DE102020127157A1

DE102020127157A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102020127157A1
Application number: DE102020127157.3A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Sagawa; Yoshinori Okuno
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-05-20
Also published as: JP7416310B2; JP2021080844A; JP2023090855A

Abstract

Eine Nadel (50) ist in einer axialen Richtung in einem Inneren einer Düsenkammer versetzbar. Ein Zylinder (70) ist in einem oberen Abschnitt der Düsenkammer eingebaut und hat ein Gleitloch (78). Das Gleitloch (78) hat eine vorbestimmte axiale Länge (Lc), und das Gleitloch (78) ermöglicht einem gleitfähigen Schaftabschnitt (52) der Nadel (50), entlang des Gleitlochs (78) zu gleiten. Eine Steuerplatte (60) ist in einem plattenaufnehmenden Abschnitt (710) des Zylinders (70) aufgenommen und ist in der axialen Richtung versetzbar. Die Steuerplatte (60) hat ein Verbindungsloch (64), das sich in der axialen Richtung durch die Steuerplatte (60) erstreckt. Die Steuerplatte (60) bildet zwischen einer oberen Endoberfläche (51) der Nadel (50) und der Steuerplatte (60) eine Steuerkammer (35), während die Steuerkammer (35) konfiguriert ist, um mit dem Kraftstoff befüllbar zu sein. Der Zylinder (70) hat einen Steuerkammerablassabschnitt (77), der sich benachbart zu einem oberen Ende des Gleitlochs (78) befindet und einen Innendurchmesser (H) hat, der größer als ein Innendurchmesser (d) des Gleitlochs (78) ist. Die Nadel (50) ist konfiguriert, um durch eine Druckänderung in der Steuerkammer (35) versetzt zu werden, und bei einem ganzen Versetzungsvorgang der Nadel (50) liegt ein Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts (52) entlang einer ganzen Ausdehnung der axialen Länge (Lc) des Gleitlochs (78) dem Gleitloch (78) gegenüber.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
HINTERGRUND
Es ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, die konfiguriert ist, um durch eine Bewegung einer Nadel ein Einspritzloch zu öffnen, um einen Hochdruckkraftstoff in eine Verbrennungskammer einer Verbrennungsmaschine einzuspritzen. Bei dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird die Nadel durch eine Druckveränderung in einer Steuerkammer, die zwischen einer oberen Endoberfläche der Nadel und einer Steuerplatte gebildet ist, in einer axialen Richtung versetzt.
In 1 der DE102012010614A1 ist beispielsweise eine Steuerplatte (22) in einem oberen Abschnitt eines Zylinders (11) eingebaut. Eine Nadel (3) wird entlang einer Innenwand des Zylinders (11), der in einer zylindrischen röhrenförmigen Form geformt ist, verschoben.
Bei der in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung der DE102012010614A1 erhöht sich eine Gleitlänge der Nadel relativ zu der Innenwand des Zylinders, sowie die Nadel aufwärtsbewegt wird, da ein Innendurchmesser des Zylinders konstant ist. Abhängig von der Position der Nadel ändern sich somit ein Gleitwiderstand zwischen der Nadel und der Innenwand des Zylinders und eine Austrittsmenge eines Kraftstoffs durch einen Gleitspalt zwischen der Nadel und einer Innenwand des Zylinders, und dadurch ändert sich die Kraftstoffeinspritzmenge der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die eine große Kraftstoffeinspritzmenge haben muss, wird daher nachteilhaft verschlechtert.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung wird angesichts des vorhergehenden Punktes gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die einen Gleitwiderstand zwischen einer Nadel und einem Zylinder bei einem Versetzungsvorgang der Nadel stabilisieren kann und dadurch die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit verbessern kann.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung weist einen Düsenkörper, eine Nadel, einen Zylinder, eine Steuerplatte, eine Strömungskanalplatte und ein Entladesteuerventil auf.
Der Düsenkörper ist in einer röhrenförmigen Form geformt und hat eine Düsenkammer, die in einem Inneren des Düsenkörpers gebildet ist, und ein Einspritzloch, das in einem unteren Endteil der Düsenkammer gebildet ist und konfiguriert ist, um Kraftstoff einzuspritzen.
Die Nadel ist konfiguriert, um in einer axialen Richtung in einem Inneren der Düsenkammer versetzt zu werden, derart, dass die Nadel das Einspritzloch zu einer Zeit eines Ausführens einer Abwärtsbewegung der Nadel hin zu dem Einspritzloch schließt und das Einspritzloch zu einer Zeit eines Ausführens einer Aufwärtsbewegung der Nadel weg von dem Einspritzloch öffnet. Die Nadel hat an einem oberen Endabschnitt der Nadel einen gleitfähigen Schaftabschnitt.
Der Zylinder ist an einen oberen Abschnitt der Düsenkammer gebaut und hat ein Gleitloch. Das Gleitloch hat eine axiale Länge, die vorbestimmt ist, und das Gleitloch ermöglicht dem gleitfähigen Schaftabschnitt der Nadel entlang des Gleitlochs zu gleiten.
Die Steuerplatte ist in einem plattenaufnehmenden Abschnitt des Zylinders aufgenommen und konfiguriert, um in der axialen Richtung in dem plattenaufnehmenden Abschnitt versetzt zu werden. Die Steuerplatte hat ein Verbindungsloch, das sich in der axialen Richtung durch die Steuerplatte erstreckt, und die Steuerplatte bildet zwischen einer oberen Endoberfläche der Nadel und der Steuerplatte eine Steuerkammer, während die Steuerkammer konfiguriert ist, um mit dem Kraftstoff befüllbar zu sein.
Die Strömungskanalplatte befindet sich auf einer oberen Seite des Düsenkörpers. Die Strömungskanalplatte hat einen Einströmkanal, der konfiguriert ist, um den Kraftstoff in die Steuerkammer zu führen, und einen Ausströmkanal, der konfiguriert ist, um einen überschüssigen Kraftstoff aus der Steuerkammer in eine Niederdruckkammer zu entladen. Das Entladesteuerventil ist konfiguriert, um einen Kraftstoffentladeweg zu der Niederdruckkammer zu öffnen und zu schließen.
Zu einer Ventilöffnungszeit des Entladesteuerventils stößt die Steuerplatte gegen eine Öffnungswand, die an einer unteren Endoberfläche der Strömungskanalplatte gebildet ist, und schließt dadurch eine Einströmöffnung des Einströmkanals. Zu einer Ventilschließzeit des Entladesteuerventils wird die Steuerplatte von der Öffnungswand wegbewegt, und dadurch wird die Einströmöffnung des Einströmkanals geöffnet, um den Kraftstoff von dem Einströmkanal in die Steuerkammer zu führen.
Der Zylinder hat einen Steuerkammerablassabschnitt, der sich benachbart zu einem oberen Ende des Gleitlochs befindet, während der Steuerkammerablassabschnitt einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser des Gleitlochs ist. Die Nadel ist konfiguriert, um durch eine Druckänderung in der Steuerkammer versetzt zu werden, und bei einem ganzen Versetzungsvorgang der Nadel liegt ein Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts entlang einer ganzen Ausdehnung der axialen Länge des Gleitlochs dem Gleitloch gegenüber.
Bei der vorliegenden Offenbarung ist eine Gleitlänge des gleitfähigen Schaftabschnitt der Nadel relativ zu dem Gleitloch des Zylinders durch den ganzen Versetzungsvorgang der Nadel hindurch konstant. Der Gleitwiderstand und die Kraftstoffaustrittsmenge werden daher stabilisiert, und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzmenge stabilisiert. Die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die die große Kraftstoffeinspritzmenge haben muss, kann somit verbessert werden.
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann der Innendurchmesser des Steuerkammerablassabschnitts des Zylinders eingestellt sein, derart, dass ein peripherer Außenrand der oberen Endoberfläche der Nadel eine Innenwand des Steuerkammerablassabschnitts an einer oberen Hubgrenze der Nadel ungeachtet eines Neigungswinkel einer Mittelachse der Nadel relativ zu einer Mittelachse des Zylinders nicht berührt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Gleitwiderstand zu reduzieren, der durch eine lokale Berührung der Nadel mit dem Zylinder verursacht wird.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich darstellenden Zwecken von ausgewählten Ausführungsformen und nicht von allen möglichen Implementierungen und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.

1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration eines Kraftstoffversorgungssystems zeigt, auf das die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen angewendet sind.
2 ist eine Querschnittsansicht einer der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer ersten Ausführungsform.
3 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die eine Strömungskanalplatte und einen Düsenkörper von 2 zeigt.
4 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zylinder von 3 zeigt.
5 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Mittelachse einer Nadel mit einem maximalen Ausmaß relativ zu einer Mittelachse eines Zylinders aus einem Zustand, der in 4 gezeigt ist, geneigt ist.
6A ist ein Diagramm, das eine Gleitlänge der Nadel zu der Ventilschließzeit und eine Gleitlänge der Nadel zu der Ventilöffnungszeit gemäß der ersten Ausführungsform angibt.
6B ist ein Diagramm, das eine Gleitlänge der Nadel zu der Ventilschließzeit und eine Gleitlänge der Nadel zu der Ventilöffnungszeit gemäß einem Vergleichsbeispiel angibt.
7A ist ein Diagramm, das eine lokale Berührung der Nadel mit dem Zylinder zu der Ventilöffnungszeit der Nadel bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der ersten Ausführungsform angibt.
7B ist ein Diagramm, das eine lokale Berührung der Nadel mit dem Zylinder zu der Ventilöffnungszeit der Nadel bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Vergleichsbeispiels angibt.
8 ist ein Diagramm, das seine Beziehung zwischen einer Ablasstiefe und einem Gleitwiderstand (einer Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge) angibt.
9 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zylinder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt
10 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zylinder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zylinder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
12 ist eine teilvergrößerte Querschnittsansicht, die einen Zylinder einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen werden im Wesentlichen gleiche Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden. In der folgenden Erörterung kann auf die ersten bis vierten Ausführungsformen einzeln oder gemeinsam als die vorliegende Ausführungsform Bezug genommen werden. Bei einem Kraftstoffversorgungssystem von beispielsweise einer Dieselmaschine (ein Beispiel einer Verbrennungsmaschine) spritzt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen Hochdruckkraftstoff, der in einem gemeinsamen Verteilerrohr (engl.: common rail) gespeichert ist, in eine Verbrennungskammer der Maschine ein.
[KRAFTSTOFFVERSORGUNGSSYSTEM]
Eine Gesamtstruktur des Kraftstoffversorgungssystems 90 wird unter Bezugnahme auf 1 zuerst beschrieben werden. Das Kraftstoffversorgungssystem 90 weist einen Kraftstofftank 91, eine Speisepumpe 92, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 93, ein gemeinsames Verteilerrohr 96 und eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10, die durch Rohre verbunden sind, auf. Die Speisepumpe 92 pumpt Kraftstoff des Kraftstofftanks 91 durch ein Niederdruckkraftstoffrohr 911 zu der Hochdruckkraftstoffpumpe 93.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe 93 ist durch ein stromaufwärtsseitiges Hochdruckkraftstoffrohr 95 des Verteilerrohrs mit dem gemeinsamen Verteilerrohr 96 verbunden. Das gemeinsame Verteilerrohr 96 ist durch eine Mehrzahl von stromabwärtsseitigen Hochdruckkraftstoffrohren 97 des Verteilerrohrs mit den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 verbunden. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 93 setzt den Niederdruckkraftstoffrohr, der aus dem Kraftstofftank 91 gesaugt wird, unter Druck und versorgt das gemeinsame Verteilerrohr 96 mit dem unter Druck gesetzten Hochdruckkraftstoff. Ein kraftstoffdosierendes Ventil 94 passt eine Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Hochdruckkraftstoffpumpe 93 zu saugen ist, gemäß einem Befehl, der von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 99 ausgegeben wird, an. Eine Angabe und Beschreibung von anderen Signalleitungen, durch die Signale in die ECU 99 eingegeben oder aus dieser ausgegeben werden, sind einer Einfachheit wegen weggelassen.
Der Hochdruckkraftstoff, mit dem von dem gemeinsamen Verteilerrohr 96 versorgt wird, wird zu der Mehrzahl (vier bei dem Beispiel von 1) von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 verteilt. Ein überschüssiger Kraftstoff der Hochdruckkraftstoffpumpe 93, des gemeinsamen Verteilerrohrs 96 oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10 wird durch ein entsprechendes von Rückführungsrohren 981, 982, 983 zu dem Kraftstofftank 91 zurückgeführt.
[KRAFTSTOFFEINSPRITZVORRICHTUNG]
(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 bis 8 beschrieben werden. 2 und 3 zeigen eine Gesamtstruktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10. Die Struktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 ist im Wesentlichen gleich einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der JP2019-19693A (die der US2019/0017478A1 und der DE102018113446A entspricht) abgesehen von einer Konfiguration des Zylinders 70. Auf dieses Dokument wird im Folgenden als ein Bezugsdokument Bezug genommen werden.
Namen von einigen Komponenten des Bezugsdokuments werden auf andere Namen bei der vorliegenden Offenbarung geändert. Auf das kanalbildende Bauteil 22 und das Düsenkörperbauteil 23 des Bezugsdokuments wird als eine Strömungskanalplatte 22 bzw. ein Düsenkörper 23 Bezug genommen werden. Auf die bewegliche Platte 60 des Bezugsdokuments wird ferner bei der vorliegenden Offenbarung als eine Steuerplatte 60 Bezug genommen werden.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, weist jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 einen Ventilkörper 20, eine Nadel 50, ein Entladesteuerventil 40 und die Steuerplatte 60 auf. Der Ventilkörper 20 ist aus einer Mehrzahl von Metallbauteilen, wie zum Beispiel einem Injektorkörper 21, der Strömungskanalplatte 22, dem Düsenkörper 23, einer festhaltenden Mutter 24 und einem Zylinder 70, die zusammengebaut sind, gebildet. Der Düsenkörper 23, die festhaltende Mutter 24 und der Zylinder 70 sind jeweils koaxial zueinander und sind jeweils in einer röhrenförmigen Form konfiguriert. Der Düsenkörper 23 hat eine Düsenkammer 38 und eine Mehrzahl von Einspritzlöchern 39. Die Düsenkammer 38 ist in einem Inneren des Düsenkörpers 23 gebildet, und die Einspritzlöcher 39 sind in einem unteren Endteil der Düsenkammer 38 gebildet und konfiguriert, um Kraftstoff einzuspritzen.
Auf eine obere Seite von 2 und 3 kann im Folgenden als eine Oberseite (oder obere Seite) Bezug genommen werden, und auf eine untere Seite von 2 und 3 kann als eine Unterseite (oder untere Seite) Bezug genommen werden. Auf eine Oben-nachunten-Richtung von 2 und 3 wird ferner als eine axiale Richtung Bezug genommen werden. Der Hochdruckkraftstoff, mit dem von dem gemeinsamen Verteilerrohr 96 versorgt wird, strömt von einem Kraftstoffeinlass 311, der sich an einem oberen Ende des Injektorkörpers 21 befindet, in einen Hochdruckkraftstoffkanal 31. Ein Anteil des Hochdruckkraftstoffs, der in dem Hochdruckkraftstoffkanal 31 strömt, strömt durch einen Düsenkammerströmungskanal 315 in die Düsenkammer 38 des Düsenkörpers 23 und wird zu einer Zeit eines Ausführens einer Aufwärtsbewegung der Nadel 50 von den Einspritzlöchern 39 eingespritzt. Die Steuerkammer 35 wird durch einen Einströmkanal 32, der in der Strömungskanalplatte 22 gebildet ist, mit einem anderen Anteil des Hochdruckkraftstoffs versorgt.
Der Injektorkörper 21 hat einen Hochdruckkraftstoffkanal 31. Bei dem Injektorkörper befindet sich der Hochdruckkraftstoffkanal 31 an einer Position, die zu einer Mittelachse des Injektorkörper 21 exzentrisch ist, und der Hochdruckkraftstoffkanal 31 erstreckt sich in der axialen Richtung. Das Entladesteuerventil 40 ist in dem Injektorkörper 21 an einer Position eingebaut, an der das Entladesteuerventil 40 den Hochdruckkraftstoffkanal 31 nicht stört. Das Entladesteuerventil 40 von 2 ist durch ein elektromagnetisches Ventil gebildet, das eine Antriebsvorrichtung 41 und ein Ankerventil 42 aufweist. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Entladesteuerventil 40 durch ein piezoelektrisches Element oder dergleichen anstelle des elektromagnetischen Ventils gebildet sein.
Eine Niederdruckkammer 34, die mit dem Rückführungsrohr 983 in Verbindung steht, ist an einer radialen Außenseite des Ankerventils 42 gebildet. Der Niederdruckkraftstoff, der einen Druck hat, der niedriger als der Druck des Hochdruckkraftstoffs in der Steuerkammer 35 ist, wird in die Niederdruckkammer 34 gefüllt. Die Antriebsvorrichtung 41 treibt das Ankerventil 42 an, um basierend auf einem elektrischen Antriebsstrom, der aus der ECU 99 als ein Befehl, eine ventilseitige Öffnung 332 des Ausströmkanals 33, die in einer oberen Endoberfläche 226 der Strömungskanalplatte gebildet ist, das heißt einen Kraftstoffentladeweg von der Steuerkammer 35 zu der Niederdruckkammer 34, zu öffnen oder zu schließen, ausgegeben wird, das Ankerventil 42 zu versetzen. Zu einer Ventilschließzeit des Entladesteuerventils 40 (einer Zeit eines Sitzens des Ankerventils 42 des Entladesteuerventil 40 auf einem Ventilsitz, der um die ventilseitige Öffnung 332 herum gebildet ist) wird eine Kraftstoffentladung von der Steuerkammer 35 zu der Niederdruckkammer 34 blockiert. Zu einer Ventilöffnungszeit des Entladesteuerventils 40 (einer Zeit eines Hebens des Ankerventils 42 weg von dem Ventilsitz, der um die ventilseitige Öffnung 332 herum gebildet ist) wird die Entladung eines überschüssigen Kraftstoffs von der Steuerkammer 35 zu der Niederdruckkammer 34 ermöglicht.
Die Strömungskanalplatte 22 und der Düsenkörper 23 sind durch schraubbares Passen der festhaltenden Mutter 24 an ein männliches Gewinde des Injektorkörpers 21 an dem Injektorkörper 21 fixiert. Die Strömungskanalplatte 22 ist in einer kreisförmigen Plattenform geformt und zwischen den Injektorkörper 21 und den Düsenkörper 23 geklemmt. Die Strömungskanalplatte 22 hat den Düsenkammerströmungskanal 315, den Einströmkanal 32 und den Ausströmkanal 33, die die Seite des Injektorkörpers 21 und die Seite des Düsenkörpers 23 verbinden.
In der folgenden Beschreibung wird auf 4 hinsichtlich der Bezugszeichen Bezug genommen, die sich auf Details der Steuerplatte 60 und des Zylinders 70 beziehen. Eine Öffnungswand 227, in der eine Einströmöffnung 321 des Einströmkanals 32 und eine Ausströmöffnung 331 des Ausströmkanals 33 gebildet sind, ist an einer unteren Endoberfläche der Strömungskanalplatte 22 gebildet. Die Ausströmöffnung 331 des Ausströmkanals 33 befindet sich an einer Position, in der die Mittelachse platziert ist, und die Ausströmöffnung 331 liegt einem Verbindungsloch 64 der Steuerplatte 60 gegenüber. Die Einströmöffnung 321 des Einströmkanals 32 befindet sich an einer Position, an der die Einströmöffnung 321 einem Abschnitt einer oberen Endoberfläche 61 der Steuerplatte 60 gegenüberliegt, der sich um das Verbindungsloch 64 herum befindet. Die Einströmöffnung 321 ist geschlossen, wenn die obere Endoberfläche 61 der Steuerplatte 60 an die Öffnungswand 227 stößt.
Der Düsenkammerströmungskanal 315 öffnet sich hin zu einem ringförmigen Strömungskanal, der zwischen einer Außenwand des Zylinders 70 und einer Innenwand der Düsenkammer 38 gebildet ist. Ein Anteil des Hochdruckkraftstoffs wird durch den Düsenkammerströmungskanal 315 von dem Hochdruckkraftstoffkanal 31 in die Düsenkammer 38 geführt. Ein anderer Anteil des Hochdruckkraftstoffs wird, wenn die Einströmöffnung 321 geöffnet ist, durch den Einströmkanal 32 von dem Hochdruckkraftstoffkanal 31 in die Steuerkammer 35 geführt.
Der Ausströmkanal 33 verbindet die Ausströmöffnung 331, die in der Öffnungswand 227 gebildet ist, mit der ventilseitigen Öffnung (auf die ferner als eine niederdruckkammerseitige Öffnung Bezug genommen wird) 332, die in der oberen Endoberfläche 226 der Strömungskanalplatte 22 gebildet ist. Zu der Ventilöffnungszeit des Entladesteuerventils 40 wird der überschüssige Kraftstoff von der Steuerkammer 35 durch das Verbindungsloch 64 der Steuerplatte 60 und den Ausströmkanal 33 in die Niederdruckkammer 34 entladen.
Der Zylinder 70 ist an einen oberen Abschnitt der Düsenkammer 38, die in einem Inneren des Düsenkörpers 23 gebildet ist, gebaut. Der Zylinder 70 wird durch eine Nadelfeder 58, die zwischen einer unteren Endoberfläche 72 des Zylinders 70 und einem Flansch 57 der Nadel 50 getragen wird, hin zu der Strömungskanalplatte 22 getrieben. Ein plattenaufnehmender Abschnitt 710, der die Steuerplatte 60 aufnimmt, ist in einer oberen Endoberfläche 71 des Zylinders 70, die der Öffnungswand 227 der Strömungskanalplatte 22 gegenüberliegt, gebildet.
Die Steuerplatte 60 ist in einer kreisförmigen Plattenform geformt und aus einem Metallmaterial hergestellt. Die Steuerplatte 60 ist in dem plattenaufnehmenden Abschnitt 710 des Zylinders 70 aufgenommen und in der axialen Richtung versetzbar. Eine radiale Außenwand 63 der Steuerplatte 60 ist genauer gesagt an eine Innenwand 713 des plattenaufnehmenden Abschnitts 710 mit einer Spielpassung gepasst, sodass die Versetzung der Steuerplatte 60 durch die Innenwand 713 geführt wird. Wenn die Steuerplatte 60 aufwärts versetzt wird, berührt die obere Endoberfläche 61 der Steuerplatte 60 die Öffnungswand 227 der Strömungskanalplatte 22.
Die Steuerplatte 60 bildet zwischen der Steuerplatte 60 und einer oberen Endoberfläche 51 der Nadel 50 die Steuerkammer 35, die mit dem Kraftstoff gefüllt ist. Die Steuerkammer 35 ist genauer gesagt durch einen Raum, der durch eine untere Endoberfläche 62 der Steuerplatte 60, die obere Endoberfläche 51 der Nadel 50 und eine Innenwand des Zylinders 70 definiert ist, gebildet. Die Steuerplatte 60 hat das Verbindungsloch 64, das sich in einer radialen Mitte der Steuerplatte 60 befindet und sich durch die Steuerplatte 60 in der axialen Richtung erstreckt. Eine Pforte, die im Vergleich zu einer Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite derselben eine reduzierte Kanalquerschnittsfläche hat, ist in dem Zentrum des Verbindungslochs 64 gebildet. Diese Pforte erhöht zwischen einer oberen Seite, auf der die obere Endoberfläche 61 der Steuerplatte 60 platziert ist, und einer unteren Seite, auf der die untere Endoberfläche 62 der Steuerplatte 60 platziert ist, einen Kraftstoffdruckunterschied.
Die Steuerkammer 35 ist mit dem Kraftstoff gefüllt, mit dem durch den Einströmkanal 32 und das Verbindungsloch 64 versorgt wird. Ein Kraftstoffdruck der Steuerkammer 35 wird durch eine Einströmung des Kraftstoffs von dem Einströmkanal 32 in die Steuerkammer 35 und eine Ausströmung des Kraftstoffs von der Steuerkammer 35 zu dem Ausströmkanal 33 geändert, und die Nadel 50 wird durch die Änderung des Kraftstoffdrucks der Steuerkammer 35 versetzt.
Ähnlich zu der in dem Bezugsdokument offenbarten Struktur hat der Zylinder 70 der ersten Ausführungsform eine Trennwand 75, die die Steuerkammer 35 in der axialen Richtung in eine Gegendruckkammer 36 und eine aufnehmende Kammer 37 trennt. Die Gegendruckkammer 36 befindet sich auf einer unteren Seite der Trennwand 75 und ist durch die obere Endoberfläche 51, die als eine druckaufnehmende Oberfläche dient, der Nadel 50 und eine Innenwand 773 definiert. Die aufnehmende Kammer 37 befindet sich auf einer oberen Seite der Trennwand 75 und ist durch die untere Endoberfläche 62 der Steuerplatte 60 und eine Innenwand 73 definiert. Die Trennwand 75 springt von der Innenwand 73 der aufnehmenden Kammer 37 radial nach innen vor. Die Gegendruckkammer 36 und die aufnehmende Kammer 37 stehen miteinander durch ein Strömungsbeschränkungsloch 74, dessen Innendurchmesser durch die Trennwand 75 reduziert ist, in Verbindung.
Die aufnehmende Kammer 37 nimmt eine Trägerfeder 68, die zwischen der unteren Endoberfläche 62 der Steuerplatte 60 und einer Trägeroberfläche 76 der Trennwand 75 gehalten wird, auf. Die Trägerfeder 68 wird genauer gesagt durch die Trägeroberfläche 76 getragen und treibt die Steuerplatte 60 gegen die Öffnungswand 227 der Strömungskanalplatte 22.
Ein Gleitloch 78 ist auf der unteren Seite der Gegendruckkammer 36 der Steuerkammer 35 gebildet. Das Gleitloch 78 hat eine axiale Länge Lc, die vorbestimmt ist, und das Gleitloch 78 ermöglicht eine Gleitbewegung des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 der Nadel 50 entlang des Gleitlochs 78. Aus dem Gesichtspunkt des Gleitlochs 78 befindet sich die Steuerkammer 35 benachbart zu einem oberen Ende des Gleitlochs 78. Bei der ersten Ausführungsform dient ein Abschnitt der Gegendruckkammer 36 in der Steuerkammer 35 als „ein Steuerkammerablassabschnitt 77, der einen Innendurchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser des Gleitlochs 78 ist.“ Ein düsenseitiger Ablassabschnitt 79 ist ferner benachbart zu einem unteren Ende des Gleitlochs 78 gebildet und in einer verjüngten Form geformt, derart, dass sich ein Innendurchmesser des düsenseitigen Ablassabschnitts 79 allmählich von einem Innendurchmesser d des Gleitlochs 78 hin zu der unteren Endoberfläche 72 des Zylinders 70 erhöht. Details des Gleitlochs 78 werden später beschrieben werden.
Die Nadel 50 ist in einer zylindrischen Stabform als Ganzes geformt und aus einem Metallmaterial hergestellt. Ein distaler Endteil der Nadel 50, der sich auf einer Seite befindet, auf der die Einspritzlöcher 39 platziert sind, ist in einer konischen Form geformt. Die Nadel 50 nimmt eine Kraft in einer Ventilöffnungsrichtung, die eine Richtung weg von den Einspritzlöchern 39 ist und die zum Öffnen der Einspritzlöcher 39 dient, von dem Hochdruckkraftstoff, mit dem die Düsenkammer 38 versorgt wird, auf. Die Nadel 50 wird ferner immer durch die treibende Kraft der Nadelfeder 58 in eine Ventilschließrichtung, die eine Richtung hin zu den Einspritzlöchern 39 ist und die zum Schließen der Einspritzlöcher 39 dient, relativ zu dem Zylinder 70 getrieben. Ein gleitfähiger Schaftabschnitt 52, der entlang des Gleitlochs 78 des Zylinders 70 gleitfähig ist, ist an einem oberen Endabschnitt der Nadel 50 gebildet.
Eine Änderung des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 35 resultiert in einer Versetzung der Nadel 50 in der axialen Richtung in dem Inneren der Düsenkammer 38, derart, dass die Nadel 50 die Einspritzlöcher 39 zu der Zeit eines Ausführen der Abwärtsbewegung der Nadel 50 hin zu den Einspritzlöchern 39 schließt und die Einspritzlöcher 39 zu der Zeit eines Ausführens der Aufwärtsbewegung der Nadel 50 weg von den Einspritzlöchern 39 öffnet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform muss insbesondere die große Kraftstoffeinspritzmenge haben, die durch Heben der Nadel 50 bis zu einer Menge, die gleich der oder größer als die Menge einer Beschränkung der Einspritzlöcher 39 ist, implementiert ist. Da daher die Hebemenge der Nadel 50, die von einer unteren Hubgrenze zu einer oberen Hubgrenze der Nadel 50 gemessen wird, relativ groß ist, ist es wichtig, die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit bei dem Versetzungsvorgang der Nadel 50 beizubehalten.
Der gleitfähige Schaftabschnitt 52, der entlang des Gleitlochs 78 des Zylinders 70 gleitfähig ist, ist an dem oberen Endabschnitt der Nadel 50 gebildet. Ein Außendurchmesser des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 ist entlang einer ganzen Länge des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 konstant und ist größer als ein benachbarter Abschnitt der Nadel 50, der sich auf der unteren Seite des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 befindet und benachbart zu dem gleitfähigen Schaftabschnitt 52 ist. Die obere Endoberfläche 51 des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 nimmt die Kraft in der Ventilschließrichtung von dem Hochdruckkraftstoff, der in die Steuerkammer 35 gefüllt ist, auf.
Ein Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10, die auf die im Vorhergehenden beschriebene Art und Weise aufgebaut ist, wird nun beschrieben werden. Wenn die Antriebsvorrichtung 41 mit dem elektrischen Antriebsstrom basierend auf einem Befehl, der von der ECU 99 ausgegeben wird, versorgt wird, wird das Entladesteuerventil 40 geöffnet. Der überschüssige Kraftstoff wird daher durch das Verbindungsloch 64 und den Ausströmkanal 33 aus der Steuerkammer 35 in die Niederdruckkammer 34 entladen. Die Steuerplatte 60 wird ferner durch die Kraft des Kraftstoffdruckunterschieds, der durch die Pforte des Verbindungslochs 64 zu der Zeit eines Entladens des Kraftstoffs erhöht wird, und die treibende Kraft der Trägerfeder 68 getrieben und aufwärts bewegt, so, dass die Steuerplatte 60 gegen die Öffnungswand 227 der Strömungskanalplatte 22 stößt und die Einströmöffnung 321 des Einströmkanals 32 schließt. Die Nadel 50 wird durch den Hochdruckkraftstoff in der Düsenkammer 38 als Reaktion auf eine Verringerung des Drucks der Steuerkammer 35, die durch die Entladung des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 35 verursacht wird, getrieben und aufwärtsbewegt, sodass die Einspritzlöcher 39 geöffnet werden und den Kraftstoff einspritzen.
Wenn die Versorgung der Antriebsvorrichtung 41 mit dem elektrischen Antriebsstrom basierend auf einem Befehl, der von der ECU 99 ausgegeben wird, gestoppt wird, wird das Entladesteuerventil 40 geschlossen, um die Entladung des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 35 zu blockieren. Der Kraftstoffdruck, der die Steuerplatte 60 gegen die Öffnungswand 227 treibt, verringert sich daher. Die Steuerplatte 60 wird durch den Kraftstoffdruck, der von dem Einströmkanal 32 angelegt wird, gegen die treibende Kraft der Trägerfeder 68 von der Öffnungswand 227 wegbewegt, so dass die Steuerplatte 60 die Einströmöffnung 321 öffnet. Der Kraftstoff strömt somit von dem Einströmkanal 32 in die Steuerkammer 35. Der Druck in der Steuerkammer 35 erhöht sich dadurch, und die Nadel 50 wird abwärts bewegt, um die Einspritzlöcher 39 zu schließen. In den im Folgenden erörterten Zeichnungen ist einer Bequemlichkeit wegen ein Zustand gezeigt, in dem die obere Endoberfläche 61 der Steuerplatte 60 die Öffnungswand 227 der Strömungskanalplatte 22 ungeachtet der Ventilschließzeit oder der Ventilöffnungszeit der Nadel 50 berührt.
Details der Struktur des Zylinders 70 werden als Nächstes unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben werden. Das Gleitloch 78, das die vorbestimmte axiale Länge Lc hat, ist in dem Zylinder 70 gebildet. Der Zylinder 70 hat auf einer Seite des Gleitlochs 78, auf der die Steuerkammer 35 platziert ist, den Steuerkammerablassabschnitt 77. Der Steuerkammerablassabschnitt 77 befindet sich benachbart zu einem oberen Ende des Gleitlochs 78 und hat einen Innendurchmesser H, der größer als der Innendurchmesser d des Gleitlochs 78 ist. Auf der Seite des Gleitlochs 78, auf der die Einspritzlöcher 39 in der axialen Richtung platziert sind, ist der düsenseitige Ablassabschnitt 79 benachbart zu dem unteren Ende des Gleitlochs 78 gebildet und in der verjüngten Form geformt, derart, dass sich der Innendurchmesser des düsenseitigen Ablassabschnitt 79 allmählich von dem Innendurchmesser d des Gleitlochs 78 erhöht. Ein Bereich des Lochs, der sich in der axialen Richtung zwischen dem Steuerkammerablassabschnitt 77 und dem düsenseitigen Ablassabschnitt 79 befindet und einen Innendurchmesser des konstanten kleinsten Werts d hat, bildet mit anderen Worten das Gleitloch 78.
Ein Abstand, der von dem Gleitloch 78 (genauer gesagt der Innenwand des Gleitlochs 78) zu der Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77 radial gemessen wird, ist als eine Ablasstiefe E definiert, die durch eine folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird. Aus dem Gesichtspunkt der Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitt 77 kann das Gleitloch 78 als ein Vorsprung betrachtet werden, der radial nach innen vorspringt, und die „Ablasstiefe“ kann als eine Vorsprunghöhe betrachtet werden. $E = (H - d) / 2$
Ein Außendurchmesser D des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 der Nadel 50 ist eingestellt, um geringfügig kleiner als der Innendurchmesser d des Gleitlochs 78 zu sein. Eine Länge Ln des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 ist ferner eingestellt, um gleich einer oder größer als eine Summe einer Länge Lc des Gleitlochs 78 und eines Nadelhubs (eines Hubs der Nadel 50) St zu sein. Es gibt genauer gesagt eine erfüllte Beziehung Ln≥Lc+St. Eine Position der Nadel 50, die durch eine durchgezogene Linie in 4 angegeben ist, gibt eine Bezugsposition der Nadel 50 an, an der ein unterster Umfangspunkt des peripheren Außenrands 54 der oberen Endoberfläche der Nadel 50 mit einer Höhe des oberen Endes des Gleitlochs 78 (das heißt einer axialen Position des oberen Endes des Gleitlochs 78) übereinstimmt. Diese Bezugsposition ist eine theoretisch unterste Position der unteren Hubgrenze. Die tatsächliche untere Hubgrenze ist eingestellt, um gleich der oder höher als die Bezugsposition zu sein. In einem Fall, in dem die Außenperipherie der oberen Endoberfläche der Nadel 50 abgeschrägt oder abgerundet ist, wird ein Endpunkt dieses Abschrägens oder Abrundens, der einen Startpunkt des Bereichs des Außendurchmessers D bildet, als der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche angesehen.
Eine gestrichelte Linie in 4 gibt eine obere Hubgrenze der Nadel 50 an. Einen Abstand, der von der Bezugsposition zu der oberen Hubgrenze entlang der Mittelachse On der Nadel 50 gemessen wird, ist als ein Überschreitungsabstand Lu angegeben. Der Überschreitungsabstand Lu bedeutet einen Aufwärtsbewegungsabstand des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 der Nadel 50 über das obere Ende des Gleitlochs 78 hinaus. In dem Fall, in dem die untere Hubgrenze als die Bezugsposition eingestellt ist, wird ein maximaler Hub gleich dem Überschreitungsabstand Lu. Aufgrund der Beziehung Ln≥Lc+St wird das untere Ende des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 über das untere Ende des Gleitlochs 78 sogar an der oberen Hubgrenze der Nadel 50 aufwärts nicht hinausbewegt. Bei dem ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 liegt daher ein Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 entlang der ganzen Ausdehnung der axialen Länge Lc des Gleitlochs 78 dem Gleitloch 78 gegenüber. Die ganze axiale Ausdehnung des Gleitlochs 78 liegt mit anderen Worten durch den ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 hindurch dem gleitfähigen Schaftabschnitt 52 immer radial gegenüber.
4 gibt den Zustand an, in dem die Mittelachse On der Nadel 50 mit der Mittelachse Oc des Zylinders 70 übereinstimmt (das heißt den Zustand, in dem die Mittelachse On der Nadel 50 mit der Mittelachse Oc des Zylinders 70 koaxial ist). 5 gibt einen Zustand an, in dem die Mittelachse On der Nadel 50 mit einem maximalen Neigungswinkel relativ zu der Mittelachse Oc des Zylinders 70 geneigt ist. Es wird genauer gesagt in Erwägung gezogen, dass der Zylinder 70 aufgrund des Impulses, der zu der Zeit eines Aufwärtsbewegens der Nadel 50 und eines Einspritzens des Kraftstoffs erzeugt wird, in der radialen Richtung bewegt wird, und dadurch wird der Zylinder 70 relativ zu der Mittelachse Oc der Nadel 50 geneigt. Der relative Neigungswinkel zu dieser Zeit wird als 0 ausgedrückt. Obwohl der tatsächliche Neigungswinkel 0 ein winziger Winkel ist, ist die Neigung in 5 übertrieben dargestellt.
In dem Zustand, der in 4 gezeigt ist, existiert zwischen dem Gleitloch 78 und dem gleitfähigen Schaftabschnitt 52 entlang seines ganzen Umfangs durch den ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 hindurch ein gleichbleibendes Spiel (d-D)/2. Bei dem ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 wird ferner ein radialer Abstand zwischen dem peripheren Außenrand 54 der oberen Endoberfläche der Nadel 50 und der Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77 konstant gehalten.
In dem Zustand, der in 5 gezeigt ist, stellt im Gegensatz dazu ein oberer Teil (genauer gesagt ein oberes Ende) des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 mit dem oberen Ende des Gleitlochs 78 an einer Umfangsseite (der rechten Seite in 5) eine lokale Berührung her, und ein unterer Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 stellt mit dem unteren Ende des Gleitlochs 78 auf der abgewandten Umfangsseite (der linken Seite in 5), die der einen Umfangsseite diametral gegenüberliegt, eine lokale Berührung her. Der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche nähert sich ferner als Reaktion auf die Aufwärtsbewegung der Nadel 50 der Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77 und hat an der oberen Hubgrenze der Nadel 50 einen kürzesten Abstand zwischen dem peripheren Außenrand 54 der oberen Endoberfläche und der Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Innendurchmesser H des Steuerkammerablassabschnitts 77 eingestellt, derart, dass der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche an der oberen Hubgrenze der Nadel 50 mit der Innenwand 773 nicht in Berührung ist.
Auf der Umfangsseite (der rechten Seite in 5), auf der das obere Ende der Nadel 50 mit dem oberen Ende des Gleitlochs 78 die lokale Berührung herstellt, wird ein Spiel Xc an dem unteren Ende des Gleitlochs 78 (das heißt ein Spiel zwischen dem unteren Ende des Gleitlochs 78 und der Nadel 50) durch Xc=d-(D/cos0)<d-D ausgedrückt. Da hier der Neigungswinkel 0 der winzige Winkel ist, ist es möglich, cosθ≈1 and Xc≈d-D anzunehmen. Einen radialen Versetzungsabstand des peripheren Außenrands 54 der oberen Endoberfläche, die von der Zeit eines Platzierens der Nadel 50 bei der Bezugsposition bis zu der Zeit eines Platzierens der Nadel 50 bei der oberen Hubgrenze gemessen wird, ist ferner als einen radialen Versetzungsabstand Xu definiert. In einem solchen Fall wird die folgende Verhältnisbeziehung aufgestellt. $Lc : Xc = Lucos θ : Xu$
Um sicherzustellen, dass der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche mit der Innenwand 773 an der oberen Hubgrenze der Nadel 50 nicht in Berührung ist, ist es erforderlich, dass die Ablasstiefe E größer als der radiale Versetzungsabstand Xu ist. Es wird daher die Bedingung der folgenden Gleichung (2) abgeleitet. $E > (d - D) \times (Lu/Lc) > Xc \times (Lucos θ /Lc) = Xu$
Die folgende Gleichung (3) wird aus der Gleichung (1) und der Gleichung (2) abgeleitet. Wenn der Innendurchmesser H des Steuerkammerablassabschnitt 77 eingestellt ist, um die Gleichung (3) zu erfüllen, berührt ungeachtet des Neigungswinkels θ der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche bei der oberen Hubgrenze der Nadel 50 nicht die Innenwand 773. $(H - d) / 2 > (d - D) \times (Lu/Lc)$
(VORTEILE)
Unter Bezugnahme auf 6A bis 8 werden nun Vorteile der ersten Ausführungsform im Vergleich zu einem Vergleichsbeispiel beschrieben werden. Ein Zylinder 70C des in 6B und 7B gezeigten Vergleichsbeispiels hat ein Gleitloch 78C, das sich auf der unteren Seite der Trennwand 75 befindet und entlang einer ganzen Ausdehnung des Gleitloch 78C einen konstanten Innendurchmesser hat, während der Zylinder 70C den Steuerkammerablassabschnitt und den düsenseitigen Ablassabschnitt nicht hat. Dieses Vergleichsbeispiel entspricht der Struktur von 1 der Patentschrift 1.
[1] Unter Bezugnahme auf Fig, 6A und 6B wird der Fall beschrieben werden, in dem die Nadel 50 versetzt wird, während die Koaxialität zwischen der Nadel 50 und dem Zylinder 70 beibehalten wird. 6A gibt den Gleitzustand zu der Ventilschließzeit der Nadel und den Gleitzustand zu der Ventilöffnungszeit der Nadel gemäß der ersten Ausführungsform an. 6B gibt den Gleitzustand zu der Ventilschließzeit der Nadel und den Gleitzustand zu der Ventilöffnungszeit der Nadel gemäß dem Vergleichsbeispiel an. Wie in 6B gezeigt ist, ändert sich bei dem Vergleichsbeispiel zwischen der Ventilschließzeit und der Ventilöffnungszeit die Gleitlänge der Nadel 50 relativ zu der Innenwand des Zylinders 70C, sodass sich der Gleitwiderstand ändert. Die Kraftstoffaustrittsmenge durch den Gleitspalt ändert sich daher, und dadurch ändert sich die Kraftstoffeinspritzmenge. Die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die die große Kraftstoffeinspritzmenge haben muss, wird dadurch nachteilhaft verschlechtert.
Im Vergleich dazu hat bei der ersten Ausführungsform, wie es in 6A gezeigt ist, aufgrund der Bildung des Steuerkammerablassabschnitts 77 und des düsenseitigen Ablassabschnitts 79 in dem Zylinder 70 das Gleitloch 78 die vorbestimmte axiale Länge Lc, und dadurch wird die Gleitlänge der Nadel 50 durch den ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 hindurch konstant. Der Gleitwiderstand und die Kraftstoffaustrittsmenge werden daher stabilisiert, und dadurch wird die Kraftstoffeinspritzmenge stabilisiert. Die Kraftstoffeinspritzgenauigkeit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die die große Kraftstoffeinspritzmenge haben muss, kann dadurch verbessert werden.
[2] Unter Bezugnahme auf 7A und 7B wird ein Fall beschrieben werden, bei dem die Mittelachse On der Nadel 50 relativ zu der Mittelachse Oc des Zylinders 70 geneigt ist, und dadurch stellt der gleitfähige Schaftabschnitt 52 eine lokale Berührung mit dem Gleitloch 78 her. 7A gibt genauer gesagt den Zustand an, in dem die Nadel die lokale Berührung mit dem Zylinder zu der Ventilöffnungszeit der Nadel gemäß der ersten Ausführungsform herstellt, und 7B gibt den Zustand an, in dem die Nadel die lokale Berührung mit dem Zylinder zu der Ventilöffnungszeit der Nadel gemäß dem Vergleichsbeispiel herstellt. Wie es durch gestrichelte Kreise in 7B angegeben ist, berührt bei dem Vergleichsbeispiel der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche der Nadel 50 das Gleitloch 78C, und ein Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts 52, der zu dem unteren Ende des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 benachbart ist, berührt in dem unteren Endteil des Zylinders 70 den Öffnungsrand des Gleitloch 78C .Die Neigung der Nadel 50 wird daher als Reaktion auf die Aufwärtsbewegung der Nadel 50 allmählich beschränkt, sodass sich der Gleitwiderstand, der durch die lokale Berührung verursacht wird, erhöht.
Wie 7A gezeigt ist, kann gemäß der ersten Ausführungsform im Gegensatz dazu der gleitfähige Schaftabschnitt 52 das obere Ende und das untere Ende des Gleitlochs 78, das die vorbestimmte axiale Länge Lc hat, berühren, während die konstante Neigung des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 relativ zu dem Gleitloch 78 beibehalten wird. Der Gleitwiderstand, der durch die lokale Berührung (die Randberührung) der Nadel 50 verursacht wird, wird daher durch den ganzen Versetzungsvorgang der Nadel 50 hindurch, reduziert.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 eine Beziehung zwischen der Ablasstiefe E und dem Gleitwiderstand beschrieben werden. Der Gleitwiderstand, der entlang der vertikalen Achse in 8 angegeben ist, ist mit einer Änderung (einer Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge korreliert. Bei dem Vergleichsbeispiel, bei dem der Steuerkammerablassabschnitt fehlt, ist die Ablasstiefe 0 (Null). Auf diese Struktur wird als eine Struktur (1) Bezug genommen werden. Wie im Vorhergehenden erörtert wurde sind bei der Struktur (1) der Gleitwiderstand und die Änderung (Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge relativ groß.
Wenn der Steuerkammerablassabschnitt 77 gebildet wird, wird die Ablasstiefe E ein größerer Wert, der größer als 0 (Null) ist. Hier wird auf „(d-D)x(Lu/Lc)“, der der Wert auf der rechten Seite der oben erörterten Gleichung (3) ist, als ein kritischer Wert Ec Bezug genommen werden. Auf eine Struktur, bei der die Ablasstiefe E größer als 0 jedoch gleich dem oder kleiner als der kritische Wert Ec ist, wird als eine Struktur (II) Bezug genommen werden. Auf eine Struktur, bei der die Ablasstiefe E größer als der kritische Wert Ec ist, wird ferner als eine Struktur (III) Bezug genommen werden. Bei der Struktur (III), die der ersten Ausdrucksform entspricht, ist aufgrund der im Vorhergehenden beschriebenen Vorteile [1] und [2] der Gleitwiderstand reduziert, und dadurch ist die Änderung (Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge reduziert.
Bei der Struktur (II) wird aufgrund der Bildung des Steuerkammerablassabschnitts 77 der Vorteil erzielt, der ähnlich zu dem Vorteil [1] der ersten Ausführungsform ist, das heißt der Vorteil eines Stabilisierens des Gleitwiderstands durch die konstante Gleitlänge. Bei der Struktur (II) ist jedoch die Ablasstiefe E des Steuerkammerablassabschnitts 77 gleich dem oder kleiner als der kritische Wert Ec. In einem Zustand, in dem sich der Neigungswinkel θ über einen bestimmten Wert hinaus erhöht, berührt, wenn der gleitfähige Schaftabschnitt 52 die lokale Berührung mit dem Gleitloch 78 herstellt, der periphere Außenrand 54 der oberen Endoberfläche die Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitt 77, um eine Erhöhung des Gleitwiderstands zu verursachen. Es kann genauer gesagt einen Fall geben, in dem abhängig von dem Neigungswinkel θ der Vorteil [2] der ersten Ausführungsform nicht erzielt werden kann. Wenn sich daher die Ablasstiefe E von 0 (Null) auf den kritischen Wert Ec erhöht, verringern sich der Gleitwiderstand und die Änderung (Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge von dem Wert des Gleitwiderstands und dem Wert der Änderung (Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge, die bei der Struktur (1) auftreten, auf den Wert des Gleitwiderstands und den Wert der Änderung (Variation) der Kraftstoffeinspritzmenge, die bei der Struktur (III) auftreten.
Aus dem Gesichtspunkt des Gleitwiderstands kann genauer gesagt werden, dass die Ablasstiefe E irgendein größerer Wert sein kann, der größer als der kritische Wert Ec ist. In der Realität wird jedoch die Ablasstiefe E übermäßig erhöht, die Dicke der peripheren Außenwand des Zylinders 70 wird dünn, und dadurch kann sich die Festigkeit nachteilhaft verschlechtern, oder das Volumen der Steuerkammer 35 wird zu groß, und dadurch kann die Reaktion der Kraftstoffdruckänderung nachteilhaft verschlechtert werden. Es ist daher vorzuziehen, dass die Ablasstiefe E auf einen minimalen Wert eingestellt ist, der in Anbetracht von Herstellungstoleranzen und dergleichen zuverlässig den kritischen Wert Ec überschreitet.
[3] Der Zylinder 70 der ersten Ausführungsform hat ferner den düsenseitigen Ablassabschnitt 79, der benachbart zu dem unteren Ende des Gleitlochs 78 gebildet ist und in der verjüngten Form geformt ist, derart, dass sich der Innendurchmesser des düsenseitigen Ablassabschnitts 79 von dem Innendurchmesser d des Gleitlochs 78 allmählich erhöht. Dies verhindert, dass der untere Endteil des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 die Innenwand des Zylinders 70 berührt, um eine Änderung (Variation) des Gleitwiderstands zu verursachen. Die Arbeitseffizienz für das Einführen der Nadel 50 zu der Zeit eines Einbaus der Nadel 50 wird ferner verbessert.
[4] Ähnlich zu dem Zylinder des Bezugsdokuments ist ferner die Steuerkammer 35 des Zylinders 70 der ersten Ausführungsform durch die Trennwand 75 in die Gegendruckkammer 36 und die aufnehmende Kammer 37 geteilt. Wie bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Bezugsdokuments ist daher das Volumen der Gegendruckkammer 36 im Vergleich zu dem Fall reduziert, in dem die Trennwand 75 fehlt, und die Pulsation des Kraftstoffdrucks in der Gegendruckkammer 36, die durch das Ausströmen des Kraftstoffs aus der Steuerkammer 35 verursacht wird, konvergiert schnell. Daher wird die Versetzungsart der Nadel 50 in der Ventilöffnungsrichtung stabilisiert, und dadurch wird die Variation der Kraftstoffeinspritzmenge reduziert.
[5] Gemäß der ersten Ausführungsform wird zusätzlich wie bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Bezugsdokuments die Trägerfeder 68 durch die Trägeroberfläche 76 getragen. Wie bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung des Bezugsdokuments wird daher eine Variation in dem Verhalten der Steuerplatte 60, die durch die treibende Kraft der Trägerfeder 68 verursacht wird, beschränkt, und dadurch wird eine Änderung (Variation) der Strömungsrate des Kraftstoffs, der in die Steuerkammer 35 nach einem Schließen des Entladesteuerventils 40 strömt, beschränkt. Daher wird die Versetzungsart der Nadel 50 in der Ventilschließrichtung stabilisiert, und dadurch wird die Variation der Kraftstoffeinspritzmenge reduziert.
(ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
Die zweite Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben werden. Wie in 9 gezeigt ist, ist bei der zweiten Ausführungsform eine verschleißfeste Beschichtung 80 an einer Außenwand des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 der Nadel 50 gebildet. Wie in 10 gezeigt ist, ist ferner bei einer Modifikation der zweiten Ausführungsform die verschleißfeste Beschichtung 80 an einer Innenwand des Gleitlochs 78 des Zylinders 70 gebildet. Ein diamantartiger Kohlenstoff (DLC), CrN, TiN, TiCN, TiAlN oder dergleichen können als ein Beispiel der verschleißfesten Beschichtung verwendet werden. Bei der zweiten Ausführungsform wird zusätzlich zu den Vorteilen [1] - [5] der ersten Ausführungsform eine Erhöhung einer Reibungskraft zwischen der Nadel 50 und dem Zylinder 70 beschränkt. Die zweite Ausführungsform kann mit der dritten Ausführungsform oder der vierten Ausdrucksform, die im Folgenden erörtert sind, kombiniert sein.
(DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Die dritte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden. Ein Zylinder 700 der dritten Ausdrucksform ist in einen Zylinderhauptkörper 703 und einen oberen Zylinder 705 geteilt. Der Zylinderhauptkörper 703 hat ein Passloch 715, das einen konstanten Innendurchmesser hat und den plattenaufnehmenden Abschnitt 710 und den Steuerkammerablassabschnitt 77 verbindet. Der obere Zylinder 705 hat die Trennwand 75 und ist in einer röhrenförmigen Form um die aufnehmende Kammer 37 herum geformt. Der obere Zylinder 705 ist an dem Passloch 715 des Zylinderhauptkörpers 703 durch beispielsweise Presspassen fixiert. Die Trägerfeder 68 wird durch die Trägeroberfläche 76 getragen, die an dem oberen Zylinder 705 gebildet ist.
In einem Fall, in dem der Innendurchmesser des Passlochs 715 beispielsweise auf gleich den oder größer als der Innendurchmesser des Gleitlochs 78 eingestellt ist, kann das Gleitloch 78 als ein Durchgangsloch verarbeitet werden. Der obere Zylinder 705, der eine komplizierte Innendurchmesserverarbeitung erfordert, ist ferner als eine getrennte Komponente gebildet und an den Zylinderhauptkörper 703 gebaut. Bei der dritten Ausdrucksform wird daher zusätzlich zu den Vorteilen [1] - [5] der ersten Ausführungsform die Verarbeitbarkeit des Zylinders 700 verbessert.
(VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM)
Die vierte Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden. Ein Zylinder 704 der vierten Ausführungsform hat die Trennwand, die die Steuerkammer 35 trennt, nicht, und der Zylinder 704 hat ein gemeinsames Loch 717, das einen relativ großen Innendurchmesser hat und sich in dem Zylinder 704 von der oberen Endoberfläche 71 zu einem Ort erstreckt, der unmittelbar oberhalb des Gleitlochs 78 ist. Ein oberer Abschnitt des gemeinsamen Loch 717 funktioniert als der plattenaufnehmende Abschnitt 710, und ein Zwischenabschnitt des gemeinsamen Lochs 717 funktioniert als die Steuerkammer 35. Ein unterer Abschnitt des gemeinsamen Lochs 717 funktioniert zusätzlich als der Steuerkammerablassabschnitt 77. Die Innenwand 713 des plattenaufnehmenden Abschnitts 710 und die Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77 sind genauer gesagt kontinuierlich gebildet, ohne eine Grenzlinie dazwischen zu bilden. Die Trägerfeder 68 wird ferner zwischen der unteren Endoberfläche 62 der Steuerplatte 60 und der oberen Endoberfläche 51 der Nadel 50 getragen.
Bei der vierten Ausführungsform kann das Gleitloch 78 als ein Durchgangsloch verarbeitet werden. Im Vergleich zu den im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen wird ferner, da es keine komplizierte Struktur wie die Trennwand gibt, die Innendurchmesserverarbeitung vereinfacht. Bei der vierten Ausführungsform wird daher zusätzlich zu den Vorteilen [1] - [3] der ersten Ausführungsform die Verarbeitbarkeit des Zylinders 704 verbessert.
(ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN)

(a) Solange das untere Ende des gleitfähigen Schaftabschnitts 52 die untere Endoberfläche 72 des Zylinders 70 zu der oberen Seite an der oberen Bewegungsgrenze der Nadel 50 nicht überschreitet, muss beispielsweise der düsenseitige Ablassabschnitt 79 des Zylinders 70 nicht gebildet werden. Anstelle des düsenseitigen Ablassabschnitts 79, der in der verjüngten Form geformt ist, kann alternativ ein düsenseitiger Ablassabschnitt, der in einer gestuften Form geformt ist, benachbart zu dem unteren Ende des Gleitlochs 78 gebildet sein.
(b) Die Innenwand 773 des Steuerkammerablassabschnitts 77 ist nicht notwendigerweise parallel zu der Mittelachse Oc des Zylinders 70 und kann in einer verjüngten Form geformt sein. In einem solchen Fall kann ein Innendurchmesser des Steuerkammerablassabschnitts 77, der auf der Höhe (an der Position) gemessen wird, auf der sich die obere Hubgrenze der Nadel 50 befindet, als der Innendurchmesser H des Steuerkammerablassabschnitts 77 betrachtet werden, und die Gleichung (1) und die Gleichung (3), die im Vorhergehenden erörtert wurden, können angewendet werden, während dieser Innendurchmesser H verwendet wird.
(c) Die spezifische(n) Form(en) und die spezifische Zahl der Einströmkanäle und der Ausströmkanäle in der Strömungskanalplatte 22 und die spezifische Form der Steuerplatte 60 sind nicht notwendigerweise auf jene beschränkt, die in den entsprechenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt sind, und können frei geändert sein, solange dieselbe(n) Funktion(en), die gleich der (den) Funktion(en), die im Vorhergehenden erörtert wurde(n), ist (sind), erzielt werden kann (können).

Die vorliegende Offenbarung soll nicht auf eine der im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsformen beschränkt sein, und die vorliegende Offenbarung kann in verschiedenen Formen implementiert sein, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012010614 A1 [0003, 0004]
JP 2019019693 A [0021]
US 2019/0017478 A1 [0021]
DE 102018113446 A [0021]

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit: einem Düsenkörper (23), der in einer röhrenförmigen Form geformt ist und Folgendes aufweist: eine Düsenkammer (38), die in einem Inneren des Düsenkörpers (23) gebildet ist, und ein Einspritzloch (39), das in einem unteren Endteil der Düsenkammer (38) gebildet ist und konfiguriert ist, um Kraftstoff einzuspritzen; einer Nadel (50), die konfiguriert ist, um in einer axialen Richtung in einem Inneren der Düsenkammer (38) versetzt zu werden, derart, dass die Nadel (50) das Einspritzloch (39) zu einer Zeit eines Ausführens einer Abwärtsbewegung der Nadel (50) hin zu dem Einspritzloch (39) schließt und das Einspritzloch (39) zu einer Zeit eines Ausführens einer Aufwärtsbewegung der Nadel (50) weg von dem Einspritzloch (39) öffnet, wobei die Nadel (50) an einem oberen Endabschnitt der Nadel (50) einen gleitfähigen Schaftabschnitt (52) hat; einem Zylinder (70, 700, 704), der an einen oberen Abschnitt der Düsenkammer (38) gebaut ist und ein Gleitloch (78) hat, wobei das Gleitloch (78) eine axiale Länge (Lc), die vorbestimmt ist, hat, und das Gleitloch (78) dem gleitfähigen Schaftabschnitt (52) der Nadel (50) ermöglicht, entlang des Gleitlochs (78) zu gleiten; einer Steuerplatte (60), die in einem plattenaufnehmenden Abschnitt (710) des Zylinders (70, 700, 704) aufgenommen ist und konfiguriert ist, um in der axialen Richtung in dem plattenaufnehmenden Abschnitt (710) versetzt zu werden, wobei die Steuerplatte (60) ein Verbindungsloch (64) hat, das sich in der axialen Richtung durch die Steuerplatte (60) erstreckt, und die Steuerplatte (60) zwischen einer oberen Endoberfläche (51) der Nadel (50) und der Steuerplatte (60) eine Steuerkammer (35) bildet, während die Steuerkammer (35) konfiguriert ist, um mit dem Kraftstoff befüllbar zu sein; einer Strömungskanalplatte (22), die sich auf einer oberen Seite des Düsenkörpers (23) befindet, wobei die Strömungskanalplatte (22) Folgendes aufweist: einen Einströmkanal (32), der konfiguriert ist, um den Kraftstoff in die Steuerkammer (35) zu führen; und einen Ausströmkanal (33), der konfiguriert ist, um einen überschüssigen Kraftstoff aus der Steuerkammer (35) zu einer Niederdruckkammer (34) zu entladen; und einem Entladesteuerventil (40), das konfiguriert ist, um einen Kraftstoffentladeweg zu der Niederdruckkammer (34) zu öffnen und zu schließen, wobei zu einer Ventilöffnungszeit des Entladesteuerventils (40) die Steuerplatte (60) gegen eine Öffnungswand (227) stößt, die an einer unteren Endoberfläche der Strömungskanalplatte (22) gebildet ist, und dadurch eine Einströmöffnung (321) des Einströmkanals (32) schließt; zu einer Ventilschließzeit des Entladesteuerventils (40) die Steuerplatte (60) von der Öffnungswand (227) wegbewegt wird und dadurch die Einströmöffnung (321) des Einströmkanals (32) öffnet, um den Kraftstoff von dem Einströmkanal (32) in die Steuerkammer (35) zu führen; der Zylinder (70, 700, 704) einen Steuerkammerablassabschnitt (77) hat, der sich benachbart zu einem oberen Ende des Gleitlochs (78) befindet, während der Steuerkammerablassabschnitt (77) einen Innendurchmesser (H) hat, der größer als ein Innendurchmesser (d) des Gleitlochs (78) ist; und die Nadel (50) konfiguriert ist, um durch eine Druckänderung in der Steuerkammer (35) versetzt zu werden, und bei einem ganzen Versetzungsvorgang der Nadel (50) ein Teil des gleitfähigen Schaftabschnitts (52) entlang einer ganzen Ausdehnung der axialen Länge (Lc) des Gleitlochs (78) dem Gleitloch (78) gegenüberliegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Innendurchmesser (H) des Steuerkammerablassabschnitts (77) des Zylinders (70, 700, 704) eingestellt ist, derart, dass ein peripherer Außenrand (54) der oberen Endoberfläche der Nadel (50) eine Innenwand (773) des Steuerkammerablassabschnitts (77) an einer oberen Hubgrenze der Nadel (50) ungeachtet eines Neigungswinkels (θ) einer Mittelachse (On) der Nadel (50) relativ zu einer Mittelachse (Oc) des Zylinders (70, 700, 704) nicht berührt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Kraftstoffeinspritzvorrichtung konfiguriert ist, um die folgende Gleichung zu erfüllen: (H-d)/2>(d-D)x(Lu/Lc), wobei H den Innendurchmesser des Steuerkammerablassabschnitts (77) bezeichnet; D einen Außendurchmesser des gleitfähigen Schaftabschnitts (52) der Nadel (50) bezeichnet; d den Innendurchmesser des Gleitlochs (78) bezeichnet; Lc die axiale Länge des Gleitlochs (78) bezeichnet; und Lu einen Überschreitungsabstand bezeichnet, die einen Abstand ist, die von einer Bezugsposition der Nadel (50), an der ein unterster Umfangspunkt des peripheren Außenrands (54) der oberen Endoberfläche der Nadel (50) mit einer Höhe eines oberen Endes des Gleitlochs (78) übereinstimmt, zu der oberen Hubgrenze der Nadel (50) entlang der Mittelachse (On) der Nadel (50) gemessen wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine verschleißfeste Beschichtung (80) an einer Außenwand des gleitfähigen Schaftabschnitts (52) der Nadel (50) oder einer Innenwand des Gleitlochs (78) des Zylinders (70, 700, 704) gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Zylinder (70, 700, 704) einen düsenseitigen Ablassabschnitt (79) hat, der benachbart zu einem unteren Ende des Gleitlochs (78) gebildet ist und in einer verjüngten Form geformt ist, derart, dass sich ein Innendurchmesser des düsenseitigen Ablassabschnitts (79) von dem Innendurchmesser (d) des Gleitlochs (78) allmählich erhöht.