DE20023709U1

DE20023709U1 - Kraftstoffeinspritzventil

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Publication number: DE20023709U1
Application number: DE20023709U
Authority: DE
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2010-11-11

Abstract

Kraftstoffeinspritzventil, das mit einem hydraulischen Druckkanal und einem Ablasskanal verbindbar ist, mit:
einem Ventilgehäuse (11) mit zumindest einer Einspritzöffnung (13);
einer Düsennadel (2), die gleitfähig beweglich ist in dem Ventilgehäuse zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung;
einer Regelkammer (3) zum Drängen der Düsennadel in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung, wenn hydraulischer Druck darauf aufgebracht ist, und Veranlassen des Starts des Hubs der Düsennadel, wenn hydraulischer Druck einen minimalen Ventilöffnungsdruck erreicht;
einer Niederdruckleitung (17) für die Verbindung mit dem Ablasskanal;
einer Hochdruckleitung (15) für die Verbindung mit dem Hochdruckkanal;
einem Dreiwegeventil (4) mit einer Ventilkammer (42), einem ersten, zweiten und dritten Anschluss (43, 44 und 45), die in der Ventilkammer vorgesehen sind, und einem Ventilkörper (41), der in der Ventilkammer beweglich ist;
einer Antriebseinrichtung (5) zum Antreiben des Ventilkörpers, um wahlweise den ersten oder den zweiten Anschluss zu öffnen und zu schließen;
einer ersten...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das anwendbar ist auf Kraftstoffeinspritzsysteme für Brennkraftmaschinen der sogenannten Common-rail-Art (= gemeinsame Hochdruckleitung), und insbesondere auf die Bauweise des Kraftstoffeinspritzventils.
Als ein Kraftstoffzufuhrsystem für Brennkraftmaschinen ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art gut bekannt, wobei Kraftstoff durch eine Hochdruckzufuhrpumpe mit Druck beaufschlagt wird und in einer Common-rail gesammelt wird und in jedem Zylinder mit einer gegebenen Zeitgebung eingespritzt wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art hat Vorteile, dass die Einspritzzeitgebung und die Einspritzmenge genau gesteuert werden. Als ein Kraftstoffeinspritzventil des Kraftstoffeinspritzsystems der Common-rail-Art, wie es in dem US-Patent Nr. 5819710 offenbart ist, ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt, wobei eine Ventilöffnungs- und Schließkraft zum Bewegen der Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung gegeben ist durch hydraulischen Druck in einer Steuerkammer. Ein Dreiwegeventil steuert den hydraulischen Druck in der Steuerkammer. Das Dreiwegeventil hat einen Ventilkörper, der durch ein piezoelektrisches Stellglied angetrieben wird. Die Steuerkammer ist wahlweise mit einem Niederdruckkanal oder einem Hochdruckkanal verbunden gemäß einer Position, bei der der Ventilkörper sitzt. Wenn der Ventilkörper angetrieben wird, um den Niederdruckkanal zu öffnen und den Hochdruckkanal zu schließen, wird die Steuerkammer mit der Niederdruckkammer verbunden, so dass der hydraulische Druck in der Steuerkammer vermindert werden kann und die Düsennadel bewegt werden kann, um die Einspritzöffnung zu öffnen, durch die Kraftstoff eingespritzt wird.
Das vorstehend erwähnte herkömmliche Einspritzventil ist mit einer Blende zwischen dem Dreiwegeventil und den Steuerkammern versehen. Die Blende dient zum Einstellen einer Ventilöffnungsgeschwindigkeit der Düsennadel und einer Ventilschließgeschwindigkeit der selben. Da sowohl während einer Ventilöffnungszeit als auch während einer Ventilschließzeit Kraftstoff durch die selbe Blende hindurchtritt, können die Verminderungs- und Erhöhungsgeschwindigkeiten des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer nicht unabhängig voneinander gesteuert werden. Vorzugsweise soll als eine Einspritzcharakteristik die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer relativ langsam sein, um die Düsennadel bei der Ventilöffnungszeit langsam zu bewegen, und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks soll relativ schnell sein, um die Düsennadel schnell zu bewegen bei der Ventilschließzeit. Wenn jedoch bei dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventil die Blende größer wird, werden sowohl die Erhöhungs- als auch die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks höher. Wenn im Gegensatz ein Durchmesser der Blende kleiner wird, wird sowohl die Erhöhungs- als auch die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks niedriger. Deshalb ist ein Kraftstoffeinspritzventil gewünscht mit einer Charakteristik eines langsamen Öffnens des Ventils und eines schnellen Schließens des Ventils.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wobei eine Druckverminderungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer relativ niedrig ist und eine Druckerhöhungsgeschwindigkeit des Steuerkammerdrucks relativ hoch ist, so dass die Düsennadel langsam bewegt werden kann bei einer Ventilöffnungszeit und schnell bei einer Ventilschließzeit.
Um die Aufgabe zu lösen, ist das Kraftstoffventil zusammengesetzt aus einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen einer Einspritzöffnung, einer Steuerkammer zum Drängen der Düsennadel in einer Schließrichtung der Einspritzöffnung, wenn hydraulischer Druck dieser zugeführt wird, Niederdruck- und Hochdruckkanälen, einem Dreiwegeventil mit einer Ventilkammer, einem Ventilkörper und einem ersten, zweiten und dritten Anschluss, einem ersten Kanal, der den ersten Anschluss mit dem Niederdruckkanal verbindet, einem zweiten Kanal, der dem zweiten Anschluss mit dem Hochdruckkanal verbindet, einem dritten Kanal, der den dritten Anschluss mit der Steuerkammer verbindet, und einem vierten Kanal, der die Steuerkammer mit dem Hochdruckkanal verbindet. Der dritte und vierte Kanal sind jeweils mit einer Hauptblende versehen und einer Hilfsblende.
Mit der vorstehend erwähnten Bauweise kann die Steuerkammer mit dem Niederdruckkanal verbunden werden über den dritten Kanal, die Ventilkammer und den ersten Kanal, wenn der Ventilkörper den ersten Kanal öffnet und den zweiten Kanal schließt, und kann mit dem Hochdruckkanal verbunden werden über den dritten Kanal, die Ventilkammer und den zweiten Kanal, wenn der Ventilkörper den ersten Anschluss schließt und den zweiten Anschluss öffnet.
Wenn des Weiteren bei der Ventilöffnungszeit der Ventilkörper angetrieben wird, um den ersten Anschluss zu öffnen und der Druck der Ventilkammer reduziert wird, wird der Druck in der Steuerkammer reduziert. Anderseits wird Hochdruck noch auf die Steuerkammer aufgebracht, da die Steuerkammer immer mit dem Hochdruckkanal verbunden ist über den vierten Kanal mit der Hilfsblende. Deshalb ist eine Druckverminderungsgeschwindigkeit in der Steuerkammer relativ niedrig und die Bewegung der Düsennadel zum Öffnen der Einspritzöffnung wird relativ langsam.
Wenn dann bei der Ventilschließzeit der Ventilkörper angetrieben wird, um den ersten Anschluss zu schließen und der Druck der Ventilkammer erhöht wird, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht. Gleichzeitig wird Hochdruck unmittelbar auf die Steuerkammer aufgebracht von dem Hochdruckkanal über den vierten Kanal mit der Hilfsblende. Deshalb ist eine Druckerhöhungsgeschwindigkeit in der Steuerkammer relativ hoch und die Bewegung der Düsennadel zum Schließen der Einspritzöffnung wird relativ schnell.
Wenn ein Durchmesser der Hilfsblende klein ist relativ zu einem Durchmesser der Hauptblende, kann der Druck in der Steuerkammer nicht erhöht werden mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit. Wenn andererseits der Durchmesser der Hilfsblende relativ groß ist gegenüber der Hauptblende, wird ein minimaler Ventilöffnungsdruck der Düsennadel zu hoch. Um demgemäß sowohl eine scharfe Ventilschließcharakteristik als auch einen niedrigen minimalen Ventilöffnungsdruck zu gewährleisten, fällt vorzugsweise ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende gegenüber der Hauptblende (ein Durchmesser der Hilfsblende/ein Durchmesser der Hauptblende) in einem Bereich von 0,5 bis 1,0, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck der Düsennadel eingerichtet ist, um nicht größer als 20 Mpa zu sein.
Wenn des Weiteren der minimale Ventilöffnungsdruck der Düsennadel eingerichtet ist, um nicht größer als 30 Mpa zu sein, kann das Durchmesserverhältnis der Hilfsblende zu der Hauptblende innerhalb einem Bereich von 0,6 bis 1,2 fallen, um die scharfe Ventilschließcharakteristik und den verfügbaren niedrigen minimalen Ventilöffnungsdruck zu verwirklichen.
Vorzugsweise hat das Kraftstoffeinspritzventil eine Federkammer, die mit dem Hochdruckkanal verbunden ist. Eine Feder zum Drängen der Düsennadel in eine Ventilschließrichtung ist in der Federkammer untergebracht. Ein Kopf der Düsennadel ist auch in der Federkammer untergebracht und ist mit der Steuerkammer versehen und dem vierten Kanal mit der Hilfsblende, die die Federkammer und die Steuerkammer verbindet. Der dritte Kanal mit der Hauptblende erstreckt sich von der Steuerkammer zu dem zweiten Anschluss über einen Raum der Federkammer aber ohne eine Verbindung mit der Federkammer.
Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise, weil die Steuerkammer innerhalb des Kopfes der Düsennadel ausgebildet ist, ist ein Volumen der Steuerkammer relativ klein, so dass eine gute Steuerbarkeit gewährleistet werden kann. Des Weiteren kann der dritte Kanal gebildet sein und einfach hergestellt werden beispielsweise durch ein Leitungselement und die Hauptblende kann auch einfach hergestellt werden. Weil darüber hinaus der vierte Kanal mit der Hilfsblende ausgebildet ist in dem Kopf und ihre Bauweisen einfach sind, ist die Herstellung derselben sehr einfach.
Vorzugsweise gibt es einen Düsenhubanschlag, mit dem ein oberes Ende der Düsennadel in Kontakt treten kann und durch den eine Bewegung der Düsennadel angehalten werden kann zum Begrenzen eines Hubbetrags der selben. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil nicht mit dem Anschlag versehen ist, wird der Hubbetrag unnötigerweise groß bei der Ventilschließzeit, so dass eine Bewegungsstrecke der Düsennadel länger wird, was zu einer längeren Zeit zum Schließen der Einspritzöffnung führt. Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem vorstehend erwähnten Anschlag hat eine gute Ventilschließansprechcharakteristik.
Vorzugsweise ist der dritte Kanal mit der Hauptblende zu einer Oberfläche des Anschlagabschnitts geöffnet, der der Steuerkammer zugewandt ist, so dass die Düsennadel den dritten Kanal schließen kann, wenn die obere Endfläche der Düsennadel sich in Kontakt mit dem Anschlag befindet. Mit der vorstehend erwähnten Bauweise wird bei der Ventilschließzeit Hochdruck des Kraftstoffs, der in dem dritten Kanal über die Ventilkammer fließt, auf die obere Endfläche der Düsennadel aufgebracht. Demgemäß kann die Düsennadel den Ventilschließvorgang sofort beginnen ohne Verbringen einer Zeit, während der Hochdruckkraftstoff in einen Spalt zwischen der oberen Endfläche der Düsennadel und der Anschlagfläche eintritt von einem Umfang der selben.
Die Hauptblende ist vorzugsweise in dem dritten Kanal bei einem Öffnungsende der Steuerkammer ausgebildet. Um die Ventilschließansprechcharakteristik zu verbessern ist es besser, dass ein Bereich größer ist, bei dem die Düsennadel und der Anschlag sich in Kontakt miteinander befinden. Wenn die Hauptblende bei dem Öffnungsende der Steuerkammer ausgebildet ist, kann ein Bereich des Anschlags kleiner sein, so dass der Bereich kleiner werden kann, bei dem die Düsennadel und der Anschlag sich in Kontakt miteinander befinden.
Zumindest der zweite und vierte Kanal können in einem blockförmigen Kanalbildungselement ausgebildet sein, das zwischen der Ventilkammer und der Steuerkammer angeordnet ist, dessen eine Endfläche ein Teil einer Wand der Ventilkammer bildet und dessen andere Endfläche einen Teil einer Wand der Steuerkammer bildet. Das Kanalbildungselement ist mit dem Hochdruckkanal versehen, der dieses von einer Endfläche zu der anderen Endfläche durchdringt, einem Zweigkanal, der sich von dem Hochdruckkanal erstreckt, dem zweiten Kanal, der sich von dem Zweigkanal zu der Ventilkammer erstreckt, und dem vierten Kanal mit der Hilfsblende, die sich von dem Zweigkanal zu der Steuerkammer erstreckt. Dabei sind jeweilige Verbindungen des Zweigkanals mit dem Hochdruckkanal, dem zweiten Kanal und zu dem vierten Kanal hergestellt, vorzugsweise mit einem Winkel der größer als ein nahezu rechter Winkel ist, so dass die jeweiligen Verbindungen des Zweigkanals von einer Beschädigung durch den Hochdruckkraftstoff abgehalten werden können. Da des Weiteren das Kanalbildungselement ein einzelnes Element ist, kann das Kraftstoffeinspritzventil aus einer geringen Anzahl an Teilen und Komponenten mit niedrigeren Kosten zusammengesetzt sein.
Der Zweigkanal kann gebildet sein durch eine Öffnung, die sich horizontal erstreckt von dem Hochdruckkanal zu einem Inneren des Kanalbildungselements oder eine Nut, die sich von dem Hochdruckkanal an zumindest einer Endfläche des Kanalbildungselements erstreckt.
Die Nut kann an jeder von entgegengesetzten Endseiten des Kanalbildungselementes vorgesehen sein. Der zweite Kanal ist mit einer der Nuten verbunden und der vierte Kanal mit der Hilfsblende ist mit der anderen der Nuten verbunden. Wenn dabei die Nuten sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Hochdruckkanal erstrecken, um den zweiten und vierten Kanal dazwischen zu legen, können der zweite und vierte Kanal einfach hergestellt werden ohne dass sie sich gegenseitig stören.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anerkannt sowie Verfahren des Betriebs und der Funktion der dazugehörigen Teile aus einer Studie der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. Zeichnungen:
1 zeigt eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2a bis 2e zeigen Zeitdiagramme zum Erläutern eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils von 1.
3a zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Hauptblende und einer hydraulischen Druckverminderungs- oder Erhöhungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer, wenn eine Hilfsblende nicht vorgesehen ist.
3b zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Hauptblende und einer hydraulischen Druckverminderungs- oder Erhöhungsgeschwindigkeit in einer Steuerkammer, wenn eine Hilfsblende vorgesehen ist.
4a zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und eines minimalen Ventilöffnungsdrucks als ein erstes Beispiel.
4b zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und einer Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei einer Ventilöffnungszeit als ein erstes Beispiel.
5a zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und einen minimalen Ventilöffnungsdruck als ein zweites Beispiel.
5b zeigt ein Diagramm eines Durchmesserverhältnisses der Hilfsblende zu der Hauptblende und eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei einer Ventilöffnungszeit als ein zweites Beispiel.
6 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9a zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
9b zeigt eine Draufsicht eines Kanalbildungselements des Kraftstoffeinspritzventils von 9a.
9c zeigt eine perspektivische Ansicht des Kanalbildungselements von 9b.
Und 10 zeigt eine Teilschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Skizze eines Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 wird auf typische Weise bei einem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-rail-Art verwendet zum direkten Einspritzen von Hochdruckkraftstoff, der in der Common-rail gesammelt wird, in jedem Zylinder des Motors hinein. Ein Ventilgehäuse 11 ist bei seinem unteren Abschnitt vorgesehen mit einem Zylinder 12, in dem eine Düsennadel 2 auf gleitfähige Weise untergebracht ist. In 1 tritt ein führender Abschnitt der Düsennadel 2 in Kontakt mit einer Einspritzöffnung 13 und schließt diese, die bei einem führenden Ende des Ventilgehäuses 11 vorgesehen ist.
Der Zylinder 12 ist bei seinem oberen Teil mit einer Regelkammer 3 versehen, um hydraulischen Druck auf die Düsennadel 2 aufzubringen in einer Schließrichtung der Einspritzöffnung 13 (in einer Ventilschließrichtung). Die Düsennadel 2 bewegt sich in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in dem Zylinder 12 gemäß einem erhöhten oder verminderten hydraulischen Druck in der Regelkammer 3. Eine Feder 14 zum Drängen der Düsennadel 2 in der Ventilschließrichtung ist in der Regelkammer 3 angeordnet. Die Düsennadel 2 ist bei ihrem unteren Teil mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der ihres anderen Abschnitts. Ein ringförmiger Raum ist zwischen dem kleindurchmessrigen Abschnitt und dem Zylinder 12 ausgebildet. Der ringförmige Raum ist mit einem Hochdruckkanal 15 verbunden und bildet einen Kraftstoffsammelraum 1.
Das Ventilgehäuse 11 ist bei seinem mittleren Teil mit einem Dreiwegeventil 4 versehen zum Erhöhen und Vermindern des hydraulischen Drucks der Regelkammer 3. Das Dreiwegeventil 4 ist aus einer Ventilkammer 42 und einem kugelförmigen Ventilkörper 41 zusammengesetzt. Die Ventilkammer 42 ist bei ihrem oberen Ende mit einem Niederdruckanschluss 43 versehen als ein Ablaufanschluss (erster Anschluss), bei einem unteren Ende mit einem Hochdruckanschluss 44 (zweiter Anschluss) und bei einer Seitenfläche mit einem Verbindungsanschluss 45 (dritter Anschluss). Der Ventilkörper 41 kann wahlweise zum Öffnen und Schließen des Niederdruck- und Hochdruckanschlusses 43 und 44 bewegt werden. Der Niederdruckanschluss 43 ist über einen Kanal 22 (erste Leitung) und eine Niederdruckleitung 17 oder einen Ablaufkanal mit einem Niederdruckkanal in dem (nicht gezeigten) System verbunden und der Hochdruckanschluss 44 ist über eine Leitung 23 (zweite Leitung) und eine Hochdruckleitung 15 mit einer äußeren Hochdruckkraftstoffquelle oder einem Kanal (beispielsweise der Common-rail) verbunden.
Der Ventilkörper 41 wird durch ein piezoelektrisches Stellglied 5 angetrieben, das in einem oberen Ende des Ventilgehäuses 11 untergebracht ist. Das piezoelektrische Stellglied 5 ist mit einem Piezoelement 51 versehen, das sich verformt, um gemäß dem Anlegen oder nicht Anlegen einer elektrischen Spannung zu expandieren oder zu kontrahieren, einem Piezokolben 52 in Kontakt mit einer Endfläche des Piezoelements 51 und gleitfähig beweglich in dem Zylinder 54 und einer Stange 53, die sich abwärts erstreckt von einer Mitte einer Endfläche des Piezokolbens 52, um durch den Hochdruckanschluss 44 hindurch zu treten und in Kontakt zu treten mit dem Ventilkörper 41. Wenn sich der Piezokolben 51 abwärts oder aufwärts bewegt durch die Expansion oder Kontraktion des Piezoelements 51, tritt der Ventilkörper 41 in Kontakt mit einer konischen Sitzfläche 44a des Hochdruckanschlusses 44 oder einer konischen Sitzfläche 53a des Niederdruckanschlusses 43, so dass der Hochdruck- und Niederdruckanschluss wahlweise geschlossen werden.
Eine Blattfeder 55 ist in dem Zylinder 54 unterhalb des Piezokolbens 52 angeordnet und spannt das Piezoelement 51 aufwärts (in Kontraktionsrichtung) vor über den Piezokolben 52. Eine Zuführleitung 56 ist mit einer oberen Fläche des Piezoelements 51 zum Anlegen der Spannung daran verbunden.
Eine Leitung 24 (dritte Leitung), die eine Hauptblende 61 bildet, ist verbunden zwischen einem oberen Ende der Regelkammer 3 und dem Ventilelement 42 über den Verbindungsanschluss 45, so dass die Regelkammer 2 immer mit der Ventilkammer 42 verbunden ist. Das heißt, dass die Regelkammer 3 mit der Niederdruckleitung 17 und der Hochdruckleitung 15 wahlweise verbunden ist gemäß den Positionen, an denen der Ventilkörper 41 sitzt, so dass der hydraulische Druck, der auf die Düsennadel 3 wirkt, erhöht oder vermindert werden kann.
Des Weiteren ist eine Leitung 25 (vierte Leitung), die eine Hilfsblende 62 bildet, mit einer Seitenfläche der Regelkammer 3 und der Hochdruckleitung 15 verbunden, so dass die Regelkammer 3 immer mit der Hochdruckleitung 15 verbunden ist und Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung 15 kontinuierlich auf die Regelkammer 3 aufgebracht wird.
Die Hilfsblende 62 wirkt zum Erzielen einer relativ niedrigen Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer, wodurch die Düsennadel 2 zum langsamen Öffnen der Einspritzöffnung 13 veranlasst wird. Um die Einspritzcharakteristik zu optimieren, wird ein Verhältnis eines Durchmessers der Hilfsblende 62 zu dem der Hauptblende 61 wichtig bezüglich dessen, was später beschrieben ist.
Ein Betrieb des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzventils wird beschrieben unter Bezugnahme auf ein in 2a bis 2e gezeigtes Zeitdiagramm. 1 zeigt einen Zustand, wobei der Ventilkörper 41 des Dreiwegeventils 4 sich in Kontakt befindet mit der Sitzfläche 43a, so dass der Niederdruckanschluss 43 geschlossen ist und der Hochdruckanschluss 44 offen ist. Die Regelkammer 3 ist mit der Hochdruckleitung 15 verbunden über einen Weg der Hauptblende 61 und der Ventilkammer 42 und über einen anderen Weg der Hilfsblende 62. Die Düsennadel 2 schließt die Einspritzöffnung 13 bei der Aufnahme von hydraulischen Druck von der Regelkammer 3 und der Vorspannkraft der Feder 14.
Als nächstes wird bei der Ventilöffnungszeit der Düsennadel 2 die elektrische Spannung über die Zufuhrleitung 56 auf das piezoelektrische Element 51 des piezoelektrischen Stellglieds 5 angelegt (siehe ein Punkt a in 2a bis 2e), so dass das pieozoelektrische Element 51 expandiert gegen eine Vorspannkraft der Blattfeder 55. Deshalb drückt die Stange 53 des Piezokolbens 52 den Ventilkörper 41 abwärts, der sich in Kontakt befindet mit der Sitzfläche 43a des Niederdruckanschlusses 43, zum Öffnen des Niederdruckanschlusses 43 und dann zum in Kontakt treten mit der Sitzfläche 44a des Hochdruckanschlusses 44 zum Schließen des Hochdruckanschlusses. Demgemäß ist die Regelkammer 3 mit der Niederdruckleitung 17 verbunden und Kraftstoff aus der Regelkammer 3 fließt in die Niederdruckleitung 17 über die Hauptblende 61 und die Ventilkammer 42, so dass hydraulischer Druck in der Regelkammer reduziert wird.
Da erfindungsgemäß andererseits die Regelkammer 3 immer mit der Hochdruckleitung 15 verbunden ist über die Hilfsblende 62 und Hochdruckkraftstoff in die Regelkammer 3 fließt, vermindert sich der Druck in der Regelkammer 3 langsam. Wenn hydraulischer Druck in dem Kraftstoffsammelraum 16, der die Düsennadel 2 aufwärts drückt, eine Summe des hydraulischen Drucks in der Regelkammer 3 und eine Vorspannkraft der Feder 14 überschreitet, drücken beide die Düsennadel 2 abwärts, die Düsennadel 2 startet den Hub und die Hubgeschwindigkeit der Düsennadel 2 wird langsam, so dass die Einspritzrat im Anfangsstadium niedrig sein kann.
Als nächstes wird bei der Ventilschließzeit der Düsennadel 2 die an das piezoelektrische Element 51 des Pieozostellglieds 5 angelegte elektrische Spannung gesenkt (ein Punkt b in 2a bis 2e). Demgemäß kontrahiert das Piezoelement 51, so dass der Piezokolben 52 aufwärts bewegt werden kann durch eine Vorspannkraft der Blattfeder 55 und der Ventilkörper kann aufwärts bewegt werden durch hydraulischen Druck, der aufwärts aufgebracht wird auf den Hochdruckanschluss 44. In Folge dessen verlässt der Ventilkörper 41 die Sitzfläche 44a, um den Hochdruckanschluss 44 zu öffnen und kommt dann in Kontakt mit der Sitzfläche 43a, um den Niederdruckanschluss 43 zu schließen. Deshalb ist die Regelkammer 3 über die Hauptblende 61, den Verbindungsanschluss 45, die Ventilkammer 42 und den Hochdruckanschluss 44 mit der Hochdruckleitung 15 verbunden, so dass hydraulischer Druck in der Regelkammer 3 erhöht werden kann.
Da die Regelkammer 3 immer über die Hilfsblende 62 mit der Hochdruckleitung 15 verbunden ist, wird Hochdruckkraftstoff sowohl über die Haupt- als auch die Hilfsblende 61 und 62 zugeführt. Wie in 2c gezeigt ist, wird demgemäß hydraulischer Druck in der Regelkammer 3 stark erhöht. Und wenn die Summe des hydraulischen Drucks in der Regelkammer 3 und der Vorspannkraft der Feder 14 den hydraulischen Druck in der Kraftstoffsammelkammer 16 überschreitet, bewegt sich die Düsennadel 2 aufwärts mit einer hohen Geschwindigkeit, um die Einspritzöffnung 13 schnell zu schließen und die Kraftstoffeinspritzung anzuhalten, wie in 2d gezeigt ist.
3a und 3b zeigen eine Wirkung der Hilfsblende 62 bei der Ventilöffnungs- und Schließzeit. Wenn nur die Hauptblende 61 vorgesehen ist und die Hilfsblende 62 nicht vorgesehen ist, ist eine Beziehung zwischen einem Durchmesser der Hauptblende 61 und der Verminderungsgeschwindigkeit oder Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer 3 in 3a gezeigt. Dabei sind die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks identisch. Wenn der Durchmesser der Hauptblende 61 auf einen kleineren Wert eingerichtet ist, um die Ventilöffnungsgeschwindigkeit zu senken, das heißt die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer 3, auf einen Wert unterhalb eines Sollwerts der Druckverminderungsgeschwindigkeit, überschreitet eine Ventilschließgeschwindigkeit, das heißt die Erhöhnungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks in der Regelkammer 3, niemals einen Sollwert der Druckerhöhungsgeschwindigkeit. Wenn andererseits der Durchmesser der Hauptblende 61 auf einen größeren Wert eingerichtet ist, um die Erhöhungsgeschwindigkeit zu erhöhen, trifft die Verminderungsgeschwindigkeit nicht den Sollwert.
Wenn die Hilfsblende 62 eingesetzt wird, ist der Verminderungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks und der Erhöhungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks durch eine gestrichelte Linie und eine Strichpunktlinie in 3b jeweils gezeigt. Der Verminderungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks wird nach rechts verschoben und der Erhöhungsgeschwindigkeitsverlauf des hydraulischen Drucks wird nach links verschoben im Vergleich mit dem kennzeichnenden Verlauf ohne die Hilfsblende 62. Wie in 3b gezeigt ist, ist die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks langsamer und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks ist schneller im Vergleich mit der Geschwindigkeit ohne die Hilfsblende 62. Wenn beispielsweise der Durchmesser der Hauptblende 61 gleich R ist, ist die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks gleich A und die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks ist gleich B, wobei beide innerhalb die jeweiligen Sollwerte fallen und diese erfüllen.
Als nächstes wird das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende 62 und des Durchmessers der Hauptblende 61 unter Bezugnahme auf 4a und 4b beschrieben. Wie in 4a gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 größer wird, wird ein minimaler Ventilöffnungsdruck größer, so dass ein höherer Druck erforderlich ist zum Anheben der Düsennadel 2. Wenn der minimale Ventilöffnungsdruck eingerichtet ist, um nicht größer als 20 Mpa zu sein als ein Sollwert bei einem allgemeinen Kraftstoffeinspritzventil, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 vorzugsweise unterhalb von 1,0.
Wie des Weiteren in 4b gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 kleiner wird, wird eine Verminderungsgeschwindigkeit der Einspritzrate bei der Ventilschließzeit kleiner, so dass der schnelle Ventilschließbetrieb nicht erreicht werden kann. Um einen Sollwert (beispielsweise 1000 mm³/ms²) der Verminderungsgeschwindigkeit der Einspritzrate bei der Ventilschließzeit zum Gewährleisten einer Sollventilschließgeschwindigkeit zu treffen, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmessers der Hauptblende 61 bei nicht weniger als 0,5.
Wie darüber hinaus in 5a gezeigt ist, die ein anderes Beispiel darstellt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck eingerichtet ist, um nicht größer als 30 Mpa als ein Sollwert zu sein, liegt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 vorzugsweise unterhalb 1,2. Wie des Weiteren in 5b gezeigt ist, wenn der Durchmesser der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 kleiner wird, wird eine Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei der Ventilschließzeit kleiner, so dass das schnelle Schließen des Ventils nicht erreicht werden kann. Um einen Sollwert (beispielsweise 1000 mm³/ms²) der Einspritzratenverminderungsgeschwindigkeit bei der Ventilschließzeit zu treffen zum Gewährleisten einer Sollventilschließzeit, beträgt das Verhältnis des Durchmessers der Hilfsblende 62 gegenüber dem Durchmesser der Hauptblende 61 vorzugsweise nicht weniger als 0,6.
Zweites Ausführungsbeispiel
6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Obwohl die Regelkammer 3, die oberhalb der Düsennadel 2 vorgesehen ist, gemeinsam als eine Federkammer zum Unterbringen der Feder 14 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wirkt, ist die Regelkammer 3 innerhalb der Düsennadel 2 vorgesehen separat von einer Federkammer 18 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass die Federkammer 18, deren Durchmesser größer als der des Zylinders 12 ist, in dem Ventilgehäuse 11 oberhalb des Zylinders 12 vorgesehen ist, wo sich die Düsennadel auf gleitfähige Weise bewegt. Ein großdurchmessriger Kopfabschnitt 21 der Düsennadel 2 ist in der Federkammer 18 untergebracht. Die Regelkammer 3, die ein kleineres Volumen hat, ist in dem Kopfabschnitt 21 der Düsennadel 2 vorgesehen. Die Federkammer 18 ist oberhalb des Kopfabschnitts 21 mit einer Feder 14 versehen, die die Düsennadel 2 abwärts vorspannt. Ein oberes Ende der Federkammer 18 ist mit der Hochdruckleitung 15 verbunden, um Hochdruckkraftstoff in die Federkammer 18 einzuführen ohne Umgehen des Dreiwegeventils 4.
Ein Verbindungsröhrchen 21 erstreckt sich aufwärts und koaxial mit der Düsennadel 2 zum Verbinden der Regelkammer 3 und der Ventilkammer 42 des Dreiwegeventils 4. Ein Ende des Verbindungsröhrchens 71 ist mit dem Verbindungsanschluss 45 verbunden, der zu einer Seitenfläche der Ventilkammer 42 offen ist. Das andere Ende des Verbindungsröhrchens 71 ist über die Hauptblende 71, die in dem Kopfabschnitt 21 vorgesehen ist, mit einem oberen Ende der Regelkammer 3 verbunden. Ein Durchmesser der Hauptblende 61, die aus einem ringförmigen Element hergestellt ist, ist kleiner als ein Innendurchmesser des Verbindungsröhrchens 71. Eine Innenleitung des Verbindungsröhrchens 71 und die Hauptblende 61 bilden die dritte Leitung zum Verbinden der Ventilkammer 42 mit der Regelkammer 3.
Der Kopfabschnitt 21 ist mit der Hilfsblende 62 versehen, die zu einer Seitenfläche der Regelkammer 3 mündet, und einer Leitung 72, deren Ende mit der Hilfsblende 62 verbunden ist und deren anderes Ende zu der Federkammer 18 mündet. Demgemäß ist die Federkammer 18, in die Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung 15 eingeführt wird und die einen Teil der Hochdruckleitung bildet, immer über die Leitung 72 und die Hilfsblende 72 mit der Regelkammer 3 verbunden. Die Leitung 72 und die Hilfsblende 62 bilden die vierte Leitung zum Verbinden der Regelkammer 3 mit der Hochdruckleitung 15.
Die Federkammer 18 ist über einen Spalt zwischen der inneren Wand des Zylinders 12 und einen Gleitabschnitt der Düsennadel 2 mit dem Kraftstoffsammelraum 16 verbunden. Deshalb wird Hochdruckkraftstoff aus der Hochdruckleitung 15 über die Federkammer 18 und den Spalt zwischen dem Zylinder 12 und der Düsennadel 2 zu der Kraftstoffsammelkammer 16 zugeführt. Die anderen Strukturen, wie beispielsweise das piezoelektrische Stellglied und das Dreiwegeventil 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die selben wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Bauweise mit der Hilfsblende 62 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dient auch dazu, dass die Verminderungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks der Regelkammer 3 langsam eingerichtet wird, um eine langsamere Ventilöffnung der Düsennadel 2 zu gewährleisten und um die Erhöhungsgeschwindigkeit des hydraulischen Drucks der Regelkammer schnell einzurichten, um ein scharfes und schnelles Ventilschließen der Düsennadel 2 zu gewährleisten.
Des Weiteren ist ein Volumen der Regelkammer 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kleiner als das gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, da die Regelkammer 3 des zweiten Ausführungsbeispiels separat von der Federkammer 18 vorgesehen ist und die Regelkammer 3 des ersten Ausführungsbeispiels vorgesehen ist, um gemeinsam als die Federkammer zu wirken. Demgemäß ist eine Steuerbarkeit des zweiten Ausführungsbeispiels besser als die des ersten Ausführungsbeispiels.
Da darüber hinaus die Haupt- und die Hilfsblende 61 und 62 in dem Kopfabschnitt 21 der Düsennadel 2 ausgebildet sind, wird die Herstellung der Blenden einfach. Darüber hinaus wird ein Kraftstoffeinspritzdruckabfall kleiner, weil die Federkammer 18 einen Teil der Leitung bildet für die Zufuhr von Hochdruckkraftstoff zu der Kraftstoffsammelkammer 16 und auch als ein Sammler dient zum Sammeln von Hochdruckkraftstoff in der Nähe der Einspritzöffnung 13.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Das Kraftstoffeinspritzventil des dritten Ausführungsbeispiels ist mit einem Düsenanschlag 8 versehen zum Begrenzen eines Hubbetrags der Düsennadel 2, um eine Ventilschließansprechcharakteristik der Düsennadel 2 zu verbessern. Wie in 7 gezeigt ist, sind leitungsbildende Elemente 81 und 82 in dem Ventilgehäuse 11 vorgesehen zwischen der Regelkammer 3 und dem Dreiwegeventil 4. Die Regelkammer 3 ist über eine Hauptblendenleitung 74 (dritte Leitung), die in den leitungsbildenden Elementen 81 und 82 vorgesehen ist, mit der Ventilkammer 42 des Dreiwegeventils 4 verbunden und andererseits über eine Hilfsblendenleitung 75 (vierte Leitung), die in dem leitungsbildenden Element 82 vorgesehen ist, mit der Hochdruckleitung 15. Das leitungsbildende Element 81 ist des Weiteren mit einer Zweigleitung 15a versehen, die von der Hochdruckleitung 15 abzweigt, und einer Leitung 76 (zweite Leitung), die aufwärts sich erstreckt von der Zweigleitung 15a zu der Ventilkammer 42. Die Leitung 76 ist bei ihrem Ende an einer Seite der Ventilkammer 42 mit dem Hochdruckanschluss 44 der Ventilkammer 42 versehen.
Die Hauptblendenleitung 74 ist bei ihrem Ende an einer Seite des Dreiwegeventils 4 mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, der die Hauptblende 61 bildet, und auch mit dem Verbindungsanschluss 45 der Ventilkammer 42. Die Hilfsblendenleitung 75 ist mit der Zweigleitung 15a verbunden und ist bei einem Ende, das zu der Zweigleitung 15a mündet, mit einem kleindurchmessrigen Abschnitt versehen, der die Hilfsblende 62 bildet.
Der Düsenhubanschlag 8 ist bei einer unteren Endmittenfläche des leitungsbildenden Elements 82 ausgebildet, das einen obere Endfläche der Regelkammer 3 bildet. Der Düsenhubanschlag 8 ist einer oberen Endfläche der Düsennadel 2 zugewandt und begrenzt den Hubbetrag der Düsennadel 2 auf einen vorgegebenen Wert. 7 stellt einen Zustand dar, dass Druck in der Regelkammer 3 niedrig ist und die Düsennadel 2 sich bei einem maximalen Hubbetrag in Kontakt befindet mit einer Anschlagfläche (untere Endfläche) des Düsenhubanschlags 8. Eine ringförmige Vertiefung ist um den äußeren Umfang des Düsenhubanschlags 8 vorgesehen zum Halten eines oberen Endes der Feder 18. Die jeweils unteren Enden der Haupt- und Hilfsblendenleitung 74 und 75 münden zu der ringförmigen Vertiefung. Die anderen Bauweisen des Kraftstoffeinspritzventils des dritten Ausführungsbeispiels sind die selben wie jene bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wenn der Düsenhubanschlag 8 nicht vorgesehen ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, veranlasst eine längere Zeit zum Antreiben des Dreiwegeventils 4, dass sich die Düsennadel 2 kontinuierlich hebt auf Grund des hydraulischen Drucks in dem Kraftstoffsammelraum 16, selbst nachdem die Einspritzöffnung 3 vollständig geöffnet ist und eine vorgegebene Einspritzrate erreicht ist. Demgemäß beansprucht es eine längere Zeit, dass die Düsennadel 2 die Abwärtsbewegung beginnt und die Einspritzöffnung 13 schließt, nachdem der Antrieb durch das Dreiwegeventil 4 abgesperrt ist, so dass eine Ventilschließansprechcharakteristik störend beeinflusst ist. Das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Düsenhubanschlag 8 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat jedoch eine gute Ventilschließansprechcharakteristik, da der Hubbetrag der Düsennadel 3 begrenzt ist, so dass ein in Kontakttreten des oberen Endes der Düsennadel 2 mit der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags 8 veranlasst wird, so dass der Bewegungsbetrag der Düsennadel 2 bei der Ventilschließzeit begrenzt werden kann.
Wenn jedoch eine Fläche, an der sich die Düsennadel 2 in Kontakt befindet mit dem Düsenhubanschlag 8, zu klein ist bei der Ventilschließzeit, wird der Lagerdruck in dem Kontaktbereich so groß, dass eine plastische Verformung der Fläche wahrscheinlich stattfindet. Wenn andererseits der Kontaktbereich zu groß ist, um mit dem vorstehend erwähnten Problem umzugehen, nimmt es eine längere Zeit in Anspruch, dass Hochdruckkraftstoff in einen Spalt eintritt zwischen der Düsennadel 2 und dem Düsenhubanschlag 8 von einem Umfang, so dass der Start des Ventilschließvorgangs durch die Düsennadel 2 verzögert ist. Demgemäß ist es sehr wichtig, die Abmessung eines Kontaktbereichs in einem Ausmaß zu ermitteln, dass der Lagerdruck auf der Fläche keine plastische Verformung der Fläche verursacht und der Ventilschließvorgang der Düsennadel 2 nicht störend beeinflusst wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels, wobei die Abmessung des Kontaktbereichs einfach ermittelt werden kann. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Hauptblendenleitung 74 für die Verbindung der Regelkammer 3 mit dem Dreiwegeventil 4 in dem Düsenhubanschlag 8 ausgebildet, um zu der Regelkammer 3 zu münden bei einem mittleren unteren Ende des Düsenhubanschlags 8 (Anschlagfläche) und nicht bei der ringförmigen Vertiefung um den Düsenhubanschlag 8 herum. Des Weiteren ist die Hauptblende 61 in der Hauptblendenleitung 74 ausgebildet bei einem Öffnungsende der Regelkammer 3 und nicht bei dem Öffnungsende zu dem Dreiwegeventil 4. Darüber hinaus ist der Düsenhubanschlag 8 in einer konischen Form in einer derartigen Weise ausgebildet, dass ein Außendurchmesser des Düsenhubanschlags 8 abwärts kleiner wird. Der Außendurchmesser b des Düsenhubanschlags 8 bei seinem unteren Ende, das die Anschlagfläche bildet, ist kleiner als ein Durchmesser der Düsennadel 2 bei seinem oberen Ende zum in Kontakt treten mit der Anschlagfläche.
Wenn bei der Ventilöffnungszeit das obere Ende der Düsennadel 2 in Kontakt tritt mit dem Düsenhubanschlag 8, wird die Hauptblendenleitung 74 geschlossen, die zu der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags 8 mündet. Wenn dann bei der Ventilschließzeit Hochdruckkraftstoff in die Hauptblendenleitung 74 fließt über das Dreiwegeventil 4 von der Hochdruckleitung 15, wird der hydraulische Druck auf ein mittleres oberes Ende der Düsennadel aufgebracht, das der Hauptblende 61 zugewandt ist und mit einem Durchmesser (a) der Hauptblende übereinstimmt. Des Weiteren wird hydraulischer Druck des Kraftstoffs, der in die Hilfsblendenleitung 75 fließt über die Zweigleitung 15a von der Hochdruckleitung 15 auf die ringförmige Vertiefung aufgebracht außerhalb des Durchmessers (b) der Anschlagfläche, die einer oberen Umfangsfläche der Düsennadel 2 zugewandt ist. Demgemäß dienen beide hydraulische Drücke, die vorstehend erwähnt sind, der einfachen Bewegung der Düsennadel 2 für den Ventilschließvorgang.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist es sehr wichtig, die Abmessung der Fläche der Anschlagfläche des Düsenhubanschlags 8 und die Abmessung der Fläche der oberen Endfläche der Düsennadel 2 zu ermitteln. Wenn bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Düsennadel 2 in Kontakt tritt mit dem Düsenhubanschlag 8, wird der Druck in der Regelkammer 3 schließlich ein stabiler Druck Ps (niedriger als der Common-rail-Druck Pc), was durch die jeweiligen Durchmesser der Haupt- und Hilfsblende 61 und 62 bestimmt ist, da die Haupt- und Hilfsblende 61 und 62 miteinander verbunden sind. Dabei wird der stabile Druck Ps auf die obere Endfläche der Düsennadel 2 aufgebracht und ist wirksam, um den Lagerdruck darin zu reduzieren.
Wenn andererseits bei dem vierten Ausführungsbeispiel die Düsennadel 2 den maximalen Hubbetrag erreicht, wird Hochdruck (Common-rail-Druck Pc) über die Hilfsblendenleitung 75 auf die obere äußere Endumfangsfläche der Düsennadel 2 aufgebracht und Niederdruck (Ablassdruck) wird über die Hauptblendenleitung 74 auf die obere Endmittenfläche der Düsennadel 2 aufgebracht, da die Verbindung der Hauptblendenleitung 74 mit der Regelkammer 3 unterbrochen ist.
Um eine auf den Düsenhubanschlag 8 wirkende Kraft zu reduzieren, wird deshalb bevorzugt, eine Fläche der oberen äußeren Endumfangsfläche der Düsennadel 2 zu vergrößern, auf die Hochdruck aufgebracht wird. Um einen niedrigeren Lagerdruck auf den Düsenhubanschlag 8 im Vergleich mit dem bei dem dritten Ausführungsbeispiel zu gewährleisten, ist ein Verhältnis (Sout/Sa) der Fläche Sout der oberen äußeren Endumfangsfläche der Düsennadel 2 zu der Fläche Sa ihrer oberen gesamten Endfläche vorzugsweise größer als Ps/Pc. Wenn gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Hauptblende 61, deren Durchmesser kleiner ist, in der Hauptblendenleitung 74 bei dem Öffnungsende der Regelkammer 3 vorgesehen ist, ist es relativ einfach, den Durchmesser des Düsenhubanschlags 8 klein einzurichten, das heißt die Anschlagfläche klein einzurichten, so dass der Lagerdruck darauf einfach reduziert werden kann.
Zum Reduzieren des Lagerdrucks ist die Fläche, an der die Düsennadel 2 sich in Kontakt befindet mit dem Düsenhubanschlag 8 (eine Fläche eines ringförmigen Abschnitts, der definiert ist durch den Außendurchmesser (b) der Anschlagfläche und einen Durchmesser (a) der Hauptblende 61) vorzugsweise so groß wie möglich. Um andererseits den Ventilschließvorgang der Düsennadel zu beginnen, wenn der Antrieb des Dreiwegeventils 4 abgesperrt ist, ist vorzugsweise die Fläche, an der sich die Düsennadel in Kontakt mit der Anschlagfläche befindet, so klein wie möglich. Angesichts der vorstehend erwähnten Umstände kann die Strukturform und die Abmessung der Düsennadel 2 oder des Düsenhubanschlags 8 bestimmt werden.
Da die Regelkammer 3 sich gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel des Weiteren immer in Kontakt befindet über die Hilfsblendenleitung 75 mit der Hochdruckleitung 15, fließt Hochdruckkraftstoff von der Hilfsblendenleitung 74 über die Regelkammer 3, die Hauptblendenleitung 74 zu der Ventilkammer 42 bei der Ventilöffnungszeit (wenn der Niederdruckanschluss 43 offen ist). Wenn jedoch gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Hauptblendenleitung 74 geschlossen ist durch die obere Endfläche der Düsennadel 2, fließt der Hochdruckkraftstoff nicht von einer Seite der Hilfsblende 62 zu einer Seite der Hauptblende 61.
Obwohl darüber hinaus die Hauptblende 61 sich bei dem Öffnungsende zu der Regelkammer 3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel befindet, kann die Hauptblende 61 bei einer beliebigen Stelle der Hauptblendenleitung 74 vorgesehen sein, wenn der Durchmesser der Hauptblendenleitung 74 nicht kleiner ist als der Durchmesser der Hauptblende 61 und wenn die Einspritzcharakteristik (die durch die Haupt- und Hilfsblende 61 und 62 bestimmt ist) nicht störend beeinflusst wird.
Bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl an fluidbildenden Elementen 81 und 82 vorgesehen zwischen der Regelkammer 3 und dem Dreiwegeventil 4. Dies ist auf Grund der folgenden Gründe. Es ist wichtig, die Leitungen nicht mit einem spitzen Winkel zu schneiden, durch die Hochdruckkraftstoff von der Hochdruckleitung 15 zu der Regelkammer 3 oder dem Hochdruckanschluss 44 zugeführt wird. Zu diesem Zweck ist die Zweigleitung 15a, die sich senkrecht zu der Hochdruckleitung 15 erstreckt, bei dem Grenzabschnitt des leitungsbildenden Elements 81 und 82 vorgesehen, und deshalb kann die Hilfsblendenleitung 74 und die Leitung 76 jeweils mit der Zweigleitung 15a verbunden werden, um keinen Schnitt mit spitzen Winkeln zu haben, so dass mögliches Brechen an den Schnittabschnitten auf Grund von Hochdruck verhindert werden kann.
Fünftes Ausführungsbeispiel Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 9a bis 9c beschrieben. Gemäß dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel ist die Vielzahl der leitungsbildenden Elemente 81 und 82 notwendig. Um eine Anzahl der Teile und Komponenten zu reduzieren und Herstellkosten zu sparen, ist deshalb das leitungsbildende Element gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ein einzelnes Element mit der selben Wirkung wie bei dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel.
Wie in 9a gezeigt ist, ist eine Grundstruktur eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die selbe wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich nur darin, dass anstatt der Vielzahl der leitungsbildenden Elemente 81 und 82 ein säulenblockförmiges leitungsbildendes Element 83 vorgesehen ist, wie in 9b und 9c gezeigt ist. Eine obere Endfläche 83a des leitungsbildenden Elements 83 bildet eine Kammerwand der Ventilkammer 42 des Dreiwegeventils 4 und eine unter Endfläche 83b bildet eine Kammerwand der Regelkammer 3. Die Hauptblendenleitung 74 zum Verbinden der Ventilkammer 42 mit der Regelkammer 3 ist in dem leitungsbildenden Element 83 ausgebildet, um in einer Auf- und Abwärtsrichtung einzudringen entlang einem Abschnitt, der etwas versetzt ist von seiner Mitte. Die Hauptblendenleitung 74 ist bei einem unteren Ende mit der Hauptblende 61 versehen, deren Durchmesser kleiner ist. Das leitungsbildende Element 83 ist bei seinem Umfang mit einer großdurchmessrigen Leitung versehen, die in Aufwärts- und Abwärtsrichtung eindringt zum Bilden eines Teils der Hochdruckleitung 15.
Eine kurze bogenförmige Nut 84 ist bei einem Umfang einer oberen Endfläche 83a des leitungsbildenden Elements 83 ausgebildet. Die Hochdruckleitung 15 mündet zu einer Endseite der Nut 84 und die Hilfsblendenleitung 75 mündet zu ihrer anderen Endseite. Die Hilfsblendenleitung 75 erstreckt sich schräg und abwärts zu einem Mittenabschnitt einer unteren Endfläche 83b des fluidbildenden Elements 83, um eine Verbindung zu der Regelkammer 3 herzustellen. Die Hilfsblende 62, deren Durchmesser kleiner ist, ist bei einem unteren Öffnungsende der Hilfsblendenleitung 75 vorgesehen.
Des Weiteren ist eine kurze bogenförmige Nut 85 bei einem Umfang der unteren Endfläche 83b des leitungsbildenden Elements 83 ausgebildet. Die Hochdruckleitung 15 mündet zu einer Endseite der Nut 85 und die Leitung 76 mündet zu ihrer anderen Endseite. Die Leitung 76 erstreckt sich schräg und aufwärts zu einem Mittenabschnitt der oberen Endfläche 83a des Fluid bildenden Elements 83, um eine Verbindung zu dem Hochdruckanschluss 44 herzustellen, der zu einer oberen Endfläche 83a des fluidbildenden Elements 83 mündet.
Die Nuten 84 und 85 sind Leitungen, die die Hilfsblendenleitung 75 mit der Hochdruckleitung 15 verbinden und die Leitung 76 mit der Hochdruckleitung 15 jeweils verbinden. Die Nuten 84 und 85 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen voneinander von einer Position der Hochdruckleitung 15, so dass die Hilfsblendenleitung 76 und die Leitung 76 nicht nahe zu einander kommen können. Wenn die Nuten 84 und 85 bei Umfängen der entgegengesetzten Enden des fluidbildenden Elements 83 ausgebildet sind, stören die Nuten 84 und 85 nicht Ausbildungen der Regelkammer 3 und der Ventilkammer 42 bei deren Mittenabschnitten.
Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise, wenn die Hilfsblendenleitung 75 und die Leitung 76 über die Nuten 84 und 85 jeweils mit der Hochdruckleitung 15 verbunden sind, kann jede der Nuten 84 und 85 mit einem nahezu rechten Winkel schneiden oder einem stumpfen Winkel mit der Hilfsblendenleitung 75, der Leitung 76 oder der Hochdruckleitung 15. Wenn die Hilfsblendenleitung 75 und die Leitung 76 direkt mit der Hochdruckleitung 15 verbunden sind ohne Vorsehen jeweils der Nuten 84 und 85, haben einige Verbindungen spitze Winkelschnitte, die schwach sind zum Tragen des Hochdrucks. Gemäß der vorstehend erwähnten Bauweise haben jedoch jeweilige Verbindungen der Nuten 84 und 85 nahezu rechtwinklige Schnitte bezüglich der Hochdruckleitung 15 und haben stumpfe Winkelschnitte bezüglich der Hilfsblendenleitung 75 und der Leitung 76. Demgemäß ist die Struktur stark zum Tragen des Hochdrucks und des Weiteren wird sie bei geringen Kosten hergestellt, da das fluidbildende Element 83 ein einzelnes Blockelement ist.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Wie in 10 gezeigt ist, ist das leitungsbildende Element 83 innerhalb einer Öffnung 86 als eine Leitung vorgesehen anstatt den Nuten 84 und 85, die bei der oberen und unteren Endfläche gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel vorgesehen sind. Die Öffnung 86 ist ausgebildet, um sich horizontal zu erstrecken von einem Mittelabschnitt in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung einer äußeren Umfangsfläche des leitungsbildenden Elements 83 zu einer Mitte des leitungsbildenden Elements 83 hin. Die Leitung 76 ist ausgebildet, um sich schräg und aufwärts zu erstrecken von einem mittleren Seitenende der Öffnung 86. Die Hilfsblendenleitung 75 ist ausgebildet, um sich abwärts zu erstrecken von einem mittleren Seitenende der Öffnung 86. Ein äußeres Umfangsende der Öffnung 86 ist mit einem Zapfen 87 gefüllt. Gemäß der erwähnten Struktur können die jeweiligen Verbindungen der Leitungen ausgebildet werden ohne Herstellen des spitzen Winkelschnitts, und das leitungsbildende Element kann ein einzelnes Element sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil wird die Ventilkammer 42 des Dreiwegeventils 4 wahlweise verbunden mit einer Ablass- oder einer Hochdruckleitung 17, 15 und wird auch verbunden über die Hauptblende 61 mit der Regelkammer 3 zum Regeln des Ventilöffnungs- und Schließvorgangs der Düsennadel 2. Die Regelkammer kann verbunden werden über die Hauptblende und die Ventilkammer mit der Ablassleitung oder der Hochdruckleitung, wenn der Ventilkörper 41 durch das piezoelektrische Stellglied 5 angetrieben wird, um die Ablassleitung zu öffnen oder zu schließen und die Hochdruckleitung zu schließen oder zu öffnen. Die Regelkammer ist immer über die Hilfsblende 62 mit der Hochdruckleitung verbunden ohne Umgehen des Dreiwegeventils. Demgemäß wird der hydraulische Druck in der Regelkammer langsam vermindert bei der Ventilöffnungszeit und schnell erhöht bei der Ventilschließzeit, so dass die Hubcharakteristik der Düsennadel verbessert ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil, das mit einem hydraulischen Druckkanal und einem Ablasskanal verbindbar ist, mit: einem Ventilgehäuse (11) mit zumindest einer Einspritzöffnung (13); einer Düsennadel (2), die gleitfähig beweglich ist in dem Ventilgehäuse zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung; einer Regelkammer (3) zum Drängen der Düsennadel in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung, wenn hydraulischer Druck darauf aufgebracht ist, und Veranlassen des Starts des Hubs der Düsennadel, wenn hydraulischer Druck einen minimalen Ventilöffnungsdruck erreicht; einer Niederdruckleitung (17) für die Verbindung mit dem Ablasskanal; einer Hochdruckleitung (15) für die Verbindung mit dem Hochdruckkanal; einem Dreiwegeventil (4) mit einer Ventilkammer (42), einem ersten, zweiten und dritten Anschluss (43, 44 und 45), die in der Ventilkammer vorgesehen sind, und einem Ventilkörper (41), der in der Ventilkammer beweglich ist; einer Antriebseinrichtung (5) zum Antreiben des Ventilkörpers, um wahlweise den ersten oder den zweiten Anschluss zu öffnen und zu schließen; einer ersten Leitung (22) zum Verbinden des ersten Anschlusses mit der Niederdruckleitung; einer zweiten Leitung (23, 76) zum Verbinden des zweiten Anschlusses mit der Hochdruckleitung; einer dritten Leitung (24, 71, 74) mit einer Hauptblende (61) zum Verbinden des dritten Anschlusses mit der Regelkammer; einer vierten Leitung (25, 72, 75) mit einer Hilfsblende (62) zum Verbinden der Regelkammer mit der Hochdruckleitung, so dass Hochdruck aufgebracht werden kann auf die Regelkammer, wobei die Regelkammer verbunden werden kann mit der Niederdruckleitung über die dritte Leitung, die Ventilkammer und die erste Leitung, wenn der Ventilkörper den ersten Anschluss öffnet und den zweiten Anschluss schließt, und verbunden werden kann mit der Hochdruckleitung über die dritte Leitung, die Ventilkammer und die zweite Leitung, wenn der Ventilkörper den ersten Anschluss schließt und den zweiten Anschluss öffnet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende zu dem der Hauptblende in einen Bereich von 0,5 bis 1,0 fällt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck auf nicht größer als 20 Mpa eingerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesserverhältnis der Hilfsblende gegenüber dem der Hauptblende in einem Bereich von 0,6 bis 1,2 fällt, wenn der minimale Ventilöffnungsdruck auf nicht größer als 30 Mpa eingerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren folgendes aufweist: eine Federkammer (18), die mit der Hochdruckleitung verbunden ist, um einen Teil der Hochdruckleitung zu bilden; und eine Feder (14) zum Drängen der Düsennadel in eine Schließrichtung der Einspritzöffnung, die in der Federkammer untergebracht ist, wobei die Düsennadel einen Kopf (21) hat, wobei der Kopf der Düsennadel in der Federkammer untergebracht ist, wobei die Regelkammer innerhalb der Düsennadel ausgebildet ist, wobei die dritte Leitung mit der Hauptblende sich erstreckt von der Regelkammer zu dem zweiten Anschluss über das Innere der Düsennadel und einen Raum der Federkammer aber ohne Verbindung mit der Federkammer, und wobei die vierte Leitung mit der Hilfsblende sich erstreckt von der Regelkammer zu der Federkammer in das Innere der Düsennadel.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein oberes Ende der Düsennadel in die Regelkammer vorsteht und ein Teil einer Wand der Regelkammer dem oberen Ende der Düsennadel zugewandt ist und einen Anschlagabschnitt bildet, mit dem das obere Ende der Düsennadel in Kontakt treten kann und durch den eine Bewegung der Düsennadel angehalten werden kann zum Begrenzen ihres Hubbetrags.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, wobei die dritte Leitung mit der Hauptblende zu einer Fläche des Anschlagabschnitts mündet, die der Regelkammer zugewandt ist, so dass die dritte Leitung geschlossen werden kann durch die Düsennadel, wenn die obere Endfläche der Düsennadel sich in Kontakt befindet mit dem Anschlag.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 6, wobei die Hauptblende in der dritten Leitung ausgebildet ist bei einem Öffnungsende zu der Regelkammer 5.
Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest die zweite und vierte Leitung in einem blockförmigen leitungsbildenden Element (83) ausgebildet sind, das angeordnet ist zwischen der Ventilkammer und der Regelkammer, deren eine Endfläche einen Teil einer Wand der Ventilkammer bildet und deren andere Endfläche einen Teil einer Wand der Regelkammer bildet, wobei des Weiteren das leitungsbildende Element mit der Hochdruckleitung versehen ist, die eindringt von einer Endfläche zu der anderen Endfläche, einer Zweigleitung (15a), die sich von der Hochdruckleitung erstreckt, wobei die zweite Leitung sich von der Zweigleitung zu der Ventilkammer erstreckt und die vierte Leitung mit der Hilfsblende sich erstreckt von der Zweigleitung zu der Regelkammer, wobei darüber hinaus jeweilige Verbindungen der Zweigleitung mit der Hochdruckleitung, der zweiten Leitung und der vierten Leitung bei einem Winkel hergestellt sind, der größer als nahezu rechtwinklig ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, wobei die Zweigleitung gebildet ist durch zumindest eines aus einer Öffnung (87), die sich horizontal erstreckt von der Hochdruckleitung zu einem Inneren des leitungsbildenden Elements, oder eine Nut (84, 85), die sich erstreckt von der Hochdruckleitung an zumindest einer der Endflächen des leitungsbildenden Elements.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 9, wobei die Nut an jeder von entgegengesetzten Endflächen des leitungsbildenden Elements vorgesehen ist, wobei die zweite Leitung verbunden ist mit einer der Nuten und die vierte Leitung mit der Hilfsblende mit der anderen der Nuten verbunden ist, und wobei die Nuten sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken von der Hochdruckleitung, um die zweite und vierte Leitung dazwischen zu legen.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, wobei eine Querschnittsfläche des zweiten Anschlusses (44) kleiner als eine Querschnittsfläche der zweiten Leitung (76) ist.