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"Kraftstoff-Einspritzsystem" Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches
Niederdruck-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen.
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Beispiele solcher Einspritzs,ysteme sind in der Zeitschrift "Automobile
Engineer", Juli 1964, und auch in den britischen Patentschriften Nr. 1 098 823 und
1 140 901 beschrieben worden.
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Bei der Art von Kraftstoffeinspritzsystemen, mit denen sich die Erfindung
befaßt, wird der Kraftstoff zu den Einspritzeinrichtungen - die sogenannte Luftanzapfdüsen
oder mit Druckluft gespeiste Düsen sein können - von einer Versorgungsleitung
zugeführt.
Der Kraftstoff wird von einer Einrichtung unter Druck gesetzt, deren Auslaßdruck
mit zunehmender Motorgeschwindigkeit ansteigt. Eine Schwierigkeit bei einem solchen
System beruht auf der Kraftstoffverdampfung in dem Leitungssystem, was besonders
hervortritt bei geringer Motordr#z-ahl, wenn der Kraftdruck verhältnismäßig
niedrig ist. Dieses Problem ist bereits früher erkannt worden, doch Versuche su
seiner Lösung sind aus verschiedenen Gründen nicht völlig zufriedenstellend gewesen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, die durch die Kraftstoffverdampfung
bei den bekannten Niederdruck-Kraftstoffeinspritzsys temen auftretenden Schwierigkeiten
in einfacher und zweckmäßiger Weise zu vermeiden.
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Ein kontinuierlicnes Niederdruck-Krafts toffeinspritzsystem für Brenn]zraftmaschinen
mit einer Kraftstoffzufuhrleitung, an die Kraftstoff-Druckerzeugungseinrichtungen
angeschlossen und derart antreibbar sind, daß der Kraftstoff zu einer Vielzahl von
Einspritzeinrichtungen mit einem mit der Motordrehzahl ansteigenden Kraftstoffdruck
zugeführt wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet7 daß es eine einzige
Verteilerkammer aufweist mit einem Verteilerventil, das Kraftstoff von der Kammer
zu den Einspritzeinrichtungen nur hindurchtreten läßt, wenn der Kraftstoffdruck
in der Kammer einen bestimmten Wert übersteigt, und das sicherstellt, daß beim Betrieb
des Systems der Kraftstoffdruck in der Kammer den vörbestimmten Wert erreicht oder
übersteigt, der ausreichend hoch ist, um eine Kraftstoffverdampfung zu verhindern.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß die Verteilerkammer während des
Betriebes des Systemes stets vollständig mit Kraftstoff bei einem Druck gefüllt
ist, der gleich oder größer als ein
vorbestimmter Druck ist, so
daß eine Verdampfung nicht eintreten kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Kraftstoff-Druckerzeugungseinrichtung
so, daß der Kraftstoff unter einen Druck gesetzt wird, der mindestens dem genannten
vorbestimmten Wert gleich ist. Die Kraftstoff-Druckerzeugungseinrichtung kann eine
erste Einrichtung einschließen, die den Kraftstoff unter einen Druck setzt, der
mindestens dem vorbestimmten Wert gleich ist, und ferner eine motorgetriebene Einrichtung,
die den Kraftstoffdruck mit zunehmender Motordrehzahl erhöht, und der Auslaß der
ersten Einrichtung kann dann an ein Drucküberwachungsventil angeschlossen sein,
das eine Kraftstoff-Bypaß-Leitung für überschüssigen Kraftstoff von der Kraftstoffzufuhrleitung
zu dem Kraftstoffbehälter freigibt.
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Das Verteilerventil kann eine Verengung oder Drosselstelle für den
Kraftstofffluß von der Verteilerkammer bilden, wobei die Verengung oder Drosselstelle
in Abhängigkeit von dem Kraftstoffdruck in der Verteilerkammer veränderbar ist.
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J4de Einspritzeinrichtung kann durch eine entsprechende Kraftstoffzufuhrleitung
an die Verteilerkammer angeschlossen sein, wobei jeder durch eine Kraftstoffzufuhrleitung
und eine Einspritzeinrichtung gebildete Kraftstoffdurchflußweg eine entsprechende
festgelegte Durchfluß-Ausgleichsverengung enthält. Bei der weiter unten beschriebenen
Ausführungsform der Erfindung naben die Kraftstoffzufuhrleitungen und die Kraftstoffdurchflußöffnungen
in den Einspritzeinrichtungen einen vernaltnismaßig geringer Durcnmesser im Vergleich
mit der Kraftstoffzufuhrleitung.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung
eines Kraftstoff-Einspritzsystems nach der Erfindung, Fig. 2 einen schematischen
Teilschnitt gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1, Fig. 3a und 3b geeignete Ausführungsformen
von Einspritzeinrichtungen für das in Fig. 1 gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem,
Fig. 4 eine Fig. 2 ähnliche Darstellung, jedoch mehr ins einzelne gehend, und Fig.
5 eine mehr ins einzelne gehende Schnittansicht eines Bestandteiles des in Fig.
Igezeigten Kraftstoff-Einspritzsystems.
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In Fig. 1 ist ein kontinuierliches Niederdruck-Kraftstoff-Einspritzsystem
gezeigt, bei dem Kraftstoff von Einspritzdüsen 1 in nicht gezeigte Zweigleitungen
eingespritzt wird, die von dem Lufteinlaß-Sammelrohr des Motors zu den einzelnen
Motorzylindern führen, so daß beim Betrieb des Systems kontinuierliche Kraftstoff-Sprühnebel
in die Zweigleitungen eingespritzt und den entsprechenden Zylindern zugeführt werden,
wenn die Einlaßventile öffnen. Die Einspritzdüse 1 kann von der Bauart mit offener
Auslaßmündung sein, wie z.B. in den britischen Patentschriften Nr. 1 098 824 und
1 140 901 offenbart. Die Düsen können zur Atmosphäre hin entlüftet
oder
mit verdichteter Zerstäuberluft versorgt sein.
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Von einem Kraftstoffvorratsbehälter 2 wird Kraftstoff durch eine
elektrische Pumpe 3 unter einem durch ein Rückschlagventil 5 bestimmten Druck zu
einer motorgetriebenen Druckpumpe 4 gefördert. Durch das Rückschlagventil 5 umgeleiteter
Kraftstoff wird zu dem Vorratsbehälter 2 zurückgeführt. Die Pumpe 4 setzt den Kraftstoff
im quadratischen Verhältnis zu der Motordrehzahl unter Druck und fördert den unter
Druck gesetzten Kraftstoff über eine Kraftstoffzufuhrleitung 31, dle ein Durchflußsteuerventil
6 und einen Durchf ußbegrenzer oder eine Durchflußdrossel 7 enthält, zu einer einzelnen
Kraftstoffverteilerkammer 8, von der Kraftstoffzufuhrleitungen 9 zu den entsprechenden
Düsen 1 führen. Die Kraftstoffzufuhrleitungen und die Kraftstoffdurchflußöffnungen
in den Einspritzdüsen haben einen verhältnismäßig geringen Innendurchmesser, z.B.
etwa 1 mm, im Vergleich mit dem Innendurchmesser der KraftstoffzuBuhrleitung 31,
der etwa 5 mm betragen kann. Jeder durch eine Zufuhrleitung und eine Einspritzdüse
gebildete Strömungs- oder Durchflußweg enthält eine in Fig. 1 nicht gezeigte feststehende
Strömungsausgleichs-Drosseleinrichtung.
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Der Kraftstoff-Einlaß 30 zu der Verteilerkammer 8 führt zu einem
abgeteilten Raum 10, der eine elastische Membran 11 enthält, die durch eine Feder
12 gegen ein zu den Zufuhrleitungen 9 führendes Auslaßrohr 13,14 gedruckt wird.
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Die Membran 11 kann durch den Druck in dem Raum 10 von ihrem Sitz
abgehoben werden, und die Bauteile des Systems sind so ausgewählt, daß der Auslaßdruck
der elektrischen Pumpe 3, der durch das Rüclcschlagventil 5 bestimmt wird, gleich
oder etwas größer als der Abhebedruck der Membran 11 ist.
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-Beim Betrieb des Systems hebt der durch die motorgetriebene Pumpe
4 in den Raum 10 zugeführte Kraftstoff die Membran 11 ab, wenn der Kraftstoffdruck'
in dem abgeteilten Raum 10 ausreichend hoch ist, um die Federkraft der Feder 12
zu überwinden, woraufhin dann der Kraftstoff über die Zufuhrleitungen 9 zu den Einspritzdüsen
1 strömt. Die Membran 11 stellt sicher, daß der abgeteilte Raum 10 in der Verteilerkammer
8, von dem aus die Düsen 1 mit Kraftstoff versorgt werden, mit Kraftstoff unter
einem Druck gefüllt gehalten wird, der anfangs durch das Rückschlagventil 5 und
die motorgetriebene Pumpe 4 erzeugt wird und der mindestens gleich dem Abhebedruck
der Membran 11 ist. Somit wird das gesamte kraftstoffzufuhrsystem bis zu dem abgeteilten
Raum 10 und einschließlich dieses Raumes unter Druck gehalten. Durch geeignete Auswahl
dieses Abhebedruckes kann die Kraftstoff verdampfung während des Betriebes des Systemes
sogar bei verhältnismäßig niedrigen Motordrehzahlen, wenn der durch die Pumpe 4
erzeugte Druckanstieg verhältnismäßig gering ist, vermieden werden.
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Eine besondere Ausführungsform der Einspritzeinrichtungen 1 ist mehr
im einzelnen in Fig. -3a und 3b gezeigt. Jede Einspritzeinrichtung 1 hat einen Grundkörper
51, von dem ein äußeres Rohr 52 hervorsteht, an dessen entfernt liegendem Ende eine
Krafts-tQffauslaßöffnung' 53mijt einem Bohrungsdurchmesser von z.B. 0,9 mm angebracht
ist.
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Das Innere Rohr 52 ist durch eine Durchlaßöffnung 54 in dem Grundkörper
51 mit der Atmosphäre verbunden. Der Grundkörper 51 hat auch eine Kraftstoffeinlaßöffnung
55, die über eine Durchlaßöffnung 56 mit einem Kraftstoffrchr 57 in Verbindung steht,
das sich in dem äußeren Rohr 52 erstreckt und gerade kurz oberhalb der Auslaßöffnung
ETJ endet. Das Kraftstoffrohr 57 ist in dem äußeren Rohr 52
durch
einen Distanzhalter 58 zentriert und hat an seinem Auspaß ende einen Abschnitt 59
mit einer Bohrung verringerten Durchmessers, z.B. etwa 0,3 mm, der Szw. die als
die oben erwähnte Strömungs-Ausgleichs-Drosseleinrichtung wirkt.
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Zu der Einlaßöffnung 55 zugeführter Kraftstoff strömt durch das Kraftstoffrohr
57 und wird von dem Auslaßabschnitt 59 in Form eines durch die Auslaßöffnung 53
hindurchgehenden feinen Strahles ausgestoßen. Der Durchmesser der Auslaßöffnung
-im Verhältnis auf die Anordnung und den Bohrungsdurchmesser des Auslaßabschnittes
59 des Kraftstoffrohres ist derart, daß der aus dem Auslaßabschnitt 59 austretende
Kraftstoffstrahl durch die Auslaßöffnung 53 hindurchtritt, ohne deren Bohrungswandungen
zu berühren. Nach dem Austritt aus der Öffnung 53 bricht der Kraftstoffstrahl in
Tröpfchen auf, wobei diese Zerstäubung des Kraftstofstrahles ohne die Verwendung
von Zerstäuberluft erreicht wird Die Belüftungsöffnung 54 stellt sicher, daß das
Innere des äußeren Rohres 52 stets unter atmosphärischem Druck steht, so daß der
Unterdruck in dem Lufteinlaß-Sammelrohr, dem das Innere des Rohres 52 über die Auslaßöffnung
.53 ausgesetzt ist,-nicht die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzeinrichtungen beeinflußt.
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Die durch den-Ab-;chnitt 59 nt verringertem Durchmesser gebildete
Strömungs-Ausgleichs-Drosseleinrichtung könnte statt. in der Zufuhrleitung 9 zu
der Elnspritzeinrichtung (Fig. 1) auch in der Einspritzeinrichtung selbst angeordnet
sein.
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Die in Fig. 2 schematisch und in Fig. 4 in größeren Einzelheiten
gezeigte motorgetriebene Pumpe 4 ist eine
dynamische Vortex- bzw.
Kreiselpumpe und hat einen Rotor in Form einer kreisförmigen Platte 15 mit am Umfang
verteilten, radiaI hervorspringenden- Zähnen 16 (Fig. 2). Die Rotorplatte 15 ist'
auf eine Welle 15A aufgekeilt und ist zwischen zwei Endflächen in dem Pumpengehäuse
drehbar eingelagert, wobei die Zähne 16 sich in Deckung befinden mit einer Nut -17,
die sich in einer der Endflächen über einen Bogen von etwa 305° erstreckt. Die Welle
15A trägt ein Antriebsrad 23 (Fig. 1) für die Verbindung mit dem Motor. In den Pumpeneinlaß
eintretender Kraftstoff wird über eine Durchlaßöffnung 18 zu einem Ende der Nut
17- zugeführt' und durch die Zähne 16 entlang der Nut umgelenkt und plötzlich am
anderen Ende der Nut abgestoppt, wo die kinetische Energie des Kraftstoffes in Druckenergie
umgewandelt- wird und der- Kraftstoff durch den Pumpenauslaß 22 hindurchgedrückt
wird. Der Auslaßdruck der Pumpe 4 steigt im quadratischen Verhältnis zu der Motordrehzahl
an, und das Rückschlagventil 5 in Verbindung mit der Förderpumpe 3 dient dazu sicherzustellen,
daß der Kraftstoffdruck über im wesentlichen den ganzen Arbeitsdrehzahlbereich des
Motors oder der Maschine der gesetzmäßigen quadratischen Charakteristik folgt.
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Die in Fig. 1 gezeigte Motorgetriebene Pumpe 4- und die -Förderpumpe
3könnten durch- eine motorgetriebene kombinierte Benzin- und Druckpumpe von solcher
Bauart ersetzt werden, wie sie in der britischen Patentschrift 1 140 903 beschrieben
ist.
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Das in Fig. 1-schemátisch-dargestellte Durchflußsteuerventil 6 hat
ein Steuerteil 19, das in Abhängigkeit von-der Schwenkbewegung eines Nockens -20
gedreht werden kann zwecks Änderung des Querschnittes einer Durchflußsteueröffnung
in der Kraftstoffzufuhrleitung zwischen der
Pumpe 4 und der -Verteilerkammer
8. Der Nocken 20 kann in Abahängigkeit von der Bewegung der Motor-Drosselklappensteuerung
geschwenkt werden, z.B. durch ein an die Drosselklappensteue rung angelenktes Bauteil
21. In anderer Ausführungsform kann der Nocken geschwenkt werden in Abhängigkeit
von der Bewegung eines Kolbens in einer Kammer, die den Unterdruckänderungen in
dem Lufteinlaß-Sammelrohr des Motors ausgesetzt ist, in welchem Falle das Durchflußsteuerventil
so ausgebildet sein könnte, wie in der britischen Patentschrift Nr.
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1 098 823 oder in der britischen Patentschrift 1 140 901 beschrieben.
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Eine besondere Bauart eines Durchflußsteuerventils 6 ist in Fig.
5 gezeigt. Das Ventil 6 hat ein Gehäuse, in dem Kammern 61 und 62 ausgebildet sind.
Die Kammer 62 hat einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt und ist an einer
Seite durch eine Abdeckplatte 64 verschlossen. In einem-verdickten Abschnitt der
gegenüberliegenden Wand befindet sich eine zylindrische Öffnung 65j die ein Zumeßventil
66 aufnimmt. Das Zumeßventil 66 umfaßt ein Rohrteil 67 (entsprechend dem Steuerteil
19 in Fig. 1), das zwischen seinen Enden einen langgestreckten, querverlaufenden
Schlitz 68 hat, der sich annähernd diametral über das Teil 67 erstreckt.
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Die Randflächen des Schlitzes 68 konvergieren zu dem Inneren des Rohrteiles
67 und bilden, projiziert, einen V-Querschnitt.
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Der Einfachheit halber sei der Schlitz 68 im folgenden als ein V-Schlitz
bezeichnet. Das Rohrteil 67 ist in einer Hülse 69 angeordnet und durch einen Federbund
70, der an dem Umfang des Rohrteiles 67 und an einem Ende der Hülse 69 anliegt,
so in seiner Lage gesichert, daß der V-Schlitz 68 axial ausgerichtet ist mit einer
rechteckigen Öffnung 71 in der Wandung der Hülse 69. Das Ventil teil 67 paßt eng
in die Hülse 69, kann jedoch in dieser gedreht werden, um den
V-Schlitz
68 und die Öffnung 71 in Deckung zu bringen zur Bildung einer Zumeßöffnung und auch
zum Andern der Überdeckung und somit des Querschnittes der Zumeßöffnung. Die Breite
der Öffnung 71 stimmt überein mit der größten Breite des V-Schlitzes 68, und die
Umfangslänge der Öffnung entspricht etwa der halben Umfangslänge des V-Schlitzes.
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Das Rohrteil 67 hat ein geschlossenes Ende 72, und die Hülse 69 ist
in der Öffnung 65 so angeordnet, daß das geschlossene Ende 72 des Rohrteiles 67
über die Hü-lse hinaus in die Kammer 62 vorsteht. Rings um den Umfang der Hülse
69 erstreckt sich, in Verbindung mit der Blendenöffnung 71, eine Vertiefung 73,
die mit einem Durchlaß 74 in dem verdickten Wandungsteil der Kammer 62 in Deckung
ist, der zu einer Einlaßöffnung 75 führt, die ihrerseits angeschlossen ist für die
Aufnahme von Kraftstoff von der Pumpe 4, Fig. 1. O-Ring-Dichtungen 76 beiderseits
der Vertiefung 73 verhindern ein Lecken zwischen der Hülse 69 und der Bohrung der
Öffnung 65.
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Das offene Ende des Rohrteiles 67 führt zu einer-Auslaßöffnung 77,
die an die Kraftstoffverteilerkammer 8 (Fig. 1) angeschlossen ist. Somit steuert
der durch den V-Schlitz 68 und die Blendenöffnung 71 gebildete Querschnitt der Zumeßöffnung
die zu den Einspritzeinrichtungen 1 zugeführte Kraftstoffmenge, und durch eine solche
Anordnung, daß der Querschnitt der Zumeßöffnung mit der Zunahme des Vakuums in dem
-Lufteinlaß-Sammelrohr der Maschine oder des Motors in einer gewünschten Weise zunimmt,
kann die Kraftstoffzufuhr zu den Einspritzeinrichtungen 1 in Abhängigkeit von dem
Unterdruck in dem Lufteinlaß- Sammelrohr des Motors gesteuert werden. Eine derartige
Steuerung des Zumeßventils 66 wird bewirkt-durch einen Nocken 78 (entsprechend
dem
in Fig. 1 gezeigten Nocken 20), der an einem Stift 79 gelagert ist, der seinerseits
von der Wandung der Kammer 62 gehalten wird, an der auch die Öffnung 65 ausgebildet
ist. Die Nocken- oder Kurvenfläche des Nockens 78 wirkt mit einer Nockenablaufrolle
80 zusammen, die von einem Arm 81 getragen wird, der an das Ende 72 des Zumeßventilteiles
67 angeklemmt ist, das in die Kammer 62 hervorsteht. Die Hülse 69 ist an-dem neben
dem offenen Ende des Ventilteiles 67 liegenden-Ende als ein Zahnrad 82 ausgebildet,
das mit einer Schraube 83-in. Eingrif.f steht, die drehbar, jedoch axial unverschiebbar
in einem Deckel 84 angebracht ist, der die Aus.
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laßöffnung 77- entl-rält. Somit verursacht eine Schwenkbewegung des
Nockens 78 um den Stift 79 eine Drehung des Ventilteiles 67 in der Hülse 69,- und
eine derartige Drehung verändert den Querschnitt der Blendenöffnung 71, der von
dem V-Schlitz 68 unbedeckt ist.
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Ein Stellglied 85 ist an dem einen Ende des Nockens 78 schwenkbar
angelenkt und erstreckt sich durch eine Öffnung 86 in der Wandung der Kammer 62.
Das Stellglied 85 ist an seinem anderen Ende mit einem Kolben gekoppelt, der dem
Unterdruc]c in dem Lufteinlaß-Sammelrohr des Motors ausgesetzt ist und der sich
in Abhängigkeit von Änderungen dieses Unterdruckes bewegt, um den Nocken 78 zu verschwenken
und dadurch den wirksamen Querschnitt der Zumeßöffnung 68-, -71 zu verändern. In
anderer Ausführungsform kann das Stellglied. 8.5 weggelassen werden und der Nocken
78 an dem Stift 79 drehfest angebracht sein, wobei der Stift mit dem Motors Drosselklappen-Betåtigungsgestänge
derart verbunden ist, daß der Nocken 78, wenn die Drosselklappe geöffnet ist, gedreht
wird zur Vergrößerung des Querschnittes der Zumeßöffnung 68,. 71, und um dadurch
den Kraftstoffluß zu der Verteilerkammer 8 (Fig. 1) zu erhöhen.
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Obgleich das in Fig. 1 gezeigte System lediglich eine Kraftstoffzufuhrleitung
31 hat, könnte es auch eine Kraftstoffrücklaufleitung aufweisen, die von dem abgeteilten
Raum 10 derVerteilerkammer 8 zurück zu dem Kraftstoffvorratsbehälter 2 führt.- Die
Kraftstoffrücklaufleitung kann z.B. eine veränderbare Durchfluß-Drosseleinrichtung
enthalten, um - die Weise zu bestimmen, in der in den Raum 10 eintretender Kraftstoff
zwischen den Einspritzeinrichtungen und der Rücklaufleitung aufgeteilt wird. Die
Rücklaufleitung kann auch ein Membranventil ähnlich dem (11,12) in der Verteilerkammer
8 enthalten, wobei der Zweck dieses Ventils ebenfalls ähnlich dem Zweck in der Verteilerkammer
ist, nämlich zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdruckes in der Rücklaufleitung -bei
einem gleichen oder einem größeren als dem vorbestimmten Druckwert, der ausreicht,
um die Kraftstoffverdampfung zu verhindern - Patentansprüche -