DE602005005242T2

DE602005005242T2 - Längen-Ausgleichselement und dieses enthaltendes Kraftstoff-Einspritzventil

Info

Publication number: DE602005005242T2
Application number: DE602005005242T
Authority: DE
Inventors: Masaki Okada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: EP1591656B1; US7198202B2; DE602005005242D1; EP1591656A2; EP1591656A3; US20050236499A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede zur Absorption der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen Elementen sowie ein diesen Mechanismus umfassendes Kraftstoffeinspritzventil.
Zu den Problemen, die Mechanismen mit vergleichsweise langen Elementen (beispielsweise einem länglichen Betätiger, Stab o. a.) gemeinsam sind, gehören physikalische Abweichungen, Fehlfunktionen etc., die durch eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der Elemente verursacht werden. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich bei einem länglichen Element eine unterschiedliche Wärmeausdehnung (ein Unterschied in der Veränderung der Abmessungen aufgrund einer thermischen Expansion oder thermischen Kontraktion) aufgrund eines Temperaturunterschieds oder eines Unterschieds im Wärmeausdehnungskoeffizienten (Unterscheid im Material) zwischen den Elementen stärker auswirkt.
Ein Beispiel für einen Mechanismus, der ein längliches Element umfasst, ist ein Kraftstoffeinspritzventil, das an einem Zylinderkopf o. a. eines Motors gehaltert ist.
Wie sich beispielsweise 7 entnehmen lässt, umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil 100 für das Einspritzen eines gasförmigen Kraftstoffs, wie es u. a. gerade von dem vorliegenden Erfinder entwickelt wird, einen Zylinder 102, der beweglich (gleitbeweglich) innerhalb einer vergleichsweise langen Trommel 101 angeordnet ist, einen Kolben 105, der beweglich (gleitbeweglich) innerhalb des Zylinders 102 so angeordnet ist, dass er das Innere des Zylinders 102 in eine obere Kammer 103 und eine untere Kammer 104 unterteilt, ein nicht verdichtbares viskoses Fluid (das durch Punkte dargestellt ist), welches in die obere Kammer 103 bzw. die untere Kammer 104 aufgegeben wird, einen Betätiger 106 zum Anheben des Zylinders 102 und ein Nadelventil 107, das integral mit dem Kolben 105 verbunden ist. Wenn der Zylinder 102 durch den Betätiger 106 angehoben wird, so wird das Nadelventil 107 durch das viskose Fluid in der unteren Kammer 104 und den Kolben 105 angehoben, wodurch ein Einspritzloch 108 in dem vorderen (unteren) Ende der Trommel 101 geöffnet wird.
Die Trommel 101 umfasst einen Trommelhauptkörper 109, eine Spitze 110, die am unteren Ende des Trommelhauptkörpers 109 durch eine Verriegelungsmutter 119 gehaltert ist, und eine auf das obere Ende des Trommelhauptkörpers 109 aufgeschraubte Kappe 112. Das erwähnte Kraftstoffeinspritzloch 108 ist im unteren Ende der Spitze 110 ausgeformt, während in der Kappe 112 ein Kraftstoffeinlass 111 ausgebildet ist.
Der Zylinder 102 wird vom Trommelhauptkörper 109 so gehaltert und aufgenommen, dass er in der Lage ist, in eine Längsrichtung (nach oben bzw. unten) zu gleiten. Der Zylinder 102 besteht aus einem Zylinderhauptkörper 117 in Form eines Zylinders mit geschlossenen Enden und einer Zylinderkappe 118, die auf den oberen Abschnitt des Zylinderhauptkörpers 117 so aufgeschraubt wird, dass sie diesen abdeckt.
Der Kolben 105 ist innerhalb des Zylinders 102 so angeordnet, dass er in der Lage ist, in Gleitrichtung des Zylinders 102 innerhalb der Trommel 101 (nach oben bzw. unten) zu gleiten, und das nicht verdichtbare viskose Fluid wird in die obere Kammer 103 und die untere Kammer 104 aufgegeben, die durch den Kolben 105 voneinander getrennt sind. Das viskose Fluid wird durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Einspritzdurchlass derart aufgegeben, dass das Innere der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 vollständig entlüftet wird. Der Durchlass für die Einspritzung des viskosen Fluids wird durch einen Stopfen oder ähnliches verschlossen, nachdem das viskose Fluid eingespritzt wurde.
Das Nadelventil 107 wird an der Unterseite des Kolbens 105 angebracht. Das Nadelventil 107 erstreckt sich durch ein in einer unteren Wand des Zylinderhauptkörpers 117 vorgesehenes Durchlassloch 128 so nach unten, dass sein unteres Ende gegen einen Sitzabschnitt 125 anliegt, der im Inneren des vorderen Endes der Trommel 101 ausgebildet ist. Das Durchlassloch 128 ist so mit einem Dichtungselement 129 (beispielsweise einem O-Ring) versehen, dass der Spalt zwischen dem Durchlassloch 128 und dem Nadelventil 107 in fluiddichter Weise abgedichtet wird. Zudem ist das Kraftstoffeinspritzventil 100 so ausgelegt, dass ein der Trommel 101 von dem im oberen Ende der Trommel 101 vorgesehenen Kraftstoffeinlass 111 aus zugeführter Kraftstoff an den einzelnen Elementen vorbei in den Sitzbereich 125 strömt.
An der Oberseite des Kolbens 105 ist ein Stab 120 vorgesehen. Der Stab 120 wird gleitbeweglich in ein Durchlassloch 130 eingeschoben, das in der Zylinderkappe 118 ausgeformt ist, und durch eine Tellerfeder 123 über ein Druckelement (Zwischenelement) 122 nach unten gedrückt. Das Durchlassloch 130 ist mit einem Dichtungselement 131 (beispielsweise einem O-Ring) zum fluiddichten Abdichten des Spaltes zwischen dem Durchlassloch 130 und dem Stab 120 versehen. Durch ein Vorspannen des Nadelventils 107 nach unten unter Verwendung der Tellerfeder 123 wird der untere Endabschnitt des Nadelventils 107 an den Sitzbereich 125 mit einem festgelegten Druck angedrückt, wodurch das Einspritzloch 108 verschlossen wird.
Der Betätiger 106 ist zwischen dem Nadelventil 107 und dem Trommelhauptkörper 109 vorgesehen. Der Betätiger 106 umfasst einen magnetostriktiven Betätiger 113, der an der Außenseite des Nadelventils 107 angeordnet ist, und eine an der Außenseite des magnetostriktiven Betätigers 113 angeordnete Spule 114. Das untere Ende des magnetostriktiven Betätigers 113 liegt über einen Sitz 115 gegen einen abgestuften Oberflächenabschnitt 132 innerhalb des Trommelhauptkörpers 109 an, während das obere Ende über einen Sitz 116 gegen eine untere Fläche des Zylinderhauptkörpers 117 anliegt.
Eine Tellerfeder 121, die den Zylinder 102 nach unten hin vorspannt, um den Zylinder 102 über den Sitz 116 gegen den magnetostriktiven Betätiger 113 zu drücken, ist oberhalb des Zylinders 102 angeordnet. Die Vorspannkraft dieser Tellerfeder 121 ist größer als die Vorspannkraft der Tellerfeder 123.
Wenn die Spule 114 des Betätigers 106 nicht über einen an der Tommel 101 vorgesehenen externen Anschluss mit Strom versorgt wird, so wird das Nadelventil 107 durch die Tellerfeder 123 nach unten hin vorgespannt und der untere Endabschnitt des Nadelventils 107 somit mit einem festgelegten Druck derart gegen den Sitzabschnitt 125 der Spitze 110 gedrückt, dass das Einspritzloch 108 geschlossen wird. Dementsprechend gelangt der Kraftstoff nicht zum Einspritzloch 108 und die Kraftstoffeinspritzung wird nicht durchgeführt.
Andererseits wird die Spule 114 magnetisiert, wenn der Spule 114 über den externen Anschluss 126 Strom zugeführt wird, und der magnetostriktive Betätiger 113 dehnt sich entsprechend der Magnetkraft (Magnetfeld) aus. Zu diesem Zeitpunkt steht das untere Ende des magnetostriktiven Betätigers 113 über den Sitz 115 mit dem gestuften Oberflächenabschnitt 132 des Trommelhauptkörpers 109 in Kontakt und somit dehnt sich der magnetostriktive Betätiger 113 in einer solchen Weise aus, dass er den Zylinder 102 gegen die Vorspannkraft der Tellerfeder 121 nach oben drückt. Wenn der Zylinder 102 nach oben gedrückt wird, so werden der Kolben 105 und das Nadelventil 107 einstückig durch das viskose Fluid in der unteren Kammer 104 nach oben geschoben (angehoben). Dies führt dazu, dass sich das untere Ende des Nadelventils 107 von dem Sitzabschnitt 125 der Spitze 110 trennt, wodurch das Kraftstoffeinspritzloch 108 geöffnet und somit die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird.
Dieser Kraftstoffeinspritzventiltyp ist beispielsweise auch in der japanischen Übersetzung der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung 2003-512555 offenbart.
Bei dieser Art von Kraftstoffeinspritzventil 100 muss sich die Länge (die Abmessung in eine Richtung nach oben bzw. unten) des magnetostriktiven Betätigers 113 in einem festgelegten Umfang vergrößern, um das maximale Ausmaß der Anhebung sicherzustellen, das beim Nadelventil 107 benötigt wird. Dies führt dazu, dass auch die Trommel 101, das Nadelventil 107 etc. entsprechend den Abmessungen des magnetostriktiven Betätigers 113 in Längsrichtung größere Abmessungen aufweisen müssen.
Wie bereits beschrieben wurde, ist bei einem Mechanismus, der ein längliches Element umfasst, eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Bestandteilen (eine unterschiedliche Änderung der Abmessungen aufgrund einer thermischen Expansion oder thermischen Kontraktion) problematisch. Insbesondere ist beim Kraftstoffeinspritzventil 100 das Ausmaß der Anhebung des Nadelventils 107, oder, anders gesagt, das Ausmaß der Verschiebung des Betätigers 106 (das Ausmaß der Verlängerung des magnetostriktiven Betätigers 113) vergleichsweise klein (beispielsweise einige zehn μm) und somit kann selbst ein geringfügiger Wärmeausdehnungsunterschied den Betrieb beeinträchtigen.
Wenn also bei dem in 7 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil 100 eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Elementen auftritt, so werden Maßnahmen getroffen, um eine Bewegung des viskosen Fluids zwischen der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 durch einen kleinen Spalt (Abstand) zwischen der Innenfläche des Zylinders 102 und der Außenfläche des Kolbens 105 zu ermöglichen.
Wenn beispielsweise die Wärmeausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 113 größer ist als die Wärmeausdehnung des Nadelventils 107, so wird eine Kraft erzeugt, die den Zylinder 102 mit Geschwindigkeit anhebt, die viel geringer ist als die Antriebsgeschwindigkeit des Betätigers 106 (Geschwindigkeit der durch die Magnetfeldveränderung hervorgerufenen Längsdehnung des magnetostriktiven Betätigers 113), wobei sich aber gleichzeitig das in der unteren Kammer 104 befindliche viskose Fluid durch den Abstand zwischen dem Zylinder 102 und dem Kolben 105 in die obere Kammer 103 bewegt. Dies führt dazu, dass sich der Zylinder 102 relativ zum Kolben 105 derart nach oben bewegt, dass die unterschiedliche Wärmeaus dehnung zwischen dem Nadelventil 107 und dem magnetostriktiven Betätiger 113 absorbiert wird. Hierdurch werden die Positionen des Kolbens 105 und des Nadelventils 107 konstant gehalten und der Betrieb wird nicht beeinträchtigt.
Wenn hingegen der Zylinder 102 durch eine Längsausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 113 angehoben wird, um eine Kraftstoffeinspritzung durch das Einspritzloch 108 durchzuführen, so wird der Zylinder 102 mit einer Geschwindigkeit angehoben, die viel höher ist als die genannte Geschwindigkeit, und somit steigt die Druckansteiggeschwindigkeit des viskosen Fluids in der unteren Kammer 104 wesentlich über die Druckansteiggeschwindigkeit während der oben beschriebenen Wärmeausdehnung an. Zu diesem Zeitpunkt agiert das viskose Fluid in der unteren Kammer 104 wie ein Festkörper und bewegt sich nicht durch den Abstand zwischen dem Zylinder 102 und dem Kolben 105 zur oberen Kammer 163. Stattdessen werden der Kolben 105 und das Nadelventil 107 einstückig mit dem Zylinder 102 angehoben, und die Kraftstoffeinspritzung wird durchgeführt.
Allerdings besteht bei dem Kraftstoffeinspritzventil 100, bei dem das viskose Fluid sich durch den Abstand zwischen dem Zylinder 10 und dem Kolben 105 in der oben beschriebenen Weise bewegt, ein Problem darin, dass Unterschiede in der Absorptionsleistung der Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Produkten (den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen) auftreten.
Die folgenden Punkte können als Gründe hierfür angeführt werden.

Grund 1: Bei den einzelnen Produkten treten Unterschiede im Abstand zwischen der Innenfläche des Zylinders 102 und der Außenfläche des Kolbens 105 auf, die durch Schwierigkeiten bei der Steuerung und Aufrechterhaltung des Abstands mit einem vergleichsweise hohem Präzisionsgrad auftreten. Maßnahmen, die getroffen werden können, um dieses Problem zu vermeiden, umfassen eine Erhöhung der Endbearbeitungspräzision des Zylinders 102 und des Kolbens 105 oder eine Vereinheitlichung des Abstands durch Messen der Abmessungen des Zylinders 102 und des Kolbens 105 und Auswahl geeigneter Kombinationen hiervon, wobei sich allerdings bei der Durchführung solcher Maßnahmen negative Auswirkungen auf die Produktivität, etwa eine Erhöhung der Kosten und des Arbeitsaufwands, nicht vermeiden lassen.
Grund 2: Abweichungen in der Zylindrizität (Zirkularität) der Innenfläche des Zylinders 102 und der Außenfläche des Kolbens 105, Variationen (Abweichungen) bei der Konzentrizität des Zylinders 102 und des Kolbens 105, Abweichungen (Neigung) der Mittelachse des Zylinders 102 relativ zur Mittelachse des Kolbens 105 etc. unterscheiden sich bei den einzelnen Produkten, was dazu führt, dass Unterschiede im Abstand bei den einzelnen Produkten auftreten.
Grund 3: Veränderung der Abmessungen mit der Zeit, weil ein Gleiten etc. des Zylinders 102 und des Kolbens 105 bei den einzelnen Produkten unterschiedlich ausfällt und somit im Einsatz Unterschiede der Abstände der einzelnen Produkte größer werden.
Grund 4: Die Viskosität des viskosen Fluids verändert sich, weil Abreibungspartikel, welche durch das Gleiten von Zylinder 102 und Kolben 105 erzeugt werden, in das viskose Fluid gelangen, wobei sich diese Veränderung der Viskosität bei den einzelnen Produkten unterscheidet. Dies führt dazu, dass im Einsatz voneinander abweichende Leistungen bei der Absorption von Wärmeausdehnungsunterschieden auftreten.

Das oben beschrieben Kraftstoffeinspritzventil 100 weist zudem die folgenden Probleme auf.
Bei dem Kraftstoffeinspritzventil 100 ist das Gesamtvolumen der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 im Zylinder 102 selbst dann konstant, wenn sich der Kolben 105 bewegt. Wenn sich das viskose Fluid durch Wärme um einen größeren Betrag ausdehnt als der Zylinder 102, so steigt der Druck des viskosen Fluids im Zylinder 102 an, wodurch sich Probleme ergeben, weil es etwa zu einem Ausrücken oder Zerreißen von Dichtungselementen 129, 131 kommen kann, wodurch das viskose Fluid aus der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 auslaufen kann, oder es kommt zu einem Ausrücken des Stopfens, der den Einspritzdurchlass zum Einspritzen des viskosen Fluids verschließt, so dass das viskose Fluid hier abfließen kann.
Genauer gesagt bedeutet dies, dass die tatsächliche Veränderung des Volumens des viskosen Fluids aufgrund seiner Wärmeausdehnung von der Veränderung des Gesamtvolumens der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 aufgrund der Wärmeausdehnung des Zylinders 102 nahezu um einen zweistelligen Betrag abweicht. Wenn das viskose Fluid und der Zylinder 102 sich durch eine Erhöhung der Gesamttemperatur des Kraftstoffeinspritzventils 100 aufgrund von vom Zylinderkopf kommender Wärme o. ä. im wesentlichen auf dieselbe Temperatur erwärmen, so ist die Wärmeausdehnung des viskosen Fluids groß, während der Zylinder 102 nicht in großem Umfang einer Wärmeausdehnung unterworfen ist. Dies führt dazu, dass das Gesamtvolumen der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 nicht wesentlich ansteigt, so dass das im wesentlichen nicht komprimierbare viskose Fluid versucht, aus der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 zu entweichen.
Die obere Kammer 103 und die untere Kammer 104 sind hier allerdings vollständig entlüftet und somit steigt der Innendruck des Zylinders 102 an, was dazu führt, dass das ausgedehnte viskose Fluid die vergleichsweise schwachen Dichtungselemente 129, 131 zur luftdichten Abdichtung der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104, den den Einspritzdurchlass verschließenden Stopfen etc. durchbricht und hier ausströmt. Der Grund für die vollständige Entlüftung der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104 besteht übrigens darin, dass bei einem Vorhandensein von Luftblasen innerhalb der oberen Kammer 103 und der unteren Kammer 104, die Luftblasen bei einer Ausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 113 zum Anheben des Zylinders 102 komprimiert würden. Dies würde dazu führen, dass der Kolben 105 nicht einstückig mit dem Zylinder 102 angehoben würde, was zu einer Verzögerung oder zu Schwierigkeiten beim Anheben des Nadelventils 107 führen würde.
Um ein solches Überfließen des viskosen Fluids aufgrund seiner Wärmeausdehnung zu verhindern, können für das viskose Fluid und den Zylinder 102 Komponenten eingesetzt werden, die einen im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Allerdings gibt es in Wirklichkeit kaum derartige Komponenten. Bei den tatsächlich erhältlichen Materialien und Substanzen, die als viskoses Fluid und Zylinder 102 eingesetzt werden, existiert eine zumindest im einstelli gen Bereich unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem viskosen Fluid und dem Zylinder 102.
Weitere Ausführungsbeispiele von Kraftstoffeinspritzventilen mit einem Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede sind in dem vorveröffentlichten Dokument DE 43 06 072 A1 und in den zwischenveröffentlichten Dokumenten EP 1 519 037 A1 , DE 103 21 693 A1 , DE 103 32 088 A1 und EP 1 538 331 A1 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Absorptionsmechanismus für Wärmeausdehnungsunterschiede vorzusehen, bei dem die Unterschiede in der Absorptionsleistung der einzelnen Produkte bei der Absorption der Wärmeausdehnungsunterschiede gering sind und der in der Lage ist, eine geeignete Absorptionsleistung bei der Absorption der Wärmeausdehnungsunterschiede zuverlässig zu erzielen, sowie darin, ein Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, das diesen Mechanismus umfasst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Absorptionsmechanismus für Wärmeausdehnungsunterschiede vorzusehen, der in der Lage ist, ein Überströmen von viskosem Fluid aus einer Kammer zu verhindern, wenn sich das viskose Fluid durch Wärme ausdehnt, und darin, ein Kraftstoffeinspritzventil vorzusehen, das diesen Mechanismus umfasst.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede mit einem Zylinder, der gleitbeweglich in einem Gehäuse angeordnet ist, einem Kolben zum Unterteilen des Inneren des Zy linders in zwei Kammern und einem viskosen Fluid, das jeweils in die beiden Kammern aufgegeben wird. Der Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede bewegt den Kolben durch das viskose Fluid, indem er den Zylinder in eine Gleitbewegung versetzt. Mit derjenigen der beiden Kammern, in der der Innendruck ansteigt, wenn der Zylinder oder der Kolben in eine Gleitbewegung versetzt wird, ist eine Luftkammer über einen Drosselabschnitt verbunden. Der Strömungswiderstand des Drosselabschnitts wird so eingestellt, dass das viskose Fluid bei einer festgelegten Druckansteiggeschwindigkeit oder einer höheren Druckansteiggeschwindigkeit, die in der Kammer erzeugt wird, wenn der Zylinder oder Kolben zum Gleiten gebracht wird, nicht mehr durch den Drosselabschnitt strömt, während bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die unter dieser Geschwindigkeit liegt und die in der Kammer erzeugt wird, wenn sich das viskose Fluid durch Wärme ausdehnt, das ausgedehnte Fluid den Drosselabschnitt passiert.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede aufweist, welcher einen Zylinder umfasst, der gleitbeweglich in einer Trommel angeordnet ist, einen Kolben zur Unterteilung des Inneren des Zylinders in zwei Kammern, ein viskoses Fluid, das jeweils in die beiden Kammern aufgegeben wird, einen Betätiger, der den Zylinder in eine Gleitbewegung versetzt, und ein Nadelventil, das mit dem Kolben verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil hebt das Nadelventil mit Hilfe des viskosen Fluids und des Kolbens an, indem der Betätiger den Zylinder in eine Gleitbewegung versetzt. Eine Luftkammer ist über einen Drosselabschnitt mit derjenigen der beiden Kammern verbunden, in der der Innendruck ansteigt, wenn der Zylinder durch den Betätiger in eine Gleitbewegung versetzt wird. Der Strömungswiderstand des Drosselabschnitts ist so eingestellt, dass das viskose Fluid bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die in der Kammer erzeugt wird, wenn der Zylinder durch den Betätiger in eine Gleitbewegung versetzt wird, den Drosselabschnitt nicht passiert, während bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die unter dieser Geschwindigkeit liegt und in der Kammer erzeugt wird, wenn sich das viskose Fluid thermisch ausdehnt, das ausgedehnte Fluid den Drosselabschnitt passiert.
Hierbei kann der Betätiger den Zylinder in eine Gleitbewegung nach oben versetzen, der Kolben kann das Innere des Zylinders vertikal in eine obere Kammer und eine untere Kammer unterteilen, die Luftkammer kann oberhalb der oberen Kammer angeordnet sein und der Drosselabschnitt kann durch einen ersten Drosselabschnitt, der die untere Kammer und die obere Kammer miteinander verbindet, und einen zweiten Drosselabschnitt gebildet sein, der die obere Kammer mit der Luftkammer verbindet. Der Strömungswiderstand des ersten Drosselabschnitts kann so eingestellt werden, dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die in der unteren Kammer erzeugt wird, wenn der Zylinder durch den Betätiger in eine Gleitbewegung versetzt wird, das viskose Fluid den ersten Drosselabschnitt nicht passiert, und dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die unter dieser Geschwindigkeit liegt und in beiden Kammern erzeugt wird, wenn sich das viskose Fluid thermisch ausdehnt, das ausgedehnte viskose Fluid den ersten Drosselabschnitt passiert.
Zudem kann der Strömungswiderstand des ersten Drosselabschnitts auf einen geringeren Wert als der Strömungswiderstand des zweiten Drosselabschnitts eingestellt werden.
Im übrigen können die Drosselabschnitte und die Luftkammer im Inneren des Zylinders und/oder des Kolbens vorgesehen werden.
Zudem kann der Betätiger einen magnetostriktiven Betätiger oder einen elektrostriktiven Betätiger umfassen.
Darüber hinaus können erste Vorspannmittel zum Vorspannen des Zylinders in eine Richtung, in der der Zylinder gegen den Betätiger gedrückt wird, und zweite Vorspannmittel zum Vorspannen des Nadelventils in eine Ventilschließrichtung vorgesehen werden.
1 ist eine Schnittdarstellung eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Absorptionsmechanismus für Dehnungsunterschiede aufweist.
2 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht der 1.
3 ist eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst.
4 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von 3.
5 ist eine Schnittansicht, die ein abgewandeltes Beispiel des Drosselabschnitts und eine Luftkammer zeigt.
6 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die ein weiteres abgewandeltes Beispiel zeigt.
7 ist eine Schnittansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil zeigt, das vorab von dem vorliegenden Erfinder entwickelt wurde.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden im einzelnen auf der Grundlage der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von gasförmigem Kraftstoff, beispielsweise unter Druck stehendem Erdgas (CNG), Propangas oder Wasserstoff in die Brennkammer eines Motors eingesetzt.
Wie sich 1 entnehmen lässt, umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil 1, das kein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, einen Zylinder (Kammer) 3, der beweglich (gleitbeweglich) innerhalb einer vergleichsweise langen Trommel (Gehäuse) 2 angeordnet ist, einen Kolben 7, der beweglich innerhalb des Zylinders 3 angeordnet ist und das Innere des Zylinders 3 in eine obere Kammer 5 und eine untere Kammer 6 unterteilt, ein nicht verdichtbares viskoses Fluid, das in die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 aufgegeben wird, einen Betätiger 9 zum Anheben (Bewegen) des Zylinders 3 und ein Nadelventil 10, das mit dem Kolben 7 verbunden ist. Wenn der Betätiger 9 den Zylinder 3 anhebt, so wird das Nadelventil 10 durch das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 und den Kolben 7 nach oben bewegt (angehoben), wodurch ein Einspritzloch (Öffnung) 11, das in dem vorderen Ende (unteren Ende) der Trommel 2 ausgebildet ist, so geöffnet wird, dass hierdurch Kraftstoff eingespritzt wird.
Die Trommel 2 ist im wesentlichen vertikal in einem nicht dargestellten Zylinderkopf des Motors angeordnet und umfasst einen Trommelhauptkörper 2a, eine Spitze 2b, die über eine Verriegelungsmutter 12 einstückig mit dem unteren Ende des Trommelhauptkörpers 2a ausgebildet ist, und eine Kappe 2c, die auf das obere Ende des Trommelhauptkörpers 2a aufgeschraubt wird. Mehrere Einspritzlöcher 11 sind radial im unteren Ende der Spitze 2b ausgeformt und ein Kraftstoffeinlass 13 zum Einführen von Kraftstoff in den Trommelhauptkörper 2a ist in der Kappe 2c ausgebildet.
Der Zylinder 3 ist innerhalb des Trommelhauptkörpers 2a so gehaltert, dass er in der Lage ist, in eine Längsrichtung (nach oben/unten) zu gleiten. Der Zylinder 3 wird durch einen zylinderförmigen Zylinderhauptkörper 3a mit geschlossenen Enden gebildet, wobei eine Zylinderkappe 3b auf das obere Ende des Zylinderhauptkörpers 3a aufgeschraubt ist. Der Zylinderhauptkörper 3a und die Zylinderkappe 3b sind durch ein Dichtungselement 14 (im vorliegenden Fall durch einen O-Ring) miteinander dicht verbunden.
Der Kolben 7 ist innerhalb des Zylinders 3 so angeordnet, dass er in der Lage ist, sich in dieselbe Richtung (nach oben/unten) zu bewegen, in der der Zylinder 3 gleitet. Der Innenraum des Zylinders 3 ist durch den Kolben 7 in die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 unterteilt. Das nicht komprimierbare viskose Fluid (beispielsweise Silikonöl) wird in die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 aufgegeben.
Das Nadelventil 10 ist mit dem unteren Ende des Kolbens 7 verbunden und wird durch einen Stab 10a, der sich durch ein Durchgangsloch 33 erstreckt, das in der Bodenwand des Zylinderhauptkörpers 3a ausgebildet ist, sowie durch eine Nadel 10b gebildet, die einstückig am unteren Ende des Stabs 10a angebracht ist. Der untere Endabschnitt der Nadel 10b liegt gegen einen Sitzabschnitt 30 an, der in der Spitze 2b ausgebildet ist. Ein Dichtungselement 17 (im vorliegenden Fall ein O-Ring) zum Abdichten des Durchgangslochs 33 und des Stabs 10a in fluiddichter Weise ist in dem Durchgangsloch 33 ausgebildet.
Ein Stab 15 mit großem Durchmesser, der sich nach oben durch ein Durchgangsloch 18 erstreckt, welches in der Zylinderkappe 3b ausgebildet ist, und ein Stab 16 mit kleinem Durchmesser, der sich von dem oberen Ende des Stabes 15 mit großem Durchmesser aus nach oben erstreckt, sind einstückig am oberen Ende des Kolbens 7 ausgebildet. Ein Dichtungselement 19 (im vorliegenden Fall ein O-Ring) zum Abdichten des Durchgangslochs 18 und des Stabs 15 mit großem Durchmesser in einer fluiddichten Weise ist im Durchgangsloch 18 angeordnet.
Der Betätiger 9 ist zwischen dem Nadelventil 10 und dem Trommelhauptkörper 2a vorgesehen. Der Betätiger 9 umfasst einen magnetostriktiven Betätiger 9a, der am Umfang des Stabs 10a des Nadelventils 10 mit einem festgelegten Abstand zum Stab 10a angeordnet ist, und eine Spule 9b, die am Umfang des magnetostriktiven Betätigers 9a mit einem festgelegten Abstand zum magnetostriktiven Betätiger 9a angeordnet ist. Das untere Ende des magnetostriktiven Betätigers 9a liegt gegen einen gestuften Oberflächenabschnitt 20 innerhalb des Trommelhauptkörpers 2a über einen Sitz 22 an, während das obere Ende gegen die untere Oberfläche des Zylinders 3 über einen Sitz 23 anliegt.
Ein erstes Vorspannelement 25 (im vorliegenden Fall eine Schraubenfeder) zum Vorspannen des Zylinders nach unten, so dass er gegen den Sitz 23 und den magnetostriktiven Betätiger 9a drückt, und ein zweites Vorspannelement 26 (im vorliegenden Fall eine Schraubenfeder) zum Vorspannen des Nadelventils 10 über den Stab 15 mit großem Durchmesser und den Kolben 7 nach unten (in eine Ventilschließrichtung) sind zwischen der Oberseite des Zylinders 3 und der Kappe 2c vorgesehen. Die Federn 25, 26 sind so angeordnet, dass sie durch die Kappe 2c mit einer festgelegten Last zusammengedrückt werden. Im übrigen ist die Vorspannkraft der Feder 25 größer als die Vorspannkraft der Feder 26.
Im folgenden werden Merkmale des Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie sich 2 entnehmen lässt, umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Dichtungselement 27 zum vollständigen Abdichten des Spalts zwischen der Innenoberfläche des Zylinders 3 (Zylinderhauptkörpers 3a) und der Außenoberfläche des Kolbens 7. Anders gesagt, wird bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 das viskose Fluid vollständig daran gehindert, sich durch einen zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 vorhandenen Spalt zwischen der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 zu bewegen. Jedes beliebige Element, das eine Relativbewegung zischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 ermöglicht, während es den Spalt zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 abdichtet, kann als Dichtungselement 27 eingesetzt werden. Beispielswiese können ein Gummi-O-Ring, ein Dichtungsring, eine Metalldichtung, eine Membran-/Balg-Dichtung oder eine andere Dichtung zum Einsatz kommen.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 umfasst zudem ein Verbindungsloch 29, das durch den Kolben 7 in einer Richtung nach oben/unten hindurch verläuft ist, um die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 miteinander zu verbinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Verbindungslöcher 29 ausgebildet, zwischen denen ein Spalt von 180° in Umfangsrichtung des Kolbens 7 vorgesehen ist. Anstatt den Abstand zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 vollständig zu blockieren (abzudichten), ist somit im Kolben 7 ein gesonderter Durchlass für die Bewegung eines viskosen Fluids (die Verbindungslöcher 29) im Kolben 7 ausgebildet. Im übrigen muss die Anzahl an Verbindungslöchern 29 nicht unbedingt zwei betragen; es können auch ein, drei oder mehr Verbindungslöcher vorgesehen sein.
Die Größe und/oder Form der Verbindungslöcher 29 ist so festgelegt, das dann, wenn aufgrund einer durch einen Temperaturunterschied oder einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten (Materialunterschied) zwischen den Elementen, beispielsweise der Trommel 2, dem Betätiger 9 (insbesondere dem magnetostriktiven Betätiger 9a) und dem Nadelventil 10 eine unterschiedlichen Wärmeausdehnung (ein Unterschied in der Veränderung der Abmessungen aufgrund der thermalen Expansion oder thermalen Kontraktion) eine Kraft erzeugt wird, die den Zylinder 3 oder den Kolben 7 mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche unter der Antriebsgeschwindigkeit des Betätigers 9 (der Längsdehnungsgeschwindigkeit des magnetostriktiven Betätigers 9a durch eine Veränderung des Magnetfeldes) liegt, das viskose Fluid sich durch die Verbindungslöcher 29 zwischen der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 bewegen kann, während dann, wenn eine Kraft, die den Zylinder 3 mit einer Geschwindigkeit bewegt, die größer ist als die Kraft, welche durch die erwähnte unterschiedliche Wärmeausdehnung erzeugt und durch den Betätiger 9 hervorgerufen wird, das viskose Fluid nicht der Lage ist, die Ver bindungslöcher 29 zu passieren. Die Größe, Form, Anzahl etc. der Verbindungslöcher 29 wird in geeigneter Weise auf der Grundlage der Antriebseigenschaften (Antriebsgeschwindigkeit etc.) des Betätigers 9, der Eigenschaften des viskosen Fluids (Viskosität etc.) usw. festgelegt.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der durch den Kraftstoffeinlass 13 in der Kappe 2c in den Trommelhauptkörper 2a eingelassene Kraftstoff strömt durch einen Spalt zwischen dem Stab 16 mit kleinem Durchmesser und der Kappe 2c, einen Spalt zwischen dem Zylinder 3 und dem Trommelhauptkörper 2a, einen Spalt zwischen dem Nadelventil 10 und dem magnetostriktiven Betätiger 9a, einen Spalt zwischen dem Nadelventil 10 und der Spitze 2b etc. in den Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b. Der Druck dieses zugeführten Kraftstoffs wird beispielsweise auf etwa 100 bis 250 Bar eingestellt.
Wenn die Spule 9b des Betätigers 9 nicht mit Strom versorgt wird, so wird das Nadelventil durch die Feder 26 nach unten hin vorgespannt und somit wird der untere Endabschnitt des Nadelventils 10 mit einem festgelegten Druck derart gegen den Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b gedrückt, dass die Einspritzlöcher 11 geschlossen werden. Dementsprechend erreicht der Kraftstoff die Einspritzlöcher 11 nicht und eine Kraftstoffeinspritzung wird nicht durchgeführt.
Wenn andererseits ein durch eine nicht in der Zeichnung dargestellte Steuerung (ECU o. ä.) auf einen gewünschten Wert gesteuerter Strom der Spule 9b über einen externen Anschluss 31 zugeführt wird, so erzeugt die Spule 9b ein Magnetfeld mit einer Intensität, die dem zugeführten Strom entspricht.
Wird die Spule 9b magnetisiert, so dehnt sich der magnetostriktive Betätiger 9b in Längsrichtung nach oben/unten um einen Betrag, der der Magnetfeldintensität entspricht. Zu diesem Zeitpunkt steht das untere Ende des magnetostriktiven Betätigers 9a mit dem gestuften Oberflächenabschnitt 20 des Trommelhauptkörpers 2a über den Sitz 22 in Kontakt und somit verlängert sich der magnetostriktive Betätiger 9a derart, dass der Zylinder 3 nach oben gegen die Vorspannkraft der Feder 25 gedrückt wird. Die Längsdehnungsgeschwindigkeit des magnetostriktiven Betätigers 9a oder, anders gesagt, die Geschwindigkeit, mit der der Betätiger 9 den Zylinder 3 antreibt, ist vergleichsweise hoch (beispielsweise etwa einige μm/μs). Wie bereits beschrieben wurde, wird die Größe und/oder Form der Verbindungslöcher 29 so eingestellt, dass dann, wenn der Zylinder 3 durch den Betätiger 9 angetrieben wird, das viskose Fluid nicht in die Verbindungslöcher 29 strömen kann, und somit wirkt das nicht zusammendrückbare viskose Fluid wie ein Festkörper, wenn der magnetostriktive Betätiger 9a den Zylinder 3 anhebt. Wenn also der Zylinder 3 durch den magnetostriktiven Betätiger 9a nach oben gedrückt wird, so werden der Kolben 7 und das Nadelventil 10 einstückig durch das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 nach oben bewegt (angehoben) und die Feder 26 wird verformt. Dies führt dazu, dass das untere Ende des Nadelventils 10 sich vom Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b derart trennt, dass die Einspritzlöcher 11 geöffnet werden, woraufhin der nach oben zum Sitzabschnitt 30 zugeführte unter hohem Druck stehende Kraftstoff durch die Einspritzlöcher 11 als ein Spray nach außen (in die Verbrennungskammer) eingespritzt wird.
Im übrigen kann dann, wenn aufgrund der Wärmeerzeugung in der Spule 9b, der Wärme in der Brennkammer, die durch die Spitze 2b übertragen wird etc. ein Temperaturunterschied zwischen Elementen auftritt oder wenn eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Elementen aufgrund von Unterschieden zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Elemente etc. entsteht, eine Kraft erzeugt werden, die den Zylinder 3 oder den Kolben 7 mit einer Geschwindigkeit (von beispielsweise einigen μm/min), die viel geringer ist als die Antriebsgeschwindigkeit des Betätigers 9, gegen die Vorspannkraft der Federn 25, 26 drückt.
Wenn beispielsweise die Wärmeausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 9 größer ist als die Wärmeausdehnung des Nadelventils 10, so wird eine Kraft erzeugt, die den Zylinder 3 mit einer extrem geringen Geschwindigkeit nach oben drückt. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Innendruck der unteren Kammer 6 ansteigt, so bewegt sich das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 durch die Verbindungslöcher 29 zur Seite der oberen Kammer 5 hin. Wie bereits beschrieben wurde, liegt der Grund hierfür in der Größe und/oder Form der Verbindungslöcher 29, die so gewählt ist bzw. sind, dass dann, wenn eine geringe Antriebskraft durch Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Elementen erzeugt wird, das viskose Fluid in die Verbindungslöcher 29 strömt. Dies führt dazu, dass sich der Zylinder 3 relativ zum Kolben 7 nach oben bewegt, wobei ein Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem Nadelventil 10 und dem magnetostriktiven Betätiger 9a durch diese Relativbewegung absorbiert wird. Somit werden die Positionen des Kolbens 7 und des Nadelventils 10 konstant und der Betrieb wird nicht durch eine fehlerhafte Kraftstoffeinspritzung o. ä. beeinträchtigt. Da der Spalt zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 durch das Dichtungselement 27 abgedichtet ist, bewegt sich das viskose Fluid im übrigen nicht zwischen diese beiden Elemente.
Wenn hingegen die Wärmeausdehnung des Nadelventils 10 größer ist als die Wärmeausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 9a, so wird eine Kraft erzeugt, die den Kolben 7 mit einer extrem langsamen Geschwindigkeit anhebt. Dies führt dazu, dass sich das in der oberen Kammer 5 befindliche viskose Fluid durch die Verbindungslöcher 29 zur Seite der unteren Kammer 6 hin bewegt. Dies führt dazu, dass der Kolben 7 sich relativ zum Zylinder 3 derart nach oben bewegt, dass der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem Nadelventil 10 und dem magnetostriktiven Betätiger 9a absorbiert wird.
Somit bewegt sich bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel das viskose Fluid durch die im Kolben 7 ausgebildeten Verbindungslöcher 29, wenn eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Elementen auftritt und somit kann der Durchlassquerschnitt für das viskose Fluid (die Querschnittfläche der Verbindungslöcher 29) einfach und präzise gesteuert und eingesetzt werden. Dies führt dazu, dass Unterschiede zwischen einzelnen Produkten (den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen) in ihrer Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede reduziert werden können und sich eine geeignete Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede zuverlässig erzielen lässt.
Die Gründe dafür, dass sich die Unterschiede bei der jeweiligen Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Produkten verringern, werden im folgenden unter Verwendung spezifischer numerischer Werte beschrieben.
Wenn zunächst bei dem in 7 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil 100 beispielsweise ein nominaler Durchmesser (Referenzdurchmesser) des Innendurchmessers des Zylinders 102 und der Außendurchmesser des Kolbens 105 auf ⌀ 16 mm, die Endbearbeitungspräzision des Zylinders 102 auf ⌀ 16 mm + 10 bis 20 μm (16,015 mm ± 5 μm) und die Endbearbeitungspräzision des Kolbens 105 auf ⌀ 16 mm –0 bis –5 μm (15,9975 mm ± 2,5 μm) eingestellt wird, so beträgt der Abstand zwischen den beiden Elementen in Richtung des Durchmessers 17,5 μm ± 7,5 μm (10 bis 25 μm). Wenn hier der Gesamtflächenbereich des Abstandes berechnet und in den Flächenbereich eines einzelnen Lochs umgewandelt wird, so weist das Loch einen Durchmesser von ⌀ 0,566 mm für den geringsten Abstand (10 μm) und ⌀ 0,895 mm für den größten Abstand (25 μm) auf. Anders ausgedrückt, wird im Fall der Verbindungslöcher 29 beim Kraftstoffeinspritzventil 1 dieses Ausführungsbeispiels ein großer Herstellungsfehler von etwa 0,25 mm im Durchmesser erzeugt. Natürlich verringert sich dieser Fehler, wenn die Endbearbeitungspräzision des Zylinders 102 und Kolbens 105 ansteigt, wobei dies aber zu einer starken Erhöhung der Herstellungskosten führt, wobei zudem der Präzision eine Obergrenze gesetzt ist.
Auf der anderen Seite ist es bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 dieses Ausführungsbeispiels dann, wenn der nominale Durchmesser der Verbindungslöcher 29 auf 0,5 mm gesetzt wird, vergleichsweise einfach, die Endbearbeitung mit einer typischen Endbearbeitungsvorrichtung auf eine Präzision von beispielsweise 0,5 mm ± 0,05 mm zu setzen. Tatsächlich werden die Einspritzlöcher etc. eines Kraftstoffeinspritzventils für einen Dieselmotor in der Praxis mit einer viel höheren Präzision fertigbearbeitet. In diesem Fall beträgt der Herstellungsfehler der Verbindungslöcher 29 0,10 mm, was weniger als die Hälfte des Fehlers beim oben be schriebenen Kraftstoffeinspritzventil 100 darstellt. Somit können beim Kraftstoffeinspritzventil 1 dieses Ausführungsbeispiels Fehler in der Durchlassfläche für das viskose Fluid wesentlich unter denjenigen beim Kraftstoffeinspritzventil 100 gemäß 7 gesenkt werden. Der Grund hierfür liegt darin, dass man bei dem Kraftstoffeinspritzventil 100 die Abmessungen der beiden Elemente, d. h. des Zylinders 102 und des Kolbens 105, einstellen muss, während bei dem Kraftstoffeinspritzventil des vorliegenden Ausführungsbeispiels allein die Abmessungen der Verbindungslöcher 29 eingestellt werden müssen. Dies führt dazu, dass sich Unterschiede in der jeweiligen Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Produkten verringern.
Wenn der genannte Fehler (0,5 mm ± 0,05 mm) bei den Verbindungslöchern 29 im übrigen in den Abstandsfehler des Kraftstoffeinspritzventils 100 gemäß 7 umgewandelt wird, so wird dieser Fehler etwa 4 μm (± 2 μm) betragen, wenn der nominale Durchmesser des Zylinders 102 und des Kolbens 105 ⌀ 16 mm beträgt, so dass man aus diesem Punkt ebenfalls ersehen kann, dass der Unterschied zwischen den einzelnen Produkten verringert wird.
Zudem kann bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Querschnittsfläche (Durchlassfläche für das viskose Fluid) der Verbindungslöcher 29 mit einem hohen Grad an Präzision endbearbeitet werden und somit kann eine Durchlassfläche, die den Eigenschaften des Betätigers 9 und des viskosen Fluids angepasst ist, zuverlässig erzielt werden. Somit lässt sich eine Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede zuverlässig und effektiv erzielen. Hingegen ist bei dem in 7 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil 100 der Herstellungsfehler des Abstands groß und somit kann es vorkommen, dass der Abstand den Eigenschaften des Betätigers 106 und des viskosen Fluids nicht angepasst ist, was es unmöglich macht, eine angemessene Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede zu erzielen.
Zudem ist bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Abstand zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 durch das Dichtungselement 27 abgedichtet, wodurch sich die Endbearbeitungspräzision des Zylinders 3 und des Kolbens 7 verringern lässt, was zu einer Senkung der Herstellungskosten führt.
Da der Abstand zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 nicht als ein Bewegungsdurchlass für das viskose Fluid dient, wirken sich außerdem Abweichungen der Zylindrizität (Zirkularität) des Zylinders 3 und des Kolbens 7, Abweichungen (Verschiebungen) der Konzentrizität des Zylinders 3 und des Kolbens 7, Abweichungen (Neigung) der Mittelachse des Zylinders 3 und der Mittelachse des Kolbens 7 etc. nicht auf die Absorptionsleistung von Wärmeausdehnungsunterschieden aus. Auch aus diesen Punkten lässt sich ersehen, dass sich die Unterschiede der Absorptionsleistungen für Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den einzelnen Produkten verringern lassen.
Da der Abstand zwischen dem Zylinder 3 und dem Kolben 7 nicht als ein Bewegungsdurchlass für das viskose Fluid genutzt wird, wirken sich außerdem auch mit der Zeit auftretende Abmessungsänderungen des Zylinders 3 und des Kolbens 7 aufgrund der Gleitbewegung etc. nicht auf die Absorptionsleistung für Wärmeausdehnungsunterschiede aus. Auch aus diesem Punkt ergibt sich, dass eine Verringe rung der Unterschiede zwischen der Absorptionsleistung der Wärmeausdehnungsunterschiede der einzelnen Produkte möglich ist.
Darüber hinaus gleiten der Zylinder 3 und der Kolben 7 nicht über das Dichtungselement 27 und somit werden keine Abreibungspartikel erzeugt. Somit treten auch keine Unterschiede in der Absorptionsleistung der Wärmeausdehnungsunterschiede im Zusammenhang mit einer veränderten Viskosität des viskosen Fluids aufgrund eines Eindringens von Reibungspartikeln auf.
Da der Zylinder 3 und der Kolben 7 nicht über das Dichtungselement 27 gleiten, lassen sich auch durch Reibungspartikel hervorgerufenen Fehlfunktionen oder ein Steckenbleiben etc. vermeiden.
Zudem muss bei dem in 7 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil 100 die Außenoberfläche des Kolbens 105 als ein Gleitabschnitt dienen und darüber hinaus den Bewegungsdurchlass für das viskose Fluid bilden, so dass die Länge (Abmessung in der Richtung nach oben/unten) des Kolbens 105 in einem gewissen Ausmaß erhöht werden muss. Bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels muss die Außenoberfläche des Kolbens 7 hingegen nur als Gleitabschnitt dienen und somit kann der Kolben 7 vergleichsweise kurz ausgebildet sein. Dementsprechend lassen sich Größe und Gewicht des Kraftstoffeinspritzventils 1 reduzieren.
Darüber hinaus drückt bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Feder 25 den Zylinder 3 über den Sitz 23 gegen den magnetostriktiven Betätiger 9a und somit können der Zylinder 3 und der magnetostriktive Betätiger 9a jederzeit eine geeignete Relativbeziehung ihrer Position beibehalten. Selbst wenn sich die Länge des magnetostriktiven Betätigers 9a beispielsweise aufgrund einer Abmessungsveränderung (Abflachen etc.) mit Zeit verändert, wird der Zylinder durch die Vorspannkraft der Feder 25 dazu gebracht, sich Zusammen mit der Feder 25 zu bewegen, wodurch eine derartige Abmessungsveränderung absorbiert werden kann.
Im folgenden wird ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert.
Der grundlegende Aufbau eines Kraftstoffeinspritzventils 1' dieses Ausführungsbeispiels ist im übrigen identisch zu dem des in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils 1. Daher wurden identische Bestandteile mit identischen Bezugszeichen versehen und es wurde auf ihre Beschreibung verzichtet, so dass hier nur die Merkmale des vorliegenden Kraftstoffeinspritzventils 1' beschrieben werden.
Wie sich 4 entnehmen lässt, ist eine Luftkammer 40 oberhalb der oberen Kammer 5 des Kraftstoffeinspritzventils 1' angeordnet und diese Luftkammer 40 ist mit der unteren Kammer 6 über einen Drosselabschnitt 41 verbunden. Von den beiden Kammern 5, 6 ist die untere Kammer 6 diejenige Kammer, in der der Innendruck aufgrund der Kompression des viskosen Fluids ansteigt, wenn der Zylinder 3 dazu gebracht wird, sich nach oben zu bewegen. Die Luftkammer 40 nimmt einen Teil des durch Wärme ausgedehnten viskosen Fluids der Kammern 5, 6 durch den Drosselabschnitt 41 auf, wie dies im folgenden beschrieben wird.
Die Luftkammer 40 und der Drosselabschnitt 41 sind im einzelnen so geformt, dass die Luftkammer 40 innerhalb der radialen Dicke der Zylinderkappe 3b ausgebildet ist. Der Drosselabschnitt 41 wird hingegen durch einen ersten Drosselabschnitt 41a (Leerraum) gebildet, der in dem Kolben 7 so ausgebildet ist, dass er die untere Kammer 6 und die obere Kammer 5 miteinander verbindet, wobei ein zweiter Drosselabschnitt 41b (Leerraum) in der Zylinderkappe 3b so ausgebildet ist, dass er die obere Kammer 5 mit der Luftkammer 40 verbindet.
Der zweite Drosselabschnitt 41b ist mit der Luftkammer 40 über ein Verbindungsloch 42 verbunden. Im einzelnen ist der mit der oberen Kammer 5 verbundene zweite Drosselabschnitt 41b in der Zylinderkappe 3b ausgebildet und das Verbindungsloch 42, das einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Drosselabschnitt 41b, ist in Verbindung mit dem zweiten Drosselabschnitt 41b ausgebildet. Zudem ist in Verbindung mit dem zweiten Verbindungsloch 42 ein Schraubloch 43 mit einem größeren Durchmesser als das Verbindungsloch 42 so ausgebildet, dass es zur Oberseite der Zylinderkappe 3b hin mündet.
Ein Stopfen 44, an dessen Unterseite die Luftkammer 40 ausgebildet ist, wird in das Schraubloch 43 eingeschraubt. Hierdurch wird die Luftkammer 40 mit der oberen Kammer 5 über das Verbindungsloch 42 und den zweiten Drosselabschnitt 41b verbunden. Das (durch Punkte dargestellte) viskose Fluid in der oberen Kammer 5 gelangt in einen Teil des zweiten Drosselabschnitts 41b, das Verbindungsloch 42 und das Schraubloch 43, wobei jedoch aufgrund der Schwerkraft kein viskoses Fluid in die darüberliegende Luftkammer 40 gelangt.
Wie bereits beschrieben wurde, ist der erste Drosselabschnitt 41a im Kolben 7 ausgebildet und somit ist die untere Kammer 6 mit der oberen Kammer 5 über den ersten Drosselabschnitt 41a und mit der Luftkammer 40 über den zweiten Drosselabschnitt 41b verbunden.
Bei dem dargestellten Beispiel sind jeweils zwei erste Drosselabschnitte 41a und zweite Drosselabschnitte 41b in Intervallen von 180° ausgebildet.
Zudem ist das Dichtungselement 27 zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens 7 und der Innenumfangsfläche des Zylinderhauptkörpers 3a zum Abdichten des Spalts zwischen dem Kolben 7 und dem Zylinderhauptkörper 3a in fluiddichter Weise angeordnet. Somit strömt das viskose Fluid in der oberen Kammer 5 und das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 nur durch den ersten Drosselabschnitt 41a.
Der Strömungswiderstand (Abmessungen/Form) des ersten Drosselabschnitts 41a wird so eingestellt, dass bei einer relativ langsamen Druckansteiggeschwindigkeit, die in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 erzeugt wird, wenn sich das viskose Fluid in den Kammern 5, 6 aufgrund von Wärme ausdehnt, das expandierte viskose Fluid den ersten Drosselabschnitt 41a passiert, und dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die über der genannten Geschwindigkeit liegt und die in der unteren Kammer 6 erzeugt wird, wenn der Zylinder 3 durch den Betätiger 9 (durch eine Längsdehnung des magnetostriktiven Betätigers 9a) nach oben gehoben wird, das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 den ersten Drosselabschnitt 41a nicht passiert. Tatsächlich werden die Abmessungen, Form, Anzahl etc. des ersten Drosselabschnitts 41a in geeigneten Experimenten, Simulationen etc. auf der Grundlage der Antriebsbedingungen (Antriebsgeschwindigkeit usw.) des Betätigers 9, der Eigenschaften (Viskosität usw.) des viskosen Fluids etc. festgelegt.
Der Strömungswiderstand des ersten Drosselabschnitts 41a wird so eingestellt, dass er kleiner ist als der Strömungswiderstand des zweiten Drosselabschnitts 41b. Im einzelnen ist dabei der Lochdurchmesser des ersten Drosselabschnitts 41a größer als der Lochdurchmesser des zweiten Drosselabschnitts 41b.
Das Verfahren beim Einführen des viskosen Fluids in den Zylinder 3 besteht darin, dass der Zylinderhauptkörper 3a vertikal ausgerichtet, die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 mit viskosem Fluid befüllt und die Zylinderkappe 3b, bei der der Stopfen 44 nicht am Schraubloch 43 angebracht ist, an den Zylinderhauptkörper 3a angeschraubt wird, während das viskose Fluid überströmt. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 Luftblasen vorhanden sind, im wesentlichen gleich null. Sodann wird mehr viskoses Fluid durch das Schraubloch 43 derart in die obere Kammer 5 eingefüllt, dass das Innere des Zylinders 3 vollständig entlüftet wird. Schließlich wird der Stopfen 44 in das Schraubloch 43 eingeschraubt und fixiert. Die Baugruppe aus Zylinder 3 und Kolben 7 ist nun vollständig.
Im folgenden wird nun die Einspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 1' und die Absorption der Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen Elementen beschrieben.
Der Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinlass 13 der Kappe 2c in 3 in den Trommelhauptkörper 2a eingeführt wird, strömt durch den Spalt zwischen dem Stab 16 mit kleinem Durchmesser und der Kappe 2c, den Spalt zwischen dem Zylinder 3 und dem Trommelhauptkörper 2a, den Spalt zwischen dem Nadelventil 10 und dem magnetostriktiven Betätiger 9a, den Spalt zwischen dem Nadelventil 10 und der Spitze 2b etc. in den Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b. Der Druck dieses zugeführten Kraftstoffs wird beispielsweise auf etwa 100 bis 250 Bar eingestellt.
Wenn der Spule 9b des Betätigers 9 Strom zugeführt wird, so wird das Nadelventil 10 durch die Feder 26 nach unten vorgespannt und somit wird der untere Endabschnitt des Nadelventils 10 mit einem festgelegten Druck derart gegen den Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b gedrückt, dass die Einspritzlöcher 11 geschlossen werden. Dementsprechend erreicht der Kraftstoff die Einspritzlöcher 11 nicht und eine Kraftstoffeinspritzung wird nicht durchgeführt.
Wenn andererseits der Spule 9b über den am Trommelhauptkörpers 2a ausgebildeten externen Anschluss 31 ein durch eine Steuerung (ECU oder ähnliches) auf einen gewünschten Wert gesteuerter Strom zugeführt wird, so erzeugt die Spule 9b ein Magnetfeld mit einer Intensität, die dem zugeführten Strom entspricht.
Wird die Spule 9b magnetisiert, so dehnt sich der magnetostriktive Betätiger 9b in Längsrichtung nach oben bzw. unten um eine Länge, die der Intensität des Magnetfeldes entspricht. Zu diesem Zeitpunkt steht das untere Ende des magnetostriktiven Betätigers 9a über den Sitz 22 in Kontakt mit dem gestuften Oberflächenabschnitt 20 des Trommelhauptkörpers 2a und somit verlängert sich der magnetostriktive Betätiger 9a in einer solchen Weise, dass der Zylinder 3 gegen die Vorspannkraft der Federn 25, 26 nach oben gedrückt wird. Die Verlängerungsgeschwindigkeit des magnetostriktiven Betätigers 9a oder, anders gesagt, die Geschwindigkeit, mit der der Betätiger 9 den Zylinder 3 antreibt, ist vergleichsweise hoch (beispielsweise etwa mehrere μm/μs).
Wie sich der obigen Beschreibung entnehmen lässt, erreicht in diesem Fall die Druckerhöhungsgeschwindigkeit innerhalb der unteren Kammer 6 einen festgelegten Wert oder übersteigt diesen und somit agiert das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 wie ein Festkörper und passiert nicht den ersten Drosselabschnitt 41a. Somit werden der Kolben 7 und das Nadelventil 10 einstückig durch das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 nach oben bewegt (angehoben), wenn der Zylinder 3 durch den magnetostriktiven Betätiger 9a nach oben geschoben wird, und die Federn 25, 26 werden verformt. Dies führt dazu, dass sich das untere Ende des Nadelventils 10 sich von dem Sitzabschnitt 30 der Spitze 2b derart trennt, dass die Einspritzlöcher 11 geöffnet werden, woraufhin der bis zum Sitzabschnitt 30 zugeführte Hochdruckkraftstoff von den Einspritzlöchern 11 nach außen (in die Verbrennungskammer) als ein Spray eingespritzt wird.
Wenn ein Wärmeausdehnungsunterschied zwischen Elementen auftritt, beispielsweise wenn die Wärmeausdehnung des magnetostriktiven Betätigers 9a größer ist als die Wärmeausdehnung des Nadelventils 10, so wird nun eine Kraft erzeugt, die dazu führt, dass der Zylinder 3 durch die Wärmeausdehnung des mangetostriktiven Betätigers 9a angehoben wird, und der Innendruck der unteren Kammer 6 steigt langsam an (mit einer Geschwindigkeit, die der durch den Betätiger 9 erzeugten Druckansteiggeschwindigkeit entspricht oder darunter liegt). Zu diesem Zeitpunkt strömt das in der unteren Kammer 6 befindliche viskose Fluid durch den ersten Drosselabschnitt 41a derart in die obere Kammer 5, dass die Position des Kolbens 7 sich nicht verändert und alleine der Zylinder 3 angehoben wird. Dies führt dazu, dass das mit dem Kolben 7 verbundene Nadelventil 10 nicht durch den Wärmeausdehnungsunterschied zwischen dem magnetostriktiven Betätiger 9a und dem Nadelventil 10 angehoben wird.
Die Operation des Kraftstoffeinspritzventils 1' gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im folgenden beschrieben.
Wenn das gesamte Kraftstoffeinspritzventil 1' durch beispielsweise vom Zylinderkopf o. ä. stammende Wärme erwärmt wird, so werden der Zylinder 3 und das in seinem Innere befindliche viskose Fluid auf im wesentlichen dieselbe Temperatur erwärmt. Da das viskose Fluid (Silikonöl o. ä.) einen um bis zu zwei Stellen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Zylinder 3 (Metall vom Eisen-Typ) kann das Volumen des viskosen Fluids nicht durch das Volumen der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 aufgenommen werden und somit steigt der Innendruck in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 graduell an.
Hierbei sind die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 durch den ersten Drosselabschnitt 41a miteinander verbunden, der einen größeren Durchmesser besitzt als der zweite Drosselabschnitt 41b, und somit dehnt sich das viskose Fluid in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 durch die Wärme im wesentlichen integral aus, was dazu führt, dass der Innendruck in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 graduell ansteigt. Wenn der Innendruck in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 mit einer solchen vergleichsweise geringen Geschwindigkeit ansteigt, strömt ein Teil des ausgedehnten viskosen Fluids durch den zweiten Drosselabschnitt 41b in die Luftkammer 40, wie dies oben beschrieben wurde. Dies führt dazu, dass der Innendruck der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 fällt und somit lässt sich eine Beschädigung der Dichtungen 17, 19 und des Stopfens 44 aufgrund der Wärmeausdehnung des viskosen Fluids vermeiden.
Wenn andererseits der Zylinder 3 durch den magnetostriktiven Betätiger 9a angehoben wird, um das Nadelventil 10 zu öffnen, so steigt der Druck des viskosen Fluids in der unteren Kammer 6 schnell mit einer Geschwindigkeit an, die über derjenigen des erwähnten Druckanstiegs aufgrund der Wärmeausdehnung des viskosen Fluids liegt. Somit passiert das viskose Fluid in der unteren Kammer 6 nicht den ersten Drosselabschnitt 41a und der Kolben 7 wird einstückig mit dem Zylinder 3 angehoben, wie dies oben beschrieben ist. Dies führt dazu, dass es zu diesem Zeitpunkt zu nahezu keinem Druckanstieg in der oberen Kammer 5 kommt, und das viskose Fluid in der oberen Kammer 5 strömt nicht durch den zweiten Drosselabschnitt 41b in die Luftkammer 40.
Wenn zwischen dem Innendruck der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 während der Wärmeausdehnung des viskosen Fluids ein Unterschied auftritt, strömt im übrigen das viskose Fluid in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 so durch den Drosselabschnitt 41a, dass die Innendruckdifferenz zwischen der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 ausgeglichen wird, wobei im wesentlichen gleichzeitig das viskose Fluid durch den zweiten Drosselabschnitt 41b in die Luftkammer 40 strömt. Hierbei weist der erste Drosselabschnitt 41a einen größeren Durchmesser auf als der zweite Drosselabschnitt 41b und somit strömt das viskose Fluid leichter durch diesen Abschnitt, was zu einer erhöhten Strömungsrate führt. Dementsprechend hat der Ausgleich der Innendruckdifferenz durch ein Passieren des ersten Drosselabschnitts 41a hier Vorrang gegenüber der Absorption der Wärmeausdehnung durch Passieren des zweiten Drosselabschnitts 41b. Dies führt dazu, dass sich Situationen, in denen das Nadelventil aufgrund derartiger Innendruckunterschiede angehoben oder abgesenkt (übermäßig gegen den Sitzabschnitt 30 gedrückt) wird, vermeiden lassen.
Zudem wird dann, wenn der Zylinder 3 und der Kolben 7 montiert sind, das viskose Fluid durch das Schraubloch 43 in die obere Kammer 5 und die untere Kammer 6 ohne Luftblasen aufgegeben und der Stopfen 44 wird in das Schraubloch 43 eingeschraubt, um das viskose Fluid darin abzudichten. Dies führt dazu, dass das viskose Fluid in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 durch die Luft in der Luftkammer 40 des Stopfens 44 abgedichtet ist und der Druck des viskosen Fluids in der oberen Kammer 5 und der unteren Kammer 6 kann so gesteuert werden, dass in einzelnen Produkten (Zylinder-/Kolben-Baugruppen) im wesentlichen konstante Niveaus vorliegen.
Genauer gesagt, wird bei dem in 7 dargestellten und im Abschnitt über den Stand der Technik beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil 100 das (nicht komprimierbare) viskose Fluid in den Zylinder 102 aufgegeben und der Einspritzdurchlass wird durch einen Stopfen verschlossen. Wenn hier also versucht wird, das Innere des Zylinders 102 vollständig zu entlüften und dann zu blockieren, so muss dies mit einem im Inneren des Zylinders 102 vorhandenen Innendruck erfolgen. In dem Schritt, in dem der Stopfen am Einspritzdurchlass angebracht wird, unterscheidet sich dieser Innendruck bei den einzelnen Produkten (Kolben-/Zylinder-Baugruppen) aufgrund von Abweichungen im Abdichtungsanfangspunkt des Innendrucks, bei dem das viskose Fluid durch den Stopfen im Zylinder abgedichtet werden kann. Dies führt dazu, dass Unregelmäßigkeiten in der Überström- Grenztemperatur des viskosen Fluids aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung des viskosen Fluids und des Zylinders 102 auftreten.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hingegen das viskose Fluid durch die Luft in der Luftkammer 40 abgedichtet und somit wird eine Abweichung des Innendrucks des Zylinders 3 bei den einzelnen Produkten durch ein Verdichten der Luft in der Luftkammer 40 in geeigneter Weise so absorbiert, dass der Innendruck des viskosen Fluids im wesentlichen bei den einzelnen Produkten konstant ist. Dies führt dazu, dass die Handhabung der Überströmgrenztemperatur vereinfacht wird. Im übrigen bewirkt die Luft in der Luftkammer 40 bei einem Anheben des Zylinders 3 durch den Betätiger 9 in der oben beschriebenen Weise kein Anheben des Kolbens 7 und des Nadelventils 10.
Ein abgewandeltes Beispiel der Luftkammer 40 und des zweiten Drosselabschnitts 41b ist in 5 gezeigt.
Bei diesem abgewandelten Beispiel ist einen Hohlraum in der Zylinderkappe 3b als ein zweiter Drosselabschnitt 41b' ausgebildet, ein Schraubloch 43' ist am oberen Abschnitt des zweiten Drosselabschnitts 41b' ausgebildet und ein Stopfen 44', der mit einem Hohlraum 45 und einer mit dem zweiten Drosselabschnitt 41b' verbundenen Luftkammer 40' ausgebildet ist, ist in das Schraubloch 43' eingeschraubt. Ein Teil des viskosen Fluids in der oberen Kammer 5 gelangt in einen Teil des zweiten Drosselabschnitts 41b', den Hohlraum 45 und die Luftkammer 40'. Im übrigen entspricht der Aufbau dieses abgewandelten Beispiels demjenigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele und es zeigt somit Aktionen und Wirkungen, die denjenigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
Ein weiteres abgewandeltes Beispiel ist in 6 gezeigt.
Dieses abgewandelte Beispiel unterscheidet sich von dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel alleine darin, dass der zweite Drosselabschnitt 41b, das Zwischenloch 42, das Schraubloch 43 und der Stopfen 44 des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels in dem Stab 15 mit großem Durchmesser des Kolbens 7 und nicht in der Zylinderkappe 3b ausgebildet sind. Auch dieses abgewandelte Beispiel zeigt Aktionen und Wirkungen, die denjenigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen.
Hier können nun der zweite Drosselabschnitt 41b und die Luftkammer 40, die in den 4 bis 6 gezeigt sind, anstatt mit der oberen Kammer 5 mit der unteren Kammer 6 oder auch sowohl mit der oberen Kammer 5 als auch mit der unteren Kammer 6 verbunden sein.
Wenn der zweite Drosselabschnitt 41b und die Luftkammer 40 auf diese Weise direkt mit der unteren Kammer 6 verbunden sind (die Kammer 6 auf der Seite, auf der der Innendruck ansteigt, wenn der Betätiger 9 den Zylinder 3 dazu bringt, nach oben zu gleiten), können der Strömungswiderstand (Abmessungen, Form etc.) des zweiten Drosselabschnitts 41b entsprechend dem Strömungswiderstand des in den 4 und 6 dargestellten ersten Drosselabschnitts 41a eingestellt werden. Hierdurch würden sich Aktionen und Wirkungen ergeben, die denjenigen der in den 4 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele entsprechen.
Zudem ist die Anzahl erster Drosselabschnitte 41a und zweiter Drosselabschnitte 41b nicht auf zwei begrenzt; vielmehr können ein Drosselabschnitt oder auch drei oder mehr Drosselabschnitte vorgesehen werden. Die vorliegende Erfindung lässt sich auch bei einem Kraftstoffeinspritzventil einsetzen, in dem der erste Drosselabschnitt 41a nicht im Kolben 105 ausgebildet ist, wie dies in 7 gezeigt ist. In diesem Fall entspricht der Abstand zwischen dem Kolben 105 und dem Zylinder 102 dem ersten Drosselabschnitt 41a. Im einzelnen können der erste Drosselabschnitt 41a und das Dichtungselement 27, die in den 3, 4 und 6 im Kolben 7 ausgebildet sind, weggelassen werden und es kann zwischen dem Kolben 7 und dem Zylinder 3 ein Abstand eingestellt werden und dieser Abstand kann als der erste Drosselabschnitt 41a dienen, wie dies in Anspruch 7 beschrieben ist.
Die mehreren oben beschriebenen Ausführungsformen dienen im übrigen nur als Beispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
Beispielsweise ist der Betätiger 9 nicht auf die Verwendung eines magnetostriktiven Betätigers 9a beschränkt; vielmehr kann auch ein elektrostriktiver Betätiger oder ähnliches Verwendung finden, der sich entsprechend des zugeführten Stroms in Längsrichtung ausdehnt. Zudem sind die Dichtungselemente 14, 17, 18, 19, 27 nicht auf O-Ringe beschränkt; vielmehr können auch andere Dichtungselemente eingesetzt werden. Auch sind die ersten Vorspannmittel 25 und die zweiten Vorspannmittel 26 nicht auf Schraubenfedern begrenzt; vielmehr können auch andere Vorspannmittel, wie etwa Tellerfedern zum Einsatz kommen.
Im übrigen wurden bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen Beispiele beschrieben, die bei einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines gasför migen Kraftstoffs eingesetzt werden, aber natürlich kann die vorliegende Erfindung auch für ein Kraftstoffeinspritzventil oder ähnliches zum Einspritzen von Benzin Verwendung finden. Zudem kann der oben beschriebene Absorptionsmechanismus für Wärmeausdehnungsunterschiede zum Absorbieren einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung in einem anderen Mechanismus als einem Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt werden.

Claims

Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede, umfassend einen Zylinder (3) der gleitbeweglich in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, einen Kolben (7) zur Unterteilung des Inneren des Zylinders (3) in zwei Kammern (5, 6) und ein viskoses Fluid, das in jeder der beiden Kammern (5, 6) aufgegeben wird, wobei der Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede dafür sorgt, dass sich der Kolben (7) durch das viskose Fluid bewegt, indem der Zylinder (3) in eine Gleitbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftkammer (40) über einen Drosselabschnitt (41) mit derjenigen der beiden Kammern (5, 6) verbunden ist, deren interner Druck ansteigt, wenn der Zylinder (3) oder der Kolben (7) in eine Gleitbewegung versetzt wird, dass der Strömungswiderstand des Drosselabschnitts (41) so eingestellt wird, dass das viskose Fluid bei einer festgelegten Druckansteiggeschwindigkeit, die in der Kammer auftritt, wenn der Zylinder (3) oder der Kolben (7) in eine Gleitbewegung versetzt wird, oder bei einer höheren Geschwindigkeit den Drosselabschnitt (41) nicht passiert, und dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die unter dieser Geschwindigkeit liegt und die in der Kammer aufgrund einer thermalen Ausdehnung des viskosen Fluids auftritt, das ausgedehnte viskose Fluid den Drosselabschnitt passiert.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede, umfassend einen Zylinder (3), der gleitbeweglich in einer Trommel (2) angeordnet ist, einen Kolben (7) zur Unterteilung des Inneren des Zylinders (3) in zwei Kammern (5, 6), ein viskoses Fluid, das in jede der beiden Kammern (5, 6) aufgegeben wird, einen Betätiger (9), der den Zylinder (3) in eine Gleitbewegung versetzt, und ein Nadelventil (10), das mit dem Kolben (7) verbunden ist, wobei das Kraftstoffeinspritzventil dazu dient, das Nadelventil (10) mit Hilfe des viskosen Fluids und des Kolbens (7) anzuheben, indem es den Betätiger (9) dazu bringt, den Zylinder (3) in eine Gleitbewegung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftkammer (40) über einen Drosselabschnitt (41) mit derjenigen der beiden Kammern (5, 6) verbunden ist, deren interner Druck ansteigt, wenn der Zylinder (3) durch den Betätiger (9) in eine Gleitbewegung versetzt wird, dass der Strömungswiderstand des Drosselabschnitts (41) so eingestellt wird, dass das viskose Fluid bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die in der Kammer auftritt, wenn der Zylinder (3) durch den Betätiger (9) in eine Gleitbewegung versetzt wird, den Drosselabschnitt (41) nicht passiert, und dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die unter dieser Geschwindigkeit liegt und die in der Kammer aufgrund einer thermalen Ausdehnung des viskosen Fluids auftritt, das ausgedehnte viskose Fluid den Drosselabschnitt (41) passiert.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (9) den Zylinder (3) in eine nach oben gerichtete Gleitbewegung versetzt, der Kolben (7) das Innere des Zylinders (3) vertikal in eine obere Kammer (5) und eine untere Kammer (6) unterteilt, die Luftkammer (40) oberhalb der oberen Kammer (5) angeordnet ist und der Drosselabschnitt (41) einen ersten Drosselabschnitt (41a), der die untere Kammer (6) mit der oberen Kammer (5) verbindet, und einen zweiten Drosselabschnitt (41b) umfasst, der die obere Kammer (5) mit der Luftkammer (40) verbindet, wobei der Strömungswiderstand des ersten Drosselabschnitts (41a) so eingestellt wird, dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die in der unteren Kammer (6) auftritt, wenn der Zylinder (3) durch den Betätiger (9) in eine Gleitbewegung versetzt wird, das viskose Fluid den ersten Drosseldurchlass (41a) nicht passiert, und dass bei einer Druckansteiggeschwindigkeit, die niedriger ist als diese Geschwindigkeit und die in jeder der Kammern (5, 6) bei einer thermalen Ausdehnung des viskosen Fluids auftritt, das ausgedehnte Fluid den ersten Drosselabschnitt (41a) passiert.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungswiderstand des ersten Drosselabschnitts (41a) so eingestellt wird, dass er geringer ist als der Strömungswiderstand des zweiten Drosselabschnitts (41b).
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselabschnitt (41) und die Luftkammer (40) im Inneren des Zylinders (3) und/oder des Kolbens (7) vorgesehen sind.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätiger (9) einen magnetostriktiven oder einen elektrostriktiven Betätiger umfasst.
Kraftstoffeinspritzventil, umfassend einen Absorptionsmechanismus für Ausdehnungsunterschiede nach einem der Ansprüche 2 bis 6, umfassend: erste Vorspannmittel (25), die den Zylinder (3) in eine Richtung vorspannen, in der der Zylinder (3) gegen den Betätiger (9) gedrückt wird; und zweite Vorspannmittel (26), die das Nadelventil (10) in eine Ventilschließrichtung vorspannen.