DE2360038A1

DE2360038A1 - Kolben fuer eine kraftstoffeinspritzpumpe fuer brennkraftmaschinen und verfahren zur bearbeitung dieses kolbens

Info

Publication number: DE2360038A1
Application number: DE2360038A
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Akashi; Takuji Isomura
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1972-12-06
Filing date: 1973-12-01
Publication date: 1974-06-20
Also published as: JPS5118011B2; FR2209896A1; US3930482A; BR7309546D0; ES421181A1; AT331573B; IT1001969B; ATA1019873A; GB1457766A; JPS4980423A

Description

R. ND. ^{J l} 1

22.10.1973 Ks/Ml

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

NIPPONDENSO CO., LTD., 1-1 showa-cho, Kariya City, -Aichi Pref.

Kolben für eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Bearbeitung dieses Kolbens

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen, welcher axial- und drehbeweglich in einem Pumpenzylinder geführt ist und mindestens je eine obenliegende, den Förderbeginn bestimmende und eine untenliegende, das Förderende bestimmende Steuerkante aufweist, wobei beide Steuerkanten mit einer Kraftstoffsteuerbohrung in der Wand des Pumpenzylinders zusammenarbeiten, sowie auf ein Verfahren zur Bearbeitung dieses Kolbens.

Bei bekannten Kolben dieser Bauart werden die oben- und untenliegenden Steuerkanten durch Fräsen und Schleifen im Abwälzverfahren hergestellt. Dabei sind nur einfache, geradlinige oder
schraubenförmige Steuerkanten herstellbar.

Im Zusammenhang mit den Maßnahmen gegen die Umweltverschmutzung durch die Abgase .der Motoren wird in den letzten Jahren von den

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Kraftstoffeinspritzpurapen eine immer mehr komplizierter werdende Charakteristik des Einspritzzeitpunktes und der Einspritzmenge verlangt. Aus diesen Gründen genügt eine geradlinige oder schraubenförmige Steuerkante nicht mehr den Anforderungen, denn mit den bisher üblichen Herstellungsverfahren für die obenliegende Steuerkante lassen sich zum Beispiel keine scharfkantig, ihre Richtung ändernden Steuerkanten herstellen, vor allem wenn die einzelnen Steuerkantenabschnitte einen Winkel kleiner als 18O miteinander bilden, also konvex gekrümmt sind.

Als Grund dafür, daß die bisher bekannten Kolben immer nur einen ganz einfachen Verlauf der obenliegenden Steuerkante besitzen, werden folgende Tatsachen aufgeführt:

1. Bisher ist eine so komplizierte Einspritzzeitpunktcharakteristik, wie sie oben dargelegt wurde, noch gar nicht verlangt worden;

2. bisher war es gar nicht mcgLich, bei der Bearbeitung des Kolbens einen so komplizierten Steuerkantenverlauf herzustellen.

Zu der zuletzt genannten Tatsache wird noch folgendes angeführt: Für die Bearbeitung des Kolbens braucht man (a) die Bearbeitung der oben erwähnten oberen Steuerkante, (b) die Schleifbearbeitung des äußeren Umfangs des Kolbens, (c) die Bearbeitung der untenliegenden Steuerkante, (d) die Herstellung einer als Kraftstoffkanal dienenden Längsbohrung oder Nut, die von der untenliegenden Steuerkante nach oben hin begrenzt ist und den Baum unterhalb der untenliegenden Steuerkante mit einem Pumpenarbeitsraum oberhalb der oberen Stirnfläche verbindet. Da nun insbesondere die unter Ca) genannte Bearbeitung vor der unter (b) genannten Bearbeitung ausgeführt werden muß, und da bei der unter (b) genannten Bearbeitung der Kolben auf seiner gesamten äußeren Umfangsfläche mit allergrößter Präzision und Genauigkeit geschliffen werden muß und deshalb in den Mitten der oberen Stirnfläche und seiner unteren Stirnfläche aufgenommen und gehalten werilea muß, kann man die unter (a) genannte obenliegende Steuerkante höchstens nur am äußeren Band der oberen Stirnfläche des Kolbens ausbilden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kolben vorzuschlagen, mit dem die geforderte komplizierte Einspritz-

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Zeitpunktcharakteristik erhalten werden kann und gleichzeitig, ein Bearbeitungsverfahren vorzuschlagen, durch welches die Bearbeitung dieses Kolbens durch einfache Operationen erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kolben der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß der Kolben einen in seine obere Stirnfläche eingearbeiteten Einschnitt aufweist, welcher am Umfang des Kolbens mindestens zwei mindestens als Teil der obenliegenden Steuerkamte dienende Steuerkantenabschnitte mit gegenüber der oberen Stirnfläche unterschiedlicher Steigung bildet.

Erfindungsgemäß kamm ein solcher Einschnitt auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, daß der Einschnitt in die obere Stirnfläche des Kolbens durch ein eine diesem Einschnitt entsprechende Form besitzendes Senneidwerkzeug von außen her in Richtung zur Mittelachse des Kolbens hin eingearbeitet i\'ird. Um eine einwandfreie und den verlangten Genauigkeiten entsprechende SGhleifbearbeitung des Kolbens am gewährleisten, wird in vorteilhafter Weise beim Schleifen des äußeren Umfangs des Kolbens derselbe von einem Zentrierbolzen gehalten, welcher von einer von der oberen Stirnfläche aus in die Mittelachse des Kolbens gebohrten Zentrierbohrung aufgenommen wird. Des weiteren ist es auch vorteilhaft, daß die Zentrierbohrung so tief und mit einem solchen Durchmesser von der oberen Stirnfläche aus in den Kolben gebohrt wird, daß ein vorzugsweise zylindrischer Teil derselben eine Verbindung zu einer- die untenliegende Steuerkanfce erzeugenden Nut herstellt, und so als Kraft-■stoffkanal dient. ■

Um trotz der nicht geradlinigen Ausbildung der obenliegenden Steuerkante einen geradlinigen Verlauf der Fördermenge über der Drehlage des Kolbens zu erhalten, wird in vorteilhafter Wei.se die untenliegende Steuerkante von einer in den Umfang des Kolbens eingearbeiteten Nut gebildet die einen entsprechend dem Einschnitt geformten-, geknickten oder gekrümmten Verlauf aufweist, der'durch mehrere, die '-

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einzelnen Abschnitte der untenliegenden Steuerkante bildenden Teilnuten gebildet wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfingsgemäßen Kolbens und des Verfahrens zur Bearbeitung desselben sind aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen.

Drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 2 eine Abwicklung der Steuerkanten des Kolbens nach Fig. 1, Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der "Sinspritzzeitpunktcharakteristik des Kolbens nach den Figuren 1 und 2,

Fig. h und 5 je eine Schrägansicht des zweiten und dritten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Kolbens, Fig. 6 eine Abwicklung der Steuerkanten des Kolbens nach Fig. 5, Fig. 7 ein Diagramm der Einspritzzeitpunktcharakteristik des Kolbens nach den Figuren 5 und 6;
Fig. 8 und 9 zeigen die Bearbeitung der oberen Stirnfläche des Kolbens zur Herstellung der obenliegenden Steuerkante bzw. die Schleifbearbeitung des Außenumfanges des Kolbens und

Fig. 10 zeigt den Kolben des ersten Ausführungsbeispieles mit einer abgeänderten Ausbildung der-Zentrierbohrung.

In Fig. 1 ist mit 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens dargestellt, der in einen *fpunktiert dargestellten *■ Pumpenzylinder eingepasst ist und von bekannten und deshalb nicht näher dargestellten Antriebselementen axial und in Drehrichtung in diesem Pumpenzylinder bewegt wird. Durch eine in dem Pumpenzylinder c vorgesehene Kraftstoffsteuerbohrung c¹, die in bekannter V/eise zugleich als Ansaug- und Rückströmbohrung dient, wird der Kraftstoff angesaugt und unter Druck einer in der Abbildung nicht dargestellten Einspritzdüse zugeführt. In die mit 6 bezeichnete obere Stirnfläche

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des Kolbens 1 ist ein V-förmiger Einschnitt in radialer Richtung der genannten oberen Stirnfläche 6 bzw. von außen her in Richtung zur Mittelachse des Kolbens 1 hin eingearbeitet. Durch diesen Einschnitt 2 werden zwei als obenliegende Steuerkante dienende Steuerkantenabschnitte 2«f und 2b am Umfang des Kolbens 1 gebildet, von . denen der erste Steuerkantenabschnitt 2a sich von der oberen Stirnfläche 6 schräg nach unten und der zweite Abschnitt 2b sich in entgegengesetzter Richtung von unten zur oberen Stirnfläche 6 hin erstreckt. 3 ist eine Nut, deren obere Begrenzung die untenliegende Steuerkante bildet. Diese Nut 3 hat einen entsprechend dem Einschnitt 2 geknickten Verlauf und besteht ausv Teilnuten, durch die zwei einzelne, den Steuerkanteriabschnitten 2a und 2b entsprechende Abschnitte 3a und 3b der untenliegenden Steuerkante gebildet werden. k ist eine von der oberen Stirnfläche 6 aus in die Mittelachse des Kolbens 1 gebohrte Längsbohrung, welche die Verbindung von der oberen Stirnfläche 6 zu der die untenliegende Steuerkante 3a₅ 3b erzeugenden Nut 3 herstellt und so als Kraftstoffkanal dient. In den Boden dieses Kraftstoffkanals ist eine Zentrierbohrung 5 eingearbeitet, die für das weiter hinten näher beschriebene Bearbeitungsverfahren benutzt wird.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion des Kolbens 1 wird der Kolben in bekannter Weise zur Erzeugung eines Saug- und Druckhubes zur Kraftstofförderung auf- und abbewegt* Andererseits wird der Kolben 1 durch eine von einem in der Abbildung nicht dargestellten Regler betätigte Regelstange um seine Mittelachse verdreht, wodurch die gegenseitige Lage der Kraftstof fsteue'rbohrung c' des Pumpenzylinders c einerseits und des Einschnittes 2 bzw. der Nut 3 andererseits geändert wird, was zur Folge hat, daß der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge je .nach Drehlage des Kolbens 1 geändert werden. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt bzw. der Beginn der Kraftstofförderung wird durch-den Zeitpunkt festgelegt,- in dem der Steuerkantenabschnitt 2a oder 2b der obenliegenden Steuerkante beim Aufwärtshub des Kolbens 1 die Kraftstoffsteuerbohrung c* verschliesst. Die Einspritzung oder Kraftstofförderung -ist beendet," wenn die Abschnitte 3a bzw. 3b der untenliegenden Steuerkante beginnen, die Kraftstoffsteuerbohrung c¹ zu öffnen.

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Dieser Fördervorgang ist für 3 verschiedene Stellungen des Pumpenkolbens, und zwar Rw1, Rw2 und Rw3, in Fig. 2 in einer Abwicklung des Außenumfanges des Pumpenkolbens 1 deutlich dargestellt.

Wie das Diagramm nach Fig. 3 zeigt, wird dabei eine sogenannte dachföraige Charakteristik des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes 0 erzielt. Der Einspritzzeitpunkt θ ist in der Ordinatenachse und der Begelstangenweg Rw in der Abszissenachse aufgetragen. Wie aus den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, wird der Kraftstoffeinspritzzextpunkt durch den Steuerkantenabschnitt 2a bei Änderung der Regelstangenlage von Rw1 nach Rw2 um den Zeitpunkt Θ1 in Richtung ■ einer späteren Einspritzung zurückverstellt, und durch Weiterverdrehen des Pumpenkoibens bis zur mit Bw3 bezeichneten Regelstangenlage wird diese Spritzbeginnverschiebung wieder um den gleichen Betrag Θ1 vorverlegt.

Das zweite Ausführungsbeispiel des Pumpenkolbens 1 nach Fig. h unterscheidet sich von dem ersten Beispiel nach Fig. 1 durch eine andere Form der Bearbeitung eines die obenliegende Steuerkante bildenden Einschnittes 2¹. Die beiden den Steuerkantenabschnitten 2a und 2b in Fig. 1 entsprechenden Steuerkantenabschnitte sind in Fig. k mit 2^fa und 2*b bezeichnet. Die Bearbeitung des Einschnittes 2* erfolgte in diesem Ausführungsbeipsiel durch einen schräg zur Mittelachse des Kolbens 1 geneigten Vorschub des Werkzeuges. Da die dabei erzeugten Steuerkantenabschnitte 2'a und 2'b die gleiche Neigung wie die Steuerkantenabschnitte 2a und 2b in Fig. 1 aufweisen, gilt für dieses zweite Ausführungsbeiqaiel ebenfalls die Abwicklung nach. Fig. 2 und das Diagramm nach. Fig. 3«

Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der die obenliegende Steuerkante erzeugende Einschnitt mit 2*· bezeichnet. Dieser Einschnitt 2¹' hat die Form eines ungekehrtaa Trapezoides, und die im Zusammenhang mit diesem Einschnitt 2*' gebildeten Steuerkantenabschnitte sind mit 2"a, 2" *b und 2¹¹C bezeichnet. Die ersten beiden Steuerkantenabschnitte 2"a und 2"'b weisen

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eine ähnliche Steigung auf, wie die Steuerkantenabschnitte 2a und 2b bzw. 2'a und 2'b nach den Fig. 1 und 4, sie sind jedoch durch den dritten, zur oberen Stirnfläche 6 parallel verlaufenden Steuerkantenabschnitt 2'¹C verbunden. Entsprechend den drei Steuerkantenabschnitten des Einschnittes 2'* wird die untenliegende Steuerkante. dieses Pumpenkolbens von drei Teilnuten einer in den Umfang des Pumpenkolbens 1 eingearbeiteten Nut 3' gebildet, wobei drei Abschnitte 3'a, 3'b und 3'c entstehen, die einen in gleicher Weise wie die obenliegende Steuerkante geknickten Verlauf aufweisen, der jedoch eine andere Steigung hat, was durch die erforderliche Vergrößerung der Fördermenge bei Änderung der Drehlage, begründet ist. Durch diesen ebenfalls wie die obenliegende Steuerkante geknickten Verlauf der untenliegenden Steuerkante, der auch beim ersten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 und beim zweiten Ausführungsbeisplel nach Fig. k vorhanden ist, wird in vorteilhafter Weise ein trotz des geknickten-Verlaufs der obenliegenden Steuerkante geradliniger Verlauf der geforderten Kraftstoffeinspritzmenge über den Begelstangenweg erreicht.

Die bei den beschriebenen drei Ausführungsbeispielen vorgesehenen Nuten 3 und 3'₅ die durch den Kraftstoffkanal h mit der oberen Stirnfläche 6 eine kraftstoffuhrende Verbindung haben,-können wie bekannt auch durch eine in den Außenumfang des Pumpenkolbens eingearbeitete Längsnut mit der oberen Stirnfläche 6 verbunden werden, wodurch die innere Bohrung entfallen könnte. Die Form des Einschnittes 2 bzw. 2' oder 2'' und der Verlauf der Nuten 3 bzw. 3^J könnte auch einen anderen beispielsweise bogenförmigen Verlauf haben. Insbesondere kann durch entsprechende Formgebung des Werkzeuges der Einschnitt 2, 2¹, 2·' jede gewünschte Form erhalten.

Im folgenden soll' nun das Bearbeitungsverfahren des Kolbens näher erklärt werden. Dieses Bearbeitungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der obere Einschnitt des Kolbens mit einem eine diesem Einschnitt entsprechende Ouerschnittsform hesxtzenden Schneidwerkzeug (Fräser oder Schleifscheibe) in einem Arbeitsgang bear- ■ beitet wird -und daß im oberen Teil des Kolbens eine Zentrierbohrung

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vorgesehen wird, welche als Befestigungsaufnahme beim Schleifen der äußeren Umfangsfläche des Kolbens dient. Im folgenden sollen nun die Einzelheiten dieser Bearbeitung unter besonderer Berücksichtigung des in Figur 1 dargestellten Kolbens näher erklärt werden. Da die Bearbeitung im Falle der anderen Ausführungsbeispiele genau gleich ist, kann auf die Erklärung ihrer Bearbeitung verzichtet werden.

Zunächst wird, wie dies Fig.8 zeigt, der Einschnitt 2 in die obere Stirnfläche 6 des Kolbens 1 eingearbeitet, wodurch die beiden Steuerkantenabschnitte 2a und 2b gebildet werden. Hierzu wird ein' Schneidwerkzeug A (Formfräser, Formschleifscheibe oder dergleichen) benutzt, dessen äußere Ränder eine dem oben erwähnten Einschnitt entsprechende, umgekehrt V-förmige Form besitzen. Bei der Herstellung des oberen Einschnittes 2 "ird das rentierende Schneidwerkzeug A in einer zur Zeichenebene der Fig. 8 senkrechten Richtung verschoben. In diesem Falle kann man in vorteilhafter V/eise eine Vielzahl von Kolben in einer Reihe hintereinander aufreihen und das Schneidv/erkzeug A über alle Kolben mit entsprechender Vorschubgeschwindigkeit hinwegführen, wodurch eine billige Serienfertigung ermöglicht wird. Nach der Bearbeitung des Einschnittes 2 oder auch vorher wird die Längsbohrung k mit der Zentrierbohrung 5 hergestellt und nach der Herstellung der Nut 3idie vor oder nach, den beiden vorbeschriebenen Arbeitsgängen erfolgen kann, wird zum Schluß die äußere Umfangsfläche des Kolbens 1 geschliffen und fertig bearbeitet. Bei diesem Schleifvorgang wird der Kolben von einem Zentrierbolzen S in seiner Zentrierbohrung 5 aufgenommen.

Die Zentrierbohrung braucht nicht immer unbedingt im Boden des Kraftstoffkanals h angebracht sein, sondern kann auch direkt von der oberen Stirnfläche 6 aus bei entsprechend größerem Durchmesser am Ende des Kolbens eingearbeitet sein, wie dies Fig. 10 und die dort angebrachte Zentrierbohrung 5¹ zeigen.

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V/ie aus Fig. 8 zu entnehmen ist, kann auf ganz einfache Weise entsprechend der Formgebung des Umfanges des Schneidwerkzeuges A jede beliebige Form "der durch die Steuerkantenabschnitte 2a und 2b dargestellten obenliegenden Steuerkante erzeugt werden. Die Bearbeitung des Einschnittes 2 braucht auch nicht im Durchlaufverfahren zu geschehen, sondern kann auch durch Anfahren des Schneidwerkzeuges von außen her in Richtung zur Achnmitte des Kolbens um einen bestimmten Betrag oder durch eine schräg aufwärts verlaufende Vorschubbewegung des Werkzeuges erfolgen, so daß eine Form des Einschnittes erzielt wird, wie sie in Fig. k durch den Einschnitt 2' beispielsweise dargestellt ist.

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Claims

Ansprüche

1. Kolben für eine Kraftstoffeinspritzpurape für Brennkraftmaschinen, welcher axial- und drehbeweglich in einem Pumpenzylinder geführt ist und mindestens je eine obenliegende, den Förderbeginn bestimmende und eine untenliegende, das Förderende bestimmende Steuerkante aufweist, wobei beide Steuerkanten mit einer Kraftstoffsteuerbohrüng in der Wand des Purapenzylinders zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) einen in seine obere Stirnfläche (6) eingearbeiteten Einschnitt (2, 2', 2¹¹) aufweist, welcher am Umfang des Kolbens (1) mindestens zwei mindestens als Teil der obenliegenden Steuerkante dienende Steuerkantenabschnitte (2a, 2b, 2'a, 2'b, 2''a, 2^f'b, 2''c) mit gegenüber der oberen Stirnfläche (G) unterschiedlicher Steigung bildet.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (2, 2') zwei Steuerkantenabschni-tte (2a, 2b, 2'a, 2'b, 2"a, 2'*b) bildet, von denen der erste Abschnitt (?a, 2'a, 2''a) sich von der oberen Stirnfläche (6) schräg nach unten und der zweite Abschnitt (2b, 2'b, 2'"b) sich in entgegengesetzter Richtung von unten zur oberen Stirnfläche (6) hin erstreckt.

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3. Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuerkantenabschnitte (2''a, 2''b) an ihrem der oberen Stirnfläche (6) abgewandten Ende durch einen dritten, vorzugsweise annähernd parallel zur oberen Stirnfläche (6) verlaufenden Steuerkantenabschnitt (2^flc) miteinander verbunden sind (Fig. 5 bis 7).

k. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die untenliegende Steuerkante (3a, 3b, 3's, 3'b, 3'c) in an sich bekannter Weise von einer in den Umfang des Kolbens (1) eingearbeiteten Nut (3, 3^!) gebildet wird.

5. Kolben nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (3, 3') einen entsprechend dem Einschnitt (2, 2¹, 2'¹) geformten, geknickten oder gekrümmten Verlauf aufweist, der durch mehrere, die einzelnen Abschnitte (3a, 3b, 3'a, 3'b, 3'c) der untenliegenden Steuerkante bildenden Teilnuten gebildet wird.

6. Verfahren zur Bearbeitung des Kolbens nach" einem der Ansprüche

1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Einschnitt (2, 2', 2¹¹) in die obere Stirnfläche (6) des Kolbens (1) durch ein eine diesem Einschnitt entsprechende Form besitzendes Schneidwerkzeug (A) von außen her in Richtung zur Mittelachse des Kolbens (1) hin eingearbeitet wird (Fig. 8).

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schleifen des äußeren Umfanges des Kolbens (1) derselbe von einem Zentrierbolzen (S) gehalten wird, welcher von einer'von der oberen Stirnfläche (6) aus in die Mittelachse des Kolbens (1) gebohrten Zentrierbohrung (5i 5') aufgenommen wird (Fig. 9)·

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierbohrung (5) in den Boden einer als Sackloch ausgebildeten und von der oberen Stirnfläche (6) aus in die Mittelachse des Kolbens (1) gebohrten Längsbohrung (4) gebohrt wird, welche die Verbindung von der oberen Stirnfläche (6) zu der die untenliegende Steuerkante (3a, Jb, 3'a> 3'b, 3'c) erzeugenden Nut (3i 3¹) herstellt und so als Kraftstoffkanal dient. ,

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