DE3011097A1 - Kraftstoffeinspritzanlage fuer selbstzuendende brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzanlage fuer selbstzuendende brennkraftmaschinen

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Wilfried 7257 Ditzingen Sautter
Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Stumpp
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Description

R. 6187
7.3.1980 Su/Kö
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
Kraftstoffeinspritzanlage fUr seibstzündende Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art fördert der Pumpenkolben der Einspritzpumpe so lange in den Kraftstoffspeicher, bis gegen Ende des Hubes durch den Kraftstoff ein Ventil aufgestoßen wird, über welches die Verbindung zur Druckleitung hergestellt wird. Erst ab diesem Zeitpunkt beginnt die Einspritzung, deren Menge zum Teil aus der Restförderung des Pumpenkolbens sowie zum Teil aus der bereits in den Speicher geförderten Menge besteht. Obwohl der Speicherdruck bei dieser Anlage steuerbar ist, und trotz einem Sicherheitsventil des Speicherraumes wohl meist die in den Speicherraum geförderte Kraftstoffmenge und damit verlustarm zur Einspritzung gelangt, entspricht die Einspritzdauer mehr oder weniger der Einspritzmenge. Die Einspritzmenge selbst wird jedoch durch eine Schrägkantensteuerung durch Verdrehen des Pumpenkolbens bestimmt, so daß die
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Förderung über den Speicher den Sinn hat, den Förderdruck weitgehend unabhängig von der Drehzahl zu haben. Da jedoch der Druck bei zunehmender Fördermenge steigt aufgrund der dann zunehmenden Rückstellkraft des Speichers erfolgt die Drucksteuerung mengen- oder lastabhängig, anstatt wie üblich drehzahlabhängig. Von den Motorherstellern wird jedoch gefordert, daß bei niederen Drehzahlen, beispielsweise im Leerlauf- und Tei11astbereich, die Einspritzdauer verhältnismäßig lang ist, um damit einen Leiselauf der Brennkraftmaschine zu erzielen. Durch die bekannte Einrichtung ist diese Forderung durch das sich Loslösen von der Drehzahl für die Drucksteuerung nicht erfüllbar, genausowenig wie bei den üblichen Steuerungen, bei denen nur die Drehzahl maßgebend ist.
Bei einer anderen bekannten Kraftstoffeinspritzanlage wird die Spritzzeitverlängerung im Leerlauf- und Teillastbereich durch Abströmen einer Teilmenge bewirkt, die aufgrund des Drehzahlreglers mengenmäßig kompensiert wird. Die abgeflossene Menge ist jedoch eine Verlustmenge, die nicht bei dem Einspritzvorgang ausgenutzt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Forderungen der Motorhersteller, insbesondere an Leiselauf aber auch an eine Verringerung der Abgasgifte sowie sonstiger Motorkenngrößen, wesentlich leichter und besser erfüllt werden, als bei den bekannten Anlagen. Insbesondere durch das Zusammenfassen von einem Speicher für mehrere Kraftstoffdruckleitungen
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ergibt sich zudem eine erhebliche Kosteneinsparung. Zeichnung
Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind mit verschie denen Varianten in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Beschreibung der Erfindungsbeispiele
In dem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet ein hin- und hergehender und gleichzeitig rotierender Pumpenkolben 2, der mit dem Gehäuse 1 einen Pumpenarbeits raum 3 begrenzt. Die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzmenge wird durch einen um den Pumpenkolben 2 angeordneten Ringschieber 4 bestimmt, der durch einen nicht dargestell ten Regler axial verschiebbar ist und eine im Pumpenkolben 2 verlaufende und in den Pumpenarbeitsraum 3 mündende Bohrung 5 steuert. Nach Aufsteuern der Bohrung 5 durch den Ringschieber 4 kann der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 3 in den den Ringschieber 4 umgebenden Saugraum 6 strömen, aus dem auch über nicht dargestellte Kanäle der Pumpenarbeitsraum 3 mit Kraftstoff versorgt wird. Diese Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet mit einem Speicher 7 zusammen, der einen Speicherraum 8 aufweist, welcher einerseits, von einem Gehäuse 9, andererseits von einem Speicherkolben 10 begrenzt ist. Der Speicherkolben 10 ist durch eine Feder 11 belastet, die in einem an sich geschlossenen Raum 12 angeordnet ist. Der Speicherkolben 10 wird zur Speicherdruckbestimmung nicht nur durch die Feder 11, sondern auch durch den im Raum 12 herrschenden Druck beaufschlagt, welcher steuerbar ist. Die Versorgung des Raums 12 mit Flüssigkeit, insbesondere Kraftstoff,
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erfolgt über eine Versorgungsleitung 13, in der ein Rückschlagventil ' 14 angeordnet ist.
Bei diesem ersten in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Druck im Federraum 12 über einen Ringschieber 15 gesteuert, der eine Entlastungsbohrung 16 im Speicherkolben 10 steuert, welcher einerseits mit dem Raum 12 verbunden ist und andererseits nach Aufsteuerung durch den Ringschieber 15 in einen Raum niederen Drucks 17 mündet, der vorzugsweise mit dem Saugraum 6 verbunden ist. Der Speicherkolben 10 wird demnach so lange nur durch die Feder 11 zur Speicherdruckbestimmung (Speicher 8) belastet, bis die Bohrung 16 bei der Auffüllung des Speichers 8 und der entsprechenden Verschiebung des Speicherkolbens 10 durch den Ringschieber 15 gesperrt wird, so daß sich ab diesem Zeitpunkt im Federraum 12 ein hydraulischer Druck zusätzlich aufbauen kann. Je nachdem, welche Lage der Ringschieber 15 einnimmt, ist der Beginn dieser Speicherdruckaufbauung früher oder später und entsprechend das aufgenommene Speichervolumen kleiner oder größer.
Während des Druckhubs des Pumpenkolbens 2 strömt der Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 3 und eine von der Bohrung 5 abzweigende Verteilerbohrung 18 in jeweils eine der Druckleitungen 19, die zu den am Motor befindlichen Kraftstoffeinspritzdüsen führen und von denen so viel Leitungen um den Verteiler angeordnet sind, wie Motorzylinder mit Kraftstoff zu versorgen sind. Zwischen Pumpenarbeitsraum 3 und dieser Leitung 19 ist ein Rückschlagventil 20 angeordnet, welches verhindert, daß der Kraftstoff aus der Leitung zurück in den Pumpenarbeitsraum strömen kann. Von dieser Leitung 19 zweigt eine Speicherleitung 21 zum Speicherraum 8 ab, in der ein Standdruck-
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ventil 22 angeordnet ist. Dieses Ventil besteht aus einem beweglichen Ventilteil 23, welches durch eine Schließfeder 24 belastet ist und einen Druckausgleichkolben 25, der in einen Raum niederen Drucks 26 taucht. Solange in der Druckleitung 19 niedererer Druck als im Speicherraum 8 herrscht, bleibt das Standdruckventil 22, sofern es geschlossen ist, auch weiterhin geschlossen. Ist es jedoch offen, so wird es aufgrund der Druckdifferenz zwischen Speicherleitung 21 und Entlastungsleitung 26 durch die in Öffnungsrichtung wirkende Querschnittsfläche des Kolbens 25 offengehalten, so lange, bis der Druck in der Druckleitung 19 auf Standdruck zurückgefallen ist.
Die in Figur 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzanlage arbeitet wie folgt: Sobald die Kraftstoffeinspritzpumpe 2, 3 zur nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzdüse fördert, gelangt aufgrund der hydrodynamischen Verhältnisse und der Abstimmung zwischen beaufschlagten Flächen und belastenden Federn von Einspritzdüse und Kraftstoffspeicher 7 ein Teil der geförderten Kraftstoffmenge in den Speicherraum 8. Diese Menge wird durch den Ringschieber 15 bestimmt. Der durch Speicherkolben 10, Querschnittsfläche und Speicherfeder 11 bestimmte Speicherdruck ist in jedem Fall höher als der Druck, der erforderlich ist, die Kraftstoffeinspritzdüse offen zu halten. Sobald die Kraftstoffeinspritzpumpe ihre Förderung beendet hat, wird aus dem Speicher 8 die dort vorgelagerte Menge zur Einspritzdüse, gefördert und eingespritzt. Nach Beendigung dieser Nachförderung schließt die Einspritzdüse und danach das Standdruckventil 22, so daß eine neuerliche Förderung beginnen kann. Hierdurch ist die Spritzdauer in beliebiger Weise verstellbar. Oe nachdem, wieviel
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Kraftstoff vom Speicher 8 aufgenommen wurde, desto länger ist die Gesamteinspritzdauer. Aufgrund dieser weitgehend unabhängigen Bestimmbarkeit der Spritzdauer sind bezüglich Kraftstoffverbrauch, Geräusch sowie Abgasentgiftung optimale Bedingungen erzielbar. Der Ringschieber 15 kann durch einen entsprechend Motorkenngrößen berücksichtigenden Regler betätigt werden. Der Speicher 7 kann je nach zur Verfugung stehender Zeit oder geplanter maximaler Spritzdauer für alle Druckleitungen einer Einspritzpumpe verwendet werden, weshalb eine weitere Speicherleitung 21 angedeutet ist.
Der besseren Übersicht wegen sind bei den nun folgenden Ausführungsbeispielen und Varianten die diesem ersten Beispiel entsprechenden Teile mit denselben Bezugszahlen versehen, wobei bei abweichender Gestaltung ein Index angebracht ist.
Bei dem in Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind-ledig!ich die Kraftstoffspeicher ohne die Kraftstoffeinspritzpumpe dargestellt, wobei vier Speicher 7' zu einer Batterie in einem Gehäuse 9' zusammengeschlossen sind. Einer dieser vier Speicher 71 ist im Längsschnitt dargestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel gelangt.der Kraftstoff von dem hier nicht dargestellten Pumpenarbeitsraum über die Speicherleitung 21' in den Speicherraum 8'. Der Speicherkolben 10' wird gegen die Speicherfeder 11 verschoben. Zur Steuerung des Drukkes im Federraum 12 mündet die Bohrung 16 in eine Ringnut 28 auf der Mantelfläche des Speicherkolbens 10', welche eine schräge Begrenzungskante 29 aufweist. Der Speicherkolben 10' arbeitet in einer Buchse 30, die von einem Raum 17' niederen Drucks umgeben ist. In der Buchse 30
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ist eine Entlastungsbohrung 31 angeordnet, die in der dargestellten Lage des Speicherkolbens 10' in überdeckung mit der Ringnut 28 steht und während des Hubs des Speicherkolbens durch die schräge Begrenzungskante 29 je nach Drehlage des Speicherkolbens 10' früher oder später zugesteuert wird. Sobald diese Entlastungsbohrung 31 zugesteuert ist, staut sich der Druck im Raum 12. Auf der Mantelfläche des Speicherkolbens 10' ist eine Verzahnung 32 vorgesehen, die mit einer alle vier Speicherkolben betätigenden Zahnstange 33 zusammenwirkt. Grundsätzlich arbeitet dieses Ausführungsbeispiel wie das vorher beschriebene.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Kraftstoffeinspritzpumpe eine Reihenpumpe 35 verwendet, bei der jeder Druckleitung 19" ein Pumpenzylinder zugeordnet ist. Die Standdruckventile 22" in den von diesen Druckleitungen abzweigenden Speicherleitungen 21" sind als Kolbenventile ausgebildet, bei denen der durch die Feder 24ll belastete Kolben 23" mit seiner Stirnkante den Durchgang der Speicherleitung 21" steuert. Im Prinzip arbeiten diese Standdruckventile 22" wie jene aus dem ersten Ausführungsbeispiel.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind mehrere Kraftstoffdruckleitungen 19" mit einem Speicher 7" verbunden - beispielsweise alle sechs Druckleitungen mit dem einen Speicher. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen wird hier keine Steuerung durch den Speicherkolben 10" selbst vorgenommen, sondern es wird durch ein Ventil 36 der Druck im Federraum 12" bestimmt. Der über das Rückschlagventil 14" in den Federraum 12" strömende Kraftstoff kann über das Ventil 36 abströmen, bis durch Um-
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schalten durch ein Stellwerk 37, welches vorzugsweise magnetisch arbeitet, der Abfluß gestoppt wird. Das Speichervolumen im Speicherraum 8" wird somit über das Stellwerk 37 bzw. das Ventil 36 bestimmt. Hierbei ist auch denkbar, daß lediglich der Durchgangsquerschnitt und damit die Abflußmenge pro Zeiteinheit bestimmt wird, so daß sich auch bei unverändertem Abflußquerschnitt des Ventils 36 die aufgenommene Kraftstoffmenge im Speicher 8" drehzahlabhängig und lastabhängig ändert.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird aus dem Pumpenarbeitsraum 3 unmittelbar in den Speicherraum 8"1, und zwar über ein Rückschlagventil 38. Von diesem Speicherraum 8"1 führt die Druckleitung 19"' wieder zurück zum Verteilerkolben2"' , um über diesen mit Hilfe einer Ringnut 39 und der Verteilernut 18"' zu den Kraftstoffeinspritzdüsen geleitet zu werden.
Der Abfluß aus dem Federraum 12'"erfolgt wiederum über ein Ventil 36"', das durch einen Stellmotor 37"' im Durchgangsquerschnitt änderbar ist. Der Stellmotor 37"' kann als Drehmagnet ausgebildet sein, wobei jeder Drehstellung ein anderer Durchgangsquerschnitt am Ventil 36"' entspricht. Wie in Figur 5 dargestellt, kann der Durchgang des Ventils als Laminarschlitz 40 gestaltet sein, so daß eine Kompensation der temperaturabhängigen Viskosität des Kraftstoffes erfolgt. Wenn der Kraftstoff bzw. die Kraftstoffeinspritzanlage wärmer ist und entsprechend die Viskosität des Kraftstoffes abgenommen hat, ist der Durchgang an der Kraftstoffeinspritzdüse kurzfristiger als bei kaltem Kraftstoff. Soll dieses kompensiert werden, so muß bei warmem Kraftstoff oder warmer Anlage vom Speicher mehr Kraftstoff zwischengelagert werden, um.die gewünschte Ein-
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spritzdauer zu gewährleisten. Bei der in Figur 5 dargestellten Laminardrossel strömt bei warmer Brennkraftmaschine mehr Kraftstoff durch den Laminarschlitz 40 als bei kaltem Brennstoff, so daß der Speicherkolben 10"' einen längeren Ausweichhub pro Einspritzung zurücklegen kann.
In Figur 6 ist dieses Abflußventil 36" als hydraulisch betätigter Kolben ausgebildet, der den Laminarspalt 40" steuert und durch eine von einem Magnetventil 41 gestaute Flüssigkeit in einem Raum 42 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 43 verschiebbar ist. So ein Magnetventil 41 kann beispielsweise auch getaktet oder einen Drosselquerschnitt bestimmend arbeiten.
In Figur 7 ist der einspritzseitige Abschnitt einer Kraftstoffeinspritzdüse dargestellt mit einem Düsenkörper 45 der Spritzöffnung 46 und einem Venti1 nadel zapfen 47. Am Ventilnadelzapfen 47 ist dem Brennraum zugewandt ein Bund 48 vorgesehen, der gegenüber der Spritzöffnung 46 eine konstante Blende in Form eines Ringspalt bildet. Hierdurch ist gewährleistet, daß eine gute Abgleichung zwischen Düse und Ventil 36 gegeben ist.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Pumpenarbeitsraum 31 unmittelbar mit dem Speicherraum 8.' verbunden, was jedoch erhebliche Anforderungen an die Abstimmung von Feder 11 sowie Druck im Federraum 12 ver- . langt. Der Kraftstoff wird über die Verteilernut 18' vom Pumpenarbeitsraum 3' direkt in die Druckleitungen 19' gefördert.
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In Figur 9 ist eine Variante der Ausführungsbeispiele gezeigt, bei der der Speicherkolben 10"' als Stufenkolben ausgebildet einen Abschnitt 41 größeren Durchmessers aufweist. Dies bewirkt eine entsprechende Druckübersetzung zwischen dem Federraum 12"' und dem Speicherraum 8"' .
In Figur 10 ist eine Variante des in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt, bei der in der Druckleitung 19"' zwischen Spei eherraum 8"' und Ringnut 39 des Verteilers eine einseitig wirkende Drosselblende 43 eingeschaltet ist. Hierdurch ist gewährleistet, daß innerhalb der Kraftstofflihrung bis zur Einspritzung eine Viskosität erfassende Blende vorgesehen ist, wie sie - wie weiter oben beschrieben - beispielsweise durch eine Einspritzdüse beschrieben sein kann. Hierdurch ist eine Abstimmung mit einer Laminardrossel (Figur 5, 6) unabhängig von der Kraftstoffeinspritzdüse möglich.
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Claims (1)

  1. 7.3.1980 Su/Kö
    ROBERT BOSCH GMBH5 7000 Stuttgart 1
    Ansprüche
    1/ Kraftstoffeinspritzanlage für selbstzündende Brennkraftmaschinen mit einer Ei nspri tzdüsenmit Kraftstoff versorgenden Einspritzpumpe, mit einer die Einspritzmenge bestimmenden Zumeßvorrichtung und mit einem Kraftstoffspeicher, dessen Arbeitsdruck höher als der Öffnungsdruck der Einspritzdüsen ist und welcher vorübergehend und während des Druckhubs der Pumpe einen Teil des aus dem Arbeitsraum geförderten Kraftstoffs aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Speicher (10) aufgenommene Kraftstoff nach Beendigung des Druckhubs der Einspritzpumpe (2, 3) durch den Speicherdruck zur gerade versorgten Einspritzdüse gefördert wird.
    2. Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Kraftstoffdruckleitung (19) stromab des Druckventils (20, 38) eine zum Speicher (8, 10) führende Entnahmeleitung (21) abzweigt.
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    3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch ge^ kennzeichnet, daß mehrere Kraftstoffdruckleitungen (19) mit nur einem Speicher (8", 10") verbunden sind, und daß in den jeweiligen Entnahmeleitungen (21") Standdruckventile (22, 22") angeordnet sind, welche offenbleiben, solange der Druck in der Druckleitung (19") über dem Standdruck ist.
    4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Standdruckventil (22, 22") in Richtung zum Speicherraum (8) hin öffnet und die Schließkraft, leicht über der aus Standdruck und beaufschlagter Ventilfläche bestehender üffnungskraft liegt.
    5. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, mit einem zwischen Pumpenarbeitsraum und Druckleitung geschalteten Verteiler, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicheranschluß in der Druckleitung (19"') zwischen Druckventil (38) und Verteilerstelle (39) abzweigt.
    6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einspritzpumpe eine Verteilerpumpe mit zentralem Druckventil (38) dient, welches beim öffnen in den Speicherraum (8"') taucht, von dem die Druckleitung (19111) zum Verteiler
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    hin abzweigt.
    7. Kraftstoffeinspritzen!age nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8, 10) in an sich bekannter Weise mit einem insbesondere federbelasteten Speicherkolben (10) arbeitet und daS zur Speicherdrucksteuerung der vom Speicherraum (8) durch den Kolben (10) getrennte Rückraum (12) unter im Druck steuerbarer über ein Rückschlagventil (14) zugeführter Flüssigkeit steht.
    8. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückraum (12) einen steuerbaren Entlastungskanal (16) aufweist.
    9. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskanal (16) im Speicherkolben (10) verläuft und eine radiale Mündung aufweist, welche durch eine den Kolben (10) umgebende Buchse (15) während des Kolbenhubs auf- und/oder zugesteuert wird.
    10. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (10) mindestens mit seinen Endabschnitten zur Begrenzung von Speicherraum (8) und Rückraum (12) im Gehäuse (9) geführt ist und auf
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    einem mittleren ungeführten Abschnitt des Kolbens (10) ein Ringschieber (15) als Buchse verschiebbar ist.
    11. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben in einer Zylinderbuchse (30) arbeitet, deren eines Ende den Speicherraum (81) und deren anderes Ende den Rückraum (12) aufnimmt, in welche eine im Kolben (101) verlaufende Sackbohrung (161) mündet, die mit einer in der Mantelfläche des Kolbens und mindestens auf der einen Seite schräg begrenzten Ringnut (28) als radialer Mündung verbunden ist, welche letztere wiederum eine in der Zylinderbuchse (30) angeordnete Entlastungsbohrung (31) steuert.
    12. Kraftstoffeinspritzen!age nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Speicher (71) in einem Gehäuseblock zusammengefaßt sind und die insbesondere in Reihe nebeneinander angeordneten Ringschieber bzw. Speicherkolben (10') mit schräger Ringnut (28, 29) gleichzeitig über eine Verstellwelle und Hebel oder Zahnstange (32) gemeinsam verschiebbar sind.
    13. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskanal (16", 16"') durch ein Ventil (36) steuerbar ist.
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    14. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Schieberventil mit sich überdeckenden Laminarflächen ausgebildet ist.
    15. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Oberdeckung des Laminarspaltes als Temperaturausgleich änderbar ist.
    16. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche
    13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil als Schieber ausgebildet hydraulisch gegen eine Feder (43) betätigbar ist und der Staudruck über ein Magnetventil (41) erzeugbar ist.
    17. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (36) über einen elektrischen Stellmotor, insbesondere Magneten (37) gesteuert wird.
    18. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkolben (10"') als·Stufenkolben mit zum Rückraum (12"') hin größeren Durchmesser ausgebildet ist.
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