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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche Kraftstoff durch Einspritzlöcher einspritzt.
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HINTERGRUND
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Beispielsweise offenbart die
JP 2017-75532 A eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche ein Gehäuse, eine Nadel und ein Ventilelement aufweist. Eine Steuerkammer und eine Ventilelementaufnahmekammer sind in einem Inneren des Gehäuses gebildet. Die Nadel ist durch einen Kraftstoffdruck in der Steuerkammer verstellbar bzw. verlagerbar. Das Ventilelement ist in der Ventilelementaufnahmekammer aufgenommen. Die Ventilelementaufnahmerkammer steht mit der Steuerkammer über einen Zweigdurchtritt in Verbindung und steht ebenso mit einer Niederdruckseite über einen Niederdruckkraftstoffdurchtritt in Verbindung.
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In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der
JP 2017-75532 A ist eine Einströmöffnung des Zweigdurchtritts, welche der Ventilelementaufnahmekammer exponiert ist, derart gebildet, dass eine Mittelachse der Einströmöffnung sich mit einer Mittelachse des Ventilelements schneidet. Ähnlich ist eine Ausströmöffnung des Niederdruckkraftstoffdurchtritts, welche der Ventilelementaufnahmekammer exponiert ist, derart gebildet, dass eine Mittelachse der Ausströmöffnung sich mit der Mittelachse des Ventilelements schneidet. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass eine ungleiche Verteilung eines Kraftstoffdrucks um das Ventilelement herum während einer Zeitdauer des Ausströmens des Kraftstoffs aus der Ventilelementaufnahmekammer zu der Niederdruckseite in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der
JP 2017-75532 A erzeugt wird.
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Die ungleiche Verteilung des Kraftstoffdrucks um das Ventilelement herum verursacht eine Anwendung einer Kraft auf das Ventilelement in einer exzentrischen Richtung (einer dezentrierenden Richtung). Wenn das Ventilelement aufgrund der Anwendung der Kraft auf das Ventilelement in der exzentrischen Richtung geneigt wird, wird eine Strömungsrate des Kraftstoffs, welcher aus der Steuerkammer durch die Ventilelementaufnahmekammer ausströmt, instabil und dadurch wird eine Druckabnahme der Steuerkammer instabil. Demnach kann möglicherweise eine Verschlechterung hinsichtlich der Genauigkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs, welcher durch die Einspritzlöcher eingespritzt wird, auftreten. Demnach ist es wünschenswert, die Neigung des Ventilelements zu begrenzen.
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KURZFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, welche ein Ventilelement verlagern kann, während sie eine stabile Orientierung des Ventilelements aufrechterhält.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, die Folgendes aufweist:
- einen Körper, welcher ein Einspritzloch hat, welches konfiguriert ist, um Kraftstoff einzuspritzen, wobei der Körper intern Folgendes aufweist:
- eine Steuerkammer und eine Ventilkammer, welche konfiguriert sind, um mit dem Kraftstoff gefüllt zu werden,
- eine Niederdruckkammer, welche konfiguriert ist, um den Kraftstoff, welcher von der Ventilkammer ausgegeben wird, aufzunehmen,
- einen ersten Strömungsdurchtritt, welcher zwischen der Steuerkammer und der Ventilkammer eine Verbindung bildet, und
- einen zweiten Strömungsdurchtritt, welcher zwischen der Ventilkammer und der Niederdruckkammer eine Verbindung bildet;
- eine Nadel, welche in Antwort auf eine Änderung in einem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer verlagerbar ist, um das Einspritzloch zu öffnen oder zu verschließen,
- ein Ventilelement, welches in einer säulenförmigen Form ist und in der Ventilkammer in einem verlagerbaren Zustand aufgenommen ist, in dem das Ventilelement in einer axialen Richtung verlagerbar ist, und
- eine Antriebsvorrichtung, welche konfiguriert ist, um das Ventilelement durch eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen der Antriebsvorrichtung zu betreiben, um umzuschalten zwischen:
- einem Kommunikationszustand, in welchem das Ventilelement eine Kommunikation zwischen der Ventilkammer und der Niederdruckkammer durch den zweiten Strömungsdurchtritt ermöglicht; und
- einem blockierenden Zustand, in welchem das Ventilelement die Kommunikation zwischen der Ventilkammer und der Niederdruckkammer durch den zweiten Strömungsdurchtritt blockiert, wobei:
- wenigstens eine einer Einströmöffnung, welche ein Endabschnitt des ersten Strömungsdurchtritts auf der Seite der Ventilkammer ist, und einer Ausströmöffnung, welche ein Endabschnitt des zweiten Strömungsdurchtritts auf der Seite der Ventilkammer ist, an einem entsprechenden Ort platziert ist, welcher radial nach außen von einer Mittelachse des Ventilelements verlagert ist, während die wenigstens eine der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung sich in einer entsprechenden Öffnungsrichtung öffnet, welche eingestellt ist, um eine Wirbelströmung in dem Kraftstoff der Ventilkammer in einer Umfangsrichtung um das Ventilelement herum zu erzeugen.
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Gemäß diesem Aspekt ist wenigstens eine der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung an dem Ort platziert, welcher radial nach außen von der Mittelachse des Ventilelements verlagert ist, während die wenigstens eine der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung sich in der entsprechenden Öffnungsrichtung öffnet, welche eingestellt ist, um die Wirbelströmung in der Umfangsrichtung zu erzeugen. Demnach wird der Kraftstoffstrom, welcher um das Ventilelement in der Umfangsrichtung herum zirkuliert wird, während der Zeitdauer des Ausströmens des Kraftstoffs von der Ventilkammer in die Niederdruckkammer erzeugt. Die ungleiche Verteilung des Kraftstoffdrucks um das Ventilelement herum kann durch diese Wirbelströmung des Kraftstoffs verringert werden. Als ein Ergebnis kann die Anwendung der Kraft in der exzentrischen Richtung, welche durch die ungleiche Verteilung des Kraftstoffdrucks in der Umfangsrichtung verursacht wird, begrenzt werden, so dass das Ventilelement in der axialen Richtung verlagert werden kann, während die stabile Orientierung des Ventilelements aufrechterhalten wird.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
- 1 ein Diagramm ist, welches eine Gesamtstruktur eines Kraftstoffzufuhrsystems zeigt, welches Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und eine Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist;
- 2 eine longitudinale Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist;
- 3 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs III in 2 ist und eine longitudinale Querschnittsansicht ist, welche Details einer Ventilkammer und ihres benachbarten Bereichs zeigt;
- 4 eine Querschnittsansicht ist, welche entlang der Linie IV-IV in 3 aufgenommen ist;
- 5 eine Querschnittsansicht ist, welche entlang der Linie V-V in 3 aufgenommen ist;
- 6 ein beschreibendes Diagramm zum Beschreiben eines Vorteils einer Wirbelströmung ist, welches ein Beispiel einer Druckverteilung in einem Fall zeigt, in dem eine Wirbelströmung für denselben Ort wie denjenigen der 7 abwesend ist;
- 7 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel einer Druckverteilung in einem Fall zeigt, in dem die Wirbelströmung für einen Bereich VII der 3 gegenwärtig ist;
- 8 ein Diagramm ist, welches einen Vorteil des Verringerns eines Öldrucks durch ein Verwenden der Wirbelströmung zeigt;
- 9 ein Diagramm ist, welches einen Steuerkommunikationsdurchtritt gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
- 10 eine longitudinale Querschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und ihren benachbarten Bereich einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
- 11 eine Querschnittsansicht ist, aufgenommen entlang einer Linie XI-XI in 10; und
- 12 eine longitudinale Querschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und ihren benachbarten Bereich einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Hierin nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In jeder der folgenden Ausführungsformen werden ähnliche konstruierende Komponenten (Abschnitte) durch dieselben Bezugszeichen angezeigt werden und werden zum Zweck der Einfachheit nicht redundant beschrieben werden. In jeder der folgenden Ausführungsformen ist in einem Fall, in dem nur ein Abschnitt (Abschnitte) einer Struktur beschrieben ist (sind) der Rest der Struktur derselben wie derjenige der voranstehend beschriebenen Ausführungsform und wird nicht redundant beschrieben werden. Ferner können in jeder der folgenden Ausführungsformen mit Ausnahme einer explizit beschriebenen Kombination der konstituierenden Komponenten (Abschnitte) die Komponenten (Abschnitte) der folgenden Ausführungsformen teilweise kombiniert werden, auch wenn eine solche Kombination nicht explizit beschrieben ist, solange es keine Schwierigkeit für solch eine Kombination gibt. Es sollte festgehalten werden, dass die Kombination (die Kombinationen) der Komponenten (Abschnitte), welche nicht explizit beschrieben ist (sind) in den folgenden Ausführungsformen und Modifikationen davon mit der folgenden Beschreibung umfasst sein sollten.
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(Erste Ausführungsform)
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Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden in einem Kraftstoffzufuhrsystem 1, welches in 1 gezeigt ist, verwendet. Jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 führt Kraftstoff, welcher in einem Kraftstofftank 4 gespeichert ist, einer entsprechenden einen von Verbrennungskammern 2b einer Dieselmaschine 2 (welche als eine Maschine mit interner Verbrennung dient) zu. Mit Ausnahme der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 weist das Kraftstoffzufuhrsystem 1 eine Speisepumpe 5, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 6, eine gemeinsame Kraftstoffleitung (Common Rail) 3 und eine Steuervorrichtung 9 auf.
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Die Speisepumpe 5 ist eine elektrische Trochoidenpumpe. Die Speisepumpe 5 ist in der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 enthalten. Die Speisepumpe 5 pumpt Leichtöl, welches als der Kraftstoff dient und in dem Kraftstofftank 4 gespeichert ist, zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 6. Alternativ kann die Speisepumpe 5 getrennt von der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 gebildet sein und kann in beispielsweise einem Inneren des Kraftstofftanks 4 platziert sein.
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Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 ist beispielsweise eine Kolbenpumpe. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 wird durch eine Ausgangswelle der Maschine 2 angetrieben. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 ist mit der gemeinsamen Kraftstoffleitung 3 durch eine Kraftstoffleitung 6a verbunden. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 beaufschlagt den Kraftstoff, welcher von der Speisepumpe 5 zugeführt wird, mit Druck und die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 führt den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff der gemeinsamen Kraftstoffleitung 3 als den Hochdruckkraftstoff zu.
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Die gemeinsame Kraftstoffleitung 3 ist mit jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 über eine entsprechende Hochdruckkraftstoffleitung 3b verbunden. Die gemeinsame Kraftstoffleitung 3 ist mit dem Kraftstofftank 4 über eine Überschusskraftstoffleitung 8a verbunden. Die gemeinsame Kraftstoffleitung 3 speichert den Hochdruckkraftstoff, welcher von der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 zugeführt wird, vorübergehend, und die gemeinsame Kraftstoffleitung 3 verteilt den Hochdruckkraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10, während sie den Druck des Hochdruckkraftstoffs aufrechterhält. Ein Druckminderventil 8 ist an der gemeinsamen Kraftstoffleitung 3 installiert. Das Druckminderventil 8 führt überschüssigen Kraftstoff zu der Überschusskraftstoffleitung 8a in einem Fall ab, in dem der Kraftstoffdruck der gemeinsamen Kraftstoffleitung 3 höher wird als ein Zieldruck.
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Die Steuervorrichtung 9 ist eine elektronische Steuereinheit, welche eine elektronische Steuereinheit (ECU = electronic control unit = elektronische Steuereinheit) 9a und eine elektronische Treibereinheit (EDU = electronic driver unit = elektronische Treibereinheit) 9b aufweist. Die Steuervorrichtung 9 ist elektrisch mit jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 verbunden.
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Die Steuervorrichtung 9 steuert eine Einspritzung des Kraftstoffs an jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 gemäß einem Betriebszustand der Maschine 2.
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Die ECU 9a weist eine Berechnungsschaltung auf, welche einen Mikrocomputer und einen Mikrocontroller als konstituierende Hauptkomponenten davon aufweist. Die Berechnungsschaltung weist einen Prozessor, einen RAM und einen wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher auf. Die EDU 9b legt eine Treiberspannung an eine Treibervorrichtung 40 (siehe 2) jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 basierend auf einem Befehlssignal, welches von der ECU 9a empfangen wird, an.
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Jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 ist an einem Kopfelement 2a, welches Verbrennungskammern 2b bildet, in einem Zustand installiert, in dem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 in ein entsprechendes Einführloch des Kopfelements 2a eingeführt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 spritzt den Hochdruckkraftstoff, welcher durch die Hochdruckkraftstoffleitung 3b zugeführt wird, direkt in die entsprechende Verbrennungskammer 2b durch Einspritzlöcher 38 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 weist eine Ventilstruktur auf, welche das Einspritzen des Kraftstoffs von den Einspritzlöchern 38 steuert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 nutzt einen Teil des Hochdruckkraftstoffs, um die Einspritzlöcher 38 zu öffnen oder zu verschließen. Ein Teil des Kraftstoffs, welcher der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 zugeführt wird, wird zu dem Kraftstofftank 4 über eine Rückführleitung 8b und die Überschusskraftstoffleitung 8a zurückverbracht.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, weist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 einen Ventilkörper 20, eine Düsennadel 50, die Treibervorrichtung 40, ein Ventilelement 60 und eine Schraubenfeder 68 auf.
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Der Ventilkörper 20 ist durch ein Zusammensetzen einer Mehrzahl von Metallelementen wie beispielsweise einem Injektorkörperelement 21, einem Ventilkörperelement 22, einem Öffnungsbildungselement bzw. Blendenbildungselement 23, einem Düsenkörperelement 24, einer Sicherungsmutter 25 und einem Nadelzylinder 26 gebildet. Der Ventilkörper 20 hat die Einspritzlöcher 38, durch welche Kraftstoff eingespritzt wird. Der Ventilkörper 20 weist intern Folgendes auf: einen Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31, eine Hochdruckkammer 31a, einen Zuführkommunikationsdurchtritt 32, eine Niederdruckkammer 37, eine Steuerkammer 35 und eine Ventilkammer 36.
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Die Einspritzlöcher 38 sind an distalen Endabschnitt des Ventilkörpers 20 gebildet, welcher distal in einer Einführrichtung des Ventilkörpers 20 platziert ist, welcher in das Loch des Kopfelements 2a eingeführt ist (siehe 1). Die Einspritzlöcher 38 sind in der Verbrennungskammer 2b (siehe 1) freiliegend. Der distale Endabschnitt des Ventilkörpers 20 ist in eine konische Form oder eine Halbkugelform geformt. Jedes der Einspritzlöcher 38 erstreckt sich radial von einer inneren Seite in Richtung einer äußeren Seite des Ventilkörpers 20. Jedes der Einspritzlöcher 38 spritzt den Hochdruckkraftstoff in Richtung der Verbrennungskammer 2b ein. Der Hochdruckkraftstoff wird durch ein Einspritzen des Hochdruckkraftstoffs durch die Einspritzlöcher zerstäubt.
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Der Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 ist durch das Injektorkörperelement 21, das Ventilkörperelement 22 und das Öffnungsbildungselement 23 gebildet. Der Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 ist mit der Hochdruckkraftstoffleitung 3b verbunden (siehe 1). Der Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 führt den Hochdruckkraftstoff, welcher von der gemeinsamen Kraftstoffleitung 3 empfangen wird (siehe 1), durch die Hochdruckkraftstoffleitung 3b zu der Hochdruckkammer 31a zu.
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Die Hochdruckkammer 31a ist ein Raum, welcher in eine zylindrische Form geformt ist und der in dem Düsenkörperelement 24 gebildet ist. Die Düsennadel 50 und der Nadelzylinder 26 sind in der Hochdruckkammer 31a aufgenommen. Die Hochdruckkammer 31a ist mit dem Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 verbunden. Die Hochdruckkammer 31a ist mit dem Hochdruckkraftstoff gefüllt, welcher der Hochdruckkammer 31a durch den Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 zugeführt wird. Die Hochdruckkammer 31a leitet den Hochdruckkraftstoff zu den Einspritzlöchern 38.
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Der Zufuhrkommunikationsdurchtritt 32 ist ein Kraftstoffdurchtritt, welcher zwischen der Hochdruckkammer 31a und der Ventilkammer 36 kommuniziert. Eine Einströmöffnung bzw. Einströmblende 32a, welche Strömungsbeschränker in der Form eines gedrosselten Lochs ist, ist in dem Zufuhrkommunikationsdurchtritt 32 gebildet. Die Einströmöffnung 32a beschränkt eine Strömungsmenge des Kraftstoffs, welcher in die Ventilkammer 36 von der Hochdruckkammer 31a strömt, in einem Zustand, in dem die Hochdruckkammer 31a und die Ventilkammer 36 miteinander durch den Zufuhrkommunikationsdurchtritt 32 in Verbindung stehen.
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Die Niederdruckkammer 37 ist in dem Injektorkörperelement 21 gebildet. Die Niederdruckkammer 37 steht mit der Rückführleitung 8b in Verbindung (siehe 1), um den Überschusskraftstoff zu der Rückführleitung 8b zu leiten. Die Niederdruckkammer 37 ist mit dem Kraftstoff gefüllt, welcher einen Druck hat niedriger als denjenigen der Hochdruckkammer 31a. Der Kraftstoff der Steuerkammer 35 und der Ventilkammer 36 strömt zu der Niederdruckkammer 37 aus.
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Die Steuerkammer 35 ist ein zylindrischer Raum, welcher durch das Öffnungsbildungselement 23, den Nadelzylinder 26 und die Düsennadel 50 gebildet ist. Die Steuerkammer 35 ist an einer entgegengesetzten Seite der Düsennadel 50 platziert, welche entgegengesetzt von den Einspritzlöchern 38 ist. Der Kraftstoff wird der Steuerkammer 35 über den Zufuhrkommunikationsdurchtritt 32, die Ventilkammer 36 und den Steuerkommunikationsdurchtritt 70 zugeführt. Die Steuerkammer 35 ist mit Kraftstoff gefüllt.
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Die Ventilkammer 36 ist ein zylindrischer Raum, welcher durch ein Ventilelementaufnahmeloch 39 begrenzt ist, welches an dem Ventilkörperelement 22 gebildet ist, und eine obere Endoberfläche des Öffnungsbildungselements 23. Die Ventilkammer 36 ist zwischen der Steuerkammer 35 und der Niederdruckkammer 37 gebildet. Die Ventilkammer 36 nimmt das Ventilelement 60 und die Schraubenfeder 68 auf. Die Ventilkammer 36 ist mit dem Kraftstoff gefüllt, welcher von der Hochdruckkammer 31a über den Zufuhrkommunikationsdurchtritt 32 zugeführt wird. Der Kraftstoff der Ventilkammer 36 wird zu der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 abgeführt.
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Die Ventilkammer 36 ist durch eine Grenzwand 36a begrenzt, während die Grenzwand 36a eine Innenumfangswandoberfläche 36c, eine Bodenwandoberfläche 36b und eine Deckenwandoberfläche 36d aufweist. Die Innenumfangswandoberfläche 36c ist eine zylindrische Wandoberfläche, welche das Ventilelementaufnahmeloch 39 bildet. Die Innenumfangswandoberfläche 36c umgibt das Ventilelement 60 in der Umfangsrichtung, während sie einen radialen Spalt zwischen der Innenumfangswandoberfläche 36c und dem Ventilelement 60 aufrechterhält.
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Die Bodenwandoberfläche 36b ist in einer kreisförmigen Form an einer oberen Endoberfläche des Öffnungsbildungselements 23 gebildet. Eine Zufuhröffnung 32b und ein unterer Sitzoberflächenabschnitt 28 sind an der Bodenwandoberfläche 36b gebildet. Die Zufuhröffnung 32b ist ein Endabschnitt des Zufuhrkommunikationsdurchtritts 32. Die Zufuhröffnung 32b öffnet sich in einer kreisförmigen Form an einer Mitte der Bodenwandoberfläche 36b. Der Hochdruckkraftstoff, welcher durch die Einströmöffnung 32b hindurchgetreten ist, wird in die Ventilkammer 36 durch die Zufuhröffnung 32b geleitet. Der untere Sitzoberflächenabschnitt 28 ist entgegengesetzt zu einer Bodenoberfläche des Ventilelements 60 in einer axialen Richtung des Ventilelements 60. Der untere Sitzoberflächenabschnitt 28 ist in einer ringförmigen Form, welche die Zufuhröffnung 32b umgibt. Das Ventilelement 60, welches in der axialen Richtung verlagerbar ist, ist gegen den unteren Sitzoberflächenabschnitt 28 setzbar.
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Die Deckenwandoberfläche 36d ist einer kreisförmigen Form an der Bodenwand des Ventilelementaufnahmelochs 39 gebildet, welches an dem Ventilkörperelement 22 gebildet ist. Die Deckenwandoberfläche 36d ist mit einem Stiftaufnahmeloch 22a, welches in einer zylindrischen Form in den Ventilkörperelement 22 gebildet ist, verbunden. Eine Verbindungsöffnung 22c und ein oberer Sitzoberflächenabschnitt 27 sind an der Deckenwandoberfläche 36d gebildet. Die Verbindungsöffnung 22c ist ein Endabschnitt des Stiftaufnahmelochs 22a. Die Verbindungsöffnung 22c öffnet sich in einer kreisförmigen Form an einer Mitte der Deckenwandoberfläche 36d. Der Kraftstoff der Ventilkammer 36 strömt zu dem Stiftaufnahmeloch 22a durch die Verbindungsöffnung 22c aus. Der obere Sitzoberflächenabschnitt 27 ist entgegengesetzt zu einer oberen Oberfläche des Ventilelements 60 in der axialen Richtung des Ventilelements 60. Der obere Sitzoberflächenabschnitt 27 ist in einer Form einer inneren konischen Oberfläche, welche die Verbindungsöffnung 22c umgibt. Das Ventilelement 60, welches in der axialen Richtung verlagerbar ist, ist gegen den oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 setzbar.
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Die Düsennadel 50 ist aus einem metallischen Material gefertigt und in eine zylindrische Form geformt. Ein distaler Endabschnitt der Düsennadel 50 ist in einer konischen Form gebildet. Die Düsennadel 50 ist in der Hochdruckkammer 31a aufgenommen und nimmt eine Kraft von dem Hochdruckkraftstoff der Hochdruckkammer 31a in einer Richtung (hierin nachstehend wird hierauf Bezug genommen als eine Ventilöffnungsrichtung) zum Öffnen der Einspritzlöcher 38 auf. Eine Nadeldruckaufnahmeoberfläche 51 ist an der Düsennadel 50 gebildet.
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Die Nadeldruckaufnahmeoberfläche 51 ist an einer Endoberfläche der Düsennadel 50 gebildet, welche an einem Ende der Düsennadel 50 in der axialen Richtung platziert ist und zu der Steuerkammer 35 exponiert ist. Die Nadeldruckaufnahmeoberfläche 51 empfängt eine Kraft von dem Hochdruckkraftstoff, welcher in die Steuerkammer 35 gefüllt ist, in eine Richtung (hierin nachstehend wird hierauf Bezug genommen als eine Ventilschließrichtung) zum Schließen der Einspritzlöcher 38. Zusätzlich wird die Düsennadel 50 in die Ventilschließrichtung durch eine Nadelfeder 35 gedrängt, welche spiralförmig gewunden ist.
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Wenn der Druck der Steuerkammer 35 verringert wird, wird die Düsennadel 50 durch den Kraftstoff in der Hochdruckkammer 31 nach oben gedrückt und wird dadurch in der Ventilöffnungsrichtung verlagert. Als ein Ergebnis wird der Hochdruckkraftstoff, welcher in die Hochdruckkammer 31a gefüllt ist, von den Einspritzlöchern 38 in die Verbrennungskammer 2b eingespritzt (siehe 1). Im Gegensatz dazu wird, wenn der Druck der Steuerkammer 35 wiederhergestellt wird, die Düsennadel 50 nach unten in die Ventilschließrichtung gedrückt. Demnach wird die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 38 gestoppt. Wie obenstehend diskutiert ist, wird die Düsennadel 50 in der axialen Richtung relativ zu dem Ventilkörper 20 in Antwort auf die Änderung im Kraftstoffdruck der Steuerkammer 25 verlagert, um die Einspritzlöcher 38 zu öffnen oder zu verschließen.
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Die Antriebsvorrichtung 40 treibt das Ventilelement 60 an. Die Antriebsvorrichtung 40 weist einen piezoelektrischen Aktuator 41 und einen Antriebskraftübertragungsstift 42 auf, während der piezoelektrische Aktuator 41 einen Stapel von piezoelektrischen Schichten aufweist. Der Stapel von piezoelektrischen Schichten des piezoelektrischen Aktuators 41 ist ein Stapel von dünnen Elektrodenschichten, welche aus Bleizirkontitanat (PZT) gefertigt sind, welches ebenso als Pb(Zr,Ti)O3 ausgedrückt wird. Eine Antriebsspannung, welche von der Steuervorrichtung 9 ausgegeben wird (siehe 1) wird dem piezoelektrischen Aktuator 41 zugeführt. Der piezoelektrische Aktuator 41 wird durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt ausgedehnt und zusammengezogen, welcher die Charakteristik des piezoelektrischen Elements ist.
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Der Antriebskraftübertragungsstift 42 ist ein Presswellenabschnitt, welcher die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Stapels von piezoelektrischen Schichten überträgt. Der Antriebskraftübertragungsstift 42 ist in dem Stiftaufnahmeloch 22a aufgenommen. Ein distaler Endabschnitt 42a des Antriebskraftübertragungsstifts 42 ist in Anlage gegen eine obere Oberflächenmitte des Ventilelements 60. Ein Außendurchmesser des distalen Endabschnitts 42a ist eingestellt, um kleiner zu sein als ein Innendurchmesser des Stiftaufnahmelochs 22a. Ein Spalt zwischen dem distalen Endabschnitt 42a und dem Stiftaufnahmeloch 22a fungiert als ein Durchtritt des Kraftstoffs, welcher von der Ventilkammer 36 ausströmt.
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Die Antriebsvorrichtung 40 verlagert den Antriebskraftübertragungsstift 42 in einer Hervorstehrichtung zum Hervorstehen des Antriebskraftübertragungsstifts 42 in die Ventilkammer 36 durch den piezoelektrischen Aktuator 41, welcher in Antwort auf eine Ansammlung von elektrischer Ladung an dem piezoelektrischen Aktuator 41 ausgedehnt wird. Ferner zieht die Antriebsvorrichtung 40 den Antriebskraftübertragungsstift 42 zurück in das Stiftaufnahmeloch 22a durch ein Entladen der elektrischen Ladung, welche an dem piezoelektrischen Aktuator 41 angesammelt ist.
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Das Ventilelement 60 ist aus beispielsweise einem metallischen Material gefertigt und ist in einer säulenförmigen Form (einer zylindrischen Form). Das Ventilelement 60 weist einen zylindrischen Abschnitt 60a und einen Halbkugelabschnitt 60b auf. Der zylindrische Abschnitt 60a ist in eine zylindrische Form geformt und ist auf der Seite des Öffnungsbildungselements 23 des Halbkugelabschnitts 60b platziert. Der halbkugelförmige Abschnitt 60b ist in eine teilweise kugelförmige Form geformt, welche in Richtung der Verbindungsöffnung 22c konvex ist. Der halbkugelförmige Abschnitt 60b ist auf der Seite des Antriebskraftübertragungsstifts 42 des zylindrischen Abschnitts 60a platziert. Eine Mitte des halbkugelförmigen Abschnitts 60b ist entlang einer Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 60a platziert. Das Ventilelement 60 ist in der Ventilkammer 36 in einer solchen Art und Weise aufgenommen, dass das Ventilelement 60 koaxial mit der Ventilkammer 36 und dem Ventilkörperelement 22 ist. Mit dieser Anordnung erstreckt sich die Mittelachse CL1 des Ventilelements 60 durch die Mitte des Antriebskraftübertragungsstifts 42, die Mitte der Verbindungsöffnung 22c und die Mitte der Zufuhröffnung 32b.
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Eine obere setzbare Oberfläche 61 und eine untere setzbare Oberfläche 62 sind an dem Ventilelement 60 gebildet. Die obere setzbare Oberfläche 61 ist an einem entsprechenden Ort des halbkugelförmigen Abschnitts 60b platziert, welcher dem oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 entgegengesetzt ist. Die obere setzbare Oberfläche 61 wird gegen den oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 in dem zusammengezogenen Zustand der Antriebsvorrichtung 40 gedrängt. Die untere setzbare Oberfläche 62 ist an einem entsprechenden Ort einer unteren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 60a platziert, welcher dem unteren Sitzoberflächenabschnitt 28 entgegengesetzt ist. Die untere setzbare Oberfläche 62 wird gegen den unteren Sitzoberflächenabschnitt 28 in dem ausgedehnten Zustand der Antriebsvorrichtung 40 gedrängt.
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Die Schraubenfeder 68 ist ein federndes Element, welches durch ein spiralförmiges Wickeln eines metallischen Materials, welches in der Form eines Drahtes ist, gebildet wird. Die Schraubenfeder 68 ist in der Ventilkammer 36 aufgenommen derart, dass die Schraubenfeder 68 im Wesentlichen koaxial mit dem Ventilelement 60 ist. Die Schraubenfeder 68 ist zwischen dem halbkugelförmigen Abschnitt 60b und der Bodenwandoberfläche 36b in einem zusammengedrückten Zustand platziert, in dem die Schraubenfeder 68 in der axialen Richtung zusammengedrückt ist. Der zylindrische Abschnitt 60a ist auf einer radial inneren Seite der Schraubenfeder 68 aufgenommen. Die Schraubenfeder 68 drängt das Ventilelement 60 in Richtung des Antriebskraftübertragungsstifts 42. Die obere setzbare Oberfläche 61 wird durch die Drängkraft der Schraubenfeder 68 gedrängt und wird dabei gegen den oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 gesetzt, um einen öldichten Zustand zu bilden, in dem das Ausströmen des Kraftstoffs von der Ventilkammer 36 durch die obere setzbare Oberfläche 61 begrenzt ist.
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Als nächstes werden Details des Steuerkommunikationsdurchtritts 70 und des Niederdruckkommunikationsdurchtritts 80, welche in dem Ventilkörper 20 gebildet sind, unter Bezugnahme auf die 3-5, ferner in Hinsicht auf 2 beschrieben werden. Der Steuerkommunikationsdurchtritt 70 und der Niederkommunikationsdurchtritt 80 haben eine Struktur zum Erzeugen der Wirbelströmung SF des Kraftstoffs in der Ventilkammer 36.
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Der Steuerkommunikationsdurchtritt 70, welcher in den 3 und 4 gezeigt ist, ist ein Kraftstoffdurchtritt, welcher zwischen der Steuerkammer 35 und der Ventilkammer 36 eine Verbindung bildet. Wenn die obere setzbare Oberfläche 61 des Ventilelements 60 gegen den oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 durch die Kontraktion der Antriebsvorrichtung 40 gesetzt ist, leitet der Steuerkommunikationsdurchtritt 70 den Kraftstoff von der Ventilkammer 36 in die Steuerkammer 35. Im Gegensatz dazu leitet, wenn die untere setzbare Oberfläche 62 des Ventilelements 60 gegen den unteren Sitzoberflächenabschnitt 28 durch die Ausdehnung der Antriebsvorrichtung 40 gesetzt ist, der Steuerkommunikationsdurchtritt 70 den Kraftstoff der Steuerkammer 35 in die Ventilkammer 36. Eine Einströmöffnung 71, eine gerade Sektion 72 und eine Verbindungssektion 73 sind in dem Steuerkommunikationsdurchtritt 70 gebildet.
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Die Einströmöffnung 71 ist einer von zwei entgegengesetzten Endabschnitten des Steuerkommunikationsdurchtritts 70, welcher auf der Seite der Ventilkammer 36 platziert ist. Die Einströmöffnung 71 öffnet sich an der Innenumfangswandoberfläche 36c und wird dabei der Ventilkammer 36 ausgesetzt bzw. exponiert. Die Einströmöffnung 71 ist an einem unteren Randabschnitt der Innenumfangswandoberfläche 36c gebildet, welche kontinuierlich mit der Bodenwandoberfläche 36b ist. Die Einströmöffnung 71 ist in eine lateral erstreckte Form geformt, in der eine Umfangsinnengröße der Einströmöffnung 71, welche in der Umfangsrichtung des Ventilelements 60 gemessen wird, größer ist als eine axiale Größe der Einströmöffnung 71, welche in der axialen Richtung des Ventilelements 60 gemessen wird.
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Die Einströmöffnung 71 ist in der Innenumfangswandoberfläche 36c an einem Ort gebildet, welcher radial nach außen verlagert ist von (ist exzentrisch zu, d.h. dezentriert von) der zentralen Achse CL1 derart, dass die Einströmöffnung 71 sich in einer entsprechenden Öffnungsrichtung öffnet, welche eingestellt ist, um die Wirbelströmung SF in dem Kraftstoff der Ventilkammer 36 in der Umfangsrichtung um das Ventilelement 60 herum zu erzeugen. Für beschreibende Zwecke wird auf eine imaginäre Achse, welche die Öffnungsrichtung der Einströmöffnung 71 definiert, Bezug genommen werden als eine Einströmachse AL1. Die Einströmachse AL1 ist eine Achse, welche durch eine Mitte der Einströmöffnung 71 hindurchtritt und sich in der Erstreckungsrichtung der Verbindungssektion 73 erstreckt. Die Einströmachse AL1 schneidet sich nicht mit der Mittelachse CL1. Die Einströmachse AL1 ist derart orientiert, dass die Einströmachse AL1 relativ zu der Mittelachse CL1 verdreht ist und sich entlang der Bodenwandoberfläche 36b erstreckt.
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Die gerade Sektion 72 ist in dem Öffnungsbildungselement 23 an einem Ort gebildet, welcher auf der radial äußeren Seite der Ventilkammer 36 ist. Die gerade Sektion 72 ist durch ein Durchgangsloch gebildet, welches durch das Öffnungsbildungselement 23 in der axialen Richtung hindurch dringt. Ein unteres Ende der geraden Sektion 72 ist der Steuerkammer 35 ausgesetzt. Ein oberes Ende der geraden Sektion 72 ist mit der Verbindungssektion 73 verbunden.
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Die Verbindungssektion 73 ist eine Sektion, welche eine Verbindung zwischen der geraden Sektion 72 und der Einströmöffnung 71 an dem Steuerkommunikationsdurchtritt 70 bildet. Die Verbindungssektion 73 ist durch eine Nut gebildet, welche an der unteren Endoberfläche des Ventilkörperelements 22 gebildet ist. In einem Fall, in dem eine Grenze zwischen einer äußeren Seitenwandoberfläche 74 der Verbindungssektion 73 und der inneren Umfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 als eine Verbindung 75 definiert ist, ist die Verbindungssektion 73 in einer geraden Form, welche sich linear entlang einer Tangentenlinie TL erstreckt, welche eine Tangente für einen Umfang (einen Bogen) der inneren Umfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 an der Verbindung 75 in dem Querschnitt des Ventilkörperelements 22, welcher in 4 gezeigt ist, ist. Das heißt, dass die Einströmachse AL1 der Einströmöffnung 71 im Wesentlichen parallel zu der Tangentenlinie TL ist, welche eine Tangente an der Verbindung 75 ist. Hier ist die äußere Seitenwandoberfläche 74 der Verbindungssektion 73 als eine Wandoberfläche der Verbindungssektion 73 definiert, welche an einer stromabwärtigen Seite der Einströmöffnung 71 in der Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF entlang der inneren Umfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 in dem Querschnitt des Ventilkörperelements 22, welcher in 4 gezeigt ist, platziert ist.
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Der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80, welcher in den 3 und 5 gezeigt ist, ist ein Kraftstoffdurchtritt, welcher eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 bildet. Der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 ist an einem Ort gebildet, an dem der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 mit dem Steuerkommunikationsdurchtritt 70 in der axialen Richtung des Ventilelements 60 überlappt.
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Der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 ist mit dem Stiftaufnahmeloch 22a verbunden, welches an dem Ventilkörperelement 22 gebildet ist. Der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 leitet den Kraftstoff von dem Stiftaufnahmeloch 22a, welches einen Teil der Ventilkammer 36 bildet, in Richtung der Niederdruckkammer 37.
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Insbesondere ist in dem einen Zustand, in dem die obere setzbare Oberfläche 61 des Ventilelements 60 gegen den oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 aufgrund des Zusammenziehens der Antriebsvorrichtung 40 gesetzt ist, die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 blockiert. Im Gegensatz dazu ist in dem anderen Zustand, in dem die untere setzbare Oberfläche 62 des Ventilelements 60 gegen den unteren Sitzoberflächenabschnitt 28 aufgrund der Ausdehnung der Antriebsvorrichtung 40 gesetzt ist, die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 ermöglicht.
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Eine Ausströmmündung 80a und eine Ausströmöffnung 81 sind in dem Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 gebildet. Die Ausströmmündung 80a ist eine strömungsbeschränkende Sektion, welche an dem Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 gebildet ist und in der Form eines zylindrischen Lochs (eines gedrosselten Lochs) ist. Die Ausströmmündung 80a begrenzt eine Strömungsrate des Kraftstoffs, welcher von der Ventilkammer 36 in die Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 ausgegeben wird.
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Die Ausströmöffnung 81 ist einer von zwei entgegengesetzten Endabschnitten des Niederdruckkommunikationsdurchtritts 80, welcher auf der Seite der Ventilkammer 36 platziert ist und dem Stiftaufnahmeloch 22a exponiert ist. Die Ausströmöffnung 81 bildet einen Strömungspassageneinlass der Ausströmmündung 80a. Die Ausströmöffnung 81 ist an der Innenwandoberfläche 36c gebildet, welche das Stiftaufnahmeloch 22a begrenzt derart, dass die Ausströmöffnung 81 sich bei einem entsprechenden Bereich öffnet, in welchem die Ausströmöffnung 81 dem distalen Endabschnitt 42a entgegengesetzt ist.
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Die Ausströmöffnung 81 ist an einem Ort gebildet, welcher radial nach außen verlagert ist von (exzentrisch ist zu) der Mittelachse CL1 derart, dass die Ausströmöffnung 81 sich in einer entsprechenden Öffnungsrichtung öffnet, welche eingestellt ist, um die Wirbelströmung SF in dem Kraftstoff der Ventilkammer 36 in der Umfangsrichtung um das Ventilelement 60 zu erzeugen. Für beschreibende Zwecke wird auf eine imaginäre Achse, welche die Öffnungsrichtung der Ausströmöffnung 81 definiert, Bezug genommen werden als eine Ausströmachse AL2. Die Ausströmachse AL2 ist eine Achse, welche durch eine Mitte der Ausströmöffnung 81 hindurchtritt und sich in der axialen Richtung der Ausströmmündung 80a erstreckt. Ähnlich zu der Einströmachse AL1 schneidet sich die Ausströmachse AL2 mit der Mittelachse CL1 und wird relativ zu der Mittelachse CL1 verdreht. Die Ausströmachse AL2 ist wie folgt orientiert. Das heißt, dass die Ausströmachse AL2 radial nach außen von der Mittelachse CL1 verlagert ist, und die Ausströmachse AL2 ist relativ zu der Mittelachse CL1 geneigt derart, dass die Ausströmachse AL2 progressiv weg von der Mittelachse CL1 verlagert wird, wenn die Ausströmachse AL2 sich von der Seite der Ventilkammer 36 in Richtung der Seite der Niederdruckkammer 37 erstreckt.
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Die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 sind auf einer gemeinsamen Seite einer imaginären longitudinalen Querschnittsebene VP des Ventilelements 60 platziert, welche die Mittelachse CL1 aufweist. Die imaginäre longitudinale Querschnittsebene VP ist derart definiert, dass eine Seite der imaginären longitudinalen Querschnittsebene VP der Hochdruckkraftstoffpassage 13 entgegengesetzt ist. Die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 sind zwischen dem Hochdruckkraftstoffdurchtritt 31 und der imaginären longitudinalen Querschnittsebene VP platziert. Die Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF, deren Erzeugung durch die Einströmöffnung 71 gefördert wird, ist dieselbe wie die Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF, deren Erzeugung durch die Ausströmöffnung 81 gefördert wird. Die Wirbelströmung SF der ersten Ausführungsform ist ein Kraftstoffstrom, welcher von der Bodenwandoberfläche 36b in Richtung der Deckenwandoberfläche 36d gerichtet ist, während der Kraftstofffluss um das Ventilelement 60 in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn zirkuliert wird. Die Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF ist entlang der Wicklungsrichtung der Schraubenfeder 68. In anderen Worten gesagt ist die Wicklungsrichtung der Schraubenfeder 68 derart definiert, dass die Wicklungsrichtung der Schraubenfeder 68 entlang der Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF ist.
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Die Vorteile der Wirbelströmung SF werden basierend auf den 6-8 und ferner in Hinsicht auf 3 beschrieben werden.
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In einem Fall, in dem die Wirbelströmung SF nicht erzeugt wird, strömt der Kraftstoffstrom, welcher von der Einströmöffnung 71 zu der Ausströmöffnung 81 gerichtet ist, hauptsächlich auf einer Seite (einer radialen Seite) des Ventilelements 60. Insbesondere tendiert das Meiste des Kraftstoffs dazu, auf der einen Seite (der einen radialen Seite) der Mittelachse CL1 (eine Seite der imaginären longitudinalen Querschnittsebene VP) zu strömen, auf welcher die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 sich öffnen. Demnach wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs auf der Seite AS der Öffnung der Mittelachse CL1 höher als die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs auf der entgegengesetzten Seite (eine Gegenöffnungsseite UAS) der Mittelachse CL1, welche entgegengesetzt zu der Öffnungsseite AS ist. Demnach wird, wie in 6 gezeigt ist, der Druck des Kraftstoffs zwischen der oberen setzbaren Oberfläche und dem oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 in der Umfangsrichtung ungleich und dadurch wird der Druck des Kraftstoffs an der Öffnungsseite AS niedriger als der Druck des Kraftstoffs an der Gegenöffnungsseite UAS. Dadurch wird ein Öldruck PF in einer exzentrischen Richtung (einer axialen Richtung der x-Achse) erzeugt, um das Ventilelement 60 exzentrisch in Richtung der Öffnungsseite AS zu drängen, wo der Druck des Kraftstoffs niedrig ist.
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Im Gegensatz dazu wird in einem Fall, in dem die Wirbelströmung SF erzeugt wird, der Strom des Kraftstoffs, welcher von der Einströmöffnung 71 in Richtung der Ausströmöffnung 81 gerichtet ist, um das Ventilelement 60 herum zirkuliert und erreicht letztendlich die Verbindungsöffnung 22c. Demnach ist das Auftreten eines Unterschieds zwischen einer Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit an der Öffnungsseite AS und einer Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit an der Gegenöffnungsseite UAS begrenzt. Dadurch kann, wie in 7 gezeigt ist, der Kraftstoffdruck zwischen der oberen setzbaren Oberfläche 61 und dem oberen Sitzoberflächenabschnitt 27 in der Umfangsrichtung leicht einheitlich werden. Demnach kann der Öldruck PF (siehe 6), welcher das Ventilelement 60 exzentrisch verlagert, verringert werden.
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Ferner kann, wie in 8 gezeigt ist, die Wirbelströmung SF vorteilhaft den Öldruck PF über die Ventilöffnungszeitdauer des Ventilelements 60 hinweg verringern. Insbesondere kann ein Peak des Öldrucks PF, welcher nach dem Start des Ventilöffnens des Ventilelements 60 erzeugt wird, durch die Wirbelströmung SF begrenzt werden. Zusätzlich wird in dem Fall, in dem die Wirbelströmung SF erzeugt wird, wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements 60 erhöht wird, der Öldruck PF in Antwort auf eine Zunahme in der Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs erhöht. Ferner wird in dem Fall, in dem die Wirbelströmung SF erzeugt wird, wenn der Öffnungsgrad des Ventilelements 60 erhöht wird, die Wirbelströmung SF, welche stark und stabil ist, erzeugt. Demnach kann der Öldruck PF, welcher auf das Ventilelement 60 ausgeübt wird, zu einem Zustand verringert werden, welcher im Wesentlichen null ist. Wie obenstehend diskutiert ist, nimmt ein Beitragsgrad zu der Unterdrückung der Exzentrizität des Ventilelements 60 durch die Wirbelströmung SF zu, wenn die Zeit von dem Start des Ventilöffnens des Ventilelements 60 verstreicht.
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Wie obenstehend diskutiert ist, ist gemäß der ersten Ausführungsform jede der Einströmöffnung 71 und der Ausströmöffnung 81 an dem entsprechenden Ort gebildet, welcher radial nach außen von der Mittelachse CL1 derart verlagert ist, dass jede der Einströmöffnung 71 und der Ausströmöffnung 81 sich in der entsprechenden Öffnungsrichtung öffnet, welche eingestellt ist, um die Wirbelströmung SF zu erzeugen. Demnach wird der Kraftstoffstrom, welcher um das Ventilelement 60 in der Umfangsrichtung herum zirkuliert wird, während der Zeitdauer des Ausströmens des Kraftstoffs von der Ventilkammer 36 in die Niederdruckkammer 37 erzeugt. Die ungleiche Verteilung des Kraftstoffdrucks um das Ventilelement 60 herum kann durch die Wirbelströmung SF verringert werden. Als ein Ergebnis kann die Anwendung des Öldrucks PF in der exzentrischen Richtung, welcher durch die ungleiche Verteilung des Kraftstoffdrucks in der Umfangsrichtung verursacht wird, beschränkt werden, so dass das Ventilelement 60 in der axialen Richtung verschoben (hin- und her-bewegt) werden kann, während die stabile Orientierung des Ventilelements 60 aufrechterhalten wird.
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Demzufolge wird der Weg des Verringerns des Drucks in der Steuerkammer 35, welcher durch das Kraftstoffausströmen zu der Niederdruckkammer 37 verursacht wird, stabilisiert und dadurch wird der Weg des Verlagerns der Düsennadel 50 in der Ventilöffnungsrichtung stabilisiert. Demnach wird eine Verbesserung in der Genauigkeit der Einspritzmenge des Kraftstoffs, welcher von den Einspritzlöchern 38 eingespritzt wird, realisiert.
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Zusätzlich ist gemäß der ersten Ausführungsform die Verbindungssektion 73, welche unmittelbar vor der Einströmöffnung 71 platziert ist, konfiguriert, um sich entlang der Tangentenlinie TL zu erstrecken, welche eine Tangente für den Umfang der Innenumfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 an der Verbindung 75 in dem Querschnitt des Ventilkörperelements 22 ist. Der Kraftstoff, welcher zu der Ventilkammer 36 zugeführt wird, strömt ruhig entlang der Innenumfangswandoberfläche 36c, so dass der Kraftstoff geführt wird, um um das Ventilelement 60 herum zu wirbeln. Mit der oben beschriebenen Struktur, welche die Verbindungssektion 73 aufweist, wird die Erzeugung der Wirbelströmung SF gefördert, so dass die Kraft, welche auf das Ventilelement 60 ausgeübt wird, in der exzentrischen Richtung weiter verringert werden kann.
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Ferner ist gemäß der ersten Ausführungsform die Strömungsrichtung der Wirbelströmung SF entlang der Wicklungsrichtung der Schraubenfeder 68. Demnach kann, auch in der Struktur, in welcher die Schraubenfeder 68 in der Ventilkammer 36 aufgenommen ist, der Kraftstoff um das Ventilelement 60 herum strömen, ohne durch den Draht der Schraubenfeder 68 behindert zu werden. Demzufolge kann die Verringerung der ungleichen Verteilung des Kraftstoffdrucks durch die Wirbelströmung SF weiter gefördert werden.
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Ferner ist gemäß der ersten Ausführungsform zusätzlich zu der Einströmöffnung 71 die Ausströmöffnung 81 ebenso exzentrisch auf der radial äußeren Seite platziert derart, dass die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 die Erzeugung der Wirbelströmung SF in der gemeinsamen Richtung fördern. Mit dieser Konfiguration kann die Wirbelströmung SF, welche weiterhin gestärkt wird, an dem Kraftstoff der Ventilkammer 36 erzeugt werden. Demnach kann der Öldruck PF, welcher auf das Ventilelement 60 in der exzentrischen Richtung ausgeübt wird, weiter verringert werden.
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Zusätzlich sind gemäß der ersten Ausführungsform die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 auf der gemeinsamen Seite (der gemeinsamen radialen Seite) des Ventilelements 60 aufgrund der Positionen der Steuerkammer 35, der Ventilkammer 36 und der Antriebsvorrichtung 40 platziert. In diesem Typ von Struktur ist es wahrscheinlich, dass eine Erzeugung des Öldrucks PF in der exzentrischen Richtung auftritt (siehe 6). Mit der Struktur der vorliegenden Ausführungsform jedoch, welche die Wirbelströmung SF erzeugt, kann die Druckdifferenz zwischen der Öffnungsseite AS und der Gegenöffnungsseite UAS des Ventilelements 60 effektiv verringert werden, auch wenn die Erzeugung des Öldrucks PF in der exzentrischen Richtung wahrscheinlich auftritt (siehe 7). Wie obenstehend diskutiert ist, ist die Struktur, welche die Wirbelströmung SF mit dem Layout der Einströmöffnung 71 und der Ausströmöffnung 81 erzeugt, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 geeignet, in welcher die Einströmöffnung 71 und die Ausströmöffnung 81 auf der gemeinsamen Seite des Ventilelements 60 platziert sind.
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In der ersten Ausführungsform dient der Ventilkörper 20 als „ein Körper“, und der untere Sitzoberflächenabschnitt 28 dient als „ein Sitzoberflächenabschnitt“. Ebenso dient die Düsennadel 50 als „eine Nadel“ und der Steuerkommunikationsdurchtritt 70 dient als „ein erster Strömungsdurchtritt“. Zusätzlich dient der Niederdruckkommunikationsdurchtritt 80 als „ein zweiter Strömungsdurchtritt“.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform, welche in 9 gezeigt ist, ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich eine Form des Steuerkommunikationsdurchtritts 270 von der Form des Steuerkommunikationsdurchtritts 70 der ersten Ausführungsform. Hierin nachstehend wird der Steuerkommunikationsdurchtritt 270 der zweiten Ausführungsform im Detail basierend auf 9 in Hinsicht auf 3 beschrieben werden.
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In dem Steuerkommunikationsdurchtritt 270 ist die Verbindungssektion 273, welche mit der Einströmöffnung 271 verbunden ist, in der Umfangsrichtung entlang der Innenumfangswandoberfläche 36c gekrümmt. Die Verbindungssektion 273 ist durch einen gekrümmten Nutabschnitt gebildet, welcher in eine Bogenform geformt ist und an der unteren Endoberfläche des Ventilkörperelements 22 an einem Ort platziert ist, welcher auf der radial äußeren Seite des Ventilelementaufnahmelochs 39 ist. Auch in der zweiten Ausführungsform erstreckt sich die Einströmachse AL1 der Einströmöffnung 271 entlang der Tangentenlinie TL, welche eine Tangente zu dem Umfang der Innenumfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 an der Verbindung 75 ist, welche eine Verbindung zwischen der äußeren Seitenwandoberfläche 74 der Verbindungssektion 273 und der Innenumfangswandoberfläche 36c in dem Querschnitt des Ventilkörperelements 22, welcher in 9 gezeigt ist, bildet, und dadurch ist die Einströmachse AL1 im Wesentlichen parallel zu der Tangentenlinie TL. Der Kraftstoff, welcher durch die Verbindungssektion 273 hindurchgetreten ist, wird in der Umfangsrichtung aufgrund der gekrümmten Form der Verbindungssektion 273 verwirbelt. Da die Einströmachse AL1 radial nach außen von der Mittelachse CL verlagert ist, wird der Kraftstoff, welcher von der Einströmöffnung 271 in die Ventilkammer 36 zugeführt wird, um das Ventilelement 60 entlang der Innenumfangswandoberfläche 36c verwirbelt.
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Auch in der zweiten Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, können Vorteile, welche ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, erreicht werden. Demnach wird die Erzeugung der Wirbelströmung SF gefördert, um die Erzeugung des Öldrucks PF zu begrenzen (siehe 6), welcher in der exzentrischen Richtung ausgeübt wird und auf das Ventilelement 60 angewandt wird. Als ein Ergebnis kann das Ventilelement 60 in der axialen Richtung verlagert (hin- und her-bewegt) werden, während die stabile Orientierung des Ventilelements 60 aufrechterhalten wird. Zusätzlich kann gemäß der zweiten Ausführungsform aufgrund der gekrümmten Form der Verbindungssektion 273, welche unmittelbar vor der Einströmöffnung 271 gebildet ist, der Kraftstoff, welcher von der Einströmöffnung 271 in die Ventilkammer 36 zugeführt wird, um das Ventilelement 60 herum verwirbelt werden. Die Orientierung des Ventilelements 60 zu der Zeit des Verlagerns des Ventilelements 60 wird ferner durch ein Erzeugen der Strömung des Kraftstoffs in der Wirbelrichtung vorab an der Verbindungssektion 273 stabilisiert.
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(Dritte Ausführungsform)
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Eine dritte Ausführungsform, welche in den 10 und 11 gezeigt ist, ist eine Modifikation der ersten Ausführungsform. An dem Steuerkommunikationsdurchtritt 370 der dritten Ausführungsform ist eine Einströmöffnung 371, welche ein Eindabschnitt des Steuerkommunikationsdurchtritts 370 auf der Seite der Ventilkammer 36 ist, an einer Bodenwandoberflaäche 36b der Ventilkammer 36 gebildet. Die Einströmöffnung 371 öffnet sich in einer allgemein zylindrischen Form und ist an einem Ort platziert, welcher auf einer radial äußeren Seite des unteren Sitzoberflächenabschnitts 28 ist, gegen welchen das Ventilelement 60 an der Bodenwandoberfläche 36b gesetzt ist. Die Einströmöffnung 371 ist an einem Außenumfangsrandabschnitt der Bodenwandoberfläche 36b gebildet, welche benachbart zu der Innenumfangswandoberfläche 36c ist.
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Der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 erstreckt sich von der Steuerkammer 35 (siehe 2) in Richtung der Einströmöffnung 371 derart, dass der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 relativ zu der Mittelachse CL1 in der Umfangsrichtung geneigt ist. Zusätzlich ist der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 wie folgt orientiert. Das heißt, dass der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 relativ zu der Mittelachse CL1 in Richtung der radial äußeren Seite geneigt ist derart, dass der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 fortschreitend weg von der Mittelachse CL1 verlagert ist, wenn sich der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 von der Ventilkammer 36 in Richtung der Steuerkammer 35 erstreckt. Der Steuerkommunikationsdurchtritt 370, welcher in der oben beschriebenen Art und Weise konfiguriert ist, kann einen Nutbildungsprozess an dem Ventilkörperelement 22 beseitigen. Eine Achse, welche die Orientierung des Steuerkommunikationsdurchtritts 370 definiert, ist die Einströmachse AL1, welche die Orientierung der Einströmöffnung 71 definiert.
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Wie in der dritten Ausführungsform obenstehend beschrieben ist, kann in dem Fall, in dem die Einströmöffnung 371 an der Bodenwandoberfläche 36b geöffnet ist und der Steuerkommunikationsdurchtritt 370 relativ zu der Mittelachse CL1 geneigt ist, der Kraftstoff, welcher von der Einströmöffnung 371 in die Ventilkammer 36 zugeführt wird, die Wirbelströmung SF werden, welche um das Ventilelement 60 verwirbelt wird. Dadurch können Vorteile, welche ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, erlangt werden. Demnach kann der Öldruck PF (siehe 6), welcher in der exzentrischen Richtung ausgeübt wird und auf das Ventilelement 60 ausgeübt wird, beschränkt werden. Demnach kann das Ventilelement 60 in der axialen Richtung verlagert (hin- und her-bewegt) werden, während die stabile Orientierung des Ventilelements 60 aufrechterhalten wird. In der dritten Ausführungsform dient der untere Sitzoberflächenabschnitt 28 als „ein Sitzoberflächenabschnitt“.
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(Vierte Ausführungsform)
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Eine vierte Ausführungsform, welche in 12 gezeigt ist, ist eine weitere Modifikation der ersten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform unterscheidet sich eine Form des Steuerkommunikationsdurchtritts 470 von der Form des Steuerkommunikationsdurchtritts 70 der ersten Ausführungsform. Insbesondere trägt in der vierten Ausführungsform die Ausströmöffnung 81 des Niederdruckkommunikationsdurchtritts 80 zu der Erzeugung der Wirbelströmung SF wie in der ersten Ausführungsform bei. Im Gegensatz dazu trägt die Einströmöffnung 471 des Steuerkommunikationsdurchtritts 470 nicht wesentlich zu der Erzeugung der Wirbelströmung SF bei. Die Einströmachse AL101, welche die Orientierung der Einströmöffnung 471 definiert, ist orientiert, um sich entlang der Bodenwandoberfläche 36b zu erstrecken und schneidet sich im Wesentlichen mit der Mittelachse CL1. Der Kraftstoff, welcher durch den Steuerkommunikationsdurchtritt 470 geleitet wird, wird von der Einströmöffnung 471 in die Ventilkammer 36 in Richtung der Mittelachse CL1 zugeführt.
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Auch in der vierten Ausführungsform ist wenigstens die Ausströmöffnung 81 angeordnet, um die Erzeugung der Wirbelströmung SF zu fördern. Demnach beginnt der Kraftstoff, welcher von der Einströmöffnung 471 in die Ventilkammer 36 zugeführt wird, um das Ventilelement 60 herum zu zirkulieren, wenn der Kraftstoff in Richtung der Verbindungsöffnung 22c strömt. Der Kraftstoff der Ventilkammer 36 kann die Verbindungsöffnung 22c erreichen, während der Kraftstoff um das Ventilelement 60 in der Umfangsrichtung herum zirkuliert wird. Demnach können auch in der vierten Ausführungsform Vorteile, welche ähnlich zu denjenigen der ersten Ausführungsform sind, erlangt werden. Demnach kann der Öldruck PF (siehe 6), welcher in der exzentrischen Richtung ausgeübt wird und auf das Ventilelement 60 angewandt wird, beschränkt werden. Dadurch kann das Ventilelement 60 in der axialen Richtung ausgelenkt (hin- und her-bewegt) werden, während die stabile Orientierung des Ventilelements 60 aufrechterhalten wird.
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(Andere Ausführungsformen)
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Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden sind, sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt werden. Das heißt, dass die vorliegende Offenbarung in verschiedenen anderen Ausführungsformen implementiert werden kann und die Komponenten (die Abschnitte) der obigen Ausführungsformen und/oder der anderen Ausführungsformen in einer beliebigen Kombination kombiniert werden können, ohne vom Prinzip der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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In einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform trägt die Einströmöffnung des Steuerkommunikationsdurchtritts zu der Erzeugung der Wirbelströmung bei, die Ausströmöffnung aber des Niederdruckkommunikationsdurchtritts trägt nicht zu der Erzeugung der Wirbelströmung bei. Die Ausströmachse der Ausströmöffnungen schneidet sich im Wesentlichen mit der Mittelachse des Ventilelements. Auch mit dieser Konfiguration kann der Kraftstoff, welcher von der Einströmöffnung in die Ventilkammer zugeführt wird, die Verbindungsöffnung erreichen, während er in der Umfangsrichtung um das Ventilelement herum zirkuliert. Demnach kann auch in der ersten Modifikation das Ventilelement in der axialen Richtung ausgelenkt (hin- und her-bewegt) werden, während die stabile Orientierung des Ventilelements aufrechterhalten wird.
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Die Schraubenfeder der obigen Ausführungsformen ist in der Ventilkammer derart platziert, dass die Strömungsrichtung der Wirbelströmung mit der Wicklungsrichtung der Schraubenfeder zusammenfällt. Alternativ kann die Wicklungsrichtung der Schraubenfeder entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung der Wirbelströmung sein, solange eine Beeinflussung der Schraubenfeder auf die Wirbelströmung gering ist. Ferner kann die Schraubenfeder beseitigt sein.
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In den obigen Ausführungsformen sind sowohl die Einströmöffnung als auch die Ausströmöffnung auf der Seite des Hochdruckkraftstoffdurchtritts des Ventilelements platziert. Alternativ kann die Platzierung der Einströmöffnung und/oder die Platzierung der Ausströmöffnung in einer angemessenen Art und Weise geändert werden. Es ist jedoch wünschenswert, dass die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung einander in der Umfangsrichtung entgegengesetzt sind.
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Beispielsweise ist es in einem Fall, in dem die Einströmöffnung in der im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung um die Mittelachse gerichtet ist, wünschenswert, dass die Ausströmöffnung in der dem Uhrzeigersinn entgegen gerichteten Richtung gerichtet ist. Ähnlich ist es in einem anderen Fall, in dem die Einströmöffnung in der dem Uhrzeigersinn entgegen gerichteten Richtung um die Mittelachse gerichtet ist, wünschenswert, dass die Ausströmöffnung in der im Uhrzeigersinn gerichteten Richtung gerichtet ist.
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In den obigen Ausführungsformen wird der piezoelektrische Aktuator, welcher den Stapel von piezoelektrischen Schichten verwendet, als die Antriebsvorrichtung verwendet. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung beispielsweise ein elektromagnetischer Aktuator sein.
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In den obigen Ausführungsformen wird der Drucksteuermechanismus der vorliegenden Offenbarung auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewandt, welche das Leichtöl als den Kraftstoff einspritzt. Der Drucksteuermechanismus der vorliegenden Offenbarung kann jedoch auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewandt werden, welche einen anderen Typ von Kraftstoff, wie beispielsweise Flüssiggaskraftstoff (beispielsweise Dimethylether) einspritzt, welcher anders ist als das Leichtöl.
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Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten leicht erscheinen. Die vorliegende Offenbarung in ihren breiten Ausführungsformen ist demnach nicht auf die spezifischen Details, repräsentative Vorrichtungen und veranschaulichende Beispiele, welche gezeigt und beschrieben sind, begrenzt. Einige oder alle der Merkmale einer beliebigen einen oder mehrerer der Ausführungsformen, welche obenstehend beschrieben sind, kann mit einigen oder allen der Merkmale einer anderen einen oder mehreren der Ausführungsformen, welche obenstehend beschrieben sind, innerhalb des Prinzips der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017075532 A [0002, 0003]
