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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffzuführvorrichtung,
die durch eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens bzw. Plunger einen
Kraftstoff pumpt, beispielweise eine Kraftstoffzuführpumpe
bzw. Kraftstoffförderpumpe, die einen unter einem Einspritzdruck
stehenden Kraftstoff einem Verbrennungsmotor, wie z. B. einem Benzinmotor
und einem Dieselmotor, zuführt.
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So
wird in der
JP2690734 beispielsweise eine
herkömmliche Kraftstoffzuführvorrichtung (Kraftstoffzuführpumpe
bzw. Kraftstoffförderpumpe) beschrieben. In einem Kraftstoffeinspritzsystem,
das einen Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einspritzt und diesem
zuführt, pumpt die Kraftstoffförderpumpe den in
einer Druckhalterkammer gespeicherten Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffsammeleinrichtung,
wie beispielsweise einer Common Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung,
indem die Hin- und Herbewegung eines Plungerkolbens entsprechend
einer Drehung einer Nockenwelle eingesetzt wird. Die Kraftstoffförderpumpe
weist typischerweise einen Zylinderkörper auf, der an einem
Pumpengehäuse angebracht ist und in dem der Plungerkolben
gleitend aufgenommen ist. Zudem weist die Kraftstoffförderpumpe
eine zylinderförmige Innenumfangsoberfläche auf,
in der ein Ende des Plungerkolbens eine Druckhalterkammer definiert.
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Darüber
hinaus ist der Zylinderkörper mit einer Abführventileinheit
versehen, die der Common Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung einen
unter hohem Druck stehenden Kraftstoff zuführt, der in
der Druckhalterkammer unter Druck gesetzt worden ist. Die Abführventileinheit
beinhaltet ein Abführventil und einen Ventilträger.
Durch das Abführventil wird der Rückstrom des
Kraftstoffs zur Druckhalterkammer begrenzt, und der Ventilträger
sorgt für eine feste Abdichtung des Zwischenraums zwischen
dem Abführventil und dem Zylinderkörper, so dass
dieser hohen Drücken standhalten kann. Wie vorstehend erläutert,
dient der Ventilträger als ein Leitungsverbindungsstück,
der mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe luftdicht verbunden ist.
Außerdem beschreibt die
JP-A-H05-99097 einen Aufbau, der eine Nut
zur Wiedergewinnung von Leckagekraftstoff an der inneren Umfangsoberfläche
des Zylinders aufweist, um die Leckage von Kraftstoff durch einen
Spalt zwischen dem Zylinder und dem Plungerkolben hindurch zu reduzieren,
um dadurch die Verdünnung von Schmiermittel einzuschränken.
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In
jüngster Zeit wurde eine weitere Erhöhung der
Einspritzdrücke erforderlich. Folglich ist es in einem
unter derart hohen Drücken stehenden System zu einer nachteiligen
thermischen Schädigung auf den Gleitoberflächen
zwischen dem Zylinder und dem Plungerkolben beispielsweise infolge
der aufgestauten Wärme bzw. des Wärmestaus gekommen. Zu
einem der Faktoren, die diese thermische Schädigung herbeiführen,
gehört die Press- bzw. Druckkraft. Weil der Plungerkolben
z. B. in einem Abschnitt innerhalb des Zwischenraums zwischen dem
Plungerkolben und dem Zylinder beweglich ist, kann sich der Plungerkolben
zum Zylinder hin neigen. In diesem soeben geschilderten Zustand
wird der geneigt ausgerichtete Plungerkolben durch den unter hohem Druck
stehenden Kraftstoff mittels Presskraft bzw. Druckkraft gegen die
Innenumfangsoberfläche des Zylinders gedrückt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend angeführten
Nachteile entwickelt, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kraftstoffzuführvorrichtung zu schaffen, die
die thermische Schädigung an den Gleitoberflächen
zwischen einem Zylinder und einem Plungerkolben zumindest einschränkt.
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Zur
Lösung der Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegt, wird eine Kraftstoffzuführvorrichtung geschaffen,
die ein Gehäuse, einen Plungerkolben, einen Zylinder und
ein Leitungsverbindungsstück aufweist. Der Plungerkolben
ist zum Pumpen des Kraftstoffs in einer Längsrichtung desselben
hin- und hergleitbar gehalten. Der Zylinder ist an dem Gehäuse
ausgebildet, um darin den Plungerkolben derart aufzunehmen, dass
der Plungerkolben auf einer Innenumfangsoberfläche des
Zylinders gleiten kann, und der Zylinder und eine Endoberfläche des
Plungerkolbens definieren eine Druckhalterkammer. Das Leitungsverbindungsstück
ist zum Abführen bzw. Fördern des in der Druckhalterkammer
befindlichen Kraftstoffs nach außen an dem Gehäuse ausgebildet,
und der Kraftstoff, der durch die Hin- und Herbewegung des Plungerkolbens
in die Druckhalterkammer gesogen wird, wird über das Leitungsverbindungsstück
nach außen gepumpt. Der Plungerkolben beinhaltet einen
großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt, einen kleinen
Durchmesser aufweisenden Abschnitt und einen konisch ausgebildeten
Abschnitt. Der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt
ist auf einer von der Druckhalterkammer entfernt liegenden Seite
des Plungerkolbens angeordnet. Der einen kleinen Durchmesser aufweisende
Abschnitt ist benachbart zur Druckhalterkammer angeordnet. Der einen
kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt weist einen Durchmesser
auf, der kleiner ist als ein Durchmesser des einen großen Durchmesser
aufweisenden Abschnitts. Der konisch ausgebildete Abschnitt ist
zwischen dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt
und dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt angeordnet.
Der konisch ausgebildete Abschnitt weist einen Durchmesser auf,
der in der von dem einen großen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt zu dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt
verlaufenden Richtung abnimmt.
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Die
Erfindung wird zusammen mit deren weiteren Aufgaben, Merkmalen und
Vorteilen anhand der nachfolgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüche
und der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
in Längsrichtung erstellte Schnittansicht, die eine Kraftstoffförderpumpe
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
teilweise vergrößerte Schemazeichnung, die eine
Form des vorderen Endes eines Plungerkolbens gemäß der
einen Ausführungsform darstellt;
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3 ein
Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zentrierkraft, einem
Kegel- bzw. Konuswinkel θ eines konisch ausgebildeten Abschnitts 30c und
einer Länge L des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c darstellt;
und
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4 eine
teilweise vergrößerte Schemazeichnung, die eine
Form eines vorderen Endes eines herkömmlichen Plungerkolbens
darstellt.
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Unter
Bezugnahme auf 1 bis 4 wird eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist
eine in Längsrichtung erstellte Schnittansicht, die eine
Kraftstoffförderpumpe (Kraftstoffzuführvorrichtung) 1 der
vorliegenden Ausführungsform darstellt. Die vorliegende
Ausführungsform zeigt eine Kraftstoffförderpumpe 1,
die für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für
ein Fahrzeug verwendet wird und die als eine Ausführungsform
für eine Kraftstoffzuführvorrichtung der vorliegenden
Erfindung dient.
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Das
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem beinhaltet hauptsächlich
einen Kraftstofftank (nicht gezeigt), die Kraftstoffförderpumpe 1,
eine Common Rail (nicht gezeigt) und ein Kraftstoffeinspritzventil (nicht
gezeigt). In dem System wird ein durch die Kraftstoffförderpumpe 1 zugeführter,
unter hohem Druck stehender Kraftstoff in der Common Rail gespeichert,
und dann wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in der Common
Rail auf die jeweiligen Kraftstoffeinspritzventile verteilt, die
für einen jeweiligen Zylinder eines Verbrennungsmotors
vorgesehen sind, so dass der Kraftstoff in einen Verbrennungsraum
eines jeweiligen Zylinders eingespritzt wird.
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Der
Kraftstofftank und die Kraftstoffförderpumpe 1 bilden
eine Kraftstoffzuführvorrichtung, die der Common Rail und
dem Kraftstoffeinspritzventil eine unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
zuführt. In dem Kraftstofftank wird der Kraftstoff unter
normalem Druck gespeichert, und die Kraftstoffförderpumpe 1 saugt
den unter normalem Druck stehenden Kraftstoff aus dem Kraftstofftank
und pumpt den eingesogenen Kraftstoff als einen unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff zur Common Rail.
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Die
Kraftstoffförderpumpe 1 führt die Zuführung
des den unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs aus. Dabei nimmt
die Kraftstoffförderpumpe 1 genauer gesagt den
Kraftstoff aus dem Kraftstofftank über eine Speisepumpe
(nicht gezeigt) auf, die als eine „Niederdruckpumpe” dient.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Kraftstoffförderpumpe 1 ein
Pumpengehäuse 10, das eine Nockenkammer 11 aufweist,
die an einem Ende des Pumpengehäuses 10 ausgebildet
ist. In der Nockenkammer 11 ist eine Antriebswelle 12 aufgenommen,
die durch den Motor gedreht wird, der nicht gezeigt ist.
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Die
Antriebswelle 12 ist mit einem Nocken 13 versehen,
der sich relativ zu einem Mittelpunkt 12j der Antriebswelle 12 exzentrisch
bewegt. Die Antriebswelle 12 ist mit dem Nocken 13 einstückig
ausgebildet. Das Längsachse des Pumpengehäuses 10 verläuft
senkrecht zur Antriebswelle 12, so dass sie sich in 1 in
einer von oben nach unten verlaufenden Richtung erstreckt. Das Pumpengehäuse 10 ist von
der Nockenkammer 11 entfernt, an einem in Längsrichtung
des Pumpengehäuses 10 befindlichen Ende mit einem
zylindrischen Körper 20 versehen. Der zylindrische
Körper 20 ist mit einem Zylinder 21 versehen,
der als ein Loch- bzw. Öffnungsabschnitt dient, an dem
ein Plungerkolben 30 gleitet. Es ist zu beachten, dass
das Pumpengehäuse 10 und der Zylinderkörper 20 als
Gehäuse verwendet werden.
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Im
Zylinder 21 ist ein Plungerkolben 30 aufgenommen,
der in einer Längsrichtung des Zylinders 21 hin-
und herverschiebbar ist. Der Zylinder 21 weist eine senkrecht
zur Antriebswelle 21 verlaufende Längsachse auf,
die sich in 1 in einer von oben nach unten
verlaufenden Richtung erstreckt. Eine Stößelkammer 14 ist
zwischen einer Innenumfangsoberfläche des Pumpengehäuses 10 und
des Zylinderkörpers 20 ausgebildet, und in der
Stößelkammer 14 ist ein Stößel 40 aufgenommen,
der hin- und herverschiebbar ist.
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Der
Plungerkolben 30 weist eine im Allgemeinen zylindrische
Form auf, und durch eine Endoberfläche des Plungerkolbens 30 und
eine Innenumfangsoberfläche des Zylinders 21 wird
eine Druckhalterkammer 31 ausgebildet. Die eine Endoberfläche des
Plungerkolbens 30 entspricht in 1 z. B.
einer oberen Endoberfläche des Plungerkolbens 30.
Der Zylinderkörper 20 ist mit einem ringförmig
ausgebildeten Kraftstoffreservoir 23 versehen. Das Kraftstoffreservoir 23 nimmt
den Kraftstoff aus der Niederdruckpumpe über eine Einführleitung
(nicht gezeigt) auf.
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Das
Kraftstoffreservoir 23 ist mit einem Kraftstoffzuführweg 61 innerhalb
eines Steuerventils 60 über einen Kraftstoffzuführweg 27 verbunden.
Bei dem Steuerventil 60 handelt es sich um ein Elektromagnetventil,
das die Verbindung zwischen der Druckhalterkammer 31 und
dem Kraftstoffreservoir 23 freigibt oder sperrt. Das Steuerventil 60 beinhaltet eine
elektromagnetische Ansteuerungseinrichtung 62 und ein Ventilelement 63,
das durch die elektromagnetische Ansteuerungseinrichtung 62 angetrieben
wird. Das Ventilelement 63 kann auf einem Ventilsitz 64 zum
Aufliegen kommen. Die Verbindung zwischen der Druckhalterkammer 31 und
dem Kraftstoffreservoir 23 wird freigegeben bzw. gesperrt, wenn
das Ventilelement 63 aus dem Ventilsitz 64 herausgelöst
wird bzw. wieder auf diesem zum Aufliegen kommt. In anderen Worten
wird durch das Steuern der elektromagnetischen Ansteuerungseinrichtung 62 eine
Leitung, die eine Verbindung zwischen der Druckhalterkammer 31 und
dem Kraftstoffreservoir 23 bereitstellt, geöffnet
und geschlossen.
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Die
elektromagnetische Ansteuerungseinrichtung 62 des Steuerventils 60 befindet
sich mit dem Zylinderkörper 20 in einem Gewindeeingriff,
so dass die elektromagnetische Ansteuerungseinrichtung 62 der
oberen Endoberfläche des Plungerkolbens 30 gegenüberliegt.
Die elektromagnetische Ansteuerungseinrichtung 62 betätigt
das Ventilelement 63, um die Verbindung zwischen dem Kraftstoffzuführweg 61 und
der Druckhalterkammer 31 freizugeben bzw. zu sperren. Durch
Steuern des Steuerzeitpunkts der Aktivierung bzw. Einschaltens der
elektromagnetischen Ansteuerungseinrichtung 62 kann eine
Kraftstoffströmungsmenge, die aus der Kraftstoffförderpumpe 1 an
die Common Rail abgeführt wird, eingestellt bzw. angepasst
werden.
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Der
Zylinderkörper 20 ist mit einer Abführventileinheit 24 versehen,
die als ein Leitungsverbindungsstück dient, und die Abführventileinheit 24 steht
mit der Druckhalterkammer 31 durch eine Abführöffnung 25 in
Verbindung. Der in der Druckhalterkammer 31 unter Druck
gesetzte bzw. mit Druck beaufschlagte Kraftstoff verschiebt ein
Ventilelement 241 der Abführventileinheit 24 in
eine Ventilöffnungsrichtung, um die Abführventileinheit 24 gegen
eine Vorspannkraft einer Feder 242 und einen Kraftstoffdruck
innerhalb einer Abführöffnung 26 zu öffnen. Über
die Abführöffnung 26 wird der mit Druck
beaufschlagte Kraftstoff zur Common Rail gepumpt.
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Der
Plungerkolben 30 ist an seinem anderen Ende, das der der
Druckhalterkammer 31 gegenüberliegt, mit einem
unteren Sitz bzw. einer unteren Sitzfläche 33 verbunden.
In anderen Worten weist der Plungerkolben 30 einen Endabschnitt 32 auf,
der von der Druckhalterkammer entfernt angeordnet ist, und dieser
Endabschnitt 32 ist mit dem unteren Sitz bzw. der unteren
Sitzfläche 33 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform
entspricht eine Antriebsseite in 1 einer
abwärts gerichteten Seite, wobei diese Seite entfernt vom
Steuerventil 60 liegt. Der untere Sitz 33 kontaktiert
eine Feder 34, und der Plungerkolben 30 wird durch
die Vorspannkraft der Feder 34 über den unteren
Sitz bzw. die untere Sitzfläche 33 gegen den Stößel 40 gepresst.
Es ist zu beachten, dass die Feder 34 den anderen Endabschnitt
aufweist, der eine obere Sitzfläche bzw. einen oberen Sitz 35 kontaktiert,
und dadurch reguliert der obere Sitz bzw. die obere Sitzfläche 35 die
Verschiebung der Feder in Richtung der Druckhalterkammer 31.
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Der
Stößel 40 weist im Allgemeinen die Form eines
Rohrs auf und ist innerhalb einer Tragöffnung 15 des
Pumpengehäuses 10 in Längsrichtung verschiebbar
aufgenommen. Der Stößel 40 dient als
ein Umwandler bzw. eine Umwandlungseinrichtung, die eine Drehbewegung
in eine lineare Bewegung umwandelt. Beim Stößel 40 z.
B. kontaktiert ein Endabschnitt einen Außenumfang 13a des
Nockens 13 und ein anderer Endabschnitt wird durch den
Endabschnitt 32 des Plungerkolbens 30 derart getragen,
dass der Stößel 40 und der Plungerkolben 30 entsprechend
der Drehung des Nockens 13 in Längsrichtung verschoben
werden.
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Außerdem
weist der Stößel 40 ein Umfangspositionierungselement 48 auf,
das mit einer länglichen Nut 16 in Eingriff gebracht
bzw. verbunden werden kann, die an einer Innenumfangsoberfläche
der Tragöffnung 15 ausgebildet ist. Die längliche
Nut 16 erstreckt sich in der Längsrichtung der
Tragöffnung 15. Das Umfangspositionierungselements 48 wird
in der Längsrichtung innerhalb der länglichen Nut 16 entsprechend
dem Nocken 13 verschoben. Folglich wird die Verschiebungsbewegung
des Stößels 40 in der Umfangsrichtung
reguliert. In der vorliegenden Ausführungsform wird von
einer ausführlichen Beschreibung der Struktur des Stößels 40 abgesehen. Vorstehend
ist der Grundaufbau der Kraftstoffförderpumpe 1 beschrieben
worden, und als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines
typischen Aufbaus und der Vorteile der Kraftstoffförderpumpe 1 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
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2 ist
eine teilweise vergrößerte Schemazeichnung, die
die Form eines vorderen Endes des Plungerkolbens 30 gemäß der
einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 ist ein
Diagramm, das ein Ergebnis einer numerischen Analyse einer Zentrierkraft
darstellt, die in Abhängigkeit eines Winkels θ und
einer Länge L eines konisch ausgebildeten Abschnitts 30c des
Plungerkolbens 30 bestimmt wird. Auch bei 4 handelt
es sich um eine teilweise vergrößerte Schemazeichnung,
die die Form eines vorderen Endes eines herkömmlichen Plungerkolbens 30 darstellt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist der herkömmliche Plungerkolben 30 in
erster Linie im Zylinder 21 gleitbar, der am Zylinderkörper 20 ausgebildet
ist, und weist im Allgemeinen die Form einer Säule auf, die
einen bestimmten Außendurchmesser aufweist, so dass zwischen
dem Plungerkolben 30 und dem Zylinder 21 ein vorbestimmter
Zwischenraum definiert wird. Ein Teil des Plungerkolbens 30,
der den vorstehend angeführten Außendurchmesser
aufweist, ist als ein einen großen Durchmesser aufweisender
Abschnitt 30a definiert. Außerdem weist der Plungerkolben 30 einen
kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30b an einem
Ende des Plungerkolbens 30 benachbart zur Druckhalterkammer 31 auf,
und der einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 30b hat
einen Durchmesser, der kleiner als ein Durchmesser des einen großen
Durchmesser aufweisenden Abschnitts 30a ist.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass der einen kleinen Durchmesser aufweisende
Abschnitt 30b gehalten werden kann, wenn auf die Außenumfangsoberfläche
des Plungerkolbens 30 eine abriebfeste Beschichtung aufgetragen
wird. Außerdem wird durch Ausbilden des einen kleinen Durchmesser
aufweisenden Abschnitts 30b am Ende des Plungerkolbens 30 benachbart
zu der Seite, auf die der Druck einwirkt (die Druckhalterkammer 31),
die Effizienz bzw. der Durchsatz beim Pumpen des Kraftstoffs vorteilhaft
verbessert. Überdies ist eine Nut 28 zum Wiedergewinnen
von Leckagekraftstoff an der Innenumfangsoberfläche des
Zylinders 21 an einer bestimmten Position ausgebildet,
so dass die Nut 28 zum Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff
dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30a gegenüberliegt.
In der Nut 28 zum Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff
wird eine Leckage des Kraftstoffs, der durch einen Raum zwischen
der Außenumfangsoberfläche des Plungerkolbens 30 und
der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 21 ausgeströmt
bzw. ausgelaufen ist, aufgefangen, und der aufgefangene Kraftstoff
wird wieder einer Niederdruckseite zugeführt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform weist das vordere Ende
des Plungerkolbens 30 die oben beschriebene Form auf. Wie
in 2 gezeigt ist, weist der Plungerkolben 30 den
einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30a auf,
der sich auf einer von der Druckhalterkammer 31 entfernten
Seite (oder Antriebsseite) des Kolbens 30 befindet, und
der einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 30b des
Plungerkolbens 30 ist benachbart zur Druckhalterkammer 31 angeordnet. Überdies
weist der Plungerkolben 30 den konisch ausgebildeten Abschnitt 30c auf,
der zwischen dem einen großen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt 30a und dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt 30b angeordnet ist. Der konisch ausgebildete
Abschnitt 30c weist einen Durchmesser auf, der in Richtung
des eine kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitts 30 abnimmt.
Weil der vorstehende einen kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 30b wie oben
erläutert ausgebildet ist, und auch weil der konisch ausgebildete
Abschnitt 30c zwischen dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt 30b und dem einen großen Durchmesser
aufweisenden Abschnitt 30a wie oben beschrieben ausgebildet ist,
kann auf den Plungerkolben 30 die Zentrierkraft einwirken,
die in dem Diagramm von 3 gezeigt ist.
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Auch
wenn der Plungerkolben 30 relativ zum Zylinder 21 geneigt
ausgerichtet ist und dadurch der Zwischenraum bzw. der Spielraum
dazwischen reduziert wird, kann ein unter hohem Druck stehender Kraftstoff
aufgrund der konischen Form des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c in
den reduzierten Zwischenraum zwischen dem Plungerkolben 30 und dem
Zylinder 21 eindringen. Folglich wird durch den Kraftstoff
auf den geneigt ausgerichteten Plungerkolben 30 eine Zentrierkraft
ausgeübt, so dass der Plungerkolben 30 in Richtung
des radialen Mittelpunkts des Plungerkolben 30 gedrängt
und in einer mittigen Position platziert wird. Dadurch kann die
auf den Plungerkolben 30 in Richtung der Innenumfangsoberfläche
des Zylinders 21 ausgeübte Press- bzw. Druckkraft
vermindert werden, wobei diese Kraft herkömmlicherweise
einer der Faktoren gewesen ist, der zur thermischen Schädigung
an den Gleitoberflächen des Plungerkolbens 30 und
des Zylinders 21 beigetragen hatte, und somit kann die
Beständigkeit der Kraftstoffzuführvorrichtung 1 gegen
thermische Schäden infolge Wärmestau in vorteilhafter
Weise verbessert werden.
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Überdies
ist der konisch ausgebildete Abschnitt 30c so ausgeführt,
dass er eine Länge L (die wie in 2 gezeigt
gemessen wird) und einen Kegel- bzw. Konuswinkel θ (der
wie in 2 gezeigt gemessen wird) aufweist. Die konisch
ausgebildete Oberfläche des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c ist
relativ zu einer Längsachse des Plungerkolbens 20 um
den Konuswinkel θ abgewinkelt. Wie in 2 gezeigt
ist, wird in einer Schnittansicht des Plungerkolbens 30,
die entlang einer Ebene entlang der Längsachse des Plungerkolbens 30 erstellt
worden ist, der Konuswinkel θ zwischen einer Verlängerungslinie
der konischen Oberfläche des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c und
einer Verlängerungslinie der Außenumfangsoberfläche
des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitts 30a gemessen.
Wenn dementsprechend der Konuswinkel θ null Grad beträgt,
ist die konische Oberfläche nicht am Ende des Plungerkolbens 30 ausgebildet, wie
in 4 zu sehen ist. Insbesondere ist die Länge L
größer oder gleich 3 mm. Der Konuswinkel θ ist größer
oder gleich 0,1 Grad und kleiner oder gleich einem Grad, das anhand
einer Gleichung: [Länge L × 0,45 – 0,55]
berechnet wird, wobei die Messeinheit der Länge L in mm
angegeben wird. Basierend auf einem in 3 gezeigten
Diagramm berechnet der Erfinder den erforderlichen Konuswinkel θ und
die erforderliche Länge des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c,
die beide zur Begrenzung der durch Wärmestau hervorgerufenen
thermischen Schäden benötigt werden. Eine Veränderung
der Zentrierkraft wird im Speziellen durch eine numerische Analyse erreicht,
indem der Konuswinkel θ und die Länge L des konisch
ausgebildeten Abschnitts 30c verändert werden.
Zudem wird der Zentrierkraft-Schwellwert zum Verhindern thermischer
Schäden basierend auf Experimenten mit thermischen Schäden
berechnet, die durch einen durch Reibung oder Kontakt von Metall
zu Metall bewirkten Wärmestau hervorgerufenen werden. Auf
diese Weise wird die vorstehend erhaltene Veränderung der
Zentrierkraft mit dem Zentrierkraft-Schwellwert unter Hinzuziehung
des Diagramms von 3 verglichen, um den erforderlichen Konuswinkel θ und
die erforderliche Länge des konisch ausgebildeten Abschnitts 30c zum
Begrenzen der Schäden zu berechnen.
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Die
numerische Analyse wird insbesondere unter der Voraussetzung ausgeführt,
dass der Konuswinkel θ in einem Abschnitt von 0,1 bis 4,3
Grad verändert wird und dass die Länge L in einem
Abschnitt von 1 bis 7 mm verändert wird, und als Folge daraus
wird das die Veränderung der Zentrierkraft darstellende
Diagramm erhalten, das in 3 gezeigt
ist. Darüber hinaus beträgt der Zentrierkraft-Schwellwert
(die minimale Zentrierkraft) zum Verhindern der basierend auf den
Ergebnissen der Experimente mit tatsächlichen Schäden
berechneten thermischen Schäden 1.000 N. Wenn somit die
Zentrierkraft größer oder gleich 1.000 N (Zentrierkraft-Schwellwert)
ist, können thermische Schädigungen effektiv verhindert
werden.
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Der
Abschnitt des Winkels und der Länge, die zum Erreichen
der Zentrierkraft von größer oder gleich 1.000
N notwendig sind, wird mit Hilfe des Diagramms von 3 berechnet.
Die berechnete Länge L ist größer oder
gleich 3 mm, und gleichzeitig ist der Konuswinkel θ größer
oder gleich 0,1 Grad und kleiner oder gleich einem Grad, das anhand
der Gleichung [Länge L × 0,45 – 0,55]
berechnet wird. Dabei beträgt ein oberer Grenzwert für
den Konuswinkel θ beispielsweise etwa 0,8 Grad in einem
Fall, wo die Länge L 3 mm beträgt. Außerdem
beträgt der obere Grenzwert für den Konuswinkel θ etwa
1,7 in einem Fall, wo die Länge 5 mm beträgt.
Der obere Grenzwert für den Konuswinkel θ beträgt
etwa 2,6 in einem Fall, wo die Länge L 7 mm beträgt.
Indem der konisch ausgebildete Abschnitt 30c unter Verwendung
des vorstehenden Konuswinkelbereichs und der vorstehenden Länge
entworfen wird, ist es vorteilhafterweise möglich, eine
Beschädigung infolge eines Wärmestaus zwischen
dem Plungerkolben 30 und dem Zylinder 21 sogar
in einem mit hohen Drücken beaufschlagten System zu verhindern.
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Die
Nut 28 zum Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff ist auf
der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 21 an
einer Position so ausgebildet, dass die Nut 28 zum Wiedergewinnen
von Leckagekraftstoff dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30a radial
gegenüberliegt, auch wenn der Plungerkolben 30 sich
am untersten Endabschnitt oder an der äußersten
antriebsseitigen Position befindet, die in 2 die unterste
Position darstellt. In anderen Worten ist die Nut 28 zum
Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff so ausgeführt, dass
sie dem einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30a radial
gegenüberliegt, auch wenn der Plungerkolben 30 innerhalb
eines Bewegungsbereichs, in dem der Plungerkolben 30 hin-
und herverschiebbar ist, an einer von der Druckhalterkammer 31 am
weitesten entfernt liegenden Position angeordnet ist. Auch wenn
somit der Plungerkolben 30 in die unterste Endposition
verschoben wird, wird verhindert, dass die Nut 28 zum Wiedergewinnen
von Leckagekraftstoff dem konisch ausgebildeten Abschnitt 30c radial
gegenüberliegt. In anderen Worten ist die Nut 28 zum
Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff an einer vorbestimmten Position
auf der Innenumfangsoberfläche des Zylinders 21 ausgebildet,
so dass die Nut 28 zum Wiedergewinnen von Leckagekraftstoff dem
einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 30a des
Plungerkolbens 30 stets radial gegenüberliegt,
auch während der Plungerkolben 30 innerhalb des
Bewegungsbereichs des Plungerkolbens 30 verschoben wird.
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Im
Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen kann verhindert
wird, dass Kraftstoff übermäßig stark
aus dem konisch ausgebildeten Abschnitt 30c ausströmt,
und dadurch kann ein Verdünnen des für den Verbrennungsmotor
verwendeten Schmiermittels durch den ausgeströmten Kraftstoff
eingeschränkt werden. Aufgrund dessen kann die Betriebssicherheit
des Verbrennungsmotors verbessert werden, ohne den reibungslosen
Bewegungsablauf des Verbrennungsmotors zu verschlechtern, und darüber
hinaus die Lebensdauer des Schmiermittels verlängert werden.
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(Weitere Ausführungsform)
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform
beschränkt und kann gemäß der nachstehenden
Beschreibung modifiziert werden. In der vorstehenden Ausführungsform
weist der Plungerkolben 30 z. B. den konisch ausgebildeten
Abschnitt 30c auf, um einen unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff effektiv in den Zwischenraum zwischen dem Plungerkolben 30 und
dem Zylinder 21 einzuführen, um Schädigungen
infolge eines Wärmestaus zu verhindern. Der Plungerkolben
kann jedoch alternativ einen Teil aufweisen, der einen Durchmesser
aufweist, der von dem einen großen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt 30a bis zu dem einen kleinen Durchmesser aufweisenden
Abschnitt 30b allmählich abnimmt. Der alternativ
ausgeführte Teil kann z. B. eine Oberfläche aufweisen,
die sich von einer konischen Oberfläche des konisch ausgebildeten
Abschnitts 30c unterscheidet, bei dem sich der Durchmesser
linear verändert. Genauer gesagt kann der alternativ ausgeführte
Teil eine gekrümmte Oberfläche aufweisen, die
radial nach außen vorsteht oder radial einwärts
ausgespart ist. Alternativ kann der alternativ ausgeführte
Teil eine komplex ausgeführte Oberfläche mit einem
geraden und einem gekrümmten Teil aufweisen. In anderen Worten
kann die komplex ausgeführte Oberfläche des alternativ
ausgeführten Teils so beschaffen sein, dass ein Durchmesser
des alternativ ausgeführten Teils sich linear und nicht-linear
verändert.
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Weitere
Vorteile und Modifizierungen werden Fachleuten ohne Weiteres offenbar.
Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinne nicht auf die spezifischen Einzelheiten,
die repräsentative Vorrichtung und die veranschaulichenden
Beispiele beschränkt, die hierin gezeigt und beschrieben
sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2690734 [0002]
- - JP 05-99097 A [0003]