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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung und auf eine Einspritzvorrichtung.
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Im Allgemeinen wird bei einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Kraftmaschine (zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine) eine Düsennadel angetrieben, um eine Einspritzvorrichtung zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand zu schalten, so dass Kraftstoff mit einer vorbestimmten Menge bei einer vorbestimmten Zeitgebung wahlweise eingespritzt wird. Die Einspritzvorrichtung ist mit einer Nadelstaudruckkammer versehen, durch die eine Kraft in einer Einspritzvorrichtungsschließrichtung auf die Düsennadel aufgebracht wird, wenn der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff in die Nadelstaudruckkammer eingeführt wird. Der Kraftstoffdruck in der Nadelstaudruckkammer ist so einstellbar, dass der Kraftstoff wahlweise eingespritzt wird.
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Unter Bezugnahme auf die Druckschrift
JP H11-166653 A wird zum Beispiel der Druck in der Nadelstaudruckkammer so eingestellt, wie dies in der
4 gezeigt ist. In diesem Fall ist eine Steuerventilkammer
81 zwischen der Nadelstaudruckkammer und einem Kraftstoffbehälter (Niederdruckkraftstoffquelle) angeordnet. Die Steuerventilkammer
81 hat einen Hochdruckanschluss
81b, der mit einem Hochdruckkanal in Verbindung ist, und einen Niederdruckanschluss
81a, der mit dem Kraftstoffbehälter durch einen Rückführungskanal
84 und eine Kammer
82 in Verbindung ist, die unter einem Kolben
92 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist. Der Niederdruckanschluss
81a wird durch einen Steuerventilkörper
91 geöffnet und geschlossen, der in der Steuerventilkammer
81 angeordnet ist.
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Wenn sich der Steuerventilkörper 91 in der Steuerventilkammer 81 linear bewegt, um den Niederdruckanschluss 81a zu öffnen, dann strömt der Kraftstoff in der Nadelstaudruckkammer zu dem Kraftstoffbehälter durch die Steuerventilkammer 81, den Niederdruckanschluss 81a, die Kammer 82 unter dem Kolben 92 mit kleinem Durchmesser und dem Rückführungskanal 84. Dann wird der Druck in der Nadelstaudruckkammer so abgesenkt, dass die Einspritzvorrichtung durch die Düsennadel geöffnet wird. Wenn der Niederdruckanschluss 81a durch den Steuerventilkörper 91 geschlossen wird, dann wird der Hochdruckanschluss 81b, der mit dem Hochdruckkanal in Verbindung ist, von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand geschaltet. Somit wird der Druck in der Nadelstaudruckkammer höher, so dass die Einspritzvorrichtung durch die Düsennadel geschlossen wird.
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In diesem Fall wird der Steuerventilkörper 91 durch einen piezoelektrischen Stapel mit einer piezoelektrischen Funktion angetrieben. Eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung ist so vorgesehen, dass sie eine Antriebskraft (Niederdrückungskraft) von dem piezoelektrischen Stapel zu dem Steuerventilkörper 91 so überträgt, dass eine kleine Versetzung des piezoelektrischen Stapels auf einen Wert vergrößert wird, der für den vorstehend beschriebenen Betrieb des Steuerventilkörpers 91 erforderlich ist.
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Der Kolben 92 mit kleinem Durchmesser und ein Kolben 93 mit großem Durchmesser sind in einem Zylinder 80 gleitbar angebracht. Wenn der Kolben 93 mit großem Durchmesser zu der Seite des Kolbens 92 mit kleinem Durchmesser durch den piezoelektrischen Stapel angetrieben wird, dann wird die Antriebskraft zu dem Kolben 92 mit kleinem Durchmesser übertragen. Dann wird der Kolben 93 mit kleinem Durchmesser versetzt.
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Eine flüssigdichte Kammer 83 zwischen dem Kolben 92 und 93 ist mit Kraftstoff gefüllt. Somit wird die Versetzung des Kolbens 93 mit großem Durchmesser zu dem Kolben 92 mit kleinem Durchmesser durch den Kraftstoff in der flüssigdichten Kammer 83 übertragen. Wenn der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 83 verdichtet wird, dann wird ein Teil des Kraftstoffes aus dem Gleitabschnitt der Kolben 92 und 93 lecken. Ein Zuführungskanal 85 ist mit dem Rückführungskanal 84 in Verbindung, um Kraftstoff nachzufüllen.
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Ein plattenförmiger Ventilkörper
94 ist in einer Ventilkammer
86 angeordnet, die mit dem unteren Ende (Einlass
86a) des Zuführungskanals
85 in Verbindung ist. Der Ventilkörper
94 wird durch eine Feder
95 in einer Schließrichtung des Einlasses
86a vorgespannt. Wenn die Niederdrückungskraft des piezoelektrischen Stapels nicht erzeugt wird und der Kolben
93 mit großem Durchmesser angehoben wird, dann wird der Druck in der flüssigdichten Kammer
83 negativ, so dass der Ventilkörper
94 versetzt wird. Somit wird der Kraftstoff der flüssigdichten Kammer
83 zugeführt. Gemäß der
JP-11-166653A sind der Ventilkörper
94 und die Feder
95 in dem Zylinder
80 angeordnet, in dem die Kolben
92 und
93 angebracht sind, und der Ventilkörper
94 wird in der horizontalen Richtung versetzt.
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Unlängst wird eine mehrstufige Einspritzung zum Beispiel einschließlich einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung verwendet, um Kraftstoff mehrfach bei einem einzigen Verbrennungszyklus einzuspritzen, um so die Leistung und die Beschränkung eines Einflusses auf die Umgebung zu verbessern. Bei der Voreinspritzung wird der Kolben 93 mit großem Durchmesser nach unten bewegt, so dass der Kolben 93 mit kleinem Durchmesser den Steuerventilkörper 91 niederdrückt. Dann wird der Kraftstoff in der Nadelstaudruckkammer aus der Steuerventilkammer 81 zu dem Rückführungskanal 84 ausgelassen. In diesem Fall tritt eine Druckpulsierung in der Kammer 82 unter dem Kolben 92 mit kleinem Durchmesser auf, die zu dem Einlass 86a der Ventilkammer 86 durch den Rückführungskanal 84 so übertragen wird, dass der Ventilkörper 94 gegen die elastische Kraft der Feder 95 niedergedrückt wird. Somit wird die Position des Ventilkörpers 94 verändert.
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Dann wird bei der Haupteinspritzung der Kolben 93 mit großem Durchmesser abgesenkt, so dass der Steuerventilkörper 91 den Niederdruckanschluss 81a öffnet und den Hochdruckanschluss 81b schließt. In diesem Fall wird die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffes in der flüssigdichten Kammer 83 verzögert, falls die Zeit, in der der geöffnete Einlass 86a durch den Ventilkörper 94 erneut geschlossen wird, aufgrund der Druckpulsierung bei der Voreinspritzung verändert wird. Somit wird die Zeitgebung zum Absenken des Kolbens 92 mit kleinem Durchmesser verspätet. Wenn die Positionsänderung des Ventilkörpers 94 groß ist, dann kann daher die Genauigkeit der Einspritzstartzeitgebung und die Genauigkeit der Einspritzmenge beeinträchtigt werden.
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Gemäß der Druckschrift
JP-11-166653A ist die Ventilkammer
86 normalerweise mit der flüssigdichten Kammer
93 (Versetzungsübertragungskammer) in Verbindung, so dass sowohl der Kraftstoff in der Ventilkammer
86 als auch der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer
93 verdichtet werden. In diesem Fall wird die Versetzung des Kolbens
92 mit kleinem Durchmesser ausschließlich durch jenen Kraftstoff bestimmt, der sich von dem Abschnitt mit großem Durchmesser des Zylinders
80 zu dessen Abschnitt mit kleinem Durchmesser bewegt. Daher führt die Kraftstoffverdichtung in der Ventilkammer
86 zu einem Verlust der Antriebskraft. Jedoch ist die Länge der Feder
85, die in der Ventilkammer
86 untergebracht ist, so festgelegt, dass sie beträchtlich größer als der erforderliche Hubbetrag des Ventilkörpers
94 ist (das heißt ein Kompressionsbetrag der Feder
95). Daher ist es schwierig, die Kapazität der Ventilkammer
86 so zu reduzieren, dass der Verlust der Antriebskraft nicht zufrieden stellend beschränkt werden kann.
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Da darüber hinaus die elastische Kraft der Feder 95 normalerweise auf den Ventilkörper 94 in der Schließrichtung des Einlasses 86a aufgebracht wird, ist es schwierig, Luft zu beseitigen, die in die Versetzungsübertragungskammer 83 eintritt. Daher ist die Betriebsfunktion bei einer Erstmontage der Einspritzvorrichtung beeinträchtigt, und zwar aufgrund einer Schwierigkeit beim Beseitigen der Luft.
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Die nach dem Anmeldetag dieser Patentanmeldung veröffentlichte Druckschrift
JP 4 131 251 B2 offenbart eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung mit einem Zylinderabschnitt; einem Kolbenpaar, die gleitbar in dem Zylinderabschnitt angeordnet und durch eine in dem Zylinderabschnitt ausgebildete Versetzungsübertragungskammer voneinander getrennt sind. Die Versetzungsübertragungskammer wird mit einem Fluid durch einen Zuführungskanal versorgt, um eine Versetzung von einem der Kolben zu dem anderen Kolben zu übertragen. Ein Ventilelement ist in einer Ventilkammer angeordnet. Die Ventilkammer und der Zuführungskanal sind in dem einen Kolben ausgebildet und miteinander an einem an einer Innenwand der Ventilkammer ausgebildeten Einlass in Verbindung. Die Ventilkammer weist zumindest einen Auslass auf, der an ihrer Innenwand ausgebildet ist, welche jener Innenwand zugewandt ist, in der der Einlass ausgebildet ist, wobei der Auslass mit der Versetzungsübertragungskammer in Verbindung ist. Das Ventilelement ist in einer Strömungsrichtung des Fluids in der Ventilkammer bewegbar, um den Einlass wahlweise zu öffnen und zu schließen. Wenn sich die Kolben aneinander annähern, wird das Ventilelement durch das aus der Versetzungsübertragungskammer zu dem Zuführungskanal zurückströmende Fluid zu dem Einlass vorgespannt, so dass der Einlass geschlossen wird. Dabei wird das Schließen des Einlasses durch eine Fluiddruckdifferenz daran zwischen einer Seite des Zuführungskanals und einer Seite der Ventilkammer aufrechterhalten. Wenn sich die Kolben voneinander weg bewegen, wird ein Fluiddruck in der Ventilkammer so abgesenkt, dass das Ventilelement den Einlass öffnet. Dabei weist der eine Kolben ein Deckelelement auf und ist von seinem Ende an einer Seite der Versetzungsübertragungskammer ausgehöhlt, um die Ventilkammer zu bilden. Dabei ist die Ventilkammer durch das Deckelelement abgedeckt. Der Auslass ist ein Durchdringungsloch, das das Deckelelement in einer Dickenrichtung des Deckelelementes durchdringt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung und eine Einspritzvorrichtung vorzusehen, bei dem eine Verzögerung der Druckbeaufschlagung einer Versetzungsübertragungskammer und ein Verlust der Antriebskraft im Wesentlichen beschränkt werden. Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung und die Einspritzvorrichtung haben eine zufrieden stellende Betriebsfunktion bei einer Erstmontage.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung einen Zylinderabschnitt, ein Paar Kolben und ein Ventilelement, das in einer Ventilkammer angeordnet ist. Die Kolben sind in dem Zylinderabschnitt gleitbar angeordnet und durch eine Versetzungsübertragungskammer voneinander getrennt, die in dem Zylinderabschnitt ausgebildet ist. Die Versetzungsübertragungskammer ist mit einem Fluid durch einen Zuführungskanal gefüllt, um eine Versetzung von einem der Kolben zu dem anderen Kolben zu übertragen. Die Ventilkammer und der Zuführungskanal sind in dem einen der Kolben ausgebildet und miteinander an einem Einlass in Verbindung, der an einer Innenwand der Ventilkammer ausgebildet ist. Das Ventilelement ist zu dem Einlass hin bewegbar, um den Einlass wahlweise zu öffnen und zu schließen. Die Ventilkammer hat zumindest einen Auslass, der an einer Innenwand davon ausgebildet ist, die der Innenwand gegenüber liegt, an der der Einlass ausgebildet ist. Der Auslass ist mit der Versetzungsübertragungskammer in Verbindung. Das Ventilelement hat eine Bewegungsrichtung entsprechend einer Strömungsrichtung des Fluids in der Ventilkammer. Wenn die Kolben sich einander annähern, dann wird das Ventilelement zu dem Einlass durch ein Arbeitsfluid vorgespannt, das aus der Versetzungsübertragungskammer zu dem Zuführungskanal zurückströmt, so dass der Einlass geschlossen wird. Das Schließen des Einlasses wird durch eine Druckdifferenz daran zwischen einer Seite des Zuführungskanals und einer Seite der Ventilkammer aufrechterhalten. Wenn die Kolben voneinander abweichen, dann wird ein Druck in der Ventilkammer so abgesenkt, dass das Ventilelement den Einlass öffnet.
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Da das Ventilelement durch das Fluid (Arbeitsfluid) gesteuert wird, um den Einlass zu öffnen/zu schließen, kann die verfügbare Versetzung des Ventilelementes frei festgelegt werden. Bei einem Stand der Technik, bei dem das Ventilelement zu dem Einlass durch eine Feder vorgespannt wird, wird die Feder in einfacher Weise zusammengedrückt, wenn eine Druckschwankung von der stromaufwärts liegenden Seite des Zuführungskanals auf das Ventilelement aufgebracht wird. Somit wird ein Fehler beim Öffnen des Ventils verursacht. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die verfügbare Versetzung des Ventilelementes ausreichend klein festgelegt werden, indem die Formen des Ventilelementes und der Ventilkammer festgelegt werden. Daher kann eine Verzögerung der Druckbeaufschlagung der Versetzungsübertragungskammer aufgrund der Druckschwankung beschränkt werden.
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Da außerdem die Feder nicht vorgesehen ist, kann die Kapazität der Ventilkammer reduziert werden, wodurch ein Verlust der Antriebskraft reduziert wird.
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Da darüber hinaus das Ventilelement den Einlass ausschließlich in jenem Fall schließt, wenn das Arbeitsfluid in der Versetzungsübertragungskammer verdichtet wird, kann das Eintreten von Luft in die Versetzungsübertragungskammer bei einer Erstmontage beschränkt werden.
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Vorzugsweise ist der Zuführungskanal in einer vertikalen Richtung angeordnet. Die Innenwand der Ventilkammer, in der der Einlass ausgebildet ist, ist ihr Deckenabschnitt.
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Dementsprechend entspricht die Bewegungsrichtung des Ventilelementes der Richtung der Schwerkraft. Somit kann das Ventilelement behutsam versetzt werden.
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Die vorstehend genannte Aufgabe sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, und es zeigen in den Zeichnungen:
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1 zeigt eine Querschnittsansicht von zwei Zuständen einer Einspritzvorrichtung, die mit einer Antriebskraftübertragungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der Antriebskraftübertragungsvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der beiden Zustände eines wesentlichen Abschnittes der Antriebskraftübertragungsvorrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
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4 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnittes einer Antriebskraftübertragungsvorrichtung und einer Einspritzvorrichtung gemäß einem Stand der Technik.
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Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c in geeigneter Weise bei einer Einspritzvorrichtung verwendet, zum Beispiel bei einer Common-Rail-Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Kraftmaschine (zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine), wie dies in der 1 gezeigt ist. Die Einspritzvorrichtung ist in der linken Seite in der 1 gezeigt, wobei kein Kraftstoff eingespritzt wird, und sie ist in der rechten Seite der 1 gezeigt, wenn Kraftstoff eingespritzt wird. Jeder Zylinder der Kraftmaschine ist mit der Einspritzvorrichtung versehen, und Kraftstoff wird den Einspritzvorrichtungen durch eine Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführt. Kraftstoff wird in die Common-Rail zum Beispiel aus einem Kraftstoffbehälter (nicht gezeigt) durch eine Hochdruckzuführungspumpe (nicht gezeigt) eingeführt, und er wird in dem Kraftstoffbehälter unter einem vorbestimmten Druck entsprechend einem Einspritzdruck gesammelt.
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Die Einspritzvorrichtung zum Beispiel mit einer länglichen Form hat eine Längsrichtung entsprechend einer vertikalen Richtung unter Bezugnahme auf die 1. Die Einspritzvorrichtung ist mit einer Düseneinheit 1a, einer Staudruckvorrichtung 1b, der Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c und einer Antriebseinheit 1d (zum Beispiel ein piezoelektrischer Aktuator) versehen, die in Längslöchern 101 und 102 eines Gehäuses 10 der Einspritzvorrichtung untergebracht sind. Die Längslöcher 101 und 102 erstrecken sich in dem Gehäuse 10 in Längsrichtung.
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Die Düseneinheit 1a mit der Düsennadel 41 ist an einem unteren Ende der Einspritzvorrichtung angeordnet und an einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) so angebracht, dass sie in eine Brennkammer (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine hinein ragt. Die Düsennadel 41 wird durch die Staudruckvorrichtung 1b, die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c und den piezoelektrischen Aktuator 1d gesteuert.
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Die gesamte Form der Einspritzvorrichtung wird durch das Gehäuse 10 definiert. Das Gehäuse 10 ist darin mit mehreren Kanälen versehen, zum Beispiel ein Hochdruckkanal 21, der mit der Common-Rail in Verbindung ist und ein Rückführungskanal 22, der mit dem Kraftstoffbehälter (Niederdruckkraftstoffquelle) in Verbindung ist, und zwar neben den Längslöchern 101 und 102. Das Gehäuse ist zum Beispiel aus mehreren Bauteilen gebildet, die in der Längsrichtung der Einspritzvorrichtung (Gehäuse 10) aufeinander gestapelt sind, und die durch einen Halter integriert sind.
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Die Düsennadel 41 der Düseneinheit 1a hat einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser. Der Abschnitt mit großem Durchmesser der Düsennadel 41 ist gleitbar in dem Längsloch 101 des Gehäuses 10 angebracht. Das Längsloch 101 hat eine Ölsammelkammer 31, in der der Abschnitt mit kleinem Durchmesser der Düsennadel 41 untergebracht ist und die sich an der unteren Seite des Abschnittes mit großem Durchmesser der Düsennadel 41 befindet.
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Die Ölsammelkammer 31 ist normalerweise mit dem Hochdruckkanal 21 in Verbindung, der mit dem Hochdruckkraftstoff (mit Druck beaufschlagter Kraftstoff) aus der Common-Rail versorgt wird. Ein Beutelabschnitt 32 (ein Sackloch) ist an der unteren Seite der Ölsammelkammer 31 angeordnet und mit dieser in Verbindung. Das Gehäuse 10 ist mit zumindest einem Einspritzloch 321 versehen, das die Wand des Beutelabschnittes 32 durchdringt, so dass der Kraftstoff in die Brennkammer aus dem Beutelabschnitt 32 eingespritzt werden kann.
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Wie dies in der linken Seite in der 1 gezeigt ist, befindet sich die Düsennadel 41 an der unteren Position verglichen mit jener Position, die in der rechten Seite in der 1 gezeigt ist. Wenn sich die Düsennadel 41 in einer Ventilschließrichtung bewegt, dann gelangt ein konisch geformtes Ende (unteres Ende) der Düsennadel 41 mit einem Sitz 32a in Kontakt (es wird daran angeordnet) der an dem Grenzbereich zwischen dem Beutelabschnitt 32 und der Ölsammelkammer 31 ausgebildet ist. Somit wird das Strömen des Kraftstoffes aus der Ölsammelkammer 31 in das Einspritzloch 321 (Beutelabschnitt 32) behindert.
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Wenn sich die Düsennadel 41 andererseits in einer Ventilöffnungsrichtung bewegt, dann wird die Düsennadel 41 zu der Position angehoben, die in der rechten Seite in der 1 gezeigt ist, und sie verlässt den Sitz 32a, so dass der Kraftstoff aus der Ölsammelkammer 31 in die Brennkammer durch das Einspritzloch 321 eingespritzt wird.
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Das Längsloch 101 hat des Weiteren eine Nadelstaudruckkammer 33 (Steuerkammer), die sich an dem oberen Ende des Längsloches 101 und an der oberen Seite der Düsennadel 41 befindet (Abschnitt mit großem Durchmesser der Düsennadel 41). Die Nadelstaudruckkammer 33 wird nämlich durch eine obere Endfläche der Düsennadel 41 und eine Innenwandfläche des oberen Endes des Längsloches 101 definiert. Die Nadelstaudruckkammer 33 ist eine Steuerkammer zum Ausüben eines nach unten gerichteten Staudruckes auf die Düsennadel 41. Die Nadelstaudruckkammer 33 ist normalerweise mit dem Hochdruckkanal 21 zum Beispiel durch eine Öffnung 211 in Verbindung, während sie mit einer Steuerventilkammer 34 der Staudrucksteuervorrichtung 1b durch einen Verbindungskanal 23 in Verbindung ist, in dem eine Öffnung 231 angeordnet ist. Die Steuerventilkammer 34 ist ein Teil des Längsloches 102. Das Längsloch 102 ist nämlich mit dem Längsloch 101 durch den Verbindungskanal 23 in Verbindung.
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Kraftstoff (mit Druck beaufschlagter Kraftstoff) wird in die Nadelstaudruckkammer 33 durch die Öffnungen 211 und 231 eingeführt, und er bringt den Staudruck auf die Düsennadel auf, um so als ein Arbeitsfluid zu dienen. In diesem Fall wird die Düsennadel 41 nach unten vorgespannt (nämlich in einer Sitzrichtung der Düsennadel 41), und zwar aufgrund des Staudruckes des Arbeitsfluides und einer elastischen Kraft einer Feder 51, die in der Nadelstaudruckkammer 33 angeordnet ist. Andererseits bringt der Hochdruckkraftstoff (Fluid) in der Ölsammelkammer 31 einen nach oben gerichteten Druck auf die Niveaudifferenzfläche (Grenzbereich zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser) der Düsennadel 41 auf, um die Düsennadel 41 in einer Richtung zum Anordnen an den Sitz 32a vorzuspannen.
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Die Staudrucksteuervorrichtung 1b ist mit einem Steuerventil 42 versehen, das zum Beispiel ein Drei-Wege-Ventil ist, das in der Längsrichtung der Einspritzvorrichtung bewegbar ist. Ein Körperabschnitt des Steuerventils 42 ist in der Steuerventilkammer 34 angeordnet. Ein oberer Sitz 341 und ein unterer Sitz 342 sind an einer Deckenfläche der Steuerventilkammer 34 beziehungsweise an einer Bodenfläche davon ausgebildet. Der Körperabschnitt des Steuerventils 42 wird wahlweise an den oberen Sitz 341 oder an den unteren Sitz 342 angeordnet (das heißt er gelangt mit ihnen wahlweise in Kontakt), um den Kraftstoffströmungskanal zu ändern.
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Die Steuerventilkammer 34 ist mit einem Niederdruckanschluss 34a und einem Hochdruckanschluss 34b versehen. Der Niederdruckanschluss 34a ist mit dem Rückführungskanal 22 an einer Kammer 35 in Verbindung, die an der unteren Seite des Kolbens 43 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist. Der Zuführungskanal 38 und der Zylinderabschnitt 102a sind mit dem Niederdruckanschluss 34a in Verbindung.
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Der Hochdruckanschluss 34b ist mit dem Hochdruckkanal 21 durch die Öffnung 231 in Verbindung. Der Niederdruckanschluss 34a hat eine Öffnung an der Deckenfläche der Steuerventilkammer 34. Der Hochdruckanschluss 34b hat eine Öffnung an der Bodenfläche der Steuerventilkammer 34. Der Rand (an der Deckenfläche der Steuerventilkammer 34) der Öffnung des Niederdruckanschlusses 34a bildet den oberen Sitz 341, und der Rand (an der Bodenfläche der Steuerventilkammer 34) der Öffnung des Hochdruckanschlusses 34b bildet den unteren Sitz 342.
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Der Körperabschnitt des Steuerventils 42 ist in der Steuerventilkammer 34 angeordnet, und er ist zwischen dem Niederdruckanschluss 34a und dem Hochdruckanschluss 34b angeordnet. Wenn der Körperabschnitt des Steuerventils 42 an den oberen Sitz 341 angeordnet wird (oder wenn er mit ihm in Kontakt gelangt), dann wird der Niederdruckanschluss 34a geschlossen. Wenn der Körperabschnitt des Steuerventils 42 an den unteren Sitz 342 angeordnet wird (wenn er mit ihm in Kontakt gelangt), dann wird der Hochdruckanschluss 34b geschlossen. Eine Feder 52 ist an dem Boden des Längsloches 102 angeordnet und an der unteren Seite des Steuerventils 42 angeordnet, um das Steuerventil 42 nach oben vorzuspannen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine durch den piezoelektrischen Aktuator 1d erzeugte nach unten gerichtete Antriebskraft zu dem Steuerventil 42 durch die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c übertragen. Somit wird das Steuerventil 42 durch die Antriebskraft niedergedrückt, während es durch die Feder 52 nach oben vorgespannt wird. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Nadelstaudruckkammer 33 mit der Steuerventilkammer 34 in Verbindung, so dass der Kraftstoffdruck in der Nadelstaudruckkammer 33 einstellbar ist.
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Der piezoelektrische Aktuator 1d ist mit einem piezoelektrischen Stapel 61 versehen, der in einer Aktuatorkammer 37 untergebracht ist, die ein Teil des Loches 102 ist. Der piezoelektrische Stapel 61 hat zum Beispiel einen Kondensatoraufbau, bei dem piezoelektrische Keramiklagen (zum Beispiel PZT) und Elektrodenlagen abwechselnd gestapelt sind. Der piezoelektrische Stapel 61 wird durch eine Antriebsquelle (nicht gezeigt) geladen/entladen. In diesem Fall ist die Stapelrichtung (das heißt die Verformungsrichtung) des piezoelektrischen Stapels 61 in der vertikalen Richtung eingerichtet (in der Längsrichtung der Einspritzvorrichtung).
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Ein Kolbenelement 62 ist in der Aktuatorkammer 37 untergebracht und an der unteren Seite des piezoelektrischen Stapels 61 angeordnet. Ein Dichtring 63 ist um die Außenfläche des Kolbenelementes 62 angeordnet (er ist mit dieser im Eingriff). Das Kolbenelement 62 und der Dichtring 63 sind mit der Innenwandfläche der Aktuatorkammer 37 im Eingriff.
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Die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c hat einen Kolben 43 mit kleinem Durchmesser und einen Kolben mit großem Durchmesser, der an der oberen Seite des Kolbens 43 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist. Der Kolben 44 mit großem Durchmesser hat einen größeren Durchmesser als der Kolben 43 mit kleinem Durchmesser. Die Kolben 43 und 44 sind in einem Zylinderabschnitt 102a gleitbar angebracht, der als ein Teil des Längsloches 102 ausgebildet ist.
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Der Kolben 44 mit großem Durchmesser ist mit einem Vorsprungabschnitt 54 versehen, durch den eine nach oben gerichtete elastische Kraft einer Feder 53 auf den Kolben 54 mit großem Durchmesser aufgebracht wird, so dass der Kolben 44 mit großem Durchmesser normalerweise mit dem Kolbenelement 62 in Kontakt ist. Somit kann die durch den piezoelektrischen Aktuator 14 erzeugte Antriebskraft zu dem Kolben 44 mit großem Durchmesser durch das Kolbenelement 62 übertragen werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Kolben 43 und 44 in einem Zylinderabschnitt 102a angeordnet, der als ein Teil des Längsloches 102 ausgebildet ist und sie sind voneinander durch eine flüssigdichte Kammer 36 (Versetzungsübertragungskammer) getrennt, in der Kraftstoff vorgesehen ist.
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Der Zylinderabschnitt 102a hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der einen größeren Innendurchmesser als der Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, der an der unteren Seite des Abschnittes mit großem Durchmesser angeordnet ist. Die Kolben 43 und 44 sind in dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser beziehungsweise in dem Abschnitt mit großem Durchmesser des Zylinderabschnittes 102a untergebracht.
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Wenn der piezoelektrische Stapel 61 geladen wird, dann wird der piezoelektrische Stapel 61 so gestreckt, dass die Antriebskraft (Verformungskraft) erzeugt wird. Die Antriebskraft wird von dem Kolben 44 mit großem Durchmesser zu dem Kolben 43 mit kleinem Durchmesser durch den Kraftstoff in der flüssigdichten Kammer 36 (Versetzungsübertragungskammer 36) übertragen. In diesem Fall wird die Versetzung des Kolbens 44 mit großem Durchmesser zu einer Versetzung des Kolbens 43 mit kleinem Durchmesser so transformiert, dass sie verstärkt wird. Die Versetzungsübertragungskammer 36 dient nämlich als eine Versetzungsverstärkungskammer.
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Der Kolben 44 mit großem Durchmesser hat einen Körperabschnitt 71 (der die gesamte Form des Kolbens 44 bestimmt) mit einer im Wesentlichen Form eines runden Stabs, ein Deckelelement 72 und dergleichen. Ein Zuführungskanal 38 und eine Ventilkammer 39 sind in dem Körperabschnitt 71 ausgebildet. Der Körperabschnitt 71 des Kolbens 44 mit großem Durchmesser ist nämlich von seiner Endfläche an der Seite der Versetzungsübertragungskammer 36 ausgehöhlt, um so einen hohlen Abschnitt zu bilden. Das Deckelelement 72 hat zum Beispiel eine runde Form und ist mit dem unteren Ende des hohlen Abschnittes im Eingriff (es wird dort hineingedrückt) um den hohlen Abschnitt zu schließen. Der Raum der Ventilkammer 39 verbleibt in dem hohlen Abschnitt an der oberen Seite des Deckelelementes 72, um das Ventilelement 73 unterzubringen. Die Ventilkammer 39 wird nämlich durch das Deckelelement 72 abgedeckt.
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Der Zuführungskanal 38 ist an der oberen Seite der Ventilkammer 39 positioniert und mit ihr in Verbindung. Die Ventilkammer 39 ist ein Loch mit vergrößertem Durchmesser verglichen mit dem Zuführungskanal 38. Die Deckenfläche der Ventilkammer 39 hat eine abgeschrägte Form, die von der unteren Seite zu der oberen Seite (Einlass 39a) abgeschrägt ist.
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Der Einlass 39a ist an dem Grenzbereich zwischen dem Zuführungskanal 38 und der Ventilkammer 39 angeordnet, und er ist an der abgeschrägt geformten Deckenfläche (Innenwand) der Ventilkammer 39 ausgebildet. Somit kann der Kraftstoff von der stromaufwärts liegenden Seite des Zuführungskanals 38 zu der Ventilkammer 39 durch den Einlass 39a zugeführt werden. Der Rand des Einlasses 39 bildet einen Sitz 391 an der Deckenfläche der Ventilkammer 39. Das Ventilelement 73 wird an den Sitz 391 angeordnet oder von diesem getrennt, um den Einlass 39a zu schließen oder zu öffnen.
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Der Zuführungskanal 38 hat ein Längsloch 711 und ein seitliches Loch 712. Das Längsloch 711 ist in der vertikalen Richtung und entlang der Achse 'C' des Kolbens 44 mit großem Durchmesser angeordnet. Das Längsloch 711 und der Kolben 44 mit großem Durchmesser sind nämlich koaxial angeordnet. Das seitliche Loch 712 ist mit dem Längsloch 711 an dem oberen Ende des Längsloches 711 in Verbindung. Das seitliche Loch 712 ist nämlich an der oberen Seite des Längsloches 711 angeordnet und kreuzt dieses.
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Das obere Ende des Zylinderabschnittes 102a, an dem der Körperabschnitt 71 des Kolbens 44 mit großem Durchmesser angeordnet ist, ist normalerweise mit dem Rückführungskanal 22 in Verbindung. Das seitliche Loch 712 hat eine Öffnung zum Beispiel an der Seite der Außenfläche des Körperabschnittes 71, so dass es mit dem Rückführungskanal 22 in Verbindung ist. Somit kann der Kraftstoff mit niedrigem Druck in den Zuführungskanal 38 von dem Rückführungskanal 22 eingeführt werden.
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Ein Ventilelement 73 ist in der Ventilkammer 39 untergebracht. Das Ventilelement 73 hat zum Beispiel eine Kugelform mit einem Durchmesser, der zum Beispiel im Wesentlichen halb so groß wie der größte Durchmesser der abgeschrägt geformten Deckenfläche der Ventilkammer 39 ist.
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Das Deckelelement 72 ist mit mehreren Durchdringungslöchern 721 (Auslässen) versehen, die das Deckelelement 72 in der Dickenrichtung des Deckelelementes 72 durchdringen und mit der Versetzungsübertragungskammer 36 in Verbindung sind. Die vielen Durchdringungslöcher 721 sind nämlich an der Seite des Deckelelementes 72 der inneren Deckenwand der Ventilkammer 39 angeordnet. Somit kann der Kraftstoff in der Ventilkammer 39 in die Versetzungsübertragungskammer 36 durch die Durchdringungslöcher 721 strömen. Die Durchdringungslöcher 721 sind gleichmäßig in Umfangsrichtung entlang eines Kreises angeordnet, wobei eine Mitte die Achse 'C' des Zuführungskanals 38 ist.
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Als nächstes wird der Betrieb der Einspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Der Zustand der Einspritzvorrichtung vor der Einspritzung ist in der linken Seite in der 1 und der 3(A) gezeigt. In diesem Fall wird das Ventilelement 73 abgesenkt, um mit dem Deckelelement 72 in Kontakt zu sein. Der Kraftstoff mit niedrigem Druck aus dem Rückführungskanal 22 wird der Versetzungsübertragungskammer 36 durch den Zuführungskanal 38 und die Durchdringungslöcher 721 zugeführt. In diesem Fall wird der Raum (Ventilkammer 39 und Durchdringungslöcher 721) zwischen dem Zuführungskanal 38 und der Versetzungsübertragungskammer 36 mit dem Kraftstoff mit niedrigem Druck gefüllt.
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Wenn der piezoelektrische Stapel 61 gemäß der Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzung (unter Bezugnahme auf die rechte Seite der 1 und der 3(B)) geladen wird, dann wird der piezoelektrische Stapel 61 gestreckt, um den Kolben 44 mit großem Durchmesser niederzudrücken. Somit kann der Kraftstoff (Arbeitsfluid) in der Versetzungsübertragungskammer 36 aus der Versetzungsübertragungskammer 36 zurück zu dem Zuführungskanal 38 strömen. Der Kraftstoff strömt nämlich aus dem Durchdringungsloch 721 zu dem Einlass 39a durch die Ventilkammer 39. Die Hauptrichtung der Kraftstoffströmung ist im Wesentlichen die Richtung der Achse 'C'. Somit wird das Ventilelement 73 aufgrund der Kraftstoffströmung angehoben.
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Da die Durchdringungslöcher 731 im Wesentlichen symmetrisch hinsichtlich der Achse 'C' angeordnet sind, und da das Längsloch 711 des Zuführungskanals 38 entlang der Achse 'C' angeordnet ist, sind die Strömung des Arbeitsfluids und die Vorspannkraft, die auf das Ventilelement 73 durch das Arbeitsfluid in der Ventilkammer 39 aufgebracht wird, symmetrisch hinsichtlich der Achse 'C'. In diesem Fall ist die Achse 'C' in der vertikalen Richtung eingerichtet, in der die Schwerkraft wirkt. Daher wird das Ventilelement 73 in der Richtung der Achse 'C' stabil angehoben.
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Wenn das Ventilelement 73 so angehoben ist, dass es mit dem Sitz 391 in Kontakt ist, dann wird der Einlass 39a blockiert, so dass der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 36 abgeschottet ist. Wenn der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 36 aufgrund des Absenkens des Kolbens 44 mit großem Durchmesser weiter verdichtet wird (mit Druck beaufschlagt wird), dann wird der nach oben gerichtete Kraftstoffdruck, der auf das Ventilelement 73 (den Sitz 391) aufgebracht wird, derart vergrößert, dass der Zuführungskanal 38 durch das Ventilelement 73 weiterhin geschlossen wird.
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Das Ventilelement 73 wird nämlich durch das Arbeitsfluid vorgespannt, das aus der Versetzungsübertragungskammer 36 zurück zu dem Zuführungskanal 38 strömt, um den Einlass 39a zu schließen, wenn sich die Kolben 43 und 44 aneinander annähern. Das Schließen des Einlasses 39a wird durch eine Druckdifferenz daran zwischen der Seite des Zuführungskanals 38 und der Seite der Ventilkammer 39 aufrechterhalten.
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Wenn der Kraftstoff, der in der Versetzungsübertragungskammer 36 durch das Ventilelement 73 abgeschottet ist, weiter mit Druck beaufschlagt wird, dann drückt der Kolben 43 mit kleinem Durchmesser das Steuerventil 42 nach unten nieder, und zwar gegen den Kraftstoffdruck in der Steuerventilkammer 34 und die elastische Kraft der Feder 52, die auf das Steuerventil 42 aufgebracht wird.
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Somit gelangt das Steuerventil 42 an dem unteren Sitz 342 in Anlage, und es verlässt den oberen Sitz 341. Der Niederdruckanschluss 34a wird durch das Steuerventil 42 geöffnet. Somit strömt das Fluid in der Steuerkammer 33 zu der Niederdruckfluidquelle durch den Rückführungskanal 22 und den Niederdruckanschluss 34a (es tritt dort ein). Dann wird der Staudruck (der auf die Düsennadel 41 aufgebracht wird) des Kraftstoffes in der Staudruckkammer 33 so abgesenkt, dass die Düsennadel 41 angehoben wird, damit sie den Sitz 32a verlässt, und die Kraftstoffeinspritzung beginnt.
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Unter Bezugnahme auf die linke Seite in der 1 und die 3(A) wird andererseits der Kolben 44 mit großem Durchmesser angehoben, so dass er sich von dem Kolben 43 mit kleinem Durchmesser trennt und die Kapazität der Versetzungsübertragungskammer 36 vergrößert wird, wenn der piezoelektrische Stapel 61 gemäß einer zu verkürzenden Kraftstoffeinspritzreihenfolge entladen wird. Somit wird der Kraftstoffdruck in der Versetzungsübertragungskammer 36 niedriger. Dementsprechend wird der nach oben gerichtete Kraftstoffdruck verringert, der auf das Ventilelement 73 aufgebracht wird, so dass das Ventilelement 73 den Sitz 391 verlässt und mit dem Deckelelement 72 in Kontakt gelangt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Verdichtungszustand, wenn der piezoelektrische Stapel 61 geladen wird, wird der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 36 teilweise aus dem Gleitabschnitt der Kolben 43 und 44 aus, so dass er sich reduziert. Wenn das Ventilelement 73 den Sitz 391 verlässt, wird der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 36 aus dem Rückführungskanal 22 durch den Zuführungskanal 38 nachgefüllt.
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Da außerdem die auf das Steuerventil 42 durch den Kolben 43 mit kleinem Durchmesser aufgebrachte Niederdruck-Kraft verringert ist, wird das Steuerventil 42 erneut angehoben, damit es den unteren Sitz 342 verlässt und mit dem oberen Sitz 341 in Kontakt gelangt. Somit wird der Kraftstoff aus dem Rückführungskanal 22 zu der Steuerventilkammer 34 behindert, während der Hochdruckkanal 21 mit der Steuerventilkammer 34 in Verbindung ist. Hochdruckkraftstoff (mit Druck beaufschlagter Kraftstoff) aus dem Hochdruckkanal 21 wird der Steuerventilkammer 34 zugeführt. Dann wird der auf die Düsennadel 41 aufgebrachte Staudruck wieder hergestellt, so dass sich die Düsennadel 41 absenkt. Somit wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt.
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Da das Ventilelement 73 im Wesentlichen entlang der Achse 'C' des Kolbens 44 mit großem Durchmesser bewegbar ist, befindet sich die Kontaktposition zwischen dem Ventilelement 73 und dem Deckelelement 72 (wenn das Ventilelement 73 zu dem Deckelelement 72 abgesenkt wird) im Wesentlichen an der Achse 'C'. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat das Ventilelement 73 einen konvexen Abschnitt mit einer leichten Schräge hinsichtlich der oberen Fläche des Deckelelementes 72, so dass ein Spalt zwischen dem Deckelelement 72 und dem Ventilelement 73 außer dem winzigen Kontaktabschnitt dazwischen vorgesehen ist, der sich im Wesentlichen an der Achse 'C' befindet. Der konvexe Abschnitt des Ventilelementes 73 ist der oberen Fläche des Deckelelementes 72 zugewandt. Da die Durchdringungslöcher 721 um den Kontaktabschnitt zwischen dem Deckelelement 72 und dem Ventilelement 73 angeordnet sind, werden die Durchdringungslöcher 721 nicht durch das Ventilelement 73 blockiert. Die Durchdringungslöcher 721 und der Kontaktabschnitt sind nämlich an dem Deckelelement 72 voneinander versetzt. Daher kann der Kraftstoff in der Versetzungsübertragungskammer 36 ausreichend nachgefüllt werden.
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Bei einer Voreinspritzung zum Einspritzen von Kraftstoff während einer kurzen Zeit tritt eine Druckschwankung auf, die zu dem Einlass 39a der Ventilkammer 39 übertragen wird, so dass die Position des Ventilelementes 73 verändert wird. Gemäß einem Stand der Technik unter Bezugnahme auf die 4 wird eine Feder 95 verwendet, um einen Ventilkörper 94 in der Richtung zum Sitz vorzuspannen. Die Feder 95 wird beträchtlich zusammengedrückt, wenn die Druckschwankung zu dem Ventilkörper 94 übertragen wird, so dass sich die Position des Ventilkörpers 94 beträchtlich ändert, so dass eine Verzögerung bei ihrem Anordnen an den Sitz verursacht wird. Gemäß der bei diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einspritzvorrichtung wird die Feder 95 oder dergleichen nicht verwendet, um das Ventilelement 73 in der Richtung zum Sitz vorzuspannen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nämlich der Versetzungsbereich des Ventilelementes 73 durch den Durchmesser des Ventilelementes 73 und die vertikale Größe der Ventilkammer 39 begrenzt. Daher kann der Versetzungsbereich des Ventilelementes 73 ausreichend klein festgelegt werden, um die Versetzung des Ventilelementes 73 zu begrenzen. Somit wird die Verzögerung beim Anordnen an den Sitz des Ventilelementes 73 begrenzt (wenn der piezoelektrische Stapel 61 bei der Haupteinspritzung geladen wird), so dass eine Verzögerung bei der Druckbeaufschlagung der Versetzungsübertragungskammer 36 begrenzt wird. Dementsprechend kann die Änderung der Zeitgebung zum Absenken des Kolbens 43 mit kleinem Durchmesser reduziert werden, wodurch die Genauigkeit der Einspritzung verbessert wird.
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Da es außerdem überflüssig ist, die Feder in der Ventilkammer 39 anzuordnen, wird das Ventilelement 73 nicht zwangsweise in einen Kontakt mit dem Sitz 391 bei der Erstmontage gebracht. Daher ist es einfach, die Luft in der Ventilkammer 39 zu beseitigen, wodurch die Betriebsfunktion bei der Erstmontage verbessert ist.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Drei-Wege-Ventil als das Steuerventil 42 der Staudrucksteuervorrichtung 1b verwendet. Jedoch kann ein Zwei-Wege-Ventil ohne Hochdruckanschluss auch als das Steuerventil 42 verwendet werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c außerdem in geeigneter Weise bei der Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff verwendet. Jedoch kann die Antriebskraftübertragungsvorrichtung 1c auch bei anderen Systemen zum Übertragen einer Kraft verwendet werden.
