DE19856608A1

DE19856608A1 - Strömungsmitteldichtung für zyklische hohe Drücke innerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE19856608A1
Application number: DE19856608A
Authority: DE
Inventors: David J Beatty; Iii Ralph A Shmith
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 1999-06-10
Also published as: US5992768A; GB2332035A; GB2332035B; GB9822827D0

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Strömungsmitteldichtungen innerhalb von Kraftstoffein spritzvorrichtung bzw. -injektoren, und insbesondere auf eine Strömungsmitteldichtung für einen hin und her beweg lichen Kolben, der relativ hohen zyklischen Strömungsmit teldrücken während eines jeden Einspritzzykluses ausge setzt ist.

Stand der Technik

In einer Klasse von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen wird ein hin und her beweglicher Kolben dazu verwendet, ein Strömungsmittel unter Druck zu setzen, um das Einspritzen zu Initieren und Beizubehalten. Mit jeder Hin- und Herbe wegung können Druckgradienten entlang des Kolbens zwi schen 0 und ungefähr 20.000 psi (1 psi entspricht 6895 Pa) oder mehr mit einer Frequenz eines vielfachen pro Se kunde oszillieren. Aufgrund des hohen zyklischen Druck gradientens neigt ein Strömungsmittel natürlich dazu, am Kolben vorbei entlang der Kolbenbohrungswand zu lecken. Wegen einer Anzahl von Gründen, die verminderte Komplexi tät, gesteigerte Verläßlichkeit, zulässiges Strömungsmit telleckage, Gedanken darüber, wo und wie das geleckte Strömungsmittel zu führen ist und andere dem Fachmann be kannte Gründe umfassen, ist es oft wünschenswert, eine Leckage am Kolben vorbei durch die Verwendung einer O-Ringdichtung zu eliminieren. Aufgrund der während der Einspritzzyklen auftretenden hohen Frequenzen und der ex tremen Größen der zyklischen Druckänderungen, die auf ei ne O-Ringdichtung einwirken, tendieren jedoch die meisten derzeit erhältlichen O-Ringe dazu, zu versagen lang bevor die anderen Komponenten oder Bauteile der Kraftstoffein spritzvorrichtung versagen. In anderen Worten ist die O-Ringtechnologie noch nicht ausreichend fortgeschritten, um eine verläßliche und lang anhaltende Dichtung bei ho hen Frequenzen und relativ extremen Drücken vorzusehen, wie sie innerhalb von einer Kraftstoffeinspritzvorrich tungsumgebung erfahren werden.

Eine Antwort auf dieses Problem war das Einfügen eines Druckaufnahmevolumens an einer Stelle zwischen dem O-Ring und dem Druckseitenende des Kolbens. Dieses Druckauf nahmevolumen nimmt typischerweise die Form eines Ring raumes an, der in die Seitenwand des Kolbens unterhalb des O-Rings, jedoch oberhalb des Druckseitenendes des Kolbens eingearbeitet ist. Zyklische Drücke auf den O-Ring werden deutlich gedämpft durch die Einfügung eines Druckaufnahmevolumens, da ein wesentlicher Betrag des ho hen Drucks in jedem Einspritzzyklus im Aufnahmevolumen absorbiert wird, bevor derselbe je die O-Ringdichtung er reicht. Ein Druck im Aufnahmevolumen fällt bzw. setzt sich selbst zurück, wenn der Kolben seinen Rückkehrtakt oder -hub zwischen Einspritzereignissen durchführt. Ein mit der einfachen Verwendung eines Aufnahmevolumens zur Dämpfung von Drücken auf den O-Ring verbundenes Problem ist die Notwendigkeit, das Volumen relativ groß zu ma chen, um eine zufriedenstellende Dämpfung des Drucks vor zusehen, der von der O-Ringdichtung erfahren wird. Mit anderen Worten kann eine größere Druckdämpfung durch eine immer größere Ausbildung des Aufnahmevolumens vorgesehen werden; jedoch limitieren realistische Einschränkung be züglich des Raumes und Betrachtungen bezüglich der Kol benführung, unter anderem, die realistische Größe des Vo lumens, das dem Druckaufnahmevolumenraum zugewiesen wer den kann.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Überwindung dieser und anderer Probleme ausgerichtet, die mit einer Dichtung gegen eine Strömungsmittelleckage an einem sich hin und her bewegenden Kolben innerhalb einer Kraftstoffein spritzvorrichtung assoziiert sind.

Offenbarung der Erfindung

Eine Kolben- und Zylinderanordnung weist einen Zylinder auf, der eine Kolbenbohrung definiert. Ein Kolben mit ei nem Druckstirnseitenende oder Druckseitenende und einer Seitenoberfläche ist in der Kolbenbohrung angeordnet und zwischen einer vorgeschobenen Position und einer zurück gezogenen Position beweglich. Ein O-Ring ist mit der Sei tenoberfläche des Kolbens und der Kolbenbohrung in Kon takt. Zumindest der Kolben und/oder der Zylinder definie ren ein Aufnahmevolumen, das sich in die Kolbenbohrung öffnet. Ein komprimierbares bzw. zusammendrückbares Glied ist im Aufnahmevolumen angeordnet.

In einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Kolben- und Zylinderanordnung einen Zylinder auf, der eine Kol benbohrung definiert. Ein Kolben mit einem Druckseitenen de und einer Seitenoberfläche ist in der Kolbenbohrung angeordnet und zwischen einer vorgeschobenen Position und einer zurückgezogenen Position beweglich. Ein O-Ring ist mit der Seitenoberfläche des Kolbens und der Kolbenboh rung in Kontakt. Zumindest entweder der Kolben und/oder der Zylinder definieren ein Aufnahmevolumen, das sich in die Kolbenbohrung zwischen dem Druckseitenende des Kol bens und dem O-Ring öffnet. Ein komprimierbares bzw. zu sammendrückbares Glied, das ein mit einem Gas gefülltes eingeschlossenes Volumen definiert, ist im Aufnahmevolu men angeordnet.

In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einen Einspritzvorrich tungskörper auf, der eine Kolbenbohrung und einen Düsen auslaß definiert. Ein Kolben mit einem Druckseitenende und der Seitenoberfläche ist in der Kolbenbohrung ange ordnet und zwischen einer vorgeschobenen Position und ei ner zurückgezogenen Position beweglich. Ein Teil des Kol bens und die Kolbenbohrung definieren eine Kraftstoff druckbeaufschlagungskammer, die in Strömungsmittelverbin dung mit dem Düsenauslaß steht. Ein Nadelventilglied ist im Einspritzvorrichtungskörper angeordnet und zwischen einer geöffneten Position, in welcher der Düsenauslaß ge öffnet ist, und einer geschlossenen Position beweglich, in welcher der Düsenauslaß blockiert ist. Ein O-Ring ist mit der Seitenoberfläche des Kolbens und der Kolbenboh rung in Kontakt. Zumindest entweder der Kolben und/oder der Zylinder definieren ein Aufnahmevolumen, das sich in die Kolbenbohrung zwischen dem Druckseitenende des Kol bens und dem O-Ring öffnet. Ein komprimierbares bzw. zu sammendrückbares Glied, das ein mit einem Gas gefülltes, eingeschlossenes Volumen definiert, ist im Aufnahmevolu men angeordnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß des Stands der Technik.

Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ge mäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Er findung.

Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung ge mäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorlie genden Erfindung.

Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß noch eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Aufnahmevolumens und komprimierbaren Gliedes gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Aufnahmevolumens und komprimierbaren Gliedes gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Drucks über die Zeit für zwei Einspritzzyklen an bestimmten Stellen innerhalb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Fig. 1 bis 4.

Fig. 8 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß eines wei teren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 gemäß des Stands der Technik eines solchen Typs darge stellt, bei dem ein Kolben oder Plunger zur Druckbeauf schlagung eines Brenn- bzw. Kraftstoffs verwendet wird, und zwar zu der Erläuterung der Probleme, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden. Die Einspritzvor richtung 10 umfaßt einen Einspritzvorrichtungskörper 11, der eine Kolbenbohrung 12 definiert, die sich zu einem Düsenauslaß 16 über einen Düsenzufuhrdurchlaß bzw. Ver sorgungsbohrung 14 und eine Düsenkammer 13 öffnet. Ein Kolben 20 hat ein Druckseitenende bzw. -stirnseitenende 22 und eine Seitenoberfläche 21. Der Kolben 20 ist in der Kolbenbohrung 12 angeordnet und zwischen einer vorgescho benen Position und einer gezeigten rückgezogenen Position verschiebbar. Ein Teil der Kolbenbohrung 12 und des Kol bens 20 definieren eine Kraftstoffdruckbeaufschlagungs kammer bzw. -druckkammer 17, die sich zur Düsenzufuhr bohrung 14 öffnet. Ein Kraftstoffzufuhrdurchlaß 15 führt erneut Kraftstoff der Kraftstoffdruckkammer 17 zu, wenn sich der Kolben 20 in Richtung seiner zurückgezogenen Po sition zurückzieht. Ein Rückschlagventil 34 verhindert den Rückfluß von Kraftstoff von der Kraftstoffdruckkammer 17 in den Kraftstoffzufuhrdurchlaß 15, wenn der Kolben 20 seinen nach unten gerichteten Pumptakt bzw. -hub durch führt.

Ein Nadelventilglied 30 ist innerhalb der Düsenkammer 13 des Einspritzvorrichtungskörpers 11 angeordnet. Das Na delventilglied 30 ist in der Lage, sich zu einer geöffne ten Position zu bewegen, in welcher die Düsenkammer 13 und damit die Kraftstoffdruckkammer 17 zum Düsenauslaß 16 hin geöffnet sind. Das Nadelventilglied 30 ist normaler weise über eine Kompressionsfeder 31 zu einer bzw. in ei ne geschlossene Position vorgespannt, wie gezeigt, in welcher die Düsenkammer 13 zum Düsenauslaß 16 hin bloc kiert ist. Wenn der Kolben 20 seinen Abwärtstakt beginnt steigt der Druck innerhalb der Kraftstoffdruckkammer 17 schnell an. Dieser Kraftstoffdruck wirkt auf hydraulische Hebeflächen am Nadelventilglied 30 ein, was bewirkt, daß es sich zu seiner geöffneten Position gegen die Wirkung der Kompressionsfeder 31 hebt. Jedes Einspritzereignis endet dann, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb der Kraft stoffdruckkammer 17 unterhalb den Wert fällt, der nötig ist, um das Nadelventilglied 30 geöffnet zu halten. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß dieses Ende des Einsprit zereignisses durch eine Anzahl von Faktoren bewirkt wer den kann, was das Beenden der Abwärtsbewegung des Kolbens 20, das Vorsehen eines Ablaßanschlusses oder anderer ge eigneter Mittel umfaßt, die im Stand der Technik bekannt sind. Dem Fachmann ist ebenso ersichtlich, daß andere be kannte Typen von Nadelventilgliedern abweichend von dem dargestellten Ventilöffnungsdrucktyp in einer Kraftstof feinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten.

Fig. 7 zeigt einen beispielhaften Druckverlauf innerhalb der Kraftstoffdruckkammer 17 für zwei Hin- und Herbewe gungszyklen des Kolbens 20 (d. h. zwei Einspritzzyklen der Einspritzvorrichtung). Die Druckspitze kann größer als 20.000 psi (1 psi = 6895 Pa) sein. Um eine Leckage im ringförmigen Gebiet 18, das zwischen der Seitenoberfläche 21 des Kolbens 20 und der Wand der Kolbenbohrung 12 exi stiert, zu vermeiden, ist ein O-Ring 24 innerhalb einer ringförmigen Vertiefung eingefügt, die in den Kolben 20 eingearbeitet ist. Der O-Ring 24 wirkt als die Dichtung gegen den Kraftstoff, der entlang dem Kolben 20 während der extremen Drücke gedrückt wird, die während des Ein spritzereignisses auftreten. Während O-Ringe erhältlich sind, die eine adäquate Dichtung bei diesen extremen Drücken -vorsehen können, hat sich keiner von ihnen als ausreichend robust erwiesen, um befriedigendes über die Millionen von schnellen Zyklen zu leisten, die während der Lebensdauer einer typischen Kraftstoffein spritzvorrichtung dieses Typs durchgeführt werden. Zur Dämpfung des Drucks auf den O-Ring 24 öffnet sich ein Aufnahmevolumen 25 in die Kolbenbohrung 12 und ist zwi schen dem Druckseitenende 22 und dem O-Ring 24 angeord net. Das Aufnahmevolumen 25 in diesem Beispiel nimmt die Form eines Ringraumes an, der in die Oberfläche 21 des Kolbens 20 eingearbeitet ist. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, reduziert die Einfügung des Aufnahmevolumens 25 we sentlich den Kraftstoffdruck gegen den der O-Ring 24 dichten muß. Jedoch verbleibt immer noch ein Spielraum für Verbesserungen.

Nun zusätzlich auf die Fig. 2 bis 4 bezugnehmend ver sucht die vorliegende Erfindung, die extremen Drücke wei ter zu dämpfen, die ansonsten auf die O-Ringdichtung wir ken könnten, um das Betriebsleben bzw. Arbeitsleben des O-Rings zu erhöhen, während eine kraftstoffdichte Dich tung am Kolben vorbei beibehalten wird. Insbesondere zeigt Fig. 2 einen Einspritzvorrichtungskörper 111, der im wesentlichen identisch zu dem des Stands der Technik ist, und zwar hinsichtlich darin, daß er eine Kraftstoff druckkammer 17 und eine ringförmige Lücke bzw. Spalt 18 aufweist, an der eine Leckage auftreten könnte. In diesem Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Kolben 120 eine O-Ringdichtung auf, die im wesentlichen identisch zu der des Stands der Technik ist. Als Mittel zur weiteren Dämpfung des Drucks auf den O-Ring 24 ist ein Druckauf nahmevolumen 125 in der Form eines in den Kolben 120 ein gearbeiteten Ringraums vorgesehen. Ein ringförmiges kom primierbares bzw. zusammendrückbares Glied 130 ist im Aufnahmevolumen 125 angeordnet. Das zusammendrückbare Glied 130 hat bevorzugter Weise eine quadratische oder rechteckige Form und weist ein eingeschlossenes Volumen eines komprimierten Gases 131 innerhalb seines Inneren auf (siehe Fig. 5). Während der zyklisch auftretenden hohen Drücke komprimiert der Druckanstieg innerhalb des Aufnahmevolumens 125 das zusammendrückbare Glied 130 und drückt zumindest teilweise das eingeschlossene Gasvolumen 131 zusammen. Fig. 7 zeigt, daß durch die Aufnahme des zusammendrückbaren Gliedes 130 im Aufnahmevolumen 125 der durch den O-Ring 24 gesehene Druck weiter bezüglich dem Stand der Technik gedämpft wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung, in welchem ein Aufnahmevolumen 225 in die Kolbenbohrung 212 des Einspritzvorrichtungskörpers 211 eingearbeitet ist, anstatt in die Seitenoberfläche des Kolbens wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist ein Kolben 220 einen O-Ring 24 auf, der in Kontakt zwischen der Kolbenbohrung 212 und der Seitenoberfläche des Kolbens ist. Dieses Aus führungsbeispiel ist identisch zum vorhergehenden Ausfüh rungsbeispiel, und zwar hinsichtlich dessen, daß ein Teil des Kolbens 220 und der Kolbenbohrung 212 eine Kraft stoffdruckkammer 217 definieren. Ein komprimierbares bzw. zusammendrückbares Glied 230 in der Form eines Rings ist im Aufnahmevolumen 225 angeordnet. Wie aus der Fig. 7 ersichtlich ist, funktioniert dieses Ausführungsbei spiel im wesentlichen identisch zu dem der Fig. 2, je doch wird angenommen, daß seine Herstellung schwieriger ist, da es im allgemeinen schwieriger ist, einen Ringraum in die Innenseite einer Kolbenbohrung einzuarbeiten als einen Ringraum in die Außenoberfläche eines Kolbens ein zuarbeiten. Wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel bleibt das Volumen 225 zwischen dem O-Ring 24 und dem Druckseitenende des Kolbens 220 über den gesamten Takt bzw. Hub zwischen seinen zurückgezogenen und vorgeschobe nen Positionen angeordnet.

Bezugnehmend auf die Fig. 4 ist noch ein weiteres Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, in welchem ein Kolben 120 in einer Kolbenbohrung 312 an geordnet ist, die von einem Einspritzvorrichtungskörper 311 definiert ist. Wie im vorangegangenen Ausführungsbei spiel ist der dichtende O-Ring 24 am Kolben 120 ange bracht, und eine Kraftstoffdruckkammer 317 ist durch ei nen Teil des Kolbens 120 und der Kolbenbohrung 312 defi niert. Wie im Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kolben 120 einen Aufnahmevolumenringraum 125 auf, in dem ein komprimierbarer bzw. zusammendrückbarer Ring 130 angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch, daß es ein Paar von Druckentlastungsdurch lässen 319 aufweist, die sich in die Kolbenbohrung 312 zwischen dem Druckseitenende des Kolbens 120 und dem Auf nahmevolumen 125 öffnen. Zusätzlich bezugnehmend auf die Fig. 7 baut sich ein Druck innerhalb des Aufnahmevolu mens 125 auf und das zusammendrückbare Glied 130 wird komprimiert, wenn sich der Kolben 120 nach unten bewegt. Dieser Druckanstieg wird entspannt, wenn das Aufnahmevo lumen 125 sich an den Druckentlastungsdurchlässen 319 vorbeibewegt. Daher sieht dieses Ausführungsbeispiel eine weitere Dämpfung des Drucks auf den O-Ring 24 im Ver gleich zu den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausfüh rungsbeispielen vor. Dies wird dadurch erreicht, daß der Druck innerhalb des Aufnahmevolumens 125 entlastet wird, während der Kolben 120 seinen nach unten gerichteten Pumptakt durchführt. Da der O-Ring gegen niedrigere Drüc ke in all den gezeigten Ausführungsbeispielen dichten muß, wird sein Betriebsleben bzw. Arbeitsleben natürli cherweise ausgedehnt.

In den Fig. 5 und 6 ist gezeigt, daß das zusammen drückbare bzw. komprimierbare Glied gemäß der vorliegen den Erfindung in einer Vielzahl von Formen auftreten kann und aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt werden kann, ohne vom beabsichtigten Umfang der vorliegenden Er findung abzuweichen. Beispielsweise zeigt das in der Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel den (Druck-)Speicher bzw. Akkumulator bzw. das komprimierbare Glied mit einem quadratischen Querschnitt mit einer Gasmenge, die in ei nem hohlen Inneren 131 eingeschlossen ist. Das Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 6 zeigt eine D-Form mit einer großen Anzahl von kleinen, eingeschlossenen Gasbläschen. Ebenso kann die Außenoberfläche des komprimierbaren Glieds 130 eine Vielzahl von unterschiedlichen Quer schnittsformen aufweisen, was auch Kreise usw. ein schließt. Das komprimierbare Glied 130 sollte aus geeig netem elastischem Material hergestellt sein, das die Fä higkeit hat, zusammengedrückt werden zu können, wobei teilweise das innere, eingeschlossene Gas zusammenge drückt wird, jedoch schnell wieder seine ursprüngliche Form annimmt, wenn der Außendruck entfernt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das komprimierbare Glied 130 völ lig innerhalb des Aufnahmevolumens 125 liegen kann und nicht in Kontakt mit der Kolbenbohrungswand kommt. Die Funktion des Glieds ist es nicht, eine Dichtung vorzuse hen, sondern statt dessen sich auszudehnen und zusammen gedrückt zu werden mit einem jeden Kolbenzyklus. Dies ist insbesondere wichtig für Ausführungsbeispiele der Erfin dung wie das der Fig. 4, wo das Aufnahmevolumen notwen diger Weise sich an den Durchlässen 319 vorbeibewegen muß. Eine Überbeanspruchung der Außenoberfläche des kom primierbaren Glieds kann seine Leistungsfähigkeit unter minieren und möglicherweise schließlich zu einem Entwei chen des eingeschlossenen Gases aus seinem Inneren hinaus führen, was es wiederum davon abhält, die gewünschte Lei stung zu bringen.

Fig. 6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in welchem das komprimierbare Glied 135 eine D-Form aufweist und eine Vielzahl von ein geschlossenen Bläschen 136 anstatt des einzelnen Rings aus eingeschlossenem Gas 131 der Fig. 5. Das Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 6 würde erfordern, daß die stati stische Verteilung der Bläschen zu einem Bestimmtheits grad bekannt ist, so daß die Menge des eingeschlossenen Gases innerhalb des komprimierbaren Glieds 135 vorherge sagt werden könnte und mit einem gewünschten Genauig keitsgrad bekannt ist.

Auch wenn die Strategie zur Strömungsmitteldichtung der vorliegenden Erfindung ursprünglich für die Verwendung bezüglich der Dichtung gegen eine Leckage in einem Kolben in Betracht gezogenen wurde, findet die vorliegende Er findung potentiell auch Anwendung an anderen Stellen in nerhalb einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Eine dieser potentiellen Anwendungen ist in Fig. 8 dargestellt, in der die Strategie der Strömungsmitteldichtung der vorlie genden Erfindung auf die Vermeidung einer Leckage an ei nem Nadelventilglied einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung angewendet wird. Insbesondere weist eine Kraft stoffeinspritzvorrichtung 60 einen Einspritzkörper 61 auf, der aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt ist, die auf eine im Stand der Technik gut bekannte Art und Weise zusammengehalten werden. Der Einspritzvorrich tungskörper definiert eine Düsenkammer 62, die mit einem Niedrigdruckfederkäfig 64 über eine Bohrung 63 verbunden ist. Ein zylinderförmiges Nadelventilglied 71 ist inner halb der Bohrung 63 hin und her bewegbar so angeordnet, und zwar zwischen einer offenen Position, in welcher der Düsenauslaß 69 zur Düsenkammer 62 hin geöffnet ist, und einer geschlossenen Position, in welcher der Düsenauslaß 69 blockiert ist. Während eines jeden Einspritzzykluses wirkt Kraftstoff mit hohem Druck auf die hydraulischen Hebeoberfläche 73 des Nadelventilglieds 71 ein, um das selbe gegen die Wirkung einer Rückführfeder 80 zu seiner geöffneten Position zu bewegen. Wenn der Druck innerhalb der Düsenkammer 62 ausreichend abfällt, schließt sich das Nadelventilglied 71 unter der Wirkung der Rückführfeder 80 auf eine im Stand der Technik bekannte Art und Weise.

Im Fall der vorliegenden Erfindung kann die Düsenkammer 62 als ein zyklischer Hochdruckraum betrachtet werden, da sie eine extrem hohe Kraftstoffdruckspitze während eines jeden Einspritzzykluses erfährt, jedoch zu einem relativ niedrigen Druck zwischen einem jeden Einspritzereignis zurückkehrt. Der Druck innerhalb des Federkäfiges 64 wird normalerweise auf einem relativ niedrigem Druck mittels einer Öffnung 65 gehalten, die zum Niedrigdruck-Kraft stoffzufuhrrückkehrgebiet 66 verbindet. Während der Ein spritzereignisse tendiert der hohe Druck in der Düsenkam mer 62 dazu, eine Leckage in den Vorrichtungen des Stands der Technik zwischen der Bohrung 63 und der Seitenober fläche 71 des Nadelrückschlagelements 70 hervorzurufen. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Leckage an der Stelle 67 aufgrund des Einfügens eines stationären O-Rings 90 und eines ringförmigen Druckauf nahmevolumens 72 unterbunden, das in die Seitenoberfläche 71 des Nadelventilglieds 70 eingearbeitet ist. Ein ring förmiges Kompressionsglied 75 ist im Aufnahmevolumen 72 angeordnet, und zwar auf eine Art und Weise ähnlich zu der der Ausführungsbeispiele, die in den Fig. 2 und 4 gezeigt sind.

Der O-Ring 90 sieht nur einen Teil des Drucks, der in der Düsenkammer 62 erfahren wird, und zwar aufgrund der Tat sache, daß der Druck auf den O-Ring dadurch gedämpft wird, in dem er durch die Kompression des Kompressions glieds 75 absorbiert wird und innerhalb des Aufnahmevolu mens 72 aufgebaut wird, anstatt das er direkt auf den O-Ring wirkt. Und daher erlaubt diese Strategie, daß der Federkäfig 64 gegen eine Leckage entlang des Nadelven tilglieds 70 mittels eines O-Rings abgedichtet wird, der für wesentlich niedrigere Drücke als jene ausgelegt ist, die in der Düsenkammer 62 angetroffen werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Auch wenn die vorliegende Erfindung ihre bevorzugte An wendung beim Dichten gegen einer Leckage entlang des Kol bens einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung findet, kann die vorliegende Erfindung auch eine potentielle Anwendung in verschiedenen Kolben und Zylinderanordnungen finden, die in verschiedenen Anwendungen verwendet werden. In an deren Worten kann die Dichtstrategie der vorliegenden Er findung nahezu in jeglicher Kolben- und Zylinderanordnung angewandt werden, in welcher der Kolben sich in einer Bohrung hin und her bewegt und zyklischen hohen Drücken ausgesetzt ist. Dem gemäß bezieht sich der Ausdruck Kol ben, wie er in der Beschreibung verwendet wird, auf jeg liches zylindrisch geformtes Glied, was das Nadelventil glied 70 der Fig. 8 umfaßt, welches sich in einer Boh rung hin und her bewegt, die durch einen Zylinder oder Körper definiert ist.

Allgemein sind drei unterschiedliche Variablen zugäng lich, um die Druckdämpfungseigenschaften der vorliegenden Erfindung für eine gegebene Anwendung zu optimieren. Die se Variablen umfassen das Volumen des eingeschlossenen Gases innerhalb des Kompressionsglieds, das vom Kompres sionsglied eingenommene Volumen, wenn es in seiner ausge dehnten Form vorliegt, und das Volumen des Druckaufnahme ringraumes. Da das Kompressionsglied teilweise hohl ist, weil es eingeschlossenes Gas umfaßt, ist sein gesamtes Kompressionsmodul viel niedriger als das des Kraftstoffs. Wenn der Kraftstoff in das Aufnahmevolumen eintritt, wird daher das Kompressionsglied ohne einen deutlichen Druck anstieg komprimiert. Während das Kompressionsglied kom primiert wird ist die Druckanstiegsrate, der der O-Ring ausgesetzt ist, deutlich verzögert. Das Kompressionsglied ist bevorzugter Weise in seiner ausgedehnten so Form zu geschnitten, so daß es nur völlig zusammengedrückt wird, wenn der Einspritzvorgang abgeschlossen ist. Zwischen den Einspritzereignissen nimmt das Kompressionsglied ela stisch wieder seine ursprüngliche Form an, wenn der Sy stemdruck zer- bzw. abfällt.

Die vorangegangene Beschreibung ist nur für darstellende Zwecke gedacht, und es ist nicht beabsichtigt, den Inhalt der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Art und Weise zu limitieren. Dem Fachmann wird erkennen, daß die Dicht strategien, die zuvor offenbart wurden, ihre potentielle Anwendung in einer großen Vielfalt von Kolben- und Zylin deranordnungen finden könnten, was auch jene umfaßt, die eine Beziehung in keinerlei Art zu Kraftstoffein spritzvorrichtungen haben. Des weiteren wird der Fachmann erkennen, daß verschiedene Modifikationen und andere Än derungen bezüglich der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne vom Gedanken und Umgang der Erfindung abzuweichen. Während die Aufnahmevolumen bevorzugter Wei se als Ringräume beschrieben wurden, könnte beispielswei se nahezu jegliches geformte Volumen, das richtig ange ordnet ist, verwendet werden, um die Ziele der vorliegen den Erfindung zu erreichen. Der Inhalt der vorliegenden Erfindung sollte breit interpretiert werden, und zwar ba sierend auf die in der Folge aufgeführten Ansprüche.

Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor: eine Kolben- und Zylinderanordnung weist einen Zylinder auf, der eine Kolbenbohrung definiert. Ein Kolben mit einem Druckseitenende und einer Seitenoberfläche ist in der Kolbenbohrung angeordnet und zwischen einer vorge schobenen Position und einer zurückgezogenen Position be wegbar. Ein O-Ring ist mit der Seitenoberfläche des Kol bens und der Kolbenbohrung in Kontakt. Zumindest entweder der Kolben und/oder der Zylinder definieren ein Aufnahme volumen, das sich in die Kolbenbohrung öffnet. Ein kom primierbares Glied ist in dem Aufnahmevolumen angeordnet.

Claims

1. Eine Kolben- und Zylinderanordnung die folgendes aufweist:
einen Zylinder, der eine Kolbenbohrung defi niert;
einen Kolben bzw. Plunger mit einem Drucksei tenende bzw. einer Druckstirnseite und einer Seitenober fläche, der in der Kolbenbohrung angeordnet ist und zwi schen einer vorgeschobenen Position und einer rückgezoge nen Position bewegbar ist;
ein O-Ring, der mit der Seitenoberfläche des Kolbens und der Kolbenbohrung in Kontakt steht;
wobei zumindest entweder der Kolben und/oder der Zylinder ein Aufnahmevolumen definiert/definieren, das sich in die Kolbenbohrung öffnet; und
ein komprimierbares bzw. zusammendrückbares Glied, das in dem Aufnahmevolumen angeordnet ist.

2. Kolben- und Zylinderanordnung nach Anspruch 1, wobei sich das Aufnahmevolumen in die Kolbenbohrung zwischen dem O-Ring und dem Druckseitenende öffnet.

3. Kolben- und Zylinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zusammendrückbare Glied ein eingeschlosse nes, mit einem Gas gefülltes Volumen definiert.

4. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das komprimierbare Glied einen elastischen Körper aufweist, der ein relativ großes Volu men einnimmt, wenn er nicht zusammengedrückt ist, und ein relativ kleines Volumen einnimmt, wenn er zusammenge drückt ist.

5. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmevolumen ein Rin graum ist, der in der Seitenoberfläche des Kolbens ausge bildet ist.

6. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das komprimierbare Glied ein erstes Volumen einnimmt, wenn es nicht zusammengedrückt ist, und ein zweites Volumen wenn es zusammengedrückt ist; und wobei das Aufnahmevolumen größer als das erste Volu men ist und das erste Volumen größer als das zweite Volu men ist.

7. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das komprimierbare Glied ring förmig ist und einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

8. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei der Zylinder einen Druckentla stungsdurchlaß definiert, der sich in die Kolbenbohrung zwischen dem Druckseitenende und dem O-Ring öffnet.

9. Kolben- und Zylinderanordnung die folgendes auf weist:
einen Zylinder, der eine Kolbenbohrung defi niert;
einen Kolben bzw. Plunger mit einem Drucksei tenende bzw. Stirnseitenende und einer Seitenoberfläche, der in der Kolbenbohrung angeordnet ist und zwischen ei ner vorgeschobenen Position und einer zurückgezogenen Po sition bewegbar ist;
ein O-Ring, der in Kontakt mit der Seitenober fläche des Kolbens und der Kolbenbohrung steht;
wobei zumindest entweder der Kolben und/oder der Zylinder ein Aufnahmevolumen definieren, das sich in die Kolbenbohrung zwischen dem Druckseitenende und dem O-Ring öffnet; und
ein komprimierbares bzw. zusammendrückbares Glied, das ein mit einem Gas gefülltes eingeschlossenes Volumen definiert und im Aufnahmevolumen angeordnet ist.

10. Kolben- und Zylinderanordnung nach Anspruch 9, wobei das komprimierbare Glied einen elastischen Körper auf weist, der ein relativ großes Volumen einnimmt, wenn er nicht zusammengedrückt ist und ein relativ kleines Volu men einnimmt, wenn er zusammengedrückt ist.

11. Kolben- und Zylinderanordnung nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Aufnahmevolumen ein Ringraum ist, der in der Seitenoberfläche des Kolbens ausgebildet ist.

12. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der Ansprü che 9 bis 11, wobei das Aufnahmevolumen größer ist als das relativ große Volumen.

13. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der Ansprü che 9 bis 12, wobei das zusammendrückbare Glied ringför mig ist und einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

14. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der Ansprü che 9 bis 13, wobei der O-Ring am Kolben angebracht ist.

15. Kolben- und Zylinderanordnung nach einem der Ansprü che 9 bis 14, wobei der Zylinder einen Druckentlastungs durchlaß definiert, der sich in die Kolbenbohrung zwi schen dem Druckseitenende und dem O-Ring öffnet.

16. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung die folgendes aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper, der eine Kolbenbohrung und einen Düsenauslaß definiert;
einen Kolben bzw. Plunger mit einem Drucksei tenende bzw. einer Drucukstirnseite und einer Seitenober fläche, der in der Kolbenbohrung angeordnet ist und zwi schen einer vorgeschobenen Position und einer zurückgezo genen Position bewegbar ist;
wobei ein Teil des Kolbens und die Kolbenboh rung eine Kraftstoffdruckbeaufschlagungskammer bzw. eine Kraftstoffdruckkammer definieren, die in Strömungsmittel verbindung mit dem Düsenauslaß steht;
ein Nadelventilglied, das im Einspritzvorrich tungskörper angeordnet ist und zwischen einer geöffneten Position, in welcher der Düsenauslaß offen ist, und einer geschlossenen Position bewegbar ist, in welcher der Dü senauslaß blockiert ist;
einen O-Ring, der in Kontakt mit der Seiten oberfläche des Kolbens und der Kolbenbohrung steht;
wobei zumindest der Kolben und/oder der Ein spritzvorrichtungskörper ein Aufnahmevolumen definieren, das sich in die Kolbenbohrung zwischen dem Druckseitenen de und dem O-Ring öffnet; und
ein komprimierbares bzw. zusammendrückbares Glied, das ein mit einem Gas gefülltes, eingeschlossenes Volumen definiert und im Aufnahmevolumen angeordnet ist.

17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16, wo bei das komprimierbare Glied einen elastischen Körper aufweist, der ein relativ großes Volumen einnimmt, wenn er nicht zusammengedrückt ist und ein relativ kleines Vo lumen einnimmt, wenn er zusammengedrückt ist.

18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Aufnahmevolumen ein Ringraum ist, der in der Seitenoberfläche des Kolbens ausgebildet ist; und wobei der O-Ring am Kolben angebracht ist.

19. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Aufnahmevolumen größer als das relativ gro ße Volumen ist.

20. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An sprüche 16 bis 19, wobei das komprimierbare Glied ring förmig ist und einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist.