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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Injektor, der einen Öffnungs-/Schließbetrieb
einer Nadel durch Erhöhen/Senken
eines Steuerdrucks einer Drucksteuerkammer durch Bewegung eines
mittels eines piezo-elektrischen Stellglieds angetriebenen Druckbeaufschlagungskolbens
steuert. Solche Injektoren sind aus den Druckschriften
WO 2005 026 531 A1 ,
EP 1 571 328 A2 ,
DE 103 53 045 A1 und
DE 195 00 706 A1 bekannt.
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Herkömmlicherweise
wird ein Injektor verwendet, der ein elektromagnetisches Ventil
als ein Stellglied verwendet. Um eine große Durchflussrate und ein gutes
Ansprechverhalten zu realisieren, wird ein Injektor vorgeschlagen,
der ein piezo-elektrisches Stellglied mit einer großen Erzeugungskraft
und einem guten Ansprechverhalten verwendet. Beispielsweise hat
ein in der Patentdruckschrift 1, der
WO 2005 075 811 A1 , beschriebener
Injektor ein piezo-elektrisches Stellglied
100, das eine
Verschiebung durchführt,
wenn eine Spannung daran anliegt, einen durch das piezo-elektrische
Stellglied
100 angetriebenen Druckbeaufschlagungskolben
110,
eine Außenhülse
120 zum
verschiebbaren Halten eines Außenumfangs
des Druckbeaufschlagungskolbens
110, eine Drucksteuerkammer
130,
deren Innendruck (Öldruck)
gemäß der Bewegung
des Druckbeaufschlagungskolbens
110 zunimmt/abnimmt, eine im
Inneren eines Ventilkörpers
140 gehaltene
Nadel
160, die eine Funktion des Öffnens/Schließens eines Einspritzlochs
150 hat,
und dergleichen, wie dies in
6 gezeigt
ist.
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Die
Drucksteuerkammer 130 ist durch den Druckbeaufschlagungskolben 110,
die Außenhülse 120,
die Nadel 160 und den Ventilkörper 140 fluiddicht
definiert. Wenn an dem piezo-elektrische Stellglied 100 eine
Spannung angelegt wird und der Druckbeaufschlagungskolben 110 in
der Zeichnung abwärts
gedrückt
wird, dann nimmt das Volumen in der Drucksteuerkammer 130 ab
und der Innendruck steigt.
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Der
Innendruck der Drucksteuerkammer 130 wirkt an einer Druckaufnahmefläche 161,
die in der Nadel 160 ausgebildet ist, sodass er als eine
Ventilöffnungskraft
zum Drängen
der Nadel 160 in einer Ventilöffnungsrichtung (in der Zeichnung
nach oben) dient. Falls die Ventilöffnungskraft eine Ventilschließkraft (die
Reaktionskraft einer Feder 170 und dergleichen) überschreitet,
die die Nadel 160 in einer Ventilschließrichtung drängt, dann
hebt sich die Nadel 160 und öffnet das Einspritzloch 150.
Somit wird der dem Inneren des Ventilkörpers 140 zugeführte Hochdruckkraftstoff
von dem Einspritzloch 150 in eine Verbrennungskammer 180 der
Kraftmaschine eingespritzt.
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Es
besteht eine Möglichkeit,
dass eine Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 100 bezüglich der
Achsrichtung des Injektors schief gestellt ist, wenn die Befestigungsgenauigkeit
des piezo-elektrischen
Stellglieds 100 schlecht ist, oder weil eine Variation
unter den Erzeugnissen vorhanden ist. Da in diesem Fall der vorstehend
erwähnte
Injektor derart aufgebaut ist, dass das piezo-elektrische Stellglied 100 und
der Druckbeaufschlagungskolben 110 miteinander an einer Ebene
in Kontakt sind, wird die Antriebskraft des piezo-elektrischen Stellglieds 100 in
der Schiefstellungsrichtung auf den Druckbeaufschlagungskolben 110 übertragen,
falls die Schiefstellung in der Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 100 auftritt. Dementsprechend
ist die Bewegungsrichtung des Druckbeaufschlagungskolbens 110 bezüglich der
Achsrichtung schief gestellt, was zu einer Verwindung von Gleitabschnitten
des Druckbeaufschlagungskolbens 110 und der Nadel 160 führt. Im
Ergebnis besteht eine Möglichkeit,
dass eine Fehlfunktion der Nadel 160 eintritt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor bereitzustellen,
der in der Lage ist, eine Fehlfunktion einer Nadel selbst dann zu
verhindern, wenn in der Expansions-Kontraktions-Richtung eines piezo-elektrischen Stellglieds
eine Schiefstellung auftritt.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Injektor ein piezo-elektrisches Stellglied,
das eine Verschiebung in seiner Achsrichtung verursacht, wenn eine
Spannung daran anliegt, einen Druckbeaufschlagungskolben, der durch
das piezo-elektrische Stellglied angetrieben ist, sodass er sich
in der Achsrichtung bewegt, einen Führungswandabschnitt, der einen
Außenumfang
des Druckbeaufschlagungskolbens verschiebbar hält, einen Ventilkörper, der
ein Einspritzloch an seinem axialen Vorderendabschnitt zum Einspritzen
von Hochdruckkraftstoff hat, eine Nadel, die durch den Ventilkörper gehalten
ist und die betrieben wird, um das Einspritzloch zu öffnen/zu schließen, und
eine Drucksteuerkammer zum Speichern eines den Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel betreffenden Steuerdrucks. Der Injektor steuert den Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel durch Erhöhen/Senken
des Steuerdrucks der Steuerdruckkammer durch die Bewegung des Druckbeaufschlagungskolbens.
Die Nadel hat einen mittleren Schaftabschnitt, der durch den Ventilkörper gehalten
ist, einen Nadelkopfabschnitt, der an einer dem Einspritzloch entgegengesetzten
Seite des mittleren Schaftabschnitts vorgesehen ist und der einen
Außendurchmesser
hat, der größer als
jener des mittleren Schaftabschnitts ist, und eine Druckaufnahmefläche zwischen
dem mittleren Schaftabschnitt und dem Nadelkopfabschnitt zum Aufnehmen
des Steuerdrucks der Steuerdruckkammer in einer Ventilöffnungsrichtung.
Der Druckbeaufschlagungskolben hat einen Kopfabschnitt, der mit einer
axialen Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds in Kontakt ist, um die Verschiebung
des piezo-elektrischen Stellglieds aufzunehmen, sowie einen zylindrischen
Kolbenwandabschnitt, der sich in Antwort auf die Bewegung des Kopfabschnitts
in der Achsrichtung bewegt. Der Kolbenwandabschnitt und der Kopfabschnitt
sind derart kombiniert, dass die relative Bewegung in einer radialen
Richtung dazwischen möglich
ist. Ein Außenumfang
des Nadelkopfabschnitts ist derart an einem Innenumfang des Kolbenwandabschnitts
gehalten, dass sich der Nadelkopfabschnitt in einer verschieblichen
Art und Weise in der axialen Richtung bewegen kann. Ein Außenumfang
des Kolbenwandabschnitts ist durch den Führungswandabschnitt derart
gehalten, dass sich der Kolbenwandabschnitt in einer verschieblichen,
bzw. gleitenden, Art und Weise in der Achsrichtung bewegen kann.
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Falls
eine Expansions-Kontraktions-Richtung (eine Richtung, in der die
Verschiebung auftritt) des piezo-elektrischen Stellglieds bezüglich der Achsrichtung
schief gestellt ist, dann wird die Antriebskraft des piezo-elektrischen
Stellglieds in der Schiefstellungsrichtung auf den Kopfabschnitt
des Druckbeaufschlagungskolbens aufgebracht. In diesem Fall wirken
an dem Kopfabschnitt eine axiale Kraftkomponente und eine radiale
Kraftkomponente. Falls die radiale Kraftkomponente größer als
eine an Kontaktflächen
des Kopfabschnitts und des Kolbenwandabschnitts erzeugte Haftreibungskraft
wird, dann bewegt sich der Kopfabschnitt gegen die Haftreibungskraft
in der radialen Richtung. Das heißt, zwischen dem Kopfabschnitt
und dem Kolbenwandabschnitt tritt eine Abweichung bzw. ein Abmaß in der
radialen Richtung auf. Somit kann die Schiefstellung des Kolbenwandabschnitts
bezüglich
der Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds verhindert werden. Dementsprechend
kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts an dem Führungswandabschnitt
verhindert werden. Im Ergebnis kann ein Abstand zwischen den Gleitabschnitten
des Kolbenwandabschnitts und der Nadel sichergestellt werden, sodass
der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel sicher durchgeführt
werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung sind der Kolbenwandabschnitt
und der Kopfabschnitt derart vorgesehen, dass der Kolbenwandabschnitt
und der Kopfabschnitt die relative Verschiebung in der radialen
Richtung in einer Größenordnung
hervorrufen können,
die mehr als zehn Mal so groß wie
ein Gleitabstand zwischen dem Führungswandabschnitt
und dem Kolbenwandabschnitt ist.
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Wenn
der Druckbeaufschlagungskolben mit einer großen Last durch das piezo-elektrische
Stellglied gedrückt
wird, dann besteht eine Möglichkeit, dass
zwischen dem Kopfabschnitt und dem Kolbenwandabschnitt eine relative
Positionsabweichung in der Radialrichtung hervorgerufen wird, beispielsweise
durch eine Variation in der Abmessung der Kontaktflächen des
Kopfabschnitts und des Kolbenwandabschnitts.
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Im
Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden
Erfindung das Ausmaß der
möglichen
relativen Bewegung des Kolbenwandabschnitts und des Kopfabschnitts
in der radialen Richtung größer als
zehn Mal so groß wie
der Gleitabstand zwischen dem Führungswandabschnitt
und dem Kolbenwandabschnitt festgelegt. Das heißt, das Ausmaß ist größer als
die relative Abweichung festgelegt, die die Erzeugnisvariation berücksichtigt.
Dementsprechend drückt
die Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts nicht die Innenumfangsfläche des Führungswandabschnitts in der
radialen Richtung. Somit wird das Einklemmen des Kolbenwandabschnitts
einschließlich
des Kopfabschnitts an der Innenumfangsfläche des Führungswandabschnitts verhindert,
sodass die axiale Bewegung stabilisiert ist.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Injektor ein Ventilgehäuse, das
den Umfang des Kopfabschnitts umgibt. Das Ventilgehäuse beschränkt die
radiale Bewegung des Kopfabschnitts. Dementsprechend wird eine Bewegung
des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert, die größer als
nötig ist.
Im Ergebnis kann ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts
verursachtes Problem, etwa eine Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer
oder ein fehlerhafter Betrieb der Nadel verhindert werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Kolbenwandabschnitt
eine vertiefte Nut mit einer vertieften Innenumfangsfläche in deren axialen
Endfläche
an der Seite des Kopfabschnitts und einer Außenumfangswand, die an einem
Außenumfang
der vertieften Nut steht. Der Kopfabschnitt ist lose in die vertiefte
Nut gepasst, sodass die Außenumfangswand
die radiale Bewegung des Kopfabschnitts beschränkt. Dementsprechend wird eine
Bewegung des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert,
die größer als
nötig ist.
Im Ergebnis kann ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts hervorgerufenes
Problem, etwa die Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer
oder der fehlerhafte Betrieb der Nadel verhindert werden.
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Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung beschränkt der Führungswandabschnitt die radiale
Bewegung des Kopfabschnitts. Dementsprechend kann eine Bewegung
des Kopfabschnitts in der radialen Richtung verhindert werden, die
größer als
nötig ist.
Im Ergebnis kann ein durch die radiale Bewegung des Kopfabschnitts
hervorgerufenes Problem, etwa die Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer
oder der fehlerhafte Betrieb der Nadel, verhindert werden.
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Gemäß noch einem
weiteren Gesichtspunkt der Erfindung hat der Kopfabschnitt eine
konvex gekrümmte
Kontaktfläche,
an der der Kopfabschnitt mit einer axialen Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds in Kontakt ist. Mit diesem Aufbau ist der Kopfabschnitt
an einem Punkt mit der axialen Endfläche des piezo-elektrischen
Stellglieds in Kontakt. Daher kann selbst dann, wenn eine Schiefstellung
in der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen Stellglieds
auftritt, das Stellglied den Kopfabschnitt in der axialen Richtung
antreiben. Dementsprechend kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts
an dem Führungswandabschnitt
verhindert werden. Im Ergebnis kann der Abstand zwischen den Gleitabschnitten
des Kolbenwandabschnitts und der Nadel sichergestellt werden, sodass
der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel sicher durchgeführt
werden kann.
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Merkmale
und Vorteile von Ausführungsbeispielen
werden ebenso wie Betriebsverfahren und Funktionen der zugehörigen Teile
aus einem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung, der beiliegenden
Ansprüche
und den Zeichnungen ersichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung
bilden. In den Zeichnungen ist
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1 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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6 eine
Schnittansicht, die einen Injektor aus dem Stand der Technik zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Injektor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Injektor 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist beispielsweise eine Vorrichtung, die an jeweiligen Zylindern einer
Dieselkraftmaschine angebracht ist und die einen von einer Common-Rail
(nicht gezeigt) zugeführten
Hochdruckkraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer in dem Zylinder
einspritzt. Wie in 1 gezeigt ist, hat der Injektor 1 ein
Ventilgehäuse 2,
ein piezo-elektrisches Stellglied 3, einen Druckbeaufschlagungskolben 4,
eine Außenhülse 5,
einen Ventilkörper 6,
eine Nadel 7, eine Innenhülse 8 und dergleichen.
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Das
Ventilgehäuse 2 ist
mit einem Kraftstoffeinlass 2a ausgebildet, der über ein
(nicht gezeigtes) Kraftstoffrohr an der Common-Rail angeschlossen ist.
Ein Innenraum des Injektors 1 ist mit Hochdruckkraftstoff
gefüllt,
der von dem Kraftstoffeinlass 2a einströmt.
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Das
piezo-elektrische Stellglied 3 ist ein herkömmliches
Stellglied beispielsweise mit einem Kondensatoraufbau von alternierend
laminierten piezo-elektrischen Keramiklagen, etwa PZT (Blei-Zirkonat-Titanat),
und Elektrodenlagen. Falls eine Spannung anliegt, verlängert sich
das piezo-elektrische Stellglied 3 in
der Laminierungsrichtung. Das piezo-elektrische Stellglied 3 ist
im Inneren des Ventilgehäuses 2 angeordnet.
Ein Ende (an der oberen Seite von 1) des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 bezüglich
der Laminierungsrichtung ist an dem Ventilgehäuse 2 befestigt.
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Der
Druckbeaufschlagungskolben 4 besteht aus einem Kopfabschnitt 4a und
einem Kolbenwandabschnitt 4b. Der Kopfabschnitt 4a ist
mit einer axialen Endfläche
des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 in Verbindung, um die Verschiebung des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 aufzunehmen. Der Kolbenwandabschnitt 4b ist
in einer zylindrischen Form ausgebildet, und kann sich in Antwort
auf die Bewegung des Kopfabschnitts 4a in der axialen Richtung (der
vertikalen Richtung von 1) bewegen. Der Kopfabschnitt 4a und
der Kolbenwandabschnitt 4b sind derart miteinander kombiniert,
dass eine relative Verschiebung dazwischen in der radialen Richtung möglich ist.
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Der
Kopfabschnitt 4a hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner
als der des Kolbenwandabschnitts 4b ist. Die Außenhülse 5,
die den Umfang des Kopfabschnitts 4a umgibt, beschränkt eine
radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a. Ein vorbestimmter
Abstand L1 (siehe 1) ist zwischen einer Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts 4a und einer Innenumfangsfläche der
Außenhülse 5 sichergestellt.
Der Kopfabschnitt 4a kann sich um den Abstand L in der
radialen Richtung bewegen. Der Kopfabschnitt 4a ist mit
einem Verbindungsloch 4c ausgebildet, durch das der Hochdruckkraftstoff
passieren kann.
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Der
Kolbenwandabschnitt 4b ist derart vorgesehen, dass seine
axiale Endfläche
mit einer dem Stellglied 3 entgegengesetzten Endfläche des
Kopfabschnitts 4a in Kontakt ist und durch eine Reaktionskraft
eines elastischen Körpers 10,
der zwischen der Kolbenwandfläche 4b und
einem Abstandshalter 9 angeordnet ist, gegen den Kopfabschnitt 4a gedrückt wird.
Somit empfängt
der Kopfabschnitt 4a die Reaktionskraft des elastischen
Körpers 10 durch
den Kolbenwandabschnitt 4b und wird gegen die axiale Endfläche des
piezo-elektrischen Stellglieds 3 gedrückt.
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Der
Abstandshalter 9 hat eine Funktion zum Beschränken einer
Ventilöffnungshubstellung
der Nadel 7 und ist so angeordnet, dass er mit einer axialen
Endfläche
(der der Einspritzlochseite entgegengesetzten Endfläche) des
Ventilkörpers 6 in
Kontakt ist. Ein kreisförmiges
Loch, durch das die Nadel 7 frei eingesetzt ist, ist in
der radialen Mitte des Abstandshalters 9 ausgebildet.
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Die
Außenhülse 5 bildet
ein zylindrisches Führungsloch
und hält
den Außenumfang
des Kolbenwandabschnitts 4b an einem Innenumfang des Führungslochs
verschieblich. Das heißt,
der Druckbeaufschlagungskolben 4 ist in der Lage, sich
in der axialen Richtung zu bewegen, während der Außenumfang
des Kolbenwandabschnitts 4b durch das Führungsloch geführt wird.
Die Außenhülse 5 hat
einen Flanschabschnitt 5a, der radial nach außen vorragt.
Der Flanschabschnitt 5a ist zwischen einer Öffnungsendfläche des
Ventilgehäuses 2 und
dem Abstandshalter 9 gehalten.
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Der
Abstand L1 (der zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts 4a und der Innenumfangsfläche der
Außenhülse 5 festgelegte
Spalt) ist bei einer Größe (beispielsweise
bei 30 bis 100 Mikrometern) festgelegt, die zehn Mal so groß wie die
Größe eines
Gleitspalts (beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen
der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt ist.
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Der
Ventilkörper 6 ist
durch eine Haltemutter 11 zusammen mit der Außenhülse 5 und
dem Abstandshalter 9 an dem Ventilgehäuse 2 befestigt. Ein Einspritzloch 12 zum
Einspritzen des Kraftstoffs und ein Zylinderloch 13 zum
Halten der Nadel 7 sind in dem Ventilkörper 6 ausgebildet.
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Das
Einspritzloch 12 ist an einem vorderen Endabschnitt (dem
unteren Endabschnitt in der Zeichnung) des in die Verbrennungskammer
der Dieselkraftmaschine vorragenden Ventilkörpers 6 ausgebildet.
Das Zylinderloch 13 ist von einer axialen Endfläche des
Ventilkörpers 6 in
Richtung des vorderen Endabschnitts gebohrt. Eine Sitzfläche 14 mit
einer konischen Form ist an einem vorderen Endabschnitt des Zylinderlochs 13 ausgebildet.
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Die
Nadel 7 hat einen mittleren Schaftabschnitt 7a,
der an dem Zylinderloch 13 verschieblich gehalten ist,
einen Nadelkopfabschnitt 7b, der an einer Seite (entgegengesetzt
der Einspritzlochseite) des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen
ist, und einen Schaftabschnitt 7c mit kleinem Durchmesser,
der an der anderen Seite des mittleren Schaftabschnitts 7a vorgesehen
ist. Der Teil von dem Nadelkopfabschnitt 7b bis zu dem
mittleren Schaftabschnitt 7a ist als Hohlraum ausgebildet
und das Innere des Hohlraums wird als ein Kraftstoffdurchlass 15 verwendet.
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Der
Nadelkopfabschnitt 7b hat einen größeren Außendurchmesser als der mittlere
Schaftabschnitt 7a und ist an einem Innenumfang des Kolbenwandabschnitts 4b verschieblich
gehalten. Zwischen dem Nadelkopfabschnitt 7b und dem mittleren Schaftabschnitt 7a ist
eine Druckaufnahmefläche 7d ausgebildet,
um einen Steuerdruck einer Drucksteuerkammer 16 (die später erwähnt ist)
in der Ventilöffnungsrichtung
(nach oben in der Zeichnung) aufzunehmen.
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Der
Schaftabschnitt 7c mit kleinem Durchmesser hat einen Außendurchmesser,
der kleiner als der des mittleren Schaftabschnitts 7a ist.
Zwischen einem Außenumfang
des Schaftabschnitts 7c mit kleinem Durchmesser und dem
Innenumfang des Zylinderlochs 13 ist ein Kraftstoffsumpf 17 ausgebildet. Ein
den vorstehend erwähnten
Kraftstoffdurchlass 15 mit dem Kraftstoffsumpf 17 verbindendes
Verbindungsloch 7e ist in dem Stufenabschnitt zwischen dem
mittleren Schaftabschnitt 7a und dem Schaftabschnitt 7c mit
kleinem Durchmesser ausgebildet. In dem vorderen Endabschnitt des
Schaftabschnitts 7c mit kleinem Durchmesser ist ein Sitzabschnitt 7f vorgesehen
und diese sitzt an der Sitzfäche 14 des
Ventilkörpers 6 auf,
wenn die Nadel 7 das Ventil schließt.
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An
dem Innenumfang des Nadelkopfabschnitts 7b der Nadel 7 ist
eine Stufe ausgebildet. Die Nadel 7 ist durch eine Reaktionskraft
einer Feder 18, die sich zwischen der Stufe und dem Kopfabschnitt 4a des
Druckbeaufschlagungskolbens 4 befindet, in der Ventilschließrichtung
(nach unten in der Zeichnung) vorgespannt.
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An
der Nadel 7 ist ein von dem mittleren Schaftabschnitt 7a radial
auswärts
vorragender Flanschabschnitt 7g vorgesehen. Wenn die Nadel 7 sich in
der Ventilöffnungsrichtung
hebt, dann kommt der Flanschabschnitt 7g mit dem Abstandselement 9 in Kontakt
und somit ist die Ventilöffnungshubstellung der
Nadel 7 beschränkt.
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Die
Drucksteuerkammer 16 ist ein hermetischer Raum zum Speichern
des Steuerdrucks zum Steuern des Öffnungs-/Schließbetriebs der Nadel 7 und
ist durch das Abstandselement 9, die Außenhülse 5, den Kolbenwandabschnitt 4b,
die Nadel 7 und die Innenhülse 8 definiert. Das
Innere der Drucksteuerkammer 16 ist mit dem Hochdruckkraftstoff
gefüllt und
deren Innendruck nimmt entsprechend einer axialen Bewegung des Kolbenwandabschnitts 4b zu/ab. Der
Innendruck wirkt an der Druckaufnahmefläche 7d der Nadel 7 und
dient als eine Ventilöffnungskraft zum
Vorspannen der Nadel in der Ventilöffnungsrichtung (nach oben
in der Zeichnung).
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Die
Innenhülse 8 ist
verschieblich an den Außenumfang
des mittleren Schaftabschnitts 7a der Nadel 7 gepasst,
der weiter als das Abstandselement 9 in einer der Einspritzlochseite
entgegengesetzten Richtung (nach oben in der Zeichnung) vorragt.
Die Innenhülse 8 ist
durch eine sich zwischen der Innenhülse 8 und dem Kolbenwandabschnitt 4b befindliche
Feder 19 vorgespannt. Somit wird ein Kantenabschnitt an
einem in Achsrichtung vorderem Ende der Innenhülse 8 gegen die Fläche des
Abstandselement 9 gedrückt.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb des Injektors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
erläutert.
Wenn an dem piezo-elektrischen Stellglied 3 keine Spannung
anliegt, das heißt,
wenn in dem piezo-elektrischen Stellglied 3 keine Verschiebung
verursacht wird, dann überschreitet
die Ventilschließkraft
den Steuerdruck (die Ventilöffnungskraft),
der an der Druckaufnahmefläche 7d der
Nadel 7 anliegt. Dementsprechend wird der Sitzabschnitt 7f der
Nadel 7 auf die Sitzfläche 14 des
Ventilkörpers 6 aufgesetzt,
um den Ventilschließzustand
bereitzustellen (siehe 1).
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Falls
an dem piezo-elektrischen Stellglied 3 eine Spannung anliegt,
dann findet in dem piezo-elektrischen Stellglied 3 eine
Verschiebung statt und der Druckbeaufschlagungskolben 4 wird
infolge der Verschiebung nach unten (in der Zeichnung) gedrückt. Dementsprechend
nimmt das Volumen der Drucksteuerkammer 16 ab und der Steuerdruck steigt.
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Somit
hebt sich die Nadel 7 an, falls die an der Druckaufnahmefläche 7d der
Nadel 7 wirkende Ventilöffnungskraft
die Ventilschließkraft überschreitet,
sodass zwischen dem Kraftstoffsumpf 17 und dem Einspritzloch 12 eine
Verbindung geschaffen wird. Dementsprechend wird der durch den Kraftstoffsumpf 17 zugeführte Hochdruckkraftstoff
von dem Einspritzloch 12 in die Verbrennungskammer der
Dieselkraftmaschine eingespritzt.
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Dann,
falls die Erregung des piezo-elektrischen Stellglieds 3 gestoppt
ist und die Verschiebung aufhört
(d. h., eine Kontraktion stattfindet), wird der Druckbeaufschlagungskolben 4 durch
die Reaktionskraft des elastischen Körpers 10 zurückgedrückt. Somit
wird der Steuerdruck der Steuerdruckkammer 13 gesenkt.
Falls die an der Druckaufnahmefläche 7d der
Nadel 7 wirkende Ventilöffnungskraft
kleiner als die Ventilschließkraft
wird, wird somit die Nadel 7 durch die Reaktionskraft der
Feder 19 niedergedrückt,
sodass der Sitzabschnitt 7f der Nadel 7 auf der
Sitzfläche 14 des
Ventilkörpers 6 aufsitzt
und die Verbindung zwischen dem Kraftstoffsumpf 17 und dem Einspritzloch 12 unterbrochen
wird. Somit endet die Einspritzung.
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In
dem Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Druckbeaufschlagungskolben 4 in
den Kopfabschnitt 4a und den Kolbenwandabschnitt 4b geteilt
und die beiden Abschnitte 4a, 4b sind derart zusammengebracht,
dass die Abschnitte 4a, 4b eine relative Verschiebung
in der Radialrichtung verursachen können. Somit kann selbst dann,
wenn die Expansions-Kontraktions-Richtung (die Richtung, in der
die Verschiebung stattfindet) des piezo-elektrischen Stellglieds 3 bezüglich der
axialen Richtung schief gestellt ist, der normale Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 beibehalten werden. Das heißt, falls die Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 bezüglich der
axialen Richtung schief gestellt ist, wird die Antriebskraft des
piezo-elektrischen Stellglieds 3 in der Schiefstellungsrichtung
auf den Kopfabschnitt 4a des Druckbeaufschlagungskolbens 4 aufgebracht.
Dementsprechend empfängt
der Kopfabschnitt 4a eine axiale Kraftkomponente und eine
radiale Kraftkomponente. Falls zu diesem Zeitpunkt die radiale Kraftkomponente
größer als
eine an den Kontaktflächen
des Kopfabschnitts 4a und des Kolbenwandabschnitts 4b erzeugte
Haftreibungskraft wird, bewegt sich der Kopfabschnitt 4a gegen
die Haftreibungskraft in der radialen Richtung. Das heißt, zwischen
dem Kopfabschnitt 4a und dem Kolbenwandabschnitt 4b tritt
eine Abweichung in der radialen Richtung auf. Somit kann die Schriefstellung
des Kolbenwandabschnitts 4b in der Expansions-Kontraktions-Richtung des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 verhindert werden. Dementsprechend kann ein Verklemmen
des Kolbenwandabschnitts 4b an der Außenhülse 4 verhindert werden.
Im Ergebnis kann der Abstand des Gleitabschnitts zwischen dem Kolbenwandabschnitt 4b und
der Nadel 7 sichergestellt werden und der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 kann sicher durchgeführt werden.
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Wenn
der Druckbeaufschlagungskolben mit einer schweren Last durch das
piezo-elektrische Stellglied 3 gedrückt wird, besteht eine Möglichkeit, dass
zwischen dem Kopfabschnitt 4a und dem Kolbenwandabschnitt 4b eine
relative Positionsabweichung in der radialen Richtung verursacht
wird, beispielsweise durch eine Variation der Abmessung der Kontaktflächen des
Kopfabschnitts 4a und des Kolbenwandabschnitts 4b.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Injektor 1 des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
das Ausmaß L1
der möglichen
Relativbewegung des Kolbenwandabschnitts 4b und des Kopfabschnitts 4a in
der radialen Richtung auf mehr als zehn Mal so groß wie der
Gleitabstand zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b festgelegt. Das heißt, das
Ausmaß ist
größer als
die relative Abweichung unter Berücksichtigung der Erzeugnisvariation
festgelegt. Dementsprechend drückt
die Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts 4a die Innenumfangsfläche der Außenhülse 5 nicht in der
radialen Richtung. Somit wird ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b,
der den Kopfabschnitt 4a hat, an der Innenumfangsfläche der
Außenhülse 5 verhindert,
sodass die axiale Bewegung stabilisiert wird.
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Die
radiale Bewegung des Kolbenabschnitts 4a des Druckbeaufschlagungskolbens 4 ist
durch die Außenhülse 5 beschränkt. Daher
wird eine Bewegung des Kopfabschnitts 4a in der radialen
Richtung verhindert, die größer als
erforderlich ist. Im Ergebnis kann ein durch die radiale Bewegung
des Kopfabschnitts 4a hervorgerufenes Problem, etwa eine
Luftdichtigkeitsleckage der Drucksteuerkammer 16 oder der
fehlerhafte Betrieb der Nadel 7, verhindert werden.
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Da
der Druckbeaufschlagungskolben 4 in den Kopfabschnitt 4a und
den zylindrischen Kolbenwandabschnitt 4b geteilt ist, kann
die Innenumfangsfläche
des Kolbenwandabschnitts 4b über die gesamte axiale Länge mit
einer ausreichenden Präzision
bearbeitet werden, sodass der Gleitabstand zwischen dem Nadelkopfabschnitt 7b und
dem Kolbenwandabschnitt 4b mit hoher Genauigkeit sichergestellt
werden kann.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 2 ein Injektor 1 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist eine
Schnittansicht, die den Injektor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Druckbeaufschlagungskolben 4 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
derart ausgebildet, dass der Außendurchmesser
des Kopfabschnitts 4a größer als der Außendurchmesser
des Kolbenwandabschnitts 4b ist. Ein vorbestimmter Abstand
L2 (mit einer Abmessung, die eine relative Bewegung zwischen dem
Kolbenwandabschnitt 4b und dem Kopfabschnitt 4a in
der radialen Richtung erlaubt) ist zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts 4a und der Innenumfangsfläche des
Ventilgehäuses 2 vorgesehen. Wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Abstand L2 bei einer Größe (beispielsweise
30 bis 100 Mikrometer) festgelegt, die zehn Mal so groß wie die Größe des Gleitspalts
(beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt ist. Somit ist die
radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a durch das Ventilgehäuse 2 beschränkt, sodass
der gleiche Effekt wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erwartet werden
kann.
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Als
Nächstes
wird ein Injektor 1 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist
eine Schnittansicht des Injektors 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ist ein Beispiel zum Beschränken
der radialen Bewegung des Kopfabschnitts 4a bezüglich des
Kolbenwandabschnitts 4b. Wie in 3 gezeigt
ist, ist in einer axialen Endfläche des
Kolbenwandabschnitts 4b an der Seite des Kopfabschnitts 4a eine
vertiefte Nut ausgebildet, die eine vertiefte Innenumfangsfläche hat.
Der Kolbenwandabschnitt 4b hat eine Außenumfangswand 4d, die
an dem Außenumfang
der vertieften Nut steht.
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Der
Kopfabschnitt 4a ist lose in die in dem Kolbenwandabschnitt 4b ausgebildete,
vertiefte Nut gepasst. Ein vorbestimmter Abstand L3 (mit einer Abmessung,
die eine relative Bewegung zwischen dem Kolbenwandabschnitt 4b und
dem Kopfabschnitt 4a in der radialen Richtung erlaubt)
ist zwischen der Außenumfangsfläche des
Kopfabschnitts 4a und der Außenumfangswand 4d vorgesehen.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
ist der Abstand L3 bei einer Größe festgelegt
(beispielsweise 30 bis 100 Mikrometer), die zehn Mal größer als
die Größe des Gleitspalts
(beispielsweise 1 bis 3 Mikrometer) ist, der zwischen der Außenhülse 5 und
dem Kolbenwandabschnitt 4b sichergestellt ist. Somit ist
die radiale Bewegung des Kopfabschnitts 4a durch die Außenumfangswand 4d des
Kolbenwandabschnitts 4b beschränkt, sodass der selbe Effekt
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erwartet werden kann.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 4 ein viertes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine
Schnittansicht, die den Injektor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt. Der Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist ein Beispiel, das zusätzlich
zu dem in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen
Aufbau mit einer konvex gekrümmten Kontaktfläche des
Kopfabschnitts 4a ausgebildet ist, der mit der axialen
Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in Kontakt kommt,
wie dies in 4 gezeigt ist, und zwar.
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Der
Druckbeaufschlagungskolben 4 ist in den Kopfabschnitt 4a und
den Kolbenwandabschnitt 4b geteilt und zwei Abschnitte 4a, 4b sind
derart zusammengebracht, dass die Abschnitte 4a, 4b wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
eine relative Bewegung in der Radialrichtung verursachen können. Die Kontaktfläche des
Kopfabschnitts 4a, die mit der axialen Endfläche des
piezo-elektrischen Stellglieds 3 in Kontakt ist, ist als
die konvexe Form (ballige Form) ausgebildet. Somit hat der Kopfabschnitt 4a einen Scheitel
in der radialen Mitte der Kontaktfläche und ist an diesem Scheitel
mit der axialen Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 in Kontakt.
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Bei
dem vorstehend erwähnten
Aufbau ist der an der Kontaktfläche
des Kopfabschnitts 4a vorgesehene Scheitel mit der axialen
Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 an einem Punkt in
Kontakt. Somit kann selbst dann, wenn die Schiefstellung in der
Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 auftritt, das Stellglied 3 den
Kopfabschnitt 4a in der axialen Richtung antreiben. Dementsprechend
kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b an der
Außenhülse 5 verhindert
werden. Im Ergebnis kann der Abstand zwischen den Gleitabschnitten
des Kolbenwandabschnitts 4b und der Nadel 7 sichergestellt werden
und der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 kann sicher durchgeführt werden.
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Als
Nächstes
wird unter Bezugnahme auf 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine
Schnittansicht, die den Injektor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt. Der Injektor 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist ein Beispiel, bei dem zusätzlich
zu dem in dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben Aufbau sowohl die axiale Endfläche des piezo-elektrischen Stellglieds 3 als
auch die Kontaktfläche
des Kopfabschnitts 4a, die mit der axialen Endfläche des
Stellglieds 3 in Kontakt kommt, mit konvexen Formen (balligen
Formen) ausgebildet sind, wie dies in 5 gezeigt
ist.
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Auch
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kommt die axiale Endfläche
des piezo-elektrischen Stellglieds 3 mit der Kontaktfläche des
Kopfabschnitts 4a an einem Punkt in Kontakt. Dementsprechend
kann, wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel,
selbst dann, wenn die Schiefstellung in der Expansions-Kontraktions-Richtung
des piezo-elektrischen
Stellglieds 3 auftritt, das Stellglied 3 den Kopfabschnitt 4a in
der axialen Richtung antreiben. Somit kann ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts 4b an
der Außenhülse 5 verhindert
werden. Im Ergebnis kann der Öffnungs-/Schließbetrieb
der Nadel 7 sicher durchgeführt werden.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
ist die Innenhülse 8 an
dem Außenumfang
des mittleren Schaftabschnitts 7a angeordnet, um das Volumen der
Drucksteuerkammer 16 zu reduzieren. Dementsprechend kann
auf die Innenhülse 8 verzichtet
werden.
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Während die
Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als
deren praktischste und zu bevorzugendste Ausführungsbeispiele betrachtet
wird, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist, sondern sie ist im Gegensatz dazu so zu verstehen, dass sie
verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen abdeckt, die in dem Wesen und dem Umfang der beiliegenden Ansprüche enthalten
sind.
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Ein
Druckbeaufschlagungskolben (4) hat einen Kopfabschnitt
(4a), der mit einer axialen Endfläche eines piezo-elektrischen Stellglieds
(3) in Kontakt kommt, um eine Verschiebung des Stellglieds
(3) zu empfangen, und hat einen Kolbenwandabschnitt (4b),
der in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet ist und sich in Antwort
auf die Bewegung des Kopfabschnitts (4a) in einer axialen
Richtung bewegen kann. Der Kopfabschnitt (4a) und der Kolbenwandabschnitt (4b)
sind derart kombiniert, dass eine relative Verschiebung dazwischen
in einer radialen Richtung möglich
ist. Eine Außenhülse (5),
die einen Außenumfang
des Kolbenwandabschnitts (4b) verschieblich hält, beschränkt eine
radiale Bewegung des Kopfabschnitts (4a). Wenn eine Expansions-Kontraktions-Richtung
des Stellglieds (3) bezüglich
der axialen Richtung schief gestellt ist, dann wird die Schiefstellung
des Kolbenwandabschnitts (4b) durch eine zwischen dem Kopfabschnitt
(4a) und dem Kolbenwandabschnitt (4b) hervorgerufene
radiale Abweichung verhindert. Somit wird ein Verklemmen des Kolbenwandabschnitts
(4b) an der Außenhülse (5) verhindert.