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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, die ein Strömungsmittel bzw. Fluid ansaugt und fördert.
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Eine Einspritzvorrichtung, die Brennstoff bzw. Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung einspritzt, besitzt eine Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck setzt und den unter Druck stehenden Kraftstoff einer gemeinsamen Kraftstoffleitung zuführt. Die Förderpumpe besitzt einen hohlzylindrischen Kompressionsraum (nachfolgend als Pumpenkammer bezeichnet), der von einer inneren Umfangsfläche eines Zylinders und der Stirnfläche (oberer Abschnitt) eines Kolbens gebildet wird. Wenn der Kolben im Zylinder hin- und hergeht, um Kraftstoff in die Pumpenkammer zu drücken, wird unter Hochdruck stehender Kraftstoff durch einen Auslasskanal in Richtung auf die gemeinsame Kraftstoffleitung abgegeben (beispielsweise
JP-A-S64-73166 ). Beispielsweise besitzt der Auslasskanal eine Öffnung, die an einer inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet ist, die die Pumpenkammer umschließt.
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Bei einer üblichen Kraftstoffpumpe verursacht die Druckausübung auf den Kraftstoff in der Pumpenkammer unvorteilhafterweise das Entstehen einer örtlichen Spannungskonzentration, die um eine Öffnung entsteht, die in der inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet ist.
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Die Erzeugung der Spannungskonzentration an der an der inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildeten Öffnung wird unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschrieben. Die 7A ist ein Querschnitt durch einen Teil eines Zylinders einer konventionellen Kraftstoffpumpe und 7B ist eine teilweise Abwicklung zur Abwicklung der Umgebung der Öffnung der inneren Umfangsfläche des Zylinders in Umfangsrichtung längs der inneren Umfangsfläche des Zylinders der konventionellen Kraftstoffpumpe. Es sollte beachtet werden, dass zahlreiche Pfeile in 7B die Richtung von Spannungen anzeigen, die erzeugt werden, wenn der Kraftstoff in der Pumpenkammer unter Druck gesetzt wird.
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Die konventionelle Kraftstoffpumpe, wie sie in 7B gezeigt ist, besitzt eine Öffnung 130b. Beispielsweise besitzt die Öffnung 130b eine ovale Form und wird an der inneren Umfangsfläche 130a eines Zylinders 130 ausgebildet, wobei diese Umfangsfläche eine Pumpenkammer 150 umschließt. Die innere Umfangsfläche 130a des Zylinders durchquert eine oder steht in Verbindung mit einer inneren Umfangsfläche eines Auslasskanals 130c bei der Öffnung 130b, wie in 7A gezeigt. Wenn Kraftstoff in einer Pumpenkammer 150 unter Druck gesetzt wird, erweitert der Kraftstoffdruck die die Pumpenkammer umgebende innere Umfangsfläche des Zylinders 130a in einer in Bezug auf den Zylinder 130 radial nach außen verlaufenden Richtung. Des weiteren wird auch der Auslasskanal 130c in einer in Bezug auf diesen Auslasskanal 130c radial nach außen verlaufenden Richtung erweitert. Demzufolge wird eine Umgrenzung der an der inneren Umfangsfläche 130a des Zylinders ausgebildeten Öffnung 130b von einer ovalen Form (durchgehende Linie in 7B) in eine mehr kreisrunde Form (Linie aus langen und kurzen Strichen in 7B) verformt.
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Beim Vorstehenden wirkt eine Zugspannung auf die innere Umfangsfläche 130b des Zylinders 130 in dessen Umfangsrichtung längs dieser Umfangsfläche 130a ein. Es wirkt auch auf die Umgebung der eine ovale Form aufweisenden und in der inneren Umfangsfläche 130a des Zylinders ausgebildeten Öffnung 130b eine Zugspannung in Umfangsrichtung des Auslasskanals 130c längs der Öffnung 130b ein.
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Beim Obigen ist die auf die Umgebung der Öffnung 130b einwirkende Spannung in der (durch eine unterbrochene Linie angezeigten) Position X groß und in der (durch eine unterbrochene Linie angezeigten) Position Y klein, und deshalb sind die in der Umgebung der Öffnung 130b einwirkenden Spannungen ungleichförmig. Es ist deshalb wahrscheinlicher, dass eine örtliche Spannungskonzentration im Bereich der Öffnung 130b in der inneren Umfangsfläche 130b des Zylinders auftritt. Somit kann die Wiederholung von Ansaugen und Fördern von Kraftstoff während des Betriebs der Pumpe Spannungsschwankungen in der Umgebung der Öffnung 130b verursachen, und dadurch können in unvorteilhafter Weise Ermüdungsschäden auftreten. Dem folgend kann der Zylinder beschädigt werden.
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Die vorliegende Erfindung entstand angesichts dieser Nachteile. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpe zur Verfügung zu stellen, bei der die Spannungskonzentration reduziert wird, die in der Umgebung einer Öffnung auftritt, die in einer die Pumpenkammer umschließenden, inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine einen Zylinder und einen Kolben umfassende Pumpe vorgesehen. Der Zylinder besitzt eine innere Umfangsfläche, innerhalb welcher der Zylinder einen der Auslasskanal definiert. Der Kolben wird hin und her beweglich vom Zylinder aufgenommen. Der Kolben besitzt eine Stirnfläche. Die innere Umfangsfläche des Zylinders und die Stirnfläche des Kolbens definieren eine Pumpenkammer. Der Auslasskanal des Zylinders steht mit der Pumpenkammer in Verbindung. Wenn sich der Kolben innerhalb der Pumpenkammer hin und her bewegt, wird innerhalb der Pumpenkammer befindliches Fluid derart unter Druck gesetzt, dass das Fluid durch den Auslasskanal nach außerhalb der Pumpe abgegeben wird. Die innere Umfangsfläche des Zylinders schließt einen sphärischen Oberflächenteil ein, der die Pumpenkammer umschließt. Der sphärische Oberflächenteil wird durch eine gekrümmte Oberfläche definiert, die eine vorgegebene Krümmung derart aufweist, dass die Pumpenkammer ein sphärischer Raum bzw. Kugelraum ist. Der sphärische Oberflächenteil ist mit einer Öffnung des Auslasskanals versehen. Die Öffnung des Auslasskanals besitzt vom Zentrum der Pumpenkammer aus gesehen eine Kreisform.
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DE 21 09 678 A offenbart einen einfach wirkenden Kolbenverdichter mit geradlinig hin- und hergehendem Kolben mit Antrieb durch Kurbelwelle, wobei a) der Kolben kugelähnlich geformt und mit der Pleuelstange starr verbunden ist, b) der Zylinderdeckel halbkugelähnlich geformt ist und das Auslassventil enthält, c) der Kolben das Einlassventil enthält und aus einem kugelschicht-förmigen kurbelseitigen unteren Teil, der mit der Pleuelstange starr verbunden und mit Durchgangskanälen für das anzusaugende Gas versehen ist, und einem kugelkappen-förmigen oberen Teil besteht, der durch eine Feder auf die obere Stirnfläche des unteren Kolbenteils gedrückt wird und das Einlassventil-Verschlussstück bildet, d) der Durchmesser der konvexen Umfangsfläche des Kolbenunterteils so groß ist dass der Kolben dichtend an der Wand des Zylinderraumes anliegt.
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EP 0 882 873 A1 offenbart eine Erfindung, die eine Kolbenpumpe mit mindestens einem von einem Zylinder umgebenen Arbeitsraum betrifft, der durch einen in dem Zylinder angeordneten Kolben veränderbar ist, mit mindestens einem Einlassventil und mindestens einem Auslassventil, wobei die Ventile Hubventile sind und mit einer Steuer- und Antriebsvorrichtung steuerbar und antreibbar sind. Um eine Kolbenpumpe zu schaffen, die sich einfacher reinigen lässt und die möglichst wenig Todräume aufweist, wird gemäß der ersten Lehre der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das Einlassventil in seiner geschlossenen Stellung näher zum Arbeitsraum liegt, als in seiner geöffneten Stellung. Alternativ wir das zugrundeliegende technische Problem gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die dem Arbeitsraum ungewandte Ventilfläche des Ein- und/oder Auslassventils in der geschlossenen Stellung des oder jedes Ventiles ohne Absatz in die Innenfläche des Arbeitsraumes übergeht.
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Die Erfindung wird zusammen mit ihr zugeordneten zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten verstanden durch die nachfolgende Beschreibung, die angefügten Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen. Von diesen zeigt
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1 einen Querschnitt, der die Konstruktion einer Pumpe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 einen Querschnitt, der einen Teil eines Zylinders der Pumpe der 1 darstellt;
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3 ein erläuterndes Schaubild zur Erläuterung der Zugspannung, die auf eine Öffnung einwirkt, die in einer inneren Umfangsfläche des Zylinders ausgebildet ist;
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4 einen Querschnitt, der einen Teil des Zylinders einer Pumpe gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt,
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5 einen Querschnitt, der einen Teil des Zylinders einer Pumpe gemäß der dritten Ausführungsform darstellt,
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6 einen Querschnitt, der einen Teil des Zylinders und einen Kolben einer Pumpe gemäß der vierten Ausführungsform darstellt,
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7A ein erläuterndes Schaubild zur Erläuterung eines Zylinders einer konventionellen Kraftstoffpumpe und
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7B ein weiteres erläuterndes Schaubild zur Erläuterung eines Zylinders einer konventionellen Kraftstoffpumpe.
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(Erste Ausführungsform)
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Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Eine Pumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient als eine Kraftstoffpumpe in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung einspritzt, und die Pumpe fördert unter Hochdruck stehenden Kraftstoff in eine gemeinsame Kraftstoffleitung, in der sich der Kraftstoff ansammelt.
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Die 1 zeigt eine Gestaltung der Pumpe der vorliegenden Ausführungsform, und ein Pumpengehäuse 10 besitzt eine Nockenkammer 10a, eine Bohrung 10b zur Aufnahme eines Schiebekörpers und eine den Zylinder aufnehmende Bohrung 10c. Die Nockenkammer 10a ist auf der Seite des unteren Endes des Pumpengehäuses 10 angeordnet und die Bohrung 10b zur Aufnahme eines Schiebekörpers besitzt eine zylindrische Form, die sich von der Nockenkammer 10a nach oben in Längsrichtung des Pumpengehäuses 10 erstreckt. Die den Zylinder aufnehmende Bohrung 10c besitzt eine zylindrische Form, die sich von der Bohrung 10b zur Aufnahme eines Schiebekörpers bis zur oberen Endfläche des Pumpengehäuses 10 erstreckt.
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Die Nockenkammer 10a ist mit einer Nockenwelle 11 versehen, die durch einen nicht gezeigten Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung (nachfolgend als der Verbrennungsmotor bezeichnet) angetrieben wird. Die Nockenwelle 11 ist drehbar im Pumpengehäuse 10 gelagert. Auch trägt die Nockenwelle 11 einen Nocken 12.
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In die den Zylinder aufnehmende Bohrung 10c ist ein Zylinder 13 derart eingesetzt, dass der Zylinder 13 die den Zylinder aufnehmende Bohrung 10c verschließt. Der Zylinder 13 schließt einen zylindrischen, einen Kolben aufnehmenden Öffnungs- bzw. Bohrungsteil 13a ein, der hin und her beweglich einen zylindrischen Kolben 14 aufnimmt. Eine obere Stirnfläche 14a des Kolbens 14 und eine innere Umfangsfläche des Zylinders 13 definieren eine Pumpenkammer 15. Die Einzelheiten der Pumpenkammer 15 werden später beschrieben.
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Mit dem unteren Ende des Kolbens 14 ist ein Sitz 14b verbunden, der durch eine Feder 18 gegen einen Schiebekörper 17 gedrückt wird. Der Schiebekörper 17 hat eine hohlzylindrische Gestalt und wird hin und her beweglich von der Bohrung 10b zur Aufnahme des Schiebekörpers aufgenommen. Auch ist am Schiebekörper 17 eine drehbare Nockenrolle 18 angebracht, die mit dem Nocken 12 in Kontakt steht. Wenn der Nocken 12 entsprechend der Drehung der Nockenwelle 11 rotiert, wird der Kolben 14 zusammen mit dem Sitz 14b, dem Schiebekörper 17 und der Nockenrolle 18 hin und her gehend betätigt.
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Der Zylinder 13 und das Pumpengehäuse 10 definieren zwischen sich eine Kraftstoffkammer 19. Die Kraftstoffkammer 19 wird durch eine (nicht gezeigte) Kraftstoffpumpe über eine (nicht gezeigte) Niederdruck-Kraftstoffleitung mit unter niedrigem Druck stehendem Kraftstoff versorgt.
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Die Kraftstoffkammer 19 steht auch mit der Pumpenkammer 15 über einen Einlasskanal 31b, einen Einlasskanal 31a und einen der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c in Verbindung. Der Einlasskanal 31b ist im Zylinder 13 vorgesehen und der Einlasskanal 31a innerhalb eines Magnetventils 30. Der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c besitzt eine Öffnung 13d an der inneren Umfangsfläche des Zylinders 13, die die Pumpenkammer 15 derart umgibt, dass der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c mit der Pumpenkammer 15 in Verbindung steht. Es sollte beachtet werden, dass der der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c im Zylinder 13 ausgebildet ist und in einer zur Strömungsrichtung des Kraftstoffs rechtwinkligen Ebene einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Beispielsweise entspricht die Strömungsrichtung des Kraftstoffs einer axialen Richtung des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c.
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Die die Pumpenkammer 15 umschließende innere Umfangsfläche des Zylinders 13 ist mit einer Öffnung 13f eines der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e versehen, der immer mit der Pumpenkammer 15 verbunden ist. Es sollte beachtet werden, dass der der Auslassseite zugeordneter Kanal 13e im Zylinder 13 ausgebildet ist und in einer zur Strömungsrichtung des Kraftstoffs rechtwinkligen Ebene einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Beispielsweise entspricht die Strömungsrichtung des Kraftstoffs einer axialen Richtung des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e. Die Pumpenkammer 15 ist über den der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e, ein Auslassventil 20 und eine (nicht gezeigte) Hochdruck-Kraftstoffleitung mit einer (nicht gezeigten) gemeinsamen Kraftstoffleitung verbunden.
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Das Auslassventil 20 ist am Zylinder 13 in einer Position stromab von dem der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e angeordnet. Das Auslassventil 20 schließt einen Ventilkörper 20a und eine Feder 20b ein. Der Ventilkörper 20a öffnet und schließt den der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e und die Feder 20b drückt den Ventilkörper 20a in eine den der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e schließende Richtung. In der Pumpenkammer unter Druck gesetzter Kraftstoff verlagert den Ventilkörper 20a entgegen der Rückstellkraft in einer Richtung zum Öffnen des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e derart, dass Kraftstoff in die gemeinsame Kraftstoffleitung gepumpt wird.
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Das Magnetventil 30 ist durch Einschrauben im Zylinder 13 in einer Position befestigt, die der oberen Stirnfläche 14a des Kolbens 14 gegenüberliegt, derart, dass das Magnetventil 30 die Pumpenkammer 15 schließt. Ein Körper 31 des Magnetventils 30 definiert darin den Einlasskanal 31a und einen (nicht gezeigten) Sitzabschnitt. Der Einlasskanal 31a steht mit einem Ende mit dem der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c und mit dem anderen Ende mit dem Einlasskanal 13b in Verbindung, und der Sitzabschnitt ist im Einlasskanal 31a ausgebildet.
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Das Magnetventil 30 schließt auch einen Elektromagneten 32, einen Anker 33, eine Feder 34, einen Ventilkörper 35 und einen Anschlag 36 ein. Das Magnetventil 32 erzeugt bei Erregung eine Zugkraft und zieht den Anker 33 an. Die Feder 34 drückt den Anker 33 in eine zur Anzugskraft des Elektromagneten 32 entgegengesetzte Richtung. Der Ventilkörper 35 öffnet und schließt den Einlasskanal 31a, wenn der Ventilkörper 35 zusammen mit dem Anker 33 bewegt wird, um vom Sitzabschnitt abgehoben zu werden. Der Anschlag 36 ist zwischen das Magnetventil 30 und den Zylinder 13 eingefügt und weist mehrere (nicht gezeigte) Verbindungslöcher auf, die eine Verbindung zwischen dem Einla0kanal 31a und der Pumpenkammer 15 herstellen.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 die Gestaltung eines Teils der Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 2 ist ein Querschnitt, der einen Teil des Zylinders der Pumpe in 1 darstellt.
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Wie in 2 gezeigt, schließt der die Pumpenkammer 15 umgebende, innere Umfang des Zylinders 13 einen sphärischen Oberflächenteil 13g ein. Beispielsweise ist der sphärische Oberflächenteil 13g durch eine gekrümmte Oberfläche mit vorgegebener Krümmung derart definiert, dass die Pumpenkammer 15 einen Kugelraum darstellt. Mit anderen Worten, der sphärische Oberflächenteil 13g ist an dem die Pumpenkammer umgebenden inneren Umfang des Zylinders 13 derart ausgebildet, dass ein in jeder Richtung zwischen (a) dem sphärischen Oberflächenteil 13g und (b) einem zentralen Teil (oder sphärischen Zentrum bzw. Kugelzentrum) eines Raums innerhalb der Pumpenkammer gemessener Abstand konstant ist.
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Der sphärische Oberflächenteil 13g ist auf einer Seite des einen Kolben aufnehmenden Öffnungs- bzw. Bohrungsteil 13a des Zylinders 13 dem Magnetventil 30 benachbart ausgebildet und in Fortsetzung des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a und mit diesem eine Einheit bildend. Mit anderen Worten, der sphärische Oberflächenteil 13g ist ein integraler Teil des Zylinders 13 derart, dass der sphärische Oberflächenteil 13g und der den Kolben aufnehmende Bohrungsteil 13a nicht an der zwischen ihnen verlaufenden Grenze teilbar sind. Außerdem besitzt der sphärische Teil 13g einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a, und ein durch die Pumpenkammer 15 definierter Innenraum hat eine sphärische Form bzw. Kugelform, die gleich einer oder größer als eine halb-sphärische Form bzw. Halbkugelform ist.
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Der sphärische Oberflächenteil 13g ist mit der Öffnung 13d und mit der Öffnung 13f des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c versehen und jede der Öffnungen 13d und 13f besitzt einen kreisförmigen Umriss gesehen vom sphärischen Zentrum bzw. Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 aus.
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Der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c ist derart vorgesehen, dass das Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 auf einer Verlängerung der Mittellinie J1 (axiale Mittellinie) des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c positioniert ist. Mit anderen Worten, der der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c ist so ausgebildet, dass seine Mittellinie J1 einer Normallinie entspricht, die rechtwinklig zu einer Ebene der Öffnung 13d des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c verläuft, die im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildet ist.
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Gleichermaßen ist der der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e derart vorgesehen, dass das Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 auf einer Verlängerung der Mittellinie J2 (axiale Mittellinie) des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e positioniert ist. Mit anderen Worten, der der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e ist so ausgebildet, dass seine Mittellinie J2 einer Normallinie entspricht, die rechtwinklig zu einer Ebene der Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e verläuft, die im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildet ist.
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Als Ergebnis verläuft eine innere Umfangsfläche des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c rechtwinklig zu der im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildeten Öffnung 13d und eine innere Umfangsfläche des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e verläuft rechtwinklig zu der im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildeten Öffnung 13f.
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Der der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass seine Mittellinie J1 auf einer geraden Linie positioniert ist, die identisch mit einer Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ist. Auch ist der der Auslassseite zugeordneter Kanal 13e derart ausgebildet, dass ein unterer (inferior) Winkel, der zwischen (a) der Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e und (b) der Verlängerung der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a (oder der Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c) ein spitzer Winkel ist. Es sollte beachtet werden, dass die Mittellinie J1, J2 eines jeden der Kanäle 13c, 13e parallel zur Strömungsrichtung des Fluids in einem jeden der Kanäle 13c bzw. 13e verläuft und eine gerade Linie ist, die sich durch die Mitte eines Querschnitts eines jeden der Kanäle 13c, 13e in einer Ebene rechtwinklig zur Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich die Mittellinie J1, J2 eines jeden der Kanäle 13c, 13e durch eine radiale Mitte eines jeden der Kanäle 13c, 13e.
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Als nächstes wird die Wirkungsweise der obigen Pumpe beschrieben. Zunächst ist, wenn der Elektromagnet 32 des Magnetventils 30 nicht erregt ist, der Ventilkörper 35 durch die Vorspannung der Feder 34 in einer Öffnungsposition positioniert. Mit anderen Worten, der Ventilkörper 35 hält einen derartigen Abstand vom Sitzabschnitt des Körpers 31 ein, dass der Einlasskanal 31 geöffnet ist.
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Wenn der Kolben 14 sich abwärts oder weg von der Pumpenkammer 15 bewegt, während der Einlasskanal 31a geöffnet ist, wird von der Kraftstoffpumpe abgegebener Niederdruck-Kraftstoff der Pumpenkammer 15 über die Kraftstoffkammer 19, den Einlasskanal 13b, den Einlasskanal 31a und den der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c zugeführt.
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Dann wird, wenn der Kolben 14 beginnt, sich aufwärts oder in Richtung auf die Pumpenkammer 15 zu bewegen, der Kolben 14 in einer solchen Richtung verlagert, dass er den Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 unter Druck setzt. In der frühen Phase der Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 wurde das Magnetventil 30 noch nicht erregt und deshalb wurde der Einlasskanal 31a geöffnet. Demzufolge strömt der Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 durch den der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c, den Einlasskanal 31a und den Einlasskanal 13b zur Kraftstoffkammer 19 und wird deshalb nicht unter Druck gesetzt.
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Wenn das Magnetventil 30 erregt wird, während der Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 in die Kraftstoffkammer 19 überströmt, werden der Anker 33 und der Ventilkörper 35 durch den Elektromagneten 32 gegen die Feder 34 angezogen. Deshalb gelangt der Ventilkörper 35 zur Anlage am Sitzabschnitt des Körpers 31, um den Einlasskanal 31a zu schließen. Somit wird das Überströmen des Kraftstoffs in Richtung auf die Kraftstoffkammer 19 gestoppt und dadurch beginnt die Druckausübung auf den Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 durch den Kolben 14. Dann öffnet der Druck in der Pumpenkammer 15 das Auslassventil 20 derart, dass über den der Auslassseite zugeordneten Kanal 13e der Kraftstoff in die gemeinsame Kraftstoffleitung gepumpt wird.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 3 die Zugspannung beschrieben, die auf die innere Umfangsfläche des Zylinders 13 ausgeübt wird, während der Kolben 14 den Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 unter Druck setzt. Die 3 ist ein erläuterndes Schaubild zur Erläuterung der Zugspannung, die auf eine Öffnung einwirkt, die in einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 13 ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass, weil die obige Zugspannung in ähnlicher Weise auf die Umgebung der Öffnung 13d, 13f eines jeden der Kanäle 13c, 13e einwirkt, bei der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich die auf die Umgebung der Öffnung 13f des Auslasskanals 13e ausgeübte Zugspannung beschrieben wird. Es wird deshalb auf die Beschreibung der Zugspannung verzichtet, die auf die Umgebung der Öffnung 13d des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c ausgeübt wird.
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Die 3 zeigt die Verteilung der Zugspannung, wenn die Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e vom Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 aus gesehen wird. Jeder Pfeil in 3 zeigt eine Richtung an, in der eine Zugspannung auf die Umgebung der Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e ausgeübt wird.
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In der Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 unter Druck gesetzt wird, der Kraftstoffdruck gleichförmig auf den sphärischen Oberflächenteil 13g des Zylinders 13 verteilt, der die Pumpenkammer 15 umgibt. Deshalb wird der die Pumpenkammer 15 umgebende sphärischen Oberflächenteil 13g in einer in Bezug auf den sphärischen Oberflächenteil 13g radial auswärts verlaufenden Richtung gedehnt. Mit anderen Worten, der sphärischen Oberflächenteil 13g wird in einer Normalrichtung rechtwinklig zur Oberfläche des sphärischen Oberflächenteils 13g gedehnt.
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Dann wird, wie in 3 gezeigt, die im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildete Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e in einer in Bezug auf die Öffnung 13f radial nach außen verlaufenden Richtung gedehnt, während die Form der Öffnung 13f kreisförmig bleibt. Eine innere sphärische Oberfläche des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e wird auch in radialer Richtung des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e gedehnt. Es sollte beachtet werden, dass eine durchgehende Linie in 3 den Umriss der Öffnung 13f vor deren Ausdehnung (oder bevor der Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 unter Druck gesetzt wird) darstellt. Eine gepunktete Linie in 3 zeigt den Umriss der Öffnung 13f, die ausgedehnt wurde (oder während der Kraftstoff in der Pumpenkammer 15 unter Druck gesetzt wird).
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Mit der Zunahme der Ausdehnung der Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e wird auf die Öffnung 13f des sphärischen Oberflächenteils 13, in Umfangsrichtung der Öffnung 13f längs des Umrisses der Öffnung 13f mehr Zugspannung ausgeübt, wie in 3 gezeigt. Weil sich die Öffnung 13f der vorliegenden Ausführungsform ausdehnt, während, wie oben beschrieben, die Kreisform erhalten bleibt, ist in Umfangsrichtung längs der Öffnung 13f die auf den sphärischen Oberflächenteil 13g in der Umgebung der Öffnung 13f ausgeübte Zugspannung gleichförmig.
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Deshalb wird, weil die Verteilung der in der Umgebung der Öffnung 13f auf den sphärischen Oberflächenteil 13g ausgeübten Zugspannung vereinheitlicht wird, die Erzeugung einer Spannungskonzentration beim sphärischen Oberflächenteil 13g in der Umgebung der Öffnung 13f wirkungsvoll reduziert. Dadurch wird die Beschädigungsgefahr beim Zylinder 13 effektiv begrenzt. Es sollte beachtet werden, dass bei der vorliegenden Ausführungsform die Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e und die Öffnung 13d des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c eine ähnliche Gestaltung aufweisen. Somit werden bei der Öffnung 13d des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c ähnliche Vorteile erreicht.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform kann auch die Druckfestigkeit im Verbindungsbereich zwischen dem sphärischen Oberflächenteil 13g und dem den Kolben aufnehmenden Bohrungsteil 13a zuverlässig erreicht werden, weil der sphärischen Oberflächenteil 13g eine Fortsetzung des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a und einstückig mit diesem ausgebildet ist.
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Des weiteren ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen beachtlich großen Bereich des sphärischen Oberflächenteils 13g vorzusehen, in dem die Öffnungen 13d, 13f des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildet sind, weil der sphärische Oberflächenteil 13g derart ausgebildet ist, dass der Raum der Pumpenkammer 15 eine Kugelform aufweist, die mehr ist als die Halbkugelform. Dadurch wird die Flexibilität hinsichtlich der Positionen, in welchen die Öffnungen 13d, 13f im sphärischen Oberflächenteil 13g ausgebildet werden,, effektiv verbessert. Beispielsweise ist es möglich, die Öffnungen 13d, 13f in Positionen unter Berücksichtigung des Druckabfalls des Kraftstoffs in der Pumpenkammer 15 auszubilden.
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Bei einem als Beispiel gewählten Fall, bei welchem das Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 nicht auf der Verlängerung einer jeden der Mittellinien J1, J2 der Kanäle 13c, 13e positioniert ist, ist der zwischen (a) der inneren Umfangsfläche eines jeden der Kanäle 13c, 13e und (b) der Ebene einer jeden der Öffnungen 13d, 13f auf dem sphärischen Oberflächenteil 13g gebildete Winkel ein spitzer Winkel auf einer Seite der Öffnungen 13d, 13f, und ein stumpfer Winkel auf der anderen Seite der Öffnungen 13d, 13f. Deshalb wird die Wandstärke des Zylinders 13 auf der einen Seite der Öffnungen 13d, 13f dünner als auf der anderen Seite der Öffnungen 13d, 13f und deshalb besteht die Neigung, dass auf der einen Seite der Öffnungen 13d, 13f eine höhere Beanspruchung entsteht als auf der dünneren Seite.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c und der der Auslassseite zugeordnete Kanal 13e derart ausgebildet, dass das Kugelzentrum O der Pumpenkammer 15 auf den Verlängerungen der Mittellinien J1, J2 eines jeden der Kanäle 13c, 13e positioniert ist, und derart, dass die innere Umfangsfläche eines jeden der Kanäle 13c, 13e rechtwinklig zum sphärischen Oberflächenteil 13g verläuft. Deshalb wird die Erzeugung einer Spannungskonzentration in der Umgebung einer jeden der Öffnungen 13d, 13f wirkungsvoll unterdrück, weil es möglich ist, die Wandstärke in der Umgebung der Öffnungen 13d, 13f des sphärischen Oberflächenteils 13g einheitlich zu gestalten, wobei die Wandstärke rechtwinklig zur Wandoberfläche gemessen wird.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 4 ist ein Querschnitt, der einen Teil des Zylinders einer Pumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt Es sollte beachtet werden, dass ähnliche Komponenten der gegenwärtigen Ausführungsform, die jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet werden und ihre Erläuterung entfällt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Gestaltungen des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e von jenen der ersten Ausführungsform.
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Wie in 4 gezeigt, ist der der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c der vorliegenden Ausführungsform derart ausgebildet, dass ein zwischen (a) der Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und (b) der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildeter unterer (inferior) Winkel α um die 30 Grad beträgt. Auch ist der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c so ausgebildet, dass seine Mittellinie J1 die Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a schneidet. Auch ist der der Auslassseite zugeordnete Kanal 13e so ausgebildet, dass ein zwischen (a) der Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e und (b) der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildeter unterer (inferior) Winkel β um die 60 Grad beträgt.
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Der der Einlassseite zugeordnete Kanal 13c und der der Auslassseite zugeordnete Kanal 13e sind derart ausgebildet, dass ein zwischen der Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildete untere (inferior) Winkel (α + β) um die 90 Grad beträgt. Mit anderen Worten, der der Einlassseite zugeordneten Kanal 13c und der der Auslassseite zugeordneter Kanal 13e sind derart ausgebildet, dass Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c rechtwinklig zur Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e verläuft.
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Bei der ersten Ausführungsform ist der untere (inferior), zwischen der Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildete Winkel ein spitzer Winkel. Jedoch sind bei der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der obigen Gestaltung die Öffnung 13d des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und die Öffnung 13f des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e im sphärischen Oberflächenteil 13g an Positionen angeordnet, die im Vergleich mit dem Falle der ersten Ausführungsform weiter von einander getrennt sind.
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Dadurch wird es möglich, den Einfluß der auf die eine der Öffnungen ausgeübten Zugspannung auf die auf die andere der Öffnungen ausgeübte andere Zugspannung zu begrenzen. Deshalb ist die Verteilung der auf die Umgebung jeder der Öffnungen 13d, 13f ausgeübten Zugspannung in geeigneterer Weise gleichförmig.
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[Dritte Ausführungsform]
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Nachfolgend wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben. Die 5 ist ein Querschnitt, der einen Teil des Zylinders der Pumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Es sollte beachtet werden, daß ähnliche Komponenten der gegenwärtigen Ausführungsform, die jenen der ersten oder zweiten Ausführungsform ähnlich sind, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet werden und ihre Erläuterung entfällt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich der im Zylinder 13 ausgebildete Winkel zwischen (a) der Mittellinie J1, J2 des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c und des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e und (b) dem den Kolben aufnehmenden Bohrungsteil 13a vom Winkel bei der weiten Ausführungsform.
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Wie in 5 gezeigt, ist der der Einlaßseite zugeordnete Kanal 13c der vorliegenden Ausführungsform derart gestaltet, daß ein zwischen der Mittellinie J1 des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildeter unterer (inferior) Winkel α bei 45 Grad liegt. Auch ist der der Auslaßseite zugeordnete Kanal 13e derart ausgebildet, daß ein zwischen der Mittellinie J2 des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e und der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildete untere (inferior) Winkel β bei 45 Grad liegt.
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Mit anderen Worten, es ist bei der vorliegenden Ausführungsform der zwischen der Mittellinie J1 des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildete untere (inferior) Winkel α gleich dem unteren (inferior) Winkel β, der zwischen der Mittellinie J2 des der Auslassseite zugeordneten Kanals 13e und der Mittellinie J3 des den Kolben aufnehmenden Bohrungsteils 13a ausgebildet ist.
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Der der Einlaßseite zugeordnete Kanal 13c und der der Auslaßseite zugeordnete Kanal 13e sind derart ausgebildet, daß ein zwischen der Mittellinie J1 des der Einlassseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J2 des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildeter unterer (inferior) Winkel (α + β) bei 90 Grad liegt.
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Aufgrund des Vorstehenden ist es möglich, die Öffnung 13d des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c in einer Position auf dem sphärischen Oberflächenteil 13g auszubilden, die von der Position der Öffnung 13f des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e getrennt ist. Deshalb sind bei der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile erreichbar wie bei der zweiten Ausführungsform.
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(Vierte Ausführungsform)
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 6 die die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 6 ist ein Querschnitt, der einen Teil des Zylinders und einen Kolben einer Pumpe gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Es sollte beachtet werden, daß ähnliche Komponenten der gegenwärtigen Ausführungsform, die jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet werden und ihre Erläuterung entfällt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich die Gestalt der oberen Endfläche 14a des Kolbens 14 von der Gestalt bei der ersten Ausführungsform. Bei der ersten Ausführungsform ist die obere Endfläche des Kolbens 14 eine flache Fläche (siehe 1). Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt die obere Endfläche 14a eine gekrümmte Form.
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Wie in 6 gezeigt, besitzt die obere Endfläche 14a des Kolbens 14 der vorliegenden Ausführungsform eine Form, die der Form des sphärischen Oberflächenteils 13g des Zylinders 13 entspricht, welcher Teil 13g der oberen Endfläche 14a gegenüberliegt. Mit anderen Worten, die obere Endfläche 14a des Kolbens 14 ist als gekrümmte Fläche ausgebildet, die eine derartige Krümmung aufweist, daß die obere Endfläche 14a der gegenüberliegenden gekrümmten Fläche des sphärischen Oberflächenteils 13g angepasst ist.
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Aufgrund des oben Beschriebenen ist es möglich, einen bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens 14 im Zylinder 13 erzeugten Totraum innerhalb der Pumpenkammer 15 zu reduzieren. Der Totraum innerhalb der Pumpenkammer 15 bezeichnet ein Volumen, das dadurch berechnet wird, daß (a) ein vom Kolben 14 in der Pumpenkammer 15 bei im oberen Totpunkt befindlichen Kolben 14 eingenommenes Volumen vom (b) Gesamtvolumen der Pumpenkammer 15 subtrahiert wird.
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(Andere Ausführungsform)
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen der wie oben beschriebenen, vorliegenden Erfindung beschränkt. Vorausgesetzt, daß die Erfindung nicht aus dem durch die Ansprüche definierten Bereich abweicht, ist die Erfindung nicht auf die Beschreibung in den Ansprüchen beschränkt. Dem Fachmann fallen auch leicht zusätzliche Vorteile und Abwandlungen ein. Die Erfindung im weiteren Sinne ist deshalb nicht auf die gezeigten und beschriebenen speziellen Einzelheiten, charakteristischen Vorrichtungen und erläuternden Beispiele beschränkt. Beispielsweise werden nachfolgend die anwendbaren Abwandlungen beschrieben.
- (1) Bei jeder der obigen Ausführungsformen sind der der Einlaßseite zugeordnete Kanal 13c und der der Auslaßseite zugeordnete Kanal 13e am Zylinder 13 vorgesehen. Jedoch ist die Gestaltung nicht auf Obiges beschränkt. Beispielsweise kann der der Einlaßseite zugeordnete Kanal 13c alternativ im Körper 31 des Magnetventils 30 ausgebildet sein.
- (2) Bei der zweiten und der dritten Ausführungsform beträgt der zwischen der Mittellinie J1 des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J2 des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildete untere (inferior) Winkel etwa 90 Grad. Jedoch ist die Gestaltung nicht auf Obiges beschränkt. Beispielsweise kann der zwischen der Mittellinie J1 des der Einlaßseite zugeordneten Kanals 13c und der Mittellinie J2 des der Auslaßseite zugeordneten Kanals 13e ausgebildete untere (inferior) Winkel alternativ größer als 90 Grad sein.
- (3) Bei jeder der obigen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffpumpe einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor angewandt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf Obiges beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung ganz allgemein bei einer Pumpe angewandt werden, die ein Fluid ansaugt und fördert.
