DE112018004736T5

DE112018004736T5 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE112018004736T5
Application number: DE112018004736.9T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Tanada; Naofumi Adachi; Masayuki Suzuki; Toshiaki Hijima; Motoya Kambara
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US20200191104A1; US11193464B2; JP2019039424A; JP6706290B2

Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzventil (20) umfasst ein Nadelventil (31), das die Verbindung zwischen einer Hochdruckkammer (33) und einer Einspritzöffnung (34) steuert, ein Nachlaufventil (41), das innerhalb einer Steuerkammer (46) vorgesehen ist, die durch den Kraftstoffdruck innerhalb einer Zwischenkammer (26) gesteuert wird, und ein Auf-Zu-Ventil (51, 52), das die Verbindung zwischen einem ersten Kanal (25) und einem Niederdruckkanal (58) und die Verbindung zwischen einem zweiten Kanal (27) und dem Niederdruckkanal steuert. Das Kraftstoffeinspritzventil ist so konfiguriert, dass es den Gradienten der Kraftstoffeinspritzrate von der Einspritzöffnung aus mit einer verbesserten Konfiguration steuert.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-161662 , die am 24. August 2017 eingereicht wurde, und auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-134992 , die am 18. Juli 2018 eingereicht wurde, und die Offenbarungen beider sind durch Verweis in diese Anmeldung mit aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das in der Lage ist, den Gradienten einer Kraftstoffeinspritzrate zu steuern.
HINTERGRUND
Konventionell wird bei dieser Art von Kraftstoffeinspritzventilen eine Steuerkammer zur Erzeugung von Kraftstoffdruck zur Steuerung des Hubs eines Nadelventils gebildet, und die Steuerkammer wird wahlweise mit einem Niederdruckkraftstoffkanal und einem Hochdruckkraftstoffkanal verbunden oder abgesperrt (siehe Patentdokument 1). Wenn dann der Niederdruck-Kraftstoffkanal und die Steuerkammer über ein Auf-Zu-Ventil in Verbindung stehen, wird der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer reduziert, das Nadelventil angehoben und Kraftstoff eingespritzt. In dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil werden zwei Niederdruck-Kraftstoffkanäle mit unterschiedlichen Durchflussraten gebildet, und ein Nachlaufventil ist vorgesehen, um die Verbindung und die Absperrung zwischen dem Hochdruckkraftstoffkanal und der Steuerkammer zu steuern. In einem Zustand, in dem das Nachlaufventil den Hochdruckkraftstoffdurchgang von der Steuerkammer blockiert (d.h. ein Zustand, in dem das Nachlaufventil nicht angehoben ist), stehen die beiden Niederdruckkraftstoffkanäle über einen im Nachlaufventil gebildeten Kanal mit der Steuerkammer in Verbindung bzw. ist in Kommunikation. Dann wird durch die Steuerung der Kommunikation und Absperrung der beiden Niederdruckkraftstoffkanäle mit dem Auf-Zu-Ventil der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate gesteuert.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
[Patentdokument 1] DE 10 2013 112 751 Al
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Übrigens sind bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil in einem Zustand, in dem das Nachlaufventil den Hochdruckkraftstoffkanal und die Steuerkammer blockiert, zwei Niederdruckkraftstoffkanäle jeweils über zwei im Nachlaufventil ausgebildete Kanäle mit der Steuerkammer verbunden. Oder zwei Niederdruckkraftstoffkanäle stehen mit der Zwischenkammer in Verbindung, und die Zwischenkammer kommuniziert mit der Steuerkammer über einen im Nachlaufventil gebildeten Kanal. In der ersteren Konfiguration ist es notwendig, die beiden Niederdruckkraftstoffkanäle und den Hochdruckkraftstoffkanal durch das Nachlaufventil gegeneinander abzudichten, während das Nachlaufventil den Hochdruckkraftstoffkanal und die Steuerkammer blockiert. Bei der letzteren Konfiguration ist es notwendig, zwei Niederdruckkraftstoffkanäle mit der Zwischenkammer zu verbinden. Daher ist in jeder der Konfigurationen die Konfiguration in der Nähe des Nachlaufventils kompliziert.
Die vorliegende Offenbarung wurde vorgenommen, um die oben genannten Probleme zu lösen, und eine Hauptaufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Vereinfachung einer Konfiguration in der Nähe eines Nachlaufventils in einem Kraftstoffeinspritzventil, das in der Lage ist, einen Gradienten einer Kraftstoffeinspritzrate zu steuern.
Ein erstes Mittel zur Lösung des oben genannten Problems ist das Folgende:

Ein Kraftstoffeinspritzventil, das in der Lage ist, einen Gradienten einer Kraftstoffeinspritzrate zu steuern, umfassend:
- einen Hauptkörper mit einer Hochdruckkammer, die mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird, einer Einspritzöffnung, die so konfiguriert ist, dass der Kraftstoff aus der Hochdruckkammer eingespritzt wird, einem Hochdruckkanal, der mit dem Hochdruckkraftstoff versorgt wird, einer Steuerkammer, die mit dem Hochdruckkanal verbunden ist, einem Niederdruckkanal, der Niederdruckkraftstoff abführt, einem ersten Kanal, der mit dem Niederdruckkanal verbunden ist, einer Zwischenkammer, die die Steuerkammer mit dem ersten Kanal verbindet, und einem zweiten Kanal, der die Steuerkammer mit dem Niederdruckkanal verbindet;
- ein Nadelventil, das so konfiguriert ist, dass es, basierend auf einem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer, die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung ermöglicht oder blockiert;
- ein in der Steuerkammer vorgesehenes Nachlaufventil, wobei ein Hubbetrag des Nachlaufventils auf der Grundlage eines Kraftstoffdrucks in der Zwischenkammer gesteuert wird; und
- ein Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert und die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert;
- wobei das Nachlaufventil mit einem dritten Kanal versehen ist, der sich durch das Nachlaufventil erstreckt, wobei eine erste Drossel, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, in dem dritten Kanal vorgesehen ist,
- das Nachlaufventil so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Steuerkammer blockiert, wenn die Steuerkammer über den dritten Kanal mit der Zwischenkammer in Verbindung steht, und die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Steuerkammer zulässt, wenn die Steuerkammer mit der Zwischenkammer in Verbindung steht, ohne den dritten Kanal zu passieren, und
- der zweite Kanal steht mit der Steuerkammer in Verbindung, ohne durch das Nachlaufventil zu gehen, wobei im zweiten Kanal eine zweite Drossel vorgesehen ist, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt.

Entsprechend der obigen Konfiguration wird der Hochdruckkammer Hochdruckkraftstoff zugeführt. Wenn der erste Kanal und der Niederdruckkanal über das Auf-Zu-Ventil miteinander in Verbindung stehen, wird der Kraftstoff in der Zwischenkammer über den ersten Kanal und den Niederdruckkanal abgeführt. Als Folge davon sinkt der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer, und das Nachlaufventil wird in die Zwischenkammer gezogen. Dann, in einem Zustand, in dem die Steuerkammer und die Zwischenkammer über den dritten Kanal durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung stehen, ist die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Steuerkammer durch das Nachlaufventil blockiert. Wenn der Kraftstoff innerhalb der Steuerkammer durch den dritten Kanal, die Zwischenkammer, den ersten Kanal und den Niederdruckkanal austritt, sinkt der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer. Da der dritte Kanal die erste Drossel enthält, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, wird hier vor und nach der ersten Drossel ein Differenzdruck im Kraftstoff erzeugt und der Zustand, in dem das Nachlaufventil in die Zwischenkammer gezogen wird, durch den Differenzdruck aufrechterhalten. Wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer weiter abnimmt, ermöglicht das Nadelventil die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung, und der Kraftstoff wird von der Einspritzöffnung aus eingespritzt. Darüber hinaus kann der dritte Kanal eine Vielzahl von ersten Drosseln enthalten oder der Kanalquerschnitt bzw. der Kanalquerschnittsfläche des dritten Kanals kann so klein eingestellt werden, dass der dritte Kanal selbst als erste Drossel fungiert.
Wenn der erste Kanal und der zweite Kanal aufgrund des Auf-Zu-Ventils mit dem Niederdruckkanal in Verbindung stehen, wird der Kraftstoff in der Steuerkammer durch den ersten Kanal, den zweiten Kanal und den Niederdruckkanal abgeführt. Da der zweite Kanal die zweite Drosselklappe enthält, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, wird der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer auf einem gleichen oder höheren Niveau gehalten als der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer. Als Ergebnis wird der Zustand, in dem das Nachlaufventil in die Zwischenkammer gezogen wird, beibehalten. Wenn der Kraftstoff in der Steuerkammer sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Kanal abgelassen wird, ist die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer abnimmt, größer, als wenn der Kraftstoff in der Steuerkammer nur aus dem ersten Kanal abgelassen wird. Daher kann die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil abhebt, erhöht und der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate erhöht werden. Dementsprechend kann während eines Zustands, in dem der erste Kanal und der Niederdruckkanal über das Auf-Zu-Ventil miteinander in Verbindung stehen, der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate durch Steuerung des Auf-Zu-Ventils so gesteuert werden, dass die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal zugelassen oder blockiert wird. Darüber hinaus kann der zweite Kanal eine Vielzahl von zweiten Drosselklappen enthalten, oder der Kanalquerschnitt des zweiten Kanals kann so klein eingestellt werden, dass der zweite Kanal selbst als zweite Drosselklappe fungiert.
Da der zweite Kanal mit der Steuerkammer in Verbindung steht, ohne durch das Nachlaufventil zu gehen, kann die Struktur für die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und der Steuerkammer vereinfacht werden. Das heißt, dass das Kraftstoffeinspritzventil nicht so konfiguriert werden muss, dass der erste und der zweite Kanal über zwei entsprechende Kanäle, die im Nachlaufventil gebildet werden, mit der Steuerkammer in Verbindung stehen. Außerdem muss das Kraftstoffeinspritzventil nicht so konfiguriert werden, dass der erste Kanal und der zweite Kanal mit der Zwischenkammer in Verbindung stehen und dass die Zwischenkammer über einen im Nachlaufventil gebildeten Kanal mit der Steuerkammer in Verbindung steht. Daher kann das Kraftstoffeinspritzventil den Gradienten der Kraftsn einrichtungtoffeinspritzrate steuern und gleichzeitig die Struktur um das Nachlaufventil herum vereinfachen.
In einem zweiten Mittel, während der Kraftstoffeinspritzung, durch Sperren der Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal mit dem Auf-Zu-Ventil, werden die Steuerkammer und die Zwischenkammer durch das Nachlaufventil in Verbindung miteinander gebracht, ohne den dritten Kanal zu durchlaufen.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer abnimmt, ermöglicht das Nadelventil die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung, und der Kraftstoff wird von der Einspritzöffnung aus eingespritzt. Entsprechend der obigen Konfiguration werden während der Kraftstoffeinspritzung durch Sperrung der Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal mit dem Auf-Zu-Ventil die Steuerkammer und die Zwischenkammer durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung gebracht, ohne den dritten Kanal zu durchlaufen. Wenn die erste Steuerkammer und die Zwischenkammer miteinander in Verbindung stehen, ohne durch den dritten Kanal aufgrund des Nachlaufventils zu gehen, stehen der Hochdruckkanal und die Steuerkammer aufgrund des Nachlaufventils miteinander in Verbindung. Als Folge steigt der Kraftstoffdruck inneren der Steuerkammer, und der Betrieb kann auf den Betrieb der Sperrung der Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil verlagert werden (Ventilschließvorgang bzw. -betrieb).
In einer dritten Einrichtung umfasst das Auf-Zu-Ventil ein erstes Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert, und ein zweites Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert.
Entsprechend der obigen Konfiguration umfasst das Auf-Zu-Ventil ein erstes Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal zulässt oder blockiert, und ein zweites Auf-Zu-Ventil, das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal zulässt oder blockiert. Aus diesem Grund können Kommunikation und Absperrung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal und Kommunikation und Absperrung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal unabhängig voneinander gesteuert werden.
Bei einem vierten Mittel wird, während das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, durch das Geschlossenhalten des ersten Auf-Zu-Ventils und das Öffnen des zweiten Auf-Zu-Ventils die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil in einem blockierten Zustand gehalten, während der zweite Hochdruckkanal und die Steuerkammer durch das Nachlaufventil miteinander kommunizieren können. Gemäß dieser Konfiguration kann der Kraftstoff im Hochdruckkanal durch die Steuerkammer, den zweiten Kanal und den Niederdruckkanal abgelassen werden, während die Kraftstoffeinspritzung nicht durch das Kraftstoffeinspritzventil erfolgt. Daher entspricht das zweite Auf-Zu-Ventil einem Druckreduzierventil, das den Kraftstoffdruck im Hochdruckkanal reduziert, d.h. den Kraftstoffdruck in dem Teil reduziert, der den zweiten Hochdruckkanal mit Kraftstoff versorgt.
Genauer gesagt enthält der Hochdruckkanal in einer fünften Einrichtung eine dritte Drossel, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, und in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, wird die Kraftstoffdurchflussrate durch die dritte Drossel so eingestellt, dass er größer ist als die Kraftstoffdurchflussrate durch die zweite Drossel. Nach einer solchen Konfiguration ist die Durchflussmenge des Kraftstoffs, der aus dem Hochdruckkanal in die Steuerkammer über die dritte Drosselklappe einströmt, größer als die Durchflussmenge des Kraftstoffs, der aus der Steuerkammer über die zweite Drosselklappe ausströmt. Aus diesem Grund sinkt auch dann, wenn der zweite Kanal und die Steuerkammer über das Nachlaufventil miteinander in Verbindung stehen, der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer nicht ab, und die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung wird durch das Nadelventil in einem blockierten Zustand gehalten. Daher entspricht das zweite Auf-Zu-Ventil einem Druckreduzierventil, das den Kraftstoffdruck im Hochdruckkanal reduziert, d.h. den Kraftstoffdruck in dem Teil reduziert, der den zweiten Hochdruckkanal mit Kraftstoff versorgt. Darüber hinaus kann der Hochdruckkanal eine Vielzahl von dritten Drosseln enthalten, oder der Kanalquerschnitt des Hochdruckkanals kann so klein eingestellt werden, dass der Hochdruckkanal selbst als dritte Drossel fungiert.
Bei einem sechsten Mittel werden während der Kraftstoffeinspritzung durch Schließen des ersten Auf-Zu-Ventils die Steuerkammer und die Zwischenkammer durch das Nachlaufventil miteinander verbunden, ohne den dritten Kanal zu passieren.
Wenn der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer abnimmt, ermöglicht das Nadelventil die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung, und der Kraftstoff wird von der Einspritzöffnung aus eingespritzt. Entsprechend der obigen Konfiguration stehen bei geschlossenem erstem Auf-Zu-Ventil die Steuerkammer und die Zwischenkammer in Verbindung miteinander, ohne dass der dritte Kanal durch das Nachlaufventil passiert wird. Wenn die erste Steuerkammer und die Zwischenkammer miteinander in Verbindung stehen, ohne durch den dritten Kanal aufgrund des Nachlaufventils zu gehen, stehen der Hochdruckkanal und die Steuerkammer aufgrund des Nachlaufventils miteinander in Verbindung. Als Folge steigt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer an, und der Betrieb kann auf den Betrieb der Sperrung der Kommunikation zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil verlagert werden.
Je höher die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer steigt, desto höher ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, in der die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung blockiert wird (d.h. das Nadelventil fällt). Außerdem steigt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, schneller an als in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist.
Was diesen Punkt betrifft, so kann bei einem siebten Mittel beim Stoppen der Kraftstoffeinspritzung zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann beim Anhalten der Kraftstoffeinspritzung die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer ansteigt, und die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil absinkt, geändert werden, und folglich kann der Gradient der Änderung der Kraftstoffeinspritzrate geändert werden.
Bei einem achten Mittel kann, während sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, die die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung blockiert, zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann während des Absenkens des Nadelventils die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil absenkt, und damit der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate flexibel verändert werden.
Je höher die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer abnimmt, desto höher ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, die die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung ermöglicht (d.h. das Nadelventil steigt). Außerdem nimmt der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer in einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal und der zweite Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, schneller ab als in einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, während der zweite Kanal vom Niederdruckkanal abgesperrt ist.
Was diesen Punkt betrifft, so kann in einem neunten Mittel beim Start der Kraftstoffeinspritzung zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal und der zweite Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, und einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, während der zweite Kanal von dem Niederdruckkanal abgesperrt ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann beim Start der Kraftstoffeinspritzung die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerkammer abnimmt, und die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil ansteigt, geändert werden, und folglich kann der Gradient der Änderung der Kraftstoffeinspritzrate geändert werden.
In einem zehnten Mittel ist es möglich, während sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, die die Richtung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung zulässt, zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal und der zweite Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, und einem Zustand umzuschalten, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, während der zweite Kanal vom Niederdruckkanal abgesperrt ist. Nach einer solchen Konfiguration kann während des Anhebens des Nadelventils die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil anhebt, und damit der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate flexibel verändert werden.
Bei einem elften Mittel, wenn der erste Kanal durch das erste Auf-Zu-Ventil mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, stehen die Steuerkammer und die Zwischenkammer über den dritten Kanal durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung, indem die Kraftstoffdurchflussratendrosselung der ersten Drossel, ein freiliegender Bereich des Nachlaufventils zur Zwischenkammer und ein freiliegender Bereich des Nachlaufventils zum Hochdruckkanal eingestellt wird. Das Kraftstoffeinspritzventil kann ein Vorspannglied bzw. -element enthalten, das das Nachlaufventil in eine Richtung vorspannt, in der es sich der Zwischenkammer nähert.
In der Konfiguration, in der das Nadelventil innerhalb der Steuerkammer freiliegt, wird das Nadelventil bei einem plötzlichen Abfall des Kraftstoffdrucks innerhalb der Steuerkammer plötzlich angehoben und stößt wiederholt mit dem A-Stopper oder ähnlichem zusammen, und das Verhalten des Nadelventils wird instabil. Andererseits kann die Hubgeschwindigkeit des Nadelventils zu niedrig sein, wenn die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in Inneren der Steuerkammer abnimmt, zu niedrig ist.
In dieser Hinsicht umfasst die Steuerkammer in einem zwölften Mittel eine erste Steuerkammer, in der das Nachlaufventil angeordnet ist, und eine zweite Steuerkammer, in der das Nadelventil freiliegt, und der Hauptkörper enthält einen vierten Kanal, der die erste Steuerkammer mit der zweiten Steuerkammer verbindet, wobei der vierte Kanal eine vierte Drossel enthält, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt. Nach einer solchen Konfiguration kann die Durchflussmenge des aus der zweiten Steuerkammer ausströmenden Kraftstoffs durch die vierte Drossel des vierten Kanals begrenzt werden, so dass die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer abnimmt, entsprechend eingestellt werden kann. Außerdem kann die Übertragung von Kraftstoffdruckpulsationen zwischen der ersten und der zweiten Steuerkammer reduziert werden. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass Pulsationen im Kraftstoffdruck das Verhalten des Nachlaufventils und des Nadelventils negativ beeinflussen. Darüber hinaus kann der vierte Kanal eine Vielzahl von vierten Drosselklappen enthalten, oder der Kanalquerschnitt des vierten Kanals kann so klein eingestellt werden, dass der vierte Kanal selbst als vierte Drosselklappe fungiert.
In einem dreizehnten Mittel, in einem Zustand, in dem: das erste Auf-Zu-Ventil offen ist, das zweite Auf-Zu-Ventil offen ist, die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der ersten Steuerkammer durch das Nachlaufventil blockiert ist und die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil ermöglicht wird, wird die Kraftstoffdurchflussrate durch die vierte Drosselklappe so eingestellt, dass er größer ist als eine kombinierte Kraftstoffdurchflussrate durch die erste und die zweite Drosselklappe.
Nach der obigen Konfiguration ist die Durchflussmenge des über den vierten Kanal in die erste Steuerkammer einströmenden Kraftstoffs größer als die Durchflussmenge des über den dritten und zweiten Kanal aus der ersten Steuerkammer ausströmenden Kraftstoffs. Aus diesem Grund kann verhindert werden, dass der Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Steuerkammer zu stark abnimmt und dass die Druckdifferenz im Kraftstoff vor und nach der ersten Drosselklappe abnimmt. Daher kann das Nachlaufventil in einem Zustand gehalten werden, in dem das Nachlaufventil aufgrund des Kraftstoffdruckunterschieds zwischen dem Kraftstoff vor und nach der ersten Drosselklappe in die Zwischenkammer gezogen wird.
Bei einem vierzehnten Mittel umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem das Kraftstoffeinspritzventil eines der ersten bis dreizehnten Mittel,

einen Rückhaltebehälter, der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckkraftstoff darin zurückhält und den Hochdruckkraftstoff der Hochdruckkammer und dem Hochdruckkanal zuführt, und
eine Antriebseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie das Auf-Zu-Ventil antreibt, um die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal zu ermöglichen oder zu blockieren und die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal zu ermöglichen oder zu blockieren.

Entsprechend der obigen Konfiguration wird der Hochdruckkraftstoff aus dem Rückhaltebehälter in die Hochdruckkammer und den Hochdruckkanal geleitet. Dann wird das Auf-Zu-Ventil von der Antriebseinheit so gesteuert, dass die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal und die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal zugelassen oder blockiert werden. Daher können im Kraftstoffeinspritzsystem die gleichen Funktionen und Wirkungen wie bei den oben beschriebenen Mitteln erzielt werden.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen:

1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems nach einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Darstellung eines Zustands, in dem ein erstes Auf-Zu-Ventil geöffnet ist.
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III von 2.
4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Umgebung eines Nachlaufventils nach einem Vergleichsbeispiel zeigt.
5 ist ein Querschnitt entlang der Linie V-V von 4.
6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Umgebung eines Nachlaufventils nach einem anderen Vergleichsbeispiel zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Hubbetrag und einer Einspritzrate eines Nadelventils zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Hubbetrag und einer Einspritzrate eines Nadelventils eines Vergleichsbeispiels zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das einen Druckreduzierungsvorgang durch ein zweites Auf-Zu-Ventil zeigt.
10 ist ein Diagramm, das die Injektionsratenmuster für den Hochgeschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des Hochgeschwindigkeitsabfalls zeigt.
11 ist eine schematische Darstellung der Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils und eines zweiten Auf-Zu-Ventils vor dem Beginn der Injektion.
12 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils und eines zweiten Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt.
13 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils und eines zweiten Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
14 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils, eines zweiten Auf-Zu-Ventils und eines Nachlaufventils zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
15 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster bei niedrigem Geschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
16 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils und eines zweiten Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des geringen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt.
17 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster bei hohem Geschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des niedrigen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
18 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils und eines zweiten Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des Absinkens der niedrigen Geschwindigkeit zeigt.
19 ist eine schematische Darstellung, die die Zustände eines ersten Auf-Zu-Ventils, eines zweiten Auf-Zu-Ventils und eines Nachlaufventils zum Zeitpunkt des Absinkens der niedrigen Geschwindigkeit zeigt.
20 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster bei niedrigem Geschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des niedrigen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
21 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zu hohem Geschwindigkeitsanstieg zeigt.
22 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsanstieg zu niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zeigt.
23 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsabfall zu niedrigem Geschwindigkeitsabfall zeigt.
24 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsabfall zu hohem Geschwindigkeitsabfall zeigt.
25 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb bei niedrigem Geschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
26 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb bei hohem Geschwindigkeitsanstieg und zum Zeitpunkt des niedrigen Geschwindigkeitsabfalls zeigt.
27 ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zu hohem Geschwindigkeitsanstieg zeigt.
28 ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsabfall zu niedrigem Geschwindigkeitsabfall zeigt.
29 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems nach einer zweiten Ausführungsform.
30 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand eines Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt.
31 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand eines Auf-Zu-Ventils zum Zeitpunkt des geringen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt.
32 ist eine schematische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel für einen zweiten Kanal zeigt.
33 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres modifiziertes Beispiel für einen zweiten Kanal zeigt.
34 ist eine schematische Ansicht, die ein modifiziertes Beispiel eines Nadelventils zeigt.
35 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres modifiziertes Beispiel eines Nadelventils zeigt.
36 ist ein Teilquerschnitt, der eine Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
37 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Teil von 36 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Erste Ausführungsform
Nachfolgend wird eine erste als Kraftstoffeinspritzsystem implementierte Ausführung, die an einem Motor (Verbrennungsmotor) eines Automobils (Fahrzeuges) eingesetzt wird, anhand der Zeichnungen beschrieben. Der Motor kann einen flüssigen Kraftstoff wie Dieselkraftstoff, Benzin oder eine Ethanolmischung als Kraftstoff verwenden. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Dieselmotor als Beispiel beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem 10 eine Common-Rail 11, Hochdruckleitungen 12, ein Kraftstoffeinspritzventil 20 und ein ECU 90.
Die Common-Rail 11 (entspricht einem Rückhaltebehälter) wird von einer Hochdruckpumpe (nicht abgebildet) mit Hochdruckkraftstoff versorgt. Die Common-Rail 11 hält den Hochdruckkraftstoff im Inneren in einem Hochdruckzustand. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 20 (nur eines ist in 1 dargestellt) ist über eine entsprechende Hochdruckleitung 12 mit dem Common-Rail 11 verbunden. Beachten Sie, dass die Common-Rail 11 nicht mit einem Druckminderventil zur Reduzierung des Kraftstoffdrucks innerhalb der Common-Rail 11 ausgestattet ist.
Das Kraftstoffeinspritzventil 20 umfasst ein erstes bis viertes Element 21 bis 24, ein Nadelventil 31, eine Feder 32, ein Nachlaufventil 41, eine Feder 45, ein erstes Auf-Zu-Ventil 51, ein zweites Auf-Zu-Ventil 52, ein erstes Solenoid 53, ein zweites Solenoid 54, eine erste Feder 55 und eine zweite Feder 56. Der Hauptkörper des Kraftstoffeinspritzventils 20 wird von den ersten bis vierten Elementen 21 bis 24 gebildet.
Das erste Element 21 hat einen ersten Hochdruckkanal 13, eine Niederdruckkammer 57 und einen darin ausgebildeten Niederdruckkanal 58. Der erste Hochdruckkanal 13 wird über die ersten bis dritten Elemente 21 bis 23 gebildet und erstreckt sich durch die ersten bis dritten Elemente 21 bis 23. Der erste Hochdruckkanal 13 ist mit der Hochdruckleitung 12 verbunden. Das heißt, der Hochdruckkraftstoff wird von der Hochdruckleitung 12 zum ersten Hochdruckkanal 13 geleitet. Die dem zweiten Element 22 zugewandte Fläche der Niederdruckkammer 57 hat eine Öffnung. Der Umfang der Öffnung ist zwischen dem ersten Element 21 und dem zweiten Element 22 abgedichtet. Ein Niederdruckkanal 58 ist mit der Niederdruckkammer 57 verbunden. Eine Niederdruckleitung (nicht abgebildet) ist an den Niederdruckkanal 58 angeschlossen. Der Niederdruckkraftstoff in der Niederdruckkammer 57 wird durch den Niederdruckkanal 58 nach außen zum Kraftstoffeinspritzventil 20 geleitet.
Das zweite Element 22 hat einen zweiten Hochdruckkanal 14, einen ersten Kanal 25, eine Zwischenkammer 26 und einen zweiten darin ausgebildeten Kanal 27. Der zweite Hochdruckkanal 14 (entspricht einem „Hochdruckkanal“) zweigt vom ersten Hochdruckkanal 13 ab. Das heißt, der Hochdruckkraftstoff wird von dem ersten Hochdruckkanal 13 zum zweiten Hochdruckkanal 14 geleitet. Der zweite Hochdruckkanal 14 hat eine dritte Drossel 14a und eine Ringkammer 14b. Die dritte Drossel 14a begrenzt die Durchflussmenge des durch den zweiten Hochdruckkanal 14 fließenden Kraftstoffs. Die Ringkammer 14b ist eine ringförmige Kammer, die sich auf der dem dritten Element 23 zugewandten Seite öffnet. Das heißt, der zweite Hochdruckkanal 14 ist über die Ringkammer 14b mit einer ersten, später beschriebenen Steuerkammer 46 verbunden. Darüber hinaus kann der zweite Hochdruckkanal 14 eine Vielzahl von dritten Drosseln 14a enthalten, oder die Kanalquerschnittsfläche des zweiten Hochdruckkanals 14 kann so klein eingestellt werden, dass der zweite Hochdruckkanal 14 selbst als dritte Drossel 14a fungiert.
Ein Ende des ersten Kanals 25 ist mit der Niederdruckkammer 57 und das andere Ende des ersten Kanals 25 mit der Zwischenkammer 26 verbunden. Die Zwischenkammer 26 ist über den ersten Kanal 25 und die Niederdruckkammer 57 mit dem Niederdruckkanal 58 verbunden. Die Zwischenkammer 26 ist eine zylinderförmige Kammer und ist auf der dem dritten Element 23 zugewandten Seite offen. Das heißt, die Zwischenkammer 26 verbindet den ersten Kanal 25 mit der später beschriebenen ersten Steuerkammer 46. Ein Ende des zweiten Kanals 27 ist mit der Niederdruckkammer 57 und das andere Ende des zweiten Kanals 27 mit der ersten Steuerkammer 46 verbunden. Das heißt, der zweite Kanal 27 verbindet die Niederdruckkammer 57 mit der ersten Steuerkammer 46. Der zweite Kanal Passage 27 hat eine zweite Drossel 27a. Die zweite Drossel 27a ist nahe dem Ende des zweiten Kanals 27 in Richtung der Niederdruckkammer 57 vorgesehen (das zweite Auf-Zu-Ventil 52). Die zweite Drossel 27a begrenzt die Durchflussmenge des durch den zweiten Kanal 27 fließenden Kraftstoffs. Darüber hinaus kann der zweite Kanal 27 eine Vielzahl von zweiten Drosseln 27a enthalten, oder der Kanalquerschnitt des zweiten Kanals 27 kann so klein eingestellt werden, dass der zweite Kanal 27 selbst als zweite Drossel 27a fungiert.
Die erste Steuerkammer 46 und ein Verbindungskanal 47 werden im dritten Element 23 gebildet. Die erste Steuerkammer 46 enthält eine Öffnung auf der dem zweiten Element 22 zugewandten Seite. Der Umfang der Öffnung ist zwischen dem zweiten Element 22 und dem dritten Element 23 abgedichtet. Der Verbindungskanal 47 ist mit der ersten Steuerkammer 46 verbunden. Der Verbindungskanal 47 ist ferner mit einer zweiten, später beschriebenen Steuerkammer 36 verbunden. Das heißt, der Verbindungskanal 47 (entspricht einem „vierten Kanal“) verbindet die erste Steuerkammer 46 mit der zweiten Steuerkammer 36. Der Verbindungskanal 47 weist eine vierte Drossel 47a auf. Die vierte Drossel 47a begrenzt die Durchflussmenge des durch den Verbindungskanal 47 fließenden Kraftstoffs. Darüber hinaus kann der Verbindungskanal 47 eine Vielzahl von vierten Drosseln 47a enthalten, oder die Kanalquerschnittsfläche des Verbindungskanals 47 kann so klein eingestellt werden, dass der Verbindungskanal 47 selbst als vierte Drossel 47a fungiert.
Im vierten Element 24 werden eine Hochdruckkammer 33, eine Einspritzöffnung 34, ein Zylinder 35 und die zweite Steuerkammer 36 gebildet. Die Hochdruckkammer 33 ist mit dem ersten Hochdruckkanal 13, der zweiten Steuerkammer 36 und der Einspritzöffnung 34 verbunden. Das heißt, der Hochdruckkraftstoff wird vom ersten Hochdruckkanal 13 in die Hochdruckkammer 33 geleitet. Die Einspritzöffnung 34 steht mit der Außenseite des vierten Elements 24 in Verbindung. Ein Nadelventil 31 ist innerhalb des vierten Elements 24 angeordnet. Die Spitze des Nadelventils 31 ist konisch geformt, und der übrige Teil des Nadelventils 31 (d.h. ohne die Spitze) ist zylindrisch geformt. Der Zylinder 35 stützt das Nadelventil 31 ab, während das Nadelventil 31 sich frei hin- und herbewegen kann. Eine Feder 32, die das Nadelventil 31 in Richtung der Annäherung an die Einspritzöffnung 34 vorspannt, ist in der zweiten Steuerkammer 36 angeordnet. Die Stirnseite des Nadelventils 31 gegenüber der Einspritzöffnung 34 liegt innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 frei. Die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 werden gemeinsam als Steuerkammer bezeichnet.
Wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 höher als ein vorbestimmter Druck ist, wird das Nadelventil 31 entweder in einem Zustand gehalten, in dem die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 blockiert ist, oder das Nadelventil 31 wird in Richtung der Einspritzöffnung 34 bewegt. Wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 niedriger als der vorgegebene Druck ist, wird das Nadelventil 31 in Richtung des dritten Elements 23 bewegt oder in einem Zustand gehalten, der die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 ermöglicht. Als Ergebnis wird der Hochdruckkraftstoff in der Hochdruckkammer 33 aus den Einspritzöffnungen 34 eingespritzt. Das heißt, das Nadelventil 31 ermöglicht oder blockiert selektiv die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks in der zweiten Steuerkammer 36.
Im dritten Element 23 ist in der ersten Steuerkammer 46 ein Nachlaufventil 41 angeordnet. Das Nachlaufventil 41 ist zylindrisch geformt. Das Nachlaufventil 41 ist mit einem dritten Kanal 42 versehen, der sich in Richtung der Mittelachse durch das Nachlaufventil 41 erstreckt. Der dritte Kanal 42 weist eine erste Drossel 42a auf. Die erste Drossel 42a begrenzt die Durchflussmenge des durch den dritten Kanal 42 fließenden Kraftstoffs. Darüber hinaus kann der dritte Kanal 42 eine Vielzahl von ersten Drosseln 42a enthalten, oder der Kanalquerschnitt des dritten Kanals 42 kann so klein eingestellt werden, dass der dritte Kanal 42 selbst als erste Drossel 42a fungiert.
Im Inneren der ersten Steuerkammer 46 ist eine Feder 45 zur Vorspannung des Nachlaufventils 41 in Richtung der Annäherung an die Zwischenkammer 26 (das zweite Element 22) angeordnet. Wenn das Nachlaufventil 41 am zweiten Element 22 anliegt, steht die Zwischenkammer 26 über den dritten Kanal 42 mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung, und die Öffnung der Ringkammer 14b zum dritten Element 23 wird durch das Nachlaufventil 41 verschlossen. Wenn das Nachlaufventil 41 vom zweiten Element 22 getrennt wird, steht die Zwischenkammer 26 mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung, ohne durch den dritten Kanal 42 zu gehen, und die Ringkammer 14b steht mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung. Außerdem steht der zweite Kanal 27 mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung, ohne durch das Nachlaufventil 41 zu gehen. Das heißt, der zweite Kanal 27 verbindet direkt die Niederdruckkammer 57 und die Steuerkammer 46, unabhängig von der Position (Hubzustand) des Nachlaufventils 41.
Im ersten Element 21 sind ein erstes Auf-Zu-Ventil 51, ein zweites Auf-Zu-Ventil 52, ein erstes Solenoid 53, ein zweites Solenoid 54, eine erste Feder 55 und eine zweite Feder 56 innerhalb der Niederdruckkammer 57 angeordnet. Die erste Feder 55 spannt das erste Auf-Zu-Ventil 51 (entspricht einem „Auf-Zu-Ventil“) in Richtung der Annäherung an den ersten Kanal 25 vor. Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 an das zweite Element 22 anstößt, sperrt das erste Auf-Zu-Ventil 51 den ersten Kanal 25 von der Niederdruckkammer 57 (und damit auch vom Niederdruckkanal 58) ab. Das erste Auf-Zu-Ventil 51 hat keinen Teil, der innerhalb des ersten Kanals 25 gleitet (das zweite Element 22). Stattdessen öffnet und schließt das erste Auf-Zu-Ventil 51 einfach das offene Ende des ersten Kanals 25. Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 den ersten Kanal 25 von der Niederdruckkammer 57 absperrt, tritt zwischen dem ersten Kanal 25 und der Niederdruckkammer 57 kein Kraftstoff aus. Das heißt, das erste Auf-Zu-Ventil 51 hat eine leckagefreie Struktur. Die zweite Feder 56 spannt das zweite Auf-Zu-Ventil 52 (entspricht einem „Auf-Zu-Ventil“) in Richtung der Annäherung an den zweiten Kanal 27 vor. Wenn das zweite Auf-Zu-Ventil 52 an das zweite Element 22 anstößt, sperrt das zweite Auf-Zu-Ventil 52 den zweiten Kanal 27 von der Niederdruckkammer 57 (und damit auch vom Niederdruckkanal 58) ab. Das zweite Auf-Zu-Ventil 52 hat keinen Teil, der innerhalb des zweiten Kanals 27 gleitet (das zweite Element 22). Stattdessen öffnet und schließt das zweite Auf-Zu-Ventil 52 einfach das offene Ende des zweiten Kanals 27. Wenn das zweite Auf-Zu-Ventil 52 den zweiten Kanal 27 und die Niederdruckkammer 57 absperrt, tritt kein Kraftstoff zwischen dem zweiten Kanal 27 und der Niederdruckkammer 57 aus. Das heißt, das zweite Auf-Zu-Ventil 52 hat eine leckagefreie Struktur. Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind, ist der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36, der ersten Steuerkammer 46, der Zwischenkammer 26, dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27 auf einem ausgeglichenen hohen Druck. Das Nachlaufventil 41 wird durch die Feder 45 gegen das zweite Element 22 vorgespannt.
Wenn das erste Solenoid 53 erregt wird, trennt das erste Solenoid 53 das erste Auf-Zu-Ventil 51 vom zweiten Element 22 (dem Öffnungsende des ersten Kanals 25) gegen die Vorspannkraft der ersten Feder 55. Das erste Auf-Zu-Ventil 51 ermöglicht es dem ersten Kanal 25, mit der Niederdruckkammer 57 zu kommunizieren. Wenn der erste Kanal 25 und die Niederdruckkammer 57 miteinander in Verbindung stehen, wird der Kraftstoff innerhalb der Zwischenkammer 26 durch den ersten Kanal 25, die Niederdruckkammer 57 und den Niederdruckkanal 58 zur Außenseite des Kraftstoffeinspritzventils 20 abgelassen. Wenn das zweite Solenoid 54 erregt wird, trennt das zweite Solenoid 54 das zweite Auf-Zu-Ventil 52 vom zweiten Element 22 (dem Öffnungsende des zweiten Kanals 27) gegen die Vorspannkraft der zweiten Feder 56. So ermöglicht das zweite Auf-Zu-Ventil 52 dem zweiten Kanal 27 die Verbindung mit der Niederdruckkammer 57. Wenn der zweite Kanal 27 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht, wird der Kraftstoff innerhalb der ersten Steuerkammer 46 über den zweiten Kanal 27, die Niederdruckkammer 57 und den Niederdruckkanal 58 zur Außenseite des Kraftstoffeinspritzventils 20 abgeführt.
In einem Zustand, in dem der erste Kanal 25 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht (d.h. das erste Auf-Zu-Ventil 51 ist offen) und der zweite Kanal 27 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht (d.h. das zweite Auf-Zu-Ventil 52 ist offen), sinkt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 schneller als in einem Zustand, in dem der erste Kanal 25 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht, während der zweite Kanal 27 von der Niederdruckkammer 57 blockiert ist (d.h. das zweite Auf-Zu-Ventil 52 ist geschlossen). Aus diesem Grund ist die Hubgeschwindigkeit (Anstiegsgeschwindigkeit) des Nadelventils 31 in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, größer als die Hubgeschwindigkeit (Anstiegsgeschwindigkeit) des Nadelventils 31 in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist. Daher ist die Steigerungsrate (Gradient) der Einspritzgeschwindigkeit, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, größer als die Steigerungsrate (Gradient) der Einspritzgeschwindigkeit, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist.
Danach, wenn der Erregerantrieb des ersten Solenoids 53 gestoppt wird, stößt das erste Auf-Zu-Ventil 51 aufgrund der Vorspannkraft der ersten Feder 55 an das zweite Element 22 an. Als Folge davon werden der erste Kanal 25 und die Niederdruckkammer 57 durch das erste Auf-Zu-Ventil 51 verschlossen. Wenn der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 steigt und die Kraft, mit der das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 gezogen wird, abnimmt, bewirkt der Druck des Hochdruckkraftstoffs im zweiten Hochdruckkanal 14, dass sich das Nachlaufventil 41 vom zweiten Element 22 wegbewegt. Dadurch stehen die erste Steuerkammer 46 und die Zwischenkammer 26 miteinander in Verbindung, ohne durch den dritten Kanal 42 des Nachlaufventils 41 zu gehen, und der zweite Hochdruckkanal 14 steht mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung. Dann steigt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 an, und der Kraftstoff fließt von der ersten Steuerkammer 46 über den Verbindungskanal 47 in die zweite Steuerkammer 36. Als Folge davon beginnt das Nadelventil 31 abzusenken (bewegt sich in Richtung der Einspritzöffnung 34), und das Nadelventil 31 wechselt zu einem Ventilschließvorgang.
Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist, steigt der Druck in der ersten Steuerkammer 46 schneller an als wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet ist. Aus diesem Grund ist die Fallgeschwindigkeit des Nadelventils 31 in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist, größer als die Fallgeschwindigkeit des Nadelventils 31 in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet ist. Daher ist die Abnahmerate (Gradient) der Injektionsrate, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist, größer als die Abnahmerate (Gradient) der Injektionsrate, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet ist.
Die ECU (Electronic Control Unit) 90 ist ein Mikrocontroller mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Treiberschaltung, einer Ein-/Ausgabeschnittstelle usw. Die ECU 90 (entspricht einer „Antriebseinheit“) treibt das erste Solenoid 53 und das zweite Solenoid 54 unabhängig voneinander elektrisch an. Das heißt, die ECU 90 kann das erste Auf-Zu-Ventil 51 unabhängig steuern, um die Verbindung zwischen dem ersten Kanal 25 und der Niederdruckkammer 57 zu ermöglichen oder zu blockieren, und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 unabhängig steuern, um die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 27 und der Niederdruckkammer 57 zu ermöglichen oder zu blockieren.
Wenn sich das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide in einem geschlossenen Zustand befinden und das erste Auf-Zu-Ventil 51 geöffnet ist, wie in 2 dargestellt, wird der Kraftstoff in der Zwischenkammer 26 durch die Niederdruckkammer 57 und den Niederdruckkanal 58 nach außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 20 abgelassen. Hier ist die Zwischenkammer 26 über den dritten Kanal 42 mit der ersten Steuerkammer 46 verbunden. Da der dritte Kanal 42 die erste Drosselklappe 42a hat, wird vor und nach der ersten Drosselklappe 42a eine Druckdifferenz im Kraftstoff erzeugt. Daher wird der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 zu einem niedrigen Druck, während der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 zu einem mittleren Druck wird. Dadurch wird das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 gezogen und die Ringkammer 14b (d.h. der zweite Hochdruckkanal 14) und die erste Steuerkammer 46 werden durch das Nachlaufventil 41 abgesperrt.
Mit anderen Worten, die Kanalquerschnittsfläche der ersten Drossel 42a, die Öffnungsfläche der Zwischenkammer 26 gegenüber dem dritten Element 23 (d.h. gegenüber der ersten Steuerkammer 46), die Öffnungsfläche der Ringkammer 14b gegenüber dem dritten Element 23 (d.h. gegenüber der ersten Steuerkammer) und die Vorspannkraft der Feder 45 sind so eingestellt, dass, wenn der erste Kanal 25 über das erste Auf-Zu-Ventil 51 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht, die Ringkammer 14b und die erste Steuerkammer 46 durch das Nachlaufventil 41 gegeneinander abgesperrt sind. Das heißt, wenn der erste Kanal 25 über das erste Auf-Zu-Ventil 51 mit der Niederdruckkammer 57 in Verbindung steht, stehen die erste Steuerkammer 46 und die Zwischenkammer 26 über den dritten Kanal 42 durch das Nachlaufventil 41 miteinander in Verbindung, und dies wird durch die geeignete Einstellung der Kraftstoffdurchflussratenbegrenzung der ersten Drossel 42a, des freiliegenden Bereichs der Zwischenkammer 26 zum Nachlaufventil 41, des freiliegenden Bereichs des ersten Hochdruckkanals 13 zum Nachlaufventil 41 und der Vorspannkraft der Feder erreicht.
3 ist ein Querschnitt entlang der Linie III-III von 2. Wie in der Fig. dargestellt, dichtet das Nachlaufventil 41 in einem Zustand, in dem das Nachlaufventil 41 die Verbindung zwischen der Ringkammer 14b und der ersten Steuerkammer 46 blockiert, jeweils die Zwischenkammer 26 und die Ringkammer 14b in den Bereichen 22a und 22b ab.
4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Umgebung eines Nachlaufventils 441 nach einem Vergleichsbeispiel zeigt. In der Fig. werden die Teile, die den jeweiligen Teilen in 1 entsprechen, durch Referenzzahlen bezeichnet, die man durch Addition von 400 zu den Referenzzahlen der jeweiligen Teile in 1 erhält. In diesem Vergleichsbeispiel zwischen dem ersten Kanal 425 und dem zweiten Hochdruckkanal 414 steht die Ringkammer 427b des zweiten Kanals 427 über den im Nachlaufventil 441 gebildeten vierten Kanal 443 mit der Steuerkammer 446 in Verbindung. D.h. in diesem Vergleichsbeispiel, wenn das Nachlaufventil 441 den zweiten Hochdruckkanal 414 von der Steuerkammer 446 blockiert, sind der erste Kanal 425 und der zweite Kanal 427 mit dem dritten Kanal 442 und dem vierten Kanal 443 verbunden, die im Nachlaufventil 441 gebildet wurden, um mit der Steuerkammer 446 in Verbindung zu stehen.
5 ist ein Querschnitt entlang der Linie V-V von 4. Wie in der Fig. gezeigt, dichtet das Nachlaufventil 441 in einem Zustand, in dem das Nachlaufventil 441 die Verbindung zwischen der Ringkammer 414b und der Steuerkammer 446 blockiert, jeweils die Zwischenkammer 426, die Ringkammer 414b und die Ringkammer 427b in den Bereichen 422a, 422b und 422c ab.
Das heißt, im Vergleichsbeispiel werden die Regionen 422a, 422b und 422c als Dichtungsbereiche im Nachlaufventil 441 benötigt. Im Gegensatz dazu benötigt die gegenwärtige Ausführungsform nur die Regionen 22a und 22b als Dichtungsbereiche im Nachlaufventil 41. Daher kann in der vorliegenden Ausführung die Anzahl der erforderlichen Dichtungsflächen im Nachlaufventil 41 reduziert und die Konfiguration in der Nähe des Nachlaufventils 41 vereinfacht werden.
6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Umgebung eines Nachlaufventils 541 nach einem anderen Vergleichsbeispiel zeigt. In der Fig. werden die Teile, die den jeweiligen Teilen in 1 entsprechen, durch Referenzzahlen bezeichnet, die man durch Addition von 500 zu den Referenzzahlen der jeweiligen Teile in 1 erhält. In diesem Vergleichsbeispiel stehen der erste Kanal 525 und der zweite Kanal 527 mit der Zwischenkammer 526 in Verbindung, und die Zwischenkammer 526 steht über den dritten Kanal 542, der im Nachlaufventil 541 ausgebildet ist, mit der Steuerkammer 546 in Verbindung. Das heißt, in diesem Vergleichsbeispiel, im zweiten Element 522, müssen die beiden Kanäle 525 und 527 mit der Zwischenkammer 526 in Verbindung stehen, die sich zum Nachlaufventil 541 (d.h. zur Steuerkammer 546) hin öffnet. Andererseits steht in der vorliegenden Ausführung, im zweiten Element 22, nur der erste Kanal 25 mit der Zwischenkammer 26 in Verbindung, die sich zum Nachlaufventil 41 hin öffnet (d.h. zur ersten Steuerkammer 46). Daher kann in der vorliegenden Ausführung die Anzahl der Kanäle in Verbindung mit der Zwischenkammer 26 im zweiten Element 22 reduziert und die Konfiguration in der Nähe des Nachlaufventils 41 vereinfacht werden.
Es ist zu beachten, dass in der Konfiguration, in der das Nadelventil 31 innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 freiliegt, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 plötzlich abnimmt, das Nadelventil 31 plötzlich angehoben wird und wiederholt mit dem dritten Element 23 (oder einem Stopper) kollidiert, und das Verhalten des Nadelventils 31 instabil wird. Wenn andererseits die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 abnimmt, zu niedrig ist, kann die Hubgeschwindigkeit (Ansprechverhalten) des Nadelventils 31 zu gering sein.
In diesem Zusammenhang hat der Verbindungskanal 47 die vierte Drossel 47a zur Begrenzung der Durchflussmenge des Kraftstoffs. Aus diesem Grund wird die Durchflussmenge des aus der zweiten Steuerkammer 36 ausströmenden Kraftstoffs durch die vierte Drossel 47a begrenzt, und die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 abnimmt, wird entsprechend eingestellt. Genauer gesagt, in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen ist, das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, der zweite Hochdruckkanal 14 und die erste Steuerkammer 46 durch das Nachlaufventil 41 voneinander abgesperrt sind und die Hochdruckkammer 33 mit der Einspritzöffnung 34 durch das Nadelventil 31 in Verbindung steht, wird die Kraftstoffdurchflussrate durch die vierte Drossel 47a größer eingestellt als der Gesamtkraftstoffdurchsatz bzw. die -durchflussrate durch die erste Drossel 42a und die zweite Drossel 27a. Daher ist die Durchflussmenge des über den Verbindungskanal 47 in die erste Steuerkammer 46 einströmenden Kraftstoffs größer als die Durchflussmenge des über den dritten Kanal 42 und den zweiten Kanal 27 aus der ersten Steuerkammer 46 ausströmenden Kraftstoffs. Dadurch kann verhindert werden, dass der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 übermäßig abnimmt und dass die Druckdifferenz im Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a abnimmt. Außerdem wird die Übertragung von Kraftstoffdruckpulsationen zwischen der ersten Steuerkammer 46 und der zweiten Steuerkammer 36 durch die vierte Drossel 47a reduziert.
Wenn sich das Nadelventil 31 abhebt und mit dem dritten Element 23 (oder dem Stopper) kollidiert, wird das Verhalten des Nadelventils 31 instabil. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Ausführungsform die Vollhubgrenze als der Hubbetrag eingestellt, wenn das Nadelventil 31 mit dem dritten Element 23 (oder dem Stopper) kollidiert, und es wird so gesteuert, dass der Hubbetrag des Nadelventils 31 kleiner als die Vollhubgrenze ist. Wenn der Hub des Nadelventils 31 kurz vor dem vollen Hubbetrag erreicht wird, wird das Nadelventil 31 in einen Ventilschließvorgang versetzt, um den Hubbetrag zu reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 20 eingespritzt werden kann, ein Höchstwert.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Hubbetrag und einer Einspritzrate eines Nadelventils 31 zeigt. Hier steuert die ECU 90 die Einspritzrate so, dass sie zu Beginn der Einspritzung mit hoher Geschwindigkeit ansteigt (zunimmt), am Ende der Einspritzung mit hoher Geschwindigkeit abfällt (abnimmt) und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs maximiert wird. Insbesondere öffnet die ECU 90 das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten, und wenn die Einspritzrate die maximale Rate erreicht (d.h. wenn die Einspritzöffnung 34 vollständig geöffnet ist), wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen. Unmittelbar bevor der Hubbetrag des Nadelventils 31 die volle Hubgrenze erreicht, wird das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet. Danach, wenn der Hubbetrag des Nadelventils 31 bis zu dem Punkt abnimmt, an dem die Injektionsrate zu sinken beginnt, wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen. Hier ist die einzuspritzende Kraftstoffmenge die Fläche unter der Kurve im Einspritzratendiagramm (d.h. ein Wert, der durch Integration der Einspritzratenkurve erhalten wird).
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Hubbetrag und einer Einspritzrate eines Nadelventils eines Vergleichsbeispiels zeigt. Auch hier wird die Einspritzrate zu Beginn der Einspritzung mit hoher Geschwindigkeit erhöht, am Ende der Einspritzung mit hoher Geschwindigkeit abgesenkt und die eingespritzte Kraftstoffmenge auf einen Maximalwert geregelt. Im Vergleichsbeispiel kann jedoch die Geschwindigkeit, mit der sich das Nadelventil hebt und die Geschwindigkeit, mit der sich das Nadelventil senkt, nicht verändert werden. Dadurch wird die Zeit, die der Hubbetrag des Nadelventils benötigt, um die volle Hubgrenze zu erreichen, verkürzt und die Menge des einspritzbaren Kraftstoffs reduziert.
9 ist eine schematische Darstellung eines Druckreduzierungsvorgangs zur Reduzierung des Kraftstoffdrucks im Common-Rail 11 durch das zweite Auf-Zu-Ventil 52, ohne den Kraftstoff durch das Kraftstoffeinspritzventil 20 einzuspritzen.
Wie oben beschrieben, ist der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36, der ersten Steuerkammer 46, der Zwischenkammer 26, dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27 bei ausgeglichenem Hochdruck, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind. Das Nachlaufventil 41 wird durch die Feder 45 gegen das zweite Element 22 vorgespannt. Beim Druckreduzierungsvorgang öffnet die ECU 90 aus diesem Zustand heraus das zweite Auf-Zu-Ventil 52. Als Ergebnis wird der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den zweiten Kanal 27 abgeführt. Da das Nachlaufventil 41 nicht zur Zwischenkammer 26 angezogen wird, trennt sich das Nachlaufventil 41 beim Absinken des Kraftstoffdrucks in der ersten Steuerkammer 46 vom zweiten Element 22 aufgrund des Kraftstoffdrucks im zweiten Hochdruckkanal 14.
Hier wird in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet ist, die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch die dritte Drossel 14a größer eingestellt als die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch die zweite Drossel 27a. Daher ist die Kraftstoffmenge, die aus dem zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46 fließt, größer als die Kraftstoffmenge, die aus dem Inneren der ersten Steuerkammer 46 austritt. Daher sinkt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 nicht ab, und der Zustand, in dem die Hochdruckkammer 33 und die Einspritzöffnung 34 durch das Nadelventil 31 voneinander abgesperrt sind, bleibt erhalten. Dann fließt der Kraftstoff von der Common-Rail 11 über den ersten Hochdruckkanal 13 und den zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46, so dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Common-Rail 11 abnimmt. Das heißt, der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 11 wird in einem Zustand reduziert, in dem der Kraftstoff nicht durch das Kraftstoffeinspritzventil 20 eingespritzt wird.
Als nächstes wird ein spezifisches Beispiel für die Beziehung zwischen der steigenden und der fallenden Geschwindigkeit der Einspritzgeschwindigkeit und dem offenen/geschlossenen Zustand der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 beschrieben.
10 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster für den Hochgeschwindigkeitsanstieg und für den Hochgeschwindigkeitsabfall zeigt. Vor Beginn der Injektion werden, wie in 11 dargestellt, das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen, und die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 wird durch das Nadelventil 31 abgesperrt. Wie in 12 dargestellt, wird der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den dritten Kanal 42, den ersten Kanal 25 und den zweiten Kanal 27 abgeführt, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide geöffnet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Druckdifferenz im Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a erzeugt, und das Nachlaufventil 41 wird in die Zwischenkammer 26 gezogen. Als Folge davon sinkt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 bei hoher Geschwindigkeit, und das Nadelventil 31 hebt sich bei hoher Geschwindigkeit. Daher steigt, wie in 10 gezeigt, die Injektionsrate mit hoher Geschwindigkeit an.
Nachdem die Injektionsrate ihren Maximalwert erreicht hat, wie in 13 dargestellt, wird das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen. Als Folge davon strömt der Kraftstoff durch die erste Drossel 42a des dritten Kanals 42 in die Zwischenkammer 26, und der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 steigt. Außerdem ist das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen, was die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 27 und der Niederdruckkammer 57 blockiert. Danach, wenn der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 ansteigt und die Kraft, mit der das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 gezogen wird, abnimmt, trennt sich das Nachlaufventil 41 von der Zwischenkammer 26, wie in 14 dargestellt. Daher stehen der zweite Hochdruckkanal 14 und die erste Steuerkammer 46 miteinander in Verbindung, und der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 steigt mit hoher Geschwindigkeit an. Wenn Kraftstoff von der ersten Steuerkammer 46 über den Verbindungskanal 47 in die zweite Steuerkammer 36 fließt und der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 einen vorgegebenen Druck überschreitet, beginnt das Nadelventil 31 zu sinken und beginnt einen Ventilschließvorgang. Da der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 mit hoher Geschwindigkeit ansteigt, sinkt die Einspritzgeschwindigkeit mit hoher Geschwindigkeit, wie in 10 dargestellt.
15 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster für niedrigen Geschwindigkeitsanstieg und hohen Geschwindigkeitsabfall zeigt. Wie in 16 dargestellt, wird der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den dritten Kanal 42 und den ersten Kanal 25 geleitet und abgeführt, wenn das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen gehalten und das erste Auf-Zu-Ventil 51 geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Druckdifferenz im Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a erzeugt, und das Nachlaufventil 41 wird in die Zwischenkammer 26 gezogen. So sinkt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 bei niedriger Geschwindigkeit, und das Nadelventil 31 hebt sich bei niedriger Geschwindigkeit. Daher steigt, wie in 15 gezeigt, die Einspritzgeschwindigkeit bei niedriger Geschwindigkeit an. Nachdem die Injektionsrate ihren Maximalwert erreicht hat, ist der Vorgang derselbe wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsabfall.
17 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster für hohen Geschwindigkeitsanstieg und niedrigen Geschwindigkeitsabfall zeigt. Der Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg ist in diesem Fall die gleiche wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg.
Nachdem die Einspritzrate ihren Maximalwert erreicht hat, wie in 18 dargestellt, wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 im geöffneten Zustand gehalten, während das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist. Als Folge davon strömt der Kraftstoff durch die erste Drossel 42a des dritten Kanals 42 in die Zwischenkammer 26, und der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 steigt. Der zweite Kanal 27 steht in Verbindung mit der Niederdruckkammer 57, und der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 wird durch den zweiten Kanal 27 abgeführt. Danach, wenn der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 ansteigt und die Kraft, mit der das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 gezogen wird, abnimmt, trennt sich das Nachlaufventil 41 von der Zwischenkammer 26, wie in 19 dargestellt. Daher stehen der zweite Hochdruckkanal 14 und die erste Steuerkammer 46 miteinander in Verbindung, und der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 steigt bei niedriger Geschwindigkeit an. Wenn Kraftstoff von der ersten Steuerkammer 46 über den Verbindungskanal 47 in die zweite Steuerkammer 36 fließt und der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 einen vorgegebenen Druck überschreitet, beginnt das Nadelventil 31 zu sinken und beginnt einen Ventilschließvorgang. Da der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 bei niedriger Drehzahl ansteigt, sinkt die Einspritzgeschwindigkeit bei niedriger Drehzahl, wie in 17 dargestellt.
20 ist ein Diagramm, das die Einspritzratenmuster für niedrigen Geschwindigkeitsanstieg und niedrigen Geschwindigkeitsabfall zeigt. Der Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg ist in diesem Fall derselbe wie der in 15 gezeigte Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg. Der Vorgang für das Absinken der Drehzahl ist in diesem Fall derselbe wie der in 17 gezeigte Vorgang für das Absinken der Drehzahl.
21 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zu hohem Geschwindigkeitsanstieg zeigt. Der Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg ist in diesem Fall derselbe wie der in 15 gezeigte Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg. Dann, während das Nadelventil 31 angehoben wird (d.h. sich in eine Richtung bewegt, die die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 ermöglicht), schaltet die ECU 90 auf den Betrieb für einen hohen Geschwindigkeitsanstieg um. Das heißt, die ECU 90 führt einen Übergang von dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist, wie in 16 dargestellt, zu dem Zustand, in dem sowohl das erste Auf-Zu-Ventil 51 als auch das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen sind, wie in 12 dargestellt. Der anschließende Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg ist die gleiche wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg.
22 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsanstieg zu niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zeigt. Der Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg ist in diesem Fall die gleiche wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsanstieg. Dann, während das Nadelventil 31 angehoben wird, schaltet die ECU 90 auf den Betrieb für einen niedrigen Geschwindigkeitsanstieg um. Das heißt, die ECU 90 führt einen Übergang von dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide offen sind, wie in 12 dargestellt, zu dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 offen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen ist, wie in 16 dargestellt. Der anschließende Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg ist derselbe wie der in 15 gezeigte Vorgang für einen geringen Geschwindigkeitsanstieg.
23 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsabfall zu niedrigem Geschwindigkeitsabfall zeigt. Die Beschreibung des Vorgangs vom Anstieg bis zum Erreichen der maximalen Injektionsrate entfällt. Der anschließende Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsabfall ist die gleiche wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsabfall. Dann, während sich das Nadelventil 31 nach unten bewegt (es bewegt sich in eine Richtung, die die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 blockiert), schaltet die ECU 90 auf den Vorgang für das Fallen mit niedriger Geschwindigkeit um. Das heißt, die ECU 90 führt einen Übergang von dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide geschlossen sind, wie in 14 dargestellt, zu dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, wie in 19 dargestellt. Der anschließende Vorgang für das Absinken bei niedriger Geschwindigkeit ist derselbe wie der in 17 gezeigte Vorgang für das Absinken bei niedriger Geschwindigkeit.
24 ist ein Diagramm, das ein Einspritzratenmuster beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsabfall zu hohem Geschwindigkeitsabfall zeigt. Die Beschreibung des Vorgangs vom Anstieg bis zum Erreichen der maximalen Injektionsrate entfällt. Der anschließende Vorgang für das Absinken bei niedriger Geschwindigkeit ist derselbe wie der in 17 gezeigte Vorgang für das Absinken bei niedriger Geschwindigkeit. Dann, während das Nadelventil 31 absinkt, schaltet die ECU 90 auf den Vorgang für hohe Fallgeschwindigkeit um. Das heißt, die ECU 90 führt einen Übergang von dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, wie in 19 dargestellt, zu dem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide geschlossen sind, wie in 14 dargestellt. Der anschließende Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsabfall ist die gleiche wie der in 10 gezeigte Vorgang für den Hochgeschwindigkeitsabfall.
Die ECU 90 steuert den offenen/geschlossenen Zustand der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 und damit den Gradienten der Kraftstoffeinspritzrate durch das Kraftstoffeinspritzventil 20 auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors, in dem das Kraftstoffeinspritzventil 20 eingebaut ist, und des Kraftstoffdrucks im Common-Rail-Ventil 11. Als Betriebszustand des Motors können z.B. die Motorlast, die Motordrehzahl, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ähnliches verwendet werden. Darüber hinaus kann die ECU 90 den Zeitpunkt für das Umschalten des Auf-/Zu-Zustandes der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 entsprechend der Ansprechbarkeit des Nadelventils 31 aufgrund individueller Unterschiede und der Temperatur der Kraftstoffeinspritzventile 20 korrigieren.
Während das Nadelventil 31 steigt, kann das Steuergerät 90 außerdem den Auf-/Zu-Zustand der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 zwischen dem in 12 gezeigten Zustand und dem in 16 gezeigten Zustand mehrmals oder kontinuierlich umschalten. In diesem Fall kann während des Hubs des Nadelventils 31 die Anstiegsgeschwindigkeit (Gradient) der Kraftstoffeinspritzrate in mehreren Stufen oder kontinuierlich geändert werden. Darüber hinaus kann die ECU 90 während des Absenkens des Nadelventils 31 auch den Auf-/Zu-Zustand der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 zwischen dem in 14 und dem in 19 dargestellten Zustand mehrfach oder kontinuierlich umschalten. In diesem Fall kann die Fallgeschwindigkeit (Gradient) der Kraftstoffeinspritzrate während des Falles des Nadelventils 31 in mehreren Stufen oder kontinuierlich geändert werden.
25 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb für niedrigen und hohen Geschwindigkeitsanstieg zeigt. Zur Vereinfachung der Erklärung wird hier angenommen, dass der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 und der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 gleich sind.
Zum Zeitpunkt t11 sind das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide geschlossen, der Hubbetrag des Nachlaufventils 41 ist 0, der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 und der Zwischenkammer 26 ist hoch, und der Hubbetrag und die Einspritzrate des Nadelventils 31 sind Null. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null. Mit anderen Worten: In einem Zustand, in dem der Kraftstoff nicht eingespritzt wird, kann das Kraftstoffeinspritzventil 20 die Kraftstoffleckage von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Kraftstoffkanäle auf Null reduzieren und damit die Energie für die Zufuhr des Kraftstoffs zum Common-Rail 11 verringern.
Zum Zeitpunkt tl2, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geöffnet wird, sinkt der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 und den Steuerkammern 46, 36. Da der dritte Kanal 42 die erste Drossel 42a hat, fällt hier der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 schneller ab als der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null. Daher kann selbst bei geringer Durchflussmenge des Kraftstoffs aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 mit der erforderlichen Geschwindigkeit reduziert und das Nadelventil 31 mit der erforderlichen Ansprechempfindlichkeit angehoben werden.
Zum Zeitpunkt t13, wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 niedriger als der vorgegebene Druck wird, beginnt das Nadelventil 31 zu heben. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25, nicht aber durch den zweiten Kanal 27 abgeführt wird, sinkt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei niedriger Geschwindigkeit. Hier wird die aus der zweiten Steuerkammer 36 austretende Kraftstoffmenge durch die Volumenverringerung der zweiten Steuerkammer 36 durch den Hub des Nadelventils 31 ausgeglichen. Als Ergebnis bleibt der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 konstant. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 bei niedriger Geschwindigkeit abnimmt, wird das Nadelventil 31 bei niedriger Geschwindigkeit angehoben, und die Einspritzgeschwindigkeit steigt bei niedriger Geschwindigkeit an. Auch zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null.
Zum Zeitpunkt t14, wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen wird, beginnt der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 zu steigen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null. Zum Zeitpunkt tl5, wenn die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 und dem Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 abnimmt, beginnt sich das Nachlaufventil 41 vom zweiten Element 22 zu trennen. Als Folge davon fließt der Hochdruckkraftstoff vom zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46. Auch zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null. Daher kann der Kraftstoff, der aus dem zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, den Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 effizient erhöhen.
Danach, wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 höher als der vorgegebene Druck wird, beginnt das Nadelventil 31 zu fallen. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 nicht aus dem ersten Kanal 25 und nicht aus den zweiten Kanal 27 abgelassen wird, steigt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 mit hoher Geschwindigkeit an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null. Dabei wird die in die zweite Steuerkammer 36 fließende Kraftstoffmenge durch die Volumenvergrößerung der zweiten Steuerkammer 36 aufgrund des Absinkens des Nadelventils 31 ausgeglichen. Als Ergebnis bleibt der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 konstant. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 mit hoher Geschwindigkeit zunimmt, das Nadelventil 31 mit hoher Geschwindigkeit abfällt und die Einspritzgeschwindigkeit mit hoher Geschwindigkeit sinkt. Auch zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null.
Zum Zeitpunkt t16 werden die Hochdruckkammer 33 und die Einspritzöffnung 34 durch das Nadelventil 31 abgesperrt, und der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 beginnt zu steigen. Danach werden der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 und der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 bei hohem Druck ausgeglichen, und das Nachlaufventil 41 wird durch die Feder 45 so vorgespannt, dass das Nachlaufventil 41 mit dem zweiten Element 22 in Kontakt kommt.
26 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb bei hohem Geschwindigkeitsanstieg und niedrigem Geschwindigkeitsabfall zeigt.
Zum Zeitpunkt t21 sind das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 beide geschlossen, der Hubbetrag des Nachlaufventils 41 ist 0, der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 und der Zwischenkammer 26 ist hoch, und der Hubbetrag und die Einspritzrate des Nadelventils 31 sind Null. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null.
Zum Zeitpunkt t22, wenn sowohl das erste Auf-Zu-Ventil 51 als auch das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet werden, beginnt der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 und den Steuerkammern 46, 36 abzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null.
Zum Zeitpunkt t23, wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 niedriger als der vorgegebene Druck wird, beginnt das Nadelventil 31 zu heben. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25 und den zweiten Kanal 27 abgeführt wird, sinkt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei hoher Geschwindigkeit. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 mit hoher Geschwindigkeit abnimmt, wird das Nadelventil 31 mit hoher Geschwindigkeit angehoben, und die Einspritzgeschwindigkeit steigt mit hoher Geschwindigkeit an. Auch zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null.
Zum Zeitpunkt t24, wenn das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen gehalten und das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen wird, beginnt der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 zu steigen. Zum Zeitpunkt t25, wenn die Differenz zwischen dem Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 und dem Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 abnimmt, beginnt sich das Nachlaufventil 41 vom zweiten Element 22 zu trennen. Als Folge davon fließt der Hochdruckkraftstoff vom zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46.
Danach, wenn der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 höher als der vorgegebene Druck wird, beginnt das Nadelventil 31 zu fallen. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 nicht aus dem ersten Kanal 25, sondern aus dem zweiten Kanal 27 abgeführt wird, steigt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei niedriger Geschwindigkeit an. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 bei niedriger Geschwindigkeit zunimmt, fällt das Nadelventil 31 bei niedriger Geschwindigkeit, und die Einspritzgeschwindigkeit sinkt bei niedriger Geschwindigkeit.
Zum Zeitpunkt t26 werden die Hochdruckkammer 33 und die Einspritzöffnung 34 durch das Nadelventil 31 abgesperrt, und der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 beginnt zu steigen. Danach wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen, und der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 und der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 werden bei hohem Druck ausgeglichen. Dann wird das Nachlaufventil 41 durch die Feder 45 vorgespannt, und das Nachlaufventil 41 stößt an das zweite Element 22. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 in die Niederdruckkammer 57 gleich Null, und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 ist gleich Null.
27 ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang beim Wechsel von niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zu hohem Geschwindigkeitsanstieg zeigt. Der Vorgang von Zeitpunkt t31 bis t33 ist die gleiche wie der Vorgang von Zeitpunkt t11 bis t13 in 25.
Zum Zeitpunkt t34 wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet, während das Nadelventil 31 angehoben wird (d.h. während die Injektionsrate steigt). Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25 und den zweiten Kanal 27 abgeführt wird, sinkt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei hoher Geschwindigkeit. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 mit hoher Geschwindigkeit abnimmt, wird das Nadelventil 31 mit hoher Geschwindigkeit angehoben, und die Einspritzgeschwindigkeit steigt mit hoher Geschwindigkeit an. Infolgedessen ändert sich während des Anhebens des Nadelventils 31 die Einspritzgeschwindigkeit von niedrigem Geschwindigkeitsanstieg zu hohem Geschwindigkeitsanstieg. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null.
28 ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang beim Wechsel von hohem Geschwindigkeitsabfall zu niedrigem Geschwindigkeitsabfall zeigt. Der Vorgang vor dem Zeitpunkt t45 ist die gleiche wie der Vorgang vor dem Zeitpunkt t15 in 25.
Zum Zeitpunkt t46 wird das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet, während das Nadelventil 31 fällt (d.h. während die Injektionsrate abnimmt). Dadurch wird der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den zweiten Kanal 27 abgeführt, so dass der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei niedriger Geschwindigkeit ansteigt. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 bei niedriger Geschwindigkeit zunimmt, fällt das Nadelventil 31 bei niedriger Geschwindigkeit, und die Einspritzgeschwindigkeit sinkt bei niedriger Geschwindigkeit. Als Folge davon ändert sich die Einspritzgeschwindigkeit während des Absenkens des Nadelventils 31 von einem hohen Geschwindigkeitsabfall zu einem niedrigen Geschwindigkeitsabfall.
Die oben im Detail beschriebene gegenwärtige Ausgestaltung hat folgende Vorteile.
Wenn der erste Kanal 25 und der zweite Kanal 27 aufgrund der Auf-Zu-Ventile 51 und 52 mit dem Niederdruckkanal 58 in Verbindung stehen, wird der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25, den zweiten Kanal 27 und den Niederdruckkanal 58 abgeführt. Da der zweite Kanal 27 die zweite Drossel 27a enthält, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, wird der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 auf gleichem oder höherem Niveau gehalten als der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26. Als Ergebnis wird der Zustand, in dem das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 gezogen wird, beibehalten. Wenn der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 sowohl aus dem ersten Kanal 25 als auch aus dem zweiten Kanal 27 abgelassen wird, ist die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 abnimmt, größer, als wenn der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 nur aus dem ersten Kanal 25 abgelassen wird. Daher kann die Geschwindigkeit, mit der sich das Nadelventil 31 anhebt, erhöht werden, und der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate kann erhöht werden. Dementsprechend kann während eines Zustands, in dem der erste Kanal 25 und der Niederdruckkanal 58 über das erste Auf-Zu-Ventil 51 miteinander in Verbindung stehen, der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate durch Steuerung des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 gesteuert werden, um die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 27 und dem Niederdruckkanal 58 zu ermöglichen oder zu blockieren.
Da der zweite Kanal 27 mit der ersten Steuerkammer 46 in Verbindung steht, ohne durch das Nachlaufventil 41 zu gehen, kann die Struktur für die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 27 und der ersten Steuerkammer 46 vereinfacht werden. Das heißt, das Kraftstoffeinspritzventil 20 muss nicht so konfiguriert werden, dass der erste Kanal 25 und der zweite Kanal 27 mit der ersten Steuerkammer 46 über jeweils zwei im Nachlaufventil 41 gebildete Kanäle in Verbindung stehen. Außerdem muss das Kraftstoffeinspritzventil 20 nicht so konfiguriert werden, dass der erste Kanal 25 und der zweite Kanal 27 mit der Zwischenkammer 26 und die Zwischenkammer 26 mit der ersten Steuerkammer 46 über einen im Nachlaufventil 41 gebildeten Kanal in Verbindung steht. Daher kann das Kraftstoffeinspritzventil 20 den Gradienten der Kraftstoffeinspritzrate steuern und gleichzeitig die Struktur um das Nachlaufventil 41 vereinfachen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 20 umfasst das erste Auf-Zu-Ventil 51, das die Verbindung zwischen dem ersten Kanal 25 und dem Niederdruckkanal 58 ermöglicht und blockiert, und das zweite Auf-Zu-Ventil 52, das die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal 27 und dem Niederdruckkanal 58 ermöglicht und blockiert. Aus diesem Grund können Kommunikation und Absperrung zwischen dem ersten Kanal 25 und dem Niederdruckkanal 58 und Kommunikation und Absperrung zwischen dem zweiten Kanal 27 und dem Niederdruckkanal 58 unabhängig voneinander gesteuert werden. Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 den ersten Kanal 25 von der Niederdruckkammer 57 absperrt, tritt zwischen dem ersten Kanal 25 und der Niederdruckkammer 57 kein Kraftstoff aus. Wenn das zweite Auf-Zu-Ventil 52 den zweiten Kanal 27 und die Niederdruckkammer 57 absperrt, tritt kein Kraftstoff zwischen dem zweiten Kanal 27 und der Niederdruckkammer 57 aus. Folglich kann das Kraftstoffeinspritzventil 20 in einem Zustand, in dem der Kraftstoff nicht eingespritzt wird, die Kraftstoffleckage von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite der Kraftstoffkanäle auf Null reduzieren und somit die Energie für die Zufuhr des Kraftstoffs zum Common-Rail 11 verringern.
Während das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind, wird durch das Geschlossenhalten des ersten Auf-Zu-Ventils 51 und das Öffnen des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 durch das Nadelventil 31 in einem blockierten Zustand gehalten, während der zweite Hochdruckkanal 14 und die erste Steuerkammer 46 durch das Nachlaufventil 41 miteinander kommunizieren können. Während die Kraftstoffeinspritzung nicht durch das Kraftstoffeinspritzventil 20 erfolgt, kann daher der Kraftstoff im zweiten Hochdruckkanal 14 durch die erste Steuerkammer 46, den zweiten Kanal 27 und den Niederdruckkanal 58 abgeführt werden. Somit entspricht das zweite Auf-Zu-Ventil 52 einem Druckreduzierventil, das den Kraftstoffdruck im zweiten Hochdruckkanal 14 reduzieren kann, d.h. den Kraftstoffdruck im Common-Rail 11, der den zweiten Hochdruckkanal 14 mit Kraftstoff versorgt.
Der zweite Hochdruckkanal 14 enthält die dritte Drossel 14a, die die Kraftstoffdurchflussrate einschränkt. In einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, wird die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch die dritte Drossel 14a größer eingestellt als die Durchflussmenge des Kraftstoffs durch die zweite Drossel 27a. Nach einer solchen Konfiguration ist die Durchflussmenge des Kraftstoffs, der aus dem zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46 über die dritte Drossel 14a fließt, größer als die Durchflussmenge des Kraftstoffs, der aus der ersten Steuerkammer 46 über die zweite Drossel 27a fließt. Aus diesem Grund sinkt der Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Steuerkammer 46 auch dann nicht ab, wenn der zweite Kanal 27 und die erste Steuerkammer 46 über das Nachlaufventil 41 miteinander in Verbindung stehen, und die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 wird durch das Nadelventil 31 in einem blockierten Zustand gehalten.
Wenn das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist, stehen die erste Steuerkammer 46 und die Zwischenkammer 26 in Verbindung miteinander, ohne dass der dritte Kanal 42 durch das Nachlaufventil 41 passiert wird. Wenn außerdem die erste Steuerkammer 46 und die Zwischenkammer 26 miteinander in Verbindung stehen, ohne durch den dritten Kanal 42 aufgrund des Nachlaufventils 41 zu gehen, stehen der zweite Hochdruckkanal 14 und die erste Steuerkammer 46 aufgrund des Nachlaufventils 41 miteinander in Verbindung. Dadurch steigt der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 an, und der Vorgang kann durch das Nadelventil 31 auf den Vorgang des Absperrens der Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 verlagert werden.
Beim Stoppen der Kraftstoffeinspritzung kann zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geöffnet ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann beim Anhalten der Kraftstoffeinspritzung die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 ansteigt, und die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 31 absinkt, geändert werden, und folglich kann der Gradient der Änderung der Kraftstoffeinspritzrate geändert werden. Wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, während das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind, ist die Leckage von Kraftstoff aus dem ersten Kanal 25 zur Niederdruckkammer 57 gleich Null und die Leckage von Kraftstoff aus dem zweiten Kanal 27 zur Niederdruckkammer 57 gleich Null. Daher kann der Kraftstoff, der aus dem zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, den Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 effizient erhöhen.
Während sich das Nadelventil 31 in Richtung der Sperrung der Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 bewegt, kann zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 und das zweite Auf-Zu-Ventil 52 geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil 51 geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil 52 offen ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann während des Absenkens des Nadelventils 31 die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 31 absinkt, und damit der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate flexibel verändert werden.
Beim Starten der Kraftstoffeinspritzung kann zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal 25 mit dem Niederdruckkanal 58 und der zweite Kanal 27 mit dem Niederdruckkanal 58 in Verbindung steht, und einem Zustand, in dem der erste Kanal 25 mit dem Niederdruckkanal 58 in Verbindung steht, während der zweite Kanal 27 vom Niederdruckkanal 58 abgesperrt ist, umgeschaltet werden. Nach einer solchen Konfiguration kann beim Start der Kraftstoffeinspritzung die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck in der ersten Steuerkammer 46 abnimmt, und die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 31 ansteigt, geändert werden, und folglich kann der Gradient der Änderung der Kraftstoffeinspritzrate geändert werden. Zu diesem Zeitpunkt ist in den beiden oben genannten Zuständen die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null. Daher kann selbst bei geringer Durchflussmenge des Kraftstoffs aus dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27 in die Niederdruckkammer 57 der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 mit der erforderlichen Geschwindigkeit reduziert und das Nadelventil 31 mit der erforderlichen Ansprechempfindlichkeit angehoben werden.
Während sich das Nadelventil 31 in eine Richtung bewegt, die eine Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Einspritzöffnung 34 ermöglicht, ist es möglich, zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal 25 mit dem Niederdruckkanal 58 und der zweite Kanal 27 mit dem Niederdruckkanal 58 in Verbindung steht, und einem Zustand umzuschalten, in dem der erste Kanal 25 mit dem Niederdruckkanal 58 in Verbindung steht, während der zweite Kanal 27 vom Niederdruckkanal 58 abgesperrt ist. Nach einer solchen Konfiguration kann während des Anhebens des Nadelventils 31 die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 31 angehoben wird, und damit der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate flexibel verändert werden.
Im Hauptkörper des Kraftstoffeinspritzventils 20 werden die erste Steuerkammer 46, in der das Nachlaufventil 41 angeordnet ist, und die zweite Steuerkammer 36, in die das Nadelventil 31 freiliegt, gebildet. Im Hauptkörper wird der Verbindungskanal 47 gebildet, ein Kanal, der die erste Steuerkammer 46 mit der zweiten Steuerkammer 36 verbindet. Der Verbindungskanal 47 enthält die vierte Drossel 47a zur Drosselung des Kraftstoffdurchflusses bzw. der Kraftstoffdurchflussrate. Nach einer solchen Konfiguration kann die Durchflussmenge des aus der zweiten Steuerkammer 36 ausströmenden Kraftstoffs durch die vierte Drossel 47a des Verbindungskanals 47 begrenzt werden, und somit kann die Geschwindigkeit, mit der der Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 abnimmt, entsprechend eingestellt werden. Außerdem kann die Übertragung von Kraftstoffdruckpulsationen zwischen der ersten Steuerkammer 46 und der zweiten Steuerkammer 36 reduziert werden. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass Pulsationen im Kraftstoffdruck das Verhalten des Nachlaufventils 41 und des Nadelventils 31 nachteilig beeinflussen.
Die Durchflussmenge des über den Verbindungskanal 47 in die erste Steuerkammer 46 einströmenden Kraftstoffs ist größer als die Durchflussmenge des über den dritten Kanal 42 und den zweiten Kanal 27 aus der ersten Steuerkammer 46 ausströmenden Kraftstoffs. Aus diesem Grund kann verhindert werden, dass der Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Steuerkammer 46 übermäßig abnimmt und dass die Druckdifferenz im Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a abnimmt. Daher kann das Nachlaufventil 41 in einem Zustand gehalten werden, in dem das Nachlaufventil 41 aufgrund der Kraftstoffdruckdifferenz zwischen dem Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a in die Zwischenkammer 26 gezogen wird.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform wird im Hinblick auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden die gleichen Strukturteile wie die der ersten Ausführungsform durch die gleichen Referenznummern bezeichnet.
Wie in 29 dargestellt, werden im ersten Element 121 eine erste Niederdruckkammer 57A, ein Verbindungskanal 59, eine zweite Niederdruckkammer 57B und ein Niederdruckkanal 58 gebildet. Die Oberfläche der ersten Niederdruckkammer 57A, die dem zweiten Element 22 zugewandt ist, hat eine Öffnung. Der Umfang der Öffnung ist zwischen dem ersten Element 21 und dem zweiten Element 22 abgedichtet. Die erste Niederdruckkammer 57A und die zweite Niederdruckkammer 57B sind durch den Verbindungskanal 59 miteinander verbunden. Der Niederdruckkanal 58 ist mit der zweiten Niederdruckkammer 57B verbunden.
Das Kraftstoffeinspritzventil 120 der vorliegenden Ausführungsform enthält nur ein Auf-Zu-Ventil 151 anstelle des ersten Auf-Zu-Ventils 51 und des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 der ersten Ausführungsform. Das Auf-Zu-Ventil 151 wird durch eine Feder 155 in Richtung der Annäherung an die zweite Niederdruckkammer 57B vorgespannt. In der zweiten Niederdruckkammer 57B ist ein Stellglied 153 angeordnet, das den Hubbetrag des Auf-Zu-Ventils 151 kontinuierlich steuert. Das Stellglied 153 enthält einen Ausdehnungs-/Kontraktionsmechanismus, wie z.B. ein Piezoelement (piezoelektrisches Element). Wenn das Stellglied 153 nicht erregt ist, wird die Verbindung zwischen der ersten Niederdruckkammer 57A (und damit dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27) und dem Verbindungskanal 59 (und damit dem Niederdruckkanal 58) durch das Auf-Zu-Ventil 151 blockiert. Das Auf-Zu-Ventil 151 hat keinen Teil, der im Verbindungskanal 59 (dem ersten Element 121) gleitet, sondern öffnet und schließt das offene Ende des Verbindungskanals 59. Wenn das Auf-Zu-Ventil 151 die Verbindung zwischen der ersten Niederdruckkammer 57A und dem Verbindungskanal 59 blockiert, tritt kein Kraftstoff zwischen der ersten Niederdruckkammer 57A und dem Verbindungskanal 59 aus. Das heißt, das Auf-Zu-Ventil 151 hat eine leckagefreie Struktur. Der Betriebszustand des Stellglieds 153 wird von der ECU 90 gesteuert (entspricht einer „Antriebseinheit“).
30 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand des Auf-Zu-Ventils 151 zum Zeitpunkt des hohen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt. Aufgrund des Auf-Zu-Ventils 151 steht die erste Niederdruckkammer 57A mit dem zweiten Kanal 27 und die erste Niederdruckkammer 57A mit dem Verbindungskanal 59 in Verbindung. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25 und den zweiten Kanal 27 abgeführt wird, sinkt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei hoher Geschwindigkeit. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 mit hoher Geschwindigkeit abnimmt, wird das Nadelventil 31 mit hoher Geschwindigkeit angehoben, und die Einspritzgeschwindigkeit steigt mit hoher Geschwindigkeit an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null. Daher kann selbst bei geringer Durchflussmenge des Kraftstoffs aus dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27 in die erste Niederdruckkammer 57A der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 mit hoher Geschwindigkeit reduziert und das Nadelventil 31 mit hoher Ansprechempfindlichkeit angehoben werden.
31 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand des Auf-Zu-Ventils 151 zum Zeitpunkt des geringen Geschwindigkeitsanstiegs zeigt. Aufgrund des Auf-Zu-Ventils 151 ist die Verbindung zwischen der ersten Niederdruckkammer 57A und dem zweiten Kanal 27 blockiert, und die erste Niederdruckkammer 57A steht mit dem Verbindungskanal 59 in Verbindung. Da der Kraftstoff in der ersten Steuerkammer 46 durch den ersten Kanal 25, nicht aber durch den zweiten Kanal 27 abgeführt wird, sinkt der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 bei niedriger Geschwindigkeit. Das heißt, da das Volumen der zweiten Steuerkammer 36 bei niedriger Geschwindigkeit abnimmt, wird das Nadelventil 31 bei niedriger Geschwindigkeit angehoben, und die Einspritzgeschwindigkeit steigt bei niedriger Geschwindigkeit an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kraftstoffmenge, die aus den Hochdruckkanälen 13 und 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, gleich Null. Daher kann selbst bei geringer Durchflussmenge des Kraftstoffs von dem ersten Kanal 25 zur ersten Niederdruckkammer 57A der Kraftstoffdruck in den Steuerkammern 46 und 36 mit der erforderlichen Geschwindigkeit reduziert und das Nadelventil 31 mit der erforderlichen Ansprechempfindlichkeit angehoben werden.
Ferner kann durch Umschalten zwischen dem in 30 und dem in 31 dargestellten Zustand während des Anhebens des Nadelventils 31 die Geschwindigkeit, mit der das Nadelventil 31 angehoben wird, und damit der Gradient der Kraftstoffeinspritzrate flexibel verändert werden. Das Steuergerät 90 kann den Öffnungs-/Schließzustand des Auf-Zu-Ventils 151 und damit den Gradienten der Kraftstoffeinspritzrate durch das Kraftstoffeinspritzventil 120 auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors, in dem das Kraftstoffeinspritzventil 120 montiert ist, und des Kraftstoffdrucks im Common-Rail-Ventil 11 steuern. Während das Nadelventil 31 ansteigt, kann die ECU 90 außerdem den Auf-/Zu-Zustand des Auf-Zu-Ventils 151 zwischen dem in 30 dargestellten Zustand und dem in 31 dargestellten Zustand mehrmals oder kontinuierlich umschalten.
Danach wird die Verbindung zwischen der ersten Niederdruckkammer 57A (und wiederum dem ersten Kanal 25 und dem zweiten Kanal 27) und dem Verbindungskanal 59 (und wiederum dem Niederdruckkanal 58) durch das Auf-Zu-Ventil 151 blockiert, so dass das Nadelventil 31 auf einen Ventilschließvorgang umschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leckage von Kraftstoff aus der ersten Niederdruckkammer 57A zum Verbindungskanal 59 gleich Null. Daher kann der Kraftstoff, der aus dem zweiten Hochdruckkanal 14 in die erste Steuerkammer 46 und die zweite Steuerkammer 36 fließt, den Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Steuerkammer 36 effizient erhöhen.
Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen wie folgt geändert werden können. Teile, die mit den Teilen jeder der oben genannten Ausführungsformen identisch sind, werden mit denselben Bezugszeichen wie die oben genannte Ausführungsform bezeichnet, um eine überflüssige Beschreibung zu vermeiden.
Die Feder 45 zur Vorspannung des Nachlaufventils 41 in Richtung des zweiten Elements 22 kann entfallen. Selbst in einem solchen Fall kann der Kraftstoffdruck in der Zwischenkammer 26 durch den ersten Kanal 25 reduziert werden, indem der Kraftstoff im Inneren Zwischenkammer 26 abgegeben wird, der so dass das Nachlaufventil 41 zu der Zwischenkammer 26 gezogen werden kann. Dann wird in einem Zustand, in dem das Nachlaufventil 41 in die Zwischenkammer 26 angezogen wird, ein Differenzdruck im Kraftstoff vor und nach der ersten Drossel 42a im Nachlaufventil 41 erzeugt, und das Nachlaufventil 41 kann aufgrund des Differenzdrucks in einem Zustand gehalten werden, in dem es von der Zwischenkammer 26 angezogen wird.
Wie in 32 dargestellt, kann eine Konfiguration gewählt werden, bei der die erste Steuerkammer 46 im zweiten Element 122 gebildet wird und das Nachlaufventil 41 innerhalb der ersten Steuerkammer 46 angeordnet ist. Dann können innerhalb des zweiten Elements 122 der zweite Kanal 127 und die erste Steuerkammer 46 miteinander verbunden werden. Mit einer solchen Konfiguration lassen sich die gleichen Vorgänge und Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielen.
Wie in 33 dargestellt, kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der der zweite Kanal 227 über das zweite Element 22 und das dritte Element 223 so gebildet wird, dass der zweite Kanal 227 mit der zweiten Steuerkammer 36 verbunden ist. Entsprechend einer solchen Konfiguration kann durch Öffnen des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 der Kraftstoffdruck in der zweiten Steuerkammer 36 mit hoher Ansprechempfindlichkeit reduziert werden. Darüber hinaus können die gleichen operativen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Wie in 34 dargestellt, kann im Nadelventil 131 ein Stopper 131a vorgesehen werden, der den maximalen Hubbetrag des Nadelventils 131 begrenzt (einstellt). Insbesondere ist der Stopper 131a als Vorsprung am Ende des Nadelventils 131 gegenüber der Einspritzöffnung 34 vorgesehen. Mit zunehmendem Hubbetrag des Nadelventils 131 kommt der Stopper 131a mit dem dritten Element 23 in Kontakt. Weiterhin kann alternativ, wie in 35 dargestellt, ein Stopper 231a als Flansch an einem Zwischenteil des Nadelventils 231 vorgesehen werden. Wenn der Hubbetrag des Nadelventils 231 zunimmt, berührt der Stopper 231a den Zylinder 35. Entsprechend dieser Konfigurationen kann der maximale Hubbetrag begrenzt werden, während die Ansprechbarkeit der Nadelventile 131 und 231 durch die Reduzierung des Volumens der zweiten Steuerkammer 36 erhöht wird.
36 ist ein Teilquerschnitt, der eine Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt, und 37 ist ein Querschnitt, der einen Teil von 36 in vergrößerter Form zeigt. In diesem modifizierten Beispiel unterscheiden sich die Position des ersten Solenoids 53 und die Position des zweiten Solenoids 54 in Längsrichtung (axiale Richtung) des Kraftstoffeinspritzventils 20 (Nadelventil 31) voneinander. Insbesondere ist der Abstand vom Nadelventil 31 zum ersten Solenoid 53 kürzer als der Abstand vom Nadelventil 31 zum zweiten Solenoid 54. Daher kann im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der das erste Solenoid 53 und das zweite Solenoid 54 nebeneinander angeordnet sind, die Dicke des Kraftstoffeinspritzventils 20 reduziert werden (d.h. der Durchmesser des Einspritzventils 20 kann verringert werden).
In Längsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils 20 ist die Länge des ersten Auf-Zu-Ventils 51 kürzer als die Länge des zweiten Auf-Zu-Ventils 52. Wie in 37 dargestellt, ist im ersten Element 21 die Niederdruckkammer 57 so ausgebildet, dass sie sich in Längsrichtung des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 (d.h. in Längsrichtung des Kraftstoffeinspritzventils 20) um den äußeren Umfang des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 herum erstreckt. Das heißt, der Raum, in dem sich das zweite Auf-Zu-Ventil 52 innerhalb des ersten Elements 21 befindet, kann als Niederdruckkammer 57 verwendet werden.
Das zweite Solenoid 54 ist an einem Ende des Hauptkörpers (erstes bis viertes Element 21 bis 24) des Kraftstoffeinspritzventils 20 gegenüber der Einspritzöffnung 34 vorgesehen. Das zweite Solenoid 54 ist größer als das erste Solenoid 53. Daher kann die Antriebskraft des zweiten Auf-Zu-Ventils 52 durch das zweite Solenoid 54 größer eingestellt werden als die Antriebskraft des ersten Auf-Zu-Ventils 51 durch das erste Solenoid 53. Mit der obigen Konfiguration lassen sich die gleiche Funktionsweise und die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung in Übereinstimmung mit den Beispielen beschrieben wurde, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Beispiele oder Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Variationen im Rahmen der Äquivalente. Zusätzlich sind die verschiedenen Elemente, die bei verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt werden, welche beispielhaft sind, sowie andere Kombinationen und Konfigurationen, die zwar weitere, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017161662 [0001]
JP 2018134992 [0001]
DE 102013112751 [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (20, 120), das in der Lage ist, einen Gradienten einer Kraftstoffeinspritzrate zu steuern, umfassend: einen Hauptkörper (21, 22, 23, 24, 121, 122, 223), einschließlich dem Folgenden: eine Hochdruckkammer (33), die mit Hochdruckkraftstoff versorgt wird, eine Einspritzöffnung (34), die so konfiguriert ist, dass der Kraftstoff aus der Hochdruckkammer eingespritzt wird, einen Hochdruckkanal (14), der mit dem Hochdruckkraftstoff versorgt wird, eine mit dem Hochdruckkanal verbundene Steuerkammer (36, 46), einen Niederdruckkanal (58), der Niederdruckkraftstoff abführt, einen ersten Kanal (25), der mit dem Niederdruckkanal verbunden ist, eine Zwischenkammer (26), die die Steuerkammer mit dem ersten Kanal verbindet, und einen zweiten Kanal (27, 127, 227), der die Steuerkammer mit dem Niederdruckkanal verbindet; ein Nadelventil (31, 131, 231), das so konfiguriert ist, dass es, basierend auf einem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer, die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung ermöglicht oder blockiert; ein Nachlaufventil (41), das innerhalb der Steuerkammer (46) vorgesehen ist, wobei ein Hubbetrag des Nachlaufventils auf der Grundlage eines Kraftstoffdrucks innerhalb der Zwischenkammer gesteuert wird; und ein Auf-Zu-Ventil (51, 52, 151), das konfiguriert ist die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal zuzulassen oder zu blockieren; und die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal zuzulassen oder zu blockieren; wobei das Nachlaufventil mit einem dritten Kanal (42) versehen ist, der sich durch das Nachlaufventil erstreckt, wobei eine erste Drossel (42a), die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, in dem dritten Kanal vorgesehen ist,wobei das Nachlaufventil so konfiguriert ist, dass es: die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Steuerkammer zu blockiert, wenn die Steuerkammer über den dritten Kanal mit der Zwischenkammer in Verbindung steht, und die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der Steuerkammer ermöglicht, wenn die Steuerkammer mit der Zwischenkammer in Verbindung steht, ohne den dritten Kanal zu durchlaufen, und der zweite Kanal mit der Steuerkammer in Verbindung steht, ohne durch das Nachlaufventil zu gehen, wobei eine zweite Drossel (27a), die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt, im zweiten Kanal vorgesehen ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei während der Kraftstoffeinspritzung die Steuerkammer und die Zwischenkammer durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung gebracht werden, ohne den dritten Kanal zu durchlaufen, indem die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal mit dem Auf-Zu-Ventil blockiert wird.
Kraftstoffeinspritzventil (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Auf-Zu-Ventil das Folgende umfasst: ein erstes Auf-Zu-Ventil (51), das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert, und ein zweites Auf-Zu-Ventil (52), das so konfiguriert ist, dass es die Verbindung zwischen dem zweiten Kanal und dem Niederdruckkanal ermöglicht oder blockiert.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, wobei während das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, durch das Geschlossenhalten des ersten Auf-Zu-Ventils und das Öffnen des zweiten Auf-Zu-Ventils die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil in einem blockierten Zustand gehalten wird, während der zweite Hochdruckkanal und die Steuerkammer durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung stehen können.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine dritte Drossel (14a), die die Kraftstoffdurchflussrate im Hochdruckkanal begrenzt, und in einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen und das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, die Kraftstoffdurchflussrate durch die dritte Drossel größer als die Kraftstoffdurchflussrate durch die zweite Drossel eingestellt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei während der Kraftstoffeinspritzung werden durch Schließen des ersten Auf-Zu-Ventils die Steuerkammer und die Zwischenkammer durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung stehen, ohne den dritten Kanal zu passieren.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei beim Anhalten der Kraftstoffeinspritzung kann zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, umgeschaltet werden.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei während sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, die die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung blockiert, zwischen einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil und das zweite Auf-Zu-Ventil geschlossen sind, und einem Zustand, in dem das erste Auf-Zu-Ventil geschlossen ist, während das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, umgeschaltet werden kann.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei beim Starten der Kraftstoffeinspritzung zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal und der zweite Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, und einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, während der zweite Kanal vom Niederdruckkanal abgesperrt ist, umgeschaltet werden kann.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei während sich das Nadelventil in eine Richtung bewegt, die die Richtung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung zulässt, es möglich ist, zwischen einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal und der zweite Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, und einem Zustand, in dem der erste Kanal mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, während der zweite Kanal vom Niederdruckkanal abgesperrt ist, umzuschalten.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei wenn der erste Kanal durch das erste Auf-Zu-Ventil mit dem Niederdruckkanal in Verbindung steht, die Steuerkammer und die Zwischenkammer über den dritten Kanal durch das Nachlaufventil miteinander in Verbindung stehen, indem die Kraftstoffdurchflussratendrosselung der ersten Drossel, ein freiliegender Bereich des Nachlaufventils zur Zwischenkammer und ein freiliegender Bereich des Nachlaufventils zum Hochdruckkanal eingestellt werden.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Steuerkammer eine erste Steuerkammer (46), in der das Nachlaufventil angeordnet ist, und eine zweite Steuerkammer (36) enthält, in der das Nadelventil freiliegt, und der Hauptkörper mit einem vierten Kanal (47) versehen ist, der die erste Steuerkammer mit der zweiten Steuerkammer verbindet, wobei in dem vierten Kanal eine vierte Drossel (47a) vorgesehen ist, die die Kraftstoffdurchflussrate begrenzt.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 12, wobei in einem Zustand, in dem: das erste Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, das zweite Auf-Zu-Ventil geöffnet ist, die Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal und der ersten Steuerkammer durch das Nachlaufventil blockiert ist, und die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer und der Einspritzöffnung durch das Nadelventil ermöglicht wird, die Kraftstoffdurchflussrate durch die vierte Drosselklappe so eingestellt ist, dass er größer ist als ein kombinierter Kraftstoffdurchsatz durch die erste und die zweite Drosselklappe.
Kraftstoffeinspritzsystem, bestehend aus: dem Kraftstoffeinspritzventil (20, 120) nach einem der Ansprüche 1 bis 13; einem Rückhaltebehälter (11), der so konfiguriert ist, dass er Hochdruckkraftstoff darin zurückhält und den Hochdruckkraftstoff der Hochdruckkammer und dem Hochdruckkanal zuführt; und einer Antriebseinheit (90), die so konfiguriert ist, dass sie das Auf-Zu-Ventil antreibt, um die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal zuzulassen oder zu blockieren; und die Verbindung zwischen dem ersten Kanal und dem Niederdruckkanal zuzulassen oder zu blockieren.