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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzgerät
zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine. Genauer
gesagt wird in dem Kraftstoffeinspritzgerät eine Nadel
durch druckbeaufschlagten Kraftstoff gesteuert.
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Ein
bekanntes Kraftstoffeinspritzgerät hat eine Druckbeaufschlagungskammer
und eine Drucksteuerkammer, die mit der Druckbeaufschlagungskammer
verbunden ist. Kraftstoff wird in der Druckbeaufschlagungskammer
durch einen Kolben, zu dem eine Antriebskraft von einem Antriebsabschnitt übertragen
wird, mit Druck beaufschlagt. Eine Nadel wird durch Erhöhen
eines Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer angehoben. Auf diese
Weise wird Kraftstoff von einem Einspritzloch eingespritzt, das mit
einem Kraftstoffdurchgang verbunden ist. Beispielsweise wird in
dem bekannten Kraftstoffeinspritzgerät ein piezoelektrisches
Element als der Antriebsabschnitt verwendet. Wenn Verschiebungen des
piezoelektrischen Elements instabil sind, kann eine Kraftstoffpulsierung
in der Druckbeaufschlagungskammer und der Drucksteuerkammer erzeugt werden.
Die Nadel kann aufgrund der Kraftstoffpulsierung auch instabil werden.
Diese Nachteile können auch auftreten, falls ein anderes
Element als das piezoelektrische Element als der Antriebsabschnitt verwendet
wird.
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WO 2006/131106 A2 offenbart
ein piezoelektrisches Element mit einem Schichtaufbau, in dem ein
Dämpfungsbauteil angeordnet ist.
EP 1 647 703 A1 offenbart
ein Kraftstoffeinspritzgerät mit einem piezoelektrischen
Element, das einen Stützabschnitt hat, in dem ein Dämpfungsbauteil
angeordnet ist, so dass eine Schwingung des piezoelektrischen Elements
absorbiert werden kann.
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Jedoch
ist eine absorbierbare Frequenz der Schwingung durch ein Material
des Dämpfungsbauteils beschränkt, während
eine Schwingung des piezoelektrischen Elements durch das Dämpfungsbauteil
absorbiert wird. Des Weiteren sind die Anzahl der Zusammenbauteile
und die Anzahl der Zusammenbauprozesse durch Hinzufügen
des Dämpfungsbauteils erhöht.
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In
Anbetracht des Vorstehenden und anderer Nachteile ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Kraftstoffeinspritzgerät
vorzusehen.
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Gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung hat ein Kraftstoffeinspritzgerät
ein Gehäuse, eine Nadel, einen Zylinder, einen Kolben,
einen Kraftstoffdrucksteuerabschnitt und einen Antriebsabschnitt.
Das Gehäuse hat ein Einspritzloch und einen Kraftstoffdurchgang,
der mit dem Einspritzloch verbunden ist. Die Nadel ist in dem Gehäuse
hin und her bewegbar, um zu gestatten, dass Kraftstoff in das Einspritzloch
strömt, wenn sie angehoben wird. Der Zylinder ist in dem
Gehäuse angeordnet. Der Kolben ist in dem Zylinder in einer
Achsrichtung gleitbar hin und her bewegbar aufgenommen. Der Kraftstoffdrucksteuerabschnitt
hat eine Drucksteuerkammer, einen Verbindungsdurchgang, eine Druckübertragungskammer
und eine Druckbeaufschlagungskammer. Die Drucksteuerkammer hebt
die Nadel an, wenn ein Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer erhöht
wird. Der Verbindungsdurchgang ist mit der Drucksteuerkammer verbunden.
Die Druckübertragungskammer ist mit dem Verbindungsdurchgang verbunden
und hat eine Öffnung, die zu einer Gleitfläche
des Zylinders offen ist, die dem Kolben gegenüberliegt.
Die Druckbeaufschlagungskammer ist über die Öffnung
mit der Druckübertragungskammer verbunden, und Kraftstoff
der Druckbeaufschlagungskammer wird durch den Kolben mit Druck beaufschlagt.
Der Antriebsabschnitt verschiebt den Kolben in einer Antriebsrichtung,
um einen Kraftstoffdruck der Druckbeaufschlagungskammer so zu erhöhen, dass
Kraftstoff von dem Einspritzloch eingespritzt wird. Die Öffnung
der Druckübertragungskammer ist durch eine Seitenwandfläche
des Kolbens annähernd geschlossen, wenn der Kraftstoffdruck
der Druckbeaufschlagungskammer erhöht ist, so dass eine
Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer zu
der Druckübertragungskammer beschränkt ist.
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Demzufolge
sind Bewegungen der Nadel aufgrund eines einfachen hydraulischen
Aufbaus stabil, falls der Antriebsabschnitt mit verschiedenen Frequenzen
schwingt.
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Das
Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der folgenden
Erfindung werden klar aus der folgenden detaillierten Beschreibung,
die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht ist.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzgerät
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die das Kraftstoffeinspritzgerät
zeigt, in dem ein Kolben in eine Antriebsrichtung bewegt ist;
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer des Kraftstoffeinspritzgeräts
von 2 zeigt;
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4 ist
ein Graph, der Antriebscharakteristika des Kraftstoffeinspritzgeräts
darstellt;
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5 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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9 ist
eine vergrößerte Ansicht, die eine Umgebung einer
Druckübertragungskammer eines Kraftstoffeinspritzgeräts
gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät 1, das in 1 gezeigt
ist, ist beispielsweise in jedem Zylinder einer Benzindirekteinspritzmaschine
montiert. Ein Hochdruckkraftstoff, der in einer Kraftstoffleitung
(nicht gezeigt) gespeichert ist, wird in jeden Zylinder eingespritzt.
Das Kraftstoffeinspritzgerät 1 hat ein Gehäuse 20,
eine Nadel 30, einen Nadelführungszylinder 35,
eine Abdeckung 40, einen Kolbenführungszylinder 45,
einen Kolben 50 und einen Antriebsabschnitt 60,
wie beispielsweise ein piezoelektrisches Element. Des Weiteren sind
eine Drucksteuerkammer 80, ein Verbindungsdurchgang 85,
eine Druckübertragungskammer 90 und eine Druckbeaufschlagungskammer 95 in
dem Gehäuse 20 definiert.
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Das
Gehäuse 20 hat eine Rohrform und ein Einspritzloch 21 ist
an einem Ende des Gehäuses 20 definiert. Das Einspritzloch 21 verbindet
eine Innenwand und eine Außenwand des Gehäuses 20 miteinander.
Eine Kraftstoffvereinigungskammer 71 ist benachbart zu
dem Einspritzloch 21 und der Innenwand des Gehäuses 20 definiert.
Ein Ventilsitz 22, der an der Innenwand des Gehäuses 20 definiert
ist, ist zwischen der Kraftstoffvereinigungskammer 71 und
dem Einspritzloch 21 angeordnet.
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Das
Gehäuse 20 hat einen Einlass 23, der mit
der Kraftstoffleitung verbunden ist. Eine Kraftstoffkammer 72 ist
zwischen einer Innenumfangswand des Gehäuses 20 und
einer Außenumfangswand des Antriebsabschnitts 60 definiert.
Kraftstoff mit einem Druck, der annähernd gleich zu dem
in der Kraftstoffleitung ist, wird von der Kraftstoffleitung über
den Einlass 23 in die Kraftstoffkammer 72 zugeführt.
Ein Umfangsdurchgang 73, der mit der Kraftstoffkammer 72 verbunden
ist, ist zwischen der Innenumfangswand des Gehäuses 20 und
Außenumfangswänden des Nadelführungszylinders 35,
der Abdeckung 40, des Kolbenführungszylinders 45 und des
Kolbens 50 definiert.
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Die
Nadel 30 ist angeordnet, um sich in dem Gehäuse 20 hin
und her zu bewegen, und hat einen Dichtungsabschnitt 31,
der auf den Ventilsitz 22 zu setzen ist. Wenn der Dichtungsabschnitt 31 von
dem Ventilsitz 22 getrennt bzw. beabstandet ist, sind die Kraftstoffvereinigungskammer 71 und
das Einspritzloch 21 miteinander verbunden, so dass Kraftstoff
in Richtung zu dem Einspritzloch 21 strömen kann. Wenn
der Dichtungsabschnitt 31 auf dem Ventilsitz 22 sitzt,
ist die Verbindung zwischen der Kraftstoffvereinigungskammer 71 und
dem Einspritzloch 21 unterbrochen, so dass Kraftstoff nicht
in Richtung zu dem Einspritzloch 21 strömen kann.
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Der
Nadelführungszylinder 35 hat eine annähernd
zylindrische Form. Ein Ende des Nadelführungszylinders 35 berührt
die Innenwand des Gehäuses 20 benachbart zu dem
Einspritzloch 21, und das andere Ende des Nadelführungszylinders 35 ist durch
die Abdeckung 40 geschlossen. Die Abdeckung 40 ist
annähernd scheibenförmig und hat eine Aussparung 41 gegenüberliegend
zu dem Nadelführungszylinder 35. Eine Außenumfangswand 33 der Nadel 30 berührt
gleitbar eine Innenumfangswand 36 des Nadelführungszylinders 35.
Dadurch wird die Nadel 30 aufgrund des Nadelführungszylinders 35 geführt,
um in einer Achsrichtung hin und her bewegbar zu sein. Wenn die
Nadel 30 auf den Ventilsitz 22 gesetzt ist, ist
ein Abstand bzw. Spalt D zwischen der Nadel 30 und der
Abdeckung 40 definiert. Das heißt ein maximaler
Hubbetrag der Nadel 30 entspricht einem Betrag des Abstands
D.
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Eine
Gegendruckkammer 75 ist zwischen der Nadel 30,
der Abdeckung 40 und dem Nadelführungszylinder 35 definiert.
Die Abdeckung 40 hat einen Durchgang 74, der den
Umfangsdurchgang 73 und die Gegendruckkammer 25 miteinander
verbindet. Die Nadel 30 hat ein Durchgangsloch 76,
das die Gegendruckkammer 75 und die Kraftstoffvereinigungskammer 71 miteinander
verbindet. Dadurch strömt Kraftstoff von der Gegendruckkammer 75 durch
das Durchgangsloch 76 hindurch in die Kraftstoffvereinigungskammer 71.
Die Kraftstoffkammer 72, der Umfangsdurchgang 73,
der Durchgang 74, die Gegendruckkammer 75, das
Durchgangsloch 76 und die Kraftstoffvereinigungskammer 71 sind
als ein Kraftstoffdurchgang 70 definiert und sind miteinander verbunden.
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Eine
erste Spiraldruckfeder 39 ist in der Gegendruckkammer 75 angeordnet.
Ein Ende der Feder 39 berührt die Nadel 30,
und das andere Ende der Feder 39 berührt die Aussparung 41 der
Abdeckung 40. Die Feder 39 spannt die Nadel 30 in
einer Ventilschließrichtung in Richtung zu dem Ventilsitz 22 vor.
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Der
Kolbenführungszylinder 45 hat eine annähernd
zylindrische Form und ist an der Abdeckung 40 fixiert.
Ein Ende des Zylinders 45 ist durch die Abdeckung 40 geschlossen,
und der Kolben 50 ist in dem anderen Ende des Zylinders 45 angeordnet.
Die Druckübertragungskammer 90 ist in dem Zylinder 45 definiert
und hat eine Öffnung 91, die an einer Gleitfläche 46 des
Zylinders 45 angeordnet ist. Die Druckübertragungskammer 90 hat
eine Ringnutform und öffnet in einer Umfangsrichtung des
Kolbenführungszylinders 45. Die Druckübertragungskammer 90 ist über
den Verbindungsdurchgang 85, der in dem Kolbenführungszylinder 45,
der Abdeckung 40 und dem Nadelführungszylinder 35 definiert
ist, mit der Drucksteuerkammer 80 verbunden. Die Drucksteuerkammer 80 hat
in etwa eine Ringform, die durch eine Außenwand der Nadel 30,
eine Innenumfangswand des Nadelführungszylinders 35 und
eine Innenwand des Gehäuses 20 definiert ist.
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Der
Kolben 50 hat in etwa eine zylindrische Säulenform
und ein Ende des Kolbens 50 an der gegenüberliegenden
Seite von der Abdeckung 40 hat einen Flansch 51 mit
einer Ringform, die sich in einer Radialrichtung erstreckt. Eine
Seitenwandfläche 52 des Kolbens 50 berührt
gleitbar die Gleitfläche 46 des Kolbenführungszylinders 45.
Dadurch bewegt sich der Kolben 50 aufgrund des Kolbenführungszylinders 45 in
der Achsrichtung hin und her.
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Die
Druckbeaufschlagungskammer 95 ist durch eine Endfläche 55 des
Kolbens 50 gegenüberliegend der Abdeckung 40,
die Abdeckung 40 und den Kolbenführungszylinder 45 definiert.
Die Druckbeaufschlagungskammer 95 ist über die Öffnung 91 mit
der Druckübertragungskammer 90 verbunden. Wenn
die Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 nicht
geschlossen ist, strömt Kraftstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 95 über
die Druckübertragungskammer 90 und den Verbindungsdurchgang 85 in
die Drucksteuerkammer 80. Deshalb ist ein Kraftstoffdruck
in der Drucksteuerkammer 80 annähernd gleich zu
einem Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 95.
Demzufolge wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 95 erhöht
wird, der Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 80 erhöht.
Die Drucksteuerkammer 80, der Verbindungsdurchgang 85,
die Druckübertragungskammer 90 und die Druckbeaufschlagungskammer 95 sind
als ein Kraftstoffdrucksteuerungsabschnitt definiert.
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Eine
zweite Spiraldruckfeder 59 ist an einer Außenumfangsseite
des Kolbenführungszylinders 45 angeordnet. Ein
Ende der Feder 59 berührt den Kolbenführungszylinder 45,
und das andere Ende der Feder 59 berührt den Flansch 51 des
Kolbens 50. Die Feder 59 spannt den Kolben 50 in
eine Richtung entgegengesetzt zu der Abdeckung 40 derart
vor, dass ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 95 erhöht
wird.
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Der
Kolben 50 hat einen Durchgang 53, der die Kraftstoffkammer 72 und
die Druckbeaufschlagungskammer 95 miteinander verbindet.
Ein Einwegventil 54 ist indem Durchgang 53 angeordnet.
Das Einwegventil 54 gestattet, dass Kraftstoff von der Kraftstoffkammer 72 zu
der Druckbeaufschlagungskammer 95 strömt, und
beschränkt eine Strömung von Kraftstoff von der
Druckbeaufschlagungskammer 95 zu der Kraftstoffkammer 72.
Dadurch strömt Kraftstoff, wenn sich der Kolben 50 aufgrund
einer Vorspannkraft der zweiten Spiraldruckfeder 59 entgegengesetzt
zu der Abdeckung 40 bewegt, von der Kraftstoffkammer 72 durch
den Durchgang 53 zu der Druckbeaufschlagungskammer 95.
Im Gegensatz dazu wird, wenn sich der Kolben 50 aufgrund
einer Antriebskraft des Antriebsabschnitts 60 zu der Abdeckung 40 hin
bewegt, eine Strömung von Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu
der Kraftstoffkammer 72 beschränkt, so dass ein
Druck der Druckbeaufschlagungskammer 95 erhöht
wird.
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Der
Antriebsabschnitt 60 ist an dem Kolben 50 an der
entgegengesetzten Seite von der Abdeckung 40 angeordnet
und hat eine in etwa zylindrische Säulenform. Ein Ende 61 des Antriebsabschnitts 60 ist
an einer Innenwand des Gehäuses 20 entgegengesetzt
von dem Einspritzloch 21 fixiert.
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Der
Antriebsabschnitt 60 hat einen Piezostapel 65 und
einen Drückabschnitt 66. Der Piezostapel 65 hat
typischerweise einen Kondensatoraufbau, in dem piezoelektrische
Keramikschichten und Elektrodenschichten abwechselnd gestapelt sind,
und wird durch eine ECU (nicht gezeigt) mit Energie beaufschlagt.
Die piezoelektrische Keramikschicht ist beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat
(PZT) gemacht. Der Piezostapel 65 dehnt sich in der Achsrichtung aus,
wenn der Piezostapel 65 mit elektrischer Energie beaufschlagt
wird. Im Gegensatz dazu zieht sich der Piezostapel 65 in
der Achsrichtung zusammen, wenn elektrische Energie von dem Piezostapel 65 abgeleitet
wird. Der Drückabschnitt 66 ist an dem Piezostapel 65 gegenüberliegend
zu dem Kolben 50 angeordnet und berührt den Kolben 50.
Wenn sich der Piezostapel 65 ausdehnt, drückt
der Drückabschnitt 66 den Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 entgegen der Vorspannkraft
der zweiten Spiraldruckfeder 59. Deshalb bewegt sich der
Kolben 50 in Richtung zu der Abdeckung 40, so
dass das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 95 verringert
wird.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, ist die Endfläche 55 des
Kolbens 50 näher an der Abdeckung 40 angeordnet
als ein stromabwärtiges Ende 92 der Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90, so dass die Seitenwandfläche 52 des
Kolbens 50 die Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 annähernd
schließt.
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Eine
Richtung der Bewegung des Kolbens 50, die durch das Ausdehnen
des Piezostapels 65 erzeugt wird, kann als eine Antriebsrichtung
definiert werden, und ein Bewegungszustand des Kolbens 50, der
durch das Ausdehnen des Piezostapels 65 erzeugt wird, kann
als ein Druckerhöhungszustand definiert werden. Das heißt
in dem Druckerhöhungszustand ist die Endfläche 55 des
Kolbens 50 stromabwärts von dem stromabwärtigen
Ende 92 der Druckübertragungskammer 90 in
der Antriebsrichtung angeordnet.
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Ein
Betrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 wird mit
Bezug auf 1, 2 und 3 beschrieben.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wenn der Piezostapel 65 nicht
mit Energie beaufschlagt wird, befindet sich der Piezostapel 65 in
einem zusammengezogenen Zustand. Wenn sich der Piezostapel 65 in
dem zusammengezogenen Zustand befindet, sind der Kraftstoffdurchgang 70,
die Druckbeaufschlagungskammer 95, die Druckübertragungskammer 90,
der Verbindungsdurchgang 85 und die Drucksteuerkammer 80 mit
Kraftstoff gefüllt, so dass Drücke der Druckbeaufschlagungskammer 95,
der Druckübertragungskammer 90, des Verbindungsdurchgangs 85 und
der Drucksteuerkammer 80 annähernd gleich zu einem
Druck des Kraftstoffdurchgangs 70 sind. Die Nadel 30 ist
aufgrund der Vorspannkraft der ersten Spiraldruckfeder 39 und
einer Last eines Kraftstoffdrucks der Gegendruckkammer 75 auf
den Ventilsitz 22 gesetzt. Deshalb sind die Kraftstoffvereinigungskammer 71 und
das Einspritzloch 21 nicht miteinander verbunden. Somit
wird eine Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch 21 verhindert.
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Wenn
der Piezostapel 75 mit Energie beaufschlagt wird, dehnt
sich der Piezostapel 65 in der Achsrichtung aus. Dadurch
drückt der Drückabschnitt 66 den Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 entgegen der Vorspannkraft
der zweiten Spiraldruckfeder 59. Auf diese Weise wird der
Kolben 50 durch den Drückabschnitt 66 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt, so dass das Volumen
der Druckbeaufschlagungskammer 95 verringert wird. Zu dieser
Zeit wird ein Strömen von Kraftstoff von dem Durchgang 53 aufgrund
des Einwegventils 54 beschränkt, so dass ein Kraftstoff
der Druckbeaufschlagungskammer 95 mit Druck beaufschlagt
wird. Wenn ein Kraftstoff der Druckbeaufschlagungskammer 95 mit
Druck beaufschlagt wird, wird ein Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 80 erhöht,
weil die Drucksteuerkammer 80 durch die Druckübertragungskammer 90 und
den Verbindungsdurchgang 85 mit der Druckbeaufschlagungskammer 95 verbunden
ist.
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Wenn
der Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 80 erhöht
wird, wird die Nadel 30 von dem Ventilsitz 22 entgegen
der Vorspannkraft der ersten Spiraldruckfeder 39 und der
Last des Kraftstoffdrucks der Gegendruckkammer 75 angehoben.
Deshalb wird die Nadel 30 von dem Ventilsitz 22 getrennt
bzw. beabstandet. Wenn die Nadel 30 von dem Ventilsitz 22 beabstandet
ist, ist die Kraftstoffvereinigungskammer 71 mit dem Einspritzloch 21 verbunden,
so dass Kraftstoff von dem Einspritzloch 21 eingespritzt
wird, nachdem er durch den Einlass 23, die Kraftstoffkammer 72,
den Umfangsdurchgang 73, den Durchgang 74, die
Gegendruckkammer 75 und das Durchgangsloch 76 von
der Kraftstoffleitung in die Kraftstoffvereinigungskammer 71 geströmt
ist.
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Wie
in 2 und 3 gezeigt ist, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt ist, ist die Endfläche 55 des
Kolbens 50 näher an der Abdeckung 40 angeordnet
als das stromabwärtige Ende 92 der Öffnung
der Druckübertragungskammer 90, so dass die Druckbeaufschlagungskammer 95 und
die Druckübertragungskammer 90 miteinander nur
durch einen kleinen Gleitspalt CL, der in 3 gezeigt
ist, verbunden sind. Das heißt die Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 ist annähernd
geschlossen. Deshalb ist eine Druckübertragung von der
Druckbeaufschlagungskammer 95 zu der Druckübertragungskammer 90 beschränkt.
Des Weiteren kann ein Dämpfungseffekt erreicht werden,
weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist. Auf diese Weise kann eine Schwingung des Kolbens 50 verringert
werden.
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Wenn
der Piezostapel 65 beginnt elektrische Energie abzugeben,
zieht sich der Piezostapel 65 in der Achsrichtung zusammen.
Dadurch bewegt sich der Druckabschnitt 66 entgegengesetzt
zu der Abdeckung 40, so dass sich der Kolben 50 aufgrund
der Vorspannkraft der zweiten Spiraldruckfeder 59 entgegengesetzt
zu der Abdeckung 40 bewegt. Auf diese Weise wird das Volumen
der Druckbeaufschlagungskammer 95 erhöht.
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Wenn
sich der Kolben 50 entgegengesetzt zu der Abdeckung 40 bewegt,
wie in 1 gezeigt ist, sind die Druckbeaufschlagungskammer 95 und die
Druckübertragungskammer 90 über die Öffnung 91 miteinander
verbunden. Wenn der sich Kolben 50 entgegengesetzt zu der
Abdeckung 40 bewegt, wird ein Kraftstoffdruck der Druckbeaufschlagungskammer 95 verringert
und Kraftstoff strömt von der Kraftstoffkammer 72 durch
den Durchgang 53 in die Druckbeaufschlagungskammer 95.
Des Weiteren, wenn der Kraftstoffdruck der Druckbeaufschlagungskammer 95 verringert
wird, wird ein Kraftstoffdruck der Drucksteuerkammer 80 verringert,
weil die Drucksteuerkammer 80 durch die Druckübertragungskammer 90 und
den Verbindungsdurchgang 85 mit der Druckbeaufschlagungskammer 95 verbunden ist.
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Deshalb
wird die Nadel 30 aufgrund der Vorspannkraft der ersten
Spiraldruckfeder 39 und einer Last eines Kraftstoffdrucks
der Gegendruckkammer 75 in Richtung zu dem Ventilsitz 22 bewegt.
Auf diese Weise wird die Nadel 30 auf den Ventilsitz 22 gesetzt. Demzufolge
ist die Verbindung zwischen dem Einspritzventilloch 21 und
der Kraftstoffvereinigungskammer 71 unterbrochen, und die
Kraftstoffeinspritzung von dem Einspritzloch 21 ist beendet.
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Beziehungen
zwischen einem Antriebspuls DP, einer Elementverschiebung ED, einem
Kraftstoffdruck FP und einer Nadelverschiebung ND werden mit Bezug
auf 4 beschrieben. Der Antriebspuls DP kann zu einem
Puls korrespondieren, der den Piezostapel 65 des Antriebsabschnitts 60 antreibt.
Die Elementverschiebung ED kann zu einer Verschiebung des Piezostapels 65 des
Antriebsabschnitts 60 korrespondieren. Der Kraftstoffdruck
FP kann zu einem Kraftstoffdruck in der Drucksteuerkammer 80 korrespondieren.
Die Nadelverschiebung ND kann zu einer Verschiebung der Nadel 30 korrespondieren.
Eine vertikale Achse von 4 stellt den Antriebspuls DP
(V), die Elementverschiebung ED (μm), den Kraftstoffdruck
FP (MPa) und die Nadelverschiebung ND (μm) dar. Eine horizontale
Achse von 4 stellt die Zeit (s) dar. Charakteristika
des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 sind mit durchgehenden
Linien in 4 definiert und Charakteristika
eines Vergleichsbeispiels sind mit gestrichelten Linien in 4 definiert.
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Wenn
der Antriebspuls DP von der ECU aufgebracht wird, wird die Elementverschiebung
ED erzeugt. Das heißt der Piezostapel 65 dehnt
sich aus. Wenn sich der Piezostapel 65 ausdehnt, wird der Kraftstoffdruck
FP in der Drucksteuerkammer 80 erhöht. Wenn der
Kraftstoffdruck FP in der Drucksteuerkammer 80 erhöht
wird, hebt sich die Nadel 30 an, so dass die Nadelverschiebung
ND erzeugt wird. Die Nadel 30 wird bis zu dem maximalen
Hubbetrag D verschoben.
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Wenn
der Kraftstoffdruck FP in der Drucksteuerkammer 80 gleich
wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist,
wird der maximale Hubbetrag D beibehalten.
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Nachdem
die Elementverschiebung ED zu einem Zeitpunkt t1 gleich zu einer
Verschiebung S wird, wird die Elementverschiebung ED instabil um die
Verschiebung S herum. In dem Vergleichsbeispiel, weil die Druckübertragung
von der Druckbeaufschlagungskammer zu der Drucksteuerkammer in dem
Druckerhöhungszustand nicht beschränkt ist, schwankt,
wie mit den gestrichelten Linien in 4 gezeigt
ist, der Kraftstoffdruck FP der Drucksteuerkammer gemäß Schwankungen
der Elementverschiebung ED. Im Gegensatz dazu werden in dem Kraftstoffeinspritzgerät 1,
weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 in dem Druckerhöhungszustand annähernd
geschlossen ist, Druckschwankungen in der Druckbeaufschlagungskammer 95 durch
den Dämpfereffekt beschränkt, und die Druckübertragung
von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu der Drucksteuerkammer 80 wird
beschränkt. Deshalb kann, wie mit den durchgehenden Linien
in 4 gezeigt ist, der Kraftstoffdruck FP der Drucksteuerkammer 80 trotz
der Schwankungen der Elementverschiebung ED stabil bei einem Niveau
P gehalten werden.
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Wenn
der Antriebspuls DP durch die ECU zu einem Zeitpunkt t2 gestoppt
wird, wird die Elementverschiebung ED verringert. Das heißt
der Piezostapel 65 zieht sich zusammen. In dem Vergleichsbeispiel,
das mit den gestrichelten Linien in 4 gezeigt
ist, ist, wenn der Antriebspuls DP gestoppt ist, der Kraftstoffdruck
FP größer als das Niveau P. Deshalb ist eine Abnahme
des Kraftstoffdrucks FP verzögert, und ein Beginn der Nadelverschiebung
ND ist verzögert. Das heißt in dem Vergleichsbeispiel
ist, weil der Kraftstoffdruck FP instabil ist, eine Zeitspanne,
die von dem Stopp des Antriebspulses DP zu dem Zeitpunkt t2 zu dem
Start der Nadelverschiebung ND definiert ist, instabil. Das heißt
ein Ventilschließantwortverhalten ist instabil. Im Gegensatz dazu
ist in dem Kraftstoffeinspritzgerät 1, weil der Kraftstoffdruck
FP stabil ist, eine Zeitspanne T, die von dem Stopp des Antriebspulses
DP zu dem Zeitpunkt t2 zu dem Start der Nadelverschiebung ND definiert
ist, stabil. Deshalb ist das Ventilschließantwortverhalten
des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 stabiler als das
des Vergleichsbeispiels.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform schließt die Seitenwandfläche 52 des
Kolbens 50 annähernd die Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 in dem Druckerhöhungszustand,
in dem der Kolben 50 aufgrund der Antriebskraft des Antriebsabschnitts 60 in
Richtung zu der Abdeckung 40 in der Antriebsrichtung bewegt
ist. Die Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer 95 durch
die Druckübertragungskammer 90 und den Verbindungsdurchgang 85 zu
der Drucksteuerkammer 80 kann beschränkt werden.
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Des
Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, hat die Druckbeaufschlagungskammer 95 einen
Dämpfereffekt, so dass eine Schwingung des Kolbens 50 beschränkt
werden kann. Deshalb können Schwankungen des Kraftstoffdrucks
in der Druckbeaufschlagungskammer 95 beschränkt
werden. Demzufolge können Schwankungen des Kraftstoffdrucks
in der Drucksteuerkammer 80 weiter beschränkt
werden.
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Deshalb
kann eine Änderung des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 80 gemäß einer Schwingung
des Antriebsabschnitts 60 verringert werden, und eine Verschiebung
der Nadel 30 kann stabil gemacht werden. Wenn beispielsweise
eine kleine Menge eines Kraftstoffs durch Drücken eines Gaspedals
eingespritzt wird, ist die Stabilität des Ventilschließansprechverhaltens
der Nadel 30 wirkungsvoll.
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Weil
eine Änderung des Kraftstoffdrucks in der Drucksteuerkammer 80 durch
Verbessern eines hydraulischen Aufbaus beschränkt ist,
ist die Verschiebung der Nadel 30 stabil, falls der Antriebsabschnitt 60 mit
verschiedenen Frequenzen schwingt. Des Weiteren, weil der hydraulische
Aufbau einfach ist, sind die Anzahl von Zusammenbauvorrichtungen und
die Anzahl von Zusammenbauprozessen verringert. Des Weiteren kann
die Druckübertragungskammer 90 leicht hergestellt
werden, weil die Druckübertragungskammer 90 eine
einfache Ringnutform hat.
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(Zweite Ausführungsform)
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine
Umgebung einer Druckübertragungskammer 90 darstellt,
in der ein Kolben 50 in Richtung zu einer Abdeckung 40 bewegt
ist. In der zweiten Ausführungsform ist ein Gleitspalt
CL2 zwischen einer Gleitfläche 46b eines Kolbenführungszylinders 45 und
einer Seitenwandfläche des Kolbens 50 definiert,
und ein Gleitspalt CL1 ist zwischen einer Gleitfläche 46a des
Zylinders 45 und der Seitenwandfläche 52 des
Kolbens 50 definiert. Das heißt der Gleitspalt
CL2 ist an einer Seite benachbart zu der Abdeckung 40 von
einer Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 angeordnet,
und der Gleitspalt CL1 ist an einer Seite entgegengesetzt zu der
Abdeckung 40 von der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 angeordnet.
Der Gleitspalt CL2 ist größer als der Gleitspalt
CL1.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt ist, ist eine Endfläche 55 des
Kolbens 50 gegenüberliegend zu der Abdeckung 40 näher
an der Abdeckung 40 gelegen als ein stromabwärtiges
Ende 92 der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90.
Die Druckübertragungskammer 90 und die Druckbeaufschlagungskammer 95 sind
nur durch den Gleitspalt CL2 miteinander verbunden. Das heißt
die Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 ist
annähernd geschlossen, und eine Druckübertragung
von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu der Druckübertragungskammer 90 ist
beschränkt. Des Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, kann ein Dämpfungseffekt erreicht werden,
so dass eine Schwingung des Kolbens 50 verringert werden
kann.
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Gemäß der
zweiten Ausführungsform können gleiche Effekte
wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden. Des
Weiteren ist der zweite Spalt CL2, der an einer stromabwärtigen
Seite der Öffnung 91 in der Antriebsrichtung angeordnet
ist, größer als der erste Spalt CL1, der an einer
stromaufwärtigen Seite der Öffnung 91 in
der Antriebsrichtung angeordnet ist. Falls der Kolben 50 schräg
bewegt wird, kann der Kolben 50 deshalb nicht das stromabwärtige
Ende 92 der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 berühren.
Demzufolge können eine Abnutzung und eine Beschädigung
des Kolbens 50 und des Kolbenführungszylinders 45 verringert werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine
Umgebung einer Druckübertragungskammer 90 darstellt,
in der ein Kolben 50 in Richtung zu einer Abdeckung 40 bewegt
ist. In der dritten Ausführungsform, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt wird, entspricht eine
Position einer Endfläche 55 des Kolbens 50 gegenüberliegend
zu der Abdeckung 40 annähernd einer Position eines
stromabwärtigen Endes 92 einer Öffnung 91 einer
Druckübertragungskammer 90, die benachbart zu
der Abdeckung 40 ist. Das stromabwärtige Ende 92 ist
geringfügig näher an der Abdeckung 40 als
die Endfläche 55 des Kolbens 50, und
ein sehr kleiner Spalt mit einer Abmessung L1 ist zwischen dem Kolben 50 und
dem stromabwärtigen Ende 92 definiert.
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Wie
in 6 gezeigt ist, sind die Druckübertragungskammer 90 und
die Druckbeaufschlagungskammer 95 nur durch den sehr kleinen
Spalt miteinander verbunden, wenn der Kolben 50 in Richtung
zu der Abdeckung 40 bewegt ist. Das heißt die Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 ist annähernd geschlossen,
und eine Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu
der Druckübertragungskammer 90 ist beschränkt.
Des Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, kann ein Dämpfungseffekt erhalten werden,
so dass eine Schwingung des Kolbens 50 beschränkt
werden kann.
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Gemäß der
dritten Ausführungsform können gleiche Effekte
wie bei der ersten Ausführungsform erhalten werden. Des
Weiteren, falls der Kolben 50 schräg bewegt wird,
kann der Kolben 50 das stromabwärtige Ende 92 der
Druckübertragungskammer 90 nicht berühren,
weil der sehr kleine Spalt zwischen dem Kolben 50 und dem
stromabwärtigen Ende 92 definiert ist. Demzufolge
können eine Abnutzung und eine Beschädigung des
Kolbens 50 und des Kolbenführungszylinders 45 verringert
werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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7 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine
Umgebung einer Druckübertragungskammer 90 zeigt,
in der ein Kolben 50 in Richtung zu einer Abdeckung 40 bewegt
ist. In einer vierten Ausführungsform ist ein Endabschnitt 56 mit
einer verjüngten Form in einem Umfang des Kolbens 50 gegenüberliegend
zu der Abdeckung 40 definiert.
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Wie
in 7 gezeigt ist, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt ist, ist eine Endfläche 55 des
Kolbens 50 gegenüberliegend zu der Abdeckung 40 näher
an der Abdeckung 40 gelegen als ein stromabwärtiges
Ende 92 einer Öffnung 91 einer Druckübertragungskammer 90 benachbart zu
der Abdeckung 40. Die Druckübertragungskammer 90 und
die Druckbeaufschlagungskammer 95 sind nur durch einen
Gleitspalt CL3 miteinander verbunden. Das heißt die Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 ist annähernd
geschlossen, und eine Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu
der Druckübertragungskammer 90 ist beschränkt.
Des Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, kann ein Dämpfungseffekt erreicht werden,
so dass eine Schwingung des Kolbens 50 verringert werden
kann.
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Gemäß der
vierten Ausführungsform können gleiche Effekte
wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Des
Weiteren ist der Endabschnitt 56 mit der verjüngten
Form in dem Umfang des Kolbens 50 gegenüberliegend
zu der Abdeckung 40 definiert. Deshalb kann, falls der
Kolben 50 schräg bewegt wird, der Kolben 50 nicht
das stromabwärtige Ende 92 der Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 berühren.
Demzufolge können eine Abnutzung und eine Beschädigung
des Kolbens 50 und des Kolbenführungszylinders 45 verringert
werden.
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(Fünfte Ausführungsform)
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine
Umgebung einer Druckübertragungskammer 90 darstellt,
in der ein Kolben 50 in Richtung zu einer Abdeckung 40 bewegt
ist. In der fünften Ausführungsform, wenn der
Kolben 50 in Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt
ist, entspricht eine Position einer Endfläche 55 des
Kolbens 50 gegenüberliegend zu der Abdeckung 40 annähernd
einer Position eines stromabwärtigen Endes 92 einer Öffnung 91 einer Druckübertragungskammer 90,
die benachbart zu der Abdeckung 40 ist. Des Weiteren ist
ein Endabschnitt 56 mit einer verjüngten Form
in einem Umfang des Kolbens 50 gegenüberliegend
zu der Abdeckung 40 definiert, und ein sehr kleiner Spalt
mit einer Dimension L2 ist zwischen dem Kolben 50 und dem
stromabwärtigen Ende 92 definiert.
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Wie
in 8 gezeigt ist, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt ist, sind die Druckübertragungskammer 90 und
die Druckbeaufschlagungskammer 95 nur durch den sehr kleinen Spalt
miteinander verbunden. Das heißt die Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 ist annähernd geschlossen,
und eine Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu
der Druckübertragungskammer 90 ist beschränkt.
Des Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, kann ein Dämpfungseffekt erhalten werden,
so dass eine Schwingung des Kolbens 50 beschränkt
werden kann.
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Gemäß der
fünften Ausführungsform können Effekte
erhalten werden, die gleich wie bei der ersten Ausführungsform
sind. Des Weiteren, falls der Kolben 50 schräg
bewegt wird, kann der Kolben 50 nicht das stromabwärtige
Ende 92 der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 berühren,
weil der Endabschnitt 56 mit der Verjüngung in
dem Umfang des Kolbens 50 gegenüberliegend zu
der Abdeckung 40 definiert ist und weil der sehr kleine
Spalt zwischen dem Kolben 50 und dem stromabwärtigen Ende 92 definiert
ist. Demzufolge können eine Abnutzung und eine Beschädigung
des Kolbens 50 und des Kolbenführungszylinders 45 verringert
werden.
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(Sechste Ausführungsform)
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9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine
Umgebung einer Druckübertragungskammer 90 darstellt,
in der ein Kolben 50 in Richtung zu einer Abdeckung 40 bewegt
ist. In der sechsten Ausführungsform hat ein stromabwärtiges
Ende 93 einer Öffnung 91 einer Druckübertragungskammer 90,
die in einem Kolbenführungszylinder 45 definiert ist,
eine verjüngte Form.
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Wie
in 9 gezeigt ist, wenn der Kolben 50 in
Richtung zu der Abdeckung 40 bewegt ist, ist eine Endfläche 55 des
Kolbens 50 gegenüberliegend zu der Abdeckung 40 näher
an der Abdeckung 40 angeordnet als das stromabwärtige
Ende 93 der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90,
die benachbart zu der Abdeckung 40 ist. Die Druckübertragungskammer 90 und
die Druckbeaufschlagungskammer 95 sind nur durch einen
Gleitspalt CL4 miteinander verbunden. Das heißt die Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 ist
annähernd geschlossen, und eine Druckübertragung
von der Druckbeaufschlagungskammer 95 zu der Druckübertragungskammer 90 ist
beschränkt. Des Weiteren, weil die Druckbeaufschlagungskammer 95 annähernd
geschlossen ist, kann ein Dämpfungseffekt erreicht werden,
so dass eine Schwingung des Kolbens 50 verringert werden
kann.
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Gemäß der
sechsten Ausführungsform können Effekte erhalten
werden, die gleich wie bei der ersten Ausführungsform sind.
Des Weiteren hat das stromabwärtige Ende 93 der Öffnung 91 der
Druckübertragungskammer 90 gegenüberliegend
zu der Abdeckung 40 die verjüngte Form. Deshalb
kann, falls der Kolben 50 schräg bewegt wird,
der Kolben 50 nicht das stromabwärtige Ende 93 der Öffnung 91 der Druckübertragungskammer 90 berühren.
Demzufolge können eine Abnutzung und eine Beschädigung des
Kolbens 50 und des Kolbenführungszylinders 45 verringert
werden.
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(Andere Ausführungsformen)
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Das
Kraftstoffeinspritzgerät 1 wird beispielsweise
in der Maschine mit Benzindirekteinspritzung verwendet. Alternativ
kann das Kraftstoffeinspritzgerät 1 in einer Dieselmaschine
verwendet werden, wie einer Dieselmaschine der Common-Rail-Bauart.
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Der
Piezostapel 65 wird als ein Antriebsbauteil des Antriebsabschnitts 60 verwendet.
Alternativ kann ein elektrostriktives Element, ein magnetostriktives
Element oder ein Linearsolenoid als das Antriebsbauteil des Antriebsabschnitts 60 verwendet werden.
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Der
Nadelführungszylinder 35, die Abdeckung 40,
der Kolbenführungszylinder 45 können miteinander
integriert sein.
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Derartige Änderungen
und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung zu verstehen, der durch die angehängten Ansprüche
definiert ist.
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät (1) hat eine Druckübertragungskammer
(90) und eine Druckbeaufschlagungskammer (95).
Die Druckübertragungskammer (90) hat eine Öffnung
(91), die zu einer Gleitfläche (46) eines
Zylinders (45) gegenüberliegend zu einem Kolben
(50) öffnet. Die Druckbeaufschlagungskammer (95)
ist durch die Öffnung (91) mit der Druckübertragungskammer
(90) verbunden. Der Kolben (50) beaufschlagt Kraftstoff
der Druckbeaufschlagungskammer (95) mit Druck. Die Öffnung
(91) der Druckübertragungskammer (90)
ist durch eine Seitenwandfläche (52) des Kolbens
(50) annähernd geschlossen, wenn der Druck der
Druckbeaufschlagungskammer (95) erhöht ist, so
dass eine Druckübertragung von der Druckbeaufschlagungskammer (95)
zu der Druckübertragungskammer (90) beschränkt
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/131106
A2 [0003]
- - EP 1647703 A1 [0003]