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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
bei der Kraftstoff stufenweise eingespritzt werden kann.
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Herkömmlicherweise
wurde bei einem Kraftstoffzufuhrsystem, bei dem Kraftstoff von einer
Hochdruck-Kraftstoffpumpe einem Injektor zugeführt wird, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
ist, eine Technologie vorgeschlagen, so dass ein Nadelhub durch einen
Wert eines Kraftstoffdrucks variiert wird, um seine Einspritzcharakteristik
zu ändern.
Eine Einspritzrate, eine Zerstäubungsdichte
und ein Verteilungsverhalten des Kraftstoffs beeinflusst in hohem Maße die Kraftstoff-Zündfähigkeit, die Ausbildung von
NOx, von Rauch, von HC und dergleichen und die Verbrennungseffizienz.
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Beispielsweise
ist eine Düse
mit einem Zweistufen-Ventilöffnungsdruck
gut bekannt, die zwei Federn zum Vorspannen einer Nadel mit einem
vorbestimmten Nadel-Hubintervall
hat. Gemäß dieser Technologie
hebt sich die Nadel aufgrund des Drucks des Kraftstoffs an, der
durch eine Kraftstoffeinspritzpumpe gefördert wird. Jedoch wird ein
Wert des Drucks des Kraftstoffs, der zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
von der Kraftstoffeinspritzpumpe gefördert wird, gemäß den Verbrennungsmotorbetrieben variabel.
Daher ist es schwierig, ständig
eine optimale Einspritzrate, die durch den Verbrennungsmotor angefordert
wird, über
einen gesamten Bereich der Verbrennungsmotorbetriebe zu verwirklichen.
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Um
dieses Problem zu bewältigen,
ist ein Injektor 230 bekannt, wie in dem US-Patent Nr. 5694909
offenbart und in 21 gezeigt ist. Der Injektor 230 ist
mit einer Steuerungskammer 260 versehen, durch die ein
Kraftstoffdruck auf eine Nadel 231 in eine Richtung zum
Schließen
eines Einspritzlochs aufgebracht wird. Ein Hub der Nadel 231 wird dadurch
gesteuert, dass eine Kraft, die in eine Richtung zum Öffnen des
Einspritzlochs aufgrund des Kraftstoffdrucks wirkt, der zu einem
Kraftstoffsammelraum 232 übertragen wird, größer oder
kleiner als eine Summe von Kräften,
die in eine Richtung zum Schließen
des Eintrittslochs aufgrund des Kraftstoffdrucks der Steuerungskammer 260 aufgenommen wird,
und der Vorspannkraft einer Feder 237 gemacht wird. Auch
wenn der Kraftstoffdruck gemäß den Verbrennungsmotorbetrieben
variiert wird, steuert das Regulieren des Drucks der Steuerungskammer 260 eine Öffnungs-
und Schließzeitabstimmung
durch die Nadel 231 genau.
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Des
Weiteren wird ein Hub eines Pilotventilschafts 270 mit
zwei Stufen durch Vorspannkräfte von
zwei Federn 290 zum Vorspannen des Pilotventilschafts 270 in
eine Richtung zum Schließen
der Steuerungskammer 260 und eine Anziehungskraft einer
Spule 274 gesteuert. Als Folge wird beabsichtigt, dass
die Nadel 231 stufenweise angehoben wird, um eine vorbestimmte
Krafteinspritzrate sicherzustellen.
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Jedoch
hat die herkömmliche
Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Nachteil dahingehend, dass auch
dann, wenn der Schaft 270 stufenweise angehoben wird, die
Nadel nicht ständig
stufenweise gleichzeitig mit dem Schaft 270 angehoben wird,
da die Nadel 231 angehoben wird, wenn ein Wert des Kraftstoffdrucks
des Kraftstoffsammelraums 232 einen Summenwert des Drucks
der Steuerungskammer 260 und der Vorspannkraft der Feder 237 übersteigt.
Wenn des Weiteren die elektromagnetische Anziehungskraft der Spule 274 aufgrund
von beispielsweise einer Änderung
der Temperatur variiert wird, wird eine Hubcharakteristik des Schafts 270, wie
z.B. eine Öffnungsflächencharakteristik
des Schafts 270, gezwungen, sich zu ändern. Des Weiteren wird aufgrund
einer Charakteristikänderung
eines Kraftstoffs, wie z.B. einer Viskosität, der Druck der Steuerungskammer 260 unstabil
geändert.
Demgemäß wird eine
Hubcharakteristik der Nadel 231 ebenso so geändert, dass
die Kraftstoffeinspritzrate unstabil werden kann. Da darüber hinaus
ein Hubsteuerungsbetrag des Schafts 270 sehr klein ist,
ist es schwierig, eine einheitliche Qualität bei allen Injektoren 230 sicherzustellen,
so dass eine genau und stabile Einspritzsteuerung nicht verwirklicht
werden kann.
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Bei
den herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen ist es, obgleich die Einspritzrate
variabel so weit gesteuert werden kann, unmöglich, eine variable Steuerung
eines Kraftstoffzerstäubungsvorgangs
zu verwirklichen, wie z.B. eines Zerstäubungswinkels und einer Tropfenreichweite.
Eine unangemessene Steuerung des Zerstäubungsvorgangs verursacht,
dass ein Kraftstoffverbrauch und eine Abgabe sich verschlechtern,
so dass NOx, Rauch, HC und dergleichen stärker ausgebildet werden können.
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Wie
des Weiteren in JP-A-10-54323 gezeigt ist, ist ein Kraftstoffeinspritzventil
gut bekannt, bei dem Steuerungsventile an einem Einlassabschnitt, durch
den ein Hochdruck zu der Steuerungskammer eingeführt wird, bzw. an einem Auslassabschnitt
angeordnet sind, durch den ein Hochdruck von der Steuerungskammer
abgelassen wird. Mit der Vielzahl der Steuerungsventile wird der
Hub der Nadel stufenweise gesteuert, um die stabile Hubsteuerung
zu erhalten, während
die Austrittsmenge verringert werden kann, da jeweilige Öffnungs-
und Schließsteuerungen
des Einlasses und des Auslasses der Steuerungskammer unabhängig gesteuert
werden können.
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Jedoch
hat das Einspritzventil, das vorstehend erwähnt ist, noch einen Nachteil
dahingehend, dass das Ventil größer wird
und kostspielig ist, da mehrere Elektromagnetventile notwendig sind.
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Des
Weiteren wird Bezug genommen auf die US-Patente Nr. 5 842 640 und
Nr. 5 472 142.
US 5 842 640 offenbart
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der eine Öffnungs-
und Schließbewegung
eines Steuerungskolbens eines Einspritzventilelements durch einen
ersten Steuerungsraum und einen zweiten Steuerungsraum gesteuert
werden, deren Volumen und Kraftstoffsteuerdruck durch die Kolbenbewegung
geändert
wird. Ablasselemente stellen ein Druckgleichgewicht zwischen dem
zweiten Steuerungsraum und einer Hochdruckkammer sicher. Während der Öffnungsbewegung
verzögert
der Druck in dem zweiten Steuerungsraum den Öffnungsvorgang. Während der
Schließbewegung
wird der Steuerungskolben zusätzlich
durch abruptes Einführen
von Hochdruckkraftstoff in den ersten Steuerungsraum beschleunigt,
wenn ein vorbestimmter Druck in dem zweiten Steuerungsraum vorliegt.
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US 5 472 142 offenbart eine ähnliche
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der eine Öffnungs- und Schließbewegung
eines Steuerungskolbens eines Einspritzventilelementes durch einen
ersten Steuerungsraum und einen zweiten Steuerungsraum gesteuert
werden, der mit dem ersten Steuerungsraum in Verbindung steht. Während der Öffnungsbewegung
wird die Verringerung des Drucks innerhalb des ersten Steuerungsraums
durch einen Beschränkungsdurchgang
verzögert,
der den ersten Steuerungsraum mit einer Niederdruckkammer verbindet, so dass
es möglich
ist, einen Betrieb zum Einrichten eines Betrags eines Vorhubs an
dem Einspritzventilelement durchzuführen, der die Einspritzrate
entscheidet.
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Abschließend wird
auf
EP 1 041 272 A als Druckschrift
des Stands der Technik genommen, das den Stand der Technik gemäß Art. 54
(3) EPC bildet.
EP 1
041 272 A offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
die gestattet, dass die Rate einer Öffnungsbewegung des Einspritzventilelements
bei der Verwendung variiert wird. Das Einspritzventilelement hat eine
Ventilnadel, die dem Kraftstoffdruck eines ersten Steuerungsraums
ausgesetzt ist, und ein bewegbares Anschlagelement, dessen Fläche dem
Kraftstoffdruck eines zweiten Steuerungsraums ausgesetzt ist. Die
Bewegungen der Ventilnadel und des Anschlagelements werden getrennt
voneinander gesteuert.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
zu schaffen, bei der Kraftstoffeinspritzvorgänge genau gemäß Verbrennungsmotorbedingungen
gesteuert werden können
und die Ausbildung von NOx, von Rauch und von HC beschränkt werden
kann, um den Kraftstoffverbrauch und die Abgabe zu verbessern.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
aufgebaut, wie in Anspruch 1 definiert ist.
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Mit
der vorstehend genannten Vorrichtung kann das Ventilelement stufenweise
angehoben werden, um eine variable Kraftstoffeinspritzrate zu erzielen,
indem die Kammer Kraftstoffdruckkraft aus einer ausgewählten der
Vielzahl der Steuerungskammern einer nach der anderen bei unterschiedlichen
Zeitabstimmungen gesteuert wird, der auf das Ventilelement aufgebracht
wird, um ein Kraftgleichgewicht mit der Basiskraftstoff-Druckkraft
und der Vorspannkraft zu ändern,
das dann auf das Ventilelement aufgebracht wird.
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Gemäß der vorstehend
genannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann auch dann, wenn ein
Kraftstoffdruck, der in die Vorrichtung einzuführen ist, gemäß den Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen variiert
wird, eine Zeitabstimmung des Ventilelements zum Öffnen und
Schließen
des Einspritzlochs genau gesteuert werden.
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Es
ist für
das genaue stufenweise Anheben des Ventilelements vorzuziehen, dass
die Vorspanneinrichtung ein erstes Vorspannelement zum Erzeugen
einer ersten Vorspannkraft zum Vorspannen des Ventilelements in
eine Richtung zum Schließen
des Einspritzlochs ungeachtet eines Hubbetrags des Ventilelements
und ein zweites Vorspannelement zum Erzeugen einer zweiten Vorspannkraft
zum Vorspannen des Ventilelements in eine Richtung zum Schließen des
Einspritzlochs, nachdem das Ventilelement einen vorbestimmten Hubbetrag
gebildet hat, aufweist.
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Vorzugsweise
hat das Ventilelement eine Nadel, die an den Ventilsitz anzusetzen
ist, und ein Übertragungselement,
das an einer entgegengesetzten Seite zu dem Einspritzloch mit Bezug
auf die Nadel vorgesehen ist, um die Vorspannkraft sowie die Kammer-Kraftstoff-Druckkräfte der
Vielzahl der Steuerungskammern auf die Nadel zu übertragen. Das Übertragungselement
kann ein Element sein, das in einem Körper mit mehreren Querschnittsflächen integriert
ist, deren Größe voneinander
unterschiedlich ist, um einen jeweiligen Kraftstoffdruck von der
Vielzahl der Steuerungskammern aufzunehmen, oder ein Element, das
in einer Vielzahl von Körpern
mit jeweiligen Querschnittsflächen
getrennt ist, deren Größe voneinander
unterschiedlich ist, um einen Kraftstoffdruck jeweils von der Vielzahl
der Steuerungskammern aufzunehmen.
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Des
Weiteren hat das Übertragungselement vorzugsweise
getrennte Flächen
zum Aufnehmen eines Kraftstoffdrucks von jeweils der Vielzahl der Steuerungskammern.
Wenn mehr als zwei von den Steuerungskammern und der entsprechenden
Vorspanneinrichtung vorgesehen sind, kann sich das Ventilelement
mit mehr als zwei Stufen stufenweise anheben.
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Die
jeweilige Vielzahl der Steuerungskammern ist an einer Achse ausgebildet,
die die gleiche, wie diejenige des Übertragungselements ist, so
dass eine kleine Kraftstoffeinspritzvorrichtung verwirklicht werden
kann.
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Des
Weiteren ist es im Hinblick der Kompaktheit der Vorrichtung vorzuziehen,
dass die Vorspanneinrichtung in einer oder der Vielzahl der Steuerungskammern
gelegen ist.
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Eine
Fläche
des Ventilelements, die den Kraftstoffdruck von einer Ausgewählten von
jeder der Vielzahl der Steuerungskammern aufnimmt, um die Kammerkraftstoff-Druckkraft zu erzeugen,
ist größer als
eine Fläche
des Ventilelements, die den Kraftstoffdruck von dem Hochdruckdurchgang
zum Erzeugen der Hauptkraftstoff-Druckkraft
aufnimmt, wenn das Ventilelement an den Ventilsitz angesetzt ist,
und die Fläche
des Ventilelements, die den Kraftstoffdruck von einer Ausgewählten von
jeder der Vielzahl der Steuerungskammern zum Erzeugen der Kammerkraftstoff-Druckkraft
aufnimmt, wird kleiner als die Fläche des Ventilelements, die
den Kraftstoffdruck von dem Hochdruckdurchgang zum Erzeugen der Hauptkraftstoff-Druckkraft
aufnimmt, wenn das Ventilelement sich in eine Richtung von dem Ventilsitz
weg anhebt.
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Demgemäß wird eine
Geschwindigkeit, mit der das Ventilelement an den Ventilsitz angesetzt wird
beschränkt,
wobei ein Ventilschließstoß verringert
werden kann.
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Vorzugsweise
hat die Steuerungsventileinrichtung eine Vielzahl von Bewegungselementen,
die betriebsfähig
sind, um Kraftstoffdurchgänge
an einer Seite der Niederdruckleitung mit Bezug auf die jeweilige
Vielzahl der Steuerungskammern zu öffnen und zu schließen. Die
jeweiligen Steuerungskammern können
unabhängig
und stufenweise gesteuert werden, so dass das Ventilelement stufenweise
angehoben wird.
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Des
Weiteren ist es vorzuziehen, dass die Vielzahl der Bewegungselemente
an einer gemeinsamen Achse vorgesehen sind und Steuerungsventilfedern
zum Vorspannen der jeweiligen Vielzahl der Bewegungselemente in
eine Richtung zum Schließen
der Kraftstoffdurchgänge
haben, die mit der Niederdruckleitung in Verbindung zu bringen sind,
wobei die Vielzahl der Bewegungselemente betriebsfähig bei
jeweiligen unterschiedlichen Zeitabstimmungen zum Öffnen der
Kraftstoffdurchgänge
an einer Seite der Niederdruckleitung mit Bezug auf die Vielzahl
der Steuerungskammern gegen die Vorspannkräfte der Steuerungsventilfedern
sind. Mit diesem Aufbau wird die Einspritzvorrichtung kompakt und
können
jeweilige Drücke
der Steuerungskammern höchst
genau gesteuert werden.
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Für einen
Fall, bei dem die Vielzahl der Steuerungskammern erste und zweite
Steuerungskammern zum Erzeugen der Kammerkraftstoff-Druckkräfte zum
Vorspannen der Ventilelemente in eine Richtung zum Schließen des
Einspritzlochs aufweisen, haben die Vielzahl der Steuerungsventileinrichtungen
erste und zweite Bewegungselemente sowie erste und zweite Steuerungsventilfedern
und wird das erste Bewegungselement gleitfähig und hin- und herbewegbar
an dem zweiten Bewegungselement derart gehalten, dass zuerst das
erste Bewegungselement in Kontakt mit dem zweiten Bewegungselement
bei einem vorbestimmten Hub gelangt, nachdem das erste Bewegungselement
sich zum Öffnen des
Kraftstoffdurchgangs an einer Seite der Niederdruckleitung mit Bezug
auf die erste Steuerungskammer bewegt, und dann das erste Bewegungselement gemeinsam
mit dem zweiten Bewegungselement sich weitergehend bewegt, so dass
der Kraftstoffdurchgang an einer Seite der Niederdruckleitung mit Bezug
auf die zweite Steuerungskammer durch das zweite Bewegungselement
geöffnet
werden kann. Mit diesem Aufbau wird das Einspritzventil kompakt, da
eine Antriebswelle dazu dient, die jeweiligen Bewegungselemente
anzuheben.
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Das
Ventilelement kann einen ersten Hubbetrag in einem niedrigen oder
mittleren Geschwindigkeitsbereich oder einem niedrigen bis mittleren
Lastbereich als Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen bilden und einen
zweiten Hubbetrag, der größer als
der erste Hubbetrag ist, in einem Hochgeschwindigkeitsbereich Hochlastbereich
als Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen bilden. Gemäß den Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen
kann eine optimale Kraftstoffeinspritzrate ausgewählt werden.
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Des
Weiteren kann das Ventilelement einen Hubbetrag von dem ersten Hubbetrag
zu dem zweiten Hubbetrag innerhalb einer Kraftstoffeinspritzdauer
stufenweise ändern,
wenn die Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen eine Änderung
von dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich zu dem hohen Geschwindigkeitsbereich
oder eine Änderung
von dem niedrigen Lastbereich zu dem hohen Lastbereich zeigen. Da
eine optimale Einspritzrate innerhalb einer Kraftstoffeinspritzdauer
verwirklicht werden kann, kann eine Erzeugung von NOx, von HC und
von schwarzem Ruß beschränkt werden.
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Darüber hinaus
kann das Ventilelement zum Einspritzen von Kraftstoff mit einer
optimalen Anzahl von Einspritzungen in einem Zyklus eines Verbrennungsmotors
und mit in einen optimalen Hubzustand des Ventilelements und für eine optimale
Einspritzdauer bei jeder Einspritzung bewegt werden, wenn Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen
von einer zu der anderen geändert
werden, oder das Ventilelement kann zum Einspritzen von Kraftstoff
mit optimalen Anzahlen von Einspritzungen in einem Zyklus eines
Verbrennungsmotors und in einen optimalen Hubzustand des Ventilelements
während
der gesamten Bereiche der Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen
bewegt werden. Diese Steuerung ergibt die Verringerung der Erzeugung
von NOx, HC und schwarzem Ruß.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie
Verfahren des Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile
aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und
den Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung
bilden. In den Zeichnungen ist:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
teilweise vergrößerte Ansicht
des Injektors, der in 1 gezeigt ist;
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3 eine
weitere teilweise vergrößerte Ansicht
des Injektors, der in 1 gezeigt ist;
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4 eine
Teilansicht eines Injektors, der in 1 gezeigt
ist, um einen ersten Hubbetrag eines Steuerungsventils zu erklären;
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5 eine
Teilansicht des Injektors, der in 1 gezeigt
ist, um einen zweiten Hubbetrag eines Steuerungsventils zu erklären;
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6 einen
Zeitverlauf, der ein stufenweises Anheben zeigt;
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7A eine
vergrößerte Ansicht
eines Düsenabschnitts
mit Bezug auf den Injektor, der in 1 gezeigt
ist;
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7B eine
Querschnittsansicht entlang einer Linie VIIB-VIIB von 7A bei
einem geringen Hub;
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7C eine
Querschnittsansicht von 7B bei
einem maximalen Hub;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
eines Düsenabschnitts
mit Bezug auf den Injektor, der in 1 gezeigt
ist, bei dem maximalen Hub;
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9 ein charakteristischer Verlauf, der
eine Beziehung zwischen einer Strömungsgeschwindigkeit, eines
Zerstäubungswinkels
und eines Hubbetrags zeigt;
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10A ein Verlauf, der eine Beziehung zwischen einer
Verbrennungsmotorumdrehung und einer Verbrennungsmotorlast zeigt;
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10B ein Verlauf, der eine Beziehung zwischen einer
Verbrennungsmotorumdrehung und einem Einspritzdruck zeigt;
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10C ein Verlauf, der eine Beziehung zwischen einer
Verbrennungsmotorumdrehung und einer Einspritzzeit zeigt;
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11A eine Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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11B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Injektors,
der in 11A gezeigt ist;
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12 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem dritten, Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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13 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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14 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
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15 eine
Querschnittsansicht eines Elektromagnetventils eines Injektors gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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16 eine
Querschnittsansicht eines abgewandelten Elektromagnetventils des
Injektors gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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17 eine
Querschnittsansicht eines Elektromagnetventils eines Injektors gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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18A eine Querschnittsansicht eines Elektromagnetventils
eines Injektors gemäß einem achten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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18B eine Querschnittsteilansicht entlang einer
Linie XVIIIB–XVIIIB
von 18A;
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19 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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20 eine
Querschnittsansicht eines Injektors gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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21 eine
Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Injektors als Stand der Technik.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt
einen Injektor 1 als eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Injektor 1 ist an einem
(nicht gezeigten) Verbrennungsmotorkopf eines Verbrennungsmotors
zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder des Verbrennungsmotors
eingebaut. Ein Hochdruckkraftstoff, der von einer Kraftstoffeinspritzpumpe
ausgestoßen
wird, wird auf einem vorbestimmten Druck in einer Drucksammelkammer
eines (nicht gezeigten) Drucksammelrohrs gesammelt und wird dem
Injektor 1 zugeführt.
Ein Ausstoßdruck
der Kraftstoffeinspritzpumpe wird gemäß einer Verbrennungsmotorumdrehung,
einer Last, einem Einlasskraftstoffdruck, einem Einlassluftvolumen
und einer Kühlmitteltemperatur eingestellt.
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An
dem Injektor 1 ist ein Ventilkörper 12 über eine
Spitzendichtung 13 an einem Gehäuse 11 über eine
Haltemutter 14 befestigt. Ein Ventilelement 20 besteht
in der Reihenfolge von einer Seite eines Einspritzlochs 12b aus
einer Nadel 21, einem Stab 23, einem Steuerkolben 24 und
einem Steuerkolben 25. Der Stab 23 und Steuerkolben 24 und 25 bilden
ein Übertragungselement.
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Die
Nadel 21 wird durch den Ventilkörper 12 gehalten,
um darin eine Hin- und Herbewegung auszuführen. Die Nadel 24 wird
zu einem Ventilsitz 12a, der an dem Ventilkörper 12 ausgebildet
ist, über
die Steuerkolben 25 und 24 sowie den Stab durch
eine erste Feder 15 als erste Vorspanneinrichtung vorgetrieben.
Die erste Feder 15 ist in einer zweiten Steuerungskammer 25 an
der gleichen Achse wie der Steuerkolben 25 aufgenommen.
Eine Anfangsvorbelastung der ersten Feder 25 beträgt Fs1 und
eine Federkonstante von dieser beträgt K1. Eine zweite Feder 16 als
zweite Vorspanneinrichtung ist um einen Umfang des Stabs 23 in
dem Gehäuse 12 an
der gleichen Achse wie der Stab 23 gepasst und presst einen
Federsitz 17 gegen die Spitzendichtung 13. Eine Anfangsvorbelastung
der zweiten Feder 16 beträgt Fs2 und eine Federkonstante
von dieser beträgt
K2. Wenn der Federsitz 17, wie in 2 gezeigt
ist, an der Spitzendichtung 13 angesetzt wird, hat ein
Zwischenraum zwischen einer unteren Endfläche 17a und einem
Absatzabschnitt 22 der Nadel 21 eine Länge h1,
die einen ersten Hubbetrag bildet. Wenn des Weiteren der Federsitz 17 an
die Spitzendichtung 13 angesetzt wird, steht die untere
Endfläche 17a des
Federsitzes 17 aus einer unteren Endfläche 13a um eine Länge h2 vor,
die einen zweiten Hubbetrag bildet. Daher ist ein maximaler Hubbetrag
der Nadel 21 eine Länge
h1 + h2.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein Elektromagnetventil 30 an
einem oberen Teil des Gehäuses 13 durch
eine Mutter 31 befestigt. Das Elektromagnetventil besteht
aus einem Anker 32, einem Körper 33, einer Platte 34,
einer Spule 35, einem ersten Steuerungsventil 40,
einem zweiten Steuerungsventil 43, der ersten Feder 42 und
der zweiten Feder 44. Die ersten und zweiten Steuerungsventile 40 und 43 sind bewegbare
Elemente.
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Das
zweite Steuerungsventil 43 kann an einem Ventilsitz 33a,
der an dem Körper 33 ausgebildet ist,
durch eine Vorspannkraft der zweiten Feder angesetzt werden. Das
zweite Steuerungsventil 43 ist mit einer zylindrischen
Gestalt ausgebildet und hat ein Durchgangsloch, das in die axiale
Richtung hindurchdringt. Das erste Steuerungsventil 40 ist
durch eine innere Umfangswand des zweiten Steuerungsventils 43 gehalten,
um darin eine Hin- und Herbewegung auszuführen. Die ersten und zweiten
Steuerungsventile sind an der gleichen Achse angeordnet. Das erste
Steuerungsventil 40 kann an der Platte 34 durch
eine Vorspannkraft der ersten Feder 42 angesetzt werden.
Der Kern 41, der oberhalb von dem ersten Steuerungsventil 40 gelegen
ist, wird zu einer Endfläche 32a des
Ankers 32 gegen die Vorspannkraft der ersten Feder 42 durch
eine magnetische Anziehungskraft angezogen, die beim Energiebeaufschlagen
der Spule 25 ausgeübt
wird. Wie in
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4 gezeigt
ist, entspricht der erste Hubbetrag H1 einem Bewegungsabstand des
ersten Steuerungsventils 40, das nach oben angehoben wird,
bis das erste Steuerungsventil 40 in Kontakt mit einem Ende 43a des
zweiten Steuerungsventils 43 gelangt. Wenn ein größerer Strom
zu der Spule 35 zugeführt wird,
wird die Kraft, die den Kern 41 des ersten Steuerungsventils 40 anzieht,
stärker,
so dass sowohl das erste als auch das zweite Steuerungsventil 40 und 43 nach
oben gegen die Summe der Vorspannkräfte der ersten und zweiten
Federn 42 und 44 angehoben werden können und
hält an,
wenn das zweite Steuerungsventil 43 in Kontakt mit einem
Anschlag 32b des Ankers 32 gelangt. Der zweite
Hubbetrag H2 entspricht einem Bewegungsabstand des zweiten Steuerungsventils 43,
nachdem das erste Steuerungsventil 40 in Kontakt mit dem
zweiten Steuerungsventil 43 gelangt, und bis das zweite
Steuerungsventil 43 in Kontakt mit dem Anschlag 32b des
Ankers 32 gelangt. Der maximale Hubbetrag des ersten Steuerungsventils 40 beträgt h1 +
h2.
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Wie
in 3 gezeigt ist, sind eine Einlassdrossel 61 und
eine Auslassdrossel 62 jeweils in Verbindung mit der ersten
Steuerungskammer 60 als eine Druckkammer gebracht. Eine
Durchgangsfläche der
Auslassdrossel 62 ist größer als diejenige der Einlassdrossel 61.
Die Auslassdrossel 62 ist ein Kraftstoffdurchgang, um mit
einer Niederdruckseite in Verbindung gebracht zu werden. Die Einlassdrossel 61 ist
mit einer Auskleidung 26 ausgebildet, die an dem Gehäuse 11 pressgepasst
oder eng gepasst ist, und steht in Verbindung mit einem Kraftstoffdurchgang 51.
Hochdruckkraftstoff wird über
einen Kraftstoffeinströmungsdurchgang 50,
den Kraftstoffdurchgang 51 und die Einlassdrossel 61 zu
der ersten Steuerungskammer 60 zugeführt. Die Auslassdrossel 62 ist
an der Platte 34 ausgebildet, die zwischen den Körper und
das Gehäuse 11 gelegt
ist, und steht in Verbindung mit einer Kraftstoffkammer 63.
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Eine
Einlassdrossel 66 und eine Auslassdrossel 67 sind
jeweils in Verbindung mit der zweiten Steuerungskammer 65 als
weitere Druckkammer. Eine Durchgangsfläche der Auslassdrossel 67 ist größer als
diejenige der Einlassdrossel 66. Die Einlassdrossel 66 ist
in Verbindung mit dem Kraftstoffdurchgang 51 gebracht und
Hochdruckkraftstoff wird über
den Kraftstoffeinströmungsdurchgang 50,
den Kraftstoffdurchgang 51 und die Einlassdrossel 66 zu der
zweiten Steuerungskammer 65 zugeführt. Die Auslassdrossel 67 steht
in Verbindung mit einem Kraftstoffdurchgang 68. Die Auslassdrossel 67,
der Kraftstoffdurchgang 68 und die Kraftstoffdurchgänge 69 und 70 bilden
Kraftstoffdurchgänge,
die in Verbindung mit der Niederdruckseite zu bringen sind.
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Wenn
das erste Steuerungsventil 40 die Auslassdrossel 62 öffnet, wird
Hochdruckkraftstoff in der ersten Steuerungskammer 60 über die
Auslassdrossel 62, die Kraftstoffkammer 63 an
einer Niederdruckseite, die Kraftstoffdurchgänge 64, 57a und 56a sowie
einen Kraftstoffausströmungsdurchgang 58 zu
einem Kraftstofftank 3 entleert. Der Kraftstoffdurchgang 57 ist
um den Körper 33 ausgebildet,
um mit dem Kraftstoffdurchgang 64 in Verbindung gebracht zu
werden, und ist in Verbindung über
den Kraftstoffdurchgang 56a, der an der Platte 34 vorgesehen
ist, mit dem Kraftstoffdurchgang 56 gebracht. Der Kraftstoffdurchgang 56,
der zu einem Umfang des Stabs an dem Gehäuse 11 geöffnet wird,
wird verwendet, um Niederdruckkraftstoff in dem Gehäuse 11 zu
dem Kraftstofftank 3 zu entleeren.
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Wenn
das zweite Steuerungsventil 43 von dem Ventilsitz 33a des
Körpers 33 entfernt
ist und den Kraftstoffdurchgang 70 öffnet, wird Hochdruckkraftstoff
in der zweiten Steuerungskammer 56 über die Auslassdrossel 67,
die Kraftstoffdurchgänge 68, 69 und 70,
die Kraftstoffkammer 63, die Kraftstoffdurchgänge 64, 57a, 56a sowie
die Kraftstoffausströmungsdurchgänge 58 zu
dem Kraftstofftank 3 entleert. Ein Kraftstoffdurchgang 57,
der in Verbindung mit dem Kraftstoffdurchgang 57a steht,
ist an dem Körper 33 ausgebildet,
der zu einer Innenseite des Elektromagnetventils 30 geöffnet ist,
wo die zweite Feder 44 aufgenommen ist, und wird verwendet,
um Niederdruckkraftstoff an der Innenseite des Elektromagnetventils 30 über die
Kraftstoffdurchgänge 57a und 56a zu
dem Kraftstofftank 3 zu entleeren.
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Der
Steuerungskolben 24 ist dicht an dem Gehäuse 11 gepasst.
Der Steuerungskolben 25, der an einer entgegengesetzten
Seite des Einspritzlochs relativ zu dem Steuerungskolben 24 gelegen
ist, ist dicht an der Auskleidung 26 gepasst und weist
zu der ersten Steuerungskammer 60. Ein unterer Teil des Steuerungskolbens 24 steht
in Kontakt mit dem Stab 23. Ein Ende der ersten Feder 15 steht
in Kontakt mit der Auskleidung 26 und das andere Ende davon
wird durch den Steuerungskolben 25 gehalten. Die Steuerungskolben 24 und 25,
die getrennt vorgesehen sind, können
als ein Körper
integriert werden. Des Weiteren kann der Steuerungskolben 24 mit
dem Stab 23 integriert werden.
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Eine
Summe einer Fläche
Ap1, an der die Steuerungskolben 24 und 25 einen
Kraftstoffdruck von der ersten Steuerungskammer 60 aufnehmen, und
einer Fläche
Ap2, an der die Steuerungskolben 24 und 25 den
Kraftstoffdruck von der zweiten Steuerungskammer 56 aufnehmen,
ist größer als
eine Querschnittsfläche
eines Führungsabschnitts
der Nadel 21, die den Ventilkörper 12 verschiebt,
eine Querschnittsfläche
Ag einer Bohrung des Ventilkörpers 12,
in der die Nadel 21 aufgenommen ist. Hochdruckkraftstoff,
der von dem (nicht gezeigten) Drucksammelrohr zugeführt wird,
wird über
den Kraftstoffeinströmungsdurchgang 50,
der in dem Gehäuse 11 ausgebildet
ist, den Kraftstoffdurchgang 51, einen Kraftstoffdurchgang,
der in der Spitzendichtung 13 ausgebildet ist, einen Kraftstoffdurchgang 53,
der in dem Düsenkörper 12 ausgebildet
ist, den Kraftstoffsammelraum 54 und einen Kraftstoffdurchgang,
um die Nadel 21 zu einem Ventilabschnitt 2 übertragen, der
durch die Nadel 21 und den Ventilsitz 12a ausgebildet
ist.
-
Als
Nächstes
wird eine genaue Konstruktion des Ventilabschnitts 2 beschrieben.
Wie in 7A gezeigt ist, kann ein Kontaktabschnitt 21a,
der an einem führenden
Ende der Nadel 21 vorgesehen ist, an dem Ventilsitz 12a des
Ventilkörpers 12 angesetzt werden.
Der Ventilabschnitt 2 besteht aus dem Kontaktabschnitt 21a,
einem Zirkulationskrafterzeugungsabschnitt 210, einer Drallkammer 219 und
dem Einspritzloch 12b. Der Zirkulationskrafterzeugungsabschnitt 210 ist
durch konische Flächen 211, 212 und 213,
die an einem äußeren Umfang
der Nadel 21 ausgebildet sind, eine zylindrische Fläche 214 und eine
Vielzahl von schrägen
Vertiefungen 215 ausgebildet. Die konische Fläche 211 ist
mit einem konischen Winkel ausgebildet, der geringfügig kleiner
als oder der gleiche wie die Sitzfläche 220 ist.
-
Der
Zirkulationskrafterzeugungsabschnitt 210 ist nicht auf
den vorstehend erwähnten
Aufbau zum Sichern von Funktionen und nachstehend erwähnten Wirkungen
beschränkt,
sondern er kann einen Aufbau haben, so dass eine konische Fläche an dem
Ventilkörper 12 ausgebildet
ist, wie z.B. die Sitzfläche 220,
wobei eine konische Fläche
ebenso an dem äußeren Umfang
der Nadel 21 ausgebildet ist, wie z.B. die konische Fläche 211,
um zu der konischen Fläche
an einer Ventilkörperseite
zu weisen, und sind schräge
Vertiefungen an einer der konischen Flächen an der Nadelseite und
an der Ventilkörperseite
vorgesehen. Beide von den konischen Flächen können durch beide kugelförmige Flächen ersetzt
werden.
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Die
Drallkammer 219 ist durch die Sitzfläche 220 des Ventilkörpers 12 und
beide von einer konischen Fläche 213 und
einer konischen Fläche 216 gebildet,
die an der Nadel 21 an einer stromabwärtigen Seite des Zirkulationskraft-Erzeugungsabschnitts 210 positioniert
sind. Die Drallkammer 219 ist nicht auf die vorstehend
erwähnte
Gestalt beschränkt
und die zylindrische Fläche 216 kann
durch eine konische Fläche,
eine zusammengesetzte zylindrische und konische Fläche oder
eine kugelförmige Fläche ersetzt
werden. Der Kontaktabschnitt 21a der Nadel 21 kann
an den Ventilsitz 12a durch eine Vorspannkraft der ersten
Feder in eine Richtung zum Schließen des Einspritzlochs angesetzt
werden. Andererseits nimmt der Kontaktabschnitt 21a der
Nadel 21 eine Kraft aufgrund des Kraftstoffdrucks in dem Kraftstoffdurchgang 55 in
eine Richtung weg von dem Ventilsitz 12a auf, d.h., in
eine Richtung zum Öffnen
des Einspritzlochs. Ein Strömungsdurchgang
an einer stromabwärtigen
Seite des Kontaktabschnitts 21a ist mit einer Sitzfläche 220 und
konischen Flächen 217 und 218 der
Nadel 21 versehen. Ein konischer Winkel der Konusfläche 217 ist
größer als
derjenige der Sitzfläche 220 und
ein konischer Winkel der konischen Fläche 218 ist größer als
derjenigen der konischen Fläche 218.
Der Ventilkörper 12 ist
mit einer konischen Fläche 221 versehen,
die kontinuierlich von der Sitzfläche 220 geändert wird,
um den Strömungsdurchgang
zu bilden, der in Verbindung mit dem Einspritzloch 12b steht.
Die konischen Flächen 217 und 218 können eine
Fläche
sein, die den gleichen konischen Winkel haben. Des Weiteren kann
die Sitzfläche 220 und
die konische Fläche 221 eine
konische Fläche
mit einem gleichen Winkel wie der Sitzfläche 220 oder eine
gekrümmte
Fläche
sein, wie z.B. ein Bogen.
-
Als
Nächstes
wird ein Betrieb des Injektors 1 beschrieben. Von der (nicht
gezeigten) Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßener Kraftstoff wird zu dem (nicht
gezeigten) Sammelrohr befördert.
Der Hochdruckkraftstoff, dessen Druck auf einen vorbestimmten Wert
durch die Sammelkammer in dem Sammelrohr gesammelt wird, wird dem
Injektor 1 zugeführt. Ein
Strom zum Antreiben des Steuerungsventils, dessen Wert durch eine
Verbrennungsmotor-Steuerungsvorrichtung (ECU) gemäß Verbrennungsmotorbetrieben
gesteuert wird, wird der Spule 35 des Elektromagnetventils 30 zugeführt. Die
elektromagnetische Anziehungskraft der Spule, die durch die Stromzufuhr
ausgeübt
wird, zieht das erste Steuerungsventil 40 gegen die Vorspannkraft
der ersten Feder 42 an. Dann wird die Auslassdrossel 62 so
geöffnet, dass
die erste Steuerungskammer 60 über die Auslassdrossel 62 mit
der Kraftstoffkammer 63 an einer Seite niedrigen Drucks
in Verbindung gebracht wird. Da die Durchgangsfläche der Auslassdrossel 62 größer als
diejenige der Einlassdrossel 61 ist, ist das Volumen des
ausströmenden
Kraftstoffs größer als
dasjenige des einströmenden
Kraftstoffs, so dass der Kraftstoffdruck Pc1 der ersten Steuerungskammer 60 beginnt,
sich zu verringern. Die Druckverringerungsgeschwindigkeit kann angemessen
durch Einstellen einer Differenz der Durchgangsflächen zwischen
den Auslass- und Einlassdrosseln 62 und 61 sowie
eines Volumens der ersten Steuerungskammer eingerichtet werden.
-
Wenn
der Druck in der ersten Steuerungskammer 60 verringert
ist und die Summe der vorbelasteten Kraft der ersten Feder 15 und
der Kraft, die von dem Kraftstoffdruck der ersten und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 aufgenommen
wird, von denen beide in eine Richtung zum Schließen des
Ein spritzlochs wirken, geringer als eine Kraft zum Aufwärtsbewegen
der Nadel 21 wird, beginnt die Nadel 21 das Einspritzloch
zu öffnen.
Wenn die elektromagnetische Anziehungskraft, die durch Halten des Stroms
IH1 ausgeübt
wird, der der Spule 35 zugeführt wird, kleiner als die Summe
der Vorspannkräfte der
ersten und zweiten Federn 42 und 44 wird, hält das erste
Steuerungsventil 40 an einer Position an, die den ersten
Hubbetrag H1 zeigt, wie in 1 gezeigt
ist.
-
Als
Nächstes
wird eine an der Nadel 21 wirkende Kraft beschrieben.
-
(1) Wenn der Hubbetrag
h der Nadel 21 geringer als der erste Hubbetrag h1 ist (h < h1):
-
➀ Beim Ventilschließen durch
die Nadel (h = 0);
-
Eine
Ventilschließkraft
Fc1 ist eine Summe einer Kraft Fct, die an dem Ventilelement 20 in
eine Richtung zum Schließen
des Einspritzlochs aufgrund des Kraftstoffdrucks Pct der ersten
und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 wirkt,
und einer anfänglichen
vorbelasteten Kraft Fs1 der ersten Feder 15. Das heißt, dass
Fc1 = Fct + Fs1 = Pct × Ap
+ Fs1 und des Weiteren Pct × Ap
= Pc1 × Ap1
+ Pc2 × Ap2
gilt, wobei Pc1 ein Druck der ersten Steuerungskammer 60 ist,
Pc2 ein Druck der zweiten Steuerungskammer 65 ist, Ap1
eine Fläche
des Ventilelements 20 ist, die einen Kraftstoffdruck von
der ersten Steuerungskammer 60 in eine Richtung zum Schließen des
Einspritzlochs aufnimmt, und Ap2 eine Fläche des Ventilelements 20 ist,
die einen Kraftstoffdruck von der zweiten Steuerungskammer 65 in
eine Richtung zum Schließen
des Einspritzventils ist. Es gibt eine Beziehung Ap
= Ap1 + Ap2.
-
Eine
Ventilöffnungskraft
Fo ist eine Kraft Fd, die an der Nadel 21 aufgrund eines
Kraftstoffdrucks in eine Richtung zum Öffnen des Einspritzlochs wirkt, nämlich Fo
= Fd = Pd (Ag – As),
wobei Pd ein Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffdurchgang 55 ist
und As eine Fläche
des Ventilsitzes 12a ist, an der die Nadel 21 angesetzt
wird.
-
Eine
Kraft F, die auf die Nadel 21 aufgebracht wird, wird durch
die folgende Formel (1) gezeigt. F = Fo – Fc1
= Pd (Ag – As) – Pct x
Ap – Fs1 (1)
-
➁ Beim Ventilöffnen durch
die Nadel (o<h<h1);
-
Wenn
ein Kraftstoffdruck der ersten Steuerungskammer 60 verringert
wird und das Nadelventil 21 von dem Ventilsitz 12a weg
bewegt wird, wird eine Federkraft Fs zu Fs = Fs1 + K1 × h durch
Addieren einer Kraft entsprechend einer Kontraktion h der ersten
Feder 15. Demgemäß wird die
Ventilschließkraft Fc1
zu Fc1 = Fct + Fs = Fct + Fs1 + K1 × h und die Ventilöffnungskraft
Fo = Fd = Pd × Ag.
Die Kraft F, die auf die Nadel 21 aufgebracht wird, wird
durch die folgende Formel (2) gezeigt. F = Fo – Fc1
= Pd × Ag-
Fct – Fs1 – K1 × h (2)
-
Die
Fläche
des Ventilelements 20, die den Kraftstoffdruck aufnimmt,
die der Fläche
Ap gleich ist, die den Kraftstoffdruck von den ersten und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 aufnimmt,
minus die Fläche
Ap1, die den Kraftstoffdruck von der ersten Steuerungskammer 60 aufnimmt,
wobei der Kraftstoffdruck verringert wird, nämlich die Fläche Ap2, die
den Kraftstoffdruck von der zweiten Kammer 65 aufnimmt,
ist kleiner als Ag.
-
(2) Wenn der Hubbetrag
h der Nadel 21 gleich wie oder größer als der erste Hubbetrag
h1 ist (h1 < h):
-
sDie
Federkraft Fs beträgt
Fs = K1 × h
+ Fs1 + K2 (h–h1)
+ Fs2 durch Addieren der anfänglichen vorbelasteten
Kraft Fs2 und einer Kraft aufgrund der Kontraktion der zweiten Feder 16.
Die Ventilschließkraft
Fc1 beträgt Fc1 = Fct + Fs = Pct × Ap + K1 × h + Fs1 + K2 (h–1) + Fs2.Die
Ventilöffnungskraft
Fo beträgt
Fo = Fd = Pd x Ag. Die Kraft F, die auf die Nadel 21 aufgebracht
wird, wird durch die folgende Formel (3) gezeigt. F
= Fo – Fc1
= Pd × Ag – Pct × Ap – K1 × h – Fs1 – K2 (h–h2) – Fs2 .....(3)
-
Als
Nächstes
werden an den ersten und zweiten Steuerungsventilen 40 und 43 wirkende Kräfte beschrieben.
-
(1) Zu der Ventilschließzeit, wenn
der Hubbetrag H des ersten Steuerungsventils Null beträgt (H=0):
-
Eine
Ventilschließkraft
Fvc1, die an dem ersten Ventil 40 wirkt, ist nur eine anfängliche
Vorbelastung Fvs1 der ersten 42, nämlich Fvc1
= Fvs1. Eine Ventilöffnungskraft,
die an dem ersten Steuerungsventil 40 wirkt, ist eine Ventilöffnungskraft
Fvo1, die das erste Steuerungsventil 40 von dem Kraftstoffdruck
Pc1 der ersten Steuerungskammer 60 aufnimmt, nämlich Fvo
= Ao1 × Pc1,
wobei Ao1 eine Öffnungsfläche der
Auslassdrossel 62 ist. Eine Kraft Fv1, die auf das erste
Steuerungsventil 40 aufgebracht wird, wird durch die folgende
Formel (4) gezeigt. Fv1
= Fvol – Fvc1
= Ao1 × Pc1 – Fvs1 ....(4)
-
Eine
Ventilschließkraft
Fvc2, die an dem zweiten Ventil 43 wirkt, ist eine anfängliche
Vorbelastung Fvs2 der zweiten Feder 44, nämlich Fvc1
= Fvs1. Eine Ventilöffnungskraft
Fvo2, die an dem zweiten Steuerungsventil 43 wirkt, ist
eine Ventilöffnungskraft,
die das zweite Steuerungsventil 43 von dem Kraftstoffdruck
Pc2 der zweiten Steuerungskammer 65 aufnimmt, nämlich Fvo2
= Ao2 × Pc2,
wobei Ao2 eine Fläche
ist, an der das zweite Steuerungsventil, das an dem Ventilsitz 33a angesetzt
ist, den Kraftstoffdruck der zweiten Steuerungskammer 65 aufnimmt.
Die Kraft Fv2, die auf das zweite Steuerungsventil 43 aufgebracht
wird, wird durch die folgende Formel (5) gezeigt. Fv2 = Fvo2 – Fvc2 =
Ao2 × Pc2 – Fvs ...(5)
-
Bei
H = 0 nehmen die ersten und zweiten Steuerungsventile 40 und 43 keine
Kraft voneinander auf.
-
(2) Wenn nur das erste
Steuerungsventil 40 angehoben ist (0<H<H1):
-
Eine
magnetische Anziehungskraft Fm1, die durch Halten eines Stroms IH1
ausgeübt
wird, der der Spule 35 zugeführt wird, die auf das erste
Steuerungsventil 40 aufgebracht wird, verursacht, dass sich
das erste Steuerungsventil 40 von der Platte 34 anhebt.
Wenn die anfängliche
Vorbelastung Fvs1 und die Kraft aufgrund der Kontraktion der ersten
Feder 42 auf das Steuerungsventil 40 als die Ventilschließkraft aufgebracht
wird, beträgt
die Ventilschließkraft
Fvc1, die an dem ersten Steuerungsventil 40 wirkt, Fvc1
= Fvs1 + K1 × H.
Die Ventilöffnungskraft
Fvol desselben ist die magnetische Anziehungskraft Fm1 und eine
Kraft, die das erste Steuerungsventil 40 von dem Kraftstoffdruck
Pv1 der Kraftstoffkammer 63 an einer Fläche aufnimmt, die durch ihre oberen
und unteren Druckaufnahmeflächen
im Gleichgewicht ist. Bei H > 0
beeinflusst der Kraftstoffdruck Pv1 der ersten Steuerungskammer 60 über die Auslassdrossel 62 den
Kraftstoffdruck Pv1 der Kraftstoffkammer 63, außer der
Kraftstoffdruck Pv1 ist niedrig. Jedoch wird die Kraftstoffkammer 63 über die Kraftstoffdurchgänge 64, 57a und 56a sowie
den Kraftstoffausströmungsdurchgang 58 zu
dem Kraftstofftank 3 geöffnet,
so dass der Kraftstoffdruck der Kraftstoffkammer 63 nahezu
gleich dem Umgebungsdruck ist, nämlich
ein vernachlässigbarer Druck
ist. Eine Summe der Ventilöffnungskraft
beträgt
Fvol = Fm1 + Avo1 × Pv1.
Die Kraft Fv1, die auf das erste Steuerungsventil 40 aufgebracht
wird, wird durch die folgende Formel (6) gezeigt. Fv1 = Fvo1 – Fvc1 =
Fm1 + Avo1 × Pv1 – Fvs1 – K1 × H ..(6)
-
Zu
diesem Zeitpunkt ist die Kraft, die auf das zweite Steuerungsventil 43 aufgebracht
wird, die gleiche, wie in der Formel (5) gezeigt ist.
-
(3) Wenn die ersten und
zweiten Steuerungsventile 40 und 43 angehoben sind (H1 < H):
-
Eine
magnetische Anziehungskraft Fm2, die durch den zweiten Haltestrom
IH2 ausgeübt
wird, der der Spule 35 zugeführt wird, wird auf das erste
Steuerungsventil 40 aufgebracht. Eine Ventilschließkraft, die
auf das erste Steuerungsventil 40 aufgebracht wird, ist
Fvs1 + K1 × H
durch die Federkraft der ersten Feder 42. Zusätzlich dazu
wird die Federkraft Fvs2 + K2 (H – H1) der zweiten Feder 44 aufgebracht,
die an dem zweiten Steuerungsventil 43 wirkt. Daher beträgt die Ventilschließkraft Fvc1,
die auf das erste Steuerungsventil 40 aufgebracht wird, Fvc1
= Fvs1 + K1 × H
+ Fvs2 + K2 × (H–H1). Die
Ventilöffnungskammer
Fvol, die auf das erste Steuerungsventil 40 aufgebracht
wird, beträgt
Fvo = Fm2 + Avo1 × Pv1.
Die Kraft Fv1, die auf das erste Steuerungsventil 40 aufgebracht
wird, wenn eine Kraft vernachlässigt
wird, die von dem zweiten Steuerungsventil 43 aufgenommen
wird, wird durch die folgende Formel (7) gezeigt. Fv1 = Fvol – Fvc1 =
Fm2 + Avo1 × Pv1 – Fvs1 – K1 × H ... (7)
-
Wenn
das zweite Steuerungsventil 43 angehoben wird, verringert
sich als Nächstes
der Kraftstoffdruck des Kraftstoffdurchgangs 70 von Pc1
und wird Pv2 in der Nähe
des atmosphärischen
Drucks, der der gleiche, wie derjenige der Kraftstoffkammer 63 ist,
nämlich
Pv2 ≒ Pv1.
Eine Ventilöffnungskraft Fvo2,
die auf das zweite Steuerungsventil 43 aufgebracht wird,
mit Fvo2 = Avo2 × Pv2,
wobei Avo2 eine Druckaufnahmefläche
des zweiten Steuerungsventils 43 ist, die einen Druck in
eine Ventilöffnungsrichtung
von der Kraftstoffkammer 63 und dem Kraftstoffdurchgang 70 aufnimmt.
Eine Ventilschließkraft Fvc2,
die auf das zweite Steuerungsventil 43 aufgebracht wird,
beträgt
Fvc2 = Fvs2 + K2 × (H–H1). Die Kraft
Fv2, die auf das zweite Steuerungsventil 43 aufgebracht
wird, wenn eine Kraft vernachlässigt
wird, die von dem ersten Steuerungsventil 40 aufgenommen
wird, wird durch die folgende Formel (8) gezeigt. Fv2 = Fvo2 – Fvc2 =
Avo2 × Pv2 – Fvs2 – K2 × (H–H1) ...(8)
-
Eine
Summe Fv der Kraft, die auf die ersten und zweiten Steuerungsventile 40 und 43 aufgebracht
wird, wird durch die folgende Formel (9) gezeigt. Fv = Fm2 + Avo1 × Pv1 – Fvs1 – K1 × H + Avo2 × Pv2 – Fvs2 – K2 × (H–H1) ... (9)
-
Wenn
die magnetische Anziehungskraft, die durch einen Antriebsstrom ausgeübt wird,
der auf die Spule 35 aufgebracht wird, verursacht, dass
sich das erste Steuerungsventil 40 gegen die Vorspannkraft der
ersten Feder 42 bewegt und den ersten Hubbetrag H1 bildet,
wie in 4 gezeigt ist, wird der Kraftstoffdruck Pc1 der
ersten Steuerungskammer 60 verringert. Demgemäß verursacht
der Druck Pd von dem Sammelrohr, wenn er die Summe des Kraftstoffdrucks
Pc1 und der anfänglichen
Vorbelastung der ersten Feder 15 übersteigt, dass sich die Nadel 21 nach
oben gegen die erste Feder 15 bewegt, um das Einspritzloch
zu öffnen.
Das ist der Fall, bei dem eine Bedingung F > 0 in der Formel (1) erfüllt ist.
Daher wird die Nadel 21 um den ersten Hubbetrag h1 angehoben.
-
Nach
dem Bewegen des ersten Hubbetrags h1 nimmt die Nadel 21 die
anfängliche
Vorbelastung Fs2 der zweiten Feder 16 auf, so dass die
Nadel 21 anhält,
sich zu heben und den ersten Hubbetrag h1 hält, wie in einem Nadelhubdiagramm
(A) in 6 gezeigt ist. Auch wenn der Kraftstoffdruck der
ersten Steuerungskammer verringert wird, hält die Nadel 21 den
ersten Hubbetrag h1, solange F > 0
in der Formel (2) und F < 0
in der Formel (3) erfüllt
sind.
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Wenn
des Weiteren ein höherer
Strom der Spule 35 des Elektromagnetventils 30 zugeführt wird und
die elektromagnetische Anziehungskraft vergrößert wird, wird das zweite
Steuerungsventil 43 zusammen mit dem ersten Steuerungsventil 40 gegen die
Vorspannkräfte
der ersten und zweiten Federn 42 und 44 bewegt,
um einen Hubzustand (H1 + H2) zu bilden, wie in 6 gezeigt.
Wenn demgemäß der Kraftstoffdruck
der zweiten Steuerungskammer 65 verringert ist und F > 0 in der Formel (3)
erfüllt
ist, wird die Nadel 21 angehoben, um den ersten Hubbetrag h1
zu übersteigen,
so dass die Nadel 21 weitergehend um den zweiten Hubbetrag
h2 zusätzlich
zu dem ersten Hubbetrag h1 angehoben werden kann. Der gesamte Nadelhubbetrag
wird h1 + h2, der ein maximaler Hubzustand ist, wie in (b) von (B)
oder (C) in 6 gezeigt.
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Gemäß der Kraftstoffdruckverringerung
der zweiten Steuerungskammer 65 wird eine Kraft, die an der
Nadel 21 in die Ventilöffnungsrichtung
wirkt, weitergehend vergrößert. Wenn
jedoch der Absatzabschnitt 22 der Nadel 21 in
Kontakt mit der unteren Endfläche
der Spitzendichtung 13 gelangt, wird ein weiteres Anheben
der Nadel 21 angehalten. Die Kraft in eine Richtung zum Öffnen des
Einspritzlochs wird durch die Spitzendichtung 13 aufgenommen.
Nach einem Verlauf einer vorbestimmten Antriebsimpulszeit wird die
Zufuhr des Antriebsstroms zu der Spule 35 angehalten und
wird das zweite Steuerungsventil 43 an dem Ventilsitz 33a angesetzt,
so dass der Kraftstoffdurchgang 70 geschlossen werden kann. Dann
beginnt der Kraftstoffdurchgang der zweiten Steuerungskammer 65 sich
aufgrund eines Hochdruckkraftstoffs zu erhöhen, der von der Einlassdrossel 66 strömt. Wenn
des Weiteren die Auslassdrossel 62 durch das erste Steuerungsventil 40 geschlossen wird,
da an der Platte 34 angesetzt ist, vergrößert sich
der Kraftstoffdruck der ersten Steuerungskammer 60 aufgrund
des Hochdruckkraftstoffs, der von der Einlassdrossel 61 strömt.
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Wenn
die Kraft zum Herunterbewegen der Steuerungskolben 24 und 25 erhöht wird,
beginnt die Nadel 21 sich nach unten in eine Richtung zum Schließen des
Einspritzlochs über
den Stab 23 zu bewegen. Wenn die Nadel 21 sich
nach unten, um den zweiten Hubbetrag h2 bewegt hat, nimmt die Nadel 21 die
Vorspannkraft der zweiten Feder 16 nicht auf und nur der Kraftstoffdruck
der ersten und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 sowie
die anfängliche
Vorbelastung Fs1 der ersten Feder 15 treiben das Ventilelement 20 in
eine Richtung zum Schließen des
Einspritzlochs. Wenn die Ventilschließkraft, die an der Nadel 21 wirkt,
verringert wird, wird die Nadel 21 langsam an dem Ventilsitz 12a angesetzt,
so dass ein Ansetzaufprall und -geräusch verringert werden kann.
-
Wie
vorstehend erwähnt
ist, wird der Kraftstoffdruck der ersten und der zweiten Kammern 60 und 65 durch
die ersten und zweiten Steuerungsventile 40 und 43 gesteuert,
die durch den Strom reguliert werden, der zu dem Elektromagnetventil 30 zugeführt wird,
und wird des Weiteren durch voreingestellte Durchgangsflächen von
zwei Paaren von Drosseln 61 und 62 sowie den Drosseln 66 und 67 gesteuert.
Die Nadel 21 wird stufenweise durch Steuern der Kraft angehoben,
die von dem Kraftstoffdruck in eine Richtung zum Öffnen oder
zum Schließen
des Einspritzlochs relativ zu den Vorspannkräften der ersten und zweiten
Federn 15 und 16 aufgenommen wird. Zu der Ventilöffnungszeit
gibt es verschiedenartige Hubcharakteristiken, wie z.B. das Anheben,
um nur den ersten Hubbetrag h1, das Anheben, um die ersten und zweiten
Hubbeträge
h1 + h2 oder ein stufenweises Anheben mit einem längeren Zeitintervall des
ersten Hubbetrags h1 vor dem Starten um den zweiten Hubbetrag h2.
Des Weiteren ist es zu der Ventilschließzeit möglich, das Zeitintervall von
h1 zu beseitigen oder zu verkürzen.
Als Folge kann die Kraftstoffeinspritzmenge an der Ausgangsstufe
verringert werden, so dass Stickoxid und ein Verbrennungsgeräusch beschränkt werden
können.
Des Weiteren kann die Kraftstoffeinspritzrate bei der letzten Einspritzstufe
mit einer kürzeren
Zeit geschlossen werden, so dass die Ausbildung von Rauch verringert
werden kann.
-
Im
Folgenden wird ein Betrieb des Ventilabschnitts 2 beschrieben,
wenn das Anheben der Nadel 21 stufenweise gesteuert wird.
-
Wenn
die Nadel 21 um h1 angehoben wird, ist ein Zwischenraum
zwischen der konischen Fläche 211 der
Nadel 21 und der Sitzfläche 220 sehr
klein, wie in 7B gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt,
wie in 8 gezeigt ist, ist eine Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs,
der in der schrägen
Vertiefung 215 strömt,
Vn und ist eine Strömungsgeschwindigkeit des
Kraftstoffs, der in dem Zwischenraum zwischen der konischen Fläche 211 und
der Sitzfläche 220 strömt, Wb.
Wie in 9A gezeigt ist, kann die Geschwindigkeit
Vn in eine Geschwindigkeitskomponente Un in eine Umfangsrichtung
und eine Geschwindigkeitskomponente Wb in eine Axialrichtung aufgeteilt
werden. Ein Geschwindigkeitsverhältnis von
Vn zu Wb wird durch ein Verhältnis
einer Durchgangsfläche
zu der anderen Durchgangsfläche
bestimmt und zeigt eine Änderung
gemäß einem
Hub der Nadel 21, wie in 9B gezeigt
ist.
-
Da
die Strömungsfläche der
schrägen
Vertiefung 216 ungeachtet des Hubs der Nadel konstant ist,
kann die Geschwindigkeit Vn in der schrägen Vertiefung 215 erhöht werden,
wenn die Kraftstoffmenge gemäß einer
Größe einer Öffnungsfläche zwischen dem
Kontaktabschnitt 21a und dem Ventilsitz 12a vergrößert wird.
Wenn die Öffnungsfläche zwischen dem
Kontaktabschnitt 21a und dem Ventilsitz 12a in einer
Umgebung des ersten Hubbetrags h1 so eingerichtet ist, dass sie
gleich der Durchgangsfläche
der schrägen
Vertiefung 215 ist, zeigt Vn eine maximale Geschwindigkeit
bei dem ersten Hubbetrag h1.
-
Obwohl
Wn proportional zu dem Nadelhub erhöht wird, ist ein Wert von Wn
kleiner als derjenige von Vn und wird Wn im Vergleich mit Vn langsamer vergrößert, solange
der Nadelhubbetrag innerhalb eines Bereichs von im Wesentlichen
einigen Mikrons bis mehreren zehn Millimetern ist. Als Folge ist
das Verhältnis
von Vn zu Wb maximal in der Nähe
des ersten Hubbetrags h1. Zu diesem Zeitpunkt kann der Zerstäubungswinkel
durch ein Verhältnis
der Geschwindigkeitskomponente in eine Umfangsrichtung zu der Geschwindigkeitskomponente
in eine axiale Richtung an einem Auslass des Eintrittslochs bestimmt
werden, das gleich einem Verhältnis
der Geschwindigkeitskomponente Un in einer Umfangsrichtung zu der
Geschwindigkeitskomponente W = Wn + Wb in eine axiale Richtung mit
Bezug auf den Kraftstoff, der in die Drallkammer 219 strömt, im Hinblick auf
ein Momentenerhaltungsgesetz und ein Gesetz des freien Falls wird.
Das heißt,
dass der Kraftstoff mit einem Zerstäubungswinkel α eingespritzt
wird, der durch eine Formel tan (α/2)
= Un/(Wn + Wb) bestimmt wird.
-
Wenn
der Kraftstoffdruck der ersten Steuerungskammer 60 weitergehend
verringert wird, wird die Nadel 21 gegen die Vorspannkräfte der
ersten und zweiten Federn 15 und 16 angehoben,
um den maximalen Hubbetrag zu erhalten (h1 + h2). Wenn in diesem
Stadium die Fläche
zwischen dem Kontaktabschnitt 21a und dem Ventilsitz 12a vergrößert wird und
die Kraftstoffgeschwindigkeit Wb vergrößert wird, wird die Geschwindigkeit
Vn in der schrägen Vertiefung 215 gestört und um
Wb verringert. Folglich wird der Zerstäubungswinkel α verringert,
wie in 9C gezeigt.
-
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel wird
dann, wenn ein Durchmesser der Drallkammer 219 relativ
klein ist und ein Volumen der Drallkammer 219 verringert
wird, eine Zeitverzögerung
beschränkt,
bevor die Zirkulationskraft auf dem Kraftstoff gebildet wird. Wenn
des Weiteren die Drallkammer 219 genau oberhalb des Kontaktabschnitt 21a vorgesehen wird,
wird eine Änderung
des Zerstäubungswinkels
unmittelbar auf den Hubbetrag folgen. Da die Zerstäubung durch
die Dralleinspritzung dazu dient, den Kraftstoff in winzige Partikel
aufzuteilen, kann Kraftstoff mit kleineren Partikeln mit einem geringeren
Einspritzdruck im Vergleich mit der anderen Lochdüsenbauart
eingespritzt werden.
-
Ein
Verfahren zum Steuern des Injektors des ersten Ausführungsbeispiels
gemäß Verbrennungsmotorbetrieben
wird beschrieben.
-
Wie
in 10 gezeigt ist, wird in einem Bereich
einer niedrigen und mittleren Geschwindigkeit und einer niedrigen
und mittleren Last grundsätzlich der
Hub der Nadel 21 gesteuert, um einen niedrigen Hubzustand
des ersten Hubbetrags h1 beizubehalten, so dass Kraftstoff einer
Brennkammer mit einer niedrigen Einspritzrate und einer kurzen Tropfenreichweite
zugefügt
wird. In einem Bereich einer hohen Drehzahl und einer hohen Last
wird die Nadel um h1 + h2 angehoben, um eine hohe Einspritzrate und
eine hohe Tropfenreichweite zu verwirklichen.
-
Der
Einspritzdruck, der in 10B gezeigt ist,
und die Einspritzzeitabstimmung, die in 10C gezeigt
ist, werden gemäß einem
Kennfeld auf der Grundlage einer Einspritzmenge gesteuert. Einstellungen
aufgrund der Temperatur (Luft, Füllmittel
und Kraftstoff), eines Einlassdrucks usw. werden zu dem Kennfeld
hinzugefügt.
Bei einem Verbrennungsmotor, der normal zu betreiben ist, werden
ein Hubantriebsbereich des ersten Schritts, der der Hubbetrag h1
ist, und ein Hubantriebsbereich des zweiten Hubschritts, der der
Hubbetrag h1 + h2 ist, geändert,
wie durch eine durchgezogene Linie in 10A gezeigt ist.
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Jedoch
wird es bei einem Verbrennungsmotor, der in einem Fahrzeug mit einem Übergangsantriebsbereich
einzubauen ist, der beispielsweise für einen Bereich der gestrichelten
Linie anzunehmen ist, wie in 10A gezeigt
ist, notwendig, den Hubbetrag durch eine spezielle Steuerung zu ändern, um eine
stufenweise Abgabenänderung
des Verbrennungsmotors zu verhindern, wenn die Verbrennungsmotorbedingungen
in dem vorstehend erwähnten Bereich
der gestrichelten Linie fallen. Wenn, wie beispielsweise in (C)
in 6 gezeigt ist, der dem Elektromagnetventil 30 zugeführte Strom
gesteuert wird, um den stufenweisen Hub während der Einspritzdauer zu
verwirklichen, kann die stufenweise Abgabenänderung verhindert werden.
Ein Verhältnis
der Hublänge
der ersten Stufe zu der Hublänge
der zweiten Stufe kann gemäß Verbrennungsmotor-Betriebsbedingungen
geändert
werden, die innerhalb des in 10A gezeigten
Bereichs der gestrichelten Linie gefallen sind. Des Weiteren kann
eine Vielzahl von Einspritzungen während eines Zyklus des Verbrennungsmotors
eingerichtet werden. Wenn beispielsweise die Verbrennungsmotor-Betriebsbedingung gerade
von der niedrigen Last zu der hohen Last geändert wird, kann eine Vielzahl
von Einspritzungen der ersten Stufe mit nur dem ersten Hubbetrag
h1 ausgeführt
werden und kann dann eine Anzahl von Einspritzungen der zweiten
Stufe mit dem ersten und zweiten Hubbetrag h1 + h2 ausgeführt werden,
kann diese allmählich
von null auf eine gewisse Anzahl erhöht werden oder können jeweilige
Einspritzdauern aus der Vielzahl der Einspritzungen getrennt gesteuert
werden. Des Weiteren ist es möglich,
eine Hubbetriebsart, die in (C) von 6 gezeigt
ist, mit einer Vielzahl von Kombinationen von (A) und (B) von 6 zu
kombinieren. Wenn darüber
hinaus die Antriebsbedingungen vor und zurück innerhalb des in 10A gezeigten Bereichs der gestrichelten Linie schwanken,
ist es möglich,
eine Hysterese für
die Einspritzsteuerung zu schaffen.
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Gemäß dem vorstehend
erwähnten
ersten Ausführungsbeispiel
kann eine Technologie mit variablem Zerstäubungswinkel, die notwendig
zum Verwirklichen eines zukünftigen
Verbrennungskonzepts ist, mit niedrigen Kosten und mit einem geringen
Einspritzdruck durch den Aufbau geschaffen werden, bei dem die Nadel
stabil mit zwei Stufen gesteuert wird und die Zirkulationskraft,
die an der Kraftstoffströmung
wirkt, bei dem Ventilabschnitt 2 durch den Nadelhub geändert werden
kann. Des Weiteren sind Einlass- und Auslassränder der schrägen Vertiefung 215 mit
einem größeren Radius
an ihren jeweiligen schrägen
Seiten abgerundet, d.h. an einer Einströmungsinnenseite an dem Einlass
und an einer Drallströmungs-Abwärtsseite
an dem Auslass. Als Folge kann der Kraftstoffströmungsverlust beschränkt werden
und treten Kraftstoffströmungsablösungen nicht auf,
so dass eine Erzeugung von Kavitation verhindert werden kann. Anders
gesagt kann eine unnötige Druckerhöhung in
dem Einspritzsystem verhindert werden, was eine Verbesserung der
Bearbeitungseffizienz und der Zuverlässigkeit der Düse ergibt.
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Wenn
des Weiteren das Ventilelement 20 das Ventilschließen von
dem maximalen Hubbetrag (h1 + h2) beginnt, ist die Ventilschließgeschwindigkeit
aufgrund der Summe der Vorspannkräfte der ersten und zweiten
Federn 15 und 16 hoch. Jedoch in einem Bereich
von weniger als dem ersten Hubbetrag h1 wird eine Ventilschließgeschwindigkeit
der Nadel, bevor sie gerade an dem Ventilsitz angesetzt wird, niedrig,
so dass der Ventilschließ-Schlagstoß verringert
werden kann.
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Des
Weiteren ist in einem Zustand, in dem das Ventilelement 20 von
dem Ventilsitz 12a entfernt ist, eine Druckaufnahmefläche, an
der das Ventilelement 20 den Kraftstoffdruck in eine Richtung
zum Öffnen
des Einspritzlochs aufnimmt, größer als
eine Druckaufnahmefläche,
an der das Ventilele ment 20 den Kraftstoffdruck von beiden
Steuerungskammern in einer Richtung zum Schließen des Einspritzlochs minus
einer Druckaufnahmefläche,
an der das Ventilelement 20 den Kraftstoffdruck von der
Steuerungskammer aufnimmt, deren Kraftstoffauslass geöffnet ist.
Demgemäß wird eine
Geschwindigkeit der Nadel 21, damit diese an dem Ventilsitz 12a angesetzt
wird, verringert, um den Ventilschließ-Schlagstoß zu verringern, was somit
die Verbesserung der Zuverlässigkeit
ergibt.
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Darüber hinaus
wird bei einem leichten Lastbetrieb, bei dem nur die Einspritzung
mit dem Hub der ersten Stufe durchgeführt wird, die Kraftstoffeinspritzrate
gering, um eine sehr kleine Menge einer Einspritzung stabil zu steuern.
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Des
Weiteren kann der Kontaktabschnitt 21a der Nadel 21 eingestellt
werden, so dass er seine Mittel nicht verschiebt, aufgrund der Druckausgleichswirkung
in der Drallkammer 219, so dass die Nadel 21 und
der Ventilkörper 12 ständig auf
der gleichen Achse liegen können,
um Variationen der Zerstäubung
zu verhindern.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 11A und 11B beschrieben.
Mit Bezug auf die Bauteile und die Konstruktion, die im Wesentlichen
die gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, denen
die gleichen Bezugszeichen hinzugefügt sind, wird deren Erklärung weggelassen.
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Anstelle
des ersten Ausführungsbeispiels, bei
dem eine Kraftstoff-Zirkulations-Geschwindigkeitsrichtung auf der
Grundlage des Abstands zwischen dem Zirkulationskraft-Er zeugungsabschnitt 210 und
der Sitzfläche 220 variabel
wird, werden gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
eine Vielzahl von ersten und zweiten Einspritzlöchern 81 und 82, die
an einem Ventilkörper 80 vorgesehen
sind, wahlweise geöffnet
und geschlossen auf der Grundlage eines Hubbetrags einer Nadel 83,
um die Einspritzrate und den Zustand der Zerstäubung zu ändern. Das heißt, dass
die ersten und zweiten Einspritzlöcher eine variable Einspritzeinrichtung
bilden.
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Ein
Kraftstoffdurchgang 84 ist innerhalb der Nadel 83 ausgebildet.
Der Kraftstoffdurchgang 83 steht in Verbindung über den
Kraftstoffsammelraum 54 mit dem Kraftstoffdurchgang 51,
der an dem Ventilkörper 80 vorgesehen
ist. Ein Kontaktabschnitt 83a der Nadel 83 wird
zu einem Ventilsitz 80a, der an dem Ventilkörper 80 vorsehen
ist, durch die Vorspannkraft der ersten Feder 15 (in den 11A und 11B nicht
gezeigt) vorgetrieben. Die ersten und zweiten Einspritzlöcher 81 und 82,
die erste und zweite Gruppen von Einspritzlöchern jeweils bilden, sind
zu einem äußeren Umfang
des Ventilkörpers 80 an
einer Vielzahl von Abschnitten geöffnet. Es gibt einen Abstand
Lh zwischen den jeweiligen Unterseitenabschnitten der ersten und
zweiten Einspritzlöcher 81 und 82.
Der Abstand Lh ist größer als
der erste Hubbetrag h1 der Nadel 83, aber kleiner als der maximale
Hubbetrag (h1 + h2) davon.
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Wenn
die Nadel 83 beginnt, sich aufgrund des Antriebs des Elektromagnetventils
anzuheben und sich der Kontaktabschnitt 83a von dem Ventilsitz 80a weg
bewegt, wird begonnen, Hochdruckkraftstoff von dem ersten Einspritzloch 81 einzuspritzen.
Wenn die Nadel 83 sich fortgesetzt anhebt und an dem ersten
Hubbetrag h1 anhält,
wird nur das erste Einspritzloch 81 geöffnet. Wenn dann die Nadel 83 sich
weitergehend anhebt und der Hubbetrag Lh übersteigt, wird Kraftstoff
von dem zweiten Einspritzloch 82 auch eingespritzt. Bei
dem maximalen Hubbetrag (h1 + h2) der Nadel 83 werden die
ersten und zweiten Einspritzlöcher 81 und 82 vollständig geöffnet, um
eine maximale Einspritzrate sicherzustellen (h1 + h2) ist so eingerichtet,
dass es größer als
(Lh + Durchmesser des zweiten Einspritzlochs 82) ist.
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Anstelle
der weitwinkeligen, konischförmigen,
einzelnen Zerstäubung
des ersten Ausführungsbeispiels
werden eine Vielzahl von Zerstäubungen, von
denen jede eine schmalwinkelige Zerstäubung bei jedem der Einspritzlöcher ist,
ausgebildet, um eine konische Zerstäubung im Ganzen gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
zu bilden. Jeder konische Zerstäubungswinkel
der ersten Gruppe der Einspritzlöcher
kann sich von demjenigen der zweiten Gruppe der Einspritzlöcher unterscheiden.
Des Weiteren kann die Einspritzrate durch stufenweises Steuern des
Hubbetrags der Nadel 83 in zwei Stufen geändert werden
und kann des Weiteren durch Ändern
der jeweiligen Durchmesser der ersten und zweiten Einspritzlöcher 81 und 82 eingestellt
werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein
Injektor gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Bauteile und den Aufbau eines Injektors 4,
die im Wesentlichen die gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, denen die gleichen Bezugszeichen angefügt sind, wird deren Erklärung weggelassen.
Der Aufbau des Elektromagnetventils 30 ist schematisch
gezeigt. Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ist die erste Feder 15 neben dem Steuerungskolben 24 zum
Vorspannen des Stabs 23 anstelle dessen gelegen, dass er
in der zweiten Steuerungskammer 65 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
angeordnet ist. Ein grundlegender Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels
ist der gleiche wie derjenige des ersten Ausführungsbeispiels. Da das Volumen
der zweiten Steuerungskammer 65 des dritten Ausführungsbeispiels
kleiner sein kann, wird ein Änderungsansprechverhalten
des Kraftstoffdrucks Pc2 in der zweiten Kammer 65 schnell,
so dass ein Ventilöffnungs-
und -schließansprechverhalten
der Nadel 21 verbessert werden kann. Da des Weiteren die
Kraftstoffeinströmungs- und – ausströmungsmenge,
die zum Ändern
des Drucks notwendig ist, verringert werden kann und die Ausstoßmenge der
Kraftstoffeinspritzpumpe beschränkt
werden kann, kann eine Verbrennungsmotorabgabe aufgrund der Notwendigkeit
von einem geringeren Antriebsdrehmoment der Kraftstoffeinspritzpumpe
verbessert werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
Mit Bezug auf Bauteile und den Aufbau, die im Wesentlichen die gleichen,
wie die des ersten Ausführungsbeispiels
sind, denen die gleichen Bezugszeichen zugefügt sind, wird deren Erklärung weggelassen.
Ein Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist derjenige,
dass die erste Feder 15 innerhalb der zweiten Feder 16 angeordnet ist
und die Vorspannkraft der ersten Feder 15 über einen
Druckstift 85 auf die Nadel 21 aufgeprägt wird. Da
ein oberes Ende der Nadel eine ebene Fläche ohne ihren verlängerten
Abschnitt hat, wird die Gestalt der Nadel 21 einfach. Des
Weiteren wird gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
nur der erste Hubbetrag h1 derart definiert, dass die Nadel 21 in
Kontakt mit einem Federsitz 86 der zweiten Feder 16 gelangt,
und wird der zweite Hubbetrag h2 nicht definiert.
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Der
vorstehend erwähnte
Aufbau dient dazu, eine Länge
des Stabs 23 zu verkürzen
und die Masse des Ventilelements 20 zu verringern. Da des
Weiteren der zweite Hubbetrag von einem Gleichgewicht zwischen Kräften abhängt, die
an der Nadel in eine Richtung zum Öffnen des Einspritzlochs und
in eine Richtung zum Schließen
des Einspritzlochs wirken, können
Einstellprozesse beim Herstellen des Ventilelements 20 übersprungen
werden, um Herstellungskosten zu sparen.
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(Fünftes Ausführungsbeispiel)
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Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben.
Mit Bezug auf Bauteile und den Aufbau eines Injektors 5,
die im Wesentlichen die gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, denen die gleichen Bezugszeichen hinzugefügt sind, wird ihre Erklärung weggelassen.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
wird der Aufbau des Elektromagnetventils dadurch kompakter, dass
ein Elektromagnetventil 90 mit zwei Positionen und zwei
Wegen anstelle des Elektromagnetventils 30 mit 3 Positionen
und 3 Wegen des ersten Ausführungsbeispiels
verwendet wird. Folglich werden das erste und das zweite Steuerungsventil 40 und 43 in einem
Körper
integriert und wird eine der ersten und zweiten Federn 42 und 44 weggelassen,
obwohl sie nicht in der Zeichnung gezeigt sind. Das Elektromagnetventil 90 ist
betriebsfähig,
um nur die Auslassdrossel 62 der ersten Steuerungskammer 60 zu öffnen und
zu schließen.
Die zweite Steuerungskammer 65 ist nicht mit der Auslassdrossel
für den
Ausströmungskraftstoff
vorgesehen. Daher wird der Druck der zweiten Steuerungskammer 65 nicht
gesteuert und wird ständig
von dem Drucksammelraum aufgebracht. Des Weiteren wird die Spitzendichtung 13 des
ersten Ausführungsbeispiels
weggelassen und steht statt dessen ein Federsitz 91 der zweiten
Feder 16 in Kontakt mit einer Endfläche des Ventilkörpers 12.
Der zweite Hubbetrag h2 ist ähnlich
wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel
nicht definiert.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Aufbau kann der Druck zum Starten des Anhebens der zweiten Stufe
der Nadel 21 nicht gesteuert werden und startet die Nadel 21 selbsttätig das
Anheben der zweiten Stufe mit einem vorbestimmten konstanten Druck. Der
Aufbau und die Steuerung des Injektors werden einfach, was somit
einen kostengünstigen
und kompakten Injektor ergibt.
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(Sechstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Mit Bezug auf die Bauteile und den Aufbau, die im Wesentlichen die
gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, denen
die gleichen Bezugszeichen angefügt
sind, wird ihre Erklärung
weggelassen.
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Eine
Auskleidung 100 ist zwischen die Platte 34 und
ein Gehäuse 105 gesetzt.
Die Auskleidung 100 ist mit einem Flanschabschnitt 101 und
einem zylindrischen Abschnitt 102 versehen. Der Flanschabschnitt 101 ist
mit einem Verbindungsdurchgang 101a, der die zweite Steuerungskammer 65 und
die Auslassdrossel 67 verbindet, und der Einlassdrossel 61 versehen.
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Der
Steuerungskolben 110 besteht aus einem Säulenabschnitt 111 an
einer Mitte und einem zylindrischen Abschnitt 112 außerhalb
des Säulenabschnitts 111.
Der zylindrische Abschnitt 112 hat eine zylindrische Vertiefung,
die um einen äußeren Umfang
des Säulenabschnitts 111 ausgebildet
ist, und einen Abschnitt 112a eines größeren Durchmessers, der sich
radial und nach außen
erstreckt. Der zylindrische Abschnitt 102 der Auskleidung 100 ist
gleitfähig
an dem Säulenabschnitt 111 des
Steuerungskolbens 110 gepasst.
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Da
der Steuerungskolben 110 den Abschnitt 112a größeren Durchmessers
hat, ist eine Fläche, die
den Kraftstoffdruck der zweiten Steuerungskammer 65 aufnimmt,
größer, um
den Kraftstoffdruck, der zum Anheben der zweiten Stufe notwendig
ist, auf einen maximalen Einspritzdruck zu erhöhen.
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(Abwandlung)
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Eine
Abwandlung einer Gestalt der Auskleidung 100 gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel ist
in 16 gezeigt. Eine Auskleidung 100, die
mit einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, wird in Richtung
auf die Platte 34 durch die erste Feder 15 so
vorgetrieben, dass die ersten und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 hydraulisch
abgedichtet sind.
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(Siebtes Ausführungsbeispiel)
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Ein
siebtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
Mit Bezug auf die Bauteile und den Aufbau, die im Wesentlichen die
gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, denen
die gleichen Bezugszeichen beigefügt sind, wird ihre Erklärung weggelassen.
Ein Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist derjenige,
dass die zweite Feder 44 an einer Seite eines zweiten Steuerungsventils 123 relativ
zu einem Abstandhalter 121 angeordnet ist. Mit diesem Aufbau
wird eine Länge eines
ersten Steuerungsventils kürzer,
so dass das Elektromagnetventil kompakt werden kann.
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(Achtes Ausführungsbeispiel)
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Ein
achtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Mit Bezug auf die Bauteile
und den Aufbau, die im Wesentlichen die gleichen, wie diejenigen
des ersten Ausführungsbeispiels
sind, denen die gleichen Bezugszeichen beigefügt sind, wird ihre Erklärung weggelassen.
Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel
sind diejenigen, dass ein Kern 131 eines ersten Steuerungsventils 130 mit
einer ebenen Plattengestalt anstelle der Tauchkolbengestalt ausgebildet
ist und die erste Feder 42 oberhalb des Ankers 32 angeordnet
ist. Der Kern 131 ist an einem Vorsprung 130a gepasst,
der an dem ersten Steuerungsventil 130 ausgebildet ist.
Da der Kern 131 die ebene Plattengestalt hat, erhöht sich
eine elektromagnetische Anziehungskraft, die an dem ersten Steuerungsventil 130 wirkt.
Da des Weiteren eine Einstellung der ersten Feder 42 einfach
ist, kann eine Hub-Start-Zeitabstimmung
des zweiten Steuerungsventils 132 genau eingerichtet werden.
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(Neuntes Ausführungsbeispiel)
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Ein
neuntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
Mit Bezug auf die Bauteile und den Aufbau, die im Wesentlichen die
gleichen, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind, denen
die gleichen Bezugszeichen beigefügt sind, wird ihre Erklärung weggelassen.
Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel
sind diejenigen, dass ein erstes Steuerungsventil 140,
das außerhalb
gelegen ist, sich zuerst anhebt und dann ein zweites Steuerungsventil 145,
das innerhalb gelegen ist, sich anhebt. Das zweite Steuerungsventil
und die zweite Feder 44 sind innerhalb des ersten Steuerungsventils 140 aufgenommen.
Mit diesem Aufbau wird der erste Hubbetrag H1 derart definiert,
dass ein Stufenabschnitt 141 innerhalb des ersten Steuerungsventils 140 in
Kontakt mit einem Anschlagabschnitt 146 des zweiten Steuerungsventils 145 gelangt.
Der maximale Hubbetrag (H1 + H2) wird derart definiert, dass ein Kern 142 des
ersten Steuerungsventils 140 in Kontakt mit einer Endfläche 150a eines
Ankers 150 gelangt. Die ersten und zweiten Steuerungskammern 60 und 65 sind
umgekehrt zueinander als Reaktion auf die Positionsbeziehung zwischen
den ersten und zweiten Steuerungsventilen 140 und 145 positioniert.
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(Zehntes Ausführungsbeispiel)
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Ein
zehntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 20 beschrieben.
Mit Bezug auf die Bauteile und den Aufbau, die im Wesentlichen die
gleichen, wie diejenigen des neunten Ausführungsbeispiels sind, denen
die gleichen Bezugszeichen beigefügt sind, wird ihre Erklärung weggelassen.
Die Unterschiede zu dem neunten Ausführungsbeispiel sind diejenigen,
dass sowohl die erste als auch die zweite Feder 42 und 44 zum
Vorspannen der ersten bzw. zweiten Steuerungskammer 140 und 145 an
einer Seite des Kerns 142 positioniert sind. Gemäß dem neunten
und dem zehnten Ausführungsbeispiel
ist der Steuerungsventilaufbau einschließlich des Kerns 142 einfach
und kann bei geringeren Kosten hergestellt werden. Da sich die Konstruktionsflexibilität für die ersten und
zweiten Steuerungskammern 60 und 65 erhöht, kann
ein Injektor hergestellt werden, der einfach an dem Verbrennungsmotor
einzubauen ist.