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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Injektor gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
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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 µm 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).
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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 2).
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Weitere Injektoren sind in den Patentdokumenten 3 bis 5 gezeigt.
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[Patentdokument 1]
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[Patentdokument 2]
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[Patentdokument 3]
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[Patentdokument 4]
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[Patentdokument 5]
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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.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass eine Abnutzung aufgrund eines fehlenden Ölfilms verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird mit einem Injektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß 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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Der Injektor hat erfindungsgemäß 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 obige Gleitanordnung eines Schaftelements 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 erfindungsgemäßen Injektors 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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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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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 Andrückkraft 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, der durch Neigen hervorgerufen wird, 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 der 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 (diametrischen) 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.
