DE2609296A1

DE2609296A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE2609296A1
Application number: DE19762609296
Authority: DE
Inventors: Paul Lakra
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1975-03-07
Filing date: 1976-03-06
Publication date: 1976-09-16
Also published as: US4019481A; JPS51143132A; IT1056899B; FR2303175A1; FR2303175B1; GB1538226A

Description

COHAUSZ & FLORACK

D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANN STR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

C.A.T. Limited Well Street GB-Birmingham 4· März 1976 Kraftstoffeinspritzsyst em

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinepritzsystem zur Zuleitung von Kraftstoff zu einem Brennkraftmotor, mit einem Akkumulator, in dem Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert wird, Pumpmitteln zum Laden des Akkumulators mit Kraftstoff, einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, einem Kraftstoffauslaß von einem Ende des Zylinders, wobei der KraftstoffauslB im Betrieb mit dem Einlaß einer Einspritzdüse des Motorsin Verbindung steht, in Tätigkeit setzbaren Ventilmitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem anderen Endes des Zylinders und dem Akkumulator dann, wenn dem Motor Kraftstoff zugeführt werden soll, wobei die Ventilmittel im offenen Zustand ein Fließen von Kraftstoff von dem Akkumulator zu dem anderen Ende des Zylinders gestatten, derart, daß eine Verdrängung des Kolbens bewirkt und dadurch Kraftstoff aus dem einen Ende des Zylinders herausgedrückt wird, einem Stoß piezoelektrischer Kristalle, die im erregten Zustand zur Erzeugung eines Eegeldruoks eingerichtet sind, der einen zweiten Kolben beaufschlägt, welcher einen Teil der Ventilmittel bildet, derart, daß die Ventilmittel in Tätigkeit gesetzt werden, und einem elektrischen Regelnetzwerk zur Hegelung des Betriebs des Stoßes Kristalle in zeitlicher Beziehung zum zugehörigen Motor.

Eines der Probleme, das mit einem solchen System einhergeht, besteht darin, daß dann, wenn ein erhöhter Durchfluß durch die Ventilmittel erhalten werden soll, das Volumen der Flüssigkeit, das unter den Eegeldruck gesetzt werden muß, größer werden muß. Um das zu erreichen,

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ist es erforderlich, die Größe des Stoßes Kristalle zu vergrößern, und das bringt praktische Schwierigkeiten mit sich bezüglich der Aufnahme der Kristalle, und das bringt auch Schwierigkeiten insofern mit sich, als zusätzliche Energie bereitgestellt werden muß, um die Kristalle .zu erregen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches System in einfate er und zweckmäßiger Form zu schaffen.

Erfindungsgemäß ist ein System der genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmittel einen zweiten Zylinder aufweisen, wobei der zweite Kolben gleitend in diesem Zylinder sitzt, ferner einen Ventilkopf, der mit dem zweiten Kolben durch eine Partie reduzierter Querschnitt sf lache in Vergleich su dem Kolben verbunden ist, einen Ventilsitz zum Zusammenwirken mit dem Kopf, einen Auslaß von dem zweiten Zylinder zwischen dem Kolben und den Ventilkopf, webei der Auslaß mit dem anderen Ende des erstgenannten Zylinders verbunden ist, der Ventilkepf dureh den Druck von Kraftstoff in dem Akkumulator so beaufschlagbar ist, daß der Ventilkopf dureh den Druck von Kraftstoff in dem Akkumulator gegen den Sitz gedruckt wird, einen dritten Zylinder, einen in dem dritten Zylinder verschiebbaren dritten Kolben, der an dem zweiten Kolben angreift, einen vierten Zylinder und einen vierten Kolben in dem vierten Zylinder, wobei der vierte Kolben an dem dritten Kolben angreift und an seinem vom dritten Kolben abgewandten Ende durch Kraftstoffdruck in dem Akkumulator beaufschlagbar ist, wobei die Querschnittsflächeidee zweiten und des vierten Kolbens im wesentlichen gleich sind und auch im wesentlichen gleich dem Sitzfuerschnitt des Ventilkopfs sind, wobei die Qaerschnittaflache des dritten Kolbens geringer als die des vierten Kolbens ist, wobei der Begeldruck die auf einander zu gerichteten Flächen des zweiten und des dirtten Kolbens beaufschlägt, und Mittel zur Lieferung eines Stutsdrucks für die aufeinander zu gerichteten Flächen des dritten und vierten Kolbens, webei der Regeldruck bei erregtem Stoß Kristalle höher als der Stützdruck ist, jedoch auf einen Wert unter den Stttadruck abfällt, wenn die Kristalle entregt sind, wobei die Anordnung eine solche ist, dal bei Erregung der Kristalle der VentiLkopf vom Sitz wegbewegt wird, der- -

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art, daß ein Fließen von Kraftstoff rom Akkumulator hub erstgenaannten Zylinder ermlglieht wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiele tinte r Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind χ

Fig. 1 eine schematisohe Darstellung des Systems und Fig. 2 eine Einzelheit des in Blockform in Fig. 1 gezeigten Systems.

Gemäß Fig. 1 ist ein Akkumulator 10 verge sehen, in dem Kraftstoff unter hohem Druck enthalten ist. Der Kraftstoff wird dem Akkumulator durch eine Hochdruckpumpe 11 zugeleitet. Ferner ist eine Niederdruckpumpe 12 mit einem Auslat 15 vorgesehen. Die Pumpen 11 und 12 werden rom Motor angetrieben, dem die Vorrichtung zugeordnet ist, und sie arbeiten ständig. Wie in Fig. 1 ferner gezeigt ist, ist eine Kraftstoff einspritzdüse 14 vorgesehen, bestehend aus einem in einer Bohrung verschiebbaren Yentilglied I5, das in abgestufter Form vorgesehen ist und dessen schmaleres Ende mit einem Sitz zusammenwirkt, der den Durchfluß ven Kraftstoff durch Kapillariffnungen 16 zu einem Brennraum des zugehörigen Motors bestimmt. Das breitere Ende des Yentilglieds 15 ist mit dem Auslaß des Akkumulators 10 verbunden, und die unterschiedliche Querschnittsflache des Yentilglieds 13 kann durch einen Kraftstoffdruck beaufschlagt werden, der hoher als der Akkumulatordruek ist, und zwar durch ein Bohr 17, das mit dem Einlaß der Einspritzdüse in Verbindung steht.

Das System enthält eine Bohrung 16, die koaxial zu einer weiteren Bohrung größeren Durchmessers liegt. In der Bohrung 18 sitzt ein Kolben 20, und das Ende der Bohrung 18, das von der Bohrung 19 entfernt liegt, steht mit dem Sehr 17 in Verbindung. Ferner sitzt in der Bohrung 13 ein Yentilglied 21 mit einer Durchgangsbohrung, titarch die das Bohr 17 in ständige Verbindung mit der Bohrung 18 gesetzt wird. Das Ventilglied hat eine Ke pf par tie, die mit einem Sitz zusammenwirken kann, wobei die Kopfpartie und der Sitz einen größeren Durchmesser als die übrige Partie des Ventilgliesds haben. Der Saum, der unter dem Yentil-

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kopf gebildet ist, steht mit den Auslaß I3 der Niederdruckpumpe 12
in Verbindung. Das Ventilglied iat durch eine Schraubendruckfeder
in Eontakt mit dem Sitz gespannt.

Die Bohrung 19 nimmt einen Kolben 22 auf, der an dem Kolben 20 angreift, und der Kolben 22 hat einen gr©fieren Durchmesser als der Kolben 20. Der τοη den beiden Kolben und der Bohrung 19 gebildete ringförmige Raun steht mit einem Abfluß in Verbindung. Ferner ist der
Kolben 20 mit einem magnetischen Element versehen, das mit einer
Meßwicklung 23 zusammenwirkt, um eine Anzeige der Position der Kolben 20 und 22 zu liefern.

Das Ende der Bohrung 19» das von der Bohrung 198 entfernt liegt, kann in Verbindung mit dem Akkumulator 10 über Ventilmittel 23 oder mit
einem Abfluß mittels Ventilmittel 24 gesetzt werden. Die Ventilmittel 24 weisen einen Ventilkopf 25 auf, der in Kontakt mit einem Sitz
durch einen druckbetätigten Stößel 26 bewegbar ist. Ferner ist ein
weiterer Stößel 27 mit dem Ventilkopf verbunden, und die Wirkung dieses Stößels besteht darin, den Ventilkopf 25 druckauszugleichen· Das
Ventil 24 ist in die offene Position federgespannt, in der es gezeigt ist.

TJm den Stößel 26 und auch den entsprechenden Veil der Ventilmittel 23 zu betätigen, ist ein Stoß 23 piezoelektrischer Kristalle vorgesehen, nnd die Erregung dieser Kristalle wird von einer Regelschaltung bestimmt, die Signale erhält, welche die Position der rotierenden Teile des Motors wiedergeben, und außerdem Signale, die die Istmotordrehzahl und die Sollmotordrehzahl wiedergeben. Darüber hinaus ist die
Regelschaltung mit einem Signal belieferbar, das die Position der Kolben 20 und 22 anzeigt, und zwar von der Spule 23. Der Stoß Kristalle
28 bewirkt im erregten Zustand eine Bewegung eines Kolbens 30 zur Erzeugung eines Regeldrucks, mit dem der Stößel 26 und die Ventilmittel 23 beaufschlagt werden, und bei einer solchen Beaufschlagung wird das Ventil 24 geschlossen, und die Ventilmittel 23 werden geöffnet. Ferner steht der Raum, in dem der Regeldruck erzeugt wird, mit dem Auslaß 13 der Niederdruckpumpe über ein federbelastetes Einwegeventil 3I in Ver-

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bindung, und dieses Ventil kann sich öffnen, wenn die Kristalle sich im entspannten Zustand befinden, um einen enventuellen Verlust von Medium aus dem genannten Haue auszugleichen.

Wenn im Betrieb der Stoß Kristalle 28 voll erregt ist, sind die Ventilmittel 24 geschlossen und die Ventilmittel 23 ge«ffnet, und Kraftstoff vom Akkumulator beaufschlägt den Kolben 22, um eine Bewegung des Kolben« 22 und des Kolbens 20 zu bewirken, und Kraftstoff wird aus der Bohrung 18 verdrängt und fließt durch das Bohr 17, um das Ventilglied 15 der Einspritzdüse zu beaufschlagen. Weil der Kelben 22 einen größeren Durchmesser als der Kelben 20 hat, ist der Druck des Kraftstoffs, der dem Ventilglied augeführt wird, höher als der des Akkumulators, und das Ventilglied I5 wird deshalb von seinem Sitz abgeheben, so daß Kraftstoff dem Motor zugeleitet wird. Während einer weiteren Bewegung der Kolben 22 und 20 greift der letztere Kolben am Ventilglied 21 an und hebt es von seinem Sitz, und der Effekt einer solchen Bewegung ist der, daß das Einspritzen von Kraftstoff in den Motor beendet wird. Der überschüssige Kraftstoff verläßt die Bohrung 18 und fließt zum Auslaß der Niederdruckpumpe. Zur gleichen Zeit, zu der der Druck im Sohr I7 gemindert wird, bewegt sich das Ventilelement 13 schnell in Kontakt mit seinem Sitz unter der Wirkung des Drucks vom Akkumulator 10*

Der Stoß Kristalle wird dann entregt, und der Effekt davon ist, daß ein Schließen der Ventilmittel 23 und ein öffnen der Ventilmittel 24 bewirkt wird. Wenn das geschieht, hebt Kraftstoff von der Niederdruckpumpe 12 das Ventilglied 21 von seinem Sitz, und Kraftstoff tkann in die Bohrung 18 fließen, um damit eine Bewegung der Kelben 20 und 22 zu beiwirken. Der Kraftstoff, der aus der Bohrung 19 vefcrdrängt wird, fließt durch die Ventilmittel 24 zu einem Abfluß. Eine solche Bewegung kann weitergehen, bis ein Signal von der Spule 23 entsteht, das anzeigt, daß ausreichend Kraftstoff in die Bohrung 18 gelangt ist, und wenn ein solches Signal empfangen wird, wird der Stoß Kristalle teilweise in einem Maß erregt, daß nur ein Schließen der Ventilmittel 24 bewirkt wird. Das System ruht dann in diesem Zustand, bis das nächste Einspritzen von Kraftstoff erforderlich ist, und dann wird der Stoß Kristalle 28 voll erregt, um den genannten Eegeldruck zu erzeugen, der

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die Ventilmittel 25 iffnet.

In Pig. 2 sind die Ventilmittel 25 in ihren Einzelheiten gezeigt.

Die Ventilmittel 23 weisen einen sogenannten zweiten Zylinder 32 auf, der eine Hut zwischen seinen Enden hat, die Bit einen Abfluß verbunden ist. In des zweiten Zylinder sitzt ein sogenannterzweiter Kolben 33, der mit einem Ventilkopf 54 über eine Partie reduzierter Querschnitt sf lache verbunden ist. Der Ventilkopf 34 wirkt mit einem Sitz zusammen, der am Ende des Zylinders 32 gebildet ist, und die Partie des Zylinders zwischen dem Kolben 35 und dem Ventilkopf 34 steht über einen Kanal mit der Bohrung 19 in Verbindung. Ferner erstreckt sich der Ventilkopf 34 in eine Kammer, die mit dem Akkumulator 10 in Verbindung steht. Die Qaerschnittsflache des Kolbens 55 ist gleich der Sitzquerschnittsfläche des Ventilkopfs 54, d.h. der Qaerschnittsfläche, die im Sits liegt, und die Anordnung ist eine solche, daß der Akkumulatordruck bestrebt ist, den Kopf 54 in Kontakt mit dem Sitz zu drücken, se daJ kein Fließen von Kraftstoff vom Akkumulator zur Bohrung 19 erfolgt.

Ferner ist ein dritter Zylinder 55 vorgesehen, in dem sich ein dritter Kolben 3$ befindet, und dieser dritte Kolben 36 hat eine gerundete Endpartie, die am Kolben 55 angreift. Die Qnersehnittsflache des Kolbens 56 ist kleiner als die des ^Kolbens 55, und der Regeldruck beaufschlägt die aufeinander zu gerichteten Flächen der beiden Kolben. Ferner ist ein vierter Zylinder 37 vorgesehe, und im vierten Zylinder ist ein vierter Kolben 38 verschiebbar, dessen Querschnittsfläche im wesentlichen gleich der Querschnittelache des Kalbens 33 ist. Zwischen die Kolben 36 und 58 ist ein Federwiderlager 39 für eine Schraubendruckfeder 40 geschaltet, die so wirkt, daß der Kolben 38 vom Kolben 55 weggedrückt wird. Die Flächen der Kolben, die auf die Widerlagerplatte 39 zeigen, sind gekrümmt, und ein Kanal ist vorgesehen, der mit dem Auslaß I3 der Kiederdruckpumpe 12 in Verbindung steht, se daß der von dieser Pumpe erzeugte Druck die beiden Kolben beaufschlagen kann.

Der Hegeldruek, der entsteht, wenn der StoJ Kristalle 28 veil erregt

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wird» ist größer als der Druck an Auslaß I3 der Niederdruckpumpe 12. Venn der Stoß Kristalle jedoch entregt wird, ist er niedriger als der an Auslaß I3 der Niederdruckpumpe erzeugte Druck, und zwar um ein Maß, das im wesentlichen gleich dem Druckabfall an dem Einwegeventil 3I ist.

Sie druoh den Druck vom Akkuaulator durch Beaufschlagung der verschiedenen Teile der Ventilmittel erzeugten Kräfte werden im Setrieb allzeit ia wesentlichen ausgeglichen, weil die Querschnittsflächen des Kolbens 58, des Kolbens 33 und des Yentilkopfs 34 im wesentlichen gleich sind. Der Effekt ist deshalb der, daß dann, wenn der Eegeldruck unter dem Druck am Auslaß der Pumpe I3 liegt, die verschiedenen Funktionsteile die Position einnehmen, 4in der sie in Pig. 2 gezeigt sind. Venn der Eegeldruck jedech erhöht wird, und zwar über den Druck am Auslaß 13t bewirkt das Kräfteungleichgewicht eine Bewegung der verschiedenen Funktionsteile in Sichtung nach unten, um damit ein Fließen von Kraftstoff vom Akkumlator zur Bohrung 19 zu gestatten. Die Aufgabe der Feder 40 ist es, sicherzustellen, daß der Eegeldruck auf einen betimmten Wert steigen muß, ehe ein öffnen der Ventilmittel erfolgt.

Die Anordnung der Ventilmittel 25 ist derart, daß ein vergleichsweise geringes Yelumen an Kraftstoff erforderlich ist, um ein Öffnen der Venteilmittel zu bewirken, und man muß sich vergegenwärtigen, daß sich zu keiner Zeit die Kolben 33, 35 und 38 voneinander trennen. Die Erhöhung des Volumens des Baums, dem der Eegeldruck zugeleitet wird, ist dehshalb sehr viel kleiner, als das beispielsweise dann der Fall ist, wenn ein einfacher Stößel benutzt wurde, wie bei den Ventilmitteln 24. Es ist mit dieser Konstruktion deshalb möglich, einen vergleichsweise kleinen Stoß piezoelektrischer Kristalle zu benutzen, was die Unterbringung der Kristalle vereinfacht und den elektrischen Energiebedarf verringert, der anderenfalls erforderlich wäre, um die Kristalle zu erregen.

Ansprüche

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Claims

S 26Ü9296 Aoasriisfce

1. Krafteteffeinspritzaystem zur Zuleitung von Kraftstoff zu einem Brennkraftmotor, mit einem Akkumulator, in dem Kraftstoff unterhohem , Druck gespeichert wird, Pumpmitteln zum Laden des Akkumulators mit Kraftstoff, einem in einem Zylinder verschiebbaren Kolben, einem Kraftstoffauslas von einem Ende des Zylinders, wobei der Kraftstoffauelaß im Betrieb mit dem Einlaß einer Einspritzdüse des Motors in Verbindung steht, in Tätigkeit setzbaren Ventilmitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem anderen Ende des Zylinders und dem Akkumulator dann, wenn dem Motor Kraftstoff zugeführt werden soll, wobei die Ventilmittel im offenen Zustand ein Fließen von Kraftstoff von dem Akkumulator zu dem anderen Ende des Zylinders gestatten, derart, daß eine Verdrängung des Kolbens bewirkt und dadurch Kraftstoff aus dem einen Ende des Zylinders herausgedrückt wird, einem Stoß piezoelektrischer Kristalle, die im erregten Zustand zur Erzeugung eines Regeldrucks eingerichtet sind, der einen zweiten Kolben beaufschlägt, welcher einen Teil der Ventilmittel bildet, derart, daß die Ventilmittel in Tätigkeit gesetzt werden, und einem elektrischen Regelnetzwerk zur Regelung des Betriebs des Stoßes Kristalle in zeitlicher Bezeiehung zum zugehirigen Motor, dadurch gekennzeichnet, daf die Ventilmittel einen zweiten Zylinder aufweisen, wobei der zweite Kolben gleitend in diesem Zylinder sitzt, ferner einen Ventilkopf, der mit dem zweiten Kolben durch eine Partie reduzierter Quer-Bchnitteflache in Vergleich zu dem Kolben verbunden ist, einen Ventilsitz zum Zusammenwirken mit dem Kopf, einen Auslaß von dem zweiten Zylinder zwischen dem Kolben und dem Ventilkopf, wobei der Auslaß mit dem anderen Ende des erstgenanten Zylinders verbunden ist, der Ventilkopf durch den Druck von Kraftstoff in dem Akkumulator so beaufschlagbar ist, daß der Ventilkopf durch den Druck von Kraftstoff in dem Akkumulator gegen den Sitz gedrückt wird, einen dritten Zylinder, einen in dem dritten Zylinder verschiebbar dritten Kolben, der an dem zweiten Kolben angreift, einen vierten Zylinder und einen vierten Kolben in dem vierten Zylinder, wobei der vierte Kolben an dem dritten Kolben angreift und an seinem vom dritten Kolben abgewandten Ende durch Kraftstoffdruck in dem Akkumulator beaufsohlagbar ist, wobei die Querschnittsflächen des zweiten und des vierten Kolbens im wesentlichen

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gleich sind und auch im wesentlichen gleich der Sitseuerschnittsfläche des Tentillcopf β rind, wobei die Querschnitt·*lache des dritten Kolbens geringer als die des vierten Kolbens ist, wobei der Segeldruck die aufeinander zu gerichteten flächen des zweiten und des dritten Kolbens Beaufschlagt, und Mittel zur Lieferung eines Stütsdrucks für die aufeinander zu gerichteten Flächen des dritten und vierten Kolbens, wobei der Begeldruck bei erregten Stoß Kristalle höher als der Stützdruck ist, jedoch auf einen Wert unter den Stützdruok abfällt, wenn die Kristalle entregt sind, wobei die Anordnung eine selche ist, dafl bei Erregung der Kristalle der Ventilkopf vom Sitz wegbewegt wird, derart, daß ein Fließen von Kraftstoff von Akkumulator zum erstgenannten Zylinder ermöglicht wird. ■'■

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durche ine Pumpe zur Lieferung des Stützdrucks.

3· System nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Fedemittel zur Entwicklung einer Kraft, die sich der Bewegung des zweiten, dritten und vierten Kolbens durch den Begeldruck entgegenstellt.

4· System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel eine Schraubendruckfeder sind, die gegen ein Widerlager wirkt, das zwischen den dritten und vierten Kolben gelegt ist.

5· System nach Anspruch 4t gekennzeichnet durch einen Einlaß zu dem einen Ende des erstgenannten Zylinders, wobei dieser Einlaß mit einer Kraftsteffcuelle in Verbindung steht, und ein betätigbares Ventil zum EsmgSlichen eines Fließen« von Kraftstoff in das eine Ende edes weiteren Zylinders dann, wenn die Ventilmittel geschlossen sind.

6. System nach Anspruch 5, gekennzeichne t durch weitere von dem Regeldruck betätigbare Ventilmittel, die bei Entregung des Stoßes Kristalle ein Wegwandern des erstgenannten Kolbens von dem einen Ende des Zylinders unter der Wirkung von Kraftstoff unter Druck gestatten, der in das eine Ende des erstgeannten Zylinders fließt.

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7> System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, die Pumpe eine Kraftstoffpumpe ist und die Kraftstoffquelle bildet.

8. System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen tob StoS Kristalle bewegbaren Solben zur Erzeugung des Eegeldrucks.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Ventilmittel durch den erstgenannten Kolben während sieiner Bewegung zu dem einen Ende des Zylinders hin zu« Beenden der Zufuhr Ton Kraftstoff durch den Kraftstoffauslaß betätigbar sind.

10. System nach Anspruch 91 gekennzeichnet durch eineKraftetoffeinspritzdüse, die ein Differentialventil enthält, das durch Kraftstoff unter Druck von dem Kraftstoffauslaß in eine offene Position bewegbar ist.

11. System nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erstgenannte Zylinder ein abgestufter Zylinder ist, dessen schmalere Partie den erstgenannten Kolben entlSLt und dessen breitere Partie einen Betätigungskolben enthält, der am erstgenanten Kolben angreift, derart, daß der am Kraft stoff auslaß erzeugte Druck höher als der Druck des Kraftstoffs im Akkumulator sein kann.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialventil durch Kraftstoff unter Druck von dem Akkumulator in die geschlossene Position gedruckt wird.

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