DE102018126759A1

DE102018126759A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102018126759A1
Application number: DE102018126759.2A
Authority: DE
Inventors: Yuta Hashimoto; Aki MIYAWAKI; Kenji Oshima; Hitoshi Maegawa; Daiji Ueda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2019-05-16
Also published as: JP7006161B2; JP2019090373A

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst einen Ventilkörper, eine Düsennadel und ein Steuerungsventilelement (60). Eine Steuerungskammer und eine Ventilkammer (36), welche mit Kraftstoff gefüllt sind, und ein Zuführkommunikationsdurchlass (32), welcher den Kraftstoff zu der Ventilkammer (36) führt, sind im Inneren des Ventilkörpers ausgebildet. Die Düsennadel wird im Ansprechen auf eine Druckveränderung des Kraftstoffes in der Steuerungskammer verschoben, um Einspritzlöcher zu öffnen oder zu schließen, die bei dem Ventilkörper ausgebildet sind. Das Steuerungsventilelement (60) ist in der Ventilkammer (36) aufgenommen. Das Steuerungsventilelement wird durch eine von einem Kolben (44) mit kleinem Durchmesser übertragene Antriebskraft verschoben, um eine Zuführöffnung (32b) des Zuführkommunikationsdurchlasses (32) zu öffnen oder zu schließen, die zu der Ventilkammer (36) geöffnet ist. Eine Veränderung des Betrags einer Achsenabweichung und eine Veränderung des Betrags einer Neigung des Steuerungsventilelements (60) relativ zu dem Kolben (44) mit kleinem Durchmesser sind durch eine Beschränkungsstruktur (90) beschränkt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese Kraftstoff von einem Einspritzloch einspritzt.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die beispielsweise in der JP 2009 - 215 892 A offenbart ist, umfasst: ein Gehäuse, in welchem eine Düsengegendruckkammer und eine Ventilkammer ausgebildet sind; eine Düsennadel, welche derart konfiguriert ist, dass diese das Einspritzloch im Ansprechen auf eine Druckveränderung in der Düsengegendruckkammer öffnet oder schließt; und ein Ventilelement, welches in der Ventilkammer aufgenommen ist. Das Ventilelement wird durch eine über ein Stiftelement übertragene Antriebskraft verschoben, um eine Öffnung eines Hochdruckanschlusses zu öffnen oder zu schließen, der zu der Ventilkammer geöffnet ist.
Das vorstehend beschriebene Ventilelement kann sich relativ zu dem Stiftelement neigen und rotieren. Daher ist bei einer unteren Endoberfläche des Ventilelements eine Vertiefung ausgebildet. In einem Fall, in welchem die Neigung und die Rotation des Ventilelements auftreten, kann die Vertiefung eine Veränderung einer Größe eines Strömungsdurchlassquerschnittsbereichs beschränken, die zwischen dem Ventilelement und einer definierenden Wand der Ventilkammer auftritt. Dadurch ist bei der JP 2009 - 215 892 A eine Veränderung einer Strömungsrate des von dem Hochdruckanschluss hin zu einem Steuerungsanschluss strömenden Kraftstoffes reduziert.
Bei der Struktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der JP 2009 - 215 892 A kann das Ventilelement außerdem eine Achsenabweichung bzw. -verschiebung (das heißt, eine Abweichung einer Achse des Ventilelements) relativ zu einer Achse des Stiftelements zusätzlich zu der vorstehend erörterten Neigung und der Rotation des Ventilelements aufweisen. Wenn die Achsenabweichung des Ventilelements auftritt, kann sich die Größe des Strömungsdurchlassquerschnittsbereichs zwischen dem Ventilelement und der definierenden Wand der Ventilkammer möglicherweise verändern, obwohl die Vertiefung bei der unteren Endoberfläche des Ventilelements ausgebildet ist. Dadurch kann eine Veränderung der Strömungsrate des von dem Hochdruckanschluss hin zu dem Steuerungsanschluss strömenden Kraftstoffes auftreten, um Variationen der Druckwiederherstellung der Düsengegendruckkammer hervorzurufen, was wiederum eine Veränderung des von den Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffbetrags (nachfolgend auch als ein Kraftstoffeinspritzbetrag bezeichnet) hervorruft.
Kurzfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitzustellen, die eine Veränderung eines von einem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffbetrags beschränken kann.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, welche derart konfiguriert ist, dass diese Kraftstoff von einem Einspritzloch einspritzt, aufweisend:

ein strömungsdurchlassbildendes Element, welches umfasst:
- eine Kraftstoffkammer, welche derart konfiguriert ist, dass diese mit Kraftstoff gefüllt sein soll; und
- einen Zuführströmungsdurchlass, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoff zu der Kraftstoffkammer führt;
- ein Einspritzlochventilelement, welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Einspritzloch im Ansprechen auf eine Veränderung eines Drucks in der Kraftstoffkammer öffnet oder schließt;
- ein Steuerungsventilelement, welches in der Kraftstoffkammer aufgenommen und derart konfiguriert ist, dass dieses eine Zuführöffnung des Zuführströmungsdurchlasses, die zu der Kraftstoffkammer geöffnet ist, öffnet oder schließt;
- ein Übertragungselement, welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Steuerungsventilelement durch Übertragen einer Antriebskraft auf das Steuerungsventilelement verschiebt; und
- eine Veränderungsbeschränkungsstruktur, welche eine Veränderung eines Achsenabweichungsbetrags und eine Veränderung eines Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements relativ zu dem Übertragungselement beschränkt.

Gemäß diesem Aspekt werden die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements durch die Veränderungsbeschränkungsstruktur beschränkt. Daher kann in dem Ventilöffnungszustand des Steuerungsventilelements, in welchem das Steuerungsventilelement die Zuführöffnung öffnet, der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich, der zwischen dem Steuerungsventilelement und der definierenden Wand der Kraftstoffkammer ausgebildet ist, im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dadurch werden die Veränderung der Strömungsrate des von dem Zuführströmungsdurchlass in die Steuerungskammer strömenden Kraftstoffes und die Variationen der Druckwiederherstellung der Kraftstoffkammer reduziert oder beschränkt, so dass die Veränderung des von den Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffbetrags beschränkt werden kann.
Darüber hinaus ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, welche derart konfiguriert ist, dass diese Kraftstoff von einem Einspritzloch einspritzt, aufweisend:

ein strömungsdurchlassbildendes Element, welches umfasst:
- eine erste Kraftstoffkammer, welche derart konfiguriert ist, dass diese mit Kraftstoff gefüllt sein soll;
- eine zweite Kraftstoffkammer, welche über einen Kommunikationsdurchlass mit der ersten Kraftstoffkammer in Verbindung steht; und
- einen Zuführströmungsdurchlass, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoff zu der ersten Kraftstoffkammer führt;
- ein Einspritzlochventilelement, welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Einspritzloch im Ansprechen auf eine Veränderung eines Drucks in der zweiten Kraftstoffkammer öffnet oder schließt; und
- ein Steuerungsventilelement, welches in der ersten Kraftstoffkammer aufgenommen und derart konfiguriert ist, dass dieses eine Zuführöffnung des Zuführströmungsdurchlasses, die zu der ersten Kraftstoffkammer geöffnet ist, öffnet oder schließt, wobei:
- eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen des Kommunikationsdurchlasses bei einer Wandoberfläche der ersten Kraftstoffkammer, bei welcher die Zuführöffnung geöffnet ist, ausgebildet sind.

Gemäß diesem Aspekt kann die Zunahme/Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes zwischen den Kraftstoffströmungen ausgeglichen werden, welche jeweils von der Zuführöffnung hin zu einer entsprechenden Öffnung der Kommunikationsöffnungen strömt, auch wenn die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements auftreten. Dadurch werden die Veränderung der Strömungsrate des von dem Zuführströmungsdurchlasses in die Steuerungskammer strömenden Kraftstoffes und die Variationen der Druckwiederherstellung der Kraftstoffkammer reduziert oder beschränkt, so dass die Veränderung des von den Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffbetrags beschränkt werden kann.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon, wird aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Abbildungen am besten ersichtlich, wobei:

1 eine Abbildung ist, die eine Gesamtstruktur eines Kraftstoffzuführsystems angibt, welches eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und eine Steuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst;
2 eine Längsquerschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist;
3 eine Längsquerschnittsansicht ist, die einen Bereich III in 2 in einem vergrößerten Maßstab zeigt und eine Ventilelement und dessen Umgebung angibt;
4 eine schematische Abbildung ist, die einen Zustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu einer Nicht-Einspritzzeit zeigt, während welcher der Kraftstoff von den Einspritzlöchern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nicht eingespritzt wird;
5 eine schematische Ansicht ist, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu einer Einspritzzeit zeigt, während welcher der Kraftstoff von den Einspritzlöchern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt wird;
6 eine Abbildung zum Beschreiben einer Zunahme und einer Abnahme des Kraftstoffeinspritzbetrags ist, der bei einem Vergleichsbeispiel auftritt, welches keine Beschränkungsstruktur besitzt;
7 ein Diagramm ist, welches einen Veränderungsbeschränkungseffekt zum Beschränken einer Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags über die Beschränkungsstruktur im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel angibt;
8 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
9 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IX-IX in 8 ist;
10 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
11 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XI-XI in 10 ist;
12 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
13 eine Längsquerschnittsansicht einer Spiralfeder gemäß der vierten Ausführungsform ist;
14 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
15 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;
16 eine perspektivische Ansicht eines Beschränkungsrings gemäß der sechsten Ausführungsform ist;
17 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt;
18 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XVIII-XVIII in 17 ist;
19 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIX-XIX in 17 ist;
20 eine Abbildung ist, die ein gegen einen oberen Sitzflächenabschnitt gesetztes Steuerungsventilelement zeigt, während das Steuerungsventilelement mit einer bestimmten Ausrichtung durch die Wirkung eines Differenzdruckmoments geneigt gehalten ist;
21 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer achten Ausführungsform zeigt;
22 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt;
23 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt;
24 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIV-XXIV in 23 ist;
25 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer elften Ausführungsform zeigt;
26 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXVI-XXVI in 25 ist;
27 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXVII-XXVII in 25 ist;
28 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche eine Ventilkammer und deren Umgebung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem vergrößerten Maßstab gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt;
29 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXIX-XXIX in 28 ist; und
30 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XXX-XXX in 28 ist.

Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben. Bei jeder der nachfolgenden Ausführungsformen sind die entsprechenden Bauelemente durch die gleichen Bezugszeichen angegeben und auf eine redundante Beschreibung dieser Bauelemente kann verzichtet werden. Bei jeder der nachfolgenden Ausführungsformen kann in einem Fall, in welchem lediglich ein Abschnitt(e) der Struktur beschrieben ist, der Rest der Struktur gleich dieser bei der vorausgehenden Ausführungsform bzw. Ausführungsformen sein. Neben Kombinationen von Abschnitten, die in jeder der Ausführungsformen explizit angegeben sind, können die Abschnitte unterschiedlicher Ausführungsformen teilweise miteinander kombiniert werden, auch wenn eine solche Kombination nicht explizit beschrieben ist, solange bezüglich einer solchen Kombination kein Problem auftritt. Darüber hinaus sind nicht erläuterte Kombinationen von Abschnitten der verschiedenen Ausführungsformen und Modifikationen davon durch die nachfolgende Beschreibung als in dieser Beschreibung offenbart angenommen.
(Erste Ausführungsform)
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden bei einem in 1 gezeigten Kraftstoffzuführsystem 1 verwendet. Jede der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 führt den Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank 4 gespeichert ist und zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 geführt wird, hin zu einer entsprechenden Kammer aus Verbrennungskammern 2b eines Dieselmotors (nachfolgend einfach als ein Motor 2 bezeichnet), welcher als eine Verbrennungskraftmaschine dient. Das Kraftstoffzuführsystem 1 umfasst eine Förderpumpe 5, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 6, ein Common-Rail 3 und eine Steuerungsvorrichtung 9 zusammen mit den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10.
Die Förderpumpe 5 ist beispielsweise eine elektrische Trochoid-Pumpe. Die Förderpumpe 5 ist bei der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 integriert. Die Förderpumpe 5 fördert Leichtöl, das als der in dem Kraftstofftank 4 gespeicherte Kraftstoff dient, hin zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 6. Die Förderpumpe 5 kann separat zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 vorgesehen sein, so dass die Förderpumpe 5 in einem Inneren des Kraftstofftanks 4 angeordnet ist.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 ist beispielsweise eine Kolbenpumpe. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 wird durch eine Ausgangswelle des Motors 2 angetrieben. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 ist über eine Kraftstoffleitung 6a mit dem Common-Rail 3 verbunden. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 6 verdichtet ferner den von der Förderpumpe 5 aufgenommenen Kraftstoff und führt den weiter verdichteten Kraftstoff als Hochdruckkraftstoff zu dem Common-Rail 3.
Das Common-Rail 3 ist über Hochdruckkraftstoffleitungen 3b entsprechend mit der Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 verbunden. Das Common-Rail 3 ist über eine Kraftstoffüberschussleitung 8a mit dem Kraftstofftank 4 verbunden. Das Common-Rail 3 speichert den von der Hochdruckkraftstoffpumpe 6 empfangenen Hochdruckkraftstoff temporär und verteilt den Hochdruckkraftstoff zu den jeweiligen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10, während der Druck des Hochdruckkraftstoffes aufrechterhalten wird. Das Common-Rail 3 umfasst ein Dekomprimierungsventil 8. Das Dekomprimierungsventil 8 führt den überschüssigen Kraftstoff in einem Fall, in welchem der Kraftstoffdruck des Common-Rails 3 höher als ein Solldruck wird, zu der Kraftstoffüberschussleitung 8a ab.
Die Steuerungsvorrichtung 9 entspricht einer elektronischen Steuerungsvorrichtung (ebenso als eine elektronische Steuerungseinheit oder eine Steuerungsvorrichtung bezeichnet), welche eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 9a und eine elektronische Treibereinheit (EDU) 9b umfasst. Die Steuerungsvorrichtung 9 ist mit jeder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 elektrisch verbunden. Die Steuerungsvorrichtung 9 steuert die Einspritzung des Kraftstoffes bei jeder Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß einem Betriebszustand des Motors 2.
Die ECU 9a umfasst eine arithmetische Schaltung, die einen Mikrocomputer oder einen Mikrocontroller als dessen Hauptkomponente umfasst. Die arithmetische Schaltung umfasst einen Prozessor, einen RAM und eine wiederbeschreibbare, nichtflüchtige Speichervorrichtung. Die EDU 9b bringt eine Antriebsspannung auf eine Antriebsvorrichtung 40 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß einem von der ECU 9a eingegebenen Befehlssignal auf.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ist bei einem Kopfelement 2a in einem Zustand installiert, in welchem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 in ein Einführloch des Kopfelements 2a, welches eine Verbrennungskammer 2b bildet, eingeführt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 spritzt den über die Hochdruckkraftstoffleitung 3b empfangenen Hochdruckkraftstoff von Einspritzlöchern 38 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 in die Verbrennungskammer 2b ein. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 umfasst eine Ventilstruktur, welche die Einspritzung des Kraftstoffes von den Einspritzlöchern 38 steuert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 verwendet einen Teil des Hochdruckkraftstoffes, um die Einspritzlöcher 38 zu öffnen oder zu schließen. Ein Teil des zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 geführten Kraftstoffes wird über eine Rückführleitung 8b und die Kraftstoffüberschussleitung 8a zu dem Kraftstofftank 4 zurückgeführt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 einen Ventilkörper 20, eine Düsennadel 50, die Antriebsvorrichtung 40 und ein Steuerungsventilelement 60.
Der Ventilkörper 20 umfasst eine Mehrzahl von Metallelementen, wie ein Injektorkörperelement 21, ein Ventilkörperelement 22, ein blendenbildendes Element 23, ein Düsenkörperelement 24, eine Sicherungsmutter 25 und einen Nadelzylinder 26, die miteinander kombiniert sind, um den Ventilkörper 20 zu bilden. Die Einspritzlöcher 38 sind bei dem Ventilkörper 20 ausgebildet. Zusätzlich sind im Inneren des Ventilkörpers 20 ein Hochdruckkraftstoffdurchlass 31, eine Hochdruckkammer 31a, ein Zuführkommunikationsdurchlass 32, ein Steuerungskommunikationsdurchlass 33, ein Niederdruckkommunikationsdurchlass 34, eine Niederdruckkammer 37, eine Steuerungskammer 35 und eine Ventilkammer 36 ausgebildet.
Die Einspritzlöcher 38 sind bei einem distalen Endteil des Ventilkörpers 20 ausgebildet, der in einer Einführrichtung des in das Kopfelement 2a eingefügten Ventilkörpers 20 distal angeordnet ist (siehe 1). Die Einspritzlöcher 38 sind in der Verbrennungskammer 2b freiliegend (siehe 1). Der distale Endteil des Ventilkörpers 20 ist in einer konischen Form oder einer halbkugelförmigen Form gestaltet. Die mehreren Einspritzlöcher 38 sind radial ausgehend von der Innenseite in Richtung hin zu der Außenseite des Ventilkörpers 20 angeordnet. Jedes Einspritzloch 38 spritzt den Hochdruckkraftstoff in die entsprechende Verbrennungskammer 2b ein. Der Hochdruckkraftstoff wird nach einem Durchlaufen des Einspritzlochs 38 zerstäubt und kann dadurch auf einfache Art und Weise mit der Luft vermischt werden.
Der Hochdruckkraftstoffdurchlass 31 erstreckt sich durch das Injektorkörperelement 21, das Ventilkörperelement 22 und das blendenbildende Element 23. Der Hochdruckkraftstoffdurchlass 31 ist mit der Hochdruckkraftstoffleitung 3b verbunden (siehe 1). Der Hochdruckkraftstoffdurchlass 31 führt den Hochdruckkraftstoff, welcher über die Hochdruckkraftstoffleitung 3b von dem Common-Rail 3 aufgenommen wird (siehe 1), hin zu der Hochdruckkammer 31a.
Die Hochdruckkammer 31a entspricht einem zylindrischen Raum, der bei dem Düsenkörperelement 24 ausgebildet ist. Die Düsennadel 50 und der Nadelzylinder 26 sind in der Hochdruckkammer 31a aufgenommen. Die Hochdruckkammer 31a ist mit den Hochdruckkraftstoffdurchlass 31 verbunden. Die Hochdruckkammer 31a ist mit dem über den Hochdruckkraftstoffdurchlass 31 empfangenen Hochdruckkraftstoff gefüllt. Die Hochdruckkammer 31a leitet den Hochdruckkraftstoff hin zu den Einspritzlöchern 38.
Der Zuführkommunikationsdurchlass 32 entspricht einem Kraftstoffdurchlass, welcher den Kraftstoff zu der Ventilkammer 36 führt, und der Zuführkommunikationsdurchlass 32 ist bei dem blendenbildenden Element 23 ausgebildet. Der Zuführkommunikationsdurchlass 32 stellt eine Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 31a und der Ventilkammer 36 her. Eine Einlassblende 32a ist bei dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 ausgebildet. Die Einlassblende 32a beschränkt die Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher in dem Zustand, in welchem die Hochdruckkammer 31a und die Ventilkammer 36 über den Zuführkommunikationsdurchlass 32 miteinander in Verbindung stehen, von der Hochdruckkammer 31a in die Ventilkammer 36 eingegeben wird.
Der Steuerungskommunikationsdurchlass 33 entspricht einem bei dem blendenbildenden Element 23 ausgebildeten Kraftstoffdurchlass. Der Steuerungskommunikationsdurchlass 33 stellt zwischen der Steuerungskammer 35 und der Ventilkammer 36 eine Verbindung her. Der Steuerungskommunikationsdurchlass 33 besitzt sowohl eine Funktion zum Eingeben des Kraftstoffes der Ventilkammer 36 in die Steuerungskammer 35, als auch eine Funktion zum Ausgeben des Kraftstoffes der Steuerungskammer 35 in die Ventilkammer 36.
Der Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 entspricht einem Kraftstoffdurchlass, welcher den Kraftstoff der Ventilkammer 36 in die Niederdruckkammer 37 ausgibt, und der Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 ist bei dem Ventilkörperelement 22 ausgebildet. Eine Auslassblende 34a ist bei dem Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 ausgebildet. Die Auslassblende 34a beschränkt die Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher in dem Zustand, in welchem die Ventilkammer 36 und die Niederdruckkammer 37 miteinander in Verbindung stehen, von der Ventilkammer 36 ausgegeben wird. Die Auslassblende 34a ist auf einer radialen Seite einer Mittelachse des Steuerungsventilelements 60 angeordnet, wo der Steuerungskommunikationsdurchlass 33 angeordnet ist. Ein Abschnitt des Niederdruckkommunikationsdurchlasses 34, welcher sich auf der Seite der Ventilkammer 36 befindet, ist durch ein Stiftaufnahmeloch 22a ausgebildet.
Die Niederdruckkammer 37 ist bei dem Injektorkörperelement 21 ausgebildet. Die Niederdruckkammer 37 ist mit der Rückführleitung 8b verbunden (siehe 1) und leitet den überschüssigen Kraftstoff zu der Rückführleitung 8b. Die Niederdruckkammer 37 ist mit Niederdruckkraftstoff gefüllt, der einen niedrigeren Druck als dieser der Hochdruckkammer 31a besitzt. Der Kraftstoff der Steuerungskammer 35 und der Ventilkammer 36 wird in die Niederdruckkammer 37 ausgegeben.
Die Steuerungskammer 35 entspricht einem zylindrischen Raum, der beispielsweise durch das blendenbildende Element 23, den Nadelzylinder 26 und die Düsennadel 50 definiert ist. Die Steuerungskammer 35 ist auf einer entgegengesetzten Seite der Düsennadel 50, die entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern 38 liegt, angeordnet. Die Steuerungskammer 35 ist mit dem Kraftstoff gefüllt, der durch den Zuführkommunikationsdurchlass 32, die Ventilkammer 36 und den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 in dieser Reihenfolge geleitet wird.
Die Ventilkammer 36 entspricht einem zylindrischen Raum, der definiert ist durch: ein Ventilelementaufnahmeloch, das bei dem Ventilkörperelement 22 ausgebildet ist; und eine obere Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23. Die Ventilkammer 36 ist zwischen der Steuerungskammer 35 und der Niederdruckkammer 37 ausgebildet. Das Steuerungsventilelement 60 und eine Spiralfeder 70 sind in der Ventilkammer 36 aufgenommen. Die Ventilkammer 36 steht über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 mit der Steuerungskammer 35 in Verbindung, und steht außerdem über den Zuführkommunikationsdurchlass 32 mit der Hochdruckkammer 31a in Verbindung. Die Ventilkammer 36 ist mit dem von der Hochdruckkammer 31a aufgenommenen Kraftstoff gefüllt. Eine definierende Wand 36a, welche die Ventilkammer 36 definiert, ist beispielsweise durch eine Innenumfangswandoberfläche 36c, eine obere Wandoberfläche (eine Deckenwandoberfläche) 36d und eine Bodenwandfläche 36b ausgebildet.
Die Innenumfangswandoberfläche 36c entspricht einer zylindrischen Wandoberfläche, welche die Steuerungsventilkammer 60 umfänglich umgibt. Die obere Wandoberfläche 36d ist in einer kreisförmigen Form gestaltet und bei einer Bodenwand des Ventilelementaufnahmelochs, welches bei dem Ventilkörperelement 22 ausgebildet ist, ausgebildet. Eine Ausströmöffnung 34b und ein oberer Sitzflächenabschnitt 27 sind bei der oberen Wandoberfläche 36d ausgebildet. Die Ausströmöffnung 34b ist in einer zylindrischen Form gestaltet und bei einer Mitte der oberen Wandoberfläche 36d, die bei einem Endteil des Stiftaufnahmelochs 22a angeordnet ist, geöffnet. Der obere Sitzflächenabschnitt 27 ist auf einer radial äußeren Seite der Ausströmöffnung 34b angeordnet und in einer ringförmigen Form gestaltet, welche die Ausströmöffnung 34b umgibt. Der obere Sitzflächenabschnitt 27 ist als eine kegelförmige Innenumfangsfläche ausgebildet. Der obere Sitzflächenabschnitt 27 liegt entgegengesetzt zu einer oberen Fläche des Steuerungsventilelements 60.
Die Bodenwandfläche 36b ist in einer ringförmigen Form gestaltet und bei einer oberen Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23 ausgebildet. Eine Zuführöffnung 32b und ein unterer Sitzflächenabschnitt 28 sind bei der Bodenwandfläche 36b ausgebildet. Die Zuführöffnung 32b entspricht einem Endteil des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, welcher zu der Ventilkammer 36 geöffnet ist. Die Zuführöffnung 32b ist in einer zylindrischen Form gestaltet und öffnet sich bei einer Mitte der Bodenwandfläche 36b. Der untere Sitzflächenabschnitt 28 ist auf einer radial äußeren Seite der Zuführöffnung 32b angeordnet und in einer ringförmigen Form gestaltet, welche die Zuführöffnung 32b umgibt. Der untere Sitzflächenabschnitt 28 ist bei einem Abschnitt der definierenden Wand 36a (insbesondere der Bodenwandfläche 36b), welcher entgegengesetzt zu dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 liegt, angeordnet. Der untere Sitzflächenabschnitt 28 liegt einer Bodenfläche (einer später beschriebenen unteren Anlagefläche 62) des Steuerungsventilelements 60 gegenüber.
Die Düsennadel 5 ist in einer zylindrischen Form gestaltet und aus einem metallischen Material hergestellt. Ein distaler Endteil der Düsennadel 50, welcher sich auf der Seite des Einspritzlochs 38 befindet, ist in einer konischen Form ausgestaltet. Die Düsennadel 50 ist in der Hochdruckkammer 31a aufgenommen und nimmt zum Öffnen der Einspritzlöcher 38 eine Kraft von dem Hochdruckkraftstoff in der Hochdruckkammer 31 a in einer Richtung von den Einspritzlöchern 38 weg (nachfolgend als eine Ventilöffnungsrichtung bezeichnet) auf. Eine Nadeldruckaufnahmefläche 51 ist bei der Düsennadel 50 ausgebildet.
Die Nadeldruckaufnahmefläche 51 ist bei einer axialen Endoberfläche der Düsennadel 50, die der Steuerungskammer 35 zugewandt ist, ausgebildet. Die Nadeldruckaufnahmefläche 51 nimmt eine Kraft von dem in die Steuerungskammer 35 gefüllten Hochdruckkraftstoff in einer Richtung hin zu den Einspritzlöchern 38 (nachfolgend als eine Ventilschließrichtung bezeichnet) zum Schließen der Einspritzlöchern 38 auf. Zusätzlich ist die Düsennadel 50 durch eine Nadelfeder 53, die in einer zylindrischen Spiralform gestaltet ist, in die Ventilschließrichtung vorgespannt.
Wenn der Druck der Steuerungskammer 35 verringert ist, wird die Düsennadel 50 durch den Kraftstoff der Hochdruckkammer 31a nach oben angetrieben und dadurch in der Ventilöffnungsrichtung verschoben. Folglich wird der in die Hochdruckkammer 31a gefüllte Hochdruckkraftstoff von den Einspritzlöchern 38 in die Verbrennungskammer 2b eingespritzt (siehe 1). Wenn der Druck der Steuerungskammer 35 im Gegensatz dazu wiederhergestellt ist (das heißt, erhöht ist), wird die Düsennadel 50 in der Ventilschließrichtung nach unten angetrieben bzw. vorgespannt. Folglich wird die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 38 gestoppt. Wie vorstehend erörtert ist, wird die Düsennadel 50 in der axialen Richtung im Ansprechen auf die Veränderung des Drucks des Kraftstoffes in der Steuerungskammer 35 relativ zu dem Ventilkörper 20 hin und her bewegt, um die Einspritzlöchern 38 zu öffnen oder zu schließen.
Die Antriebsvorrichtung 40 treibt das Steuerungsventilelement 60 durch eine Expansion-/Kontraktionsbewegung an. Die Antriebsvorrichtung 40 umfasst ein Piezostellglied 41 und einen Antriebskraftübertragungsmechanismus 42. Das Piezostellglied 41 umfasst einen piezoelektrischen Elementenstapel. Eine Antriebsspannung, die einer Ausgabe der Steuerungsvorrichtung 9 entspricht, wird bei dem Piezostellglied 41 eingegeben, so dass eine Antriebsenergie, die der Antriebsspannung entspricht, in dem Piezostellglied 41 geladen wird. Das Piezostellglied 41 expandiert oder kontrahiert durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt basierend auf der Eingabe der Antriebsspannung.
Der Antriebskraftübertragungsmechanismus 42 umfasst: einen Kolben 43 mit großem Durchmesser; einen Kolben 44 mit kleinem Durchmesser; und einen Zylinder 45, welcher auf der radial äußeren Seite des Kolbens 43 mit großem Durchmesser und des Kolbens 44 mit kleinem Durchmesser bei dem Kolben 43 mit großem Durchmesser und dem Kolben 44 mit kleinem Durchmesser 44 angebracht ist. Ein Antriebsübertragungsstift 46 ist bei dem Kolben 44 mit kleinem Durchmesser ausgebildet. Der Antriebsübertragungsstift 46 ist in dem Stiftaufnahmeloch 22a aufgenommen. Der Antriebskraftübertragungsmechanismus 42 verstärkt die Expansions-/Kontraktionsbewegung des Piezostellglieds 41 und verschiebt das Steuerungsventilelement 60 durch die von dem Antriebsübertragungsstift 46 auf das Steuerungsventilelement 60 übertragene Antriebskraft in der axialen Richtung.
Die Antriebsvorrichtung 40 verschiebt den Antriebsübertragungsstift 46 in einer Vorsprungsrichtung, in welcher der Antriebsübertragungsstift 46 in die Ventilkammer 36 vorsteht, durch die Aktion des Piezostellglieds 41, welches durch die Ansammlung der elektrischen Ladung expandiert wird. Darüber hinaus zieht die Antriebsvorrichtung 40 den Antriebsübertragungsstift 46 über die Kontraktion des Piezostellglieds 41 auf ein Freigegeben der elektrischen Ladung von den Piezostellglied 41 in das Stiftaufnahmeloch 22a zurück.
Das Steuerungsventilelement 60 ist als Ganzes in einer säulenförmigen Form gestaltet und beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt. Das Steuerungsventilelement 60 ist in der Ventilkammer 36 aufgenommen, so dass das Steuerungsventilelement 60 koaxial zu der Ventilkammer 36 und dem Ventilkörperelement 22 ist. Das Steuerungsventilelement 60 wird durch die Spiralfeder 70, die in der zylindrischen Spiralform gestaltet ist, in Richtung hin zu dem Antriebsübertragungsstift 46 und dem Piezostellglied 41 angetrieben bzw. vorgespannt. Das Steuerungsventilelement 60 wird durch die Antriebsvorrichtung 40 angetrieben und ist dadurch in der Axialrichtung (das heißt, der Axialrichtung der Mittelachse CL2) in der Ventilkammer 36 verschiebbar.
Das Steuerungsventilelement 60 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 60a und einen halbkugelförmigen Abschnitt 60b. Der zylindrische Abschnitt 60a ist in einer zylindrischen Form gestaltet und auf der Seite des blendenbildenden Elements 23 des halbkugelförmigen Abschnitts 60b angeordnet. Der halbkugelförmige Abschnitt 60b ist in einer teilweise kugelförmigen Form gestaltet, die hin zu der Ausströmöffnung 34b konvex gekrümmt ist. Der halbkugelförmige Abschnitt 60b ist auf der Seite des Antriebskraftübertragungsmechanismus 42 des zylindrischen Abschnitts 60a angeordnet. Eine Mitte des halbkugelförmigen Abschnitts 60b ist entlang der Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 60a angeordnet.
Das Steuerungsventilelement 60 umfasst eine obere Anlagefläche 61 und die untere Anlagefläche 62. Die obere Anlagefläche 61 ist bei einem Abschnitt des halbkugelförmigen Abschnitts 60b angeordnet, welcher dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 gegenüberliegt. In dem kontrahierten Zustand des Piezostellglieds 41 ist die obere Anlagefläche 61 gegen den oberen Sitzflächenabschnitt 27 vorgespannt und gegen den oberen Sitzflächenabschnitt 27 gesetzt bzw. mit diesem in Anlage gebracht. Wenn die obere Anlagefläche 61 mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 in Anlage gebracht wird, verschließt die obere Anlagefläche 61 die Ausströmöffnung 34b. Die untere Anlagefläche 62 ist bei einem Abschnitt einer Bodenfläche des zylindrischen Abschnitts 60a angeordnet, der dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 gegenüberliegt. Die untere Anlagefläche 62 öffnet und schließt die Zuführöffnung 32b über ein Anheben bzw. in Anlage Bringen der unteren Anlagefläche 62 relativ zu dem unteren Sitzflächenabschnitt 28. In dem expandierten Zustand des Piezostellglieds 41 wird die untere Anlagefläche 62 gegen den unteren Sitzflächenabschnitt 28 angetrieben bzw. vorgespannt.
Das Steuerungsventilelement 60 dient als ein Dreiwegeventil, welches einen Verbindungszustand des Ventilelements 36 relativ zu der Steuerungskammer 35 und der Niederdruckkammer 37 verändert. Insbesondere wenn die obere Anlagefläche 61 mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 in Anlage gebracht ist, ist das Steuerungsventilelement 60 in einem Ventilschließzustand angeordnet und blockiert daher die Kommunikation zwischen dem Ventilelement 36 und der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchlass 34. Das Steuerungsventilelement 60, das in dem Ventilschließzustand angeordnet ist, bildet einen Zuführspalt 68 zwischen der unteren Anlagefläche 62 und dem unteren Sitzflächenabschnitt 28.
Wenn die obere Anlagefläche 61 im Gegensatz dazu von dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 abgehoben ist, ist das Steuerungsventilelement 60 in einem Ventilöffnungszustand angeordnet und ermöglicht daher die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchlass 34. Bei dem Steuerungsventilelement 60, das sich in dem Ventilöffnungszustand befindet, ist die untere Anlagefläche 62 mit dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in Anlage gebracht und bildet einen Spaltbeschränkungsteil (einen Strömungsbeschränkungsteil) zwischen der oberen Anlagefläche 61 und dem oberen Sitzflächenabschnitt 27.
Details des Kraftstoffeinspritzbetriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 werden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10, die sich vor dem Start der Kraftstoffeinspritzung in dem Aus-Zustand befindet, in welchem die elektrische Leistungszuführung zu dem Piezostellglied 41 abgeschaltet ist, ist das Steuerungsventilelement 60 mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 in Anlage gebracht. Der Kraftstoffdruck der Steuerungskammer 35 in diesem Zustand ist im Wesentlichen gleich dem Kraftstoffdruck in dem Hochdruckkraftstoffdurchlass 31. Daher hält die Düsennadel 50, welche durch den Kraftstoffdruck in der Steuerungskammer 35 vorgespannt ist, den geschlossenen Zustand aufrecht, in welchem die Einspritzlöcher 38 durch die Düsennadel 50 verschlossen sind (siehe 4).
Wenn die elektrische Leistungszuführung des Piezostellglieds 41 ausgehend von dem Aus-Zustand auf den An-Zustand verändert wird, wird das Steuerungsventilelement 60 integral mit dem Kolben 44 mit kleinem Durchmesser in Richtung hin zu der Seite des Einspritzlochs 38 verschoben. Dadurch wird bei dem Steuerungsventilelement 60 die obere Anlagefläche 61 von dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 abgehoben und die untere Anlagefläche 62 wird mit dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in Anlage gebracht. In diesem Zustand ist die Kommunikation zwischen der Hochdruckkammer 31a und der Ventilkammer 36 über den Zuführkommunikationsdurchlass 32 durch das Steuerungsventilelement 60 blockiert. Da die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 zugelassen ist, strömt zusätzlich der Kraftstoff der Steuerungskammer 35 durch den Steuerungskommunikationsdurchlass 33, die Ventilkammer 36 und den Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 und wird in die Niederdruckkammer 37 abgegeben. Folglich wird die Düsennadel 50 aufgrund des Druckabfalls in der Steuerungskammer 35 in der Ventilöffnungsrichtung verschoben und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 38 gestartet (siehe 5).
Dann, wenn die elektrische Leistungszuführung des Piezostellglieds 41 ausgehend von dem An-Zustand auf den Aus-Zustand verändert wird, wird die untere Anlagefläche 62 des Steuerungsventilelements 60 von dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 abgehoben und die obere Anlagefläche 61 des Steuerungsventilelements 60 wird mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 in Anlage gebracht. In diesem Zustand ist die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 36 und der Niederdruckkammer 37 über den Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 durch das Steuerungsventilelement 60 blockiert. Im Gegensatz dazu ist die Kommunikation zwischen der Hochdruckkammer 31a und der Ventilkammer 36 über den Zuführkommunikationsdurchlass 32 durch das Steuerungsventilelement 60 zugelassen. Entsprechend wird der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 36 und der Steuerungskammer 35 wiederhergestellt, das heißt, durch den über den Zuführkommunikationsdurchlass 32 zu der Ventilkammer 36 und der Steuerungskammer 35 geführtem Hochdruckkraftstoff erhöht. Folglich wird die Düsennadel 50 in der Ventilschließrichtung verschoben, und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzlöchern 38 gestoppt (siehe 4).
Bei einem in 6 gezeigten Vergleichsbeispiel ist das Steuerungsventilelement 160 nicht an dem Antriebsübertragungsstift 146 fixiert. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung 110 ist das Steuerungsventilelement 160 in einem Zustand gehalten, in welchem sowohl eine Rotation, eine Neigung als auch eine Achsenabweichung des Steuerungsventilelements 160 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 146 möglich sind. Daher kann das Steuerungsventilelement 160 nicht kontinuierlich bei der normalen Ausrichtung gegen den oberen Sitzflächenabschnitt 27 gesetzt bzw. mit diesem in Anlage gebracht werden. Der nachteilige Effekt auf die Kraftstoffeinspritzung in einem solchen Fall wird nachstehend beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung ist die normale Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 als eine Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 definiert, bei welcher die Mittelachse CL1 des Antriebsübertragungsstifts 146 und die Mittelachse CL3 des Zuführkommunikationsdurchlasses 32 mit der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 160 übereinstimmen.
Als ein Beispiel ist angenommen, dass das Steuerungsventilelement 160 geneigt ist, so dass die untere Anlagefläche 162 in Richtung hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 weist und die Achse des Steuerungsventilelements 160 derart geschwenkt ist, dass die Achse des Steuerungsventilelements 160 in Richtung hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 verschoben ist (siehe die in 6 gezeigte linke Abbildung). In diesem Fall ist eine Größe des Zuführspalts 168 zwischen der unteren Anlagefläche 162 und dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 im Vergleich zu einer Größe des Zuführspalts 168 zwischen der unteren Anlagefläche 162 und dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 bei der normalen Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 vergrößert. Daher ist die Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 hin zu der Steuerungskammer 35 geführt wird (siehe 2), im Vergleich zu der Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher bei der normalen Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 zu der Steuerungskammer 35 geführt wird, erhöht. Daher wird die Ventilschließzeit durch die rasche Druckwiederherstellung der Steuerungskammer 35 vorgerückt bzw. nach früh verschoben, und dadurch wird der Kraftstoffeinspritzbetrag (das heißt, der Betrag des von den Einspritzlöchern 38 eingespritzten Kraftstoffes) reduziert.
Darüber hinaus ist als ein weiteres Beispiel angenommen, dass das Steuerungsventilelement 160 derart geneigt ist, dass die untere Anlagefläche 162 in Richtung hin zu einer Gegenseite weist, die entgegengesetzt zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 liegt, und die Achse des Steuerungsventilelements 160 derart geschwenkt (falsch ausgerichtet) ist, dass die Achse des Steuerungsventilelements 160 von dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 weg verschoben ist (siehe die in 6 gezeigte rechte Abbildung). In diesem Fall ist die Größe des Zuführspalts 168 zwischen der unteren Anlagefläche 162 und dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 im Vergleich zu der Größe des Zuführspalts 168 zwischen der unteren Anlagefläche 162 und dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 bei der normalen Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 reduziert. Daher ist die Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 hin zu der Steuerungskammer 35 geführt wird (siehe 2), im Vergleich zu der Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 bei der normalen Ausrichtung des Steuerungsventilelements 160 über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 zu der Steuerungskammer 35 geführt wird, reduziert. Daher ist die Ventilschließzeit durch die verlangsamte Druckwiederherstellung der Steuerungskammer 35 verzögert und dadurch ist der Kraftstoffeinspritzbetrag erhöht.
Bei den vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispielen wird, wie in 7 gezeigt ist, der Kraftstoffeinspritzbetrag beispielsweise aufgrund der Rotation, der Neigung und der Achsenabweichung des Steuerungsventilelements 160 periodisch verändert (siehe eine gestrichelte Linie in 7). Um den vorstehend beschriebenen Nachteil zu adressieren, umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 der in den 2 und 3 gezeigten ersten Ausführungsform eine Beschränkungsstruktur 90, um die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu reduzieren, die bei den Vergleichsbeispielen auftritt.
Die Beschränkungsstruktur 90 beschränkt sowohl eine Veränderung eines Betrags einer Achsenabweichung des Steuerungsventilelements 60 als auch eine Veränderung eines Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 60 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46. Insbesondere umfasst die Beschränkungsstruktur 90 der ersten Ausführungsform: einen Vorsprung 47, der bei der Antriebsvorrichtung 40 vorgesehen ist; ein Einpassloch 64, das bei dem Steuerungsventilelement 60 vorgesehen ist; und eine Scheibe 92, die in dem Einpassloch 64 aufgenommen ist.
Der Vorsprung 47 ist bei dem distalen Endteil des Antriebsübertragungsstifts 46 vorgesehen. Der Vorsprung 47 ist in einer zylindrischen Form gestaltet, die im Wesentlichen koaxial zu dem Hauptkörperabschnitt des Antriebsübertragungsstifts 46 ist. Der Vorsprung 47 ist in einem Zustand angeordnet, in welchem der Vorsprung 47 in das Einpassloch 64 eingefügt ist. Eine distale Endoberfläche 47a des Vorsprungs 47 ist in einer Form einer ebenen Oberfläche gestaltet.
Das Einpassloch 64 entspricht einem zylindrischen Loch, das bei dem Steuerungsventilelement 60 ausgebildet ist. Das Einpassloch 64 entspricht einer Form einer Vertiefung, die ausgehend von der oberen Anlagefläche 61 hin zu der unteren Anlagefläche 62 vertieft ist, so dass das Einpassloch 64 im Wesentlichen koaxial zu dem Steuerungsventilelement 60 ist. Ein Innendurchmesser des Einpasslochs 64 ist geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Vorsprungs 47. Das Einpassloch 64 nimmt den Großteil des Vorsprungs 47 und die gesamte Scheibe 92 auf. Eine Lochbodenfläche 64a des Einpasslochs 64 ist in einer kreisförmigen Form gestaltet, welche sich entlang einer Ebene erstreckt, die senkrecht zu der Mittelachse des Steuerungsventilelements 60 liegt. Das Einpassloch 64 ist bei dem Vorsprung 47 lose eingepasst, um eine relative Rotation des Steuerungsventilelements 60 um die Mittelachse des Steuerungsventilelements 60 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46 zu ermöglichen. Die Montagestruktur, welche durch das Einpassloch 64 und den Vorsprung 47 ausgebildet ist, beschränkt die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 60.
Die Scheibe 92 ist in einer ebenen, zylindrischen, säulenförmigen Form gestaltet und beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt. Ein Außendurchmesser der Scheibe 92 ist im Wesentlichen gleich einem Außendurchmesser des Vorsprungs 47 und geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Einpasslochs 64. Die Scheibe 92 ist in dem Einpassloch 64 aufgenommen und zwischen der distalen Endoberfläche 47a und der Lochbodenfläche 64a eingeklemmt. Die Scheibe 92 ist konfiguriert, um eine Toleranz der axialen Länge des Vorsprungs 47 und/oder eine Toleranz der Tiefe des Einpasslochs 64 anzupassen bzw. auszugleichen. Die Scheibe 92 entspricht einer Scheibe, die aus unterschiedlichen Scheibentypen, die jeweils unterschiedlichen Dicken aufweisen, zu der Zeit der Montage der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ausgewählt wird. Zu der Zeit einer Herstellung sind eine Mehrzahl von Scheibentypen mit den unterschiedlichen Dicken vorbereitet und die Scheibe 92 wird aus diesen Scheiben ausgewählt. Die Scheibe 92 passt die axiale Positionsbeziehung zwischen dem Antriebsübertragungsstift 46 und dem Steuerungsventilelement 60 an, so dass in dem Zustand, in welchem das Piezostellglied 41 vollständig kontrahiert ist, zwischen der oberen Anlagefläche 61 und dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 eine Flüssigkeitsdichtigkeit ausgebildet ist.
Wenn die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46 durch die Beschränkungsstruktur 90 beschränkt ist, kann ein Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68, der zwischen dem Steuerungsventilelement 60 und der Bodenwandfläche 36b in dem offenen Zustand der Ausströmöffnung 34b ausgebildet ist, im Wesentlichen konstant gehalten werden. Daher können die Veränderung der Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömt, und dadurch die Variationen der Druckwiederherstellung der Steuerungskammer 35 reduziert werden. Dadurch kann, wie in 7 angegeben ist, die Veränderung des von den Einspritzlöchern 38 eingespritzten Kraftstoffbetrags beschränkt werden.
Zusätzlich dienen gemäß der ersten Ausführungsform der Vorsprung 47 und das Einpassloch 64 als die Beschränkungsstruktur 90. Unter Verwendung dieses Typs einer Einpass- bzw. Montagestruktur können die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 60 im Wesentlichen beseitigt werden. Daher kann der Effekt zum Beschränken der Veränderung der Strömungsrate des in den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömenden Kraftstoffes und die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags weiter verbessert werden.
Bei der ersten Ausführungsform dient der Ventilkörper 20 als ein „strömungsdurchlassbildendes Element“ und der Zuführkommunikationsdurchlass 32 dient als ein „Zuführströmungsdurchlass“. Darüber hinaus dienen die Steuerungskammer 35 und die Ventilkammer 36 als eine „Kraftstoffkammer“ und der Kolben 44 mit kleinem Durchmesser dient als ein „Übertragungselement“. Zusätzlich dient die Düsennadel 50 als ein „Einspritzlochventilelement“ und das Einpassloch 64 dient als ein „vertieftes Loch“, das ebenso als ein Sackloch bezeichnet ist. Außerdem dient die Spiralfeder 70 als eine „Ventilfeder“ und die Beschränkungsstruktur 90 dient als eine „Veränderungsbeschränkungsstruktur“.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform, die in den 8 und 9 gezeigt ist, entspricht einer Modifikation der ersten Ausführungsform. Eine Beschränkungsstruktur 290 der zweiten Ausführungsform umfasst ferner einen konischen Ventilelementabschnitt 265 und einen ringförmigen Strukturabschnitt 229 zusätzlich zu dem Vorsprung 47, dem Einpassloch 64, der Scheibe 92 und der Spiralfeder 70, die im Wesentlichen identisch zu diesen der ersten Ausführungsform sind. In ähnlicher Art und Weise zu der ersten Ausführungsform beschränkt die Beschränkungsstruktur 290 sowohl die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags als auch die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 260 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46.
Der konische Ventilelementabschnitt 265 ist in einer teilweise konischen Oberflächenform bei dem zylindrischen Abschnitt 60a des Steuerungsventilelements 260 ausgestaltet. Der konische Ventilelementabschnitt 265 steht mit einem axialen Endteil (nachfolgend als ein ventilseitiger Endteil 71) der Spiralfeder 70 auf der radial inneren Seite des einen axialen Endteils (dem ventilseitigen Endteil 71) der Spiralfeder 70 in Kontakt. Zumindest eine Hälfte einer Umfangserstreckung des konischen Ventilelementabschnitts 265 steht mit dem ventilseitigen Endteil 71 der Spiralfeder 70 in Kontakt. Eine Außenumfangsfläche des konischen Ventilelementabschnitts 265 ist kegelförmig, so dass ein Außendurchmesser der Außenumfangsfläche des konischen Ventilelementabschnitts 265 in Richtung hin zu dem anderen axialen Endteil (nachfolgend als ein Anlageendteil 73 bezeichnet) der Spiralfeder 70 zunehmend verringert ist.
Der ringförmige Strukturabschnitt 229 definiert die Position der Spiralfeder 70, so dass die Mittelachse der Spiralfeder 70 im Wesentlichen mit der Mittelachse CL1, CL3 von sowohl dem Antriebsübertragungsstift 46 als auch der Zuführöffnung 32b zusammenfällt. Der ringförmige Strukturabschnitt 229 umfasst eine Teilringwand 229a, die bei einer oberen Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23 ausgebildet und in einer C-Gestalt ausgebildet ist. Die Teilringwand 229a steht ausgehend von dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in einer teilweise ringförmigen Form vor und ist bei der Innenumfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 auf der radial inneren Seite der Innenumfangswandoberfläche 36c der Ventilkammer 36 angebracht. Die Teilringwand 229a steht mit dem Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 auf der radial äußeren Seite des Anlageendteils 73 der Spiralfeder 70 in Kontakt. Die Teilringwand 229a erstreckt sich im Umfang zumindest um eine Hälfte eines Umfangs um die Spiralfeder 70, während die Teilringwand 229a in einem Umfangsbereich, in welchem der Zuführkommunikationsdurchlass 32 und der Steuerungskommunikationsdurchlass 33 in der radialen Richtung miteinander in Verbindung stehen, nicht ausgebildet ist. Die Teilringwand 229a umgibt den Anlageendteil 73 auf der radial äußeren Seite des Anlageendteils 73, um die Positionsabweichung der Spiralfeder 70 in der radialen Richtung zu beschränken.
Die Beschränkungsstruktur 290 der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform kann die gleichen Vorteile wie diese der ersten Ausführungsform erreichen. Dadurch kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 konstant gehalten werden und die Veränderung der Strömungsrate des Kraftstoffes, welcher von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömt, kann reduziert oder beschränkt werden. Daher ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Zusätzlich ist die Positionsabweichung der Spiralfeder 70 gemäß der zweiten Ausführungsform durch den ringförmigen Strukturabschnitt 229 beschränkt. Wie vorstehend erörtert ist, wird das Steuerungsventilelement 260, welches durch die relativ zu dem Ventilkörper 20 korrekt positionierte Spiralfeder 70 vorgespannt ist, ferner weniger wahrscheinlich die Achsenabweichung aufweisen. Daher kann die Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 260 kontinuierlich mit der Mittelachse CL1, CL3 von sowohl dem Antriebsübertragungsstift 46 als auch der Zuführöffnung 32b zusammenfallen.
Darüber hinaus weist der konische Ventilelementabschnitt 265 bei der zweiten Ausführungsform, der mit dem ventilseitigen Endteil 71 der Spiralfeder 70 in Kontakt steht, die kegelförmige Außenumfangsfläche auf. Daher wird ein Teil der Rückstellkraft der Spiralfeder 70, der auf den konischen Ventilelementabschnitt 265 aufgebracht wird, zu einer Kraft, die nach radial innen ausgerichtet ist, um die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 260 zu beschränken, so dass das Steuerungsventilelement 260 gehalten wird, um die normale Ausrichtung aufzuweisen. Wie vorstehend erörtert ist, ist die Spiralfeder 70 durch den ringförmigen Strukturabschnitt 229 positioniert und die Spiralfeder 70 spannt den konischen Ventilelementabschnitt 265 über den ventilseitigen Endteil 71 der Spiralfeder 70 vor. Daher kann die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zuverlässiger beschränkt werden. Bei der zweiten Ausführungsform dient die Beschränkungsstruktur 290 als eine „Veränderungsbeschränkungsstruktur“.
(Dritte Ausführungsform)
Eine in den 10 und 11 gezeigte dritte Ausführungsform entspricht einer Modifikation der zweiten Ausführungsform. Eine Beschränkungsstruktur 390 der dritten Ausführungsform umfasst ferner einen ringförmigen Strukturabschnitt 329 zusätzlich zu dem konischen Ventilelementabschnitt 265 und der Spiralfeder 70, die im Wesentlichen identisch zu diesen der zweiten Ausführungsform sind. Im Gegensatz dazu sind der Vorsprung 47, das Einpassloch 64 und die Scheibe 92 (siehe 8) von der Beschränkungsstruktur 390 entfernt.
Der ringförmige Strukturabschnitt 329 umfasst die Teilringwand 229a und eine ringförmige Nut 329a, um die Position der Spiralfeder 70 zu definieren. Die Gestalt der Teilringwand 229a ist im Wesentlichen gleich dieser der zweiten Ausführungsform, und diese steht von der oberen Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23 in der Teilringform vor. Die Teilringwand 229a ist in der C-Gestalt entlang eines Außenumfangsrandes der ringförmigen Nut 329a ausgebildet.
Die ringförmige Nut 329a entspricht einer Vertiefung, die in der ringförmigen Form ausgehend von der oberen Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23 vertieft ist. Die ringförmige Nut 329a liegt auf der radial inneren Seite der Teilringwand 229a und auf der radial äußeren Seite des unteren Sitzflächenabschnitts 28. Die ringförmige Nut 329a ist im Wesentlichen koaxial zu der Teilringwand 229a und der Zuführöffnung 32b. Eine Nutbreite (eine radiale Breite) der ringförmigen Nut 329a ist größer als ein Durchmesser einer Spirale (eines Federdrahts) der Spiralfeder 70. Der Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 ist mit einer Nutbodenfläche 329b der ringförmigen Nut 329a in Anlage gebracht. Eine Nutaußenumfangswand 329c, welche den Außenumfangsrand der ringförmigen Nut 329a bildet, ist zu der ringförmigen Nut 329a durchgehend. Die Nutaußenumfangswand 329c steht auf der radial äußeren Seite des Anlageendteils 73 der Spiralfeder mit dem Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 in Kontakt. Die ringförmige Nut 329a wirkt mit der Teilringwand 229a zusammen, um die Spiralfeder 70 auf der radial äußeren Seite der Spiralfeder 70 zu umgeben, und diese ist bei dem Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 angebracht. Mit diesem Aufbau beschränkt die ringförmige Nut 329a die Positionsabweichung der Spiralfeder 70 in der radialen Richtung.
Bei der Beschränkungsstruktur 390 der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform kann die Spiralfeder 70, deren Positionsabweichung durch den ringförmigen Strukturabschnitt 329 beschränkt ist, die Achsenabweichung und die Neigung der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 360 beschränken. Daher können auch mit der Beschränkungsstruktur 390, bei welcher die beispielsweise durch den Vorsprung 47 und das Einpassloch 64 ausgebildete Montagestruktur (siehe 8) weggelassen ist, Vorteile erreicht werden, die ähnlich zu diesen der zweiten Ausführungsform sind. Dadurch kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 konstant gehalten werden. So ist es möglich, die Veränderung der Strömungsrate des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömenden Kraftstoffes zu beschränken, und dadurch ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Zusätzlich ist es gemäß der dritten Ausführungsform nicht erforderlich, das Einpassloch 64 (siehe 8) bei dem Steuerungsventilelement 360 auszubilden. In einem Fall, in welchem die Bearbeitungsgenauigkeit des Einpasslochs 64 nicht ausreichend ist, kann es für das Steuerungsventilelement 360 schwierig sein, mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 27 in Anlage zu kommen. Daher erfordert die Bearbeitung zum Ausbilden des Einpasslochs 64 eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit. Daher kann die Beschränkungsstruktur 390 der dritten Ausführungsform, bei welcher das Einpassloch 64 weggelassen ist, die erforderliche Bearbeitbarkeit des Steuerungsventilelements 360 sicherstellen.
Darüber hinaus kann der Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 in die ringförmige Nut 329a eingepresst sein. Mit diesem Aufbau können die Positionsabweichung des Anlageendteils 73 und die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zuverlässiger beschränkt werden. Bei der dritten Ausführungsform dient die Beschränkungsstruktur 390 als eine „Veränderungsbeschränkungsstruktur“.
(Vierte Ausführungsform)
Eine in den 12 und 13 gezeigte vierte Ausführungsform entspricht einer Modifikation der dritten Ausführungsform. Eine Beschränkungsstruktur 490 der vierten Ausführungsform umfasst den konischen Ventilelementabschnitt 265, einen ringförmigen Strukturabschnitt 429 und eine Spiralfeder 470. Eine Struktur, die der Teilringwand 229a (siehe 10) der dritten Ausführungsform entspricht, ist von dem ringförmigen Strukturabschnitt 429 entfernt. Andererseits umfasst der ringförmige Strukturabschnitt 429 die ringförmige Nut 329a, welche im Wesentlichen gleich dieser der dritten Ausführungsform ist. Eine Außenumfangsfläche einer Nutinnenumfangswand 329d, welche einen Innenumfangsrand der ringförmigen Nut 329a bildet, ist kegelförmig, so dass ein Außendurchmesser der Außenumfangsfläche der Nutinnenumfangswand 329d ausgehend von dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 hin zu der Nutbodenfläche 329b zunehmend vergrößert ist. Die Nutinnenumfangswand 329b ist im Wesentlichen koaxial zu der Mittelachse CL1, CL3 von sowohl dem Antriebsübertragungsstift 46 als auch der Zuführöffnung 32b.
Ein oberer konischer Teil 72 und ein unterer konischer Teil 74 sind auf einer Innenseite des ventilseitigen Endteils (des einen axialen Endteils) 71 bzw. einer Innenseite des Anlageendteils (des anderen axialen Endteils) 73 der Spiralfeder 470 ausgebildet. Eine Innenumfangsfläche des oberen konischen Teils 72 und eine Innenumfangsfläche des unteren konischen Teils 74 sind kegelförmig, so dass ein Innendurchmesser der Innenumfangsfläche des oberen konischen Teils 72 und ein Innendurchmesser der Innenumfangsfläche des unteren konischen Teils 74 hin zu der axialen Mitte der Spiralfeder 470 zunehmend verringert sind. Ein Kegelwinkel des oberen konischen Teils 72 entspricht einem Kegelwinkel des konischen Ventilelementabschnitts 265, und der obere konische Teil 72 ist bei dem konischen Ventilelementabschnitt 265 auf der radial äußeren Seite des konischen Ventilelementabschnitts 265 angebracht. Gleichermaßen entspricht ein Kegelwinkel des unteren konischen Teils 74 einem Kegelwinkel der Nutinnenumfangswand 329d der ringförmigen Nut 329a, und der untere konische Teil 74 ist bei der Nutinnenumfangswand 329d auf der radial äußeren Seite der Nutinnenumfangswand 329d angebracht. Die Spiralfeder 470 ist bei dem konischen Ventilelementabschnitt 265 und der ringförmigen Nut 329a angebracht, so dass die Spiralfeder 470 die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 360 in der radialen Richtung durch die Rückstellkraft der spiralförmig gewundenen Spirale der Spiralfeder 470 beschränkt.
Wie bei der vorstehend erörterten Beschränkungsstruktur 490 wird, wenn die Kontaktteile der Spiralfeder 470, welche mit dem Steuerungsventilelement 360 bzw. dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in Kontakt stehen, als die kegelförmigen Innenumfangsflächen ausgebildet sind, die Position der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 360 durch die Rückstellkraft der Spiralfeder kontinuierlich zu der geeigneten Position angepasst. Wie vorstehend erörtert ist, ist auch bei der vierten Ausführungsform, bei welcher die Abschnitte miteinander in Kontakt stehen, die entsprechend in der konischen Form gestaltet sind, der Beschränkungseffekt zum Beschränken der Achsenabweichung und der Neigung implementiert. Dadurch kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 wie bei der dritten Ausführungsform konstant gehalten werden. Daher ist es möglich, die Veränderung der Strömungsrate des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömenden Kraftstoffes zu beschränken, und dadurch ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Bei der vierten Ausführungsform dienen der ventilseitige Endteil 71 und der Anlageendteil 73 entsprechend als „Endteile“ und der obere konische Teil 72 und der untere konische Teil 74 dienen entsprechend als „konische Federteile“. Darüber hinaus dient die Spiralfeder 470 als eine „Ventilfeder“. Darüber hinaus dient die Beschränkungsstruktur 490 als eine „Veränderungsbeschränkungsstruktur“.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine in 14 gezeigte fünfte Ausführungsform entspricht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform. Bei der fünften Ausführungsform ist in gleicher Art und Weise zu der ersten Ausführungsform die Beschränkungsstruktur 90 vorgesehen, die den Vorsprung 47, das Einpassloch 64 und die Scheibe 92 umfasst. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich bei der fünften Ausführungsform eine Gestalt der definierenden Wand 36a der Ventilkammer 36 und eine Gestalt des Steuerungsventilelements 560 von diesen der ersten Ausführungsform.
Ein oberer Sitzflächenabschnitt 527, der in einer ringförmigen Form gestaltet ist, welche die Ausströmöffnung 34b umgibt, ist bei einer oberen Wandoberfläche (einer Deckenwandfläche) 536d der definierenden Wand 36a ausgebildet. Der obere Sitzflächenabschnitt 527 ist als eine ebene Oberfläche ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse CL2 ist, die als eine Verschiebungsachse (eine Achse der Hin- und Herbewegung) des Steuerungsventilelements 560 dient, und der obere Sitzflächenabschnitt 527 ist im Wesentlichen parallel zu dem unteren Sitzflächenabschnitt 28. Eine ringförmige Nut, die ausgehend von dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 axial vertieft ist, ist bei einem Abschnitt der oberen Wandoberfläche 536d ausgebildet, der auf der radial äußeren Seite des oberen Sitzflächenabschnitts 527 angeordnet ist.
Das Einpassloch 64, welches im Wesentlichen gleich diesem der ersten Ausführungsform ist, ist bei dem Steuerungsventilelement 560 ausgebildet. Das Einpassloch 64 nimmt die Scheibe 92 auf und ist bei dem Vorsprung 47 des Antriebsübertragungsstifts 46 lose angebracht. Zusätzlich ist bei dem Steuerungsventilelement 560 anstelle des halbkugelförmigen Abschnitts 60b (siehe 3) ein Abschnitt 560b mit großem Durchmesser ausgebildet. Die obere Anlagefläche 561 ist bei einer oberen Fläche des Abschnitts 560b mit großem Durchmesser ausgebildet, die dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 gegenüberliegt. In gleicher Art und Weise wie bei dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 ist die obere Anlagefläche 561 als eine ebene Oberfläche ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse CL2 ist. Insbesondere ist die obere Anlagefläche 561 im Wesentlichen parallel zu der unteren Anlagefläche 62. Wenn die obere Anlagefläche 561 von dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 abgehoben oder mit diesem in Anlage gebracht wird, wird die Ausströmöffnung 34b entsprechend geöffnet oder geschlossen.
Auch bei der fünften Ausführungsform können Vorteile erreicht werden, die ähnlich zu diesen der ersten Ausführungsform sind, und die Beschränkungsstruktur 90 beschränkt die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 560. Dadurch kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 zu der Ventilschließzeit (die Zeit der Anlage der oberen Anlagefläche 561 des Steuerungsventilelements an dem oberen Sitzflächenabschnitt 527) konstant gehalten werden. Somit ist es möglich, die Veränderung der Strömungsrate des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 strömenden Kraftstoffes zu beschränken, und dadurch ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Zusätzlich sind gemäß der fünften Ausführungsform der obere Sitzflächenabschnitt 527 und die obere Anlagefläche 561 im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse CL2. Mit dieser ebenen Oberflächenkontaktstruktur ist es auch dann, wenn die Position des Steuerungsventilelements 560 aufgrund einer Toleranz, die bei dem Antriebsübertragungsstift 46 und dem Steuerungsventilelement 560 zwangsläufig auftritt, ausgehend von dessen Konstruktionsposition in der radialen Richtung abweicht, möglich, das erforderliche Dichtmaß zwischen der oberen Anlagefläche 561 und dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 sicherzustellen. Daher kann die Ausströmöffnung 34b durch in Anlage Bringen der oberen Anlagefläche 561 des Steuerungsventilelements 560 mit dem oberen Sitzflächenabschnitt 527 geschlossen werden.
Entsprechend kann die Dichtleistung des Steuerungsventilelements 560, welches die Ausströmung des Kraftstoffes von der Ventilkammer 36 hin zu der Niederdruckkammer 37 (siehe 2) über den Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 blockiert, auch dann, wenn die Beschränkungsstruktur 90 durch den Vorsprung 47 und das Einpassloch 64 ausgebildet ist, welche die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 560 beschränkt, zuverlässig aufrechterhalten werden. Bei der fünften Ausführungsform dient der Niederdruckkommunikationsdurchlass 34 als ein „Ausströmdurchlass“ und die Niederdruckkammer 37 dient als eine „Niederdruckseite“. Darüber hinaus dient der obere Sitzflächenabschnitt 527 als eine „Sitzfläche“.
(Sechste Ausführungsform)
Eine in den 15 und 16 gezeigte sechste Ausführungsform entspricht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform. Bei der sechsten Ausführungsform ist eine Beschränkungsstruktur 690 vorgesehen, die einen Beschränkungsring 80 umfasst. Der Beschränkungsring 80 ist als Ganzes in einer kreisförmigen Ringform gestaltet und beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt. Der Beschränkungsring 80, das Steuerungsventilelement 660 und die Spiralfeder 70 sind in der Ventilkammer 36 aufgenommen. Der Beschränkungsring 80 ist bei der Innenumfangswandoberfläche 36c der definierenden Wand 36a auf der radial inneren Seite der Innenumfangswandoberfläche 36c der definierenden Wand 36a angebracht und bei dem zylindrischen Abschnitt 60a des Steuerungsventilelements 660 auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 60a angebracht. Der Beschränkungsring 80 trägt das Steuerungsventilelement 660 relativ zu der definierenden Wand 36a der Ventilkammer 36 gleitfähig.
Der Beschränkungsring 80 ist auf der oberen Endoberfläche des blendenbildenden Elements 23 angeordnet und zwischen dem Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 und der Bodenwandfläche 36b eingeklemmt. Der Beschränkungsring 80 wird durch die Rückstellkraft der Spiralfeder 70 gegen die Bodenwandfläche 36b vorgespannt, so dass die Position des Beschränkungsrings 80 in der Ventilkammer 36 festgelegt ist.
Der Beschränkungsring 80 umfasst einen Ringhauptkörper 81, eine Mehrzahl von Einpassflanschen 82, eine Mehrzahl von Kraftstoffkommunikationsvertiefungen 83, eine Mehrzahl von Trägerschenkeln 84, eine Gleitfläche 85 und eine Mehrzahl von Kraftstoffkommunikationsnuten 86. Der Ringhauptkörper 81 ist in einer flachen, kreisförmigen Ringform gestaltet. Ein Innendurchmesser des Ringhauptkörpers 81 stimmt im Wesentlichen mit einem Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 60a überein. Der Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 ist auf der oberen Fläche des Ringhauptkörpers 81 angeordnet.
Die Einpassflansche 82 stehen von einem Außenumfangsrand des Ringhauptkörpers 81 radial nach außen vor. Die Einpassflansche 82 sind voneinander getrennt und in der Umfangsrichtung des Ringhauptkörpers 81 nacheinander angeordnet. Ein Außendurchmesser der Einpassflansche 82 stimmt im Wesentlichen mit einem Innendurchmesser der Innenumfangswandoberfläche 36c überein. Die Einpassflansche 82 sind bei der Innenumfangswandoberfläche 36c auf der radial inneren Seite der Innenumfangswandoberfläche 36c angebracht.
Jede der Kraftstoffkommunikationsvertiefungen 83 ist zwischen zwei entsprechenden benachbarten Einpassflanschen 82, die in der Umfangsrichtung des Ringhauptkörpers 81 benachbart zueinander sind, ausgebildet. Die Kraftstoffkommunikationsvertiefungen 83 ermöglichen eine Kraftstoffströmung ausgehend von einer unteren Seite hin zu einer oberen Seite des Beschränkungsrings 80. Der von der Zuführöffnung 32b in die Ventilkammer 36 strömende Kraftstoff strömt durch die Kraftstoffkommunikationsvertiefungen 83 hin zu der Ausströmöffnung 34b.
Die Trägerschenkel 84 stehen von einer unteren Oberfläche des Ringhauptkörpers 81 axial vor. Die Trägerschenkel 84 sind voneinander getrennt und in der Umfangsrichtung des Ringhauptkörpers 81 nacheinander angeordnet. Die Trägerschenkel 84 sind auf der radial inneren Seite der Kraftstoffkommunikationsvertiefungen 83 angeordnet. Die Trägerschenkel 84 sind auf der Bodenwandfläche 36b angeordnet.
Die Gleitfläche 85 entspricht einer Innenumfangsfläche des Beschränkungsrings 80, die über den Ringhauptkörper 81 und die Trägerschenkel 84 ausgebildet ist. Die Gleitfläche 85 ist bei dem zylindrischen Abschnitt 60a auf der radial äußeren Seite des zylindrischen Abschnitts 60a angebracht, so dass die Gleitfläche 85 relativ zu dem zylindrischen Abschnitt 60a gleiten kann.
Jede der Kraftstoffkommunikationsnuten 86 ist zwischen zwei entsprechenden benachbarten der Trägerschenkel 84 ausgebildet, die in der Umfangsrichtung des Ringhauptkörpers 81 benachbart zueinander liegen. Die Kraftstoffkommunikationsnuten 86 sind auf der radial äußeren Seite des Zuführspalts 68 angeordnet, um den von dem Zuführkommunikationsdurchlass 82, der sich auf der radial inneren Seite befindet, in Richtung hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33, der sich auf der radial äußeren Seite befindet, strömenden Kraftstoff zu leiten. Eine Summe der Strömungsdurchlassquerschnittsbereiche der Kraftstoffkommunikationsnuten 86 ist ausreichend größer als der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68.
Auch im Falle der Beschränkungsstruktur 690 der sechsten Ausführungsform, bei welcher der Beschränkungsring 80 verwendet wird, können Vorteile erreicht werden, die ähnlich zu diesen der ersten Ausführungsform sind, und die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 660 werden beschränkt. Dadurch kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 konstant gehalten werden. Somit ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Zusätzlich bilden bei der sechsten Ausführungsform die Kraftstoffkommunikationsnuten 86 des Beschränkungsrings 80 einen Kraftstoffströmungspfad, der sich ausgehend von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 erstreckt. Mit anderen Worten, der Anlageendteil 73 der Spiralfeder 70 liegt zwischen dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 und dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 nicht vor. Dadurch tritt eine Veränderung eines Modus der Kraftstoffströmung ausgehend von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hin zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33, die durch eine Veränderung der Position des Endteils der Spirale der Spiralfeder 70 über die Rotation der Spiralfeder 70 hervorgerufen wird, im Wesentlichen nicht auf. Wie vorstehend erörtert ist, ist es möglich, die durch die Rotation der Spiralfeder 70 hervorgerufene Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags weiter zu beschränken, wenn der Querschnittsbereich des Kraftstoffströmungspfads durch die Ausbildung der Kraftstoffkommunikationsnuten 86 konstant gehalten wird.
Bei der sechsten Ausführungsform dient der Beschränkungsring 80 als ein „ringförmiges Element“ und die Kraftstoffkommunikationsnuten 86 dienen als „Kraftstoffströmungsteile“. Darüber hinaus dient die Beschränkungsstruktur 690 als eine „Veränderungsbeschränkungsstruktur“.
(Siebte Ausführungsform)
Eine in den 17 bis 20 gezeigte siebte Ausführungsform entspricht einer weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform. Bei der siebten Ausführungsform weicht die Mittelachse CL3 des Zuführkommunikationsdurchlasses 32 von der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660 ab. Daher dient der Zuführkommunikationsdurchlass 32, bei welchem der Flächenschwerpunkt Ac1 der Zuführöffnung 32b von dem Flächenschwerpunkt Ac2 der unteren Anlagefläche 62 abweicht, als die Beschränkungsstruktur 790 der siebten Ausführungsform.
Mit der vorstehend beschriebenen exzentrischen Struktur wird eine Differenzdruckkraft, welche durch einen Differenzdruck ΔP zwischen der Ventilkammer 36 und dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 hervorgerufen wird, von dem Kraftstoff in der Zuführöffnung 32b auf die untere Anlagefläche 62 aufgebracht. Aufgrund der Exzentrizität des Flächenschwerpunkts Ac1 der Zuführöffnung 32b relativ zu dem Flächenschwerpunkt Ac2 der unteren Anlagefläche 62 erzeugt die Differenzdruckkraft ein Moment (nachfolgend als ein „Differenzdruckmoment Mp“ bezeichnet) in einer Neigungsrichtung zum Neigen des Steuerungsventilelements 660 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46. In 20 entspricht diese Neigerichtung einer Richtung zum Neigen der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660 von dem Flächenschwerpunkt Ac1 der Zuführöffnung 32b weg (das heißt, in einer Richtung in 20 nach links). Durch die Wirkung des Differenzdruckmoments Mp wird die obere Anlagefläche 61 des Steuerungsventilelements 660 mit einer spezifischen Stelle des oberen Sitzflächenabschnitts 27 in Anlage gebracht, während das Steuerungsventilelement 660 mit der konstanten Ausrichtung geneigt gehalten wird (siehe 20). Daher kann der Zuführkommunikationsdurchlass 32, welcher die relativ zu der unteren Anlagefläche 62 exzentrisch angeordnete Zuführöffnung 32b besitzt, als die Beschränkungsstruktur 790 dienen, welche die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 660 beschränkt.
Hierbei erzeugt die Spiralfeder 70 ebenso das Moment in der Neigungsrichtung zum Neigen des Steuerungsventilelements 660 relativ zu dem Antriebsübertragungsstift 46. Insbesondere sitzt nicht jeder der Endteile 71, 73 der Spiralfeder 70 entlang des gesamten Umfangs des Endteils 71, 73 auf. Beispielsweise sind etwa drei Viertel (3/4) des gesamten Umfangs der Endoberfläche 71a des ventilseitigen Endteils 71 gegen das Steuerungsventilelement 660 gesetzt bzw. mit diesem in Anlage gebracht (siehe 19). Gleichermaßen sind etwa drei Viertel des gesamten Umfangs der Endoberfläche 73a des Anlageendteils 73 gegen die Bodenwandfläche 36b gesetzt (siehe 18). Mit der vorstehend beschriebenen Anlagestruktur wird die durch die Rückstellkraft der Spiralfeder 70 erzeugte Last Fs auf die Stelle aufgebracht, die zu der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660 exzentrisch ist, um das Moment (nachfolgend als ein Neigungsmoment Ms bezeichnet) zu erzeugen, welches das Steuerungsventilelement 660 dazu bringt, sich zu neigen.
Die Aufbringrichtung des Neigungsmoments Ms durch die Spiralfeder 70 wird zwangsläufig verändert, wenn eine Anlageposition der Endoberfläche 71a, 73a über die Rotation der Spiralfeder 70 verschoben wird. Darüber hinaus kann das Neigungsmoment Ms in einer entgegenwirkenden Richtung (einer Gegenrichtung entgegengesetzt zu der Aufbringrichtung des Differenzdruckmoments Mp) zum Entgegenwirken gegen das Differenzdruckmoment Mp aufgebracht werden. Um den Zuführkommunikationsdurchlass 32 als die Beschränkungsstruktur 790 zu betreiben, ist es daher wünschenswert, dass das Differenzdruckmoment Mp größer ist als der Maximalwert des Neigungsmoments Ms, welches angenommen erzeugt wird. Hierbei ist das Differenzdruckmoment Mp erhöht, wenn der Betrag bzw. Grad der Exzentrizität bzw. der Exzentrizitätsgrad (das heißt, der Verschiebungsbetrag) h des Flächenschwerpunkts Ac1 der Zuführöffnung 32b relativ zu dem Flächenschwerpunkt Ac2 der unteren Anlagefläche 62 erhöht ist. Daher ist der Exzentrizitätsgrad h eingestellt, um die Beziehung der nachfolgenden Gleichung zu erfüllen: $h > A = (4 / 3 / π) \times {(rs \times Fs) / (Δ P \times {di}^{\land} 2)}$
wobei:

h den Exzentrizitätsgrad des Flächenschwerpunkts Ac1 bezeichnet;
rs einen Radius (mm) der Spiralfeder 70 bezeichnet;
Fs eine Last (N) der Spiralfeder 70 bezeichnet;
ΔP einen Differenzdruck (Pa×10^-4) zwischen der Ventilkammer 36 und dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 bezeichnet; und
di einen Durchmesser (mm) der Zuführöffnung 32b bezeichnet.

Zusätzlich schließt das Steuerungsventilelement 660 die Zuführöffnung 32b durch Setzen bzw. in Anlage Bringen der unteren Anlagefläche 62 gegen bzw. mit dem unteren Sitzflächenabschnitt 28. Um das erforderliche Dichtmaß zwischen der unteren Anlagefläche 62 und der Zuführöffnung 32b sicherzustellen, soll die Zuführöffnung 32b daher in ihrer Gesamtheit in der Erstreckung der unteren Anlagefläche 62 angeordnet sein. Daher muss der Exzentrizitätsgrad h (der Abstand zwischen dem Flächenschwerpunkt Ac1 und dem Flächenschwerpunkt Ac2) kleiner sein als ein Wert, der durch Subtrahieren des Radius rp der Zuführöffnung 32b von dem Radius rv der unteren Anlagefläche 62 erhalten wird. Entsprechend ist ein wünschenswerter Bereich des Exzentrizitätsgrads h wie folgt definiert. $A < h < rv - rp$
Auch bei der Beschränkungsstruktur 790 der siebten Ausführungsform können auch mit dem Aufbau, bei welchem der Zuführkommunikationsdurchlass 32 exzentrisch angeordnet ist, Vorteile erreicht werden, die ähnlich zu diesen der ersten Ausführungsform sind. Daher kann der Strömungsdurchlassquerschnittsbereich des Zuführspalts 68 durch Beschränken der Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und der Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 660 konstant gehalten werden. Somit ist es möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
Zusätzlich kann gemäß der siebten Ausführungsform, auch wenn das Neigungsmoment Ms unter der schlechtesten Bedingung gehalten wird, das Differenzdruckmoment Mp das Neigungsmoment Ms überschreiten, um die konstante Neigung des Steuerungsventilelements 660 aufgrund der geeigneten Einstellung des Exzentrizitätsgrads h aufrecht zu erhalten. Daher kann der Effekt zum Beschränken der Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags weiter verbessert werden. Bei der siebten Ausführungsform dient die untere Anlagefläche 62 als eine „geschlossene Bodenfläche“.
(Achte Ausführungsform)
Eine in 21 gezeigte achte Ausführungsform entspricht einer Modifikation der siebten Ausführungsform. Der Flächenschwerpunkt Ac1 der Zuführöffnung 32b der achten Ausführungsform ist sowohl zu der Mittelachse CL3 des Hauptströmungsdurchlassabschnitts 32c des Zuführkommunikationsdurchlasses 32 als auch der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660 exzentrisch. Auch mit dieser Struktur, bei welcher lediglich die Zuführöffnung 32b exzentrisch angeordnet ist, können die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 660 durch die Wirkung des Differenzdruckmoments Mp beschränkt werden. Daher ist es auch bei der achten Ausführungsform möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
(Neunte Ausführungsform)
Eine in 22 gezeigte neunte Ausführungsform entspricht einer weiteren Modifikation der siebten Ausführungsform. Bei der neunten Ausführungsform ist ein Querschnittsbereich eines Verbindungsabschnitts des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, der mit der Ventilkammer 36 verbunden ist, hin zu der Ventilkammer 36 zunehmend vergrößert. Lediglich eine Seite des Verbindungsabschnitts des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, die in einer Umfangsrichtung des Verbindungsabschnitts des Zuführkommunikationsdurchlasses 32 benachbart zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 liegt, ist zunehmend vergrößert. Mit anderen Worten, lediglich eine radiale Seite des Verbindungsabschnitts des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, die bei dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 angeordnet ist, ist von der Mittelachse CL3 zunehmend beabstandet, während eine entgegengesetzte radiale Seite des Verbindungsabschnitts des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, die radial entgegengesetzt zu dem Steuerungskommunikationsdurchlass 33 liegt, sich parallel zu der Mittelachse CL3 linear erstreckt. Mit diesem Aufbau ist der Flächenschwerpunkt Ac1 der Zuführöffnung 32b sowohl zu der Mittelachse CL3 des Hauptströmungsdurchlassabschnitts 32c als auch der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660 exzentrisch. Daher dient der Zuführkommunikationsdurchlass 32 als die Veränderungsbeschränkungsstruktur, so dass die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 660 durch die Wirkung des Differenzdruckmoments Mp beschränkt werden können. Somit ist es auch bei der neunten Ausführungsform möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
(Zehnte Ausführungsform)
Eine in den 23 und 24 gezeigte zehnte Ausführungsform entspricht einer weiteren Modifikation der siebten Ausführungsform. Der Zuführkommunikationsdurchlass 32 der zehnten Ausführungsform verzweigt sich in einen Hauptströmungsdurchlassabschnitt 32c und einen Verzweigungsströmungsdurchlassabschnitt 32d bei dem Verbindungsabschnitt des Zuführkommunikationsdurchlasses 32, welcher mit der Ventilkammer 36 verbunden ist. Eine erste Öffnung 132c des Hauptströmungsdurchlassabschnitts 32c und eine zweite Öffnung 132d des Verzweigungsströmungsdurchlassabschnitts 32d sind als die Zuführöffnung 32b bei dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 ausgebildet. Mit diesem Aufbau ist der Flächenschwerpunkt Ac1 der Zuführöffnung 32b, welche die erste Öffnung 132c und die zweite Öffnung 132d umfasst, exzentrisch zu der Mittelachse CL3 des Zuführkommunikationsdurchlasses 32 und der Mittelachse CL2 des Steuerungsventilelements 660. Daher dient der Zuführkommunikationsdurchlass 32 als die Veränderungsbeschränkungsstruktur, so dass die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 660 durch die Wirkung des Differenzdruckmoments Mp beschränkt werden können. Somit ist es auch bei der zehnten Ausführungsform möglich, die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags zu beschränken.
(Elfte Ausführungsform)
Bei einer in den 25 bis 27 gezeigten elften Ausführungsform ist eine Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur vorgesehen, welche einen Abgabekoeffizienten des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 in die Steuerungskammer 135 abgegebenen Kraftstoffes auch in dem Fall im Wesentlichen konstant aufrecht erhält, in welchem die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 660 auftreten. Bei der elften Ausführungsform sind zwei Steuerungskommunikationsdurchlässe 33, 133 als die Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur bei dem blendenbildenden Element 123 des Ventilkörpers 120 ausgebildet.
Die Steuerungskommunikationsdurchlässe 33, 133 sehen zwischen der Ventilkammer 136 und der Steuerungskammer 135, die relativ zueinander separat ausgebildet sind, eine Verbindung vor. Der gesamte Steuerungskommunikationsdurchlass 33 ist von dem gesamten Steuerungskommunikationsdurchlass 133 getrennt. Eine Kommunikationsöffnung 33a, die einem Ende des Steuerungskommunikationsdurchlasses 33 entspricht, und eine Kommunikationsöffnung 133a, die einem Ende des Steuerungskommunikationsdurchlasses 133 entspricht, sind beide zu der Ventilkammer 136 geöffnet.
Die Kommunikationsöffnung 33a und die Kommunikationsöffnung 133a sind zu bzw. bei der Bodenwandfläche 36b der Ventilkammer 136 geöffnet, bei welcher die Zuführöffnung 32b geöffnet ist. Bei der Bodenwandfläche 36b sind die Kommunikationsöffnung 33a und die Kommunikationsöffnung 133a entsprechend auf zwei entgegengesetzten Seiten der Zuführöffnung 32b angeordnet, und ein Querschnitt jeder Öffnung aus der Kommunikationsöffnung 33a und der Kommunikationsöffnung 133a weist eine Kreisform auf (siehe 26). Ein Querschnittsbereich der Kommunikationsöffnung 33a und ein Querschnittsbereich der Kommunikationsöffnung 133a sind im Wesentlichen gleich zueinander. Darüber hinaus ist ein Abstand ausgehend von einer Mitte der Kommunikationsöffnung 33a hin zu einer Mitte der Zuführöffnung 32b im Wesentlichen gleich einem Abstand ausgehend von einer Mitte der Kommunikationsöffnung 133a hin zu der Mitte der Zuführöffnung 32b. Der untere Sitzflächenabschnitt 28 ist um jede der Kommunikationsöffnungen 33a, 133a ausgebildet. Jede der Kommunikationsöffnungen 33a, 133a wird durch das Steuerungsventilelement 660 verschlossen, wenn das Steuerungsventilelement 660 mit dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in Anlage gebracht wird. Daher ist in dem Anlagezustand, in welchem das Steuerungsventilelement 660 mit dem unteren Sitzflächenabschnitt 28 in Anlage gebracht ist, die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 136 und der Steuerungskammer 135 über die jeweiligen Steuerungskommunikationsdurchlässe 33, 133 blockiert.
Bei der elften Ausführungsform sind die Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen 33a, 133a bei der Bodenwandfläche 36b ausgebildet. Daher ist die Strömungsrate des von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 133a strömenden Kraftstoffes in dem Fall, in welchem die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 660 auftreten, die in einer Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 33a resultieren würden, erhöht. Im Gegensatz dazu ist die Strömungsrate des von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 33a strömenden Kraftstoffes in dem Fall, in welchem die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 660 auftreten, die in einer Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 133a resultieren würden, erhöht. Wie vorstehend erörtert ist, sind die Zunahme/Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 33a und die Zunahme/Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 133a zueinander ausgeglichen. Daher können die beiden Steuerungskommunikationsdurchlässe 33, 133, die als die Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur ausgebildet sind, die Veränderung des Abgabekoeffizienten des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 zu der Steuerungskammer 135 strömenden Kraftstoffes beschränken. Dadurch werden die Veränderung der Strömungsrate des in die Steuerungskammer 135 strömenden Kraftstoffes und die Variationen der Druckwiederherstellung der Düsengegendruckkammer reduziert oder beschränkt, so dass die Veränderung des Einspritzbetrags des von den Einspritzlöchern 38 (siehe 2) eingespritzten Kraftstoffes beschränkt werden kann.
Bei der elften Ausführungsform dient die Steuerungskammer 135 als eine „zweite Kraftstoffkammer“ und die Ventilkammer 136 dient als eine „erste Kraftstoffkammer“. Darüber hinaus dient die Bodenwandfläche 36b als eine „Wandoberfläche“ und Steuerungskommunikationsdurchlässe 33, 133 dienen als ein „Kommunikationsdurchlass“.
(Zwölfte Ausführungsform)
Eine in den 28 bis 30 gezeigte zwölfte Ausführungsform entspricht einer Modifikation der elften Ausführungsform. Bei der zwölften Ausführungsform ist ein Steuerungskommunikationsdurchlass 233, der als eine Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur dient, bei dem blendenbildenden Element 123 ausgebildet. Der Steuerungskommunikationsdurchlass 233 ist im Inneren des blendenbildenden Elements 123 auf zwei Kommunikationsverzweigungsdurchlässe 233a, 233b verzweigt. Bei dem Steuerungskommunikationsdurchlass 233 sind Kommunikationsöffnungen 33a, 133a bei den einen Enden der Kommunikationsverzweigungsdurchlässe 233a, 233b bei der Bodenwandfläche 36b geöffnet. Eine Gestalt und eine Position jeder Kommunikationsöffnung 33a, 133a, die zu der Ventilkammer 136 geöffnet ist, sind im Wesentlichen identisch zu diesen der elften Ausführungsform, und dadurch sind die Kommunikationsöffnungen 33a, 133a entsprechend auf den beiden entgegengesetzten Seiten der Zuführöffnung 32b angeordnet (siehe 29). Kraftstoffströmungen, die entsprechend von den Kommunikationsöffnungen 33a, 133a in das Innere der Kommunikationsverzweigungsdurchlässe 233a, 233b strömen, werden innerhalb des Steuerungskommunikationsdurchlasses 233 zusammengeführt und die zusammengeführte Kraftstoffströmung wird zu der Steuerungskammer 135 geführt.
Bei der vorstehend erörterten zwölften Ausführungsform sind, wie bei der elften Ausführungsform, die Zunahme/Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 33a und die Zunahme/Abnahme der Strömungsrate des Kraftstoffes von der Zuführöffnung 32b zu der Kommunikationsöffnung 133a zueinander ausgeglichen, auch wenn die Achsenabweichung und die Neigung des Steuerungsventilelements 660 auftreten. Daher kann der Steuerungskommunikationsdurchlass 233, welcher als die Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur ausgebildet ist, die Veränderung des Abgabekoeffizienten des von dem Zuführkommunikationsdurchlass 32 zu der Steuerungskammer 135 strömenden Kraftstoffes beschränken. Somit wird die Veränderung des von den Einspritzlöchern 38 (siehe 2) eingespritzten Kraftstoffbetrags beschränkt. Bei der zwölften Ausführungsform dient der Steuerungskommunikationsdurchlass 233 als ein „Kommunikationsdurchlass“.
(Weitere Ausführungsformen)
Obwohl die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurden, soll die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt sein. Weitere Ausführungsformen sowie Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen und der anderen Ausführungsformen können implementiert sein, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bei der Beschränkungsstruktur 90 beispielsweise der ersten Ausführungsform ist die Montagestruktur vorgesehen, welche den bei dem Antriebsübertragungsstift 46 ausgebildeten Vorsprung 47 und das bei dem Steuerungsventilelement 60 ausgebildete Einpassloch 64 umfasst. Alternativ kann der Vorsprung bei dem Steuerungsventilelement ausgebildet sein und dass Einpassloch kann bei dem Antriebsübertragungsstift ausgebildet sein, solange der Antriebsübertragungsstift und das Steuerungsventilelement aneinander fixiert werden können. Auch mit diesem Aufbau können die Veränderung des Achsenabweichungsbetrags und die Veränderung des Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements 60 über das Anbringen des Vorsprungs in dem Einpassloch beschränkt werden. Darüber hinaus kann die Scheibe, falls gewünscht, weggelassen werden.
Beispielsweise ist bei der zweiten Ausführungsform der ringförmige Strukturabschnitt 229 integral mit dem blendenbildenden Element 23 ausgebildet. Alternativ kann der ringförmige Strukturabschnitt integral mit dem Ventilkörperelement ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die ringförmige Nut bei dem blendenbildenden Element ausgebildet sein und die Teilringwand kann bei dem Ventilkörperelement ausgebildet sein. Außerdem soll die Feder, welche das Steuerungsventilelement vorspannt, nicht notwendigerweise auf die Spiralfeder beschränkt sein, welche die zylindrische, rohrförmige Form aufweist. Beispielsweise kann anstelle der Spiralfeder ein anderer Typ eines elastischen Elements, wie ein Schlitzring oder eine Membran, verwendet werden.
Beispielsweise ist bei der elften Ausführungsform und der zwölften Ausführungsform die Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur anstelle der Beschränkungsstruktur vorgesehen. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Modifikation von einer der ersten bis zehnten Ausführungsformen die Strömungsratenaufrechterhaltungsstruktur zusätzlich zu der Beschränkungsstruktur umfassen. Darüber hinaus können bei der Bodenwandfläche drei oder mehr Kommunikationsöffnungen ausgebildet sein.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen sind die Steuerungskammer 35 und die Ventilkammer 36 über den Steuerungskommunikationsdurchlass 33 miteinander verbunden, um die „Kraftstoffkammer“ auszubilden. Alternativ kann eine Kraftstoffkammer, die integral ausgebildet ist, in dem Ventilkörper definiert sein. Darüber hinaus kann bei der Struktur, bei welcher die Steuerungskammer und die Ventilkammer separat ausgebildet sein, ein Abschnitt des Steuerungskommunikationsdurchlasses in einem Element, wie einer beweglichen Platte, ausgebildet sein, das in der Steuerungskammer aufgenommen ist. Darüber hinaus wird bei den vorstehenden Ausführungsformen die Antriebsvorrichtung verwendet, welche das Piezostellglied umfasst. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung eine Struktur aufweisen, die beispielsweise ein magnetoelektrisches Stellglied (oder ein elektromagnetisches Stellglied) umfasst.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen wird die Beschränkungsstruktur der vorliegenden Offenbarung bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewendet, die das Leichtöl als den Kraftstoff einspritzt. Alternativ kann die Beschränkungsstruktur der vorliegenden Offenbarung bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewendet werden, die einen anderen Kraftstofftyp, wie verflüssigten Gaskraftstoff (beispielsweise Dimethylether) einspritzt, der sich von dem Leichtöl unterscheidet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009215892 A [0002, 0003, 0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese Kraftstoff von einem Einspritzloch (38) einspritzt, aufweisend: ein strömungsdurchlassbildendes Element (20), welches umfasst: eine Kraftstoffkammer (35, 36), welche derart konfiguriert ist, dass diese mit Kraftstoff gefüllt sein soll; und einen Zuführströmungsdurchlass (32), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoff zu der Kraftstoffkammer (35, 36) führt; ein Einspritzlochventilelement (50), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Einspritzloch (38) im Ansprechen auf eine Veränderung eines Drucks in der Kraftstoffkammer (35, 36) öffnet oder schließt; ein Steuerungsventilelement (60, 260, 360, 560, 660), welches in der Kraftstoffkammer (35, 36) aufgenommen und derart konfiguriert ist, dass dieses eine Zuführöffnung (32b) des Zuführströmungsdurchlasses (32), die zu der Kraftstoffkammer (35, 36) geöffnet ist, öffnet oder schließt; ein Übertragungselement (44), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Steuerungsventilelement (60, 260, 360, 560, 660) durch Übertragen einer Antriebskraft auf das Steuerungsventilelement (60, 260, 360, 560, 660) verschiebt; und eine Veränderungsbeschränkungsstruktur (90, 290, 390, 490, 690, 790), welche eine Veränderung eines Achsenabweichungsbetrags und eine Veränderung eines Neigungsbetrags des Steuerungsventilelements (60, 260, 360, 560, 660) relativ zu dem Übertragungselement (44) beschränkt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: ein Element aus dem Steuerungsventilelement (60, 260, 560) und dem Übertragungselement (44) einen Vorsprung (47) umfasst; das andere Element aus dem Steuerungsventilelement (60, 260, 560) und dem Übertragungselement (44) ein vertieftes Loch (64) umfasst, das den Vorsprung (47) aufnimmt, um das Steuerungsventilelement (60, 260, 560) und das Übertragungselement (44) relativ zueinander zu fixieren; und die Veränderungsbeschränkungsstruktur (90, 290) den Vorsprung (47) und das vertiefte Loch (64) umfasst.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Ventilfeder (70, 470), welche in einer zylindrischen Form gestaltet und derart konfiguriert ist, dass diese das Steuerungsventilelement (260, 360) in Richtung hin zu dem Übertragungselement (44) vorspannt, wobei: das strömungsdurchlassbildende Element (20) einen ringförmigen Strukturabschnitt (229, 329, 429) umfasst, welcher eine Position der Ventilfeder (70, 470) beschränkt; und die Veränderungsbeschränkungsstruktur (290, 390, 490) die Ventilfeder (70, 470) und den ringförmigen Strukturabschnitt (229, 329, 429) umfasst.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Steuerungsventilelement (260, 360) einen konischen Ventilelementabschnitt (265) umfasst, der mit einem axialen Endteil (71) der Ventilfeder (70, 470) von einer Innenseite des einen axialen Endteils (71) der Ventilfeder (70, 470) in Kontakt steht, und wobei eine Außenumfangsfläche des konischen Ventilelementabschnitts (265) kegelförmig ist, so dass ein Außendurchmesser der Außenumfangsfläche des konischen Ventilelementabschnitts (265) in Richtung hin zu einem anderen axialen Endteil (73) der Ventilfeder (70, 470) zunehmend verringert ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der ringförmige Strukturabschnitt (229, 329, 429) eine ringförmige Nut (329a) und/oder eine Teilringwand (229a), welche an der Ventilfeder (70, 470) angebracht ist, umfasst.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei zumindest einer der zwei axial entgegengesetzten Endteilen (71, 73) der Ventilfeder (470) einen konischen Federteil (72, 74) umfasst, und wobei eine Innenumfangsfläche des konischen Federteils (72, 74) kegelförmig ist, so dass ein Innendurchmesser der Innenumfangsfläche des konischen Federteils (72, 74) in Richtung hin zu einer axialen Mitte der Ventilfeder (470) zunehmend verringert ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei: das strömungsdurchlassbildende Element (20) umfasst: einen Ausströmdurchlass (34), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser eine Ausströmung des Kraftstoffes von der Kraftstoffkammer (35, 36) durch den Ausströmdurchlass (34) hin zu einer Niederdruckseite (37) ermöglicht; und eine Sitzfläche (527), welche eine Ausströmöffnung (34b) des Ausströmdurchlasses (34), die zu der Kraftstoffkammer (35, 36) geöffnet ist, umgibt; das Steuerungsventilelement (560) eine obere Anlagefläche (561) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Ausströmöffnung (34b) des Ausströmdurchlasses (34) schließt, wenn die obere Anlagefläche (561) des Steuerungsventilelements (560) mit der Sitzfläche (527) in Anlage gebracht ist; und die Sitzfläche (527) und die obere Anlagefläche (561) entsprechend als eine ebene Oberfläche ausgebildet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Verschiebungsachse des Steuerungsventilelements (560) liegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Veränderungsbeschränkungsstruktur (690) ein ringförmiges Element (80) umfasst, welches auf einer Außenseite des Steuerungsventilelements (660) angebracht ist und das Steuerungsventilelement (660) relativ zu einer definierenden Wand (36a) der Kraftstoffkammer (35, 36) gleitfähig trägt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das ringförmige Element (80) einen Kraftstoffströmungsteil (86) umfasst, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoff von dem Zuführströmungsdurchlass (32) hin zu der Kraftstoffkammer (35, 36) leitet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Steuerungsventilelement (660) eine geschlossene Bodenfläche (62) umfasst, welche derart konfiguriert ist, dass diese die Zuführöffnung (32b) verschließt; und der Zuführströmungsdurchlass (32) als die Veränderungsbeschränkungsstruktur (790) dient, während die Zuführöffnung (32b) des Zuführströmungsdurchlasses (32) einen Flächenschwerpunkt (Ac1) besitzt, der exzentrisch zu einem Flächenschwerpunkt (Ac2) der geschlossenen Bodenfläche (62) ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Ventilfeder (70), welche derart konfiguriert ist, dass diese das Steuerungsventilelement (660) in Richtung hin zu dem Übertragungselement (44) vorspannt, und derart konfiguriert ist, dass diese ein Neigungsmoment (Ms) erzeugt, welches das Steuerungsventilelement (660) dazu bringt, sich über das Aufbringen einer Rückstellkraft der Ventilfeder (70) zu neigen, wobei: ein Differenzdruck zwischen der Kraftstoffkammer (35, 36) und dem Zuführströmungsdurchlass (32) ein Differenzdruckmoment (Mp) gegen das Steuerungsventilelement (660) in einer entgegengesetzten Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung des Neigungsmoments (Ms) aufbringt; und ein Exzentrizitätsgrad des Flächenschwerpunkts (Ac1) der Zuführöffnung (32b) relativ zu dem Flächenschwerpunkt (Ac2) der geschlossenen Bodenfläche (62) derart eingestellt ist, dass das Differenzdruckmoment (Mp) größer ist als ein Maximalwert des Neigungsmoments (Ms), welches angenommen erzeugt wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Ventilfeder (70), welche in einer zylindrischen Form gestaltet ist, während die Ventilfeder (70) derart konfiguriert ist, dass diese das Steuerungsventilelement (660) in Richtung hin zu dem Übertragungselement (44) vorspannt, und derart konfiguriert ist, dass diese ein Neigungsmoment (Ms) erzeugt, welches das Steuerungsventilelement (660) dazu bringt, sich über das Aufbringen einer Rückstellkraft der Ventilfeder (70) zu neigen, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung die nachfolgende Beziehung erfüllt: $h > (4 / 3 / π) \times {(rs \times Fs) / (Δ P \times {di}^{\land} 2)}$
wobei: rs einen Radius der Ventilfeder (70) bezeichnet; Fs eine Last der Ventilfeder (70) bezeichnet; ΔP einen Differenzdruck zwischen der Kraftstoffkammer (35, 36) und dem Zuführströmungsdurchlass (32) bezeichnet; di einen Durchmesser der Zuführöffnung (32b) bezeichnet; und h einen Exzentrizitätsgrad des Flächenschwerpunkts (Ac1) der Zuführöffnung (32b) relativ zu dem Flächenschwerpunkt (Ac2) der geschlossenen Bodenfläche (62) bezeichnet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche derart konfiguriert ist, dass diese Kraftstoff von einem Einspritzloch (38) einspritzt, aufweisend: ein strömungsdurchlassbildendes Element (120), welches umfasst: eine erste Kraftstoffkammer (136), welche derart konfiguriert ist, dass diese mit Kraftstoff gefüllt sein soll; eine zweite Kraftstoffkammer (135), welche über einen Kommunikationsdurchlass (33, 133) mit der ersten Kraftstoffkammer (136) in Verbindung steht; und einen Zuführströmungsdurchlass (32), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser den Kraftstoff zu der ersten Kraftstoffkammer (136) führt; ein Einspritzlochventilelement (50), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Einspritzloch (38) im Ansprechen auf eine Veränderung eines Drucks in der zweiten Kraftstoffkammer (135) öffnet oder schließt; und ein Steuerungsventilelement (660), welches in der ersten Kraftstoffkammer (136) aufgenommen und derart konfiguriert ist, dass dieses eine Zuführöffnung (32b) des Zuführströmungsdurchlasses (32), die zu der ersten Kraftstoffkammer (136) geöffnet ist, öffnet oder schließt, wobei: eine Mehrzahl von Kommunikationsöffnungen (33a, 133a) des Kommunikationsdurchlasses (33, 133) bei einer Wandoberfläche (36b) der ersten Kraftstoffkammer (136), bei welcher die Zuführöffnung (32b) geöffnet ist, ausgebildet sind.