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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil.
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2. Beschreibung des zugehörigen Stands
der Technik
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil wird verwendet, um Kraftstoff einer Brennkraftmaschine
oder ähnlichem
zuzuführen.
Im Allgemeinen ist das Kraftstoffeinspritzventil mit einem Sprühlochventil
versehen, das sich in eine axiale Richtung innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils
bewegen kann. Dieses Sprühlochventil
hat einen Endabschnitt zum Öffnen
und Schließen
des Sprühlochs
und einen Basisabschnitt, der an der entgegengesetzten Seite zu
dem Endabschnitt positioniert ist. Wenn das Ventil geschlossen ist,
wird ein Hochdruckkraftstoff innerhalb einer Druckkammer auf den
Basisabschnitt aufgebracht.
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Wenn
sich das Sprühloch
unter Verwendung des Sprühlochventils öffnet, wird
zuerst der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer verringert.
Als Folge fällt
entgegen dem Hochdruckkraftstoffdruck, der noch auf den Endabschnitt
des Sprühlochventils aufgebracht
wird, der auf den Basisabschnitt des Sprühlochventils aufgebrachte Druck.
Aufgrund dieser Druckdifferenz wird das Sprühlochventil in eine Öffnungsrichtung
unter dem Widerstand einer Schließfeder widerstandsbeaufschlagt,
die das Sprühlochventil
in eine Schließrichtung energiebeaufschlagt.
Somit wird das Sprühlochventil
in die Öffnungsrichtung
bewegt und wird das Sprühloch
geöffnet.
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Wenn
sich das Sprühloch
unter Verwendung des Sprühlochventils
schließt,
wird zuerst der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer angehoben. Wenn
die Druckdifferenz der jeweiligen Kraftstoffdrücke, die auf den Endabschnitt
und den Basisabschnitt des Sprühlochventils
aufgebracht werden, beseitigt wird, wird das Sprühlochventil in eine Schließrichtung durch
die Schließfeder
bewegt und wird das Sprühloch
geschlossen.
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Bei
einem normalen Kraftstoffeinspritzventil ist ein Steuerungsventil
notwendig, um den Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer zu steuern,
um das Sprühlochventil
zu öffnen
und zu schließen
wie vorstehend beschrieben ist. Das in USP 5779149 offenbarte Steuerungsventil
wird durch ein magnetostriktives Stellglied betätigt. Bei diesem Stand der Technik
wird das Steuerungsventil nicht direkt durch eine Ausdehnung des
magnetostriktiven Stellglieds betätigt. Statt dessen ist eine
Fluidkammer zwischen einem Kolben großen Durchmessers, der an der
Seite des magnetostriktiven Stellglieds angeordnet ist und einem
Kolben kleinen Durchmessers zwischengesetzt, der an der Seite des
Steuerungsventils angeordnet ist. Ein Ausdehnungsbetrag des magnetostriktiven
Stellglieds wird bei der Fluidkammer in eine Schubkraft umgewandelt,
die als eine Betätigungskraft
wirkt. Die Schubkraft wird dann auf das Steuerungsventil übertragen.
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Es
ist anzumerken, dass diese Bauart des Kraftstoffeinspritzventils
abgewandelt wird, wenn es bei einem Dieselverbrennungsmotor verwendet
wird, so dass eine Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils variiert wird,
so dass sie zumindest zwei Stufen hat. Dadurch wird es möglich, die
Einspritzrate zu ändern,
wenn Kraftstoff eingespritzt wird, und somit ist es möglich, geeignete
Kraftstoffeinspritzungen gemäß einer
Fahrbedingung zu erzielen. Beim Öffnen des
Sprühlochventils
kann dies erzielt werden, wenn der Druck innerhalb der Druckkammer
in zwei Stufen verringert wird. Zum Verringern des Drucks in der Druckkammer
auf diesem Weg ist es notwendig, Änderungen an dem Kraftstoffausströmungsdurchgang von
der Druckkammer zu gestalten und die Verschiebung des Steuerungsventils
so zu steuern, dass es eine Verschiebung gibt, wenn das Ventil geschlossen wird,
und eine zweistufige Verschiebung gibt, wenn das Ventil geöffnet wird.
Anders gesagt, muss das Steuerungsventil so gesteuert werden, dass
es dreistufige Verschiebungen gibt.
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Der
bisher offenbarte Stand der Technik hat gezeigt, dass das Verschieben
eines Steuerungsventils mit zweistufigen Verschiebungen zwischen
Null und maximalen Verschiebungen einfach dadurch erzielt wird,
dass das Steuerungsventil jeweils gegen zwei zueinander weisende
Sitzabschnitte anstößt. Wen
demgemäß eine Abwandlung
durchgeführt
würde,
so dass das Steuerungsventil bei einer mittleren Verschiebung gehalten
werden könnte,
bei der das Steuerungsventil nicht an einen der Sitzabschnitte anstößt, könnten dreistufige
Verschiebungen verwirklicht werden.
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Ein
magnetostriktives Stellglied oder ein magnetisches Stellglied kann
eine Betätigungskraft durch Ändern eines
Steuerungsbetrags ändern.
Jedoch wird die erzeugte Betätigungskraft
einfach in Abhängigkeit
von Temperaturbedingungen und dergleichen geändert. Als Folge ist es nicht
möglich, eine
Steuerung genau auszuführen,
so dass das Steuerungsventil eine mittlere Verschiebung hat, indem
eine Steuerung des Steuerungsbetrags des Stellglieds allein verwendet
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen,
das ein Steuerungsventil genau steuern kann, so dass es eine ausgewählte mittlere
Verschiebung hat.
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Gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, das
ein Steuerungsventil, ein Stellglied und eine elastische Stützeinrichtung
hat. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil wird das Steuerungsventil verschoben,
um einen Druck innerhalb einer Druckkammer zu steuern, der auf ein
Sprühlochventil
wirkt, erzeugt das Stellglied eine Betätigungskraft zum Verschieben
des Steuerungsventils und stützt
die elastische Stützeinrichtung
elastisch das Steuerungsventil als Widerstand auf die Betätigungskraft.
Des weiteren ist das Stellglied fähig, die Betätigungskraft
durch Steuern eines Steuerungsbetrags zu ändern und wird die elastische
Stützeinrichtung
gemeinsam mit dem Steuerungsventil gemäß einer Vergrößerung der
Betätigungskraft
verschoben. Darüber
hinaus stößt das Steuerungsventil
an einem Anstoßelement an,
wenn das Steuerungsventil auf eine ausgewählte mittlere Verschiebung
verschoben wird. Das Anstoßelement
wird durch eine eingerichtete Schubkraft geschoben, die durch ein
elastisches Element erzeugt wird, das getrennt von der elastischen
Stützeinrichtung
ist, wobei diese Schubkraft in die entgegengesetzte Richtung zu
der Betätigungskraft
vor der Verschiebung des Anstoßelements
wirkt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist bei dem Kraftstoffeinspritzventil das Stellglied vorzugsweise
ein magnetostriktives Stellglied. Des weiteren ist eine Fluidkammer
zum Umwandeln eines Ausdehnungsbetrags des magnetostriktiven Stellglieds
in eine Schubkraft, die als die Betätigungskraft wirkt, vorzugsweise
zwischen dem Steuerungsventil und dem magnetostriktiven Stellglied
vorgesehen. Zusätzlich
stehen die Fluidkammer und ein Hochdruckkraftstoffdurchgang des
Kraftstoffeinspritzventils vorzugsweise durch einen Verbindungsdurchgang
in Verbindung und ist ein Rückschlagventil,
das nur eine Strömung
von Kraftstoff in Richtung auf die Fluidkammer gestattet, vorzugsweise
in dem Verbindungsdurchgang angeordnet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist bei dem Kraftstoffeinspritzventil ein Stiftelement
vorzugsweise in den Verbindungsdurchgang eingesetzt und wird Hochdruckkraftstoff
innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs, der einen verringerten
Druck aufgrund des Hindurchtretens um das Stiftelement hat, vorzugsweise
der Fluidkammer zugeführt.
Des weiteren ist eine Vertiefung vorzugsweise so ausgebildet, dass
sie sich um einen Umfang des Stiftelements in eine Umfangsrichtung
erstreckt. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind bei dem Kraftstoffeinspritzventil
eine erste Fluidkammer und eine zweite Fluidkammer vorzugsweise
vorgesehen, die wechselseitig zueinander weisen. Des Weiteren ist
das Stellglied vorzugsweise das magnetostriktive Stellglied und
ist die zweite Fluidkammer vorzugsweise zwischen dem magnetostriktiven
Stellglied zum Umwandeln des Ausdehnungsbetrags des magnetostriktiven Stellglieds
in die Schubkraft, die als die Betätigungskraft wirkt, und dem
Steuerungsventil angeordnet. Darüber
hinaus ist der Fluiddruck innerhalb der ersten Fluidkammer und der
zweiten Fluidkammer vorzugsweise gleich, wenn der Ausdehnungsbetrag
des magnetostriktiven Stellglieds Null beträgt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird bei dem Kraftstoffeinspritzventil ein Hochdruckkraftstoff
von einem Hochdruckkraftstoffdurchgang des Kraftstoffeinspritzventils
vorzugsweise der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer
zugeführt,
wenn der Druck des Hochdruckkraftstoffs sich einmal verringert hat.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird bei dem Kraftstoffeinspritzventil der Hochdruckkraftstoff
von dem Hochdruckkraftstoffdurchgang des Kraftstoffeinspritzventils
vorzugsweise der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer
zugeführt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist bei dem Kraftstoffeinspritzventil eine Druckaufnahmefläche bei
dem Steuerungsventil innerhalb der ersten Fluidkammer, die einen
Druck direkt oder indirekt aufnimmt, gleich einer Druckaufnahmefläche bei
dem Steuerungsventil innerhalb der zweiten Fluidkammer eingerichtet,
die einen Druck direkt oder indirekt aufnimmt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind bei dem Kraftstoffeinspritzventil die erste Fluidkammer
und die zweite Fluidkammer vorzugsweise vorgesehen, die wechselseitig
zueinander weisen. Des weiteren ist das Stellglied vorzugsweise
das magnetostriktive Stellglied und ist die zweite Fluidkammer vorzugsweise
zwischen dem magnetostriktiven Stellglied zum Umwandeln des Ausdehnungsbetrags
des magnetostriktiven Stellglieds in die Schubkraft, die als die
Betätigungskraft wirkt,
und dem Steuerungsventil angeordnet. Zusätzlich wird ein Fluiddruck
innerhalb der ersten Fluidkammer vorzugsweise bei einem nahezu konstanten Druck
beibehalten, der im Wesentlichen keinen Stoß auf eine Bewegung des Steuerungsventils
ausübt und
der so eingerichtet ist, dass er gleich wie oder geringer als ein
Fluiddruck innerhalb der zweiten Fluidkammer ist.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist es vorzuziehen, dass Niederdruckfluid der ersten Fluidkammer
von einem Niederdruckfluiddurchgang des Kraftstoffeinspritzventils
zugeführt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist bei dem Kraftstoffeinspritzventil eine Druckaufnahmefläche bei
dem Steuerungsventil innerhalb der zweiten Fluidkammer, die einen
Druck direkt oder indirekt aufbringt, so eingerichtet, dass sie größer als
die Druckaufnahmefläche
bei dem Steuerungsventil innerhalb der ersten Fluidkammer ist, die einen
Druck direkt oder indirekt aufnimmt.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung
ist mit dem Steuerungsventil versehen, das verschoben wird, um einen
Druck innerhalb der Druckkammer zu steuern, der auf das Sprühlochventil wirkt,
mit dem Stellglied, das die Betätigungskraft zum
Verschieben des Steuerungsventils erzeugt, und der elastischen Stützeinrichtung,
die elastisch das Steuerungsventil als Widerstand auf die Betätigungskraft
stützt.
Das Stellglied kann die Betätigungskraft
durch Steuern des Steuerungsbetrags ändern und die elastische Stützeinrichtung
wird gemeinsam mit dem Steuerungsventil gemäß einer Vergrößerung der
Betätigungskraft
verschoben. Wenn das Steuerungsventil auf eine ausgewählte mittlere Position
verschoben wird, stößt es an
dem Anstoßelement
an. Dieses Anstoßelement
wird durch die eingerichtete Schubkraft geschoben, die durch das
elastische Element erzeugt wird, das getrennt von der elastischen
Stützeinrichtung
ist, die in die entgegengesetzte Richtung zu der Betätigungskraft
vor der Verschiebung des Anstoßelements
wirkt.
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Als
Folge ist es zum weitergehenden Verschieben des Steuerungsventils
von der mittleren Verschiebung notwendig, die Schubkraft, die an
dem Anstoßelement
aufgrund des elastischen Elements wirkt, zu versetzen, wobei sich
somit auch das Anstoßelement
verschiebt. Anders gesagt wird das Steuerungsventil, bis diese Schubkraft
versetzt ist, auch wenn die Betätigungskraft
geändert
wird, gemeinsam mit dem Anstoßelement
nicht von der mittleren Verschiebung verschoben. Das bedeutet, dass
es möglich
ist, das Steuerungsventil genau auf eine ausgewählte mittlere Verschiebung
einzurichten, indem die Betätigungskraft
des Stellglieds eingerichtet wird, so dass sie innerhalb eines Bereichs
zwischen einer Betätigungskraft,
die das Steuerungsventil mit dem Anstoßelement in Anstoß bringt,
und einer Betätigungskraft
liegt, die die vorstehend erwähnte
Schubkraft versetzt. Auch wenn die tatsächliche Betätigungskraft des Stellglieds
geringfügig
mit Bezug auf den Steuerungsbetrag variiert, ist es einfach, die
Betätigungskraft
innerhalb des vorstehend erwähnten
Bereichs einzurichten. Dadurch wird es möglich, das Steuerungsventil
zuverlässig
auf eine mittlere Verschiebung durch Steuern des Steuerungsbetrags des Stellglieds
zu steuern.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehend genannten und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile, die
technische sowie industrielle Bedeutung dieser Erfindung wird durch
Lesen der folgenden genauen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
berücksichtigt
wird, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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2 eine
Darstellung ist, die einen Betrieb eines Steuerungsventils und eines
Sprühlochventils des
Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung erklärt,
wobei (A) das Steuerungsventil zeigt, wenn es eine Null-Verschiebung
hat, (B) das Steuerungsventil zeigt, wenn es eine mittlere Verschiebung
hat und (C) das Steuerungsventil zeigt, wenn es eine maximale Verschiebung
hat;
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3 eine
Grafik ist, die eine Beziehung zwischen einer Schubkraft, die als
eine Betätigungskraft des
Kraftstoffeinspritzventils wirkt, und der Verschiebung des Steuerungsventils
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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4 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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5 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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6 ein
Zeitverlauf ist, der ein Kraftstoffeinspritzverfahren des Kraftstoffeinspritzventils
gemäß jedem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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7 ein
Zeitverlauf ist, der eine weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren
des Kraftstoffeinspritzventils gemäß jedem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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8 ein
Zeitverlauf ist, der ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren des
Kraftstoffeinspritzventils gemäß jedem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
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9 ein
Zeitverlauf ist, der noch ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren
des Kraftstoffeinspritzventils gemäß jedem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; und
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10 ein
Zeitverlauf ist, der noch ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren
des Kraftstoffeinspritzventils gemäß jedem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In
der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung
genauer mit Bezug auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben.
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(Ausführungsbeispiel 1)
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
zeigt. Dieses Kraftstoffeinspritzventil spritzt Kraftstoff direkt
in die Zylinder von beispielsweise einem Dieselverbrennungsmotor
oder einer Otto-Brennkraftmaschine
der Direkteinspritzbauart durch Einspritzen von Hochdruckkraftstoff
ein, der in einem Sammler mit Druck beaufschlagt wird, der von allen
Zylindern geteilt wird. Sicherlich ist dieses Kraftstoffeinspritzventil
nicht auf eine Verwendung bei derartigen Zylindern beschränkt, aber
es könnte
auch zum Ausführen
einer Kraftstoffeinspritzung in beispielsweise einem Einlassanschluss
verwendet werden. Ein Bezugszeichen 1 bezeichnet den Körper des
Kraftstoffeinspritzventils. Dieser Körper ist in fünf Abschnitte
entlang einer Zentralachse geteilt, so dass eine Vielzahl von Kraftstoffkanälen und
dergleichen innerhalb des Körpers
bearbeitet werden.
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Ein
erster Körperabschnitt 1a ist
am nächsten
an einer Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 1 gelegen.
Ein Sprühloch 2 ist
an der Spitze des ersten Körperabschnitts 1a ausgebildet.
Zusätzlich
ist ebenso ein Abschnitt eines Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3,
der zu dem Sprühloch 2 führt, in
dem ersten Körperabschnitt 1a ausgebildet.
Des Weiteren ist ebenso eine Druckkammer 5, die an dem
Basisabschnitt des Sprühlochs 4 anstößt, zum Öffnen und Schließen des
Sprühlochs 2 ausgebildet.
Das Sprühlochventil 4 ist
derart, dass es den Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 an der
Seite des Sprühlochs 2 stromaufwärts von
dem Endabschnitt schließen kann.
Eine Ventilschließfeder 6,
die das Sprühlochventil 4 in
eine Schließrichtung
mit Energie beaufschlagt, ist innerhalb der Druckkammer 5 angeordnet.
Als Folge wird, wenn ein Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 gleich
einem Kraftstoffdruck innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 wird, das
Sprühlochventil 4 durch
die Energiebeaufschlagungskraft der Ventilschließfeder 6 geschlossen. Demgemäß wird eine
Verbindung des Sprühlochs 2 und
des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 gesperrt und wird somit
die Kraftstoffeinspritzung angehalten. Als nächstes sind bei einem zweiten
Körperabschnitt 1b,
der in Richtung auf das Kraftstoffeinspritzventils 1 gelegen
ist, ein weiterer Abschnitt des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 und
eine erste Fluidkammer 7 ausgebildet. Davon gefolgt sind
bei einem dritten Körperabschnitt 1c,
der in Richtung auf die Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 1 gelegen
ist, ein weiterer Abschnitt des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 und
ein Gleitloch 9 eines Steuerungsventils 8 ausgebildet,
das koaxial ausgebildet ist, und das mit der ersten Fluidkammer 7 in
Verbindung steht. Als nächstes
sind bei einem vierten Körperabschnitt 1d,
der in Richtung auf die Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 1 gelegen
ist, ein weiterer Abschnitt des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3,
eine Steuerungskammer 10, die koaxial ausgebildet ist und
mit dem Gleitloch 9 in Verbindung steht, und ein Abschnitt
eines Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 ausgebildet, der
mit der Steuerungskammer 10 in Verbindung steht. Zusätzlich ist
ein Gleitloch 13 eines Kolbens 12 kleinen Durchmessers,
das koaxial ausgebildet ist und mit der Steuerungskammer 10 in
Verbindung steht, ebenso ausgebildet.
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Ein
fünfter
Körperabschnitt 1e ist
an dem Ende des Kraftstoffeinspritzventils 1 am nächsten zu dem
Basisende gelegen. Ein weiterer Abschnitt des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3,
ein Abschnitt des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 und
ein Gleitloch 15 eines Kolbens 14 großen Durchmessers,
das ausgebildet ist, um mit dem Gleitloch 13 des Kolbens 12 kleinen
Durchmessers in Verbindung zu stehen, sind in dem fünften Körperabschnitt 1e ausgebildet.
Ein Abschnitt des Gleitlochs 15 des Kolbens 14 großen Durchmessers
und ein Abschnitt des Gleitlochs 13 des Kolbens 12 kleinen
Durchmessers bilden eine zweite Fluidkammer 16, die mit
Fluid gefüllt
wird und zwischen den Kolben 14 großen Durchmessers und den Kolben 12 kleinen
Durchmessers zwischengesetzt ist. Ein magnetostriktives Stellglied 17 ist
so angeordnet, dass es an der Basisendseite des Kolbens 14 großen Durchmessers
anstößt. Eine
Scheibenfeder 18, die den Kolben 14 großen Durchmessers
in Richtung auf die Seite des magnetostriktiven Stellglieds 17 mit
Energie beaufschlagt, ist in der zweiten Fluidkammer 16 angeordnet.
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Der
Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 innerhalb des fünften Körperabschnitts 1e hat
einen Anschluss, der nach außen
von dem Kraftstoffeinspritzventil führt, der beispielsweise mit
einem nicht gezeigten Sammler verbunden ist, der von den Kraftstoffeinspritzventilen
aller Zylinder geteilt wird. Hochdruckkraftstoff innerhalb des Sammlers
wird durch eine Hochdruckpumpe mit Druck beaufschlagt und dem Kraftstoffeinspritzventil 1 zugeführt. Andererseits
hat der Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 ebenso einen
Anschluss, der nach außen
von dem Kraftstoffeinspritzventil führt, der beispielsweise mit einem
Atmosphärendruckabschnitt
eines Kraftstofftanks oder ähnlichem
verbunden ist. Ein Kraftstoffdruck innerhalb des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 ist
gleich dem Atmosphärendruck.
Diese fünf
Körperabschnitte 1a, 1b, 1c, 1d und 1e sind
wechselseitig durch eine Einfassung 19 öldicht verbunden.
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Eine
Mitte des Steuerungsventils 8, die innerhalb der Steuerungskammer 10 angeordnet
ist, ist aus einem spitzenseitigen Ventil 8a und einem
basisabschnittsseitigen Ventil 8b ausgebildet, deren Durchmesser
allmählich
in Richtung auf die Spitzenseite bzw. die Basisabschnittsseite des
Kraftstoffeinspritzventils 1 kleiner werden. Ein Ventilzylinder 20, der
einen Sitzabschnitt dieses basisabschnittsseitigen Ventils 8b ausbildet,
ist in der Steuerungskammer 10 angeordnet. Des Weiteren
ist ein Einstellring 21 ebenso vorgesehen, der mit diesem
Ventilzylinder 20 anstößt. Wie
in 1 gezeigt ist, wird infolge dessen, dass das basisabschnittsseitige
Ventil 8b des Steuerungsventils 8 an dem Ventilzylinder 20 anstößt, die
Verbindung der Steuerungskammer 10 und des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 gesperrt. Das
Steuerungsventil 8 ist derart, dass es innerhalb eines
Durchgangslochs des Ventilzylinders 20 unter Verwendung
eines Ausdehnungsgleitabschnitts gleitet. Nuten sind in der axialen
Richtung dieses Ausdehnungsgleitabschnitts ausgebildet. Wenn das
basisabschnittsseitige Ventil 8b des Steuerungsventils 8 sich
von dem Ventilzylinder 20 trennt, werden das Innere der
Steuerungskammer 10 und der Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 über diese
Nuten in Verbindung gebracht.
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Andererseits
stößt das spitzenseitige
Ventil 8a des Steuerungsventils 8 an einem Stützabschnitt des
Gleitlochs 9 des Steuerungsventils 8 an, das in dem dritten
Körperabschnitt 1c ausgebildet
ist, so dass eine Verbindung des Gleitlochs 9 und der Steuerungskammer 10 gesperrt
werden kann. Das Steuerungsventil 8 hat den Ausdehnungsgleitabschnitt zum
Gleiten innerhalb des Ventilzylinders 20 und ebenso einen
weiteren Ausdehnungsgleitabschnitt. Somit gleitet das Steuerungsventil 8 koaxial
innerhalb des Ventilzylinders 20 und des Gleitlochs 9.
Das Steuerungsventil 8 hat einen Spitzenabschnitt 8c, der
in Richtung auf das Innere der ersten Fluidkammer 7 vorsteht,
die in dem zweiten Körperabschnitt 1b ausgebildet
ist und einen Absatzabschnitt 8d. Das Steuerungsventil 8 wird
in Richtung auf die Seite des magnetostriktiven Stellglieds 17 durch
eine Schubkraft von einer ersten Feder 22 (ebenso als elastische
Stützeinrichtung 22 bezeichnet) über den
Spitzenabschnitt 8c energiebeaufschlagt.
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Des
Weiteren ist in der ersten Fluidkammer 7 ein Anstoßelement 23 angeordnet,
das den Absatzabschnitt 8d umgibt und das ein Durchgangsloch
hat, durch das der Spitzenabschnitt 8c des Steuerungsventils 8 hindurchtritt.
Dieses Anstoßelement 23 hat eine
erste Anstoßfläche 23a,
die das Durchgangsloch umgibt, und die durch den Absatzabschnitt 8d des
Steuerungsventils 8 aufgrund der Verschiebung des Steuerungsventils 8 in
Anstoß gebracht
wird. Zusätzlich
hat das Anstoßelement 23 eine
zweite Anstoßfläche 23b,
die an einer inneren Wand der ersten Fluidkammer 7 an der
Seite des magnetostriktiven Stellglieds 17 durch eine Schubkraft
einer zweiten Feder 24 anstößt.
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Die
zweite Fluidkammer 16 und der Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 stehen
in Verbindung mit einem Verbindungsdurchgang 25. Ein Rückschlagventil 26,
das nur eine Kraftstoffströmung
in Richtung auf die zweite Fluidkammer 16 gestattet, ist
in diesem Verbindungsdurchgang 25 angeordnet. Zusätzlich ist ein
Stiftelement 27 in dem Verbindungsdurchgang 25 eingesetzt.
Wenn Hochdruckkraftstoff innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 um
das Stiftelement 27 tritt, verringert sich der Druck des
Kraftstoffs. Zusätzlich
fällt der
Druck noch weiter aufgrund einer Drosselstelle 28, die
in dem Verbindungsdurchgang 25 angeordnet ist. Der Kraftstoff
wird dann der zweiten Fluidkammer 16 zugeführt. Des
Weiteren wird Kraftstoff, dessen Druck auf diesem Weg verringert wurde,
ebenso der ersten Fluidkammer 7 durch einen abgezweigten
Durchgang 29 zugeführt.
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Eine
Vertiefung 27a, die sich in eine Umfangsrichtung erstreckt,
ist um den Umfang des Stiftelements 27 ausgebildet. Als
Folge wird auch dann, wenn kleinste Fremdstoffe und dergleichen
mit dem druckbeaufschlagten Kraftstoff gemischt sind, der dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 von
dem Sammler zugeführt
wird, diese Fremdstoffe in der Vertiefung 27a gesammelt,
wenn der druckbeaufschlagte Kraftstoff um das Stiftelement 27 in
den Verbindungsdurchgang 25 tritt. Als Folge strömen die Fremdstoffe
nicht in die erste Fluidkammer 7 und die zweite Fluidkammer 16 und
werden die Betriebe des Anstoßelements 23 in
der ersten Fluidkammer 7 und des Kolbens 12 kleinen
Durchmessers sowie des Kolbens 14 großen Durchmessers in der zweiten
Fluidkammer 16 durch Fremdstoffe nicht behindert.
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Der
Verbindungsdurchgang 25, der den Druck des druckbeaufschlagten
Kraftstoffs von dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 verringert
und diesen der ersten Fluidkammer 7 und der zweiten Fluidkammer 16 zuführt, ist
mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 über eine
Drosselstelle 30 verbunden. In Abhängigkeit von einer Kraftstoffmenge,
die zu dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 über die Drosselstelle 30 strömt, wird
der Druck des Kraftstoffs, der der ersten Fluidkammer 7 und
der zweiten Fluidkammer 16 zugeführt wird, auf einem eingerichteten
Druck gehalten, der gleich wie oder oberhalb des Atmosphärendrucks
ist. Der Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 führt Niederdruckkraftstoff
für eine Schmierung
dem Umfang eines gleitenden O-Rings 31 des Kolbens 14 großen Durchmessers
zu.
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2 zeigt
Querschnitte des Bereichs um das Steuerungsventil 8, um
eine Verschiebungssteuerung des Steuerungsventils 8 bei
dem Kraftstoffeinspritzventil zu erklären. 2(A) zeigt
wie 1 das Kraftstoffeinspritzventil, wenn das Steuerungsventil 8 eine
Null-Verschiebung hat. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Spannung nicht
auf das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebracht und
ist somit der Ausdehnungsbetrag Null. Als Folge ist der Kraftstoffdruck
innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 der Kraftstoffdruck
des Kraftstoffs, der von dem Verbindungsdurchgang 25 zugeführt wird,
und ist gleich dem Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Fluidkammer 7. Des
Weiteren sind eine Druckaufnahmefläche an dem Steuerungsventil 8 innerhalb
der zweiten Fluidkammer 16, die direkt einen Druck über den
Kolben 12 kleinen Durchmessers aufnimmt, nämlich die
Fläche
des Kolbens 12 kleinen Durchmessers an der Seite der zweiten
Fluidkammer 16 und die Druckaufnahmefläche an dem Steuerungsventil 8 innerhalb der
ersten Fluidkammer 7, die einen Druck direkt aufnimmt,
nämlich
die Querschnittsfläche
des Ausdehnungsgleitabschnitts des Steuerungsventils 8 mit
Bezug auf das Gleitloch 9 des dritten Körperabschnitts 1c gleich.
Demgemäß werden
zu diesem Zeitpunkt die wechselseitig entgegengesetzten Schubkräfte, die
durch das Steuerungsventil 8 von dem Kraftstoff innerhalb
der ersten Fluidkammer 7 und dem Kraftstoff innerhalb der
zweiten Fluidkammer 16 aufgenommen werden, gleich.
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Wenn
das Steuerungsventil 8 zu der Seite des magnetostriktiven
Stellglieds 17 durch eine Schubkraft der ersten Feder 22 verschoben
wird, die innerhalb der ersten Fluidkammer 7 angeordnet
ist, stößt das basisabschnittsseitige
Ventil 8b an dem Ventilzylinder 20 an und wird
somit eine Verbindung der Steuerungskammer 10 und des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 gesperrt.
Zu diesem Zeitpunkt wird ebenso die erste Feder 22 verschoben und
komprimiert, so dass eine erste eingestellte Schubkraft auf das
Steuerungsventil 8 durch die erste Feder 22 aufgebracht
wird. Der Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 wird in Verbindung
mit sowohl der Steuerungskammer 10 über eine Drosselstelle 32 als auch
der Druckkammer 5 über
eine Drosselstelle 33 gebracht.
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Auf
diesem Weg wird die Verbindung der Steuerungskammer 10 und
des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 gesperrt und wird
der Kraftstoffdruck innerhalb der Steuerungskammer 10 und
der Druckkammer 5 zu dem Kraftstoffhochdruck innerhalb
des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3, wie durch die Schattierung
angedeutet ist. Normalerweise wird der Kraftstoffhochdruck innerhalb
des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 auf die Spitzenseite
des Sprühlochventils 4 aufgebracht.
Wenn jedoch der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 zu
diesem Kraftstoffhochdruck wird, werden die Schubkräfte, die
auf die Spitzenseite und auf die Basisabschnittsseite des Sprühlochventils 4 aufgebracht werden,
wechselseitig gleich. Das Sprühlochventil 4 wird
durch die Ventilschließfeder 6 geschlossen,
die innerhalb der Druckkammer 5 angeordnet ist, und es gibt
keine Einspritzung von Kraftstoff aus dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 über das
Sprühloch 2.
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Die
Druckkammer 5 wird in Verbindung mit der Steuerungskammer 10 über eine
Drosselstelle 34 und dem Gleitloch 9 über eine
Drosselstelle 35 gebracht. Wenn das Steuerungsventil 8 eine
Null-Verschiebung hat, werden das Gleitloch 9 und die Steuerungskammer 10 in
Verbindung gebracht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kraftstoffdruck
innerhalb des Gleitlochs 9 ebenso zu dem Kraftstoffhochdruck
innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3, wie durch
die Schattierung angedeutet ist.
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Wenn
eine Spannung auf das magnetostriktive Stellglied aufgebracht wird,
wird dieses gedehnt. Somit steigt der Kraftstoffdruck innerhalb
der zweiten Fluidkammer 16 an und wird das Steuerungsventil 8 verschoben,
während
es der Schubkraft von der ersten Feder 22 widersteht. Wenn
die aufgebrachte Spannung angehoben wird, wird das Steuerungsventil 8 weitergehend
verschoben und stößt der Absatzabschnitt 8d des
Steuerungsventils 8 an der ersten Anstoßfläche 23a des Anstoßelements 23 an,
wie in 2(B) gezeigt.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird die zweite Feder 24 verschoben und
komprimiert, so dass eine zweite eingerichtete Schubkraft auf das
Anstoßelement 23 durch
die zweite Feder 24 aufgebracht wird. Zum weitergehenden
Verschieben des Steuerungsventils 8 wird es notwendig,
das Anstoßelement 23 unter
Widerstand auf die Schubkraft von der zweiten Feder 24 zu
verschieben. Als Folge wird die aufgebrachte Spannung weitergehend
angehoben, was den Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 noch
mehr erhöht.
Auch wenn jedoch die Schubkraft, die auf das Steuerungsventil 8 über die
zweite Fluidkammer 16 aufgebracht wird, erhöht wird,
bis diese Schubkraft die zweite eingerichtete Schubkraft des Anstoßelements 23 versetzt,
wird das Anstoßelement 23 nicht
verschoben und wird demgemäß das Steuerungsventil 8 ebenso
nicht verschoben.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird das Steuerungsventil 8 auf der mittleren
Verschiebung beibehalten, bei der das basisabschnittsseitige Ventil 8b des
Steuerungsventils 8 von dem Ventilzylinder 20 getrennt wird.
Somit werden die Steuerungskammer 10 und der Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 in
Verbindung gebracht und sperrt das spitzenseitige Ventil 8a des Steuerungsventils 8 das
Gleitloch 9 nicht. Auf diesem Weg wird der Kraftstoffdruck
innerhalb der Steuerungskammer 10 auf den Atmosphärendruck
innerhalb des Niederdruckkraftstoffdurchgangs 11 verringert.
Zu diesem Zeitpunkt strömt
etwas von dem Hochdruckkraftstoff zu der Steuerungskammer 10 über die
Drosselstelle 34 aus und ebenso wie dieser strömt etwas
von dem Hochdruckkraftstoff zu der Steuerungskammer 10 von
dem Gleitloch 9 über
die Drosselstelle 35 aus. Andererseits strömt etwas
von dem Hochdruckkraftstoff von dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 zu
der Druckkammer 5 über
die Drosselstelle 33 aus. Wenn eine gesamte Kraftstoffausströmungsmenge
größer als
eine gesamte Kraftstoffeinströmungsmenge
ist, liegt der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 innerhalb
des gepunkteten Bereichs, der in der Fig. angedeutet ist, verringert
sich mit einer Geschwindigkeit gemäß der Differenz zwischen der
gesamten Kraftstoffausströmungsmenge
und der gesamten Kraftstoffeinströmungsmenge, nämlich der
relativen Kraftstoffausströmungsmenge.
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Auf
diesem Weg wird der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 auf
einen vorbestimmten Druck verringert und beginnt das Sprühlochventil 4 sich
zu öffnen,
wenn eine gesamte Ventilschließrichtungsschubkraft
(einschließlich
der Schubkraft, die durch die Ventilschließfeder 6 erzeugt wird)
des Sprühlochventils 4 ein
Bruchteil wird, der kleiner als eine gesamte Ventilöffnungsrichtungsschubkraft
ist. Als Folge wird der Hochdruckkraftstoff innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 über das
Sprühloch 2 eingespritzt.
Da die volumetrische Kapazität der
Druckkammer 5 sich gemeinsam mit der Öffnung des Sprühlochventils 4 verringert,
ist es zum noch weitergehenden Öffnen
des Sprühlochventils 4 notwendig,
dass eine relative Ausströmung
des Kraftstoffs ausgeführt
wird, so dass der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 zumindest
auf dem vorbestimmten Druck beibehalten wird. (Da genauer gesagt
die Druckaufnahmefläche,
die einen Hochdruck an der Spitzenseite des Sprühlochventils 4 aufnimmt, zu
dem Zeitpunkt der Ventilöffnung
vergrößert ist,
ist es möglich,
das Ventil auf einer offenen Position auch dann zu halten, wenn
der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 höher als
der vorbestimmte Druck ist, indem die Öffnungsrichtungsschubkraft vergrößert wird.)
Auf diesem Weg vergrößert sich eine
Ventilöffnungsgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4,
wenn sich die relative Kraftstoffausströmung vergrößert.
-
Wenn
die auf das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebrachte
Spannung noch weitergehend vergrößert wird,
vergrößert sich
der Druck innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 noch mehr.
Demgemäß wird die
zweite eingerichtete Schubkraft, die durch die zweite Feder 24 des
Anstoßelements 23 erzeugt wird,
verschoben und beginnt das Steuerungsventil 8 gemeinsam
mit dem Anstoßelement 23 verschoben zu
werden. Das Steuerungsventil 8 erreicht die maximale Verschiebung,
wenn das Steuerungsventil 8 noch weiter verschoben wird
und das spitzenseitige Ventil 8a an dem Gleitloch 9 anstößt, wie
in 2(C) gezeigt ist.
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Zu
diesem Zeitpunkt steht die Steuerungskammer 10 in Verbindung
mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 durch das Steuerungsventil 8.
Jedoch wird die Verbindung des Gleitlochs 9 und der Steuerungskammer 10 durch
das spitzenseitige Ventil 8a gesperrt oder, anders gesagt,
tritt im Vergleich mit der mittleren Verschiebung des Steuerungsventils 8,
wie in 2(B) gezeigt ist, die Ausströmung von
etwas von dem Hochdruckkraftstoff innerhalb der Druckkammer 5 zu
der Steuerungskammer 10 von dem Gleitloch 9 über die
Drosselstelle 35 nicht auf.
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Des
Weiteren ist zu diesem Zeitpunkt die gesamte Kraftstoffausströmungsmenge
größer als
die gesamte Kraftstoffeinströmungsmenge
und verringert sich der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 innerhalb
des angedeuteten gepunkteten Bereichs. Wenn sich der Kraftstoff
wie vorhergehend beschrieben ist, innerhalb der Druckkammer 5 auf den
vorbestimmten Druck verringert, beginnt das Sprühlochventil 4 sich
zu öffnen.
Jedoch ist im Vergleich mit der mittleren Verschiebung des Steuerungsventils 8 die
Ventilöffnungsgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 niedrig,
da die relative Kraftstoffausströmungsmenge
aus der Druckkammer 5 geringer ist. Zusätzlich ist die Zeit die benötigt wird,
um den Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 auf den
vorbestimmten Druck zu verringern, länger.
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3 ist
eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Schubkraft von dem
magnetostriktiven Stellglied 17, die über die zweite Fluidkammer 16 wirkt,
und der Verschiebung des Steuerungsventils 8 bei dem Kraftstoffeinspritzventil
zeigt. Eine Zusammenfassung der vorhergehenden Erklärung wird
unter Verwendung dieser Grafik angegeben. Wenn keine Spannung auf
das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebracht wird, wird
das Steuerungsventil 8 auf der Null-Verschiebung beibehalten,
bei der das basisabschnittsseitige Ventil 8b an dem Ventilzylinder 20 aufgrund
der ersten eingerichteten Schubkraft anstößt, die durch die erste Feder 22 erzeugt
wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Sprühlochventil 4 geschlossen.
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Wenn
die Spannung, die auf das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebracht
wird, allmählich
erhöht
wird, erhöht
sich allmählich
die Schubkraft, die über
die zweite Fluidkammer 16 wirkt. Wenn die erste eingerichtete
Schubkraft, die durch die erste Feder 22 erzeugt wird,
versetzt wird, wird das Steuerungsventil 8 gemeinsam mit
der ersten Feder 22, die elastisch das Steuerungsventil 8 stützt, unter
Widerstand auf die Schubkraft über
die zweite Fluidkammer 16 verschoben. Demgemäß vergrößert sich
die Verschiebung allmählich.
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Wenn
die Schubkraft auf P1 erhöht
wird, stößt das Steuerungsventil 8 an
dem Anstoßelement 23 an
und befindet sich das Steuerungsventil 8 auf der mittleren
Verschiebung. Wenn in Folge die Schubkraft bis auf P2 angehoben
wird, wird die zweite eingerichtete Schubkraft, die durch die zweite
Feder 24 erzeugt wird, vor der Verschiebung des Anstoßelements 23 nicht versetzt, und somit
wird das Steuerungsventil 8 gemeinsam mit dem Anstoßelement 23 nicht
verschoben. Demgemäß wird das
Steuerungsventil 8 auf der mittleren Verschiebung beibehalten.
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Wenn
die Schubkraft P2 wird und die zweite eingerichtete Schubkraft,
die durch die zweite Feder 24 erzeugt wird, versetzt wird,
wird begonnen, das Steuerungsventil 8 gemeinsam mit dem
Anstoßelement 23 zu
verschieben. Zu diesem Zeitpunkt müssen die erste Feder 22 und
gleichzeitig die zweite Feder 24, die das Anstoßelement 23 mit
Energie beaufschlagt, verschoben werden und wird die Vergrößerung der
Verschiebung einhergehend mit der Vergrößerung der Schubkraft im Vergleich
mit dem Zustand langsam, bevor die mittlere Verschiebung erreicht
ist.
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Wenn
die Schubkraft P3 wird, stößt das spitzenseitige
Ventil 8a des Steuerungsventils 8 an dem Gleitloch 9 an
und erreicht somit das Steuerungsventil 8 die maximale
Verschiebung. Auch wenn die Schubkraft noch mehr angehoben, tritt
keine weitergehende Verschiebung auf. Auf diese Art hat bei diesem
Kraftstoffeinspritzventil das Steuerungsventil 8 zuverlässig eine
Null-Verschiebung,
wenn keine Spannung auf das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebracht
wird. Wenn darüber
hinaus eine Spannung auf das magnetostriktive Stellglied 17 über die
zweite Fluidkammer 16 aufgebracht wird, so dass die Schubkraft
gleich wie oder größer als
P3 wird, hat das Steuerungsventil 8 zuverlässig die
maximale Verschiebung. Wenn des Weiteren die Spannung auf das magnetostriktive
Stellglied 17 über
die zweite Fluidkammer 16 aufgebracht wird, so dass eine Schubkraft innerhalb
des Bereichs von P1 bis P2 liegt, hat das Steuerungsventil 8 zuverlässig eine ausgewählte mittlere
Position. Wenn die auf das magnetostriktive Stellglied 17 aufgebrachte
Spannung derart ist, dass die durch das magnetostriktive Stellglied 17 erzeugte
Schubkraft im Durchschnitt einen Wert zwischen P1 und P2 hat (wenn
vorzugsweise (P1 + P2)/2 gilt), ist es als Folge auch dann, wenn
die tatsächliche
Schubkraft geringfügig
aufgrund verschiedenartiger Faktoren variiert, für das Steuerungsventil 8 möglich, die
ausgewählte
mittlere Verschiebung zuverlässig
beizubehalten, solange die Schubkraft nicht unterhalb von P1 abfällt oder über P2 ansteigt.
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Bei
diesem Kraftstoffeinspritzventil ist die zweite Fluidkammer 16 zwischen
dem Kolben 14 großen
Durchmessers an der Seite des magnetostriktiven Stellglieds 17 und
dem Kolben 12 kleinen Durchmessers an der Seite des Steuerungsventils 8 ausgebildet.
Als Folge ist es möglich,
den Druck innerhalb der zweiten Druckkammer 16 unter Verwendung
eines sehr geringen Ausdehnungsbetrags des magnetostriktiven Stellglieds 17 zu
vergrößern. Das
Kraftstoffeinspritzventil setzt das magnetostriktive Stellglied 17 für die Betätigung des
Steuerungsventils 8 ein. Jedoch können andere Stellglieder verwendet werden,
die die Betätigungskraft
für das
Steuerungsventil unter Verwendung einer Steuerung eines Steuerungsbetrags ändern können, wie
zum Beispiel einer Spannung, um das magnetostriktive Stellglied und
die Fluidkammer zu kombinieren. Beispielsweise kann ein Solenoidstellglied
für eine
Betätigung
des Steuerungsventils verwendet werden. Dieses Solenoidstellglied
kann direkt eine Betätigungskraft
für das
Steuerungsventil, wie zum Beispiel eine magnetische Anziehungskraft
oder eine magnetische Abstoßungskraft,
durch Steuern eines Steuerungsbetrags, nämlich einer Spannung erzeugen.
Als Folge ist es ebenso möglich,
die Verwendung einer zweiten Fluidkammer wegzulassen.
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Es
ist anzumerken, dass dann, wenn das Steuerungsventil 8 von
der maximalen Verschiebung zu der Null-Verschiebung verschoben wird,
insbesondere die volumetrische Kapazität der zweiten Fluidkammer 16 sich
aufgrund der Scheibenfeder 18 rasch erhöht und somit sich der Druck
plötzlich
verringert. Zu diesem Zeitpunkt strömt Kraftstoff mit einem Druck,
der höher
als der Atmosphärendruck
ist, in die zweite Fluidkammer 16 über das Rückschlagventil 26 ein.
Als Folge ist ein Unterdruck innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 vorhanden
und bildet sich ein Vakuum innerhalb der zweiten Fluidkammer nicht
aufgrund einer Ausscheidung von Gas, das in dem Kraftstoff enthalten
ist. Wenn ein derartiges Vakuum ausgebildet würde, würde auch dann, wenn das magnetostriktive
Stellglied 17 ausgedehnt würde, der Druck innerhalb der
zweiten Fluidkammer 16 nicht ausreichend ansteigen und
wäre es
unmöglich, eine
Verschiebungssteuerung des Steuerungsventils 8 genau auszuführen.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 4 gezeigt. Zum Erklären der
Unterschiede zwischen diesem Kraftstoffeinspritzventil und demjenigen
des vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wurden zusätzliche
Bezugszeichen an relevante Elemente angebracht. Da jedoch alle anderen Elemente
die gleichen wie diejenigen bei dem Kraftstoffeinspritzventil sind,
das in 1 gezeigt ist, wird eine Erklärung dieser Elemente an dieser
Stelle weggelassen. Gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil
des zweiten Ausführungsbeispiels
wird die erste Fluidkammer 7 mit Atmosphärendruckkraftstoff
aufgrund der Verbindung mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 gefüllt.
-
Gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil
des ersten Ausführungsbeispiels,
das in 1 gezeigt ist, verringert sich die volumetrische
Kapazität
der ersten Fluidkammer 7 gemeinsam mit der Verschiebung
des Steuerungsventils 8. Wenn genauer gesagt der Druck
innerhalb der ersten Fluidkammer 7 einschließlich des
abgezweigten Durchgangs 29, der als ein Druck eingerichtet
ist, der höher
als der Atmosphärendruck
ist, geringfügig
höher wird,
verursacht das, dass die Schubkraft über die zweite Fluidkammer 16 ausreichend
ansteigt, um das Steuerungsventil 8 zu verschieben. Wenn
jedoch die erste Fluidkammer 7 in Verbindung mit dem Niederdruckkraftstoffdurchgang 11 steht,
wie es bei diesem Kraftstoffeinspritzventil ist, steigt auch dann,
wenn die volumetrische Kapazität
der ersten Fluidkammer 7 sich gemeinsam mit der Verschiebung
des Steuerungsventils 8 auf die vorstehend beschriebene
Art und Weise verringert, der Druck innerhalb der ersten Fluidkammer 7 nicht
an. Sicherlich kann gemäß diesem Kraftstoffeinspritzventil
wie bei dem in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
eine Steuerung des magnetostriktiven Stellglieds 17 einfach
ausgeführt
werden, so dass das Steuerungsventil 8 die ausgewählte mittlere
Verschiebung hat.
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Gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil
des zweiten Ausführungsbeispiels
wird ein Hochdruckkraftstoff aus dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3, dessen
Druck durch das Stiftelement 27 und die Drosselstelle 28 verringert
wurde, der zweiten Fluidkammer 16 zugeführt, wie es der Fall bei dem
in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil war. Demgemäß ist der
Kraftstoffdruck innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 normalerweise
höher als
der Atmosphärendruck.
Zusätzlich
hat ein Kolben 12' kleinen Durchmessers
zum Übertragen
einer Schubkraft auf das Steuerungsventil 8 einen größeren Durchmesser als
der äquivalente
Kolben des in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventils.
Zum Aufbringen einer Verschiebungsrichtungsschubkraft auf das Steuerungsventil 8 unter
Verwendung der Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer 7 und
der zweiten Fluidkammer 16 ist es in Übereinstimmung damit auch dann,
wenn das Steuerungsventil 8 die Null-Verschiebung hat,
notwendig, die erste eingerichtete Schubkraft einer ersten Feder 22', die innerhalb
der ersten Fluidkammer 7 angeordnet ist, größer als
die Schubkraft der äquivalenten
Feder des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels
einzurichten.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 5 gezeigt.
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Zum
Erklären
der Unterschiede zwischen diesem Kraftstoffeinspritzventil und demjenigen
des vorhergehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels sind zusätzliche
Bezugszeichen an den relevanten Elementen angebracht. Da jedoch
alle anderen Elemente die gleichen wie diejenigen bei dem in 1 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventil sind, wird eine Erklärung dieser Elemente an dieser
Stelle weggelassen. Gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil
des dritten Ausführungsbeispiels
steht die zweite Fluidkammer 16 mit dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 über das Rückschlagventil 26 in
Verbindung. Daher werden gemäß diesem
Kraftstoffeinspritzventil als Folge der Verbindung von sowohl der
ersten Fluidkammer 7 als auch der zweiten Fluidkammer 16 mit dem
Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 die erste Fluidkammer 7 und
die zweite Fluidkammer 16 mit Hochdruckkraftstoff gefüllt. Wenn
die erste Fluidkammer 7 in Verbindung mit dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 3 auf
diesem Weg steht, wie es bei dem Kraftstoffeinspritzventil des zweiten
Ausführungsbeispiels ist,
steigt auch dann, wenn die volumetrische Kapazität der ersten Fluidkammer 7 sich
gemeinsam mit der Verschiebung des Steuerungsventils 8 verringert,
der Druck innerhalb der ersten Fluidkammer 7 nicht an. Sicherlich
kann gemäß diesem
Kraftstoffeinspritzventil wie bei dem in 1 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventil eine Steuerung des magnetostriktiven Stellglieds 17 einfach
ausgeführt
werden, so dass das Steuerungsventil 8 die ausgewählte mittlere
Verschiebung hat.
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Da
des Weiteren Hochdruckkraftstoff der zweiten Fluidkammer 16 zugeführt wird,
ist es offensichtlich, dass dann, wenn das Steuerungsventil 8 die Null-Verschiebung hat,
kein Vakuum innerhalb der zweiten Fluidkammer 16 erzeugt
wird. Des Weiteren sind die Kraftstoffdrücke innerhalb der ersten Fluidkammer 7 und
der zweiten Fluidkammer 16 gleich. Als Folge ist es insbesondere
nicht notwendig, die erste eingerichtete Kraft der ersten Feder
innerhalb der ersten Fluidkammer 7 höher als die äquivalente Kraft
bei dem in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzventil
einzurichten.
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Gemäß den vorhergehend
beschriebenen drei Kraftstoffeinspritzventilen wird Kraftstoff der
ersten Fluidkammer 7 und der zweiten Fluidkammer 16 zugeführt.
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Jedoch
kann ein Hydraulikfluid verwendet werden, das ein anderes als Kraftstoff
ist.
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Auf
diesem Weg können
die Kraftstoffeinspritzventile gemäß der Erfindung einfach die
Kraftstoffeinspritzung mit veränderlichen
Einspritzraten erzielen. Demgemäß sind beispielsweise
die nachstehend erklärten
Kraftstoffeinspritzverfahren möglich.
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6 zeigt
einen Zeitverlauf für
ein Kraftstoffeinspritzverfahren. Die vertikale Achse zeigt die Kraftstoffeinspritzrate.
Wenn mit diesem Kraftstoffeinspritzverfahren Zeitabstimmungen einer
Pilotkraftstoffeinspritzung und einer Hauptkraftstoffeinspritzung
relativ nah sind, wird das Steuerungsventil 8 auf der mittleren
Position beibehalten und wird eine Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils 4 so
eingerichtet, dass sie für
die Pilotkraftstoffeinspritzung schnell ist. Unterdessen wird für die Hauptkraftstoffeinspritzung
das Steuerungsventil 8 auf die maximale Verschiebung eingerichtet
und wird die Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils 4 vergleichsweise
langsam eingerichtet.
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Wenn
die Pilotkraftstoffeinspritzung beginnt, steigt als Folge der Kraftstoffdruck
in der Umgebung des Sprühlochs
innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils rasch an und ist es somit
möglich,
eine geringe Menge Kraftstoff der Piloteinspritzung bei einer hohen
Geschwindigkeit einzuspritzen. Dieser Piloteinspritzkraftstoff,
der bei einer hohen Geschwindigkeit eingespritzt wird, hat eine
große
Durchdringungskraft. Auch wenn daher die Einspritzmenge gering ist, erreicht
der eingespritzte Kraftstoff die Umgebung des Randbereichs der Brennkammer
und verbrennt dann. Demgemäß beginnt
der zu dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff
eine Verbrennung von dem Teil des Kraftstoffs, der das Verbrennungsgas
erreicht, das durch die Piloteinspritzung erzeugt wird und an dem
Randbereich der Brennkammer ausgebildet wird. Infolgedessen verbrennt
der Haupteinspritzkraftstoff in Richtung auf die Mitte der Brennkammer
von dem Randbereich. Als Ergebnis ist die Verbrennungstemperatur
des Haupteinspritzkraftstoffs vergleichsweise niedrig und wird die
Erzeugung von NOx unterbunden.
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Da
des Weiteren die Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils 4 vergleichsweise
langsam für die
Hauptkraftstoffeinspritzung ist, ist die Kraftstoffeinspritzrate
während
des Starts der Hauptkraftstoffeinspritzung vergleichsweise niedrig.
Auch wenn demgemäß die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung
vorgestellt wird, tritt keine nachteilige Wirkung auf den Verbrennungszustand
auf und ist es somit möglich,
die Kraftstoffeinspritzung mit einer vergleichsweise schnellen Zeitabstimmung
zu beenden. Darüber
hinaus ist es ebenso möglich,
die Vermehrung des Rauchs zu beschränken, der aufgrund von Kraftstoff erzeugt
wird, der während
des Expansionstakts eingespritzt wird, der eine verringerte Verbrennungstemperatur
hat.
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7 zeigt
einen Zeitverlauf für
ein weiteres Einspritzverfahren, das dem in 6 gezeigten ähnlich ist.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren wird das Steuerungsventil 8 auf
der mittleren Verschiebung beibehalten und ist die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 für die Pilotkraftstoffeinspritzung langsam.
Unterdessen wird für
die Hauptkraftstoffeinspritzung während einer ersten Hälfte der
Einspritzdauer das Steuerungsventil 8 auf die maximale
Verschiebung eingerichtet und wird die Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils 4 vergleichsweise
langsam eingerichtet. Während
einer zweiten Hälfte
der Einspritzdauer wird das Steuerungsventil 8 auf die mittlere
Verschiebung eingerichtet und wird die Hubgeschwindigkeit des Sprühlochventils 4 so
eingerichtet, dass sie schnell ist. Als Folge steigt im Vergleich mit
dem in 6 gezeigten Kraftstoffeinspritzverfahren die Kraftstoffeinspritzrate
während
der zweiten Hälfte
der Hauptkraftstoffeinspritzung an und ist es möglich, die Beendigung der Kraftstoffeinspritzung zu
beschleunigen. Demgemäß ist es
möglich
die Rauchvermehrung noch zuverlässiger
zu beschränken.
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8 zeigt
einen Zeitverlauf für
ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren, das dem in 6 gezeigten ähnlich ist.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren wird die Pilotkraftstoffeinspritzung
in einem vergleichsweise frühzeitigen
Zeitraum des Verdichtungstakts ausgeführt, wird das Steuerungsventil 8 auf
die maximale Verschiebung eingerichtet und ist die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 während der
Pilotkraftstoffeinspritzung langsam eingerichtet. Unterdessen wird
während
der Hauptkraftstoffeinspritzung ebenso das Steuerungsventil 8 auf die
maximale Verschiebung eingerichtet und wird die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 so
eingerichtet, dass sie langsam ist. Jedoch könnte ein potentielles Problem
auftreten, da in dem vergleichsweise frühzeitigen Zeitraum des Verdichtungstakts der
Druck und die Temperatur der Brennkammer nicht ausreichend ansteigen
und der Kolben ebenso an einer Position entfernt von dem oberen
Totpunkt liegt. Als Folge ist es möglich, dass der Einspritzkraftstoff
die inneren Zylinderwände
erreicht, während
er in einem flüssigen
Zustand verbleibt und leicht an den Wänden anhaftet. Dieser anhaftende
Kraftstoff könnte
dann eine Verdünnung
des Schmieröls
verursachen.
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Jedoch
ist bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren während der Hauptkraftstoffeinspritzung,
die in dem vergleichsweise frühzeitigen
Zeitraum des Verdichtungstakts ausgeführt wird, die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 vergleichsweise
langsam. Als Folge ist der Anstieg des Kraftstoffdrucks innerhalb
des Kraftstoffeinspritzventils in der Umgebung des Sprühlochs sanft
und wird eine Pilotkraftstoffeinspritzung mit einer geringen Kraftstoffmenge bei
einer niedrigen Geschwindigkeit ausgeführt. Demgemäß bildet der Piloteinspritzkraftstoff
einen Sprühnebel
mit einer geringen Durchdringungskraft aus und tritt das Problem
des Anhaftens an den inneren Zylinderwänden nicht auf.
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9 zeigt
einen Zeitverlauf für
ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren, das dem in 6 gezeigten ähnlich ist.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren wird eine Kraftstoffnacheinspritzung,
bei der Kraftstoff erneut eingespritzt wird, nach der Hauptkraftstoffeinspritzung
ausgeführt.
Die Kraftstoffnacheinspritzung wird ausgeführt, um die Erzeugung von Abgasrauch
zu unterbinden, die sich aus der unvollständigen Verbrennung von Kraftstoff
ergibt, wenn die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung groß ist. Für diesen
Fall wird die Kraftstoffnacheinspritzung während des Expansionstakts ausgeführt, wenn
die Temperatur und der Druck innerhalb der Brennkammer verringert
sind. Darüber
hinaus befindet sich der Kolben an einer Position entfernt von dem
oberen Totpunkt. Als Folge wird das Steuerungsventil 8 ähnlich der Pilotkraftstoffeinspritzung
des frühzeitigen Zeitraums
des in 8 beschriebenen Kraftstoffeinspritzverfahrens
auf die maximale Verschiebung eingerichtet und wird die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 vergleichsweise
langsam eingerichtet. Demgemäß wird die
Durchdringungskraft des Nacheinspritzkraftstoffs verringert und
wird das Anhaften an den inneren Zylinderwänden unterbunden.
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10 zeigt
einen Zeitverlauf für
noch ein weiteres Kraftstoffeinspritzverfahren, das dem in 6 gezeigten ähnlich ist.
Bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren wird während der Hauptkraftstoffeinspritzung
das Steuerungsventil 8 auf die mittlere Verschiebung eingerichtet,
und wenn der Hub des Sprühlochventils 4 gestartet
wird, wird das Steuerungsventil 8 auf die maximale Verschiebung
eingerichtet. Während
der Hauptkraftstoffeinspritzung ist es vorzuziehen, dass die Kraftstoffeinspritzrate
vergleichsweise niedrig eingerichtet wird, um insbesondere die Erzeugung
von wesentlichem Lärm
aufgrund der Zündungsverbrennung
von großen
Mengen Kraftstoffs auf einem Mal während der Anfangsdauer der
Kraftstoffeinspritzung zu unterbinden. Darum wird bei dem vorstehend
erklärten
Kraftstoffeinspritzverfahren das Steuerungsventil 8 auf
die maximale Verschiebung eingerichtet und wird die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 während der Hauptkraftstoffeinspritzung
vergleichsweise langsam eingerichtet.
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Als
Ergebnis dessen wird jedoch die Verringerungsgeschwindigkeit des
Kraftstoffdrucks innerhalb der Druckkammer 5 verlangsamt.
Aufgrund dessen ist eine vergleichsweise lange Zeitdauer erforderlich,
damit der Hochdruckkraftstoff innerhalb der Druckkammer 5 sich
auf einen Druck verringert, bei dem der Hub des Sprühlochventils 4 unter
Widerstand auf die Ventilschließfeder 6 beginnt.
Anders gesagt vergrößert sich
eine Zeitverzögerung
zwischen der Ausstellung einer Kraftstoffeinspritzanweisung und
dem Start der tatsächlichen
Kraftstoffeinspritzung. Um diese Zeitverzögerung zu verringern, wird bei
diesem Kraftstoffeinspritzverfahren gleichzeitig zu der Ausstellung
der Kraftstoffeinspritzanweisung das Steuerungsventil 8 auf
die mittlere Verschiebung eingerichtet, was somit die Verringerungsgeschwindigkeit
des Kraftstoffdrucks innerhalb der Druckkammer 5 beschleunigt.
Zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 5 auf
den Druck verringert ist, bei dem der Hub des Sprühlochventils 4 startet,
wird das Steuerungsventil 8 auf die maximale Verschiebung
eingerichtet. Infolgedessen wird die relative Kraftstoffausströmungsmenge
aus der Druckkammer 5 klein eingerichtet, wird die Hubgeschwindigkeit
des Sprühlochventils 4 verlangsamt und
wird die Einspritzrate während
der tatsächlichen Kraftstoffeinspritzung
abgesenkt.
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Ob
bei diesem Kraftstoffeinspritzverfahren der Hub des Sprühlochventils 4 gestartet
wurde, kann unter Verwendung des Kraftstoffdrucks innerhalb der
Druckkammer 5 überwacht
werden, der direkt aus dem Hub des Sprühlochventils 4 überwacht wird,
oder auf der Grundlage einer eingerichteten Zeit gemäß dem Kraftstoffdruck
innerhalb des Hochdruckkraftstoffdurchgangs 3 bestimmt
wird. Obwohl des weiteren das Sprühlochventil 4 auf
die maximale Versetzung vor dem tatsächlichen Start des Hubs des
Sprühlochventils 4 eingerichtet
wird, ist es möglich,
die Zeitverzögerung
in Abhängigkeit
von der Einrichtung des Sprühlochventils 4 auf
die mittlere Verschiebung zu verringern.
-
Das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung
ist mit dem Steuerungsventil 8, das verschoben wird, um
den Druck innerhalb der Druckkammer 5 zu steuern, der auf
das Sprühlochventil 4 aufgebracht wird,
dem magnetostriktiven Stellglied 17, das eine Betätigungskraft
zum Verschieben des Steuerungsventils 8 erzeugt, und der
elastischen Stützeinrichtung 22 versehen,
die elastisch das Steuerungsventil unter Widerstand auf die Betätigungskraft
stützt.
Des weiteren kann das Stellglied 17 die Betätigungskraft durch
Steuern des Steuerungsbetrags ändern
und wird die elastische Stützeinrichtung 22 gemeinsam mit
dem Steuerungsventil 8 gemäß der Vergrößerung der Betätigungskraft
verschoben. Wenn zusätzlich das
Steuerungsventil 8 auf die ausgewählte mittlere Position verschoben
wird, stößt es an
das Anstoßelement 23.
Dieses Anstoßelement 23 wird
durch die eingerichtete Schubkraft geschoben, die durch die zweite
Feder 24 erzeugt wird, die getrennt von der elastischen
Stützeinrichtung 22 ist,
die in die entgegengesetzte Richtung zu der Betätigungskraft vor der Verschiebung
des Anstoßelements
wirkt. Durch Aufbauen des Kraftstoffeinspritzventils auf diesem
Weg ist es möglich,
das Steuerungsventil (8) genau so zu steuern, dass es die
ausgewählte
mittlere Verschiebung hat.
-
Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf ihre beispielhaften Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist es verständlich,
dass die Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele
oder Konstruktionen beschränkt
ist. Dagegen ist mit der Erfindung beabsichtigt, dass sie verschiedenartige
Abwandlungen und äquivalente
Anordnungen abdeckt, wie in den Ansprüchen definiert ist.
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil (1) ist mit einem Steuerungsventil
(8), das verschoben wird, um einen Druck innerhalb einer
Druckkammer (5) zu steuern, der auf ein Sprühlochventil
(4) wirkt, einem Stellglied (17), das eine Betätigungskraft
zum Verschieben des Steuerungsventils (8) erzeugt, und
einer elastischen Stützeinrichtung
(22) versehen, die elastisch das Steuerungsventil unter
Widerstand auf die Betätigungskraft
stützt.
Das Stellglied (17) kann die Betätigungskraft zum Steuern eines
Steuerungsbetrags ändern
und die elastische Stützeinrichtung
(22) wird gemeinsam mit dem Steuerungsventil (8)
gemäß der Vergrößerung der
Betätigungskraft
verschoben. Wenn das Steuerungsventil (8) auf eine ausgewählte mittlere
Position verschoben ist, stößt es an
ein Anstoßelement
(23) an. Dieses Anstoßelement
(23) wird durch eine eingerichtete Schubkraft geschoben, die
durch ein elastisches Element (24) erzeugt wird, das getrennt
von der elastischen Stützeinrichtung (23)
ist, die in die entgegengesetzte Richtung zu der Betätigungskraft
vor der Verschiebung des Anstoßelements
(23) wirkt. Durch Aufbauen des Kraftstoffeinspritzventils
(1) auf diesem Weg ist es möglich, das Steuerungsventil
(8) genau so zu steuern, dass es die ausgewählte mittlere
Verschiebung hat.