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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe,
die zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, insbesondere
in einem Dieselmotor, ausgebildet ist.
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Beschreibung der dazugehörigen Technik
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Ein
Kraftstoffeinspritzgerät
für einen
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, wie beispielsweise ein
Dieselmotor, injiziert und zerstäubt zum
richtigen Zeitpunkt eine angemessene, Menge an Kraftstoff unter
Hochdruck in die bzw. der Verbrennungskammer des Motors. Das Kraftstoffeinspritzgerät dieses
Typs verwendet im allgemeinen eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe,
die den Kraftstoff mittels Kolben druckbeaufschlagt zuführt. Neben
den anderen Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe ist eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
derart aufgebaut, daß der
Kraftstoff in die Zylinder verteilt wird, wenn die Kolben betätigt werden,
und aufgrund ihrer wenigen Komponenten, ihres leichten Gewichts
und ihres kleinen Ausmaßes
kann sie entsprechend für
einen kleinen Motor verwendet werden.
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Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpen
für Fahrzeuge
finden in einem breiten Betriebsbereich eines Motors Verwendung,
indem sie weite Bereiche für
die Motorlast und Drehzahl bereitstellen, und erfordern derartige
Einspritzkennlinien, daß im
gesamten Betriebsbereich die beste Motorleistung erbracht werden
kann. Durch die Erhöhung
des Drucks des entladenen Kraftstoffes (nachstehend auch als "Kraftstoffdruck" bezeichnet) der
Einspritzpumpe können
die Verbrennungskennlinien eines Dieselmotors verbessert werden,
um schädliche
Bestandteile (insbesondere Rauch) im Abgas zu verringern, so daß der Motor über eine
hohe Kraftstoffwirksamkeit verfügen kann.
Daher ist es wünschenswert,
daß ein
ausreichender Kraftstoffdruck selbst in einer Niederdrehzahlzone
des Motorbetriebs gewährleistet
wird.
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Eine
Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe des Radialkolben-Typs (Japanische
offengelegte Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 64-19165/
JP
64019165 A ) wird beispielhaft als Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Diese Einspritzpumpe ist derart aufgebaut,
daß sie
auf einen Mehrzylindermotor, wie beispielsweise einen 12-Zylindermotor,
anwendbar ist, indem die Anzahl der Entladekanäle ohne Veränderung des Außendurchmessers
der Verteilerkolben oder des Bohrungsdurchmessers der Verteilerzylinder
erhöht
wird.
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Der
Entladedruck (Kraftstoffdruck) einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
wird jedoch im Verhältnis
zur Betriebsgeschwindigkeit der Kolben geregelt. Da die Kolben mittels
des Motors angetrieben werden, steigt die Kolbengeschwindigkeit
proportional zur Motorgeschwindigkeit an. Daher befindet sich der
Kraftstoffdruck der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe für den Dieselmotor
im wesentlichen auf einem hohen Pegel, wenn der Motor bei einer
hohen Geschwindigkeit betrieben wird, und ist während des Motorbetriebs bei
niedriger Drehzahl niedrig. Da der höchste Kraftstoffdruck in Anbetracht
der Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzsystems begrenzt wird, kann
außerdem
ein ausreichender Kraftstoffdruck nicht gewährleistet werden, wenn der
Motor bei einer niedrigen Drehzahl, insbesondere in einem Hochlastbereich,
betrieben wird.
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Eine
Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe nach dem Oberbe griff des Anspruchs
1 ist aus der
DE 30 26
896 A1 bekannt.
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GB 2 086 491 A betrifft
eine Einspritzpumpe mit radial angeordneten Betätigungskolben und Hilfskolben,
bei der die Betätigung
der Kolben abhängig von
der erfaßten
Drehzahl eines Motors mit innerer Verbrennung erfolgt.
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AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe für einen Verbrennungsmotor mit
innerer Verbrennung, die in der Lage ist, den Kraftstoffdruck für den Niederdrehzahlbetrieb
des Motors zu steigern und den Kraftstoffdruck für den Hochdrehzahlbetrieb auf
einem zulässigen
Höchstwert
beizubehalten, wodurch ein hoher Kraftstoffdruck über einen
weiten Bereich von einer Niederdrehzahlzone bis zu einer Hochdrehzahlzone
gewährleistet
wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe für einen
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bereitgestellt, die folgendes
umfaßt:
ein
Gehäuse
mit einer drehbar gestützten
Hauptantriebswelle und einer davon angetriebenen Rotorwelle, die
mindestens einen Kraftstoff-Saugkanal und mindestens einen Kraftstoff-Druckkanal
und eine Kraftstoffkammer darin gebildet aufweist;
mindestens
einen Betätigungskolben,
der gleitend radial in einem ersten radial vergrößerten Teil der Rotorwelle
angebracht ist, und dazu ausgebildet ist, vom Verbrennungsmotor
durch einen den ersten im Durchmesser vergrößerten Teil der Rotorwelle
umgebenden Nockenring betätigt
zu werden, so dass die Aufnahmefähigkeit
der Kraftstoffkammer erhöht
oder verringert wird, und wobei der Kraftstoff durch den mindestens
einen Kraftstoff-Saugkanal in die Kraftstoffkammer gesaugt wird,
wenn die Aufnahmefähigkeit
der Kraftstoffkammer ansteigt, und durch den mindestens einen Kraftstoff-Druckkanal
entladen wird, wenn die Aufnahmefähigkeit der Kraftstoffkammer
abnimmt; und
mindestens einen Hilfskolben, der gleitend in
einem zweiten im Durchmesser vergrößerten Teil der Rotorwelle
angebracht ist, der axial vom ersten im Durchmesser vergrößerten Teil
beabstandet ist, und der ausgebildet ist, wie der Betätigungskolben betrieben zu
werden,
wobei die Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe weiterhin
folgendes umfasst:
eine elektronische Steuer- und Regeleinrichtung
zum Erfassen der Drehzahl des Verbrennungsmotors;
eine Betätigungseinrichtung
für die
Verstellung des Nockenrings des Betätigungskolbens bzw. des Hilfskolbens
in Abhängigkeit
von der erfassten Drehzahl;
eine Einrichtung zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer bestehend aus einem weiteren verstellbaren
Nockenring davon betätigten
Totvolumeneinstellkolben; und
ein Steuermittel zur Steuerung
der Einrichtung zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer in Abhängigkeit von der erfassten
Drehzahl.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Die
obenerwähnten
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die nachfolgende eingehende Beschreibung in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
für einen
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe entlang
der Linie II-II aus 1;
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3 ist
eine Schnittansicht einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe entlang
der Linie III-III aus 1;
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4 ist
eine schematische Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
zeigt, die nicht zum Gegenstand der beanspruchten Erfindung gehört;
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5 ist
eine schematische Ansicht, die eine dritte Ausführungsform einer Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
zeigt, die nicht zum Gegenstand der beanspruchten Erfindung gehört;
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6A zeigt
eine Kennlinie für
die Kraftstoffeinspritzpumpe aus 4, die das
Verhältnis
zwischen der Motorgeschwin digkeit und der Phasendifferenz zwischen
den Kolben des Zwangszuführungs-Mechanismus
darstellt;
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6B zeigt
Kennlinien für
die Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe aus 4, die das
Verhältnis
zwischen der Motordrehzahl und der Kraftstoffzufuhr darstellen;
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6C zeigt
Kennlinien für
die Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe aus 4, die das
Verhältnis
zwischen der Motordrehzahl und dem Pumpen-Entladedruck darstellen;
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7 zeigt
Kennlinien für
die Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe aus 5, die das
Verhältnis zwischen
der Motordrehzahl und dem Pumpenentladedruck darstellen; und
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8 zeigt
Kennlinien, die das Verhältnis zwischen
der Motordrehzahl und dem Pumpen-Entladedruck darstellen und die
ein weiteres Beispiel des Regelbetriebs für die Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
gemäß der Erfindung
veranschaulichen.
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EINGEHENDE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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[Erste Ausführungsform]
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die folgendes umfaßt: ein
Gehäuse 2; eine
Hauptantriebswelle 3, die im Gehäuse 2 drehbar gestützt wird;
eine Rotorwelle 5 als Antriebswelle, die ein nahes Ende
aufweist, das mit dem fernen Ende der Hauptantriebswelle 3 verbunden
ist, und ein fernes Ende, das von einem Lager 4, das am
Gehäuse 2 befestigt
ist, drehbar gestützt
wird; und eine Zufuhrpumpe 6, die sich zwischen der fernen
Endseite der Welle 3 und dem Gehäuse 2 befindet. Die
Pumpe 1 umfaßt
des weiteren Kraftstoff-Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und
eine Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a die nacheinander
reihenweise von der nahen Endseite der Rotorwelle 5 zur
fernen Endseite, zwischen der Welle 5 und dem Gehäuse 2,
angeordnet sind; ein elektronisches Überlaufventil 10,
das auf jenem Abschnitt des Gehäuses 2 bereitgestellt
ist, der über
dem fernen Ende der Welle 5 liegt; Abgabeventile 11,
die am vorderen Ende des Gehäuses 2 befestigt
sind; eine elektronische Steuereinheit (ECU = Electronic Control
Unit) 50, usw.
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Das
nahe Ende 3a der Hauptantriebswelle 3 ist mit
einer Antriebswelle des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung
(nicht gezeigt) verbunden und wird dadurch gedreht. Die Zufuhrpumpe 6 ist
beispielsweise eine Flügelpumpe,
die durch einen Kraftstoffkanal 2a im Gehäuse 2 Kraftstoff
aus einem Kraftstoffbehälter
(nicht gezeigt) saugt, und ihn in dem Kraftstoffkanal 2b im
Gehäuse 2 entlädt. Der
somit im Kraftstoffkanal 2b entladene Kraftstoff wird, wie
von den Pfeilen angezeigt, durch das elektronische Überlaufventil 10 und
einen Kraftstoffkanal 12a eines Einsatzes 12,
der auf dem fernen Ende der Welle 5 montiert ist, einem
Kraftstoffkanal (Saugkanal) 5b zugeführt, der in der Nähe des fernen
Endes der Rotorwelle 5 ausgebildet ist. Das Überlaufventil 10 dient
dazu, den Kraftstoffkanal 2b zu öffnen oder zu schließen, wodurch
die Kraftstoffzufuhr zum Kraftstoffkanal 5b der Rotorwelle 5 gestattet
oder unterbrochen wird, oder der zusätzlich eingespritzte Kraftstoff
wird verschüttet.
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Die
Abgabeventile 11, die zahlenmäßig der Anzahl der Zylinder
des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung entsprechen, sind
in gleichmäßigen Abständen in
der Umfangrichtung um das Lager 4 herum angeordnet. Während sich
die Rotorwelle 5 dreht, können die Abgabeventile 11 nacheinander
mit einem Kraftstoffkanal (Verteilerkanal oder Entladekanal) 5c in
der Welle 5 mittels des Kraftstoffkanals 2c im
Gehäuse 2 und
des Kraftstoffkanals 12b im Einsatz 12 in Verbindung
stehen. Jedes Abgabeventil 11 ist mittels des Kraftstoffkanals
mit einer Einspritzdüse (nicht
gezeigt) verbunden, die an ihrem entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors
mit innerer Verbrennung befestigt ist.
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Die
Rotorwelle (Antriebswelle) 5 ist mit einem Kraftstoffkanal 5a als
Kraftstoffkammer ausgebildet, der sich nahe seinem fernen Ende von
seinem nahen Endabschnitt axial erstreckt. Auf der fernen Endseite
der Welle 5 stehen die jeweiligen Enden der Kraftstoffkanäle 5b und 5c auf
einer Seite mit dem Kraftstoffkanal 5a in Verbindung, während sich
ihre jeweiligen anderen Enden zur äußeren peripheren Fläche der
Welle 5 hin öffnen.
In diesem Falle dient die Rotorwelle 5 als Kraftstoffgehäuse. Die
Welle 5 ist ebenfalls integral mit Großdurchmesser-Rotoren (Zylinderglieder) 5e und 5f gebildet,
die mit einem engen Raum dazwischen auf der nahen Endseite angeordnet
sind. Die Rotoren 5e und 5f haben den gleichen Durchmesser.
Wie in 2 gezeigt, werden Löcher 5g und Löcher 5h mit
einem größeren Durchmesser radial
in den Rotor 5e gebohrt, wobei jedes Loch 5g mit
seinem entsprechenden Loch 5h konzentrisch ist. Die Löcher 5g stehen
mit dem mittleren Kraftstoffkanal 5a in Verbindung, während sich
die Löcher 5h zur äußeren peripheren
Fläche
des Rotors 5e hin öffnen. Die
Löcher 5g dienen
als Zylinderbohrungen (nachstehend als "Zylinderbohrungen 5g" bezeichnet). Die Zylinderbohrungen 5g sind
in gleichmäßigen Abständen in
der Umfangsrichtung des Rotors 5e angeordnet, wobei ihre
Anzahl 4 beträgt;
analoges gilt für
die Löcher 5h.
Der Rotor 5f wird auf die gleiche Art und Weise wie der
Rotor 5e gebildet, mit Ausnahme der Form der fernen Enden
der Kolben 20, die nachstehend beschrieben wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 wird der
Zwangszuführungs-Mechanismus 7 gezeigt, der
den Rotor 5e umfaßt,
der integral mit der Rotorwelle 5 ausgebildet ist; Kolben 20,
die gleitend in ihren entsprechenden Zylinderbohrungen 5g des
Rotors 5e auf eine Flüssigkeits-abdichtende
Art und Weise angebracht sind; und Kolbenführungen 21 und Kolbenrollen 22,
die gleitend in ihren entsprechenden Löchern 5h angebracht
sind. Der Mechanismus 7 umfaßt weiterhin eine innere Nocke 23,
die koaxial außerhalb
des Rotors 5e angeordnet ist und drehbar im Gehäuse 2 angebracht
ist. Die nahe Endfläche
einer jeden Kolbenführung 21 grenzt
an jene ihres entsprechenden Kolbens 20 an, während jede
Kolbenrolle 22 drehbar in einer Vertiefung mit einem halbkreisförmigen Schnitt
in der fernen Endfläche
der Führung 21 gehalten
wird, und rollend in Berührung mit
einer Nockenoberfläche 23a der
inneren Nocke 23 angebracht ist. Die Rotorwelle 5 dreht
sich entgegen dem Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil AA in 2 gezeigt.
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Die
innere Nocke 23 wird zwischen einer Nockenscheibe 24 die
zwischen den Rotoren 5e und 5f angeordnet ist,
und einem Nockenring 25, der auf der zur Scheibe 24 entgegengesetzten
Seite des Rotors 5e angeordnet ist, gehalten. Alle diese
Glieder sind mittels durchgehenden Bolzen integral miteinander befestigt.
Der Nockenring 25 ist mit einem Gleitstift 26 für die Drehung
vorgesehen. Die innere Nocke 23 dreht sich in die Richtung
des Pfeils BB, so daß sich sein
Phasenwinkel α in
bezug auf den Rotor 5e ändert,
wenn sich der Ring 25 dreht.
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Das
ferne Ende des Gleitstifts 26 des Nockenrings 25 ist
mit einem Verstellmechanismus 30 verbunden, der am Gehäuse 2 befestigt
ist. Ein Verstellkolben 31 des Mechanismus 30 ist
in einem Zylinder 2d im Gehäuse 2 angebracht.
Eine Rückstellfeder 32 ist
zwischen der einen Endfläche
des Kolbens 31 und einer Endplatte 30a zusammengedrückt, und
eine Hydraulikkammer 33 wird zwischen der anderen Endfläche des
Kolbens 31 und einer Endplatte 30b gebildet. Das
ferne Ende des Gleitstifts 26 ist drehbar in einem Loch 31a angebracht, das
radial in den zentralen Abschnitt des Kolbens 31 eindringt.
Der Nockenring 25 dreht sich während sich der Verstellkolben 31 bewegt.
Die Hydraulikkammer 33 ist mit einer Hydraulikdruckquelle
mittels eines Kraftstoffkanals 2e im Gehäuse 2 verbunden.
Wenn ein Magnet-gesteuertes Ventil (nicht gezeigt) in der Mitte
des Kraftstoffkanals geöffnet
wird, wird der Entladedruck der Zufuhrpumpe 6 (oder ein
höherer
Hydraulikdruck) von der Hydraulikdruckquelle zugeführt. Das
Magnet-gesteuerte Ventil wird elektrisch mittels der ECU 50 (später erläutert) geregelt.
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Wenn
der Hydraulikkammer 33 kein Hydraulikdruck zugeführt wird,
bewegt sich der Verstellkolben 31 infolge der Treibkraft
der Rückstellfeder 32 zur
rechten Seite der 2, wodurch er in die Endplatte 30b eingreift.
Wenn der Kammer 33 ein Hydraulikdruck zugeführt wird,
bewegt sich der Kolben 31 nach links und widersteht der
Treibkraft der Feder 32. Solchermaßen wird der Verstellkolben 31 mittels der
Treibkraft der Rückstellfeder 32 positioniert
und der Hydraulikdruck wird der Hydraulikkammer 33 zugeführt.
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Im
Zwangszuführungs-Mechanismus 7 ziehen
sich die Kolben 20 in ihre jeweiligen Maximalstellungen
zurück
(oder bewegen sich radial nach außen), wodurch der Kraftstoff
durch den Kraftstoffkanal 5a in die Zylinderbohrungen 5g eingeführt wird, wenn
die Kolbenrollen 22 mit den unteren Abschnitten der inneren
Nocke 23 in Berührung
kommen. Wenn die Rollen 22 in die oberen Abschnitte der
Nocke 23 eingreifen, werden die Kolben 20 eingedrückt (oder
sie bewegen sich radial nach innen), wodurch der Kraftstoff von
den Zylinderbohrungen 5g im Kraftstoffkanal 5a (zwangszugeführt) entladen
wird.
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Wenn
sich der Verstellkolben 31 derart zur rechten Seite der 2 bewegt,
daß ein
Ende davon an die Endplatte 30b angrenzt, ist der Phasenwinkel α zwischen
der inneren Nocke 23 und der Rotorwelle 5 gleich
0. Während
sich der Kolben 31 nach links bewegt, dreht sich die Nocke 23 in
Richtung des Pfeils b, so daß sich der
Phasenwinkel α vergrößert. Wenn das
andere Ende des Verstellkolbens 31 an die Endfläche 30a angrenzt,
hat, wie in 2 gezeigt, der Phasenwinkel α seinen Maximalwert.
Die Kraftstoff-Einspritzverstellung findet am spätesten statt, wenn der Phasenwinkel α gleich 0
ist, und wird vorgezogen während
sich der Winkel α vergrößert. Die Kraftstoff-Einspritzverstellung
wird weiterhin durch die Änderung
des Phasenwinkels α mittels
des Verstellmechanismus 30 je nach Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors
mit innerer Verbrennung geregelt.
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Der
Zwangszuführungs-Mechanismus 8 ist auf
die gleiche Art und Weise wie der Zwangszuführungs-Mechanismus 7 aufgebaut.
Das ferne Ende eines jeden Kolbens 20 des Zwangszuführungs-Mechanismus 7 weist
die Form eines abgestumpften Kegels, wie in 2 gezeigt,
auf. Im Vergleich dazu ist jedoch das ferne Ende eines jeden Kolbens
des Zwangszuführungs-Mechanismus 8 im
wesentlichen flach, wie durch die unterbrochene Linie in 2 gezeigt.
Diese Anordnung erfolgt aus dem nachstehenden Grund. Der Mechanismus 8 ist
auf der stromabwärtigen
Seite (ferne Endseite der Rotorwelle 5) des Mechanismus 7 angeordnet.
Während
die Kolben nach außen
in Richtung des Kraftstoffkanals 5a gedrückt werden,
um den Kraftstoff zu entladen, sollte folglich das ferne Ende eines
jeden Kolbens des Mechanismus 8 nicht verhindern, daß der Kraftstoff
vom Zwangszuführungs-Mechanismus 7 in
den Kraftstoffkanal 5a entladen und druckbeaufschlagt zum
fernen Ende der Rotorwelle 5 zugeführt wird.
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Ein
Verstellmechanismus 35 wird zur Regelung eines Phasenwinkels β (nicht gezeigt)
für den Zwangszuführungs-Mechanismus 8 verwendet,
der dem Phasenwinkel α für den Zwangszuführungs-Mechanismus 7 entspricht.
Der Verstellmechanismus 35 ist auf die gleiche Art und
Weise wie der Verstellmechanismus 30 aufgebaut.
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Wie
in den 1 und 3 gezeigt umfaßt die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a folgendes: einen
Stator (festes Zylinderglied) 40, der koaxial außerhalb
der Rotorwelle 5 angeordnet ist, und in dem sich die Welle 5 gleitend
drehen kann, und Kolben 41, Kolbenführungen 42, und Kolbenrollen 43,
die im Stator 40 gehalten werden. Der Mechanismus 9 umfaßt weiterhin eine
drehbare innere Nocke 44, die koaxial außerhalb
des Stators 40 angeordnet ist, einen Sicherungsring 45,
einen Nockenring 46, und eine Ringscheibe 47,
usw.
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Kraftstoffkanäle 5i werden
radial in die Rotorwelle 5 gebohrt. Ein Ende eines jeden
Kanals 5i steht mit dem mittleren Kraftstoffkanal 5a in
Verbindung, während
sich das andere Ende zur äußeren peripheren
Oberfläche
der Welle 5 hin öffnet.
Die Anzahl der Kraftstoffkanäle 5i beträgt beispielsweise
4, die in gleichmäßigen Abständen in
der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die jeweiligen offenen Enden
der Kraftstoffkanäle 5i stehen
mittels einer ringförmigen Rille 5j miteinander
in Verbindung, die an der äußeren peripheren
Oberfläche
der Rotorwelle 5 in der Umfangsrichtung gebildet ist.
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Ein
axiales Loch 40a ist durch den Mittelpunkt des Stators 40 gebohrt.
Weiterhin werden kleine Löcher 40b,
Löcher 40c,
die größer als
die Löcher 40b sind,
und Löcher 40d,
die etwas größer als
die Löcher 40c sind,
ko-axial mit den Stufen im Stator 40 angeordnet. Die kleinen
Löcher 40b öffnen sich
zum axialen Loch 40a, und die Löcher 40d öffnen sich
zur äußeren peripheren
Oberfläche
des Stators 40 hin. Die Anzahl der Löcher 40b, 40c und 40d beträgt beispielsweise
4 für jeden
Satz, die in gleichmäßigen Abständen in
der Umfangsrichtung angeordnet sind. Die kleinen Löcher 40b dienen
als Tore für
den Kraftstoff, und die Löcher 40c dienen
als Totvolumen-Einstell-Zylinderbohrungen (nachstehend als "Zylinderbohrungen 40c" bezeichnet). Die
Rotorwelle 5 wird drehbar durch das axiale Loch 40a des
Stators 40 in gleitender Verbindung damit geführt. In
diesem Zustand liegt die Welle 5 derart, daß das offene
Ende eines jeden kleinen Lochs 40b des Stators 40 der
ringförmigen
Rille 5j der Welle 5 gegenüberliegt und mit dieser in
Verbindung steht.
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Jeder
Totvolumeneinstellkolben 41 ist gleitend, Flüssigkeits-abdichtend
in seiner entsprechenden Zylinderbohrung 40c des Stators 40 angebracht, während jede
Kolbenführung 42 gleitend
in ihrem entsprechenden Loch 40d angebracht ist. Die nahe Endfläche der
Kolbenführung 42 steht
mit jener des Kolbens 41 in Verbindung. Jede Kolbenrolle 43 wird drehbar
in einer Vertiefung mit einem halbkreisförmigen Abschnitt in der fernen
Endfläche
der Führung 42 gehalten
und kommt mit einer Nockenoberfläche 44a der
inneren Nocke 44 in Berührung.
Der Stator 40 dient als Kolbenstellungs-Einstellmittel,
das mittels Bolzen am Sicherungsring 45, wie in 1 gezeigt, befestigt
ist. Der Ring 45 ist mittels eines Bolzens 48 am
Gehäuse 2,
wie in 3 gezeigt, befestigt. Auf diese Art und Weise
ist der Stator 40 am Gehäuse 2 befestigt.
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Die
innere Nocke 44 ist mittels durchgehende Bolzen am Nockenring 46 und
an der Ringscheibe 47, die nacheinander auf der zum Sicherungsring 45 entgegengesetzten
Seite des Stators 40 angeordnet sind, befestigt. Der Nockenring 46 ist
mit einem Gleitstift 49 für die Drehung vorgesehen. Während sich der
Ring 46 dreht, dreht sich die innere Nocke 44 derart,
daß sich
ihr Phasenwinkel γ in
bezug auf den Stator 40 verändert. Das ferne Ende des Gleitstifts 49 des
Nockenrings 46 ist mit einem Verstellmechanismus 36 verbunden,
der am Gehäuse 2 befestigt
ist. Der Mechanismus 36 ist ebenfalls auf die gleiche Art und
Weise wie der Verstellmechanismus 30 aufgebaut.
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In
der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a ziehen sich
die Kolben 41 in ihre jeweiligen Maximalstellungen zurück (oder
bewegen sich radial nach außen),
wodurch die Aufnahmefähigkeit
der Zylinderbohrungen 40c maximiert wird, wenn die Kolbenrollen 43 mit
den unteren Abschnitten der inneren Nocke 44 in Berührung kommen.
Wenn die Rollen 43 in die oberen Abschnitte der Nocke 44 eingreifen,
werden die Kolben 41 maximal eingedrückt (oder bewegen sich radial nach
innen), wodurch die Aufnahmefähigkeit
der Zylinderbohrungen 40c minimiert wird. Die Zylinderbohrungen 40c stehen
derart mit dem Kraftstoffkanal 5a der Rotorwelle 5 in
Verbindung, daß durch
die Änderung
der Aufnahmefähigkeit
der Bohrungen 40c das Totvolumen des Kanals 5a verändert werden
kann. Durch Drehung der inneren Nocke 44 in die Richtung des
Pfeils CC in bezug auf den Stator 40 kann des weiteren
die Aufnahmefähigkeit
der Zylinderbohrungen 40c, d.h. das Totvolumen des Kraftstoffkanals 5a,
kontinuierlich verändert
werden.
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Wenn
sich ein Ende des Verstellkolbens 37 zur rechten Seite
der 3 unter den Druck der Treibkraft einer Rückstellfeder 38 bewegt,
so daß es an
eine Endplatte 36b angrenzt, ist der Phasenwinkel γ zwischen
der inneren Nocke 44 und dem Stator 40 gleich
0. Während
der Kolben 37 durch den einer Hydraulikkammer 39 zugeführten Hydraulikdruck
nach links bewegt wird, wobei er der Treibkraft der Feder 38 widersteht,
dreht sich die Nocke 44 in die Richtung des Pfeils c, so daß der Winkel γ zunimmt.
Wenn das andere Ende des Verstellkolbens 37 an eine Endfläche 36a,
wie in 3 gezeigt, angrenzt, weist der Phasenwinkel γ seinen Maximalwert
auf. Das Totvolumen wird minimiert, wenn der Phasenwinkel γ gleich 0
ist, und nimmt zu, wenn der Winkel γ größer wird. Das Totvolumen des
Kraftstoffkanals 5a wird durch die Änderung des Phasenwinkels γ mittels
des Verstellmechanismus 36 je nach Betriebsbedingung des
Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung verändert.
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Die
ECU 50 empfängt
Signale von einem Wassertemperatur-Sensor zur Erfassung der Kühlwassertemperatur
(WT) des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, von einem Last-Sensor
zur Erfassung der Last (Pe), und von einem Dreh-Sensor (Kurbenwellenwinkel-Sensor)
zur Erfassung der Drehfrequenz oder Drehzahl (ne)
und eines Drehzahl-Bezugssignals für die Rotorwelle 5 der
Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1. Je nach Betriebsbedingung
(insbesondere die Lastbedingungen) des Motors regelt die ECU 50 die
elektronischen Überlaufventile 10 und
die Verstellmechanis men 30, 35 und 36,
wodurch der Kraftstoffeinspritzanfang, die Einspritzmenge, und der
Einspritzdruck (Kraftstoffdruck) der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1 geregelt
werden.
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Nachstehend
folgt eine Beschreibung der Einspritzmengenregelung und der Einspritzverstellungsregelung
unter Verwendung des elektronischen Überlaufventils 10.
Das vorher erwähnte
Drehbezugssignal für
die Rotorwelle 5 wird durch Erfassungs-Impulszähler (nicht gezeigt) erhalten,
die in gleichmäßigen Abständen auf
der Rotorwelle 5 angeordnet sind, und zahlenmäßig der
Anzahl der Zylinder entsprechen, und zwar mittels eines Sensors (nicht
gezeigt) der an der inneren Nocke 23 angebracht ist. Die
ECU 50 wird mit verschiedenen Regel-Daten versorgt, die
den Betriebsbedingungen des Motors entsprechen, die die Last, die
Drehzahl, die Temperatur usw. umfassen, um eine Soll-Einspritzverstellung,
eine Soll-Einspritzmenge und einen Soll-Entladedruck – die den Betriebsbedingungen entsprechen – zu erhalten.
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Die
in der ECU 50 gespeicherten Regel-Daten umfassen zum Beispiel
Einschaltdauer-Daten für die
Soll-Einspritzverstellung, Schließungszeit-Daten für das elektronische Überlaufventil,
Einschaltdauer-Daten für
die Einstellung des ersten Soll-Entladedrucks,
und Einschaltdauer-Daten für
die Einstellung des zweiten Soll-Entladedrucks.
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Die
Soll-Einspritzverstellung-Einschaltdauer-Daten dienen zur Betätigung des
Magnet-gesteuerten Ventils, das dazu verwendet wird, den Hydrauliköldruck des
Verstellkolbens 31 zum Antreiben der inneren Nocke 23 für den Rotor 5e zu
regeln. Die Stellung des Kolbens 31 wird in Übereinstimmung
mit diesen Einschaltdauer-Daten eingestellt, wodurch der Phasenwinkel α des Rotors 5e in
bezug auf die innere Nocke 23 bestimmt und die Verstellung
für den Kolbenvorlauf 20 eingestellt
wird.
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Die
Einschaltdauer-Daten zur Einstellung des ersten Soll-Entladedrucks dienen
zur Betätigung des
Magnet-gesteuerten Ventils, das dazu verwendet wird, den Hydrauliköldruck des
Verstellkolbens zum Antreiben der inneren Nocke für den Rotor 5f zu
regeln. Die Stellung des Kolbens des Zwangszuführungs-Mechanismus 8 wird
ebenfalls in Übereinstimmung
mit diesen Einschalt dauer-Daten eingestellt, wodurch der Phasenwinkel β des Rotors 5f in
bezug auf die innere Nocke bestimmt wird und die Verstellung für den Kolbenvorlauf
des Mechanismus 8 eingestellt wird. Die jeweiligen Verstellkolben
der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 dienen
zur Einstellung des Ausmaßes
des Überlappens
zwischen den Verstellungen für
die Kolbenvorläufe
der Rotoren 5e und 5f.
-
Die
Einstelldauer-Daten zum Einstellen des zweiten Soll-Entladedrucks dienen
zur Betätigung des
Magnet-gesteuerten Ventils, das dazu verwendet wird, den Hydrauliköldruck des
Verstellkolbens 37 zum Antrieb der inneren Nocke 44 zu
regeln. Die Stellung des Kolbens 37 wird in Übereinstimmung
mit diesen Einschaltdauer-Daten eingestellt, wodurch der Phasenwinkel γ des Stators 40 in
bezug auf die innere Nocke 44 bestimmt und das Totvolumen
des Kraftstoffkanals 5a eingestellt wird. Der Entladedruck wird
durch das Totvolumen des Kanals 5a und das vorher erwähnte Ausmaß des Überlappens
zwischen den Verstellungen für
die Kolbenvorläufe
der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 eingestellt.
-
Auf
der Grundlage der Betriebsbedingungsinformation, die von den Sensoren
erfaßt
wird, stellt die ECU 50 verschiedene Einschaltzeitspannen
und eine Schließungszeit
für das
elektronische Überlaufventil
in Übereinstimmung
mit den Soll-Einspritzverstellung-Einschaltdauer-Daten, den Schließungszeit-Daten
für das
elektronische Überlaufventil,
den Einschaltdauer-Daten zur Einstellung des ersten Soll-Entladedrucks,
und den Einschaltdauer-Daten zur Einstellung des zweiten Soll-Entladedrucks
ein. Auf der Grundlage der gesetzten Einschaltdauer werden den einzelnen
Magnet-gesteuerten Ventilen Antriebssignale zugeführt, um
die Phasenwinkel α und β der Rotoren 5e und 5f in
bezug auf die innere Nocke und den Phasenwinkel γ des Stators 40 in
bezug auf die innere Nocke 44 zu bestimmen. Wenn das Drehzahl-Bezugssignal
für die
Rotorwelle 5 eingegeben wird, zählt die ECU 50 die
Kurbelwellenimpulse vom Kurbelwellenwinkel-Sensor. Wenn eine gegebene
Anzahl von Kurbelwellenimpulsen gezählt wird (oder nach dem Start
der Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs durch mindes tens einen der
Kolben 20 des Rotors 5e), wird ein Ventilschließungssignal
an das elektronische Überlaufventil 10 zugeführt. Wenn die
Schließungszeit
des elektronischen Überlaufventils,
die auf die vorher erwähnte
Art und Weise eingestellt wurde, verstreicht, wird ein Ventilöffnungssignal an
das Überlaufventil 10 zugeführt. Solchermaßen wird
zu einem erwünschten
Zeitpunkt eine erwünschte
Menge an Kraftstoff unter einen bestimmten geregelten Einspritzdruck
in den betroffenen Zylinder eingespritzt.
-
Wenn
jeder Verstellkolben mit einem Stellungssensor ausgestattet wird,
kann er unabhängig einer
Stellungs-Rückkopplungs-Regelung unterzogen
werden. In diesem Fall wird die ECU 50 mit Soll-Stellungs-Daten
für die
einzelnen Verstellkolben versorgt, die von den Betriebsbedingungen
abhängig sind;
die ECU wird auch mit Rückkopplungs-Verstärkungs-Daten
zur Wandlung der Abweichungen zwischen den Soll-Stellungs-Daten
und den Ist-Stellungs-Daten
in Rückkopplungs-Antriebssignale
für die
Magnetgesteuerten Ventile versorgt, anstatt von oder zusätzlich zu
den Einschaltdauer-Daten für
die Ventile, die durch die Soll-Einspritzverstellungs-Einstelldauer-Daten
und jene für
das Einstellen des ersten und zweiten Soll-Entladedrucks dargestellt
werden. Die ECU 50 regelt die jeweiligen Stellungen der Verstellkolben
die in Übereinstimmung
mit den Rückkopplungs-Antriebssignalen,
die in Übereinstimmung mit
diesen Daten gesetzt worden sind (oder die Rückkopplungs-Antriebssignale
und die vorher erwähnten Einstellzeitspannen),
wodurch eine genauere Einspritzverstellung und ein genauerer Druck
in Übereinstimmung
mit den Betriebsbedingungen erhalten wird.
-
Die
Beschreibung der Wirkungsweise, die nunmehr folgen soll, umfaßt eine
ausführliche
Beschreibung der Regelung des Entladedrucks. Zur Minimierung der
Differenz im Entladedruck zwischen den Nieder- und Hochdrehzahlbetriebsmodi
regelt die ECU 50 die einzelnen Verstellkolben derart,
daß das
Ausmaß des Überlappens
zwischen den Betriebsverstellungen für die Kolben der Rotoren 5e und 5f im
Niederdrehzahlmodus höher
und im Hochdrehzahlmodus niedriger ist, und derart, daß das Totvolumen
des Kraftstoffkanals 5a im Niederdrehzahlmodus geringer
und im Hochdrehzahlmodus größer ist.
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Nachstehend
folgt die Beschreibung der Wirkungsweise.
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Wenn
die Hauptantriebswelle 3 und die Rotorwelle 5 der
in 1 gezeigten Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1 mittels
des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung gedreht werden, saugt
die Zufuhrpumpe 6 den Kraftstoff aus dem Kraftstoffkanal 2a an,
und entlädt
ihn im Kraftstoffkanal 2b. Der so im Kanal 2b entladene
Kraftstoff wird dem Kraftstoffkanal 5a entlang der Achse über das
elektronische Überlaufventil 10 vom
Kraftstoffkanal 5b auf der fernen Endseite der Rotorwelle 5 zugeführt, woraufhin
der Kanal 5a mit Kraftstoff aufgefüllt wird. Wenn die Rotorwelle 5 gedreht
wird, werden die Kolben 20 des Zwangszuführungs-Mechanismus 7 entlang
der Nockenoberfläche 23a der
inneren Nocke 23 hin und her bewegt, wodurch der Kraftstoff
im Kraftstoffkanal 5a mit Druck beaufschlagt wird und durch
die Abgabeventile 11 (1) in die
Einspritzdüsen
zwangszugeführt
wird. Der Zwangszuführungs-Mechanismus 8 beaufschlagt
den dem Kraftstoffkanal 5a zugeführten Kraftstoff mit Druck
auf eine ähnliche
Art und Weise wie der Mechanismus 7.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer niedrigen Drehzahl
betrieben wird, ist die Drehzahl der Rotorwelle 5 niedrig,
so daß die
Kolbengeschwindigkeit der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 niedrig
ist, und die Kraftstoff-Entladungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanals 5a ebenfalls
niedrig ist. Je nach Betriebsbedingung des Motors regelt die ECU 50 daher
die Verstellmechanismen 30 und 35 derart in eine
Richtung, daß die jeweiligen
Phasenwinkel α und β der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 gleich
sind, wodurch die Antriebsphasendifferenz zwischen den Kolben der Mechanismen 7 und 8 auf
0 verringert wird.
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Solchermaßen wird
das Ausmaß des Überlappens
zwischen den Betriebsverstellungen für die Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 in
die Richtung zur Verringerung der Aufnahmefähigkeit einer jeden Zylinderbohrung
vergrößert. Anders
ausgedrückt
werden die Verstellungen für
die Mechanismen 7 und 8 zur Entladung (Zwangszuführung) des Kraftstoffs
in Übereinstimmung
gebracht. Dementsprechend wird die Entladegeschwindigkeit des Kraftstoffs
im Kraftstoffkanal 5a der Rotorwelle 5 erhöht, so daß der Kraftstoffdruck
zunimmt.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer hohen Drehzahl
betrieben wird, ist die Drehzahl der Rotorwelle 5 hoch,
so daß die
Kolbengeschwindigkeit der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und
die Kraftstoff-Entladungsgeschwindigkeit des Kraftstoffkanals 5a hoch sind.
Je nach Betriebsbedingungen des Motors regelt die ECU 50 daher
die Verstellmechanismen 30 und 35 derart in eine
Richtung, daß die
jeweiligen Phasenwinkel α und β der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 unterschiedlich
sind. Solchermaßen wird
eine Phasendifferenz zwischen den Kolben der Mechanismen 7 und 8 erzeugt,
so daß die
Kraftstoff-Entladungsverstellung verändert wird, um die Kraftstoffentladung
zu verteilen, und der zusätzliche in
den Kraftstoffkanal 5a eingespeiste Kraftstoff wird durch
die Regelung der Öffnungszeit
des elektronischen Überlaufventils 10 zurückgeführt. Solchermaßen kann
der Kraftstoffdruck auf den Pegel für den zulässigen Druck der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1 oder
darunter begrenzt werden.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer niedrigen Drehzahl
betrieben wird, regelt die ECU 50 des weiteren den Verstellmechanismus 36,
um das vorher erwähnte
Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in der
Kraftstoffkammer 5a zu verringern. Als ein Ergebnis davon
wird das Totvolumen des Kraftstoffkanals 5a der Rotorwelle 5 verringert,
so daß das
Volumen eines Kraftstoffzuführungspfads
vom Kanal 5a zu den Einspritzdüsen abnimmt. Auf diese Art
und Weise wird der Druck im Kraftstoffabgabesystem erhöht, um einen
hohen Pumpen-Entladedruck (Kraftstoffdruck) beizubehalten.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer hohen Drehzahl
betrieben wird, regelt die ECU 50 den Verstellmechanismus 36 derart,
daß das
Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in
der Kraftstoffkammer 5a erhöht wird. Als ein Ergebnis davon
wird das Totvolumen des Kraftstoffkanals 5a der Rotorwelle 5 erhöht, so daß das Volumen
des Kraftstoffzuführungspfads vom
Kanal 5a zu den Einspritzdüsen vergrößert und die Druckerhöhung im
Kraftstoffabgabesystem begrenzt wird, um den Pumpen-Entladedruck
(Kraftstoffdruck) zu verringern. Solchermaßen arbeitet der Mechanismus 9 derart,
daß der
Kraftstoffdruck während
des Niederdrehzahlbetriebs des Motors auf einem hohen Pegel und
während
des Hochdrehzahlbetriebs auf einem zulässigen Höchstwert verweilt.
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Der
Kraftstoffdruck für
den Nieder- und Hochdrehzahlmotorbetrieb wird jeweils erhöht und auf
dem zulässigen
Höchstwert
gehalten, indem die Phasenregelung mittels der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8,
die Regelung der Öffnungszeit für das elektronische Überlaufventil 10,
und die Regelung des Totvolumens mittels der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a je nach Betriebsbedingung
des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung entsprechend kombiniert
werden. Solchermaßen
kann der Kraftstoffdruck auf einen sehr zufriedenstellenden Pegel über einen umfassenden
Betriebsbereich des Motors geregelt werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe,
die nicht zum Gegenstand der beanspruchten gehört. In der nachstehenden Beschreibung
werden gleiche Bezugszeichen zur Kennzeichnung gleicher Elemente
in den gesamten Zeichnungen verwendet und eine Beschreibung jener
Elemente wird nachstehend unterlassen. Unter Bezugnahme auf die 4 wird
eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1A gezeigt, in
der eine Rotorwelle 5 mit zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 ausgestattet
ist, aber keine Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in
der Kraftstoffkammer 5a aufweist, der in der ersten Ausführungsform
Verwendung findet.
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Eine
elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) regelt die Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 in
die Richtung, um ihre Phasen übereinstimmend
einzustellen, wodurch die Entladegeschwindigkeit eines Kraftstoffkanals 5a vergrößert wird,
um während
des Niederdrehzahlbetriebs des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung
den Kraftstoffdruck zu erhöhen.
Während
des Hochgeschwindigkeitsmotorbetriebs regelt die Steuereinheit die
Mechanismen 7 und 8 in eine Richtung, um ihre
Phasen zu diffe renzieren, wodurch die Kraftstoffentladung in den
Kraftstoffkanal 5a verteilt wird; die Öffnungszeit für ein elektronisches Überlaufventil 10 wird
derart geregelt, daß der
in den Kraftstoffkanal 5a zusätzlich eingespeiste Kraftstoff
zurückgeführt wird.
Solchermaßen
kann der Kraftstoffdruck auf einen Pegel des zulässigen Drucks oder darunter
begrenzt werden. Der Kraftstoffdruck für den Hoch- und Niederdrehzahlmotorbetrieb
wird jeweils auf dem zulässigen
Pegel gehalten bzw. erhöht,
indem die Phasenregelung mittels der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und
die Regelung der Öffnungszeit
für das
Ventil 10 je nach Betriebsbedingung des Motors entsprechend kombiniert
werden. Solchermaßen
kann der Kraftstoffdruck auf einen zufriedenstellenden Pegel über einen
weiten Betriebsbereich des Motors eingestellt werden.
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Die 6A, 6B und 6C zeigen
die Kennlinien der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1A. Wie
in 6A gezeigt werden Abgabekennlinien mit verschiedenen
Wellenformen erhalten, indem die Phasendifferenz zwischen den Kolben
der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 in Übereinstimmung
mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung,
wie in 6A gezeigt, geregelt wird. In
einer Niederdrehzahlzone bei 1000 Umdrehungen/Minute, wie in 6B gezeigt,
besteht beispielsweise keine Antriebsphasendifferenz zwischen den
Kolben der Mechanismen 7 und 8 daher hat eine Gesamtabgabe c (durch die volle Linie dargestellt) eine
derartige Wellenform, daß die
Kurven für
die Kraftstoffabgaben a und b (durch die unterbrochenen Linien
dargestellt) der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 mit
einem großen
Maximalwert aufeinander überlagert
sind. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, wird die Antriebsphasendifferenz
erzeugt und schrittweise erhöht,
woraufhin die Gesamtabgabe c eine
derartige Wellenform aufweist, daß die maximale Abgabe mit einer
Abweichung der Verstellung zwischen den Kraftstoffabgaben a und b geregelt wird. In der 6C stellt
die Kurve I die Pumpen-Entladedruck-Kennlinie
der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1A dar. Wie aus
dieser Kurve ersichtlich, übersteigt
der Pumpen-Entladedruck
nie den zulässigen Druckpegel über den
gesamten Bereich von der Niederdrehzahlzone bis zu einer Hochdreh zahlzone, und
diese Kennlinie ist höher
als die herkömmliche Einspritzpumpen-Kennlinie
(Kurve II). Wie aus den Kennlinien-Kurven der 6C ersichtlich,
ist der Pumpen-Entladedruck für
die Niederdrehzahlzone von 2000 Umdrehungen/Minute oder darunter
viel höher
als jener der herkömmlichen
Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe. Der Pumpen-Entladedruck für die Hochdrehzahlzone
von 2000 Umdrehungen/Minute oder darüber ist ein im wesentlichen
gleicher Druck (zulässiger
Pumpendruck), der praktisch dem Hochdrehzahl-Entladedruck entspricht.
Solchermaßen
wird der Einspritzdruck für
die Niederdrehzahlzone wesentlich verbessert.
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[Dritte Ausführungsform]
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5 zeigt
eine dritte Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzpumpe, die nicht zum Gegenstand der beanspruchten
Erfindung gehört.
In der nachstehenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen zur
Kennzeichnung gleicher Elemente in den gesamten Zeichnungen verwendet
und eine Beschreibung jener Elemente wird unterlassen. Unter Bezugnahme
auf 5 wird eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1B gezeigt,
in der eine Rotorwelle 5 mit einem Zwangszuführungs-Mechanismus 7 und eine
Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a bereitgestellt
wird.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer niedrigen Drehzahl
betrieben wird, regelt im Falle der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
gemäß der dritten
Ausführungsform
eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a derart, daß sein Totvolumen
verringert wird. Als ein Ergebnis davon wird das Totvolumen eines
Kraftstoffkanals 5a der Rotorwelle 5 verringert,
so daß das
Volumen eines Kraftstoffzuführungspfads
vom Kanal 5a zu den Einspritzdüsen abnimmt. Solchermaßen wird
der Druck im Kraftstoffabgabesystem erhöht, so daß ein hoher Pumpen-Entladedruck
(Kraftstoffdruck) beibehalten werden kann.
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Während der
Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung bei einer hohen Drehzahl
betrieben wird, erhöht
die elektronische Steuereinheit das Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a. Als ein Ergebnis davon
wird das Totvolumen des Kraftstoffkanals 5a der Rotorwelle 5 größer, so
daß das
Volumen des Kraftstoffzuführungspfads
vom Kanal 5a zu den Einspritzdüsen zunimmt, und die Druckerhöhung in Kraftstoffabgabesystem
kann begrenzt werden, um den Pumpen-Entladedruck (Kraftstoffdruck) zu verringern.
Im Falle der herkömmlichen
Einspritzpumpe wird der Kraftstoffdruck für den gesamten Betriebsbereich
eingestellt, indem der maximale Kraftstoffdruck für den Hochdrehzahlbetrieb
unter Berücksichtigung
der Lebensdauer des Einspritzsystems bestimmt wird. In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsform
kann im Gegensatz dazu der maximale Kraftstoffdruck für den Hochdrehzahlbetrieb
mittels der Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in
der Kraftstoffkammer 5a verringert werden, selbst wenn
der Kraftstoffdruck für
den Niederdrehzahlbetrieb vergrößert wird,
indem ein höherer maximaler
Kraftstoffdruck eingestellt wird. Dementsprechend kann ein im wesentlichen
gleichbleibender hoher Kraftstoffdruck, der in etwa dem zulässigen Pumpendruck
entspricht, für
den gesamten Betriebsbereich gewährleistet
werden. Solchermaßen
wird der Kraftstoffdruck für
den Nieder- und Hochdrehzahlmotorbetrieb jeweils erhöht und auf
dem zulässigen
Pegel gehalten, indem die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a je nach Betriebsbedingung
des Motors entsprechend geregelt wird. Solchermaßen kann der Kraftstoffdruck
auf einen zufriedenstellenden Pegel über einen umfangreichen Betriebsbereich
des Motors geregelt werden.
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7 zeigt
die Kennlinien der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe 1B.
Der Pumpen-Entladedruck wird auf eine Art und Weise geändert, die durch
die Kurve III dargestellt ist, indem das Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a in Übereinstimmung mit
der Drehzahl des Motors mit innerer Verbrennung geregelt wird. Die
Kurve IV stellt eine Kennlinie der herkömmlichen Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe dar.
Wie aus diesen Kennlinien-Kurven ersichtlich, ist der Pumpen-Entladedruck
(Kraftstoffdruck) für
die Niederdrehzahlzone von 3000 Umdrehungen/Minute oder darunter
viel höher
als jener der herkömmlichen Verteiler-Kraftstoffeinspritz pumpe,
und der Pumpen-Entladedruck für
die Hochdrehzahlzone von 3000 Umdrehungen/Minute oder darüber verweilt
bei einem im wesentlich gleichbleibenden Druck (zulässiger Pumpendruck).
Solchermaßen
wird der Bereich, in dem ein hoher Pumpen-Entladedruck erhalten
werden kann, wesentlich vergrößert.
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Der
Einspritzdruck kann auf einen zufriedenstellenden Pegel über einen
umfassenden Betriebsbereich sowohl in der Anordnung der zweiten Ausführungsform,
die die zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 umfaßt, als
auch in der Anordnung der dritten Ausführungsform, die den einen Zwangszuführungs-Mechanismus 7 und
die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a umfaßt, gehalten
werden. Die Anordnung der ersten Ausführungsform, die zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und
den eine Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in der
Kraftstoffkammer 5a umfaßt, ist am meisten wünschenswert.
In diesem Falle kann der Kraftstoffdruck auf einem sehr zufriedenstellenden
Pegel über
einen breiteren Betriebsbereich als in den Fällen der zweiten und dritten
Ausführungsformen
gehalten werden.
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In 6C stellt
die Kurve V (unterbrochene Linie) die Pumpen-Entladedruck-Kennlinie
für die
Anordnung dar, die zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und
die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a umfaßt. Für den Fall,
daß der
Kraftstoffdruck für
den Niederdrehzahlbetrieb durch die bloße Verwendung der zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 nicht
vollkommen erhöht
werden kann, wird die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a in einem Bereich
von beispielsweise 1000 bis 2000 Umdrehungen/Minute geregelt. Während sich die
Motordrehzahl einer Drehzahl von 2000 Umdrehungen/Minute nähert, wird
das Totvolumen vergrößert, so
daß der
Entladedruck in bezug auf jeden Wert der Motordrehzahl im wesentlichen
gleich bleibt.
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Wenn
die Veränderung
des Totvolumens begrenzt ist, kann der Entladedruck auf einem festen Wert
gehalten werden, der etwas kleiner als der zulässige Pumpendruck ist, wobei
die Motordrehzahl zwischen einem ersten Wert (z.B. 1000 Umdrehungen/Minute)
und einem zweiten Wert Ns (wobei 1000 Umdrehungen/Minute < Ns < 2000 Umdrehungen/Minute)
schwankt. In diesem Falle wird das Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a schrittweise
erhöht, während sich
die Motordrehzahl dem zweiten Wert Ns nähert. Wenn die Motordrehzahl
den zweiten Wert Ns überschreitet,
wird das Totvolumen zeitweilig verringert, um den Entladedruck auf
einen vorbestimmten Pegel zu erhöhen.
Wenn sich die Motordrehzahl einem dritten Wert (z.B. 2000 Umdrehungen/Minute)
nähert,
wird das Totvolumen schrittweise erhöht. Eine in diesem Falle erhaltene
Pumpen-Entladedruck-Kennlinie ist durch die Kurve VI (punktgestrichelte
Linie) in 6C dargestellt. Wenn sich die Motordrehzahl
beim zweiten Wert Ns oder darunter einpendelt, kann das Totvolumen
der Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a auf seinem Minimalwert
gehalten werden. Für diesen
Fall ist eine Pumpen-Entladedruck-Kennlinie durch die Kurve VII
(zweipunktgestrichelte Linie) in 6C dargestellt.
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Diese
Beispiele für
den Regelbetrieb werden unter der Annahme ausgeführt, daß der Entladedruck im wesentlichen
auf einem gleichbleibenden Wert (von etwa 80 bis 100 Mpa) über den
gesamten Betriebsbereich von der Niederdrehzahlzone bis zur Hochdrehzahlzone
eingestellt ist, wobei insbesondere ein Hochlastbetriebsmodus berücksichtigt
wird. Alternativ dazu kann jedoch der Kraftstoffdruck schrittweise
erhöht
werden, während
der Betriebsbereich von der Niederdrehzahlzone in die Hochdrehzahlzone übergeht.
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In
einer Niederdrehzahl-Niederlastzone (Zone A), die eine Leerlaufzone
einschließt,
wie beispielsweise in 8 gezeigt, ist der Pumpenverlust erheblich,
wenn ein Hochkraftstoffdruck – wie
zum Beispiel derjenige für
den Hochdrehzahlbetrieb in den vorher erwähnten Fällen – eingestellt wird. In einem
anderen Beispiel des Regelbetriebs kann daher der Entladedruck auf
etwa 60 Mpa eingestellt werden, wobei dieser Wert geringer als der
Wert (etwa 80 bis 100 Mpa) für
die andere Zone ist, um den Pumpenverlust zu verringern, indem die
relativen Phasen der zwei Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 und/oder
das Totvolumen der Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in
der Kraftstoffkammer 5a geregelt werden. Während des
Leerlaufbetriebs ist die Einspritzmenge so gering, daß die Rauchemission begrenzt
werden kann, ohne daß dabei
der Entladedruck auf den Pegel für
den Hochdrehzahlbetrieb erhöht
wird. Im Falle eines Motors, der mit einem Kompressor ausgestattet
ist, kann weiterhin die Verbrennung möglicherweise verschlechtert
werden, um somit eine Rauchemission wegen eines unzureichenden Ansaugens
in einer Niederdrehzahl-Hochlastzone B2 zu verursachen, in der der
Kompressor nicht zufriedenstellend arbeitet. Dementsprechend kann die
Rauchemission begrenzt werden, indem der Pumpen-Entladedruck für die Zone B2 auf einen höheren Wert
als jener für
die andere Zone B1 eingestellt wird.
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Obwohl
das elektronische Überlaufventil
als Mittel zum Überlaufen
des zusätzlichen
Kraftstoffs für die
Regelung der Kraftstoffmenge in jeder ersten, zweiten und dritten
Ausführungsform
verwendet wird, kann es durch ein Regelhülsen-Überlaufventil ersetzt werden.
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Des
weiteren ist in der ersten und dritten Ausführungsform die Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a auf der stromabwärtigen Seite
des Zwangszuführungs-Mechanismus
in der Einspritzpumpe angeordnet. Wirkungsmäßig kann er jedoch im Kraftstoffkanal
zwischen der Einspritzpumpe und den Einspritzdüsen angeordnet werden, und
braucht nicht immer in der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe untergebracht
zu sein. In Falle, daß die
Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a in der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
der ersten oder dritten Ausführungsform
verwendet wird, sollte er jedoch vorzugsweise auf der stromaufwärtigen Seite
eines Verteilermechanismus angeordnet werden.
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Die
Einrichtung 9 zur Änderung
des Totvolumens in der Kraftstoffkammer 5a in Übereinstimmung mit
der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung in Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpen
mit dem Zwangszuführungs-Mechanismus
der ersten und dritten Ausführungsform
beschränkt,
und er kann auch auf eine Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe (Japanische
offengelegte Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2-238135) mit einem Zwangszuführungs-Mechanismus
derart angewandt sein, daß der
Kraftstoff durch eine axiale Wechselbewegung eines Drehkolbens oder
jeder anderen geeigneten Pumpe (einschließlich einer Reihenpumpe) druckbeaufschlagt
zugeführt
wird.
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In Übereinstimmung
mit der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform werden weiterhin
Verstellkolben als Betätiger
für die
Verstellmechanismen 30, 35 und 36 verwendet,
und die Verstellmechanismen führen
die Stellungsregelung mittels Hydraulikdruck aus. Alternativ dazu
können
jedoch die verwendeten Verstellmechanismen derart ausgebildet sein, daß die Betätiger elektrisch
mittels Magnetventile geregelt werden. Alternativ dazu können weiterhin
die Verstellmechanismen 30 und 35 mechanisch mittels eines
Gelenkmechanismus oder dergleichen verbunden werden, so daß die Antriebsphasendifferenz
zwischen den Kolben der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 je
nach Motordrehzahl verändert
werden kann.
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Des
weiteren müssen
die jeweiligen inneren Nocken der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 nicht
immer die gleiche Form aufweisen und können unabhängig voneinander mit verschiedenen
entsprechenden Formen in Übereinstimmung
mit den erwünschten
Kraftstoffabgabe-Kennlinien ausgebildet werden.
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Weiterhin
kann der Dreh-Sensor für
die Erfassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung
als Sensor für
die Abgabe des Drehzahl-Bezugssignals für die Rotorwelle der Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe
an die elektronische Steuereinheit (ECU) verwendet werden. Für diesen Zweck
kann des weiteren ein Dreh-Sensor, zum Beispiel ein Impulszähler, zur
unmittelbaren Erfassung der Hauptantriebswelle oder der Rotorwelle
der Einspritzpumpe eingeschlossen oder auf die Pumpe angebracht
werden.
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Um
den zulässigen
Druck der Pumpe unter Berücksichtigung
der Reaktion des elektronischen Überlaufventils
beizubehalten, kann außerdem
die Einspritzpumpe einer jeden Ausführungsform mit einem Sicherheitsventil
als Ausfallsicherungsmechanismus ausgestattet werden, der dazu dient,
den internen Druck des Kraftstoffzuführungspfads zu verringern,
wenn der interne Druck den zulässigen Druck
der Pumpe übersteigt.
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In Übereinstimmung
mit den hierin beschriebenen Ausführungsformen besitzt jeder
der Zwangszuführungs-Mechanismen 7 und 8 einen
Vier-Zylinder-Aufbau, der vier Kolben umfaßt. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Beispielsweise können beide
oder einer der Zwangszuführungs-Mechanismen
auf einen Zwei-Zylinder-Aufbau beschränkt werden, indem der erforderliche
Pumpen-Entladedruck verringert wird oder die Strukturen vereinfacht
werden. Die Einrichtung 9 zur Änderung des Totvolumens in
der Kraftstoffkammer 5a kann ebenfalls durch eine Zwei-Zylinder-Version
ersetzt werden.