Jeder der Kragenabschnitte 259 weist einen trapezförmigen Querschnitt parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 auf.
Gemäß einer ersten Modifikation der elften Ausführungsform wird als Beschichtungsmaterial zum Ausbilden der Kragenabschnitte 552 ein Metallnitrid verwendet. Das Metallnitrid kann z. B. ein Titannitrid (TiN), ein Chromnitrid (CrN), ein Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN), ein Titan-Kohlenstoff-Nitrid (TiCN) oder ein Aluminium-Chrom-Silizium-Nitrid (AlCrSiN) sein.
Gemäß einer zweiten Modifikation der elften Ausführungsform wird als Beschichtungsmaterial zum Ausbilden der Kragenabschnitte 552 ein Metallcarbid verwendet. Das Metallcarbid kann z. B. ein Titancarbid (TiC) oder ein Wolframcarbid (WC) sein.
Gemäß einer dritten Modifikation der elften Ausführungsform sind die Kragenabschnitte 552 durch thermisches Sprühen ausgebildet. Darüber hinaus wird als das Material zum Ausbilden der Kragenabschnitte 552 ein Metalloxid verwendet. Das Metalloxid kann z. B. Aluminium (Al₂O₃) oder Titanium (TiO₂) sein.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1–4 gemäß der achten bis elften Ausführungsform kann ebenfalls an thermischen Zyklen angewendet sein, die einen Aufwärmprozess mit konstantem Druck haben, und nicht ein Sabathe-Zyklus sind wie z. B. der Diesel-Zyklus, der Ericsson-Zyklus oder ein Gasturbinen-Zyklus.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1–4 gemäß der achten bis elften Ausführungsform kann ebenfalls zum Zweck der Verbesserung der Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate Q an einer Benzinmaschine angewendet sein, die den Otto-Zyklus einsetzt.
In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1–4 gemäß der achten bis elften Ausführungsform kann jedes der berührenden Elemente 51 der zweiten drängenden Elemente 50 modifiziert sein, einen kreisförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils 25 aufzuweisen, so dass die berührende Oberfläche 53 des berührenden Elements 51 deine Punktberührung mit der Seitenwand 251 des Drucksteuerventils 25 macht.
Während die voranstehenden besonderen Ausführungsformen und Modifikationen gezeigt und beschrieben wurden, wird durch Fachleute verstanden, dass verschiedene weitere Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenn in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (91) ein erstes Magnetfeld durch eine Spule (80) in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld eines Magneten (350) erzeugt wird, wird eine ein erstes bewegliches Element anziehende Kraft (Fm1_A) erzeugt die verursacht, dass ein Ventilelement (330) einen ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (255) öffnet. Darüber hinaus wird eine ein zweites bewegliches Element anziehende Kraft (Fm2_A) erzeugt, die verursacht, dass ein zweites bewegliches Element (362) einen zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (256) öffnet. Wenn andererseits ein zweites Magnetfeld durch die Spule in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten erzeugt wird, wird eine ein erstes bewegliches Element abstoßende Kraft (Fm1_R) erzeugt, die verursacht, dass das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt schließt. Darüber hinaus wird die das zweite bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt, die verursacht, dass das zweite bewegliche Element den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001227428 A [0002]
JP 1077922 A [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit: einem mit einem Boden versehenen zylindrischen Gehäuse (10, 110, 210, 310), das eine Sprühbohrung (12) aufweist, die in einem vorderen Teil des Gehäuses ausgebildet ist und durch die ein Kraftstoff eingespritzt wird, wobei das Gehäuse ebenfalls sowohl eine erste Druckkammer (19) wie auch eine zweite Druckkammer (20) aufweist, die in einem rückwärtigen Teil des Gehäuses so ausgebildet sind, dass Kraftstoff in die ersten und zweiten Druckkammern hinein und daraus heraus strömen kann; einem Scheibenelement (25, 125), das in dem Gehäuse bereitgestellt ist und darin ausgebildet einen Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (251, 252, 253, 255, 256) aufweist, der sowohl mit der ersten wie auch der zweiten Druckkammer in Verbindung ist; einem Ventilelement (30, 130, 230, 330, 430, 530), das in der ersten Druckkammer aufgenommen ist und konfiguriert ist, den Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt zu öffnen und zu schließen und dabei Drücke in der ersten und der zweiten Druckkammer zu steuern; einer Nadel (40, 140, 340), die einen rückwärtigen Endabschnitt (402) aufweist, der in der zweiten Druckkammer empfangen ist, wobei die Nadel hin- und herbeweglich so in dem Gehäuse bereitgestellt ist, dass mit der Steuerung der Drücke in der ersten und der zweiten Druckkammer durch das Ventilelement die Nadel in einer axialen Richtung des Gehäuses bewegt wird, um die Sprühbohrung zu öffnen und zu schließen; einem Magneten (50, 150, 350), der in einem rückwärtigen Endabschnitt (105) des Gehäuses bereitgestellt und so magnetisiert ist, dass die Polaritäten von zwei Enden des Magneten in der axialen Richtung des Gehäuses zueinander entgegengesetzt sind; einem beweglichen Element (60, 160, 361, 362, 461, 462), das in der ersten Druckkammer empfangen und in einer Öffnungs-/Schließrichtung des Ventilelements beweglich ist; und einer Spule (80, 181, 182), die konfiguriert ist, aufgrund eines beaufschlagt Werdens mit Energie ausgewählt ein erstes Magnetfeld in der gleichen Richtung wie das Magnetfeld des Magneten oder ein zweites Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung zu dem Magnetfeld des Magneten zu erzeugen, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung so konfiguriert ist, dass: wenn durch die Spule das erste Magnetfeld erzeugt ist, eine das bewegliche Element anziehende Kraft (Fm_A) zwischen dem Magneten und dem beweglichen Element erzeugt ist, die verursacht, dass sich das Ventilelement zusammen mit dem beweglichen Element in die Öffnungsrichtung bewegt; und wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule erzeugt ist, eine das bewegliche Element abstoßende Kraft (Fm_R) zwischen dem Magneten und dem beweglichen Element erzeugt ist, die verursacht, dass sich das Ventilelement in die Öffnungs-/Schließrichtung bewegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem mit einem Anschlag (70, 170, 370, 571, 572), der in der Lage ist, mit dem beweglichen Element in Eingriff zu geraten und dieses dabei anzuhalten, wobei, wenn das zweite Magnetfeld durch die Spule erzeugt ist, das bewegliche Element durch den Anschlag angehalten wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das bewegliche Element ein erstes bewegliches Element (361, 461) und ein zweites bewegliches Element (362, 462) umfasst, der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt einen ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (255) und einen zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (256) umfasst, das erste bewegliche Element zwischen dem Magneten und dem Ventilelement bereitgestellt ist und in der Lage ist, sich zusammen mit dem Ventilelement zu bewegen, das zweite bewegliche Element in der Lage ist, sich in einer Richtung zu bewegen, in der es den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet/schließt, wenn aufgrund der Erzeugung des ersten Magnetfelds durch die Spule eine das erste bewegliche Element anziehende Kraft (Fm1_A) zwischen dem Magneten und dem ersten beweglichen Element erzeugt ist, das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet und das zweite bewegliche Element den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet, und wenn aufgrund der Erzeugung des zweiten Magnetfelds durch die Spule eine das erste bewegliche Element abstoßende Kraft (Fm1_R) zwischen dem Magneten und dem ersten beweglichen Element erzeugt ist, das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt schließt und das zweite bewegliche Element den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet, oder das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet und das zweite bewegliche Element den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt schließt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac3) des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts größer als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac4) des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac3) des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts kleiner als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac4) des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3–5, außerdem mit einer Drucksteuerscheibe (380), die in der zweiten Druckkammer bereitgestellt ist, um den Druck in der zweiten Druckkammer zu steuern, wobei die Drucksteuerscheibe sowohl einen ersten Steuerströmungsdurchtritt (381), der mit dem ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt in Verbindung ist, und einen zweiten Steuerströmungsdurchtritt (382), der mit dem zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt in Verbindung ist, aufweist, wobei die Strömungsdurchtrittsfläche (Aq1) des ersten Steuerströmungsdurchtritts kleiner als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac3) des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts ist, und die Strömungsdurchtrittsfläche (Aq2) des zweiten Steuerströmungsdurchtritts kleiner als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac4) des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt durch das Ventilelement geöffnet ist, dort ein Spaltkraftstoffströmungsdurchtritt (301) zwischen dem Ventilelement und dem Scheibenelement entsteht.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche (Ac) größer als eine Spaltströmungsdurchtrittsfläche (Ag_R) zur Abstoßzeit und kleiner als eine Spaltströmungsdurchtrittsfläche (Ag_A) zur Anziehungszeit ist, wobei die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche die Strömungsdurchtrittsfläche des Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet, die Spaltströmungsdurchtrittsfläche zur Abstoßzeit die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft erzeugt ist, die Spaltströmungsdurchtrittsfläche zur Anziehungszeit die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Spaltströmungsdurchtrittsfläche (Ag_A) zur Anziehungszeit größer als eine Strömungsdurchtrittsfläche (Ag_R) zur Abstoßzeit und kleiner als eine Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche (Ac) ist, wobei die Spaltströmungsdurchtrittsfläche zur Anziehungszeit die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt ist, die Spaltströmungsdurchtrittsfläche zur Abstoßzeit die Strömungsdurchtrittsfläche des Spaltkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft erzeugt ist, die Scheibenelementströmungsdurchtrittsfläche die Strömungsdurchtrittsfläche des Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts bezeichnet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der in dem Scheibenelement ausgebildete Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt einen ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (252) und einen zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt (253) umfasst, ein Ende des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts, das mit der ersten Druckkammer in Verbindung ist, an einer Rückseite eines Endes des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts angeordnet ist, der mit der ersten Druckkammer in Verbindung ist, und das Ventilelement den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt schließt, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt ist, und den ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt oder den zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritt öffnet, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft erzeugt ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Strömungsdurchtrittsfläche (Ad) des ersten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts größer als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ac2) des zweiten Scheibenelementkraftstoffströmungsdurchtritts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (210) darin ausgebildet sowohl einen ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt (22) wie auch einen zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt (23) aufweist, wobei jeder der ersten und zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritte ein mit der ersten Druckkammer in Verbindung befindliches Ende aufweist, das Ende der ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts, das mit der ersten Druckkammer in Verbindung ist, an einer Rückseite des Endes des zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts angeordnet ist, der mit der ersten Druckkammer in Verbindung ist, und das Ventilelement den ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt schließt, wenn die das bewegliche Element anziehende Kraft erzeugt ist, und den ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt oder den zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritt öffnet, wenn die das bewegliche Element abstoßende Kraft erzeugt ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Strömungsdurchtrittsfläche (Ah1) des ersten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts größer als die Strömungsdurchtrittsfläche (Ah2) des zweiten Gehäusekraftstoffströmungsdurchtritts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, außerdem mit: einem Anschlag (571, 572), der in der Lage ist, mit dem beweglichen Element in Eingriff zu sein und dieses dabei anzuhalten; und einem drängenden Element (580), das in dem Gehäuse bereitgestellt ist, um das Ventilelement (530) radial nach innen zu drängen und auf einer Seitenwand (531) des Ventilelements mit der Bewegung des beweglichen Elements zu gleiten, wobei der Anschlag an der Seitenwand des Ventilelements bereitgestellt ist, um sich von der Seitenwand radial nach außen zu erstrecken, wobei der Anschlag eine äußere Kante aufweist, die auf einem Querschnitt des Anschlags parallel zu einer axialen Richtung des Ventilelements eine gekrümmte Form aufweist, und das drängende Element so konfiguriert ist, dass das drängende Element eine Kraft (Fe_O, Fe_C) in der Öffnungs-/Schließrichtung des Ventilelements auf das Ventilelement aufbringt, wenn es mit dem Anschlag in Berührung ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit: einem mit einem Boden versehenen zylindrischen Gehäuse (10), das eine Sprühbohrung (12) aufweist, die in einem vorderen Teil des Gehäuses ausgebildet ist und durch die ein Kraftstoff eingespritzt wird, wobei das Gehäuse ebenfalls eine Drucksteuerkammer (20) aufweist, die durch eine innere Oberfläche (18) eines rückwärtigen Teils des Gehäuses so definiert ist, dass Kraftstoff in die Drucksteuerkammer hinein und daraus heraus strömen kann; einem Drucksteuerventil (25), das in der Drucksteuerkammer empfangen ist und in der Lage ist, sich in eine Richtung zum Öffnen/Schließen der Drucksteuerkammer zu bewegen und dabei die Strömungsrate des aus der Drucksteuerkammer herausströmenden Kraftstoffs und somit den Druck in der Drucksteuerkammer zu steuern; einer Nadel (60), die hin- und herbeweglich in dem Gehäuse so bereitgestellt ist, dass mit dem Öffnen/Schließen der Drucksteuerkammer durch das Drucksteuerventil, die Nadel in einer axialen Richtung des Gehäuses gleitet, um die Sprühbohrung zu öffnen/schließen; einer Spule (30), die konfiguriert ist, aufgrund eines versorgt Werdens mit elektrischer Leistung ein Magnetfeld so zu erzeugen, dass das Drucksteuerventil in die Öffnungsrichtung angezogen wird; einem ersten drängenden Element (40), das bereitgestellt ist, um das Drucksteuerventil in die Schließrichtung zu drängen; einem zweiten drängenden Element (50), das bereitgestellt ist, das Drucksteuerventil radial nach innen zu drängen, wobei das zweite drängende Element eine Berührungsoberfläche (53) aufweist, die mit einer Seitenwand (251) des Drucksteuerventils in Berührung gerät und mit einer Bewegung des Drucksteuerventils auf der Seitenwand gleitet; und zumindest einem Kragenabschnitt (252, 257, 258, 259, 352, 452, 552), der auf der Seitenwand des Drucksteuerventils bereitgestellt ist und sich radial von der Seitenwand so nach außen erstreckt, dass auf das Drucksteuerventil eine Kraft (Fs2_p) in die Öffnungs-/Schließrichtung aufgebracht ist, wenn der zumindest eine Kragenabschnitt durch das zweite drängende Element gedrängt wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der zumindest eine Kragenabschnitt einen Kragenabschnitt (252, 257) umfasst, der eine Außenkante aufweist, die auf einem Querschnitt des Kragenabschnitts parallel zu einer axialen Richtung des Drucksteuerventils eine gekrümmte Form aufweist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der zumindest eine Kragenabschnitt einen Kragenabschnitt (258, 259) umfasst, der parallel zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils einen polygonförmigen Querschnitt aufweist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, wobei der zumindest eine Kragenabschnitt eine Mehrzahl Kragenabschnitte (352) umfasst, die in der axialen Richtung des Drucksteuerventils miteinander ausgerichtet sind.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15–18, wobei der zumindest eine Kragenabschnitt einen Kragenabschnitt (452) umfasst, der einen ringförmigen Querschnitt rechtwinklig zu der axialen Richtung des Drucksteuerventils aufweist und getrennt von und mit dem Drucksteuerventil zusammengebaut ausgebildet ist.