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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe und auf einen Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus, der in einer solchen Pumpe installiert ist, die zum Beschicken von Kraftstoff zu einer Common Rail für diese Kraftmaschine verwendet werden kann, und bezieht sich insbesondere auf eine Sicherungseinrichtung für eine solche Kraftstoffeinspritzpumpe und einen Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus, die auf einen Eingang eines übermäßigen Drehmoments damit reagiert, dass sie bricht, um einen Schaden der Vorrichtung an sich zu verhindern.
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Die Japanische Patenterstveröffentlichung
JP 2000-240 531 A , von der derselbe Rechtsnachfolger dieser Anmeldung Rechtsnachfolger ist, offenbart eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, die mit einem Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus ausgestattet ist, wie dies in
5 gezeigt ist.
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Der Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus weist einen Exzenternocken J2, einen Nockenring J4 und einen Tauchkolben J6 auf. Der Exzenternocken J2 ist an eine Nockenwelle J1 gekoppelt, so dass er sich exzentrisch mit Bezug auf die Nockenwelle J1 dreht. Der Nockenring J4 ist durch ein zylindrisches Hohlgleitlager (Buchse) J3 an den Umfang des Exzenternockens J2 gepasst und wird durch den Nockenring J4 zum Drehen gezwungen. Der Tauchkolben J6 ist innerhalb eines Zylinderkopfs J5 in einer zu einer Drehachse des Exzenternockens J2 senkrechten Richtung beweglich angeordnet und durch eine Schraubenfeder in verschiebliche Anlage mit dem Nockenring J4 vorgespannt. Insbesondere hat der Tauchkolben J6 eine ebene Fläche J8, die an dessen einem Ende ausgebildet ist. Der Nockenring J4 hat an seinem Umfang eine ebene Fläche J7 ausgebildet, an der die ebene Fläche J8 des Tauchkolbens J6 gleitend anliegt, wodurch dieser den Nockenring J4 davon abhält, sich der Drehung des Exzenternockens J2 folgend zu drehen. Dies lässt den Tauchkolben J4 innerhalb des Zylinderkopfs J5 in Synchronisation mit der Drehung der Nockenwelle J1 hin- und her bewegen.
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Der Nockenring J4 ist mit einem (nicht gezeigten) Gehäuse abgedeckt. Eine Nockenkammer ist zwischen dem Nockenring J4 und dem Gehäuse definiert und ist mit Kraftstoff gefüllt, der dazu dient, eine Kontaktfläche zwischen dem Nockenring J4 und dem Tauchkolben J6 zu schmieren.
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Wenn aus irgendeinem Grund Wasser zwischen die ebene Fläche J7 des Nockenrings J4 und die Tauchkolbenfläche J8 eindringt, wird dies in einem Schmierungsmangel dazwischen resultieren, was zu einem Austrocknen der Kontaktfläche zwischen der ebenen Fläche J7 und der Tauchkolbenfläche J8 mit dem Ergebnis eines größeren Schubwiderstands führen kann. Der Exzenternocken J2 ist, wie vorstehend beschrieben ist, durch die Ausgabe der Kraftmaschine angetrieben. Das Austrocknen der Kontaktfläche zwischen der ebenen Fläche J7 und der Tauchkolbenfläche J8 verursacht somit ein von der Kraftmaschine ausgegebenes größeres Drehmoment, das über die Kontaktfläche zu dem Tauchkolben J6 übertragen werden muss, wodurch sich ein Bruch des Plungerkolbens J6 ergeben kann. Der Bruch kann ferner Absplitterungen des Tauchkolbens J6 verursachen, die in einen Spalt zwischen dem Nockenring J4 und dem Gehäuse (das für gewöhnlich aus Aluminium gefertigt ist), welches den Nockenring J4 umgibt, gezwungen werden, wodurch sich ein Bruch des Gehäuses ergibt. Das Verhindern des Gehäusebruchs erfordert einen vergrößerten Spalt zwischen dem Nockenring J4 und dem Gehäuse, aber dies resultiert in einer Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzpumpe.
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Wenn das Gehäuse nicht beschädigt wird bzw. nicht bricht, aber das Austrocknen der Kontaktfläche zwischen dem Nockenring J4 und dem Tauchkolben J6 einen größeren Schubwiderstand des Tauchkolbens J6 erzeugt, wird dies verursachen, dass auf dem Tauchkolben J6 ein größeres Drehmoment wirkt, wodurch sich eine Verformung oder ein Bruch des Tauchkolbens J6, des Zylinderkopfs J5 und/oder des Nockenrings J4 ergeben kann.
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Ein weiterer gattungsgemäßer Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus ist aus der
DE 101 07 326 A1 bekannt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu verhindern.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus und eine Kraftstoffeinspritzpumpe zu schaffen, die so gestaltet sind, dass sie einen Schaden davon minimieren, wenn eine Kontaktfläche zwischen einem Nockenring und einem Tauchkolben einen größeren Schubwiderstand des Tauchkolbens erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Wenn bei dem erfindungsgemäßen Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus eine Kontaktfläche zwischen dem Nockenring und dem Tauchkolben ausgetrocknet ist, so dass sie einen größeren Widerstand gegen den Schub des Tauchkolbens erzeugt, wird dies die Sicherungseinrichtung dazu veranlassen, zu brechen, um den Nockenring auszudehnen, so dass der Innendurchmesser des Nockenrings zunimmt. Dies lässt den Exzenterring innerhalb des Innenumfangs des Nockenrings leerlaufen, wodurch die Übertragung des Drehmoments des Exzenternockens zu dem Nockenring unterbrochen wird, um eine zusätzliche größere physikalische Last auf den Tauchkolben zu verhindern. Insbesondere dann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Nockenring und dem Tauchkolben den größeren Schubwiderstand des Tauchkolbens erzeugt, dient die Sicherungseinrichtung dazu, dass lediglich der Nockenring bricht, wodurch sich ein minimierter Schaden an dem Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus ergibt.
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In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, ist die Sicherungseinrichtung in einem Abschnitt des Nockenrings vorgesehen, an dem der Tauchkolben nicht anliegt und zu dem eine Zugspannung hinzugefügt (addiert) wird, wenn der Widerstand gegen die Gleitbewegung des Nockenrings mit Bezug auf den Tauchkolben zunimmt. Insbesondere dann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Nockenring und dem Tauchkolben den größeren Schubwiderstand des Tauchkolbens erzeugt, führt eine an dem Nockenring in dessen Drehrichtung wirkende kleinere Last zum Brechen der Sicherungseinrichtung.
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Die Sicherungseinrichtung kann durch eine Nut implementiert sein, die an zumindest einem aus einem Außenumfang und einem Innenumfang des Nockenrings ausgebildet ist. Die Nut kann eine V-Form, U-Form oder C-Form im Querschnitt aufweisen. Die Nut kann sich von einem Ende zu dem anderen Ende des Nockenrings in dessen Axialrichtung erstrecken oder kann wahlweise lediglich in einem Abschnitt des Nockenrings ausgebildet sein.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 2 gelöst.
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Wenn bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe aus irgendeinem Grund Wasser zwischen die ebene Fläche des Nockenrings und die ebene Fläche des Tauchkolbens eintritt, wird dies einen Schmierungsmangel dazwischen ergeben, was zu einem Austrocknen einer Kontaktfläche zwischen den ebenen Flächen des Nockenrings und des Tauchkolbens führen kann, wodurch sich ein größerer Schubwiderstand des Tauchkolbens ergibt. Der Widerstand verursacht, dass ein von der Kraftmaschine ausgegebenes größeres Drehmoment zu dem Nockenring hinzugefügt wird, wodurch sich ein Brechen der Sicherungseinrichtung ergibt. Daher dehnt sich der Nockenring so aus, dass sein Innendurchmesser zunimmt. Dies lässt den Exzenternocken innerhalb des Innenumfangs des Nockenrings leerlaufen, wodurch eine Übertragung des Drehmoments des Exzenternockens zu dem Nockenring unterbrochen wird, um eine zusätzliche größere physikalische Last auf den Tauchkolben zu verhindern. Insbesondere dann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Nockenring und dem Tauchkolben einen größeren Widerstand gegen Schub des Tauchkolbens erzeugt, dient die Sicherungseinrichtung dazu, dass lediglich der Nockenring bricht, wodurch sich ein verringerter Schaden an der Kraftstoffeinspritzpumpe ergibt und verhindert wird, dass Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzpumpe entweicht (leckt). Die Verwendung der Sicherungseinrichtung beseitigt die Notwendigkeit, einen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Nockenring, das heißt, die Größe der Kraftstoffeinspritzpumpe zu vergrößern.
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Es bricht lediglich der Nockenring, wodurch der physikalische Schaden an dem Tauchkolben und dem Nockenring minimiert wird. Dies ergibt eine Kostenverringerung beim Reparieren der Kraftstoffeinspritzpumpe.
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In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Sicherungseinrichtung in einem Abschnitt des Nockenrings vorgesehen, der mit dem Tauchkolben nicht in Anlage ist und an dem eine Zugspannung hinzugefügt wird, wenn der Widerstand gegen die Gleitbewegung des Nockenrings mit Bezug auf den Tauchkolben zunimmt. Insbesondere dann, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Nockenring und dem Tauchkolben den größeren Widerstand gegen Schub des Tauchkolbens erzeugt, führt eine an dem Nockenring in seiner Drehrichtung wirkende kleinere Last zum Brechen der Sicherungseinrichtung.
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Die Sicherungseinrichtung ist vorzugsweise durch eine Nut implementiert, die zumindest in einem aus einem Außenumfang und einem Innenumfang des Nockenrings ausgebildet ist. Die Nut kann eine V-Form, eine U-Form oder eine C-Form im Querschnitt aufweisen. Die Nut kann sich von einem Ende zu dem anderen Ende des Nockenrings in dessen Axialrichtung erstrecken oder kann wahlweise lediglich in einem Abschnitt des Nockenrings ausgebildet sein.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung vollständig verstanden, die jedoch nicht dazu herangezogen werden sollten, die Erfindung auf bestimmte Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern lediglich zum Zweck der Erklärung und der Verständlichkeit beabsichtigt sind.
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In den Zeichnungen ist/sind:
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1 eine Schnittansicht senkrecht zu einer Drehachse einer erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzpumpe;
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2 eine Schnittansicht entlang der Drehachse der in 1 dargestellten Kraftstoffeinspritzpumpe;
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3(a), 3(b), 3(c), 3(d), 3(e), 3(f), 3(g) und 3(h) Teilschnittansichten, die den Zeitfolgenarbeitsablauf von Kolben und einem Nockenring zeigen;
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4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) Teilschnittansichten, die Zeitfolgenarbeitsabläufe einer Sicherungseinrichtung zeigen, wenn eine Kontaktfläche zwischen einem Tauchkolben und einem Nockenring ausgetrocknet ist; und
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5 eine Teilschnittansicht, die einen Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus zeigt, der in einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzpumpe für Kraftfahrzeuge verwendet wird.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, und zwar insbesondere unter Bezugnahme auf 1 und 2, ist eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe 1 gezeigt, die dazu gestaltet ist, Hochdruckkraftstoff zu einer Common Rail einer Dieselkraftmaschine (nicht gezeigt) zu verdichten und zu schicken.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 1 besteht im Wesentlichen aus einer Einspeisepumpe 2, einem Regelventil 3, einem Kraftstoffregelventil 4, das aus einem Solenoidsteuerventil (SCV) gefertigt ist, und aus einer Hochdruckpumpe 5. Die Einspeisepumpe 2 ist in 2 in einer 90°-Abwicklung dargestellt.
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Die Kraftstoffpumpe 1 hat einen Gehäuseaufbau, der aus einem Körper 6, einer Abdeckung 7 und einem Zylinderkopf 8 zusammengesetzt ist. Der Körper 6 und die Abdeckung 7 sind beide aus Aluminium gefertigt. Der Zylinderkopf 8 ist aus Stahl gefertigt.
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Die Einspeisepumpe 2 ist durch eine Trochoidpumpe implementiert und durch eine Nockenwelle 11 angetrieben, um den Kraftstoff von einem Kraftstoffeinlass 10 zu pumpen und ihn durch das Kraftstoffregelventil 4 zu der Hochdruckpumpe 5 zuzuführen. Die Nockenwelle 11 ist durch eine Kurbelwelle der Kraftmaschine angetrieben.
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Das Regelventil 3 ist in einem Kraftstoffpfad vorgesehen, der zwischen einem Auslass und einem Einlass der Einspeisepumpe 2 verbindet. Wenn der Druck des Kraftstoffs an dem Auslass der Einspeisepumpe 2 ein vorgegebenes zulässiges Niveau überschreitet, wird das Regelventil 3 geöffnet, um seinen Auslassdruck unterhalb des zulässigen Niveaus zu halten.
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Das Kraftstoffregelventil 4 ist mit einer Spule ausgestattet, die durch eine ECU (nicht gezeigte Kraftmaschinensteuereinheit) erregt wird, um die Menge des zu der Hochdruckpumpe 5 zuzuführenden Kraftstoffs zu steuern, wodurch der Druck des Kraftstoffs innerhalb der Common Rail gesteuert wird.
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Die Hochdruckpumpe 5 dient zum Druckbeaufschlagen des von dem Kraftstoffregelventil 4 zugeführten Kraftstoffs und speist ihn in die Common Rail ein. Die Hochdruckpumpe 5 ist aus einem Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13, zwei Tauchkolbenpumpen 14, Ansaugventilen 16 und einem Auslassventil 17 zusammengesetzt. Der Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13 dient zum Umwandeln eines von der Kraftmaschine übertragenen Drehmoments in die Hin- und Herbewegung der Tauchkolben 12. Jede der Tauchkolbenpumpen 14 hat eine Druckbeaufschlagungskammer 15, in die der Kraftstoff durch die Bewegung des Tauchkolbens 12 von dem Ansaugventil 16 gesaugt wird. Das Auslassventil 17 dient zum Beschicken des in der Druckbeaufschlagungskammer 15 druckbeaufschlagten Kraftstoffs zu der Common Rail. Es kann auch lediglich eine der Tauchkolbenpumpen 14 in der Hochdruckpumpe 5 installiert sein.
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Der Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13 ist innerhalb einer in dem Gehäusezusammenbau ausgebildeten Nockenkammer 18 installiert. Der Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13 besteht aus einem Exzenternocken 19, einem Nockenring 21 und den Tauchkolben 12. Der Nockenring 21 ist um den Exzenternocken 19 gepasst. Die Tauchkolben 12 sind gegen den Nockenring 21 gepresst, so dass sie sich der Bewegung des Nockenrings 21 folgend hin und her bewegen.
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Die Nockenkammer 18 ist mit dem durch einen Kraftstoffpfad 22 von der Einspeisepumpe 2 zugeführten Kraftstoff gefüllt. Der Kraftstoffpfad 22 hat in sich eine Drossel 22a ausgebildet. Ein Überschuß des Kraftstoffs innerhalb der Nockenkammer 18 wird von einem Kraftstoffauslass 23 ausgelassen und zu der (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe rückgeführt.
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Der Exzenternocken 19 ist aus einem zylindrischen Element gefertigt, das einstückig mit der durch das Ausgabedrehmoment der Kraftmaschine angetriebenen Nockenwelle 11 ausgebildet ist oder damit verbunden ist. Die Drehung der Nockenwelle 11 lässt den Exzenternocken 19 mit Bezug auf die Drehachse der Nockenwelle 11 exzentrisch drehen.
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Der Nockenring 21 ist, wie dies klar in 2 gezeigt ist, so installiert, dass er durch ein zylindrisches Hohlgleitlager (Buchse) 24 verschieblich installiert ist. Der Nockenring 21 hat in sich ein Durchgangsloch 21a ausgebildet, in dem der Exzenternocken 19 und das Gleitlager 24 angeordnet sind.
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Der Nockenring 21 hat an seinem Umfang ebene Flächen 21b ausgebildet, an denen die Tauchkolben 12 verschieblich bzw. gleitend in Anlage sind. Die beiden Tauchkolben 12 stehen sich aneinander ausgerichtet über den Nockenring 21 gegenüber. Zwei der ebenen Flächen 21b, an denen die Tauchkolben 12 anliegen, sind einander entgegengesetzt.
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Jeder der Tauchkolben 12 hat eine Scheibe oder einen Ansatz 12a, der an einem Ende davon einstückig ausgebildet ist. Der Ansatz 12a hat eine ebene Endfläche 12b (die auch als eine Tauchkolbenunterfläche bezeichnet wird), die sich in gleitender Anlage mit der ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 befindet.
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Zwischen jedem der Ansätze 12a und dem Zylinderkopf 8 ist eine Schraubenfeder 25 angeordnet, die dazu dient, die Tauchkolbenfläche 12b in konstante Anlage mit einer der ebenen Flächen 21b des Nockenrings 21 vorzuspannen. Die Summe des Federdrucks der Federn 25 und des auf den Tauchkolben 12 wirkenden Kraftstoffdrucks dient dazu, den Nockenring 21 davon abzuhalten, sich zu drehen, und dient dazu, den Nockenring 21 dazu zu zwingen, sich exzentrisch zu bewegen, wobei die ebenen Flächen 21b in die gleichen Richtungen gerichtet sind, wodurch sich die Tauchkolben 12 zyklisch hin- und herbewegen.
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Jeder der Tauchkolben 12 ist verschieblich in einer zylindrischen Kammer 8a gehalten (die im weiteren Verlauf auch als ein Zylinderunteres bezeichnet wird), die in dem Zylinderkopf 8 ausgebildet ist. Die Tauchkolben 12 werden, wie dies vorstehend beschrieben ist, durch den Nockenring 21 hin und her bewegt, um das Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 15 zyklisch zu vergrößern oder zu verringern.
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Insbesondere dann, wenn sich jeder der Tauchkolben 12 abwärts bewegt (d.h. in Richtung der Drehmitte der Exzenternocke 19), wird dies eine entsprechende Druckbeaufschlagungskammer 15 in einen erhöhten Volumenzustand bringen, wodurch sich ein Druckabfall innerhalb der Druckbeaufschlagungskammer 15 ergibt. Dieser Druckabfall lässt das Auslassventil 17 geschlossen sein und das Ansaugventil 16 geöffnet sein, wodurch der Kraftstoff in die Druckbeaufschlagungskammer 15 gesogen wird, der durch die Einspeisepumpe 2 druckbeaufschlagt und mengenmäßig durch das Kraftstoffregelventil 4 geregelt wurde.
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Wenn sich umgekehrt jeder Plungerkolben 12 aufwärts bewegt (d.h. von der Drehmitte des Exzenternockens 19 weg), wird dies eine entsprechende Druckbeaufschlagungskammer 15 in einen verringerten Volumenzustand bringen, wodurch sich ein Druckanstieg innerhalb der Druckbeaufschlagungskammer 15 ergibt. Dieser Druckanstieg lässt das Ansaugventil 16 geschlossen sein. Wenn der Druck innerhalb der Druckbeaufschlagungskammer 15 einen gegebenen oberen Grenzwert erreicht, lässt er das Auslassventil 17 geöffnet sein, um den druckbeaufschlagten Kraftstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 15 zu der Common Rail auszustoßen.
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Unter Bezugnahme auf 3(a) bis 3(h) ist nachstehend der Betrieb des Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13 beschrieben. In der nachstehenden Erläuterung wird die Abwärtsbewegung jedes der Tauchkolben 12 in Richtung der Drehmitte des Exzenternockens 19 zum Saugen des Kraftstoffs in die Druckbeaufschlagungskammer 15 als ein Ansaugtakt bezeichnet, während die Aufwärtsbewegung jedes Plungerkolbens 15 in Richtung des Ansaugventils 16 zum Druckbeaufschlagen des Kraftstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer 15 als ein Verdichtungstakt bezeichnet wird.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind die Tauchkolben 12 über den Nockenring 21 in Durchmesserrichtung gegenüberliegend angeordnet, so dass sie um 180° gegeneinander phasenversetzt sind. In anderen Worten führt einer der Plungerkolben 12 den Ansaugtakt aus, während der andere den Verdichtungstakt ausführt.
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Wenn sich die Drehmitte des Exzenternockens 19 gerade unterhalb der Nockenwelle 11 befindet, wie dies in 3(a) gezeigt ist, befindet sich der obere der Tauchkolben 12 in der unteren Todpunktstellung, während sich der untere Tauchkolben 12 in der oberen Todpunktstellung befindet. Die Winkelstellung des Exzenternockens 19 ist in diesem Zustand nachstehend als Null (0) Grad definiert.
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Eine Drehung der Nockenwelle 11 in Gegenuhrzeigersinnrichtung, aus Sicht der Zeichnungen, von 0° aus wird den Exzenternocken 19 und den Nockenring 21 dazu bringen, sich mit Bezug auf die Nockenwelle 11 exzentrisch zu drehen. Dies lässt den oberen Tauchkolben 12, der an einer oberen der ebenen Flächen 21b des Nockenrings 21 anliegt, von der unteren Todpunktstellung zu der oberen Todpunktstellung innerhalb der Zylinderkammer 8a bewegen. Insbesondere dann, wenn die Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 innerhalb eines Bereichs von 0° und 180° liegt (d.h., 0° < θ < 180°), befindet sich der obere Tauchkolben 12 in dem Verdichtungstakt.
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Der untere Tauchkolben 12 befindet sich dann in dem Ansaugtakt, wenn die Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 innerhalb eines Bereichs von 0° und 180° liegt (d.h., 0° < θ < 180°). Genauer gesagt, bewegt sich der untere Tauchkolben 12 zwischen 0° und 180° innerhalb der Zylinderkammer 8a von der oberen Todpunktstellung zu der unteren Todpunktstellung.
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Während dem Verdichtungstakt des oberen Tauchkolbens 12 wirkt auf den oberen Tauchkolben 12 ein zum Nockenring 21 gerichteter größerer Druck, also die Summe aus dem Federdruck, der durch eine obere der Federn 25 erzeugt wird und dem Kraftstoffdruck in der oberen Druckbeaufschlagungskammer 15. Andererseits wird der untere Tauchkolben 12, der den Ansaugtakt durchführt, durch den Federdruck vorgespannt, der durch die untere Feder 25 in Richtung des Nockenrings 21 erzeugt wird.
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Genauer gesagt ist der auf dem den Verdichtungstakt durchführenden Tauchkolben 12 in Richtung des Nockenrings 21 wirkende Druck größer als der auf dem den Ansaugtakt ausführenden anderen Tauchkolben 12 in Richtung des Nockenrings 21 wirkende Druck.
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Die ebenen Flächen 21b des Nockenrings 21 sind nicht parallel zueinander. Die Tauchkolben 12 haben längs gerichtete Mittellinien, die sich parallel zueinander erstrecken (oder die aneinander ausgerichtet sind). Mit anderen Worten erstrecken sich Bewegungspfade der Tauchkolben 12 parallel zueinander. Daher wird, wenn der an einem der Tauchkolben 12 wirkende Druck größer als der an dem anderen (Tauchkolben) wirkende Druck ist, eine der ebenen Flächen 21b des Nockenrings 21, an der der größere Druck wirkt, in Flächen-an-Flächenkontakt mit einer der entsprechenden Tauchkolbenflächen 12b der Tauchkolben 12 gezwungen.
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Insbesondere dann, wenn sich der obere Tauchkolben 12 in dem Verdichtungstakt befindet, ist die obere Tauchkolbenfläche 12b mit der oberen ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 in Anlage, während die untere Tauchkolbenfläche 21b bei einem vorgegebenen Winkel gegen die untere ebene Fläche 21b des Nockenrings 21 geneigt ist, wodurch ein Spalt dazwischen erzeugt wird, in den der Kraftstoff in der Nockenkammer 18 strömt.
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Wenn die Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 den Wert 180° erreicht, wie dies in 3(e) gezeigt ist, erreicht der obere Tauchkolben 12 die obere Todpunktstellung, während der untere Tauchkolben 12 die untere Todpunktstellung erreicht. Der obere Tauchkolben 12 vollendet somit den Verdichtungstakt, während der untere Tauchkolben 12 den Ansaugtakt vollendet.
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Wenn im Gegensatz zu einer Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 innerhalb eines Bereichs von 0° und 180° die Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 den Wert 180° überschreitet, startet der obere Tauchkolben 12 den Ansaugtakt, während der untere Tauchkolben 12 den Verdichtungstakt startet. Die Tauchkolbenfläche 12b des unteren Tauchkolbens 12, der den Verdichtungstakt ausführt, liegt somit an der unteren ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 an, während die obere Tauchkolbenfläche 12b bei einem vorgegebenen Winkel gegen die obere ebene Fläche 21b des Nockenrings 21 geneigt ist, wodurch ein Spalt dazwischen erzeugt wird, in den der Kraftstoff in der Nockenkammer 18 strömt.
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Wenn die Winkelstellung θ der Nockenwelle 11 360° erreicht, kehren die Tauchkolben 12 jeweils in ihre Ursprungsstellung zurück.
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Wie dies aus der vorstehenden Erörterung ersichtlich ist, hat der Tauchkolben 12, der den Ansaugtakt ausführt, seine Fläche 12b zu der ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 geneigt, um dazwischen den Spalt zu erzeugen, in den der Kraftstoff innerhalb der Nockenkammer 18 zum Schmieren hineinströmt. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund das Wasser zwischen die ebene Fläche 21b des Nockenrings 21 und die Tauchkolbenfläche 12b eintritt, wird dies einen Schmiermangel dazwischen ergeben, der zum Austrocknen einer Kontaktfläche zwischen der ebenen Fläche 21b und der Tauchkolbenfläche 12b führen kann. Der Exzenternocken 19, der den Nockenring 12 exzentrisch umkreist, wie dies vorstehend beschrieben ist, ist durch die Kraftmaschinenausgabe angetrieben. Das Austrocknen der Kontaktfläche verursacht somit ein durch die Kontaktfläche zu den Tauchkolben 12 zu übertragenes von der Kraftmaschine ausgegebenes größeres Drehmoment, welches ein Beschädigen der Tauchkolben 12 ergibt. Das Brechen kann ferner eine Absplitterung der Tauchkolben 12 verursachen, die in einen Spalt zwischen dem Nockenring 21 und den den Nockenring 21 umgebenden Gehäusekörper 6 gezwungen wird, wodurch sich ein Brechen des Gehäusekörpers 6 ergibt.
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Um das vorstehende Problem zu vermeiden, ist der Nockenring 21, wie in 1 gezeigt ist, mit Sicherungseinrichtungen 26 ausgestattet, die auf eine Eingabe eines vorbestimmten Drehmomentgrads auf den Nockenring 21 durch mechanisches Brechen des Nockenrings 21 reagieren. Die Sicherungseinrichtungen 26 sind bevorzugter Weise so gestaltet, dass sie den Nockenring 21 nach der Eingabe eines Drehmoments brechen, das etwas größer als das beim Normalbetrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe 1 auf den Nockenring 21 wirkende maximale Drehmoment und zumindest kleiner als eine Versagensfestigkeit des Gehäusekörpers 6, der den Nockenring 21 umgibt, ist.
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Die Sicherungseinrichtungen 26 sind durch Strukturabschnitte des Nockenrings 21 implementiert, die eine mechanische Festigkeit haben, die schwach genug ist, um Risse in dem Nockenring 21 zu erzeugen, wenn auf den Nockenring 21 ein übermäßiges Drehmoment aufgebracht wird. Insbesondere sind die Sicherungseinrichtung 26 aus einer V-Nut gemacht, die in einer Außenwand des Nockenrings 21 ausgebildet ist. Jede V-Nut kann sich von einem Ende zu dem anderen Ende des Nockenrings 21 in einer Axialrichtung des Nockenrings 21 erstrecken oder kann alternativ lediglich in einem Abschnitt der Außenwand des Nockenrings 21 ausgebildet sein.
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Die Sicherungseinrichtungen 26 sind an in Durchmesserrichtung entgegengesetzten Seitenflächen des Nockenrings 21 ausgebildet, die nicht an den Tauchkolbenflächen 12b in Anlage sind, und sie sind an Stellen ausgebildet, an denen eine große Zugspannung wirkt, wenn der Widerstand gegen die Gleitbewegung des Nockenrings 21 und der Tauchkolben 12 unerwünschter Weise zunimmt, beispielsweise dann, wenn die Kontaktflächen zwischen dem Nockenring 21 und den Tauchkolben 12 ausgetrocknet sind.
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Lediglich eine Sicherungseinrichtung 26 kann in dem Nockenring 21 ausgebildet sein. Zwei Sicherungseinrichtungen 26 werden bevorzugter Weise verwendet, um das Brechen des Nockenrings 21 sicherzustellen, wenn zumindest einer der Tauchkolben 12 blockiert ist.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 4(a) bis (d) die Funktionsweise der Sicherungseinrichtung 26 beschrieben, wenn die Kontaktflächen zwischen den ebenen Flächen 21b des Nockenrings 21 und den Tauchkolbenflächen 12b der Tauchkolben 12 ausgetrocknet sind.
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Wie bereits beschrieben ist, wird während dem Ansaugtakt jedes Tauchkolbens 12 ein Spalt zwischen der ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 und der Tauchkolbenfläche 12b erzeugt, in den Kraftstoff eintritt. Wenn das Wasser aus irgend einem Grund in den Spalt eintritt und der Tauchkolben 12 den Verdichtungstakt startet, wird dies einen Schmiermangel der Kontaktfläche zwischen der ebenen Fläche 21b und der Tauchkolbenfläche 12b ergeben, was dazu führt, dass die Kontaktfläche ausgetrocknet wird.
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Der Exzenternocken 19 wird durch die Ausgabe der Kraftmaschine angetrieben, so dass er selbst dann damit fort fährt, sich zu drehen, wenn die Kontaktfläche, wie dies durch A in 4(b) angezeigt ist, zwischen der ebenen Fläche 21b des Nockenrings 21 und der Tauchkolbenfläche 12b während dem Verdichtungstakt des Tauchkolbens 10 ausgetrocknet wird. Dies ergibt einen Zugspannungszusatz zu einem Abschnitt des Nockenrings 21, welcher größer als gewöhnlich ist, wie dies durch B in 4(b) angezeigt ist, was auch in einem Zusatz an Druckspannungen zu einem Abschnitt des Nockenrings 21 führt, die größer als gewöhnlich sind, wie durch C angezeigt ist.
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Der Zusatz (die Addition) der Zugspannung zu dem Abschnitt des Nockenrings 21, wie durch B angezeigt ist, verursacht, dass eine entsprechende Sicherungseinrichtung 26 aufgespalten wird, um einen Riss in dem Abschnitt B des Nockenrings 21 zu erzeugen. Der Riss verursacht, dass sich der Abschnitt B, aus der Sicht aus 4(c), vertikal ausdehnt, wodurch sich ein vergrößerter Innendurchmesser des Nockenrings 21 ergibt. Dies lässt den Exzenternocken 19 innerhalb des Nockenrings 21 leerlaufen, wodurch sich eine Unterbrechung der Drehmomentübertragung des Exzenternockens 19 zu dem Nockenring 21 ergibt, was einen Zusatz (eine Addition) einer übermäßigen Last zu den Tauchkolben 12 verhindert.
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Wenn die Tauchkolben 12 brechen, wie dies vorstehend beschrieben ist, kann dies dazu führen, dass Absplitterungen davon in den Spalt zwischen dem Nockenring 21 und dem Gehäusekörper 6 eingebracht werden, was zu einem Brechen des Gehäusekörpers 6 und zum Entweichen des Kraftstoffs nach außen des Gehäusekörpers 6 führt. Die Sicherungseinrichtungen 26 dienen dazu, dieses Problem zu vermeiden, wodurch der Bedarf zum Vergrößern eines Spalts zwischen dem Nockenring 21 und dem Gehäusekörper 6, das heißt zum Vergrößern der Kraftstoffeinspritzpumpe 1, beseitigt wird.
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Jede Sicherungseinrichtung 26 ist in einem Abschnitt des Nockenrings 21 vorgesehen, an dem eine große Zugspannung wirkt. Somit reagieren die Sicherungseinrichtung 26 auf eine physikalische Last auf dem Nockenring 21 in seiner Drehrichtung damit, dass sie brechen, wenn ein Tauchkolbenschubwiderstand an der Kontaktfläche zwischen dem Nockenring 21 und jedem Tauchkolben 12 entwickelt wird, und somit dienen sie dazu, die Beschädigung der anderen Teile mit Ausnahme des Nockenrings 21, zu minimieren.
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Wahlweise kann jede Sicherungseinrichtung 26 aus einer Vertiefung oder aus einer Nut ausgebildet sein, die sich in ihrer Form von der V-Form unterscheidet. Beispielsweise kann die Sicherungseinrichtung 26 aus einer U- oder C-förmigen Nut ausgebildet sein. Ferner kann die Sicherungseinrichtung 26 wahlweise lediglich in einer Innenumfangswand des Nockenrings 21 oder sowohl in der Außenumfangswand als auch in der Innenumfangswand des Nockenrings 21 ausgebildet sein.
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Wahlweise kann jede Sicherungseinrichtung 26 durch Verringern der Dicke zwischen der Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche des Nockenrings 21 ausgebildet sein, um dicke Wände zu bilden. Die dicke Wand kann sich von einem Ende zu dem anderen Ende des Nockenrings 21 in der Axialrichtung des Nockenrings 21 erstrecken oder kann wahlweise zwischen den Enden des Nockenrings 21 zwischenliegend ausgebildet sein.
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Wahlweise kann jede Sicherungseinrichtung 26 durch eines oder mehrere Löcher implementiert werden, die sich durch die Außen- und Innenumfangsflächen des Nockenrings 21 erstrecken.
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Wahlweise kann sich jede Sicherungseinrichtung 26 in einem Abschnitt des Nockenrings 21 befinden, der auf eine Druckspannung reagiert, um einen Spalt in dem Nockenring 21 zu erzeugen. Genauer gesagt sind die Sicherungseinrichtungen 26 bevorzugter Weise dazu gestaltet, dass sie nach dem Aufbringen einer physikalischen Last in einer Drehrichtung des Nockenrings 21 brechen.
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Die Sicherungseinrichtungen 26 sind, wie vorstehend beschrieben ist, in dem Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus 13 vorgesehen, aber sie können in jeder anderen Bauweise eines Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus verwendet werden, der mit einem Nockenring und einem Tauchkolben versehen ist.
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Es ist ein Dreh-/Linearbewegungsumwandlungsmechanismus vorgesehen, der mit einer Sicherungseinrichtung ausgestattet ist. Der Mechanismus weist einen an einer Drehmomenteingangswelle gekoppelten Exzenternocken, einen mit dem Exzenternocken an seiner Innenwand in Kontakt gebrachten Nockenring und einen Tauchkolben auf, der der Drehung des Nockenrings folgend linear beweglich anzuordnen ist. Die Sicherungseinrichtung ist in dem Nockenring vorgesehen, der auf das Aufbringen eines übermäßigen Drehmoments auf den Nockenring mit dem Brechen des Nockenrings reagiert, wodurch die Übertragung des Drehmoments von der Drehmomenteingangswelle zu dem Tauchkolben unterbrochen wird. Dies verhindert ein Brechen des Tauchkolbens oder des gesamten Dreh-/Linearbewegungsübertragungsmechanismus. Ferner ist eine mit einer solchen Sicherungseinrichtung ausgestattete Kraftstoffeinspritzpumpe geschaffen.
