DE10218546A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Anheben eines Nadelventils mit variabler Geschwindigkeit - Google Patents

Abstract

Ein verbesserter Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung wird bei einem Common-Rail-System für Fahrzeug-Dieselkraftmaschinen verwendet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist so gestaltet, dass ein Nadelventil mit variabler Geschwindigkeit bewegt wird, die eine Funktion einer gewünschten in die Kraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist. Die variable Geschwindigkeit wird durch Ändern einer mit Hydraulikdruck beaufschlagten Fläche eines Kolbens zum Beispiel des Nadelventils erzielt, um die Geschwindigkeit eines Hubs des Nadelventils zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen verbesserten Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die bei einem Common-Rail-System für Dieselkraftmaschinen verwendbar ist, und insbesondere auf einen einfachen Mechanismus einer derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Anheben eines Nadelventils mit variabler Geschwindigkeit.

Common-Rail-Systeme sind als ein Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselkraftmaschinen bekannt, die eine Common-Rail zum Zuführen von mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff zu jedem Zylinder der Kraftmaschine aufweist. Übliche Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die bei derartigen Common- Rail-Systemen verwendet werden, bestehen aus einem Nadelventil, das Zerstäubungslöcher öffnet oder schließt, einer Steuerkammer, die einen Staudruck auf das Nadelventil ausübt, und aus einem Steuerventil zum Einstellen des Drucks innerhalb der Steuerkammer. Die Steuerkammer ist mit dem Steuerventil in Verbindung, das zu einer Niederdruckleitung und einer Hochdruckleitung führt, die zu der Common-Rail durch jeweilige Öffnungen bzw. Drosseln führt. Das Öffnen des Steuerventils bewirkt einen Druckabfall in der Steuerkammer, wodurch das Nadelventil nach oben angehoben wird, um die Zerstäubungslöcher zu öffnen.

Unlängst wurde ein piezoelektrischer Aktuator mit schnellem Ansprechverhalten als ein Mechanismus zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines derartigen Steuerventils vorgeschlagen. Zum Beispiel lehrt US-5 779 149 von Hayes Jr. eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die mit einem piezoelektrischen Aktuator ausgestattet ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat einen Kolben mit großem Durchmesser, der durch den piezoelektrischen Aktuator bewegt wird, und einen Kolben mit kleinem Durchmesser zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Steuerventils. Der Hub des auf den Kolben mit großem Durchmesser wirkenden piezoelektrischen Aktuators wird hydraulisch verstärkt und zu dem Kolben mit kleinem Durchmesser übertragen.

Die vorstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass das kleine Steuerventil durch einen kleinen Hydraulikdruck geöffnet wird, um das große Nadelventil anzuheben, aber sie hat jedoch den folgenden Nachteil. Die Hubgeschwindigkeit des Nadelventils hängt von der Kraftstoffdurchsatzrate in und aus der Steuerkammer ab, die durch die Größe der Öffnungen bzw. Drosseln bestimmt ist. Falls die Größe der Öffnungen bzw. Drosseln so bestimmt ist, dass jene Hubgeschwindigkeit des Nadelventils erzielt wird, die zum Einspritzen einer großen Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine erforderlich ist, dann wird das Nadelventil daher mit einer unerwünschten höheren Geschwindigkeit angehoben, wenn es erforderlich ist, eine kleine Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen. Falls die Größe der Öffnungen bzw. Drosseln so bestimmt ist, dass sie mit jener übereinstimmt, die zum Einspritzen einer kleinen Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine erforderlich ist, dann wird das Nadelventil andererseits in einer unerwünschten geringeren Geschwindigkeit angehoben, wenn es erforderlich ist, eine große Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorzusehen, die zum Anheben eines Nadelventils mit variabler Geschwindigkeit gestaltet ist, die eine Funktion einer gewünschten in eine Kraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein verbesserter Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, die bei einem Common-Rail-System für Fahrzeug-Dieselkraftmaschinen verwendbar ist und so gestaltet ist, dass sie die Hubgeschwindigkeit eines Nadelventils als Funktion einer gewünschten in die Kraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge ändert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist Folgendes auf: (a) ein Nadelventil, das sich zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Zerstäubungslochs bewegt, wobei das Nadelventil einen Druckwirkflächenänderungsring und einen Ventilkörper mit einer vorgegebenen Länge aufweist, der verschiebbar durch den Druckwirkflächenänderungsring angeordnet ist; (b) eine Steuerkammer, die darin einen ersten Druck aufbaut, der auf eine erste Druckwirkfläche des Nadelventils in einer Ventilschließrichtung aufgebracht wird, in der das Zerstäubungsloch geschlossen wird; (c) ein Steuerventil zum wahlweisen Einrichten und Unterbrechen einer Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer und einer Niederdruckleitung, um den ersten Druck in der Steuerkammer zu ändern; (d) einen Aktuator zum Öffnen des Steuerventils, um die Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer und der Niederdruckkraftstoffleitung einzurichten, um den ersten Druck in der Steuerkammer zu verringern; (e) eine Nadelventilkammer, in der ein Abschnitt der Länge des Nadelventils angeordnet ist, wobei die Nadelventilkammer zu einer Hochdruckkraftstoffleitung führt, um einen zweiten Druck auf eine zweite Druckwirkfläche des Nadelventils in einer Ventilöffnungsrichtung aufzubringen, in der das Zerstäubungsloch geöffnet wird; (f) eine hohle zylindrische Nadelventilführung, in der der Druckwirkflächenänderungsring des Nadelventils verschiebbar angeordnet ist; und (g) einen Stopper, zu dem der mit Druck beauftrage Flächenänderungsring in der Nadelventilführung gleitet und anschlägt, um die erste Druckwirkfläche des Nadelventils von einem ersten Flächeninhalt zu einem zweiten Flächeninhalt zu ändern, der kleiner ist als der erste Flächeninhalt, um dadurch einen ersten Hubgeschwindigkeitsbereich zu einen zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich zu ändern. In dem ersten Hochgeschwindigkeitsbereich wird der erste Druck in der Steuerkammer auf den ersten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Nadelventils aufgebraucht, um den Druckwirkflächenänderungsring und den Ventilkörper des Nadelventils zusammen mittels einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck mit einer ersten Geschwindigkeit in der Ventilöffnungsrichtung von einer Anfangsposition zu einer mittleren Position anzuheben, in der der Druckwirkflächenänderungsring an dem Stopper anschlägt. In dem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich wird der ersten Druck in der Steuerkammer auf den zweiten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Nadelventils aufgebracht, um nur den Ventilkörper des Nadelventils mit einer zweiten Geschwindigkeit, die größer ist als die erste Geschwindigkeit, in der Ventilöffnungsrichtung von der mittleren Position zu einer vorgegebenen angehobenen Position mittels einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck anzuheben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Kraftstoffeinspritzvorrichtung außerdem einen zum Öffnen des Steuerventils hydraulisch bewegbaren Kolben und eine Aktuatorhubverstärkungskammer zum hydraulischen Verstärken eines Hubs des Aktuators, und dieser wird durch den Kolben aufgebracht.

Der Ventilkörper des Nadelventils hat einen Absatz, der einen Abschnitt mit großem Durchmesser definiert, welcher von dem Druckwirkflächenänderungsring vorsteht. Der Druckwirkflächenänderungsring liegt an dem Absatz des Ventilkörpers des Nadelventils an, um sich zusammen mit dem Ventilkörper in der Ventilöffnungsrichtung innerhalb des ersten Hubgeschwindigkeitsbereiches zu bewegen, und er ermöglicht, dass sich der Ventilkörper des Nadelventils von dem Druckwirkflächenänderungsring in der Ventilöffnungsrichtung innerhalb des zweiten Hochgeschwindigkeitsbereiches weg bewegt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen, die Folgendes aufweist: (a) ein Nadelventil, das wahlweise ein Zerstäubungsloch öffnet und schließt; (b) einen Aktuator, der einen Hub erzeugt, wenn er erregt wird; (c) einen Kolben zum hydraulischen Bewegen des Nadelventils zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Zerstäubungslochs, wobei der Kolben aus einem Hubverstärkungsänderungsring und einem Kolbenkörper besteht, der durch den Hubverstärkungsänderungsring verschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Druckwirkfläche hat, die voneinander abgewandt sind; (d) eine Aktuatorhubverstärkungskammer zum Umwandeln des Hubs des Aktuators in einen ersten Druck, wobei der erste Druck auf die erste Druckwirkfläche des Kolbens wirkt, um den Hub des Aktuators durch den Kolben zu verstärken und aufzubringen, wodurch sich der Kolben in einer Ventilöffnungsrichtung bewegt, in der das Zerstäubungsloch geöffnet wird; (e) eine Hydraulikkammer zum Ausüben eines zweiten Drucks auf die zweite Druckwirkfläche des Kolbens, um das Nadelventil in einer Ventilschließrichtung zu bewegen, in der das Zerstäubungsloch geschlossen wird; und (f) einen Stopper, zu dem sich der Hubverstärkungsänderungsring des Kolbens in der Ventilöffnungsrichtung bewegt und anschlägt, um einen ersten Hubverstärkungsfaktor, der in einem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich vorgesehen ist, zu einen zweiten Hubverstärkungsfaktor zu ändern, der in einem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich vorgesehen ist. Der erste Hubverstärkungsfaktor ist ein Verhältnis des Hubs des Kolbens zu dem Hub des Aktuators, und er ist kleiner als der zweite Hubverstärkungsfaktor. In dem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich bewegen sich der Hubverstärkungsänderungsring und der Kolbenkörper des Kolbens zusammen in der Ventilöffnungsrichtung mittels einer Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck von einer Anfangsposition zu einer mittleren Position, in der der Hubverstärkungsänderungsring an dem Stopper anliegt, mit einer ersten Geschwindigkeit, die durch den ersten Verstärkungsfaktor bestimmt ist. In dem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich wird der Hubverstärkungsänderungsring durch den Stopper davon abgehalten, sich in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen, so dass sich nur der Kolbenkörper in der Ventilöffnungsrichtung in einer zweiten Geschwindigkeit bewegt, die größer ist als die erste Geschwindigkeit, die durch den zweiten Hubverstärkungsfaktor bestimmt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Hubverstärkungsänderungsring durch den Stopper davon abgehalten, sich in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen, um die erste Druckwirkfläche des Kolbens von einem ersten Flächeninhalt zu einen zweiten Flächeninhalt zu ändern, der kleiner ist als der erste Flächeninhalt. Der erste Flächeninhalt ist dem ersten Druck ausgesetzt, so dass sich der Hubverstärkungsänderungsring und der Kolbenkörper des Kolbens zusammen in der Ventilöffnungsrichtung bewegen. Der zweite Flächeninhalt ist dem ersten Druck ausgesetzt, so dass sich nur der Kolbenkörper des Kolbens in der Ventilöffnungsrichtung bewegt.

Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich, die jedoch die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele beschränken sollen, sondern nur dem Verständnis dienen.

Zu den Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Innenaufbaus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) zeigen ausschnittartige Schnittansichten einer Bewegungsfolge eines Nadelventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Fig. 1;

Fig. 2(d) zeigt eine Zeitkarte einer Beziehung zwischen einer Änderung eines Hydraulikdrucks in einer Steuerkammer und Hubbeträgen eines Druckwirkflächenänderungsrings und eines zylindrischen Körpers des Nadelventils, die in den Fig. 2(a) bis 2(c) gezeigt sind;

Fig. 3 zeigt eine Längsschnittansicht eines Innenaufbaus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) zeigen ausschnittartige Schnittansichten einer Bewegungsfolge eines Kolbens mit kleinem Durchmesser der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Fig. 3; und

Fig. 4(d) zeigt eine Zeitkarte einer Beziehung zwischen einer Änderung eines Hydraulikdrucks in einer zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer und Hubbeträgen eines Aktuatorhubverstärkungsänderungsrings und eines zylindrischen Körpers des Kolbens mit kleinem Durchmesser, die in den Fig. 4(a) bis 4(c) gezeigt sind.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung erläutert, die zum Beispiel in einem Common-Rail-Einspritzsystem für Fahrzeug-Dieselkraftmaschinen verwendbar ist, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile in mehreren Ansichten beziehen.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung hat einen ersten Körper B1, in dem ein piezoelektrischer Aktuator 51 angeordnet ist, einen zweiten Körper B2, in dem ein Steuerventil 3 vorgesehen ist, einen dritten Körper B3 und einen vierten Körper B4, in dem ein Nadelventil 1 angeordnet ist. Der erste, der zweite, der dritte und der vierte Körper B1, B2, B3 beziehungsweise B4 sind in der dargestellten Art und Weise einander benachbart angeordnet.

Der erste Körper B1 hat in seiner Seitenwand einen Hochdruckkraftstoffeinlass 101, der zu einer Common-Rail (nicht gezeigt) führt. Der Hochdruckkraftstoffeinlass 101 ist durch einen Hochdruckkraftstoffpfad 102 mit einer Nadelventilkammer 4 verbunden. Der Hochdruckkraftstoffpfad 102 erstreckt sich vertikal, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, durch den ersten, den zweiten und den dritten Körper B1, B2 und B3. Die Nadelventilkammer 4 ist innerhalb des vierten Körpers B4 ausgebildet. Ein Niederdruckkraftstoffpfad 104 ist in dem ersten Körper B1 ausgebildet, der zu einem Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) durch einen Niederdruckkraftstoffauslass 103 führt, der in der Seitenwand des ersten Körpers B1 ausgebildet ist. Der erste, der zweite, der dritte und der vierte Körper B1, B2, B3 und B4 sind innerhalb einer hohlen zylindrischen Halterung 5 angeordnet und flüssigdicht aneinander gefügt.

In dem ersten Körper B1 ist eine zylindrische Kammer ausgebildet, in der der piezoelektrische Aktuator 51 und ein Kolben 52 mit großem Durchmesser angeordnet sind. Der Kolben 52 mit großem Durchmesser ist gemäß der Zeichnung an ein unteres Ende des piezoelektrischen Aktuators 51 gefügt und wird durch eine Scheibenfeder 531 in einen bleibenden Eingriff mit dem piezoelektrischen Aktuator 51 elastisch gedrückt, so dass der Kolben 52 mit großem Durchmesser durch eine Ausdehnung oder durch ein Zusammenziehen (das heißt ein Hub) des piezoelektrischen Aktuators 51 bewegt wird, der durch Aufbringen einer elektrischen Spannung erregt wird. Die Scheibenfeder 531 ist innerhalb einer Aktuatorhubverstärkungskammer 53 angeordnet, die unterhalb des Kolbens 52 mit großem Durchmesser definiert ist. Die Aktuatorhubverstärkungskammer 53 ist an einer Fügestelle des ersten und des zweiten Körpers B1 und B2 ausgebildet und dient zum Umwandeln des Hubs des Kolbens 52 mit großem Durchmesser zu einem Hydraulikdruck, und sie bringt diesen auf den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser auf, der innerhalb des zweiten Körpers B2 angeordnet ist, um den Hub des Kolbens 52 mit großem Durchmesser durch den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser zu verstärken und abzugeben. Der Verstärkungsgrad des Hubs des Kolbens 52 mit großem Durchmesser (das heißt ein Verstärkungsfaktor, der das Verhältnis des Hubs des Kolbens 52 mit kleinem Durchmesser zu dem Hub des Kolbens 52 mit großem Durchmesser ist) ist eine Funktion einer Differenz zwischen Druckwirkflächen (mit Druck beaufschlagten Flächen) des Kolbens 52 mit großem Durchmesser und des Kolbens 53 mit kleinem Durchmesser, an denen der Kraftstoffdruck in der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 wirkt. An einer Außenumfangswand des Kolbens 52 mit großem Durchmesser ist ein ringartiger Auslasspfad 522 ausgebildet, durch den der aus der Aktuatorhubverstärkungskammer 531 austretende Kraftstoff zu dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 ausgelassen wird. Ein O-Ring 521 ist in der in der Außenumfangswand des Kolbens 52 mit großem Durchmesser ausgebildeten ringartigen Nut angeordnet, um so eine flüssigdichte Abdichtung einzurichten.

Die Aktuatorhubverstärkungskammer 53 ist durch ein Rückschlagventil 71 und einen Zwischendruckpfad 72 mit einer Zwischendruckkammer 7 in Verbindung, die an einem unteren Ende des zweiten Körpers B2 definiert ist. Die Zwischendruckkammer 7 führt zu der Nadeldruckkammer 4 durch einen Zwischenraum um einen Zwischendruckeinlassstift 73 und außerdem zu dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 durch einen Zwischenraum um einen Zwischendruckauslassstift 74. Der Hydraulikdruck innerhalb der Zwischendruckkammer 7 ist auf ein gewünschtes Niveau zwischen den Drücken in dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 und der Nadelventilkammer 4 einstellbar, indem die Zwischenräume um den Zwischendruckeinlassstift 73 und den Zwischendruckauslassstift 74 abgewandelt werden. Wenn der Hydraulikdruck in der Aktuatorhubverstärkungskammer 43 aufgrund des Kraftstofflecks abfällt, dann wird das Rückschlagventil 71 geöffnet, so dass der Kraftstoff in der Zwischendruckkammer 7 in die Aktuatorhubverstärkungskammer 53 strömt, wodurch der Druck in der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 konstant gehalten wird.

Das Steuerventil 3 besteht aus einer Ventilkammer 31, einer Ventilkugel 32 und einem Niederdruckanschluss 33. Die Ventilkammer 31 ist in dem unteren Ende des zweiten Körpers B2 ausgebildet. Die Ventilkugel 32 wird durch den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser bewegt oder angehoben, um den Niederdruckanschluss 33 wahlweise zu öffnen und zu schließen. Der Niederdruckanschluss 33 führt zu einer Auslassdruckkammer 541, die um einen abgeschrägten Kopf des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser definiert ist. Der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser hat eine Spitze, die sich in den Niederdruckanschluss 33 erstreckt und an der Ventilkugel 32 anliegt, wie dies klar aus der Zeichnung ersichtlich ist. Wenn die Ventilkugel 32 den Niederdruckanschluss 33 öffnet, dann strömt der Hydraulikdruck in der Ventilkammer 31 in den Niederdruckkraftstoffpfad 104 durch die Auslassdruckkammer 541 und einen Auslasspfad 542.

Die Ventilkammer 31 ist jederzeit mit einer in einem oberen Ende des vierten Körpers B4 ausgebildeten Steuerkammer 2 durch eine Auslassdrossel 22 und einen Drosselpfad 21 in Verbindung, die in dem dritten Körper B3 ausgebildet sind. Die Auslassdrossel 22 mündet in die Ventilkammer 31. Die Steuerkammer 2 ist innerhalb der Nadelventilkammer 4 des vierten Körpers B4 definiert und dient zum Aufbringen des Hydraulikdrucks auf das Nadelventil 1 in nach unten gerichteter Richtung gemäß der Zeichnung (das heißt in eine Ventilschließrichtung). Das Nadelventil 1 ist mit seiner oberen Hälfte innerhalb der Nadelventilkammer 4 und mit seiner unteren Hälfte innerhalb einer Gleitkammer 41 angeordnet, die zu der Nadelventilkammer 4 führt. Die Gleitkammer 41 ist mit einer Vielzahl Zerstäubungslöcher 42 in Verbindung, die in einem Einspritzkopf ausgebildet sind.

Das Nadelventil 1 hat einen oberen Endabschnitt, der gleitbar innerhalb einer hohlen zylindrischen Nadelventilführung 6 flüssigdicht angeordnet ist. Zwischen der oberen Fläche der Nadelventilführung 6 und der unteren Fläche des dritten Körpers B3 ist ein selbstausrichtender Ring 61 gehalten. Eine erste Schraubenfeder 63 ist zwischen einem Federsitz 62, der an einem mittleren Abschnitt des Nadelventils 1 gesichert ist, und dem unteren Ende der Nadelventilführung 6 angeordnet, um die Nadelventilführung 6 und das Nadelventil 1 in entgegengesetzten Richtungen zu drücken. Der selbstausrichtende Ring 61 hat eine ebene Endwand, die in direktem Kontakt mit dem unteren Ende des dritten Körpers B3 ist, und eine sphärische Wand, die in direktem Kontakt mit einer konischen oberen Wand der Nadelventilführung 6 ist. Die lotrechte Stellung des Nadelventils 1 zu dem unteren Ende des dritten Körpers B3 ist somit durch eine horizontale Bewegung des selbstausrichtenden Rings 61 und eine Drehbewegung der Nadelventilführung 6 gehalten. Die erste Schraubenfeder 63 dient außerdem zum Einrichten von flüssigdichten Abdichtungen zwischen dem selbstausrichtenden Ring 61 und der Nadelventilführung 6 sowie zwischen dem selbstausrichtenden Ring 61 und dem dritten Körper B3.

Das Nadelventil 1 hat einen zylindrischen Körper 11 (das heißt einen Ventilkörper) und einen Druckwirkflächenänderungsring 12, der gleitbar an einem oberen Abschnitt des Körpers 11 angeordnet ist, welcher gemäß der folgenden detaillierten Beschreibung als eine Nadelventilhubgeschwindigkeitsversetzungseinrichtung dient. Der Druckwirkflächenänderungsring 12 ist durch einen Kontakt seines Außenumfangs mit einem Innenumfang der Nadelventilführung 6 gleitbar. Der zylindrische Körper 11 hat einen Flansch 13, gegen den der Druckwirkflächenänderungsring 12 durch eine zweite Schraubenfeder 64 gedrückt wird, die zwischen einem unteren Ende des Druckwirkflächenänderungsrings 12 und dem Federsitz 62 angeordnet ist.

Die zweite Schraubenfeder 64 dient zum Aufrechterhalten eines direkten Eingriffs des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit dem zylindrischen Körper 11, um so einen Verlust der Hubbewegung des zylindrischen Körpers 11 zu reduzieren, sie kann jedoch bei diesen Ausführungsbeispiel weggelassen werden. Die Nadelventilführung 6 kann an ihrer unteren Kante mit einem Flansch ausgebildet sein, der nach innen vorsteht, um so als ein Stopper zum Vermeiden einer Abwärtsbewegung des Druckwirkflächenänderungsrings 12 zu dienen.

Die untere Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 ist in einem Abstand L von dem oberen Ende des Druckwirkflächenänderungsrings 12 angeordnet und dient als ein Stopper zum Definieren eines zulässigen Bereiches einer Aufwärtsbewegung des Druckwirkflächenänderungsrings 12. Insbesondere wird der zylindrische Körper 11 des Nadelventils 1 zusammen mit dem Druckwirkflächenänderungsring 12 innerhalb eines Bereiches des Abstands L angehoben. Nach einem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 wird nur der zylindrische Körper 11 des Nadelventils 1 angehoben. Die Hubgeschwindigkeit des Nadelventils 1 ändert sich daher bei dem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61. Dieser Vorgang wird später genauer beschrieben.

Die Steuerkammer 2 ist durch eine Endwand des Nadelventils 1 und durch Innenwände der Nadelventilführung 6 und den selbstausrichtenden Ring 61 definiert. In dem dritten Körper B3 sind eine Einlassdrossel 24 und ein Hochdruckkraftstoffpfad 23 ausgebildet. Die Steuerkammer 2 ist mit dem Hochdruckkraftstoffpfad 102 durch die Einlassdrossel 24 und den Kraftstoffpfad 23 in Verbindung. Der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 ändert sein Niveau beim Öffnen oder Schließen des Steuerventils 3. Insbesondere wenn der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 so abfällt, dass sich das Nadelventil 1 anhebt, dann sind die Zerstäubungslöcher 42 mit der Nadelventilkammer 4 durch einen Zwischenraum um das Nadelventil 1 in Verbindung, wodurch der Kraftstoff aus den Zerstäubungslöchern 42 zerstäubt wird.

Ein Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(d) beschrieben. Die Fig. 2(d) zeigt eine Beziehung zwischen einer Änderung eines Hydraulikdrucks innerhalb der Steuerkammer 2, der durch eine Betätigung des piezoelektrischen Aktuators 51 bewirkt wird, und Hubbeträgen des zylindrischen Körpers 11 und des Druckwirkflächenänderungsrings 12 des Nadelventils 1. Die Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) zeigen eine Bewegungsfolge des zylindrischen Körpers 11 und des Druckwirkflächenänderungsrings 12 in Zeiträumen ta, tb und tc.

Wenn der piezoelektrische Aktuator 51 im AUS-Zustand ist, dann schließt die Ventilkugel 32 des Steuerventils den Niederdruckanschluss 33 weiter, so dass die Ventilkammer 31 und die Steuerkammer 2 auf einen angehobenen Druck des von dem Hochdruckkraftstoffpfad 102 zugeführten Kraftstoffes gehalten werden, der nachfolgend auch als ein Zuführungsdruck bezeichnet wird. Die Summe des Hydraulikdrucks in der Steuerkammer 2 und des Federdrucks der Feder 63, die größer ist als der Hydraulikdruck in der Nadelventilkammer 4 in nach oben gerichteter Richtung bei Betrachtung der Fig. 1, wirkt somit weiterhin auf das Nadelventil 1 in nach unten gerichteter Richtung, wodurch die Zerstäubungslöcher 42 geschlossen werden.

Bei Aufbringung eines gegebenen Niveaus einer elektrischen Antriebsspannung auf den piezoelektrischen Aktuator 51 zum Zeitpunkt 1 gemäß der Fig. 2(d) dehnt sich der piezoelektrische Aktuator 51 aus, so dass sich der Kolben 52 mit großem Durchmesser nach unten bewegt, wodurch der Hydraulikdruck in der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 ansteigt. Dies bewirkt eine Bewegung des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser und der Ventilkugel 32 nach unten, so dass der Niederdruckanschluss 33 geöffnet wird, wodurch die Fluidverbindung zwischen der Ventilkammer 31 und der Auslassdruckkammer 541 eingerichtet wird, die zu dem Niederdruckpfad 104 führt. Dies führt zu einem Abfall des Hydraulikdrucks in der Steuerkammer 2. Wenn der Druck, der das Nadelventil 1 nach oben drückt, jenen Druck übersteigt, der das Nadelventil 1 nach unten drückt, wird der zylindrische Körper 11 des Nadelventils 1 zusammen mit dem Druckwirkflächenänderungsring 12 zum Zeitpunkt t2 gemäß der Fig. 2(d) angehoben.

Das Anheben des Nadelventils 1 bewirkt einen erneuten Anstieg des Hydraulikdrucks in der Steuerkammer 2. Wenn die Geschwindigkeit des Hubs des Nadelventils 1 zu dem Zeitpunkt t3 konstant wird, und zwar wenn die Durchsatzrate des in die Steuerkammer 2 eintretenden Kraftstoffes mit der Durchsatzrate des aus der Steuerkammer 2 austretenden Kraftstoffes im Gleichgewicht ist, dann wird der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 bis zu dem Zeitpunkt t4 auf ein konstantes Niveau gehalten, das niedriger ist als der Zuführungsdruck. Insbesondere in dem Zeitraum ta zwischen t3 und t4 bewegen sich der zylindrische Körper 11 und der Druckwirkflächenänderungsring 12 des Nadelventils 1 zusammen nach oben, wie dies in der Fig. 2(a) gezeigt ist. Das Nadelventil 1 wird somit mit einer kleineren Geschwindigkeit in der Ventilöffnungsrichtung angehoben, in der das Nadelventil 1 die Zerstäubungslöcher 42 öffnet.

Wenn sich das Nadelventil 1 um den Abstand L nach oben bewegt und, wie dies in der Fig. 2(b) gezeigt ist, der Druckwirkflächenänderungsring 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 zum Zeitpunkt t4 zusammenstößt, dann stoppt das Nadelventil 1. Das Nadelventil 1 wird daraufhin für eine Weile davon abgehalten, dass es sich anhebt. Dies ist dadurch begründet, dass nach dem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 die gesamte Druckwirkfläche des Nadelventils 1, an dem der in der Nadelventilkammer 4 erzeugte Druck wirkt, durch die Fläche des unteren Endes des Druckwirkflächenänderungsrings 12 verringert ist, woraus eine Verringerung der Kraft resultiert, die das Nadelventil 1 nach oben drückt. Der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 beginnt sich somit erneut zu verringern. Bei dem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 wird die Fläche des oberen Endes des Druckwirkflächenänderungsrings 12, an dem der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 wirkt, durch eine Kontaktfläche der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 verringert, so dass die gesamte Fläche des Nadelventils 1, an der der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 wirkt, verringert ist.

Wenn sich der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 weiter verringert und ein vorgegebenes unteres Niveau in dem Zeitpunkt t5 erreicht, dann ist der nach unten gerichtete Druck, der auf den zylindrischen Körper 11 des Nadelventils 11 wirkt, kleiner als der nach oben gerichtete Druck, und nur der zylindrische Körper 11 des Nadelventils beginnt sich anzuheben. Insbesondere ist die gesamte Fläche des zylindrischen Körpers 11 und des Druckwirkflächenänderungsrings 12, an der der Hydraulikdruck innerhalb der Steuerkammer 2 nach dem Zeitpunkt t4 ausgeübt wird, kleiner als jener vor dem Zeitpunkt t4. Die Durchsatzrate des aus der Steuerkammer 2 ausgelassenen Kraftstoffes ist gemäß der Beschreibung konstant. Daher wird das Nadelventil 1 in dem Zeitraum tc gemäß der Fig. 2(c) mit einer Geschwindigkeit angehoben, die größer ist als vor dem Zeitpunkt t4. Der Hydraulikdruck innerhalb der Steuerkammer 2 wird auf ein Niveau gehalten, das niedriger ist als in dem Zeitraum ta. Wenn der zylindrische Körper 11 des Nadelventils 1 an dem unteren Ende des dritten Körpers B3 anliegt, dann wird das Anheben des Nadelventils 1 gestoppt, so dass der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 eine erneute Verringerung nach dem Zeitpunkt t6 beginnt.

Wie dies aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, ist die gesamte Druckwirkfläche des Nadelventils 1, an der der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 wirkt, die Summe der Flächeninhalte der oberen Enden des zylindrischen Körpers 11 und des Druckwirkflächenänderungsrings 12 des Nadelventils 1, wenn es erforderlich ist, eine kleine Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen, und zwar während eines Zeitintervalls (das heißt der Zeitraum ta) zwischen einem Zeitpunkt, wenn der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 auf das erste untere Niveau nach der Erregung des piezoelektrischen Aktuators 51 abfällt, und dem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61, so dass das Nadelventil 1 mit der niedrigeren Geschwindigkeit angehoben wird. Wenn es erforderlich ist, eine große Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen, und zwar während eines Zeitintervalls (das heißt der Zeitraum tc) zwischen einem Zeitpunkt, wenn der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 auf das zweite untere Niveau nach dem Zusammenstoß des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 abfällt, und dem Zusammenstoß des zylindrischen Körpers 11 mit dem unteren Ende des dritten Körpers B3, dann ist die gesamte Druckwirkfläche des Nadelventils 1, an der der Hydraulikdruck in der Steuerkammer 2 wirkt, durch den Flächeninhalt der Kontaktfläche des Druckwirkflächenänderungsrings 12 mit der unteren Fläche 65 des selbstausrichtenden Rings 61 verringert, so dass das Nadelventil 1 mit der höheren Geschwindigkeit angehoben wird. Insbesondere dient die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Bewegen des Nadelventils 1 mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, ohne dass eine Änderung der Größe der Öffnungen bzw. Drosseln 24 und 22 erforderlich ist.

Die Fig. 3 zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung als eine Bauart, bei der der Hydraulikdruck in der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 direkt zum Bewegen des Nadelventils 1 ohne Verwendung des Steuerventils 3 dient. Für dieselben Bauteile werden dieselben Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels verwendet, und deren detaillierte Erläuterung wird hierbei weggelassen.

Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Ausgleichskolben 8, der innerhalb des zweiten Körpers B2 angeordnet ist, wobei der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser innerhalb des dritten Körpers B3 angeordnet ist und das Nadelventil 1 innerhalb des vierten und des fünften Körpers B5 und B4 angeordnet ist.

Das Nadelventil 1 ist innerhalb des fünften Körpers B5 verschiebbar gehalten und hat ein oberes Ende, das sich in eine Federkammer 95 erstreckt, die in dem vierten Körper B4 ausgebildet ist. Die Federkammer 95 ist mit dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 in Verbindung. Die Feder 63 ist zwischen dem Federsitz 62, der an dem oberen Ende des Nadelventils 1 gesichert ist, und einer oberen Wand der Federkammer 95 (das heißt dem Boden des dritten Körpers B3) angeordnet, um das Nadelventil 1 nach unten zu drücken. Der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser hat eine Spitze oder ein unteres Ende, das sich in die Federkammer 95 erstreckt und an dem Federsitz 62 anliegt. Ein Kraftstoffschacht 43 ist um das Nadelventil 1 angeordnet, der zu dem Hochdruckkraftstoffpfad 102 führt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist der Ausgleichskolben 8 innerhalb des zweiten Körpers B2 über dem Kolben 54 mit kleinem Durchmesser angeordnet. Der Ausgleichskolben 8 hat einen gewölbten Kopf, der mit dem oberen Ende des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser in Kontakt ist. Eine Ausgleichsdruckkammer 81 ist über einem oberen Ende des Ausgleichskolbens 8 definiert und mit dem Hochdruckkraftstoffpfad 102 durch einen Ausgleichsdruckeinlasspfad 82 in Verbindung. Der in den Hochdruckkraftstoffeinlass 101 zugeführte Kraftstoffdruck oder der Zuführungsdruck tritt in die Ausgleichsdruckkammer 81 durch den Ausgleichsdruckeinlasspfad 82 ein und wirkt auf den Ausgleichskolben 8, um das Nadelventil 1 durch den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser nach unten zu drücken. Der Durchmesser des Ausgleichskolbens 8 ist vorzugsweise gleich wie oder geringfügig größer als ein Durchmesser eines Abschnitts des Nadelventils 1, der entlang einer Innenwand des fünften Körpers B5 gleitet, so dass der auf das obere Ende des Ausgleichskolbens nach unten wirkende Druck mit dem auf das Nadelventil 1 nach oben wirkenden Druck im Gleichgewicht sein kann, wenn die Zerstäubungslöcher 42 geöffnet sind.

Die Aktuatorhubverstärkungskammer 53 ist durch das Rückschlagventil 71 und den Zwischendruckpfad 72 mit der Zwischendruckkammer 7 in Verbindung, die zwischen einem unteren Ende des zweiten Körpers B2 und einem oberen Ende des dritten Körpers B3 definiert ist. Der Kraftstoff innerhalb der Ausgleichsdruckkammer 82 strömt in die Zwischendruckkammer 7 durch einen Zwischenraum um den Ausgleichskolben 8 und wandert zu dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 durch einen Zwischenraum um den Zwischendruckauslassstift 74. Der Hydraulikdruck innerhalb der Zwischendruckkammer 7 ist auf ein gewünschtes Niveau zwischen den Drücken in der Ausgleichsdruckkammer 81 und dem Niederdruckkraftstoffpfad 104 einstellbar, indem die Zwischenräume um den Ausgleichskolben 8 und dem Zwischendruckauslassstift 74 abgewandelt werden.

Der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser besteht aus einem zylindrischen Körper 54a (das heißt ein Kolbenkörper) und aus einem Hubverstärkungsänderungsring 54b, der gleitbar an einem Abschnitt 54c mit großem Durchmesser gepasst ist. Der Hubverstärkungsänderungsring 54b dient ähnlich wie der Druckwirkflächenänderungsring 12 des ersten Ausführungsbeispiels als eine Nadelventilhubgeschwindigkeitsänderungseinrichtung. Eine zweite Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ist unter dem Hubverstärkungsänderungsring 54b definiert, die mit der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 durch einen Kraftstoffpfad 55 in Verbindung ist, der sich durch den zweiten und den dritten Körper B2 und B3 erstreckt. Der Kraftstoff, dessen Druck auf das vorgegebene Zwischenniveau in der Zwischendruckkammer 7 eingestellt ist, strömt somit in die zweite Aktuatorhubverstärkungskammer 56 durch das Rückschlagventil 71 und die Aktuatorhubverstärkungskammer 53, um einen Hydraulikdruck zu erzeugen, der den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser nach oben drückt. Ein Flansch 54d ist an einer unteren Kante des Hubverstärkungsänderungsrings 54b ausgebildet und erstreckt sich nach innen, um so mit einem unteren Absatz des Abschnitts 54c mit großem Durchmesser in Eingriff zu gelangen. Eine Scheibenfeder 561 ist an dem Boden der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 angeordnet, um den Hubverstärkungsänderungsring 54b nach oben zu drücken.

Eine Erhöhung des Drucks innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 bewirkt eine Anhebung des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser, um das Nadelventil 1 nach oben anzuheben. Das obere Ende des Hubverstärkungsänderungsrings 54b ist in einem vorgegebenen Abstand L von einer ringartigen Fläche 83 beabstandet, die an dem unteren Ende des zweiten Körpers B2 definiert ist und als ein Stopper dient. Daher werden der zylindrische Körper 54a und der Hubverstärkungsänderungsring 54b des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zusammen innerhalb des Abstands L angehoben. Nachdem der Hubverstärkungsänderungsring 54b mit der Stopperfläche 83 zusammengestoßen ist, wird nur der zylindrische Körper 54a angehoben, was zu einer Erhöhung des Verstärkungsfaktors führt, der das Verhältnis des Hubs des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zu dem Hub des Kolbens 52 mit großem Durchmesser des piezoelektrischen Aktuators 51 ist, um auf diese Weise ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Hubgeschwindigkeit des Nadelventils 1 zu erhöhen.

Ein Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4(a) bis 4(d) beschrieben. Die Fig. 4(d) zeigt eine Beziehung zwischen einer Änderung des Hydraulikdrucks innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56, der durch eine Betätigung des piezoelektrischen Aktuators 51 hervorgerufen wird, und Hubbeträgen des zylindrischen Körpers 54a und des Hubverstärkungsänderungsrings 54b des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser. Die Fig. 4(a), 4(b) und 4(d) zeigen eine Bewegungsfolge des zylindrischen Körpers 54a und des Hubverstärkungsänderungsrings 54b des Kolbens mit kleinem Durchmesser in Zeiträumen ta, tb und tc.

Wenn der piezoelektrische Aktuator 51 im AUS-Zustand ist, dann wird der Druck der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 und der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 auf das vorgegebene Zwischenniveau gehalten, so dass die Summe der Hydraulikdrücke innerhalb der Zwischendruckkammer 7 und der Ausgleichsdruckkammer 81 sowie der Federdruck der Feder 63, die das Nadelventil 1 nach unten drückt, größer als die Summe der Hydraulikdrücke innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 und dem Kraftstoffschacht 43, die das Nadelventil 1 nach oben drückt, wodurch die Zerstäubungslöcher 11 geschlossen werden.

Bei Aufbringung eines vorgegebenen Niveaus einer elektrischen Antriebsspannung auf den piezoelektrischen Aktuator 51 zum Zeitpunkt 1 gemäß der Fig. 4(d) dehnt sich der piezoelektrische Aktuator 51 aus, so dass sich der Kolben 52 mit großem Durchmesser nach unten bewegt, wodurch die Hydraulikdrücke in der Aktuatorhubverstärkungskammer 53 und der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ansteigen. Wenn der Hydraulikdruck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ein gewisses höheres Niveau überschreitet, dann übersteigt ein auf das Nadelventil 1 nach oben wirkender Druck einen nach unten wirkenden Druck, so dass das Anheben des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zum Zeitpunkt t2 beginnt. Nach dem Zeitpunkt t2 werden der zylindrische Körper 54a und der Hubverstärkungsänderungsring 54b des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zusammen nach oben mit einer geringeren Geschwindigkeit angehoben. Der Hydraulikdruck innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 wird konstant gehalten.

Das Nadelventil 1 wird somit nach oben mit der geringeren Geschwindigkeit angehoben.

Wenn sich der Hubverstärkungsänderungsring 54b über den Abstand L nach oben bewegt und, wie dies in der Fig. 4(b) gezeigt ist, mit der Stopperfläche 83 des zweiten Körpers B2 zusammenstößt, dann stoppen der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser und das Nadelventil 1 zum Zeitpunkt t3. Insbesondere wird bei dem Zusammenstoß des Hubverstärkungsänderungsrings 54b mit der Stopperfläche 83 die gesamte Druckwirkfläche des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser, an der der Druck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 wirkt, durch eine Fläche des unteren Endes des Hubverstärkungsänderungsrings 54b verringert, woraus eine Verringerung einer Kraft resultiert, die den Kolben 54 mit kleinem Durchmesser nach oben drückt. Dadurch wird der zylindrische Körper 54a des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser an einer mittleren Stelle gehalten, an der der Hubverstärkungsänderungsring 54b an der Stopperfläche 83 in dem Zeitraum tb anliegt.

Wenn der Hydraulikdruck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ansteigt und ein zweites höheres Niveau überschreitet, dann überschreitet der auf das Nadelventil 1 nach oben wirkende Druck einen nach unten wirkenden Druck zum Zeitpunkt t4, so dass nur der zylindrische Körper 54a des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zusammen mit dem Nadelventil 1 nach oben angehoben wird. Insbesondere wird die gesamte Fläche des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser, auf die der Hydraulikdruck innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 nach dem Zeitpunkt t3 aufgebracht wird, kleiner als jene vor dem Zeitpunkt t3. Daher wird der Kolben 54 mit kleinem Durchmesser in dem Zeitraum tc gemäß der Fig. 4(c) mit einer Geschwindigkeit nach oben angehoben, die größer ist als vor dem Zeitpunkt t3. Der Hydraulikdruck innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 wird auf ein höheres Niveau als in dem Zeitraum ta gehalten.

Wenn der Ausgleichskolben 8, der über dem zylindrischen Körper 54a des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, mit der oberen Wand der Ausgleichsdruckkammer 81 zusammenstößt, dann wird das Anheben des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser und des Nadelventils 1 gestoppt, so dass ein Anstieg des Hydraulikdrucks in der Aktuatorhubverstärkungskammer 56 nach dem Zeitpunkt t5 erneut beginnt.

Wie dies aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, werden sowohl der zylindrische Körper 54a als auch der Hubverstärkungsänderungsring 54b dem Hydraulikdruck innerhalb der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ausgesetzt und nach oben bewegt, wenn es erforderlich ist, eine kleine Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen, und zwar während eines Zeitintervalls (das heißt der Zeitraum ta) zwischen einem Zeitpunkt, wenn der Hydraulikdruck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 auf das erste höhere Niveau nach der Erregung des piezoelektrischen Aktuators 51 ansteigt, und dem Zusammenstoß des Hubverstärkungsänderungsrings 54b mit der Stopperfläche 83 des zweiten Körpers B2, so dass das Nadelventil 1 mit der geringeren Geschwindigkeit angehoben wird. Wenn es erforderlich ist, eine große Kraftstoffmenge in die Kraftmaschine einzuspritzen, und zwar während eines Zeitintervalls (das heißt der Zeitraum tc) zwischen einem Zeitpunkt, wenn der Hydraulikdruck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 auf das zweite höhere Niveau nach dem Zusammenstoß des Hubverstärkungsänderungsrings 54b mit der Stopperfläche 83 des zweiten Körpers B2 ansteigt, und dem Zusammenstoß des Ausgleichskolbens 8 mit der oberen Wand der Ausgleichsdruckkammer 81, dann wird nur der zylindrische Körper 54a des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser dem Hydraulikdruck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 ausgesetzt und nach oben bewegt, so dass das Nadelventil 1 mit der höheren Geschwindigkeit angehoben wird. Insbesondere führt eine Verringerung der gesamten Druckwirkfläche des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser, auf die der Druck in der zweiten Aktuatorhubverstärkungskammer 56 wirkt, zu einer Erhöhung des Verstärkungsfaktors, der das Verhältnis des Hubs des Kolbens 54 mit kleinem Durchmesser zu dem Hub des Kolbens 52 mit großem Durchmesser des piezoelektrischen Aktuators 51 ist, so dass das Nadelventil mit der höheren Geschwindigkeit angehoben wird.

Während die vorliegende Erfindung zum besseren Verständnis hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart ist, sollte klar sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Daher soll die Erfindung alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen von den gezeigten Ausführungsbeispielen enthalten, die ausgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Ein verbesserter Aufbau einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist bei einem Common-Rail-System für Fahrzeug-Dieselkraftmaschinen verwendbar. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist so gestaltet, dass sie ein Nadelventil mit variabler Geschwindigkeit als Funktion einer gewünschten Kraftstoffmenge bewegt, die in die Kraftmaschine einzuspritzen ist. Die variable Geschwindigkeit wird durch eine Hydraulikdruckwirkfläche (mit Hydraulikdruck beaufschlagte Fläche) eines Kolbens zum Beispiel des Nadelventils geändert, um die Geschwindigkeit des Hubs des Nadelventils zu steuern.

Claims (5)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit:
einem Nadelventil, das sich zum wahlweisen Öffnen und Schließen eines Zerstäubungslochs bewegt, wobei das Nadelventil einen Druckwirkflächenänderungsring und einen Ventilkörper mit einer vorgegebenen Länge aufweist, der gleitbar durch den Druckwirkflächenänderungsring angeordnet ist;
einer Steuerkammer, in der ein erster Druck aufgebaut wird, der auf eine erste Druckwirkfläche des Nadelventils in einer Ventilschließrichtung aufgebracht wird, in der das Zerstäubungsloch geschlossen wird;
einem Steuerventil zum wahlweisen Einrichten und Unterbrechen einer Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer und einer Niederdruckleitung, um den ersten Druck in der Steuerkammer zu ändern;
einem Aktuator zum Öffnen des Steuerventils, um die Fluidverbindung zwischen der Steuerkammer und der Niederdruckkraftstoffleitung einzurichten, um den ersten Druck in der Steuerkammer zu verringern;
einer Nadelventilkammer, in der ein Abschnitt der Länge des Nadelventils angeordnet ist, wobei die Nadelventilkammer zu einer Hochdruckkraftstoffleitung führt, um einen zweiten Druck auf eine zweite Druckwirkfläche des Nadelventils in einer Ventilöffnungsrichtung aufzubringen, in der das Zerstäubungsloch geöffnet wird;
einer hohlen zylindrischen Nadelventilführung, in der der Druckwirkflächenänderungsring des Nadelventils gleitbar angeordnet ist; und
einem Stopper, zu dem der Druckwirkflächenänderungsring in der Nadelventilführung gleitet und an dem er anschlägt, um einen ersten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Nadelventils zu einen zweiten Flächeninhalt zu ändern, der kleiner ist als der erste Flächeninhalt, um dadurch von einem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich zu einen zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich zu wechseln, wobei in dem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich der erste Druck in der Steuerkammer auf den ersten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Nadelventils aufgebracht ist, um mittels einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck den Druckwirkflächenänderungsring zusammen mit dem Ventilkörper des Nadelventils mit einer ersten Geschwindigkeit in der Ventilöffnungsrichtung von einer Anfangsposition zu einer mittleren Position anzuheben, an der der Druckwirkflächenänderungsring an dem Stopper anschlägt, wobei in dem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich der erste Druck in der Steuerkammer auf den zweiten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Nadelventils aufgebracht ist, um nur den Ventilkörper des Nadelventils in der Ventilöffnungsrichtung von der mittleren Position zu einer vorgegebenen angehobenen Position mittels einer Differenz zwischen dem ersten und zweiten Druck mit einer zweiten Geschwindigkeit anzuheben, die größer ist als die erste Geschwindigkeit.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, die des weiteren einen zum Öffnen des Steuerventils hydraulisch bewegbaren Kolben und eine Aktuatorhubverstärkungskammer aufweist, um einen Hub des Aktuators hydraulisch zu verstärken und diesen durch den Kolben aufzubringen.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Ventilkörper des Nadelventils einen Absatz aufweist, der einen Abschnitt mit großem Durchmesser definiert, welcher von dem Druckwirkflächenänderungsring vorsteht, und wobei der Druckwirkflächenänderungsring an dem Absatz des Ventilkörpers des Nadelventils anliegt, um sich zusammen mit dem Ventilkörper in der Ventilöffnungsrichtung innerhalb des ersten Hubgeschwindigkeitsbereiches zu bewegen, und wobei er eine Bewegung des Ventilkörpers des Nadelventils von dem Druckwirkflächenänderungsrings weg in der Ventilöffnungsrichtung innerhalb des zweiten Hubgeschwindigkeitsbereiches zulässt.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit:
einem Nadelventil, das ein Zerstäubungsloch wahlweise öffnet und schließt;
einem Aktuator, der einen Hub erzeugt, wenn er erregt wird;
einem Kolben zum hydraulischen Bewegen des Nadelventils, um das Zerstäubungsloch wahlweise zu öffnen und zu schließen, wobei der Kolben aus einem Hubverstärkungsänderungsring und aus einem Kolbenkörper besteht, der gleitbar durch den Hubverstärkungsänderungsring angeordnet ist, wobei der Kolben eine erste und eine zweite Druckwirkfläche hat, die voneinander abgewandt sind;
einer Aktuatorhubverstärkungskammer zum Umwandeln des Hubs des Aktuators zu einen ersten Druck, wobei der erste Druck auf die erste Druckwirkfläche des Kolbens wirkt, um den Hub des Aktuators durch den Kolben zu verstärken und aufzubringen, und der den Kolben in einer Ventilöffnungsrichtung bewegt, in der das Zerstäubungsloch geöffnet wird;
einer Hydraulikkammer zum Aufbringen eines zweiten Druckes auf die zweite Druckwirkfläche des Kolbens, um das Nadelventil in einer Ventilschließrichtung zu bewegen, in der das Zerstäubungsloch geschlossen wird; und
einem Stopper, zu dem sich der Hubverstärkungsänderungsring des Kolbens in der Ventilöffnungsrichtung bewegt und an dem er anliegt, um einen ersten Hubverstärkungsfaktor, der in einem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich vorgesehen ist, in einen zweiten Hubverstärkungsfaktor zu ändern, der in einem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich vorgesehen ist, wobei der erste Hubverstärkungsfaktor ein Verhältnis des Hub des Kolbens zu dem Hub des Aktuators ist und kleiner als der zweite Hubverstärkungsfaktor ist, wobei in dem ersten Hubgeschwindigkeitsbereich der Hubverstärkungsänderungsring und der Kolbenkörper des Kolbens zusammen in der Ventilöffnungsrichtung durch eine Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck von einer Anfangsposition zu einer mittleren Position, an der der Hubverstärkungsänderungsring an dem Stopper anliegt, mit einer ersten Geschwindigkeit bewegt werden, die durch den ersten Hubverstärkungsfaktor bestimmt ist, wobei in dem zweiten Hubgeschwindigkeitsbereich der Hubverstärkungsänderungsring durch den Stopper davon abgehalten wird, sich in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen, so dass nur der Kolbenkörper in der Ventilöffnungsrichtung mit der zweiten Geschwindigkeit bewegt wird, die größer ist als die erste Geschwindigkeit und durch den zweiten Hubverstärkungsfaktor bestimmt ist.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Hubverstärkungsänderungsring durch den Stopper davon abgehalten wird, sich in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen, um einen ersten Flächeninhalt der ersten Druckwirkfläche des Kolbens in einen zweiten Flächeninhalt zu ändern, der kleiner ist als der erste Flächeninhalt, wobei der erste Flächeninhalt dem ersten Druck ausgesetzt ist, um den Hubverstärkungsänderungsring und den Kolbenkörper des Kolbens zusammen in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen, wobei der zweite Flächeninhalt dem ersten Druck ausgesetzt ist, um nur den Kolbenkörper des Kolbens in der Ventilöffnungsrichtung zu bewegen.