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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Gleitanordnung für
ein Schaftelement und auf einen Injektor.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Eine Gleitanordnung, in der ein Schaftelement
gleitfähig
in einem Führungsloch
aufgenommen ist, wird in verschiedenen Arten von Einrichtungen verwendet
und ein Injektor, der eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem
Verbrennungsmotor darstellt, ist ein Beispiel einer solchen Einrichtung.
Ein Injektor schaltet zwischen einem Kraftstoffeinspritzen und einem
Beenden des Einspritzens beispielsweise durch axiales Versetzen
einer Nadel, die aus einem Schaftelement besteht und in eine Düse eingefügt ist, an
welche ein Kraftstoff zum Einspritzen zugeführt wird. In diesem Fall hat
der Injektor eine Gleitanordnung, in der die Nadel gleitfähig in einem
Führungsloch
aufgenommen ist. Die Nadel öffnet
ein Ventil, beispielsweise wenn der Kraftstoffdruck in der Düse, welcher
immer in der Richtung zum Öffnen
des Ventils wirkt, die Federkraft einer Feder übersteigt, welche einen Druck
zum Öffnen
des Ventils bestimmt.
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Es gibt ein anderes Beispiel einer
Anordnung, wie z.B. ein Injektor, der in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
der Common-Rail-Bauart verwendet wird, in welcher der Gegendruck
der Nadel zwischen der Hochdruckseite und der Niedrigdruckseite geschaltet
wird, um die Nadel zu aktivieren. Solch ein Injektor hat eine Gleitanordnung,
in der eine Ventilkammer, welche mit einem Ventilkörper zum
Isolieren einer Gegendruckkammer von einer Niedrigdruck-Quelle versehen
ist, auf einem Weg einer Strömungsbahn
bereitgestellt ist, um den Hochdruck-Kraftstoff freizusetzen, der in die
Gegendruckkammer einzuleiten ist, welche einen Gegendruck erzeugt,
zu einer Niedrigdruck-Quelle und ein Kolben zum Andrücken des
Ventilkörpers
wird in einem Führungsloch
aufgenommen, welches die Ventilkammer durchdringt. Der Kolben wird
durch einen Aktuator angedrückt
und angetrieben, der von einem Piezostapel oder dergleichen gebildet
wird, wobei Trennung zwischen der Gegendruckkammer und der Niedrigdruck-Quelle
durch Versetzen des Ventilkörpers
aufgehoben und die Gegendruckkammer zu einem Niedrigdruck geöffnet wird.
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In den Fällen dieser Injektoren, dringt
ein Teil des Kraftstoffs in den Zwischenraum zwischen der Seitenfläche des
Schaftelements und der Seitenfläche
des Führungslochs
ein und bildet darin einen Ölfilm,
deshalb wird aufgrund der Verringerung der Gleitreibung die Gleitfähigkeit
verbessert, aber eine Leckage von Kraftstoff von dem Gleitabschnitt
(Leckage des Gleitabschnittes) verringert die Kraft der Nadel zum Öffnen des
Ventils und den erzeugten Öldruck
und deshalb ist es notwendig, das Abdichtvermögen gegen die Kraftstoff-Leckage
ausreichend sicherzustellen sowie die Gleitfähigkeit beizubehalten und nur
ein Zwischenraum, der einige um schmal ist, ist zwischen der Seitenfläche des
Führungslochs
und der Seitenfläche
der Nadel zulässig,
welche in gleitfähigem
Kontakt miteinander sind. Aufgrund dessen gibt es einen Versuch,
bei dem Labyrinth-Rillen in der Seitenfläche einer Nadel ausgebildet
sind, um das Fehlen eines Ölfilms zu
verhindern und um Fremdpartikel in einem Kraftstoff einzufangen
(siehe Patentdokument 1, usw.).
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Es besteht ein anderer Versuch, bei
dem die Ungleichmäßigkeit
der Gleitfähigkeit
und das Abdichtvermögen
verbessert wird, indem die Abstände, in
denen die Rillen angeordnet sind, erhöht werden, sodass die Abstände auf
der Niedrigdruckseite länger
sind als auf der Hochdruckseite und dass der Abstand im Mittelabschnitt
länger
ist als der auf der Niedrigdruckseite, wobei berücksichtigt wird, dass der Innendurchmesser
eines Führungslochs
auf dessen Hochdruckseite am meisten vergrößert und deformiert ist und
der Zwischenraum relativ groß ist, wohingegen
der Grad der Vergrößerung und
Deformation im Mittelabschnitt des Führungslochs klein ist, weil
ein großes
Druckgefälle
in der Richtung des Führungslochs
in einer Vorrichtung, so wie der vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzvorrichtung
der Common-Rail-Bauart, erzeugt wird, in der ein Hochdruck-Kraftstoff
zur Innenseite eines Düsenkörpers zugeführt wird
(siehe Patentdokument, usw.).
[Patentdokument 1]
Japanische
Ungeprüfte
Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 7-103106
[Patentdokument 2]
Japanische Ungeprüfte Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2001-280223
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Kraftstoffdruck wirkt in einer
Axialrichtung auf eine Nadel und eine Federkraft, welche einen Druck
zum Öffnen
eines Ventils spezifiziert sowie der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer
wirken aus der anderen Axialrichtung. Wo ein Kolben durch einen
Aktuator angedrückt
und angetrieben wird, versetzt der Aktuator den Kolben gegen den
Kraftstoffdruck und die Federkraft, welche aus einer Axialrichtung
angelegt werden. Mit anderen Worten, werden die Nadel und der Kolben
unter einem Zustand in der Axialrichtung versetzt, bei dem eine
Andrücklast
von beiden Endflächen
angelegt wird.
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Unter solch einem Zustand, ist es
wahrscheinlich, dass ein Kräftepaar
auf das Schaftelement wirkt und das Schaftelement neigt sich bezüglich der
Axialrichtung des Führungslochs,
was einen Kantenkontakt zur Folge hat. Aufgrunddessen besteht die
Möglichkeit,
einer Abnutzung, die durch Fehlen eines Ölfilms an den Kontaktabschnitten
zwischen der Seitenfläche
des Schaftelements und der Seitenfläche des Führungslochs verursacht wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde in
Anbetracht der vorstehend genannten Probleme entwickelt, die dabei
berücksichtigt
wurden, und die Aufgabe ist es, eine Gleitanordnung eines Schaftelements bereitzustellen,
die in der Lage ist, eine Abnutzung aufgrund von Fehlen eines Ölfilms zu
verhindern und einen Injektor bereitzustellen, der die Gleitanordnung eines
Schaftelements hat.
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In einer Gleitanordnung eines Schaftelements
gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schaftelement
gleitfähig
in einem Führungsloch
aufgenommen und eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen sind jeweils
in beiden axialen Endabschnitten der Seitenflächen des Schaftelements ausgebildet,
welche in einem Bereich angeordnet sind, an dem eine Seitenfläche des
Schaftelements immer in gleitfähigem
Kontakt mit einer Seitenfläche des
Führungslochs
ist.
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Die Kontaktabschnitte zwischen der
Seitenfläche
des Schaftelements und der Seitenfläche des Führungslochs, welche aufgrund
der Neigung des Schaftelements in einem Kantenkontakt sind, sind
an beiden Endabschnitten des Schaftelements angeordnet, an welchem
die Seitenfläche
des Schaftelements immer in gleitfähigem Kontakt mit der Seitenfläche des
Führungslochs
ist und die Kontaktabschnitte haben eine bestimmte Länge in der
Axialrichtung des Führungslochs.
Durch Ausbilden einer Vielzahl von Rillen in den jeweiligen beiden
Endabschnitten, ist es möglich,
zu erreichen, dass ein Ölfilm
den gesamten Kontaktabschnitt bedeckt, der eine bestimmte Länge hat,
ohne die Rillenbreite extrem zu erhöhen. Aufgrund dessen dass die
Rillenbreite nicht extrem erhöht
wird, ist es möglich,
die Gleitlänge
des Kontaktabschnittes sicherzustellen. Aufgrund dessen ist es möglich, effektiv
eine Abnutzung zu verhindern, die aufgrund des Fehlen eines Ölfilms entsteht
und es ist möglich
im Voraus ein Anhaften aufgrund der Abnutzung und ein Festfressen des
Schaftelements aufgrund des Auftretens von Abriebteilchen, zu verhindern.
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Ein Injektor gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung hat eine Nadel, welche von einem Schaftelement gebildet
wird, das in der Axialrichtung versetzt wird, um zwischen einem
Kraftstoffeinspritzen und dem Beenden eines Einspritzens umzuschalten
und in eine Düse
eingefügt
ist, welche mit einem Kraftstoff zum Einspritzen versorgt wird;
wobei eine Anordnung, in der die Nadel gleitfähig in einem Führungsloch
aufgenommen ist, in der Düsenwand ausgebildet
ist, oder eine Anordnung, in der eine Ventilkammer, die mit einem
Ventilkörper
zum Isolieren einer Gegendruckkammer von einer Niedrigdruck-Quelle
versehen ist, in einer Niedrigdruck-Strömungsbahn vorgesehen ist, um
den Kraftstoff in der Gegendruckkammer an die Niedrigdruck-Kammer freizusetzen,
wobei an die Gegendruckkammer ein Hochdruck-Kraftstoff zugeführt wird
und diese einen Gegendruck an die Nadel erzeugt, und in der ein
Kolben, der von einem Schaftelement gebildet wird und den Ventilkörper in
das Führungsloch
drückt,
das die Wand der Ventilkammer durchdringt, aufgenommen wird, die
Gleitanordnung eines Schaftelements gemäß dem ersten Aspekt hat.
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Es ist wahrscheinlich dass ein Kräftepaar
auf eine Nadel und einen Kolben wirkt, welche den Injektor bilden
und die Anzahl, wie oft sich der Schaft axial bewegt, ist sehr groß, deshalb
ist es möglich,
eine Fehlfunktion zu vermeiden und die Lebensdauer durch Verwenden
des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung zu verlängern.
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Die vorliegende Erfindung kann besser
aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
verstanden werden.
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In den Zeichnungen ist Folgendes
dargestellt
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1 ist
eine Schnittdarstellung eines Injektors, bei dem die vorliegende
Erfindung verwendet wird.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
von Teil A aus 1.
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3 ist
ein Schaubild, welches den Effekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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4 ist
eine andere vergrößerte Darstellung
des Injektors.
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5 ist
ein erster Graph, der die Einstellung der Haupteigenschaften des
Injektors veranschaulicht.
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6 ist
ein zweiter Graph, der das Einstellung der Haupteigenschaften des
Injektors veranschaulicht.
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7 ist
ein dritter Graph, der das Einstellung der Haupteigenschaften des
Injektors veranschaulicht.
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8 ist
ein vierter Graph, der das Einstellung der Haupteigenschaften des
Injektors veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 stellt
einen Aufbau des Injektors einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
der Common-Rail-Bauart eines Dieselmotors dar, bei der die vorliegende Erfindung
verwendet wird. Der Injektor ist an jedem Zylinder eines Dieselmotors
in einer eins-zu-eins zugeordneten Art und Weise vorgesehen, empfängt die Versorgung
mit Kraftstoff aus einem Common-Rail (gemeinsame Kraftstoffleitung)
und spritzt den Kraftstoff in den Brennraum jedes Zylinders mit
einem Einspritzdruck ein, der im Wesentlichen gleich zum Kraftstoffdruck
im Common-Rail ist (nachfolgend als Common-Rail-Druck bezeichnet).
Der Kraftstoff in einem Kraftstofftank wird durch eine Hochdruckzuführpumpe
in den Common-Rail gepumpt und unter Hochdruck gespeichert.
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Der Kraftstoff der von dem Common-Rail zum
Injektor zugeführt
wird, wird auch zum Bereitstellen eines Steueröldrucks des Injektors sowie
zum Einspritzen in den Brennraum verwendet und strömt von dem
Injektor zurück
in den Niedrigdruck-Kraftstofftank.
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Der Injektor hat einen stangenförmigen Körper 1,
in dem eine Vielzahl von Elementen kombiniert und auf eine solche
Art und Weise eingebaut sind, dass der untere Abschnitt in der Figur
die Wand des Brennraums des Motors durchdringt, was nicht dargestellt
ist, und in dem Brennraum hervorsteht. Der Injektor hat von unten
nach oben, in dieser Reihenfolge, einen Einspritzabschnitt 1a,
einen Gegendrucksteuerabschnitt 1b und einen Piezo-Aktuator 1c.
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In einem Einspritzabschnitt 1a ist
eine Nadel 21 in einer Düse 104 angeordnet,
an dessen Vorderende Einspritzlöcher 103 ausgebildet
sind. Ein Proximal-Endabschnitt 211 der Nadel 21 wird
gleitfähig in
einem Führungsloch 121 gehalten,
das in der Wand der Düse 104 ausgebildet
ist und ein vorderer Endabschnitt 212 der Nadel 21 setzt
auf einem ringförmigen
Sitz 1041 auf oder hebt sich von diesem ab, indem die Nadel 21 in
der Axialrichtung des Führungslochs 121 axial
bewegt wird. Hochdruck-Kraftstoff wird an einen Außenumfangsraum 105 um
den vorderen Endabschnitt 212 der Nadel herum von dem Common-Rail über eine
Hochdruck-Bahn 101 zugeführt und der Kraftstoff wird
von den Einspritzlöchern 103 eingespritzt,
wenn die Nadel 21 sich von dem Sitz abhebt. Der Kraftstoffdruck
von der Hochdruck-Bahn 101 wirkt auf eine ringförmige Stufe 21a der
Nadel 21 in der Richtung, in der sich die Nadel von dem
Sitz abhebt (Richtung nach oben).
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Kraftstoff wird als Steueröl zur Rückseite
der Nadel 21 von der Hochdruck-Bahn 101 über eine
Einlassöffnung 107 eingeleitet
und eine Gegendruckkammer 106 zum Erzeugen eines Gegendrucks
auf die Nadel 21 ist ausgebildet. Der Gegendruck und die Kraft
der Feder 31, die in der Gegendruckkammer 106 angeordnet
ist, wirken auf die hintere Endfläche 21b der Nadel 21 in
der Richtung, in der die Nadel auf dem Sitz aufsitzt (Richtung nach
unten). Die hintere Nadelendfläche 21b ist
außerdem
innerhalb der Gegendruckkammer 106 in federndem Kontakt
mit der Feder 31 und die Federkraft wirkt in der Richtung,
in der die Nadel auf dem Sitz aufsitzt (Richtung nach unten).
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Der Gegendruck der Nadel 21 wird
in dem Gegendrucksteuerabschnitt 1b angehoben oder abgesenkt
und der Gegendrucksteuerabschnitt 1b wird durch den Piezo-Aktuator 1c,
der mit dem Piezostapel 5 ausgestattet ist, gesteuert.
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Der Aufbau des Gegendrucksteuerabschnitts 1b ist
folgendermaßen.
Die Gegendrucksteuerkammer 106 ist über eine Auslassöffnung 108 immer
mit einer Ventilkammer 110 in Verbindung. Die Ventilkammer 110 wird
von einem Teil eines länglichen
Lochs mit einer Vielzahl von Stufen gebildet, das innerhalb dem
Injektor in der Längsrichtung
ausgebildet ist und außerdem
ist in dem länglichen
Loch zusätzlich
zur Ventilkammer 110 eine Hochdruck-Öffnung 1101, ein Führungsloch 122 und
eine Federkammer 109 in dieser Reihenfolge unterhalb der
Ventilkammer 110 vorgesehen und eine Niedrigdruck-Öffnung 1102,
ein Führungsloch 123 und
eine Piezostapel-Kammer 112 sind in dieser Reihenfolge oberhalb
der Ventilkammer 110 vorgesehen.
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Eine Hochdruck-Öffnung 1101 mündet an der
Bodenfläche
der Ventilkammer 110 und steht mit der Hochdruck-Bahn 101 in
Verbindung. Die Niedrigdruck-Öffnung 1102 ist
an der Deckenfläche
der Ventilkammer 110 offen und ist mit der Niedrigdruck-Bahn 102 in
Verbindung. Die Federkammer 109 und die Piezostapel-Kammer 112 stehen
mit der Niedrigdruck-Bahn 102 in Verbindung.
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Innerhalb der Ventilkammer 110,
ist ein Ventilkörper 23 angeordnet.
Der Ventilkörper 23 ist
aus einem im Wesentlichen ringförmigen
Element hergestellt und wenn er sich nach unten bewegt, wird die Ventilkammer 110 von
der Hochdruck-Bahn 101 isoliert, weil dessen Bodenendabschnitt
die Hochdruck-Öffnung 1101 verschließt. Wenn
er sich nach oben bewegt, wird die Ventilkammer 110 von
der Niedrigdruck-Bahn 102 isoliert, weil dessen Deckendabschnitt
die Niedrigdruck-Öffnung 1102 verschließt. Wenn
sich auf diese Art und Weise der Ventilkörper 23 nach unten
bewegt, steht die Gegendruckkammer 106 mit der Niedrigdruck-Bahn 102 über die
Auslassöffnung 108 und
die Ventilkammer 110 in Verbindung. Infolgedessen wird
der Gegendruck der Nadel 21 verringert und die Nadel 21 hebt sich
vom Sitz ab. Wenn sich andererseits der Ventilkörper 23 nach oben
bewegt, wird die Gegendruckkammer 106 von der Niedrigdruck-Bahn 102 isoliert und
steht nur mit der Hochdruck-Bahn 101 in Verbindung. Infolgedessen
wird der Gegendruck der Nadel 21 angehoben und die Nadel 21 sitzt
auf dem Sitz auf.
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Ein Stiftabschnitt 222 des
Kolbens 22, der unterhalb dem Ventilkörper 23 angeordnet
ist, bewegt sich in der Ventilkammer 110, führt durch
den Vorderbereich der Hochdruck-Öffnung 1101 hindurch und
unterstützt
den Ventilkörper 23.
Ein Hauptkörper 221 des
Kolbens 22 wird gleitfähig
in dem Führungsloch 122 gehalten.
Eine Bodenendfläche 22a des Kolbens 22 ist
in federndem Kontakt mit einer Feder 23, die in der Federkammer 109 angeordnet
ist und drängt
den Ventilkörper 23 nach
oben. Die Federkraft der Feder 32 wird so eingestellt,
dass der Ventilkörper 23 die
Niedrigdruck-Öffnung 1102 in
einen geschlossenen Zustand bringen kann, selbst wenn der Common-Rail-Druck
nicht hoch genug angehoben wird, d.h. wenn der Kraftstoffdruck der
Hochdruck-Öffnung 1101 nicht
hoch genug angehoben wird. Dies dient zur Vermeidung, das Kraftstoff
durch einen Fehler eingespritzt wird.
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Wie vorstehend beschrieben wird eine
Größenordnung
des Gegendrucks der Nadel 21 abhängig von der Position des Ventilkörpers 23 auf
eine andere umgeschaltet und dieses Schalten wird durch den Piezo-Aktuator 1c ausgeführt, der
den Ventilkörper 23 andrückt und
antreibt.
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Der Piezo-Aktuator 1c hat
einen Piezostapel 5 und dieser ist in der Piezostapel-Kammer 112 untergebracht
und Kolben 24 und 25, welche in das Führungsloch 123 eingefügt sind.
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In der Piezostapel-Kammer 112 ist
ein Scheibenelement 41 und eine Feder 34 unterhalb
dem Piezostapel 5 aufgenommen, welche sich in der Vertikalrichtung
ausdehnt und zusammenzieht und welche auch in der Piezostapel-Kammer 112 aufgenommen
ist. Das Scheibenelement 41 hat einen O-Ring 42 zum
Abdichten, der in die Rille eingelegt ist, welche um dessen gesamte
Seitenfläche
ausgebildet ist. Die Piezostapel-Kammer 112 steht mit der
Niedrigdruck-Bahn 102 unterhalb dem Scheibenelement 41 in Verbindung,
sodass die Leckage in dem Gleitabschnitt um den Außenumfang
des Großdurchmesser-Kolbens 25,
die später
beschrieben wird, zurück in
die Niedrigdruck-Bahn 102 strömt.
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Das Führungsloch 123 hat
einen unteren Kleindurchmesser-Abschnitt 1231 und
einen oberen Großdurchmesser-Abschnitt 1232,
außerdem
werden die zwei Kolben 24 und 25 mit verschiedenen Durchmessern
gleitfähig
darin aufgenommen. Der Kolben 24 (nachfolgend als Kleindurchmesser-Kolben,
wenn geeignet, bezeichnet), der in dem Kleindurchmesser-Abschnitt 1231 des
Führungslochs
aufgenommen ist, hat einen Stiftabschnitt 242, der hin zum
Hauptkörper 241 hervorsteht
und in die Ventilkammer 110 durch die Niedrigdruck-Öffnung 1102 vordringt,
wodurch der Ventilkörper 23 nach
unten gedrückt
werden kann.
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Der Kolben 25, (nachfolgend
als Großdurchmesser-Kolben,
wenn geeignet, bezeichnet) der in dem Großdurchmesser-Abschnitt 1232 des
Führungslochs 123 aufgenommen
ist, hat einen Stiftabschnitt 252, der von einem Hauptkörper 251 nach oben
hervorsteht und in die Piezostapel-Kammer 112 eindringt,
dabei ist er dem Scheibenelement 41 gegenüberliegend.
Der Stiftabschnitt 252 des Großdurchmesser-Kolbens ist mit
einer bundförmigen
Federunterstützung 253 um
dessen Außenumfang
versehen und der Großdurchmesser-Kolben 25 wird durch
die Federkraft der Feder 34, die unterhalb der Federunterstützung 253 angeordnet
ist, nach oben gedrängt,
dadurch wird der Zustand aufrechterhalten, bei dem er mit dem Scheibenelement 41 in
Kontakt ist. Infolgedessen wird der Großdurchmesser-Kolben 25 in
der Vertikalrichtung um einen Abstand versetzt, der gleich zum Versatzbetrag
der Ausdehnung und des Zusammenziehens des Piezostapels 5 ist.
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Der Raum, der durch den Großdurchmesser-Kolben 25,
welcher in der Vertikalrichtung um einen Abstand versetzt wird,
der gleich zum Versatzbetrag der Ausdehnung und des Zusammenziehens des
Piezostapels 5 ist, den Kleindurchmesser-Kolben 24 am
unteren Teil und das Führungsloch 123 gebildet
wird, wird mit Kraftstoff gefüllt
und dient als versetzungsvergrößernde Kammer 111 und
wenn der Großdurchmesser-Kolben 25 durch
die Ausdehnung des Piezostapels 5 nach unten versetzt wird und
der Kraftstoff in der versetzungsvergrößernden Kammer 111 zusammengedrückt wird,
wird die Kompressionskraft über
den Kraftstoff in der versetzungsvergrößernden Kammer 111 zum
Kleindurchmesser-Kolben 24 übertragen. Da der Durchmesser
des Kleindurchmesser-Kolbens 24, der in Kontakt mit dem
Ventilkörper 23 ist,
so entworfen wurde, dass er kleiner ist, als der des Großdurchmesser-Kolbens 25, wird
der Versatz der Ausdehnung des Piezostapels 5 in den Versatz
des Kleindurchmesser-Kolbens 24 vergrößert und umgewandelt, dabei
kann der Ventilkörper 23 nach
unten gedrückt
werden, sodass er nahe zur Hochdruck-Öffnung 1101 ist.
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Eine Feder 33 ist zwischen
dem Kleindurchmesser-Kolben 24 und dem Großdurchmesser-Kolben 25 vorgesehen
und eine konstante Last wird auf die Endfläche 24b des Kleindurchmesser-Kolbens 24 angelegt.
Auf diese Art und Weise wird immer ein Zustand beibehalten, bei
dem der Ventilkörper 23 durch den
Kleindurchmesser-Kolben 24 und den Kolben 22 gehalten
wird.
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Wenn Kraftstoff eingespritzt wird,
wird zuerst der Piezostapel 5 aufgeladen und die Ausdehnung des
Piezostapels 5 veranlasst den Kleindurchmesser-Kolben 24 zum
Absenken, um den Ventilkörper 23 nach
unten zu drücken.
Dabei öffnet
der Ventilkörper 23 die
Niedrigdruck-Öffnung 1102 und
schließt gleichzeitig
die Hochdruck-Öffnung 1101,
was verursacht, dass die Gegendruckkammer 106 in Verbindung
mit der Niedrigdruck-Bahn 102 ist,
dadurch wird der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 106 verringert.
Infolgedessen überwiegt
die Kraft, welche auf die Nadel 21 in der Richtung zum
Anheben der Nadel 21 vom Sitz wirkt, jene Kraft, die in
der Richtung zum Absetzen der Nadel 21 auf den Sitz wirkt, dadurch
hebt sich die Nadel 21 von dem Sitz ab und die Kraftstoffeinspritzung
wird gestartet.
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Wenn die Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen
ist, wird im Gegensatz zum Vorherstehenden, der Piezostapel 5 entladen,
um den Piezostapel 5 zum Zusammenziehen zu veranlassen
und das Zusammenziehen des Piezostapels 5 beendet die Kraft, welche
den Ventilkörper 23 nach
unten drückt.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck innerhalb der Ventilkammer 110 niedrig
und der Hochdruck des Kraftstoffs in der Hochdruck-Öffnung 1101 wirkt
auf die Bodenendfläche
des Ventilkörpers 23,
deshalb wirkt der nach oben gerichtete Kraftstoffdruck ganz auf den
Ventilkörper 23.
Da die Kraft, welche den Ventilkörper 23 nach
unten drückt,
beendet wird, und der Ventilkörper 23 die
Niedrigdruck-Öffnung 1102 wieder
schließt,
was ein Anheben des Kraftstoffdrucks in der Ventilkammer 110 verursacht,
setzt die Nadel 121 auf dem Sitz auf und das Einspritzen
wird beendet.
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Als Nächstes wird die Gleitanordnung
in welcher der Großdurchmesser-Kolben 25 in
dem Großdurchmesser-Abschnitt 1232 des
Führungslochs
aufgenommen ist, erklärt.
Der Großdurchmesser-Kolben 25 ist
so konstruiert, dass die Länge
des Hauptkörpers 251,
welche in gleitfähigem
Kontakt mit einer Seitenfläche 1232a des Großdurchmesser-Abschnitts 1232 des
Führungslochs
ist, geringfügig
kürzer
als jene des Großdurchmesser-Abschnitts 1232 des
Führungslochs
ist, des Weiteren ist die Länge und
dergleichen des Stiftabschnitts 252 des Großdurchmesser-Kolbens
so konstruiert, dass der Hauptkörper 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
innerhalb dem Großdurchmesser-Abschnitt 1232 des Führungslochs
verbleibt, wenn der Piezostapel 5 in einem Zustand der
Ausdehnung oder einem Zustand des Zusammenziehens ist. Mit anderen
Worten ist eine Seitenfläche 25c des
Hauptkörpers 251 des Großdurchmesser-Kolbens
immer in gleitfähigem Kontakt
mit der Seitenfläche 1232a des
Großdurchmesser-Abschnitts 1232 des
Führungslochs.
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In beiden Endabschnitten 25c1 und 25c2 der Seitenfläche 25c des
Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens,
ist eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 jeweils
durch Einfräsen bzw.
-schneiden ausgebildet. Dies hat folgenden Effekt zur Folge. Die
Andruckkraft des Piezo-Aktuators 5 wirkt
auf eine Endfläche 25b,
welche eine der Endflächen
des Großdurchmesser-Kolbens 25 ist
und die Federkraft der Feder 33 sowie der Kraftstoffdruck
in der versetzungsvergrößernden
Kammer 111 wirken auf die andere Endfläche 25a des Großdurchmesser-Kolbens 25.
Die Zustände,
bei denen der Stiftabschnitt 252 des Großdurchmesser-Kolbens
in Kontakt mit dem Scheibenelement 41 und dergleichen kommt,
variieren abhängig
von Fehlern beim Zusammenbau der Teile, bei der Herstellung des
Injektors oder durch Alterung von Bauteilen, deshalb ist es wahrscheinlich,
dass die zwei Andrückkräfte, welche auf
den Großdurchmesser-Kolben 25 in
entgegengesetzten Richtungen wirken, zu einem Kräftepaar werden und sich der
Hauptkörper 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
aufgrund des Kräftepaars
bezüglich der
Axialrichtung des Großdurchmesser- Abschnitts 1232 des
Führungslochs
neigt, wie in 3 dargestellt.
In diesem Fall werden, wie aus der Figur zu sehen ist, die Endabschnitte 25c1 und 25c2 der
Seitenfläche 25c des
Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
zum Abschnitt, der in Kontakt mit der Seitenfläche 1232a des Großdurchmesser-Abschnitts.
1232 des Führungslochs
ist. Am Kontaktabschnitt wird eine große vertikale Reaktionskraft
erzeugt und eine Abnutzung wird wahrscheinlich erhöht. Hierbei
ist der Kontaktabschnitt nicht ein Punkt, sondern eine Linie in
der Axialrichtung und die Länge des
Kontaktabschnittes in der Axialrichtung wird gemäß des Betriebszustandes oder
der Eigenschaften von Bauteilen, wie z.B. der Form und des Materials des
Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens, der zwei
Andrückkräfte und
dem Zwischenraum zwischen der Seitenfläche 25c des Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
und der Seitenfläche 1232a des
Großdurchmesser-Abschnitts
des Führungslochs,
bestimmt.
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In der vorliegenden Erfindung sind
Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 in den Endabschnitten 25c1 und 25c2 der
Seitenfläche 25c des
Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
ausgebildet, an denen die Abnutzung wahrscheinlich erhöht wird,
deshalb ist es möglich,
eine Verschlechterung der Abdichtfähigkeit zu vermeiden, die durch
die Ausbildung einer übermäßigen Anzahl
von Rillen in der Mitte in der Axialrichtung des Hauptkörpers 251 des Großdurchmesser-Kolbens
erzeugt wird, die zwischen den Endabschnitten 25c1 und 25c2 liegt,
und außerdem
ist es möglich
eine Abnutzung an den Kontaktabschnitten zu verhindern, die durch
das Fehlen eines Ölfilms
verursacht wird. Es ist auch möglich
im Voraus das Anhaften des Schaftelements an die Seitenwand des
Führungslochs
aufgrund von Abnutzung und Festfressen des Schaftelements, aufgrund
von Auftreten von Abriebspartikeln, zu vermeiden.
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Wenn nur eine Rille in jedem der
Endabschnitte 25c1 und 25c2 der Seitenfläche ausgebildet
wird, um den Ölfilm
dazu zu veranlassen, die gesamten Kontaktabschnitte zu bedecken,
ist es erforderlich, dass die Breite der Rille ausreichend breit ist,
aber in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Vielzahl von Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 jeweils
in jedem der Endabschnitte 25c1 und 25c2 der Seitenfläche ausgebildet,
deshalb ist es möglich,
den Ölfilm
dazu zu veranlassen, den gesamten Kontaktabschnitt zu bedecken,
auch wenn dadurch der gesamte Bereich der Rillen in jedem der Endabschnitte 25c1 und 25c2 klein
ist, somit bedeckt der Ölfilm gleichmäßig die
Kontaktabschnitte in der Axialrichtung des Lochs. Infolgedessen
ist es möglich,
ein sehr hohes Abdichtvermögen
zu realisieren, während
der Ölfilm
aufrechterhalten wird, der für
die Kontaktabschnitte erforderlich ist.
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Die Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 sind
beispielsweise, wie in 4 dargestellt,
in Vierergruppen in jedem der Endabschnitte 25c1 und 25c2 der Seitenfläche des
Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
ausgebildet, mit einer Gesamtlänge von
10 mm und einem Durchmesser von 7 mm. Die Position einer ersten
Rille, welche am nächsten
zum Ende des Hauptkörpers 251 des
Großdurchmesser-Kolbens
ist, ist auf 0,4 mm von dem Ende und der Rillenabstand ist auf 0,4
mm festgesetzt. Die Rillenbreite ist 0,25 mm. Der Rillenwinkel ist
60°.
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Durch Einstellen des Zwischenraums
zwischen der Seitenfläche
des Hauptkörpers 251 des Großdurchmesser-Kolbens und der Seitenfläche 1232a des
Großdurchmesser- Abschnitts 1232 des Führungslochs
auf 0,002 bis 0,003 mm war es in diesem Beispiel möglich, eine
ausreichende Abdichtfähigkeit
zu realisieren und die Abnutzung an den Kontaktabschnitten zu vermeiden.
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Als Nächstes werden die Hauptparameter, welche
bei der Optimierung der Eigenschaften der Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 berücksichtigt
werden müssen,
nachfolgend erklärt.
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[Die Position der ersten
Rille vom Ende des Hauptkörpers
des Großdurchmesser-Kolbens]
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5 stellt
eine Beziehung zwischen der Rillenposition und der Abnutzquantität und zwischen der
Rillenposition und der Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms dar. Wenn die Rillenposition
nahe dem Ende ist, steht die erste Rille oberhalb oder unterhalb
dem Hauptkörper 251 des
Großdurchmesser-Kolbens, aufgrund
der Erhöhung
der Abnutzung in Verbindung mit dem Kraftstoffeinfüllabschnitt
und deshalb wird der Effekt des Labyrinths verringert, was eine
weitere Erhöhung
der Abnutzung zur Folge hat. Wenn andererseits die Rillenposition
weit weg vom Ende ist, ist die Länge
des Bereichs zwischen dem Ende und der ersten Rille, in welchem
keine Rille ausgebildet ist, lang und das Fehlen eines Ölfilms tritt
wahrscheinlicher auf. Deshalb sollte die Position der ersten Rille so
festgesetzt werden, dass sie in einem zulässigen Bereich dieser zwei
Zustände
ist, d.h. die Abnutzquantität
und die Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms, wobei beide Zustände berücksichtigt
werden. Unter den Nummern unterhalb der horizontalen Achse, sind
dick gedruckte Nummern jene, die in dem Ausführungsbeispiel verwendet werden
und andere dünn gedruckte
Nummern sind die zulässigen
Grenzwerte für jeden
Zustand (dafür
gibt es folgende Erklärung). Die
Figur zeigt, dass es erforderlich ist, dass die Rillenposition 0,1
(mm) oder größer ist,
wenn die Abnutzquantität
berücksichtigt
wird und es erforderlich ist, dass die Rillenposition 0,8 (mm) oder
kleiner ist, wenn die Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms berücksichtigt wird. Die Tendenz
zum Fehlen eines Ölfilms kann
durch die Quantität
des Ölfilms,
der nach einer vorherbestimmten Anzahl von axialen Bewegungen des
Schaftelements an die Seitenfläche
des Hauptkörpers
des Großdurchmesser-Kolbens
anhaftet, repräsentiert
werden.
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[Rillenabstand]
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6 stellt
eine Beziehung zwischen dem Rillenabstand und dem Oberflächendruck
und zwischen dem Rillenabstand und der Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms dar.
Wenn der Rillenabstand groß ist,
ist die Länge
des Bereichs, in dem keine Rille ausgebildet ist, lang und der Oberflächendruck
wird verringert, dadurch tritt eher das das Fehlen eines Ölfilms auf.
Deshalb sollte der Rillenabstand so festgesetzt werden, dass er
innerhalb einem zulässigen
Bereich von zwei Zuständen
ist, d.h. dem Oberflächendruck
und der Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms, wobei die zwei Zustände berücksichtigt
werden.
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[Anzahl der Rillen]
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7 stellt
eine Beziehung zwischen der Anzahl der Rillen und der Tendenz zum
Fehlen eines Ölfilms
und zwischen der Anzahl an Rillen und der Leckage im Gleitabschnitt
dar. Wenn die Anzahl an Rillen klein ist, ist die Länge des
Bereichs, in dem keine Rille ausgebildet ist, lang und das Fehlen
eines Ölfilms
tritt eher auf. Wenn andererseits die Anzahl an Rillen groß ist, ist
es unwahrscheinlicher, dass das Fehlen eines Ölfilms auftritt, aber das Abdichtvermögen wird
verschlechtert und die Leckage im Gleitabschnitt erhöht. Deshalb
sollte die Anzahl der Rillen so festgesetzt werden, dass sie innerhalb
eines zulässigen
Bereichs von zwei Zuständen
ist, d.h. der Tendenz zum Fehlen eines Ölfilms und der Leckage im Gleitabschnitt,
wobei beide Zustände
berücksichtigt werden.
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[Rillenbreite]
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8 stellt
eine Beziehung zwischen der Rillenbreite und der Leckage im Gleitabschnitt
dar. Wenn die Rillenbreite groß ist,
wird das Abdichtvermögen
dementsprechend verschlechtert, deshalb sollte die Rillenbreite
so festgesetzt werden, dass sie unterhalb der zulässigen Obergrenze
ist. Zusätzlich hängt die
Rillenbreite von dem Rillenwinkel ab, deshalb zeigt der Graph in 8 eine ähnliche Tendenz, wenn die Rillenbreite
mit dem Rillenwinkel ersetzt wird. Deshalb ist es auch möglich, den
Rillenwinkel so festzusetzen, dass er unterhalb der zulässigen Obergrenze
ist.
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Wie vorstehend beschrieben, ist der
Bereich der Kontaktabschnitte gemäß der Last, welche auf den
Großdurchmesser-Kolben 25 in
der Axialrichtung des Andrückens
wirkt, der Form des Großdurchmesser-Kolbens 25,
usw. definiert und eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen sind im Wesentlichen
innerhalb dem Bereich ausgebildet, aber die Position der ersten
Rille, der Rillenabstand, die Anzahl der Rillen und die Rillenbreite
stehen miteinander in Beziehung und wenn irgendeine dieser Variablen
bestimmt wird, werden die zulässigen
Werte für
die restlichen Variablen begrenzt. Deshalb sollten die Wertebereiche, die
für diese
Variablen zur Verfügung stehen,
unter Berücksichtigung
der Fläche
des vorstehend genannten Kontaktabschnitts festgesetzt werden. In diesem
Fall ist es nicht erforderlich zu erwähnen, dass diese Variablen
nicht in der Reihenfolge gemäß der vorstehend
genannten Graphen bestimmt werden müssen.
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Obwohl die Labyrinth-Rillen nur in
beiden Endabschnitten der Seitenfläche des Hauptkörpers großen Durchmessers
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ausgebildet sind, ist es natürlich
möglich
den Umständen
entsprechend, die Labyrinth-Rillen in dem Bereich auszubilden, der
zwischen beiden Endabschnitten liegt, während das erforderliche Abdichtvermögen berücksichtigt
wird.
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Des Weiteren ist in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Länge
des Großdurchmesser-Kolbens
so konstruiert, dass sie um mehr als eine vorherbestimmte Länge kürzer ist,
als der Großdurchmesser-Abschnitt
des Führungslochs,
sodass der Hauptkörper
des Großdurchmesser-Kolbens
in dem Bereich zwischen beiden Enden des Großdurchmesser-Abschnitts des Führungslochs
verbleibt, wenn der Großdurchmesser-Kolben
in dessen Versetzungsbereich versetzt wird, deshalb ist die Seitenfläche des
Großdurchmesser-Kolbens
immer in gleitfähigem
Kontakt mit der Seitenfläche
des Großdurchmesser-Abschnitts
des Führungslochs. Deshalb
sind beide Endabschnitte der Seitenfläche des Hauptkörpers des
Großdurchmesser-Kolbens die
Kontaktabschnitte, in denen eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen ausgebildet
sind. Wenn im Gegensatz dazu beide Endabschnitte der Seitenfläche des Hauptkörpers des
Großdurchmesser-Kolbens
nicht immer in gleitfähigem
Kontakt mit der Seitenfläche des
Großdurchmesser-Abschnitts des Führungslochs
sind, sodass wenn der Hauptkörper
des Großdurchmesser-Kolbens
länger
ist als der Großdurchmesser-Abschnitt
des Führungslochs,
eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen in jedem der beiden Endabschnitte
in der Axialrichtung des Bereichs der Seitenfläche des Hauptkörpers des
Großdurchmesser-Kolbens
ausgebildet sind, der immer in gleitfähigem Kontakt mit der Seitenfläche des
Großdurchmesser-Abschnitts
des Führungslochs
ist. Die Bereiche der Endabschnitte, in denen die Labyrinth-Rillen auszubilden
sind, sind im Wesentlichen die Kontaktbereiche, die durch ein vorheriges
Experiment oder dergleichen bestimmt wurden.
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Die vorliegende Erfindung kann außerdem zusätzlich zum
Großdurchmesser-Kolben 25 in
einer Gleitanordnung, in welcher der Kleindurchmesser-Abschnitt 1231 des
Führungslochs
den Kleindurchmesser-Kolben 24 aufnimmt, einer Gleitanordnung,
bei welcher das Führungsloch 121 den
Proximal-Endabschnitt 211 der Nadel aufnimmt und einer Gleitanordnung,
bei welcher das Führungsloch 122 den
Kolbenhauptkörper 221 aufnimmt,
verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung kann bevorzugter Weise
in einer Gleitanordnung verwendet werden, in der eine Nadel, die
ein Schaftelement ist, gleitfähig
in einem Führungsloch
aufgenommen ist, selbst wenn ein Injektor einen Aufbau hat, der
eine Feder zum Drängen
der Nadel in eine Richtung zum Öffnen
eines Ventils hat und in dem die Nadel das Ventil öffnet wenn
ein Kraftstoffdruck, der auf die Nadel in einer Richtung zum Öffnen des
Ventils wirkt, einen Ventilöffnungsdruck übersteigt,
der von der Federkraft der Feder definiert ist.
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Zusätzlich zu einer Gleitanordnung
des Schaftelements in einem Injektor kann die vorliegende Erfindung
breitgefächert
für einen
Aufbau verwendet werden, solange er eine Gleitanordnung hat, in der
ein Führungsloch
ein Schaftelement aufnimmt und eine Last an beide Endflächen des
Schaftelements in einer Richtung angelegt wird, in die das Schaftelement
gedrückt
wird.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme
auf spezifische Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, die für
den Zweck der Veranschaulichung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich
sein, dass zahlreiche Modifikationen durch jene, die mit dem Stand
der Technik vertraut sind, durchgeführt werden können, ohne
vom Basiskonzept und dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
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In einer Gleitanordnung, in der ein
Schaftelement gleitfähig
in einem Führungsloch
aufgenommen ist, wird das Fehlen eines Ölfilms, was durch den Kantenkontakt
des Schaftelements verursacht wird, an den eine Andrücklast in
der Axialrichtung angelegt wird, verhindert. Dabei wird die Tatsache
berücksichtigt,
dass die Endabschnitte 25c1 und 25c2, welche immer
in gleitfähigem
Kontakt mit einer Seitenfläche 1232a des
Führungslochs 1232 sind,
der Seitenfläche 25c eines
Schaftelements 251 die Teil-Kantenabschnitte sind, wobei jeweils
eine Vielzahl von Labyrinth-Rillen 2501 und 2502 in
den Endabschnitten 25c1 und 25c2 ausgebildet sind,
dadurch wird einem Ölfilm
ermöglicht,
den gesamten Kontaktabschnitt zu bedecken ohne die Rillenbreite
extrem zu erhöhen. Aufgrunddessen,
dass die Rillenbreite nicht extrem erhöht wird, kann die Länge der
Gleitabschnitte sichergestellt werden.