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Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung bezieht sich auf
eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren.
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Verschiedene Typen von Förderpumpen werden
als Kraftstoffförderpumpen
von Fahrzeugen verwendet. Herkömmlicherweise
verwenden derartige Pumpen eine Anordnung, die ermöglicht,
dass der Maximalvolumenstrom bzw. Maximaldurchsatz geändert wird,
um die Pumpen für
einen breiten Anwendungsbereich anpassungsfähig zu machen. Die japanische
nationale Offenlegung Nr. Hei 8-210 210 offenbart zum Beispiel eine
Förderpumpe,
die als die Versorgungspumpe bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe
des Typs der gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. vom Common-Rail-Typ
verwendet wird. In dem Fall der Offenlegung ist ein Druckventil
in dem Bypassdurchgang vorgesehen, um es möglich zu machen, die Kraftstoffmenge
zu steuern, die bewegt wird. In Übereinstimmung
mit dieser Anordnung wird während
des normalen Betriebes eine große
Menge Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe zugeführt, und Kraftstoffbewegung
wird in Zeiten der Nichteinspritzung abgestellt. Dies macht es möglich, zu
verhindern, dass eine große
Menge Kraftstoff zwischen der Kraftstoffpumpe und dem Kraftstofftank
unwirtschaftlich im Umlauf ist.
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Diese herkömmliche Technologie verwendet jedoch
ein Rückschlagventil,
das in Reaktion auf den Druck geöffnet/geschlossen
wird, wobei es möglich ist,
dass Verunreinigungen durch Fremdkörper auftreten, die während der
Ventilbetätigung
auf dem Ventilsitz angezogen werden, sodass, wenn das Ventil offen
ist, der Volumenstrom bzw. Durchsatz dazu neigt, durch die Verunreinigung
verändert
zu werden. Aus diesem Grund war die Steuerung des Volumenstroms
bzw. Durchsatzes nicht sehr genau. Ein anderes Problem ist das des
Geräusches
und der Schwingung gewesen, die durch die Sitzflächenbelastung jedes Mal erzeugt
worden sind, wenn sich das Ventil öffnet und schließt.
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Ein Ziel dieser Erfindung ist deswegen,
eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vorzusehen, die die vorstehend erwähnten Unzulänglichkeiten des Standes der
Technik überwindet.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
es, eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vorzusehen, bei der es für
Verunreinigungen schwierig ist, sich anzulagern.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
es, eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vorzusehen, die es ermöglicht,
die Kosten zu verringern.
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Ein anderes Ziel der Erfindung ist
es, eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vorzusehen, die äußerst zuverlässig ist.
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Zum Erreichen dieser Ziele sieht
die Erfindung eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vor, die Folgendes hat: ein Kraftstoffvolumenstromregulierungsventil
bzw. Kraftstoffdurchsatzregulierungsventil an einer Einlassseite,
wobei das Kraftstoffvolumenstromregulierungsventil bzw. Kraftstoffdurchsatzregulierungsventil
ein Gehäuse aufweist,
das eine Kraftstoffeinlassöffnung
und eine Kraftstoffauslassöffnung,
einen Ventilmechanismus zum Steuern eines Kraftstoffvolumenstromes
bzw. Kraftstoffdurchsatzes von der Kraftstoffeinlassöffnung zu
der Kraftstoffauslassöffnung
hat, wobei der Ventilmechanismus in dem Gehäuse eingerichtet ist, und einen
Regulierungsmechanismus zum Regulieren eines Gegendruckes, um eine
Position eines Ventilelementes des Ventilmechanismus in Reaktion auf
einen Systemdruck zu regulieren. Das Ventilelement kann ein Kegelventil
bzw. Nadelventil sein. Der Ventilmechanismus kann eine Anordnung
haben, die eine Kammer aufweist, die das Ventilelement betriebsmäßig unterbringt,
und eine Öffnung
haben, die in der Kammer vorge sehen ist und mit der Kraftstoffeinlassöffnung in
Verbindung steht, wobei das Ventilelement den Kraftstoffvolumenstrom
bzw. Kraftstoffdurchsatz durch Steuern des Kraftstoffvolumenstroms
bzw. des Kraftstoffdurchsatzes in der Öffnung steuert.
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Wenn ein Kegelventil bzw. Nadelventil
als das Ventilelement verwendet wird, kann der Ventilmechanismus
eine Ausgestaltung haben, die eine Kammer, die das Ventilelement
betriebsmäßig unterbringt,
und eine Öffnung
aufweist, die in der Kammer vorgesehen ist und mit der Kraftstoffeinlassöffnung in Verbindung
steht, wobei ein Ventilsitz, der an einem Randabschnitt der Öffnung ausgebildet
ist, und das Ventilelement zusammenwirken, um den Kraftstoffvolumenstrom
bzw. Kraftstoffdurchsatz zu steuern.
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Der Regulierungsmechanismus kann
eine Ausgestaltung haben, bei welcher Einrichtungen vorgesehen sind,
die das Ventilelement elastisch in eine Richtung des offenen Ventils
drängen,
und ein Kraftstoffausstoß wirkt
auf das Ventilelement, um das Ventilelement in der Richtung des
offenen Ventils zu beschränken.
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Die Erfindung wird besser verstanden
werden und deren andere Ziele und Vorteile werden aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen offensichtlicher werden.
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1 ist
ein allgemeines schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
des Kraftstoffvolumenstromregulierungsventils, das in 1 gezeigt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
ein allgemeines schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 ist
eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 als eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung
des Common-Rail-Typs angeordnet, in welcher Kraftstoff der unter
hohem Druck in einer Common-Rail-Einrichtung 2 gespeichert
ist, in die Zylinder (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors durch Einspritzeinrichtungen 3-1 bis 3-N eingespritzt
wird. Die Common-Rail-Einrichtung 2 ist mit einem Druckregelventil 21 zum
Regeln des Druckes des Kraftstoffes in der Common-Rail-Einrichtung 2 auf
einen vorgeschriebenen Druck versehen. Die Einspritzeinrichtungen 3-1 bis 3-N sind
jeweils für
einen entsprechenden Zylinder vorgesehen, und werden unter der Steuerung
einer Einspritzsteuereinheit (nicht gezeigt) betätigt, die angeordnet ist, um
einen Mikrocomputer zu verwenden.
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In der 1 bezeichnen
Bezugszeichen 4 einen Behälter und 6 eine Hochdruckpumpe.
Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kraftstoffförderpumpe 7 gemäß dieser
Erfindung, die als eine Niederdruckförderpumpe an der Niederdruckseite
der Hochdruckpumpe 6 vorgesehen ist. Kraftstoff 5 in dem
Behälter 4 wird über Kraftstoffrohr 8 durch
die Kraftstoffförderpumpe 7 abgezogen
und als ein Kraftstoff mit niedrigem Druck aus der Auslassöffnung 7A der
Kraftstoffförderpumpe 7 geliefert.
Der Kraftstoff mit niedrigem Druck wird zu der Hochdruckpumpe 6 über ein
Kraftstoffförderrohr 10,
das mit einem Kraftstoffvolumenstromsteuerventil bzw. Kraftstoffdurchsatzsteuerventil 9 zum
Regulieren der Strömung
des Kraftstoffes versehen ist, über
Einlassventile 11 und 12 zu der Hochdruckpumpe 6 geliefert.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Hochdruckpumpe 6 zwei
Hochdruckplunger bzw. -kolben 61 und 62, welche
durch Nocken 64 und 65 angetrieben werden, die
an einer Nockenwelle 63 befestigt sind, die durch eine
Rotationskraft von einem Verbrennungsmotor gedreht wird, der nicht
gezeigt ist.
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Der Hochdruckplunger bzw. -kolben 61 weist einen
Kolben 61B auf, der in einem Zylinder 61A untergebracht
ist, wobei sich der Kolben 61B wechselseitig entlang der
Achse des Zylinders 61A bewegen kann. Die wechselseitige
bzw. Hin- und Herbewegung des Kolbens 61B wird durch die
Rotation des Nockens 64 gegen den Stößel 61C veranlasst. Über das
Einlassventil 11 wird Kraftstoff mit niedrigem Druck zu
einer Plungerkammer bzw. Kolbenkammer 61D zugeführt, wo
er durch den Kolben 61B unter Druck gesetzt wird. Der somit
erhaltene Kraftstoff mit hohem Druck wird in die Common-Rail-Einrichtung 2 über eine
Einspritzlei tung 14 zugeführt, die ein Rückschlagventil 13 hat,
das sich in der Richtung der Common-Rail-Einrichtung 2 öffnet.
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Der Hochdruckplunger bzw. -kolben 62 hat dieselbe
Ausgestaltung wie der Hochdruckplunger 61. Das heißt, der
Hochdruckplunger 62 weist einen Kolben 62B auf,
der in einem Zylinder 62A untergebracht ist, wobei sich
der Kolben 62B wechselseitig entlang der Achse des Zylinders 62A bewegen
kann, wobei die Hin- und Herbewegung des Kolbens 62B durch
die Drehung des Nockens 65 gegen den Stößel 62C veranlasst
wird. Über
das Einlassventil 12 wird Kraftstoff mit niedrigem Druck
zu einer Plungerkammer bzw. Kolbenkammer 62D zugeführt, wo
er durch den Kolben 62B unter Druck gesetzt wird, und der
somit erhaltene Kraftstoff unter hohem Druck wird in die Common-Rail-Einrichtung 2 über eine
Einspritzleitung 16 zugeführt, die ein Rückschlagventil 15 hat,
das sich in der Richtung der Common-Rail-Einrichtung 2 öffnet.
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Um Kraftstoffrückfluss, der durch die Betätigung des
Kraftstoffvolumenstromsteuerventils bzw. Kraftstoffdurchsatzsteuerventils 9 erzeugt
wurde, zu dem Behälter 4 zurückzuleiten,
ist ein Rückleitungskanal 17 zwischen
der Auslassöffnung 7A der
Kraftstoffförderpumpe 7 und
dem Behälter 4 vorgesehen. Der
Rückleitungskanal 17 hat
ein Rückschlagventil 18,
das sich in der Richtung des Behälters 4 öffnet. Der
Anteil des Kraftstoffes mit niedrigem Druck, der von der Förderpumpe 7 ausgestoßen wird,
der wegen dem Kraftstoffvolumenstromsteuerventil bzw. Kraftstoffdurchsatzsteuerventil 9 nicht
zu der Hochdruckpumpe 6 läuft, wird über den Rückleitungskanal 17 zu
dem Behälter 4 zurückgeleitet.
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Um die Steuerungseigenschaften der
Nichteinspritzung der Hochdruckpumpe 6 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 zu
verbessern, wird ein Rückleitungskanal 19 ebenfalls
an der Auslassseite des Kraftstoffvolumenstromsteuerventils bzw.
Kraftstoffdurchsatzsteuerventils 9 vorgesehen. Als ein
Ergebnis wird irgendeine Kraftstoffleckage von dem Kraftstoffvolumenstromsteuerventil
bzw. Kraftstoffdurchsatzsteuerventils 9, die auftreten
kann, wenn das Kraftstoffvolumenstromsteuerventil bzw. Kraftstoffdurchsatzsteuerventil 9 während der
Nichteinspritzungssteuerung der Hochdruckpumpe 6 geschlossen
ist, zu dem Behälter 4 über eine
Null-Förderöffnung 20 zurückgeführt, die
in dem Rückleitungskanal 19 vorgesehen
ist.
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Die Förderpumpe 7 hat einen
Pumpenkörper 70 und
ein Kraftstoffvolumenstromregulierungsventil bzw. Kraftstoffdurchsatzregulierungsventil 80,
das an der Kraftstoffauslassseite des Pumpenkörpers 70 vorgesehen
ist.
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2 ist
eine detaillierte Schnittansicht des Volumenstromregulierungsventils
bzw. Durchsatzregulierungsventils 80. Das Volumenstromregulierungsventil
bzw. Durchsatzregulierungsventil 80 hat ein Gehäuse 81,
welches eine Einlassöffnung 82, durch
welche Kraftstoff 5 von dem Behälter 4 über das
Kraftstoffrohr 8 empfangen wird, und eine Auslassöffnung 83 hat, über welche
volumenstromregulierter bzw. durchsatzregulierter Kraftstoff zu
dem Pumpenkörper 70 geliefert
wird. Das Gehäuse 81 hat ebenfalls
eine Kammer 85, die darin ausgebildet ist, die ein Kegelventil
bzw. Nadelventil 84 betriebsbereit unterbringt.
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Eine gestufte Führungsstange 86 ist
an dem hinteren Ende des Kegelventils bzw. Nadelventils 84 befestigt,
um damit koaxial zu sein. Ein Führungsloch 87 ist
in einer Kammer 85 ausgebildet. Die Führungsstange 86 wird
durch einen Abschnitt 86A mit großem Durchmesser bewegbar in
dem Führungsloch 87 getragen,
so dass sich die Führungsstange 86 entlang
ihrer Achse frei bewegen kann.
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Die Kammer 85 steht mit
der Auslassöffnung 83 über einen
Kanal 88 in Verbindung, der in dem Gehäuse 81 ausgebildet
ist. Ein Ende eines Kanals 89, der sich von der Einlassöffnung 82 erstreckt, öffnet sich
in die Kammer 85. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Kanal 89 konzentrisch
mit dem Kegelventil bzw. Nadelventil 84 ausgebildet. Die Öffnung 90 des
Kanals 89 ist bei einem Ventilsitz 91 ausgebildet.
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Das Kegelventil bzw. Nadelventil 84 hat
eine konische Spitze, die sich nach unten in Richtung der Spitze
verjüngt,
wobei ein Ventilmechanismus 100 ausgebildet wird, in welchen
der Kraftstoffvolumenstrom bzw. Kraftstoffdurchsatz, der in die
Einlassöffnung 82 und
aus der Auslassöffnung 83 strömt, gemäß dem Grad
geregelt werden kann, mit welchem die Spitze des Kegelventils bzw.
Nadelventils 84 in die Öffnung 90 eingesetzt
wird.
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Das Kegelventil 84 wird
von dem Ventilsitz 91 durch eine zusammengedrückte Spiralfeder 93 weggedrängt, die
in einer Federkammer 92 angeordnet ist, die hinter dem
Führungsloch 87 vorgesehen ist.
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Das Gehäuse 81 hat eine Druckeinführungsöffnung 94 in
Verbindung mit der Federkammer 92. Der Systemdruck der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung wirkt auf die Druckeinführungsöffnung 94 über ein Rohr 95.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Druck, der in der Rückleitung
zu dem Behälter
erzeugt wird, an der stromabwärtigen
Seite des Druckregelventils 21 der Common-Rail-Einrichtung,
als der Systemdruck verwendet (siehe 1).
Auf diese Weise wird der Systemdruck der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in
die Druckeinführungsöffnung 94 eingeführt und
als Gegendruck zu dem Kegelventil bzw. Nadelventil 84 angewendet,
so dass das Kegelventil bzw. Nadelventil 84 an einem Punkt
positioniert wird, an welchem die Kräfte des Systemdrucks und der
zusammengedrückten
Spiralfeder 93 im Gleichgewicht sind. Als ein Ergebnis
wird der Grad der Öffnung
des Ventilmechanismus 100 gemäß dem Abgabedruck bzw. Lieferdruck
des Kraftstoffs eingestellt.
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Mit dem ausgestaltetem Volumenstromregulierungsventil
bzw. Durchsatzregulierungsventil 80 vergrößert sich,
wenn eine große
Menge Kraftstoff durch das Volumenstromsteuerventil bzw. Durchsatzsteuerventil 9 zu
dem System fließt,
weil nicht genug Kraftstoff von dem Pumpenkörper 70 ausgeflossen
ist, die Öffnung
des Ventilmechanismus 100, wobei sich die Menge des Kraftstoffes
erhöht,
der zu dem Pumpenkörper 70 geliefert
wird. Andererseits verringert sich, wenn eine kleine Menge Kraftstoff durch
das Volumenstromsteuerventil bzw. Durchsatzsteuerventil 9 fliest,
weil da ein Überfluss
von Kraftstoff von dem Pumpenkörper 70 ist,
die Öffnung des
Ventilmechanismus 100, wobei sich die Kraftstoffmenge verringert,
die zu dem Pumpenkörper 70 geliefert
wird.
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Als ein Ergebnis wird in Antwort
auf den Systemdruck gerade die erforderliche Menge von Kraftstoff
zu der Förderpumpe 7 zugeführt, wobei
in wirksamer Weise der unwirtschaftliche Umlauf von Kraftstoff zwischen
der Förderpumpe 7 und
dem Behälter 4 verhindert
wird.
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Das Volumenstromregelventil 80 hat
einen Regulierungsmechanismus 110, der konzentrisch mit dem
Ventilmechanismus 100 angeordnet ist. Der Regulierungsmechanismus 110 enthält die Federkammer 92,
die zusammengedrückte
Spiralfeder 93 und den Druckeinführungsport 94, und
besteht zum Regulieren des Gegendrucks, um die Position des Kegelventils
bzw. Nadelventils 84 des Ventilmechanismus 100 in Übereinstimmung
mit dem Systemdruck zu justieren. Weil die Löcher alle konzentrisch angeordnet
sind, ist die Bearbeitung einfach, und sowohl Bearbeitung als auch
Baugruppe können
mit niedrigen Kosten ausgeführt
werden.
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Weil ebenfalls das Kegelventil bzw.
Nadelventil 84 verwendet wird, um den Kraftstoffvolumenstrom
bzw. Kraftstoffdurchsatz zu regulieren, wird der Zustand der Sperrung
zwischen dem Kegelventil bzw. Nadelventil 84 und dem Ventilsitz 91 konstant geändert, was
es Schmutz und anderen derartigen Fremdkörpern schwierig macht, sich
anzulagern. Es besteht deshalb beinahe kein Risiko für die Volumenstromsteuerung
bzw. Durchsatzsteuerung, durch Fremdkörper oder dergleichen behindert
zu werden, sodass der Volumenstrom bzw. Durchsatz mit sehr hoher
Zuverlässigkeit
gesteuert werden kann.
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Außerdem wird in Übereinstimmung
mit dem Ventilmechanismus 100, der in 2 gezeigt ist, irgendein Kraftstoff,
der auslaufen könnte,
nachdem sich das Kegelventil bzw. Nadelventil 84 auf den
Kegelsitz 91 gesetzt hat, immer in Richtung des Kraftstoffeinlasses
auslaufen.
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Folglich ist das Volumenstromregulierungsventil
bzw. Durchsatzregulierungsventil 80 so angeordnet, dass
der Kraftstoffflussbereich durch Bewegen des sich verjüngenden
Spitzenabschnittes des Kegelventils bzw. Nadelventils 84 kontinuierlich
geändert
werden kann. Weil es kein Gleiten zwischen dem Kegelventil bzw.
Nadelventil 84 und dem Ventilsitz 91 gibt, so
wie in dem Fall eines Steuerschiebers, wird der Verschmutzungswiderstand
verbessert. Als ein Ergebnis wird es bei Hochdruckpumpen möglich, die
für Anwendungen
des Common-Rail-Systems
mit verstärktem
Kolben bei hohem Volumenstrom (Amplified Piston Common Rail System – APCRS)
verwendet werden, die Förderpumpe 7 mit
einer variablen Drosselfunktion zu verwenden, ohne dass Ansammeln
von Fremdkörpern
befürchtet
werden muss.
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Außerdem können ideale Öffnungseigenschaften
ohne weiteres durch Ändern
der Form der verjüngt
zulaufenden Spitze des Kegelventils bzw. Nadelventils 84 eingestellt
werden, was die Erfindung gegenüber
dem Stand der Technik im Hinblick auf Funktion und Bearbeitung überlegen
macht.
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Die vorstehende Erläuterung
der Erfindung ist in Bezug auf ihre Anwendung auf die Kraftstoffförderpumpe
einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemacht worden. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann
auf ähnliche
Weise auf Kraftstoffförderpumpen für andere
Zwecke mit derselben Wirkung angewendet werden.
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In Übereinstimmung mit dieser Erfindung wird
eine Kraftstoffförderpumpe
für Verbrennungsmotoren
vorgesehen, die hohe Zuverlässigkeit
bei hervorragendem Verschmutzungswiderstand aufweist.
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Eine Kraftstoffförderpumpe wird vorgesehen, die
ein Kraftstoffvolumenstromregulierungsventil bzw. Kraftstoffdurchsatzregulierungsventil
an der Einlassseite hat. Das Kraftstoffvolumenstromregulierungsventil
bzw. Kraftstoffdurchsatzregulierungsventil enthält ein Gehäuse mit einer Kraftstoffeinlassöffnung und
einer Kraftstoffauslassöffnung,
einen Ventilmechanismus zum Steuern des Kraftstoffvolumenstroms
bzw. des Kraftstoffdurchsatzes von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung,
und einen Regulierungsmechanismus zum Regulieren eines Gegendrucks,
um die Position eines Kegelventils bzw. Nadelventils des Ventilmechanismus
in Reaktion auf einen Systemdruck zu steuern, um dadurch den Volumenstrom
bzw. Durchsatz durch Steuern des Kraftstoffdurchflusses durch eine Öffnung zu
steuern, die in einer Ventilkammer vorgesehen ist. Diese Anordnung
macht es für
Verunreinigungen schwierig, sich anzusammeln, und ermöglicht ebenfalls
eine Anwendung bei geringen Kosten.