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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Maschine mit interner Verbrennung.
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Aus dem Stand der Technik ist ein Kraftstoffeinspritzventil (nachfolgend ein Injektor) bekannt, welches aus einer Nadel, einem Düsenkörper, einer Gegendruckkammer, einem Einströmdurchlass, einem Ausströmdurchlass, einem Antriebsabschnitt und dergleichen zusammengesetzt ist.
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Die Nadel ist ein Ventilkörper zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs, ausgehend von welchem Kraftstoff in eine Brennkammer einer Maschine mit interner Verbrennung (nachfolgend die Maschine) eingespritzt wird.
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Der Düsenkörper ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, um die Nadel beweglich aufzunehmen. Das Einspritzloch ist in dem Düsenkörper ausgebildet.
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Die Gegendruckkammer ist ausgebildet, um in einer Schließrichtung des Einspritzlochs einen Gegendruck des Kraftstoffs auf die Nadel auszuüben.
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Der Einströmdurchlass ist so ausgebildet, um den Kraftstoff in die Gegendruckkammer zuzuführen. Zum Beispiel wird ein Hochdruckkraftstoff, welcher durch eine Zufuhrpumpe beaufschlagt wird, ausgehend von dem Einströmdurchlass in die Gegendruckkammer zugeführt.
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Der Ausströmdurchlass ist so ausgebildet, dass der Kraftstoff ausgehend von der Gegendruckkammer abgeführt wird.
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Der Antriebsabschnitt steuert in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von einer Steuereinheit einen Öffnungs- und Schließbetrieb für den Ausströmdurchlass. Genauer gesagt wird der Gegendruck erhöht oder gesenkt, um einen Öffnungs- und Schließbetrieb der Nadel für das Einspritzloch zu steuern.
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Bei dem vorstehenden Injektor sitzt ein Kontaktierungsabschnitt am vorderen Ende der Nadel auf einer Sitzoberfläche, die an einer Innenoberfläche des Düsenkörpers ausgebildet ist, wenn der Gegendruck erhöht wird, sodass das Einspritzloch geschlossen wird. Ein Hubbetrag der Nadel, welcher einem Abstand zwischen dem Kontaktierungsabschnitt am vorderen Ende und der Sitzoberfläche in einer axialen Richtung der Nadel entspricht, wird erhöht, wenn der Gegendruck gesenkt wird, damit das Einspritzloch geöffnet wird.
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Wenn ein Zunahmebetrag pro Zeiteinheit des Hubbetrags als eine Hubgeschwindigkeit der Nadel in dem Injektor der vorstehenden Art definiert ist, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Hubgeschwindigkeit in einem Einspritzhub zu verändern, wie beispielsweise in der Patentveröffentlichung US 2013 / 0 233 941 A1 offenbart wird.
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Wenn die Hubgeschwindigkeit in einem Einspritzhub verändert wird, wird es möglich, nicht nur die Erzeugung von Rauch zu reduzieren, sondern auch eine Ausgabe der Maschine zu erhöhen, wie untenstehend erläutert wird.
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Gemäß dem Injektor des vorstehenden Stands der Technik sind zwei Ausströmdurchlässe vorgesehen und für jeden der Ausströmdurchlässe ist ein Antriebsabschnitt zum Öffnen und Schließen des Ausströmdurchlasses vorgesehen. Für jeden der Ausströmdurchlässe wird ein Öffnungs- und Schließbetrieb gesteuert, um eine Ausströmmenge des Kraftstoffs ausgehend von einer Gegendruckkammer zu erhöhen oder zu senken. Im Ergebnis kann die Hubgeschwindigkeit der Nadel verändert werden.
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Bei dem Aufbau des vorstehenden Stands der Technik ist es allerdings notwendig, den Antriebsabschnitt jeweils für jeden der zwei Ausströmdurchlässe vorzusehen. Es ist daher ein Problem, dass eine Größe des Injektors größer wird. Zusätzlich ist es ein anderes Problem, dass ein elektrischer Leistungsverbrauch erhöht ist, wenn die Mehrzahl von Antriebsabschnitten betrieben wird.
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Bei der
DE 10 2007 030 794 A1 umfasst ein Kraftstoff-Injektor einen Düsenkörper mit einer darin verschiebbar geführten Düsennadel, welche die Einspritzung von Kraftstoff aus einem Düsenraum des Düsenkörpers steuert, einen Injektorkörper, an dem der Düsenkörper gehalten ist, und eine Hochdruck-Kraftstoffleitung, die sich innerhalb des Injektorkörpers und innerhalb des Düsenkörpers bis zum Düsenraum erstreckt, wobei erfindungsgemäß zumindest ein Leitungsabschnitt der im Injektorkörper verlaufenden Hochdruck-Kraftstoffleitung, insbesondere die gesamte im Injektorkörper verlaufende Hochdruck-Kraftstoffleitung, von einem Ringraum umgeben ist, der mit einem Kraftstoffdruck beaufschlagbar ist.
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Die
DE 10 2012 223 934 A1 offenbart einen Piezoinjektor mit einem in einem Aktorraum angeordneten Piezoaktor, umfassend einen Injektorkörper und einen Düsenkörper mit einer Steuerkolbenbohrung. In der Steuerkolbenbohrung ist eine einen Steuerkolben aufnehmende Steuerhülse angeordnet. Die Steuerhülse grenzt dichtend an einer Zwischenplatte an. Der Steuerkolben weist eine dem Piezoaktor zugewandte 1. Stirnseite auf. Die 1. Stirnseite und der dem Piezoaktor zugewandte Abschnitt der Steuerhülse bilden einen 1. Steuerraum. Der Piezoinjektor weist eine Düsennadel mit einer 2. Stirnseite auf. Die Düsennadel ist in einer Bohrung im Steuerkolben verschiebbar geführt. Die Bohrung und die 2. Stirnseite bilden einen 2. Steuerraum. Eine Verbindungsbohrung ist zwischen dem 1. und dem 2. Steuerraum ausgebildet, die in dem Steuerkolben vorgesehen ist, um eine Druckänderung zwischen dem 1. und dem 2. Steuerraum zu übertragen. Der Piezoinjektor umfasst einen Leckagestift zwischen dem Piezoaktor und der 1. Stirnseite in einer Leckagestiftbohrung in der Zwischenplatte, der einen Aktorhub auf den Steuerkolben überträgt. Am dem 1. Steuerraum abgewandten Ende des Steuerkolbens und der Steuerhülse ist ein Federraum vorgesehen.
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Die vorliegende Offenbarung wird im Hinblick auf das vorstehende Problem getätigt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, welches dazu in der Lage ist, eine Hubgeschwindigkeit einer Nadel in einem Einspritzhub zu verändern, ohne eine Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Gemäß einem der Merkmale der vorliegenden Offenbarung ist ein Kraftstoffeinspritzventil aus einer Nadel (4), einem Düsenkörper (5), einer Gegendruckkammer (6, S1, S2), einem Ausströmdurchlass (7), einem Antriebsabschnitt (8), einem Schaltventil (21), einem Modusumschaltabschnitt (40, 51) und dergleichen zusammengesetzt.
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Die Nadel (4) ist ein Ventilbauteil zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs (9) zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer einer Maschine mit interner Verbrennung.
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Der Düsenkörper (5) ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, um die Nadel (4) beweglich aufzunehmen, wobei das Einspritzloch (9) in dem Düsenkörper (5) ausgebildet ist.
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Die Gegendruckkammer (6, S1, S2) ist in dem Kraftstoffeinspritzventil zum Ausüben von Gegendruck des Kraftstoffs auf die Nadel (4) in einer Einspritzloch-Schließrichtung vorgesehen.
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Der Ausströmdurchlass (7) ist ausgebildet, um den Kraftstoff ausgehend von der Gegendruckkammer (6, S1, S2) abzuführen.
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Der Antriebsabschnitt (8) öffnet oder schließt den Ausströmdurchlass (7) auf Grundlage eines Steuersignals von einer Steuereinheit (2), um dadurch den Gegendruck zum Steuern eines Öffnungs- oder Schließbetriebs des Einspritzlochs (9) durch die Nadel (4) zu erhöhen oder zu senken.
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Der Antriebsabschnitt (8) erhöht den Gegendruck, damit ein Kontaktierungsabschnitt (10) am vorderen Ende der Nadel (4) zu einer Sitzposition (12) bewegt wird, um so auf einer Sitzoberfläche (11) zu sitzen, die an einer Innenoberfläche des Düsenkörpers (5) ausgebildet ist, um dadurch das Einspritzloch (9) zu schließen.
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Zusätzlich senkt der Antriebsabschnitt (8) den Gegendruck, damit der Kontaktierungsabschnitt (10) am vorderen Ende der Nadel (4) von der Sitzposition (12) angehoben ist, um so einen Hubbetrag der Nadel (4) in einer axialen Richtung davon zu erhöhen, um dadurch das Einspritzloch (9) zu öffnen, wobei der Hubbetrag der Nadel (4) einem Abstand zwischen dem Kontaktierungsabschnitt (10) am vorderen Ende und der Sitzposition (12) entspricht.
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Die Nadel (4) wird entweder in einem ersten Modus mit einer ersten Hubgeschwindigkeit oder einem zweiten Modus mit einer zweiten Hubgeschwindigkeit betrieben, wobei die zweite Hubgeschwindigkeit niedriger ist als die erste Hubgeschwindigkeit und wobei die Hubgeschwindigkeit einem Zunahmebetrag des Hubbetrags der Nadel (4) pro Zeiteinheit entspricht.
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Das Schaltventil (21) wird durch den Antriebsabschnitt (8) betrieben, um einen Zustand des Ausströmdurchlasses (7), in dem der Durchlass geschlossen ist, zu einem Zustand davon, in dem der Durchlass geöffnet ist, umzuschalten.
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Der Modusumschaltabschnitt (40, 51) schaltet den ersten Modus zu dem zweiten Modus um, wenn der Modusumschaltabschnitt (40, 51) abhängig von einer Verschiebung des Schaltventils (21) bewegt wird.
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Ein hervorstehender Bereich einer Druckaufnahmeoberfläche der Nadel (4), welcher ein Bereich auf einer Ebene ist, die senkrecht zu einer axialen Richtung verläuft und welcher einen ersten Gegendruck aufnimmt, der in dem ersten Modus direkt abhängig von dem Ausströmen des Kraftstoffs aus der Gegendruckkammer (6, S2) in den Ausströmdurchlass (7) sinkt, ist kleiner als ein hervorstehender Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel (4), welcher ein Bereich auf der Ebene ist, die senkrecht zu der axialen Richtung verläuft, und welcher einen zweiten Gegendruck aufnimmt, der in dem zweiten Modus direkt abhängig von dem Ausströmen des Kraftstoffs ausgehend von der Gegendruckkammer (6, S1, S2) in den Ausströmdurchlass (7) sinkt.
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Gemäß dem vorstehenden Aufbau kann ein Volumen des Kraftstoffs pro Hubbetrageinheit der Nadel, welches durch die Bewegung der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel in dem ersten Modus ausgehend von der Gegendruckkammer abgeführt wird, in dem ersten Modus kleiner hergestellt werden als ein Volumen des Kraftstoffs pro Hubbetrageinheit der Nadel, welches durch die Bewegung der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel in dem zweiten Modus ausgehend von der Gegendruckkammer abgeführt wird, in dem zweiten Modus. Mit anderen Worten kann der Hubbetrag der Nadel in dem ersten Modus im Hinblick auf die Ausströmmenge des Kraftstoffs ausgehend von der Gegendruckkammer größer hergestellt werden als der in dem zweiten Modus. Das heißt, die Hubgeschwindigkeit der Nadel in dem ersten Modus kann höher hergestellt werden als die in dem zweiten Modus.
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Zusätzlich ist es, da der erste Modus durch die Bewegung des Modusumschaltabschnitts abhängig von der Verschiebung des Schaltventils zu dem zweiten Modus verändert wird, nicht notwendig, einen zusätzlichen Antriebsabschnitt vorzusehen. Das heißt, es ist nicht notwendig, eine Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Entsprechend ist es möglich, den Injektor vorzusehen, welcher dazu in der Lage ist, die Hubgeschwindigkeit der Nadel zu verändern, ohne die Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Gemäß einem anderen Merkmal der vorliegenden Offenbarung weist ein Kraftstoffeinspritzventil (1) auch ein Schaltventil (21) und einen Modusumschaltabschnitt (40, 51) auf.
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Der Modusumschaltabschnitt (40, 51) schaltet den zweiten Modus zu dem ersten Modus um, wenn der Modusumschaltabschnitt (40, 51) in Übereinstimmung mit der Verschiebung des Schaltventils (21) bewegt wird.
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In einem ersten zylindrischen Bauteil (40) ist ein Durchgangsloch (45) ausgebildet, das teilweise die Gegendruckkammer (6) definiert. Das Durchgangsloch (45) dient betriebsmäßig als eine Ausflussöffnung (25) zum Einschränken einer Strömungsmenge des Kraftstoffs, der ausgehend von der Gegendruckkammer (6) abgeführt wird, damit die Nadel (4) in dem zweiten Modus betrieben wird.
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In einem Ausströmdurchlass (7) ist ferner ein eingeschränkter Abschnitt (24) ausgebildet. Der eingeschränkte Abschnitt (24) dient betriebsmäßig als eine Ausflussöffnung (25) zum Einschränken einer Strömungsmenge des Kraftstoffs, der ausgehend von der Gegendruckkammer (6) abgeführt wird, damit die Nadel (4) in dem ersten Modus betrieben wird.
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Eine Querschnittsfläche des eingeschränkten Abschnitts (24), der in dem ersten Modus als die Ausflussöffnung (25) dient, ist größer als die des eingeschränkten Abschnitts (45), der in dem zweiten Modus als die Ausflussöffnung (25) dient. Jede der Querschnittsflächen entspricht einem Bereich auf einer Ebene, die senkrecht zu einer Kraftstoffströmungsrichtung durch den eingeschränkten Abschnitt verläuft.
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Gemäß dem vorstehenden Merkmal ist, da in dem ersten Modus eine Ausströmmenge des Kraftstoffs ausgehend von der Gegendruckkammer größer ist als die in dem zweiten Modus, ein Hubbetrag der Nadel in dem ersten Modus größer als der in dem zweiten Modus. Entsprechend ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit derart zu verändern, dass die Hubgeschwindigkeit in dem ersten Modus höher ist als die in dem zweiten Modus.
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Da der zweite Modus durch die Bewegung des Modusumschaltabschnitts abhängig von der Verschiebung des Schaltventils zu dem ersten Modus verändert wird, ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Antriebsabschnitt vorzusehen. Das heißt, es ist nicht notwendig, eine Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Entsprechend ist es möglich, den Injektor vorzusehen, welcher dazu in der Lage ist, die Hubgeschwindigkeit der Nadel zu verändern, ohne die Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden.
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Es zeigt/es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht, die relevante Abschnitte des Kraftstoffeinspritzventils der ersten Ausführungsform zeigt.
- 3A und 3B schematische Querschnittsansichten, die relevante Abschnitte zum Erläutern von Betrieben des Kraftstoffeinspritzventils zeigen, wobei 3A einen Zustand zeigt, in welchem ein Verschiebungsbetrag eines Schaltventils klein ist, sodass eine Nadel in einem ersten Modus betrieben wird, während 3B einen anderen Zustand zeigt, in welchem der Verschiebungsbetrag des Schaltventils größer wird, sodass die Nadel in einem zweiten Modus betrieben wird.
- 4A einen Graphen, der eine Veränderung eines Hubbetrags der Nadel im Hinblick auf die Zeit zeigt, während 4B einen Graphen zeigt, der eine Kraftstoffeinspritzrate im Hinblick auf die Zeit zeigt.
- 5A einen Graphen, der eine Kraftstoffeinspritzrate im Hinblick auf die Zeit zeigt, wenn eine Hubgeschwindigkeit hoch ist und wenn die Hubgeschwindigkeit niedrig ist, 5B einen Graphen, der eine Länge eines Kraftstoff-Sprühstrahls im Hinblick auf die Zeit zeigt, und 5C einen Graphen, der eine Rauchmenge zeigt.
- 6A eine pV-Diagrammansicht, die einen theoretischen Zyklus und einen wirklichen Zyklus zeigt, währen sowohl 6B als auch 6C einen Graphen zeigen, der die Kraftstoffeinspritzrate zeigt, wenn die Hubgeschwindigkeit hoch ist und wenn die Hubgeschwindigkeit niedrig ist.
- 7 eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht, die relevante Abschnitte eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 8A und 8B schematisch vergrößerte Querschnittsansichten, von welchen jede relevante Abschnitte eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Modifikation der vorliegenden Offenbarung zeigt, und
- 9 eine schematisch vergrößerte Querschnittsansicht, die relevante Abschnitte eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer anderen Modifikation der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Die vorliegende Offenbarung wird nachfolgend anhand einer Mehrzahl von Ausführungsformen beziehungsweise Modifikationen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden. Die gleichen oder ähnliche Teile oder Abschnitte in sämtlichen Ausführungsformen beziehungsweise Modifikationen werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um wiederholte Erläuterungen zu vermeiden.
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Erste Ausführungsform
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Ein Aufbau eines Kraftstoffeinspritzventils 1 (nachfolgend ein Injektor 1) einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden.
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Sowohl der Injektor 1, eine (nicht näher dargestellte) Zufuhrpumpe, ein (nicht näher dargestelltes) Common-Rail als auch eine elektronische Steuereinheit 2 (ECU 2) sind eine Komponente eines Kraftstoffeinspritzsystems. Die Zufuhrpumpe beaufschlagt Kraftstoff und führt dem Common-Rail derartigen Hochdruckkraftstoff zu. Das Common-Rail speichert vorübergehend den Hochdruckkraftstoff von der Zufuhrpumpe. Der Hochdruckkraftstoff wird ausgehend von dem Common-Rail an jeden der Injektoren 1 verteilt.
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Die ECU 2 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage einer Last einer Maschine mit interner Verbrennung (nachfolgend die Maschine: nicht näher dargestellt), einer Drehgeschwindigkeit der Maschine und dergleichen. Die ECU 2 berechnet ferner einen Einspritzstartzeitpunkt und eine Einspritzzeitdauer, welche der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, in Übereinstimmung mit einem Kraftstoffdruck (ein Common-Rail-Druck), der dem Injektor 1 zugeführt werden soll.
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Der Injektor 1 ist an der Maschine angebracht und spritzt den Hochdruckkraftstoff, beispielsweise mehr als 250 MPa, direkt in eine Brennkammer der Maschine ein.
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Der Injektor 1 ist aus einer Nadel 4, einem Düsenkörper 5, einer Gegendruckkammer 6, einem Ausströmdurchlass 7, einem Antriebsabschnitt 8 und dergleichen zusammengesetzt, wie untenstehend erläutert wird. Bei der vorliegenden Offenbarung wird eine axiale vordere Endseite des Injektors 1 als eine vordere Endseite bezeichnet, während eine axiale rückwärtige Endseite des Injektors 1 als eine rückwärtige Endseite bezeichnet wird.
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Die Nadel 4 ist in einer Säulenform ausgebildet und dient als ein Ventilkörper zum Öffnen und Schließen von Einspritzlöchern 9, durch welche der Hochdruckkraftstoff direkt in die Brennkammer eingespritzt wird. Die Nadel 4 weist zum Öffnen und Schließen der Einspritzlöcher 9 an ihrem vorderen Ende einen Kontaktierungsabschnitt 10 auf.
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Der Düsenkörper 5 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet, um die Nadel 4 beweglich darin aufzunehmen. Die Einspritzlöcher 9 sind an einem vorderen Ende des Düsenkörpers 5 ausgebildet. Eine Sitzoberfläche 11 ist an einer Innenoberfläche des Düsenkörpers 5 ausgebildet, sodass der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 auf der Sitzoberfläche 11 des Düsenkörpers 5 sitzt oder von dieser getrennt ist. Eine Position der Nadel 4, an welcher der Kontaktierungsabschnitt 10 auf der Sitzoberfläche 11 sitzt (oder von dieser getrennt ist), wird als eine Sitzposition 12 der Nadel 4 bezeichnet.
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Wenn der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 in einer axialen Richtung aufwärts von der Sitzposition 12 getrennt ist, sind die Einspritzlöcher 9 geöffnet, um so den Kraftstoff einzuspritzen. Andererseits sind dann, wenn der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 sich zu der Sitzposition 12 herabsenkt und auf der Sitzoberfläche 11 sitzt, die Einspritzlöcher 9 geschlossen, um so die Kraftstoffeinspritzung zu beenden.
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Die Gegendruckkammer 6 ist an der rückwärtigen Endseite der Nadel 4 ausgebildet, sodass ein Gegendruck des Hochdruckkraftstoffs in einer axialen Richtung abwärts auf die Nadel 4 ausgeübt wird, das heißt, in einer Richtung, welche die Einspritzlöcher 9 schließt.
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Der Ausströmdurchlass 7 ist ein Kraftstoffdurchlass, durch welchen der Kraftstoff ausgehend von der Gegendruckkammer 6 abgeführt wird.
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Die Gegendruckkammer 6 und der Ausströmdurchlass 7 werden untenstehend detaillierter weiter erläutert werden.
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Der Antriebsabschnitt 8 öffnet und schließt den Ausströmdurchlass 7 auf Grundlage eines Steuersignals von der ECU 2. Der Antriebsabschnitt 8 erhöht oder senkt durch Öffnen oder Schließen des Ausströmdurchlasses 7 den Gegendruck, um einen Öffnungs- und Schließbetrieb der Nadel 4 für die Einspritzlöcher 9 zu steuern.
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Der Antriebsabschnitt 8 ist in einem Haltebauteil 13 (einem Gehäuse 13) aufgenommen. Der Düsenkörper 5 und das Haltebauteil 13 sind durch eine Haltemutter 16 derart miteinander verbunden, dass Metallplattenbauteile 14 und 15 (ein erstes und ein zweites Metallplattenbauteil 14 und 15) zwischen dem Düsenkörper 5 und dem Haltebauteil 13 eingeschoben sind. Hochdruckkraftstoffdurchlässe 17, 18, 19 und 20 sind jeweils in dem Haltebauteil 13, den ersten und den zweiten Plattenbauteilen 14 und 15 und dem Düsenkörper 5 ausgebildet, um den Hochdruckkraftstoff ausgehend von dem Common-Rail den Einspritzlöchern 9 zuzuführen.
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Der Ausströmdurchlass 7 ist in dem ersten Plattenbauteil 14 ausgebildet. Ein Schaltventil 21 ist in einer Ventilkammer 22 aufgenommen, die in dem ersten Plattenbauteil 14 ausgebildet ist. Das Schaltventil 21 wird durch den Antriebsabschnitt 8 betrieben, um den Ausströmdurchlass 7 zu öffnen oder zu schließen. Der Ausströmdurchlass 7 ist mit einem Niedrigdruckkraftstoffdurchlass 23 verbunden, in welchem der Antriebsabschnitt 8 aufgenommen ist. Der Ausströmdurchlass 7 und die Ventilkammer 22 sind über einen Kraftstoffdurchlass 24 miteinander verbunden. Der Kraftstoffdurchlass 24 ist als ein eingeschränkter Abschnitt ausgebildet, der als eine Ausflussöffnung 25 zum Einschränken einer Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit dient, welcher aus der Gegendruckkammer 6 zu dem Ausströmdurchlass 7 fließt.
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In dem zweiten Plattenbauteil 15 ist ein Durchgangsloch 26 ausgebildet. Das Durchgangsloch 26 erstreckt sich in der axialen Richtung, um so die Ventilkammer 22 mit der Gegendruckkammer 6, welche an einer rückwärtigen Endseite der Nadel 4 ausgebildet ist, in Verbindung zu setzen bzw. zu kommunizieren. Ein erster und ein zweiter Einströmdurchlass 27 und 28 sind in dem zweiten Plattenbauteil 15 ausgebildet, um den Hochdruckkraftstoff in die Gegendruckkammer 6 zuzuführen. Jeder der Einströmdurchlässe 27 und 28 zweigt von dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 19 ab, sodass der Hochdruckkraftstoff in die Gegendruckkammer 6 zugeführt wird. Der zweite Einströmdurchlass 28 steht über einen zweiten eingeschränkten Abschnitt 28a in Verbindung mit dem Durchgangsloch 26 bzw. kommuniziert mit diesem.
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Der Antriebsabschnitt 8 ist aus einem piezoelektrischen Aktuator mit einem piezoelektrischen Element 30, einem Piezokolben 31, einem Ventilkolben 32 und dergleichen zusammengesetzt.
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Das piezoelektrische Element 30, der Piezokolben 31 und der Ventilkolben 32 sind in dieser Reihenfolge in der axialen Richtung ausgehend von der rückwärtigen Endseite zu der vorderen Endseite des Injektors 1 angeordnet und koaxial in dem Haltebauteil 13 aufgenommen.
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Das piezoelektrische Element 30 ist in der axialen Richtung erweitert, wenn elektrische Leistung daran angelegt wird, um so den Piezokolben 31 und den Ventilkolben 32 in der axialen Richtung abwärts zu der vorderen Endseite zu bewegen.
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Zwischen dem Ventilkolben 32 und dem Schaltventil 21 ist eine Verschiebungsübertragungswelle 33 vorgesehen, sodass das Schaltventil 21 in der axialen Richtung abwärts zu der vorderen Endseite bewegt wird. Wenn das Schaltventil 21 zusammen mit der Verschiebungsübertragungswelle 33 in der axialen Richtung abwärts zu der vorderen Endseite bewegt wird, ist ein Ventilkörperabschnitt des Schaltventils 21 von einem Ventilsitzabschnitt getrennt, der in dem ersten Plattenbauteil 14 ausgebildet ist, sodass das Schaltventil 21 geöffnet ist. Wenn das Schaltventil 21 geöffnet ist, ist der Ausströmdurchlass 7 geöffnet, um so den Gegendruck in der Gegendruckkammer 6 zu senken.
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Wenn der Gegendruck gesenkt ist, dann ist der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 von der Sitzposition 12 (von der Sitzoberfläche 11 des Düsenkörpers 5) getrennt, um dadurch die Einspritzlöcher 9 zu öffnen. Mit anderen Worten ist ein Hubbetrag der Nadel 4, welcher einem Verschiebungsausmaß der Nadel 4 in der axialen Richtung aufwärts entspricht, erhöht.
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In der Ventilkammer 22 ist eine Rückstellfeder 35 vorgesehen, um so das Schaltventil 21 in einer Ventilschließrichtung (in der axialen Richtung aufwärts zu der rückwärtigen Endseite) vorzuspannen.
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Wenn die elektrische Leistungsversorgung zu dem piezoelektrischen Element 30 unterbrochen ist, kehrt eine axiale Länge des piezoelektrischen Elements 30 zurück zu ihrer Ausgangslänge, das heißt, die axiale Länge wird kleiner. Das Schaltventil 21 wird in der axialen Richtung aufwärts zu der rückwärtigen Endseite bewegt, sodass der Ventilkörperabschnitt des Schaltventils 21 mit dem Ventilsitzabschnitt des ersten Plattenbauteils 14 in Kontakt gebracht wird. Wenn das Schaltventil 21 geschlossen ist, ist der Ausströmdurchlass 7 geschlossen, um so den Gegendruck in der Gegendruckkammer 6 zu erhöhen.
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Wenn der Gegendruck erhöht ist, dann sitzt der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 auf der Sitzposition 12 (der Sitzoberfläche 11 des Düsenkörpers 5), um dadurch die Einspritzlöcher 9 zu schließen.
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Charakterisierende Abschnitte der ersten Ausführungsform
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Charakterisierende Abschnitte der ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 2 erläutert werden.
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Der Injektor 1 weist ein erstes zylindrisches Bauteil 40 mit einer Becherform und ein zweites zylindrisches Bauteil 41 (eine Kammer, die ein Bauteil 41 ausbildet) zum Ausbilden der Gegendruckkammer 6 auf.
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Das erste zylindrische Bauteil 40 mit der Becherform ist in einer zylindrischen Form mit einem oberseitigen geschlossenen Ende 44 ausgebildet. Ein rückwärtiger Endabschnitt 43 der Nadel 4, welcher ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser der Nadel 4 ist, ist beweglich in das erste zylindrische Bauteil 40 eingefügt, sodass eine Außenumfangsoberfläche des rückwärtigen Endabschnitts 43 und eine Innenumfangsoberfläche des ersten zylindrischen Bauteils 40 in der axialen Richtung auf eine gleitende Weise miteinander in Kontakt stehen. In dem oberseitigen geschlossenen Ende 44 ist ein Durchgangsloch 45 ausgebildet, um so in der axialen Richtung durch das oberseitige geschlossene Ende 44 durchzutreten.
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Die Nadel 4 weist einen Abschnitt 46 mit großem Durchmesser auf, welcher an einer rückwärtigen Endseite des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser mit dem rückwärtigen Endabschnitt 43 verbunden ist.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Querschnittsfläche des Durchgangslochs 45 größer als die des eingeschränkten Abschnitts des Kraftstoffdurchlasses 24, der in dem Ausströmdurchlass 7 ausgebildet ist.
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Das zweite zylindrische Bauteil 41 ist ebenfalls in einer zylindrischen Form ausgebildet, um die Gegendruckkammer 6 teilweise auszubilden. Der Abschnitt 46 mit großem Durchmesser der Nadel 4 ist beweglich in das zweite zylindrische Bauteil 41 eingefügt, sodass eine Außenumfangsoberfläche des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser in der axialen Richtung auf eine gleitende Weise mit einer Innenumfangsoberfläche des zweiten zylindrischen Bauteils 41 in Kontakt steht.
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Das zweite zylindrische Bauteil 41 ist durch eine Feder 47 in der axialen Richtung aufwärts zu der rückwärtigen Endseite vorgespannt, welche zwischen einem Schulterabschnitt, der in der Nadel 4 ausgebildet ist, und dem zweiten zylindrischen Bauteil 41 zusammengedrückt ist, sodass das zweite zylindrische Bauteil 41 mit einer vorderen Endseitenoberfläche des zweiten Plattenbauteils 15 in Kontakt steht. Das erste zylindrische Bauteil 40 ist durch eine andere Feder 48 in der axialen Richtung aufwärts zu der rückwärtigen Endseite vorgespannt, welche zwischen einer rückwärtigen Endseitenoberfläche des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser und dem ersten zylindrischen Bauteil 40 zusammengedrückt ist, sodass das erste zylindrische Bauteil 40 betriebsmäßig mit der vorderen Endseitenoberfläche des zweiten Plattenbauteils 15 in Kontakt steht.
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Ein Innendurchmesser des zweiten zylindrischen Bauteils 41 ist größer als ein Außendurchmesser des ersten zylindrischen Bauteils 40. Das zweite zylindrische Bauteil 41 ist mit dem ersten zylindrischen Bauteil 40 koaxial angeordnet, um so eben dieses zu umgeben, sodass das erste zylindrische Bauteil 40 beweglich in dem zweiten zylindrischen Bauteil 41 aufgenommen ist. Der erste Einströmdurchlass 27 steht über einen ersten eingeschränkten Abschnitt 27a mit einem ersten Raum S1 der Gegendruckkammer 6 in Verbindung, welche durch das erste zylindrische Bauteil 40 und das zweite zylindrische Bauteil 41 definiert ist.
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Eine Antriebswelle 50, welche an dem Schaltventil 21 befestigt (oder mit diesem integral ausgebildet) ist, ist zwischen dem ersten zylindrischen Bauteil 40 und dem Schaltventil 21 angeordnet. Die Antriebswelle 50 erstreckt sich derart durch das Durchgangsloch 26 des zweiten Plattenbauteils 15, dass zwischen der Antriebswelle 50 und dem Durchgangsloch 26 ein radialer Spalt ausgebildet ist. Der radiale Spalt bildet einen Kraftstoffdurchlass aus, welcher die Ventilkammer 22 mit der Gegendruckkammer 6 in Verbindung setzt. Die Antriebswelle 50 überträgt die axiale Verschiebung des Schaltventils 21 auf das erste zylindrische Bauteil 40. Ein axialer Spalt (zum Beispiel ein Spalt „L2“) ist zwischen einem vorderen Ende der Antriebswelle 50 und einem rückwärtigen Ende des ersten zylindrischen Bauteils 40 ausgebildet, wenn dem piezoelektrischen Element 30 keine elektrische Leistung zugeführt wird.
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Das Durchgangsloch 45 des ersten zylindrischen Bauteils 40 steht immer in Verbindung mit dem Durchgangsloch 26 des zweiten Plattenbauteils 15. Mit anderen Worten steht die Ventilkammer 22 über den Kraftstoffdurchlass, der in der radialen Richtung zwischen der Antriebswelle 50 und dem Durchgangsloch 26 und über das Durchgangsloch 45 ausgebildet ist, immer in Verbindung mit einem zweiten Raum S2 der Gegendruckkammer 6, welche durch das erste zylindrische Bauteil 40 und den rückwärtigen Endabschnitt 43 der Nadel 4 definiert ist.
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Wie vorstehend ist die Gegendruckkammer 6 aus dem ersten Raum S1 und dem zweiten Raum S2 zusammengesetzt.
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Betrieb der ersten Ausführungsform
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Ein Betrieb des Injektors 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1, 2, 3A und 3B erläutert werden.
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Das Schaltventil 21 öffnet den Ausströmdurchlass 7, wenn dem piezoelektrischen Element 30 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal von der ECU 2 die elektrische Leistung zugeführt wird.
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Wenn der Kraftstoff damit startet, durch den Ausströmdurchlass 7 aus der Gegendruckkammer 6 auszuströmen, wird der Druck in der Gegendruckkammer 6 gesenkt.
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Anschließend wird eine Fluidkraft, die auf ein vorderes Ende der Nadel 4 ausgeübt wird (eine Fluidkraft zum Drücken der Nadel 4 in der axialen Richtung aufwärts), größer als eine Summe des Gegendrucks und der Vorspannkraft der Feder 47. Die Nadel 4 wird dabei in einer rückwärtigen Richtung (der axialen Richtung aufwärts) angehoben, sodass der Kontaktierungsabschnitt 10 der Nadel 4 von der Sitzoberfläche 11 des Düsenkörpers 5 getrennt ist, um die Einspritzlöcher 9 zu öffnen.
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Die Fluidkraft, die auf das vordere Ende der Nadel 4 ausgeübt wird, bevor diese ihre Aufwärtsbewegung startet (bevor diese sich von der Sitzoberfläche 11 trennt), entspricht einer Fluidkraft, welche die Nadel 4 an einer vorderen Endoberfläche außerhalb des Kontaktierungsabschnitts 10 der Nadel 4 von dem Hochdruckkraftstoff aufnimmt.
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Ein Betrieb für eine erste Betriebsstufe, welche startet, unmittelbar nachdem das Schaltventil 21 den Ausströmdurchlass 7 öffnet, wird erläutert werden. In der ersten Betriebsstufe wird das Schaltventil 21 durch den Antriebsabschnitt 8 mit einem kleinen Verschiebungsausmaß in der axialen Richtung abwärts bewegt.
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Wie in 3A gezeigt wird, wird das vordere Ende der Antriebswelle 50 noch nicht in Kontakt mit dem rückwärtigen Ende des ersten zylindrischen Bauteils 40 gebracht, obwohl der Ausströmdurchlass 7 in der ersten Betriebsstufe geöffnet ist.
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Im Ergebnis hängt eine Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 von einer Abfuhrgeschwindigkeit des Kraftstoffs ausgehend von dem zweiten Raum S2 der Gegendruckkammer 6 durch den eingeschränkten Abschnitt 24, der als die Ausflussöffnung 25 dient, zu dem Ausströmdurchlass 7 ab.
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Ein hervorstehender Bereich einer Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4, welcher einen Gegendruck des zweiten Raums S2 aufnimmt, der in der ersten Betriebsstufe direkt abhängig von dem Ausströmen des Kraftstoffs aus der Gegendruckkammer 6 (S2) in den Ausströmdurchlass 7 sinkt, ist in 3A durch einen Kreis angegeben, wobei der hervorstehende Bereich einem Bereich auf einer Ebene entspricht, die senkrecht zu der axialen Richtung der Nadel 4 verläuft.
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Ein Betrieb für eine zweite Betriebsstufe, welche nach der ersten Betriebsstufe ausgeführt wird, wird erläutert werden. In der zweiten Betriebsstufe wird das Schaltventil 21 ferner durch den Antriebsabschnitt 8 in der axialen Richtung abwärts bewegt, sodass das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 größer wird.
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Wie in 3B gezeigt wird, wird das erste zylindrische Bauteil 40 durch die Antriebswelle 50 in der axialen Richtung abwärts zu der vorderen Endseite bewegt, sodass das erste zylindrische Bauteil 40 von dem zweiten Plattenbauteil 15 getrennt wird.
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Anschließend hängt die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 nicht nur von der Abfuhrgeschwindigkeit des Kraftstoffs aus dem zweiten Raum S2 ab, sondern auch von einer Abfuhrgeschwindigkeit des Kraftstoffs aus dem ersten Raum S1. Mit anderen Worten stehen im Ergebnis daraus, dass das erste zylindrische Bauteil 40 in der axialen Richtung abwärts bewegt wird, der erste Raum S 1 (ein außenseitiger Raum des ersten zylindrischen Bauteils 40) und der zweite Raum S2 (ein innenseitiger Raum des ersten zylindrischen Bauteils 40) miteinander in Verbindung, und die beiden Räume S1 und S2 stehen mit dem Ausströmdurchlass 7 in Verbindung. Das heißt, der Raum (S1 + S2) der Gegendruckkammer 6, welche die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 betrifft, ist vergrößert.
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Ein hervorstehender Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4, welcher einen Gegendruck der ersten und der zweiten Räume S1 und S2 aufnimmt, der in der zweiten Betriebsstufe direkt abhängig von dem Ausströmen des Kraftstoffs aus der Gegendruckkammer 6 (S1, S2) in den Ausströmdurchlass 7 sinkt, ist in 3B durch einen Kreis angegeben, wobei der hervorstehende Bereich dem Bereich auf der Ebene entspricht, die senkrecht zu der axialen Richtung der Nadel 4 verläuft. Die Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4 in der zweiten Betriebsstufe (3B) wird größer als die in der ersten Betriebsstufe (3A).
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Wie vorstehend wird die Nadel 4 bei der vorliegenden Ausführungsform zuerst in der ersten Betriebsstufe betrieben, wenn das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 kleiner ist als ein vorgegebener Verschiebungswert, und anschließend in der zweiten Betriebsstufe betrieben, wenn das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 größer wird als der vorgegebene Verschiebungswert und das erste zylindrische Bauteil 40 dadurch in der axialen Richtung abwärts bewegt wird.
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Da eine Kraftstoffströmung ausgehend von der Ventilkammer 22 in den Ausströmdurchlass 7 hinein durch die Ausflussöffnung 25, die in dem Kraftstoffdurchlass 24 ausgebildet ist, eingeschränkt ist, wird die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit abhängig von dem Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 nicht verändert.
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Ein maximales Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 ist in 2 durch eine Referenz „L1“ angegeben, während ein maximaler axialer Abstand zwischen dem vorderen Ende der Antriebswelle 50 und dem rückwärtigen Ende des ersten zylindrischen Bauteils 40 durch eine Referenz „L2“ angegeben ist. Die maximale Verschiebung „L1“ des Schaltventils 21 und der maximale axiale Abstand „L2“ zwischen der Antriebswelle 50 und dem ersten zylindrischen Bauteil 40 weisen eine Beziehung von „L1 > L2“ auf.
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Das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 ist durch die elektrische Leistung eingestellt, die an das piezoelektrische Element 30 angelegt werden soll.
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Vorteile der ersten Ausführungsform
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Bei der vorliegenden Offenbarung ist die Hubgeschwindigkeit als eine Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 4 definiert, genauer gesagt als ein Zunahmebetrag pro Zeiteinheit des Hubbetrags der Nadel 4. Ein erster Modus ist als ein Betriebsmodus definiert, in welchem die Nadel 4 sich mit einer ersten Hubgeschwindigkeit bewegt. Ein zweiter Modus ist als ein Betriebsmodus definiert, in welchem die Nadel 4 sich mit einer zweiten Hubgeschwindigkeit bewegt, die niedriger ist als die erste Hubgeschwindigkeit.
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Wie vorstehend erläutert, wird der hervorstehende Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4, welcher den sinkenden Gegendruck aufnimmt, während der Hebebewegung der Nadel 4 von einem ersten Wert (dem hervorstehenden Bereich des Raums S2 in 3A) zu einem zweiten Wert, der größer ist als der erste Wert (der hervorstehende Bereich der Räume S1 und S2 in 3B) verändert. Wenn der hervorstehende Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4 klein ist, dann ist der Hubbetrag der Nadel 4 im Hinblick auf die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ausgehend von der Gegendruckkammer 6 groß. Andererseits wird dann, wenn der hervorstehende Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4 größer wird, der Hubbetrag der Nadel 4 im Hinblick auf die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ausgehend von der Gegendruckkammer 6 kleiner.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird in der ersten Betriebsstufe der erste Modus ausgeführt, während der zweite Modus in der zweiten Betriebsstufe ausgeführt wird.
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Wie vorstehend wird die Nadel 4, nachdem die Nadel 4 ihre Hebebewegung startet, zuerst in dem ersten Modus und anschließend in dem zweiten Modus betrieben.
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Der Betriebsmodus der Nadel 4 wird ausgehend von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus umgeschaltet, wenn das erste zylindrische Bauteil 40 durch die Verschiebung des Schaltventils 21 bewegt wird. Daher weist das erste zylindrische Bauteil 40 eine Funktion als ein Modusumschaltabschnitt 51 auf.
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Wie vorstehend wird der Injektor 1 der vorliegenden Ausführungsform in der ersten Betriebsstufe (in welcher die Nadel 4 in dem ersten Modus betrieben wird) und anschließend in der zweiten Betriebsstufe (in welcher die Nadel 4 in dem zweiten Modus betrieben wird) betrieben, wobei die Hubgeschwindigkeit des zweiten Modus niedriger ist als die des ersten Modus.
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Der Modusumschaltabschnitt 51 schaltet den Betriebsmodus der Nadel 4 ausgehend von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus um, wenn das erste zylindrische Bauteil 40 abhängig von der Verschiebung des Schaltventils 21 in der vorderen Richtung nach unten bewegt wird.
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Zusätzlich ist der hervorstehende Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4, welcher den Gegendruck aufnimmt, der in dem ersten Modus sinkt, kleiner als der hervorstehende Bereich der Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 4, welcher den Gegendruck aufnimmt, der in dem zweiten Modus sinkt.
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Entsprechend ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit des ersten Modus höher herzustellen als die des zweiten Modus. Mit anderen Worten kann die Hubgeschwindigkeit in einem Anhebe-Hub der Nadel 4 verändert werden.
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Zusätzlich ist es, da der Betriebsmodus durch die axiale Bewegung des Schaltventils 21 ausgehend von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus verändert wird, nicht notwendig, einen zusätzlichen Antriebsabschnitt vorzusehen. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, eine Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Im Ergebnis ist es möglich, den Injektor 1 vorzusehen, welcher dazu in der Lage ist, die Hubgeschwindigkeit zu verändern, ohne die Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Die 4A und 4B zeigen jeweils den Hubbetrag und eine Einspritzrate des Kraftstoffs im Hinblick auf die Zeit.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Nadel 4 zuerst in dem ersten Modus und anschließend in dem zweiten Modus betrieben, wobei die Hubgeschwindigkeit des zweiten Modus niedriger ist als die des ersten Modus.
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In den 4A und 4B ist „1te“ der erste Modus, in welchem die Nadel 4 bei einer hohen Hubgeschwindigkeit betrieben wird, während „2te“ den zweiten Modus bezeichnet, in welchem die Nadel 4 bei einer niedrigeren Hubgeschwindigkeit betrieben wird.
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Wie in 5A gezeigt wird, ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzrate zu erhöhen, kurz nachdem die Nadel 4 ihre Hebebewegung startet, wenn die Nadel 4 in dem ersten Modus betrieben wird, in welchem die Hubgeschwindigkeit hoch ist. Die Kraftstoffeinspritzrate entspricht der Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit.
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Wie in 5B gezeigt wird, ist es dadurch möglich, eine Kraftstoff-Sprühstrahl-Länge größer herzustellen. Die Kraftstoff-Sprühstrahl-Länge entspricht einem Abstand, in welchem der Kraftstoff sich ausgehend von dem Einspritzloch 9 ausbreitet. Es ist möglich, den Kraftstoff an einer Position zu verbrennen, die weiter von dem Einspritzloch 9 getrennt bzw. beabstandet ist.
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Wie in 5C gezeigt wird, ist es möglich, eine Menge von Rauch, der erzeugt werden soll, zu reduzieren, weil die Kraftstoffverbrennung in einem zu dem Einspritzloch 9 benachbarten Bereich unterbunden werden kann, wobei Sauerstoff in dem zu dem Einspritzloch 9 benachbarten Bereich verknappt wird.
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Wenn die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 gesenkt wird, ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzdauer zu verlängern und dadurch die Kraftstoffeinspritzmenge in Übereinstimmung mit einer Erhöhung eines Volumens der Brennkammer zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, einen Bereich in der Brennkammer für isobarische Verbrennung zu vergrößern.
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Im Ergebnis ist es möglich, einen Verbrennungszyklus näher an einem theoretischen Zyklus herzustellen und dadurch eine Ausgabe der Maschine zu erhöhen, wie in 6A gezeigt wird.
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Zusätzlich ist es möglich, Rauschen zu reduzieren, welches durch eine rasche Kraftstoffzufuhr erzeugt wird, wenn eine Neigung eines Anfangsanstiegs der Kraftstoffeinspritzrate oder die Neigung des Anfangsanstiegs und eines Spitzenwerts der Kraftstoffeinspritzrate derart hergestellt sind, dass diese kleiner sind als die in dem Fall, bei welchem die Hubgeschwindigkeit hoch ist, wie in den 6B und 6C gezeigt wird.
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In einem Fall eines Injektors, bei welchem die Hubgeschwindigkeit nicht in einem Einspritzhub verändert werden kann, ist es ebenfalls möglich, die Erzeugung des Rauchs zu reduzieren, wenn die Hubgeschwindigkeit auf einen höheren Wert (einen festgelegten Wert) eingestellt ist. Allerdings ist es, da der Spitzenwert der Kraftstoffeinspritzrate erhöht ist, so wie die Kraftstoffeinspritzdauer gesenkt ist, schwierig, die Ausgabe der Maschine zu erhöhen und die Erzeugung des Rauschens zu unterbinden. Andererseits wird es dann, wenn die Hubgeschwindigkeit auf einen niedrigeren Wert (einen festgelegten Wert) eingestellt wird, möglich, die Ausgabe der Maschine zu erhöhen und die Erzeugung des Rauschens zu unterbinden. Allerdings wird es schwierig, die Erzeugung des Rauchs zu reduzieren.
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Wie vorstehend ist es nicht möglich, in dem Injektor mit dem festgelegten Wert für die Hubgeschwindigkeit sowohl Effekte zum Senken der Erzeugung des Rauchs einerseits, als auch andererseits zum Erhöhen der Maschinenausgabe und zum Unterbinden des Rauschens zu erhalten.
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Allerdings kann gemäß dem Injektor 1 der vorliegenden Ausführungsform, da die Hubgeschwindigkeit während eines Anhebe-Hubs der Nadel 4 verändert werden kann, nicht nur die Erzeugung des Rauchs reduziert werden, sondern auch die Maschinenausgabe erhöht und die Rauscherzeugung unterbunden werden.
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Zusätzlich ist das erste zylindrische Bauteil 40 (der Modusumschaltabschnitt 51) in der zylindrischen Form mit dem oberseitigen geschlossenen Ende 44 ausgebildet und dazu in der Lage, auf der Außenumfangsoberfläche des rückwärtigen Endabschnitts 43 der Nadel 4 zu gleiten.
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Die Gegendruckkammer 6 ist durch das zweite zylindrische Bauteil 41 (der Kammer-Bildungsabschnitt 41) ausgebildet, welches sich in der axialen Richtung zu der vorderen Endseite über das vordere Ende des rückwärtigen Endabschnitts 43 der Nadel 4 hinaus erstreckt, um so auf der Außenumfangsoberfläche des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser der Nadel 4 zu gleiten. Das zweite zylindrische Bauteil 41 bringt darin das erste zylindrische Bauteil 40 (den Modusumschaltabschnitt 51) unter.
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Wenn das erste zylindrische Bauteil 40 in der axialen Richtung abwärts bewegt wird, dann wird der Verbindungszustand des ersten Raums S 1 (der außenseitige Raum S1) und des zweiten Raums S2 (der innenseitige Raum S2) zu dem Ausströmdurchlass 7 verändert. Genauer gesagt wird der Verbindungszustand ausgehend von einem ersten Verbindungszustand, bei welchem der zweite Raum S2 mit dem Ausströmdurchlass 7 in Verbindung steht, zu einem zweiten Verbindungszustand, in welchem die ersten und die zweiten Räume S1 und S2 mit dem Ausströmdurchlass 7 in Verbindung stehen, verändert, sodass der Betriebsmodus des Injektors 1 ausgehend von dem ersten Modus zu dem zweiten Modus verändert wird.
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Wie vorstehend ist es möglich, den Aufbau zum Verändern der Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 durch Kombinieren der Mehrzahl von zylindrischen Bauteilen (des ersten zylindrischen Bauteils 40 und des zweiten zylindrischen Bauteils 41) zu erhalten.
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Zweite Ausführungsform
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf 7 durch Fokussieren auf jene Abschnitte erläutert werden, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Querschnittsfläche des Durchgangslochs 45 an dem oberseitigen geschlossenen Ende 44 des ersten zylindrischen Bauteils 40 kleiner hergestellt als das einer Querschnittsfläche des eingeschränkten Abschnitts des Kraftstoffdurchlasses 24, der in dem ersten Plattenbauteil 14 ausgebildet ist. Jede der Querschnittsflächen entspricht einem Bereich auf einer Ebene, die senkrecht zu einer Strömungsrichtung der jeweiligen Kraftstoffströmung verläuft.
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Wenn das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 klein ist (das heißt, in der ersten Betriebsstufe), dient anstatt des Kraftstoffdurchlasses 24 das Durchgangsloch 45 als die Ausflussöffnung 25. Die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ist ausgehend von der Gegendruckkammer 6 (dem zweiten Raum S2) in den Ausströmdurchlass 7 hinein klein und die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 ist entsprechend niedrig.
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Andererseits ist dann, wenn das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 größer wird (das heißt, in der zweiten Betriebsstufe), das erste zylindrische Bauteil 40 ausgehend von dem zweiten Plattenbauteil 15 in der axialen Richtung abwärts getrennt. Anschließend wird nicht nur der zweite Raum S2, sondern auch der erste Raum S1 der Gegendruckkammer 6 mit dem Ausströmdurchlass 7 in Verbindung stehen. Im Ergebnis dient der Kraftstoffdurchlass 24 des Ausströmdurchlasses 7 als die Ausflussöffnung 25. Die Querschnittsfläche der Ausflussöffnung 25 (die Querschnittsfläche des Kraftstoffdurchlasses 24) wird in der zweiten Betriebsstufe größer als die der Ausflussöffnung 25 (die Querschnittsfläche des Durchgangslochs 45) in der ersten Betriebsstufe. Anschließend wird die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ausgehend von der Gegendruckkammer 6 zu dem Ausströmdurchlass 7 entsprechend größer. Entsprechend ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 abhängig von dem Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 zu erhöhen.
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Wie vorstehend ist die Querschnittsfläche der Ausflussöffnung 25 (der Kraftstoffdurchlass 24) in dem ersten Modus, welcher in der zweiten Betriebsstufe ausgeführt wird, größer als die Querschnittsfläche der Ausflussöffnung 25 (das Durchgangsloch 45) in dem zweiten Modus, wobei jede der Querschnittsflächen eine Fläche auf der Ebene ist, die senkrecht zu der Kraftstoffströmungsrichtung verläuft.
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Wie vorstehend ist es möglich, die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ausgehend von der Gegendruckkammer 6 in der zweiten Betriebsstufe (dem ersten Modus) größer herzustellen als die in der ersten Betriebsstufe (dem zweiten Modus). Daher ist es möglich, den Hubbetrag der Nadel 4 in der zweiten Betriebsstufe (dem ersten Modus) im Hinblick auf die Ausströmmenge des Kraftstoffs pro Zeiteinheit ausgehend von der Gegendruckkammer 6 größer herzustellen als den in der ersten Betriebsstufe (dem zweiten Modus). Entsprechend ist es möglich, die Hubgeschwindigkeit der zweiten Betriebsstufe (des ersten Modus) höher herzustellen als die Hubgeschwindigkeit der ersten Betriebsstufe (des zweiten Modus).
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Da der Betriebsmodus der Nadel 4 durch die Bewegung des Modusumschaltabschnitts 51 abhängig von dem Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 ausgehend von dem zweiten Modus zu dem ersten Modus verändert wird, ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Antriebsabschnitt vorzusehen. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, eine Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Das heißt, es ist möglich, den Injektor 1 vorzusehen, welcher dazu in der Lage ist, seine Hubgeschwindigkeit zu verändern, ohne die Mehrzahl von Antriebsabschnitten vorzusehen.
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Bei der zweiten Ausführungsform wird die Veränderung der Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 (ausgehend von der niedrigen Geschwindigkeit zu der hohen Geschwindigkeit) abhängig von dem Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 ausgehend von der (ausgehend von der hohen Geschwindigkeit zu der niedrigen Geschwindigkeit) der ersten Ausführungsform umgekehrt.
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Es ist zu beachten, ob die Hubgeschwindigkeit durch eine Ausströmgeschwindigkeit des Kraftstoffs über das Durchgangsloch 45 beschränkt werden kann, wenn das Verschiebungsausmaß des Schaltventils 21 (in der zweiten Betriebsstufe) groß ist. Eine Kraft zum Drücken der Nadel 4 in der axialen Richtung aufwärts ist in Übereinstimmung mit der Abnahme des Kraftstoffdrucks, der auf die rückwärtige Endseitenoberfläche des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser ausgeübt wird, erhöht. Anschließend ist die Ausströmgeschwindigkeit des Kraftstoffs über das Durchgangsloch 45 entsprechend erhöht. Daher ist die Hubgeschwindigkeit der Nadel 4 nicht durch die Ausströmgeschwindigkeit des Kraftstoffs über das Durchgangsloch 45 beeinflusst.
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Modifikationen
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Die vorliegende Ausführungsform kann auf verschiedene Arten weiter modifiziert werden, ohne sich von einem Geist der vorliegenden Offenbarung zu entfernen.
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Bei der ersten Ausführungsform wird der zweite Modus (die Nadel 4 wird bei der niedrigen Geschwindigkeit bewegt) nach dem ersten Modus (die Nadel 4 wird bei der hohen Geschwindigkeit bewegt) ausgeführt. Allerdings kann die Nadel 4 zuerst in dem zweiten Modus und anschließend in dem ersten Modus betrieben werden.
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Gemäß einer derartigen Modifikation ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzung einer kleinen Menge präzise zu steuern.
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Bei den ersten und den zweiten Ausführungsformen ist die rückwärtige Endoberfläche des ersten zylindrischen Bauteils 40 mit einer flachen Oberfläche ausgebildet.
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Allerdings kann, wie in 8A gezeigt wird, die rückwärtige Endoberfläche des ersten zylindrischen Bauteils 40 mit einer spitz zulaufenden Oberfläche 40t ausgebildet sein. Bei der Modifikation von 8A ist eine Beziehung von „r1 < r2“ erfüllt, wobei „r1“ ein Radius eines Außenkreises eines Sitzabschnitts 60 des ersten zylindrischen Bauteils 40 ist, der betriebsmäßig in Kontakt mit dem zweiten Plattenbauteil 15 gebracht werden soll, und „r2“ ein Radius des rückwärtigen Endabschnitts 43 der Nadel 4 ist.
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Gemäß dem vorstehenden Aufbau ist es, da der Kraftstoffdruck ausgehend von dem Einströmdurchlass 27 auf die rückwärtige Endoberfläche (die spitz zulaufende Oberfläche 40t) des ersten zylindrischen Bauteils 40 ausgeübt werden kann, möglich, dass das erste zylindrische Bauteil 40 schnell in der axialen Richtung abwärts zu der vorderen Endseite bewegt wird. Im Ergebnis kann der Gegendruck in der Gegendruckkammer 6 schnell erhöht werden, um dadurch eine Ventilschließbewegung der Nadel 4 zu erhöhen.
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Bei dem vorstehenden Aufbau ist es, da der Kraftstoff in den zweiten Raum S2 eingeführt werden kann, wenn das erste zylindrische Bauteil 40 durch den Kraftstoffdruck ausgehend von dem Einströmdurchlass 27 in der axialen Richtung abwärts bewegt wird, nicht notwendig, den Einströmdurchlass 28 auszubilden.
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Bei den ersten und den zweiten Ausführungsformen steht der zweite Raum S2 über das Durchgangsloch 26, das in dem zweiten Plattenbauteil 15 ausgebildet ist, und das Durchgangsloch 45, das in dem oberseitigen geschlossenen Ende 44 des ersten zylindrischen Bauteils 40 ausgebildet ist, mit der Ventilkammer 22 in Verbindung.
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Allerdings kann, wie in 8B gezeigt wird, in der Antriebswelle 50 und dem Schaltventil 21 ein Verbindungsdurchlass 62 ausgebildet sein. Bei dieser Modifikation kann der Verbindungsdurchlass 62 so entworfen sein, dass dieser als die Ausflussöffnung 25 dient.
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Bei den ersten und den zweiten Ausführungsformen ist der Modusumschaltabschnitt 51 aus dem ersten zylindrischen Bauteil 40 (einem Bauteil 40) zusammengesetzt.
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Allerdings kann der Modusumschaltabschnitt 51, wie in 9 gezeigt wird, aus einer Mehrzahl von Bauteilen zusammengesetzt sein. Genauer gesagt kann der Modusumschaltabschnitt 51 als ein von dem ersten zylindrischen Bauteil 40 getrenntes zylindrisches Bauteil ausgebildet sein, und das zweite zylindrische Bauteil 40 ist beweglich in dem Modusumschaltabschnitt 51 aufgenommen.
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Bei der Modifikation von 9 ist ein Abschnitt 63 mit mittlerem Durchmesser zwischen dem rückwärtigen Endabschnitt 43 und dem Abschnitt 46 mit großem Durchmesser in der Nadel 4 ausgebildet, wobei ein Durchmesser des Abschnitts 63 mit mittlerem Durchmesser größer ist als der des rückwärtigen Endabschnitts 43, aber kleiner als der des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser.
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Gemäß der Modifikation von 9 wird der hervorstehende Bereich des Druckaufnahmeabschnitts ausgehend von einer Querschnittsfläche des rückwärtigen Endabschnitts 43, einer Querschnittsfläche des Abschnitts 63 mit mittlerem Durchmesser und des Abschnitts 46 mit großem Durchmesser in Übereinstimmung mit der Bewegung des Schaltventils 21 in der axialen Richtung abwärts verändert.
