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Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzpumpe
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einer solchen durch die DE-OS 23 53 737 bekannten
Kraftstoffeinspritzpumpe liegt die Aufgabe zugrunde, mit abnehmender Last den Spritzbeginn
auf spät zu verschieben. Dazu sind die Steuerquerschnitte der bekannten Einspritzpumpe
derart ausgestaltet, daß der Spritzbeginn bei niedriger Last so beeinflußt wird,
daß eine Teilmenge des geförderten Kraftstoffs abströmen kann, bevor die eigentliche
Einspritzung beginnt. Dieses Abströmenlassen kann über einen bestimmten Teil des
Kolbenhubs dauern und wird innerhalb dieser Bedingung dadurch gesteuert, daß der
Aufsteuerzeitpunkt des zweiten Entlastungskanals durch die Stellung eines Mengenverstellorgans
bestimmt wird, das als last- bzw. drehzahlabhängig auf dem Pumpenkolben verschiebbarer
Ringschieber ausgebildet ist.
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Die dazu bei der bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe vorgenommene Maßnahme
besteht darin, daß im Leerlaufbereich und in einem daran anschließenden Teil des
Teillastbereiches der Kolbenhubabschnitt, über dessen Dauer die Verbindung zwischen
dem ersten und dem zweiten Entlastungskanal hergestellt wird, voll für die Entlastung
ausgenutzt wird. Mit
zunehmender Last erfolgt eine Begrenzung dieser
möglichen Entlastungsmenge durch eine spätere Aufsteuerung des zweiten Entlastungskanals,
wohingegen im oberen Teillastbereich eine Entlastung des Pumpenarbeitsraumes ganz
unterbunden wird, so daß der Pumpenkolben seine vollständige Vollasteinspritzmenge
zur Einspritzung bringen kann und hier eine Spätverlegung des Spritzbeginns nicht
erfolgt. Ferner ist durch die deutsche Patentanmeldung P 34 24 883 eine Kraftstoffeinspritzpumpe
vorgeschlagen worden, bei der im Leerlauf und im anschließenden Teil des Teillastbereichs
die Kraftstoffeinspritzdauer während eines konstanten Kolbenhubabschnitts unterbrochen
oder reduziert wird, wobei aber der Spritzbeginnzeitpunkt nicht verschoben wird,
da die Entlastung durch einen zweiten Entlastungskanal über einem vorgegebenen Hubabschnitt
des Pumpenkolbens nach einem Teil des Förderhubs erfolgt. Dadurch wird nach einem
Voreinspritzhubabschnitt eine Unterbrechung der normalen Kraftstoffeinspritzdauer
bei Niedriglast erreicht. Dies ergibt eine Spritzdauerverlängerung, die insbesondere
im Leerlaufbetrieb einen leisen Lauf der Brennkraftmaschine erzeugt. Durch eine
dem zweiten Entlastungskanal zugeordnete Drossel wird außerdem erreicht, daß die
Einspritzung während einer bestimmten Dauer nicht vollständig unterbrochen, sondern
lediglich reduziert wird.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe
mit den kennzeichenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß durch die Unterbrechung der Spritzdauer bzw. durch Reduzierung der Einspritzmenge
ein Leiselauf der Brennkraftmaschine im Leerlauf und im daran anschließenden Teillastbereich
erzielt wird, daß aber auch die Spritzdauerverlängerung auf den kalten Zustand der
Brennkraftmaschine, insbesondere nach dem Kaltstart beschränkt wird, so daß sich
bei
bereits warmer Brennkraftmaschine keine negativen Auswirkungen zeigen, wie beispielsweise
Blaurauch und höherer Verbrauch.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung hinsichtlich der Absperrung der Einspritzungsunterbrechung
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Einspritzmengenreduzierung durch den zweiten Entlastungskanal gekennzeichnet.
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Besonders vorteilhaft ist es, der zweiten Entlastungsleitung eine
Drossel zuzuordnen, die das Maß der Entlastung steuert. Zur Verbesserung des Leerlaufbereichs
der Brennkraftmaschine kann der zweiten Entlastungsleitung zusätzlich eine zweite
Drossel zugeordnet werden, deren Querschnitt kleiner ist als der der ersten Drossel
und die dauernd geöffnet ist. Diese zweite Drossel bewirkt eine zusätzliche Spritzdauerverlängerung
im Leerlaufbereich, da sie bei steigender Last und Drehzahl nahezu unwirksam wird.
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Zeichnung Sechs Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart
mit Steuerung des Endes der wirksamen Einspritzung und Steuerung sowie Abschaltung
der Verbindung von zwei Entlastungsleitungen vereinfacht im Längsschnitt, Figur
2 ein Steuerdiagramm zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1, Figur 3 und 4 ein zweites
und drittes Ausführungsbeispiel in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Figur
1 mit einem Sperrventil im Mengenregelglied der Einspritzpumpe, Figur 5 und 6 ein
viertes und fünftes Ausführungsbeispiel in Abwandlung
zum Ausführungsbeispiel
nach Figur 1 mit einer Abschaltdrossel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In einem Gehäuse 1 einer Kraftstoffeinspritzpumpe
ist eine Zylinderbüchse 3 eingesetzt, in deren Zylinder 2 ein Pumpenkolben 4 angeordnet
ist, der durch nicht dargestellte Mittel in eine hin- und hergehende und zugleich
rotierende Bewegung versetzt wird. Der Pumpenkolben 4 schließt mit seiner oberen
Stirnseite einen Pumpenarbeitsraum 5 ab und ragt mit seinem unteren Ende aus der
Zylinderbüchse 3 heraus in einen Saugraum 7. An diesem Ende ist der Pumpenkolben
4 mit den nicht näher dargestellten Antriebsmitteln verbunden.
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Der Pumpenarbeitsraum 5 wird über in der Mantelfläche des Pumpenkolbens
4 angeordnete Längsnuten 8 und eine durch die Zylinderbüchse 3 und das Gehäuse 1
verlaufende Saugbohrung 9 mit Kraftstoff aus dem Pumpensaugraum 7 versorgt, solange
der Pumpenkolben 4 seinen Saughub ausführt bzw. seine in Figur 1 dargestellte untere
Totpunktlage einnimmt. Eine Förderpumpe 11 fördert aus einem Kraftstoffbehälter
12 in den Pumpensaugraum 7 des Gehäuses 1. Ein Drucksteuerventil 13 steuert den
Druck im Pumpensaugraum 7 in bekannter Weise.
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Im Pumpenkolben 4 ist eine als Sackbohrung ausgebildete erste Entlastungsleitung
15 angeordnet, die zum Arbeitsraum 5 hin offen ist. Von dieser Entlastungsleitung
15 zweigt eine radiale Bohrung 16 ab, die zu einer Verteilernut 17 in der Mantelfläche
des Pumpenkolbens 4 führt.
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Im Umlaufbereich dieser Verteilernut 17 zweigen in einer radialen
Ebene des Zylinders 2 mehrere Förderleitungen 19 ab, die entsprechend der Zahl der
mit Kraftstoff zu versorgenden Zylinder der zugeordneten Brennkraftmaschine
am
Umfang des Zylinders 2 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Förderleitungen
19 führen über je ein Ventil 21, das als Rückschlagventil oder Druckentlastungsventil
in bekannter Weise ausgestaltet ist, zu den nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzstellen.
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Im Bereich des in den Saugraum 7 ragenden unteren Teils des Pumpenkolbens
4 zweigt von der ersten Entlastungleitung 15 eine Radialbohrung 22 ab, die in der
Mantelfläche des Pumpenkolbens 4 einen Austrittsquerschnitt D hat. Im Bereich des
Austrittsquerschnitts D ist auf dem Pumpenkolben 4 ein Mengenverstellorgan in Form
eines Ringschiebers 24 verschiebbar angeordnet, dessen obere Stirnseite eine Steuerkante
25 für den Austrittsquerschnitt D bildet. Die Axialstellung des Ringschiebers 24
wird durch einen Reglerhebel 27 in bekannter Weise bestimmt, der um eine gehäusefeste
Achse 28 schwenkbar ist und über einen Kugelkopf 29 am Ende seines einen Hebelarmes
mit dem Ringschieber 24 gekoppelt ist Der Ringschieber 24 wird durch einen hier
nicht näher dargestellten Regler last- undloder drehzahlabhängig axial zum Pumpenkolben
4 verstellt. Der Ringschieber 24 nimmt dabei bei kleiner Kraftstoffeinspritzmenge
eine in Figur 1 dargestellte, untere Stellung ein, von der er bei zunehmender Last
zunehmend nach oben verstellt wird. Damit verstellt sich der jeweils zur Verfügung
stehende Nutzhub , den der Pumpenkolben 4 bzw.
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der Austrittsquerschnitt D vom unteren Totpunkt des Pumpenkolbens
4 zurücklegen muß, um von der Steuerkante 25 des Ringschiebers 24 aufgesteuert zu
werden.
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Von der ersten Entlastungsleitung 15 zweigen zwischen den Radialbohrungen
16 und 22 im Deckungsbereich der Zylinderbüchse 3 eine dritte und vierte Radialbohrung
31 bzw. 32 ab, deren Austritte A bzw. B in der Mantelfläche des Pumpenkolbens 4
in einem bestimmten Abstand nebeneinander münden. Im Pumpenkolben 4 ist ferner eine
zweite Entlastungsleitung 33 angeordnet, von der im Bereich des ständig
sich
im Zylinder 2 befindlichen Pumpenkolben-Abschnitts eine Radialbohrung 34 mit einem
Eintritt v und im Arbeitsbereich des Ringschiebers 24 eine Radialbohrung 35 mit
einem Austritt F abzweigen. In der Radialbohrung 35 mit dem Austritt F ist eine
Drossel 30 angeordnet. Dieser Austritt der zweiten Entlastungsleitung 33 ist um
den konstanten Betrag k gegenüber dem ersten Austritt D der ersten Entx lastungsleitung
15 versetzt, so daß im Laufe des Pumpenkolbenförderhubs der Austritt F der zweiten
Entlastungsleitung 33 vor dem Austritt D der ersten Entlastungsleitung 15 aufgesteuert
wird.
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Im Hubbereich des Einlasses E der zweiten Entlastungsleitung 33 ist
in der Wandung des Zylinders 2 eine Ringnut 37 angeordnet, die über einen Kanal
36 in der Zylinderbüchse 3 mit dem Auslaß eines Sperrventils 45 verbunden ist. Ferner
sind im Hubbereich der Austritte A und B der Radialbohrungen 31 und 32, die von
der ersten Entlastungsleitung abzweigen, Je eine Ringnut 38 und 39 so angeordnet,
daß eine Verbindung zwischen Austritt A und der Ringnut 38 über einem Hubabschnitt
hvl und zwischen dem Austritt B und der Ringnut 39 über einen Hubabschnitt hvk besteht,
wobei hvk etwa gleich dem größtmöglichen Nutzhub h des Pumpenkolbens 4 und hvl etwa
gleich der Hälfte n des Nutzhubes h des Pumpenkolbens ist.
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n Das Sperrventil 40 ist in einer zur Längsachse des Zylinders 2
in der Zylinderbüchse 3 achsparallel angeordneten Bohrung 41 angeordnet. Als Betätigungsorgan
hat es ein sich bei steigender Temperatur ausdehnendes Dehnstoffelement 42 in Form
eines zylindrischen Körpers, der in die Bohrung 41 eingesetzt ist und sich zum Saugraum
7 hin auf einem Sprengring 43 mit seiner unteren Stirnseite abstützt, Auf seiner
oberen Stirnseite 44 trägt das Dehnstoffelement 142 einen abgesetzten Schieber 45
auf
dessen Stirnseite sich eine Druckfeder 46 abstützt.
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In einem Abstand, der etwas größer ist als die Dicke des Schiebers
45, münden in die Bohrung 41 zwei Kanäle 48, 49, von denen der obere 48 mit der
Ringnut 38 und der untere 49 mit der Ringnut 39 des Zylinders 2 verbunden sind.
In kaltem Zustand des Dehnstoffelements 42, das ist, wenn der Kraftstoff im Saugraum
7 kalt ist, sind die Austritte der Kanäle 48, 49 in die Bohrung 1 geöffnet, wobei
eine Verbindung zwischen dem unteren Kanal 49 und dem Auslaßkanal 36 durch eine
Ringnut 52, eine Querbohrung 53 und eine Längsbohrung 54 im Schieber 45 sowie eine
Verbindung zwischen dem Kanal 48 und dem Auslaßkanal A besteht. Im lauwarmen Zustand
verschließt das Dehnstoffelement 42, wenn es sich teilweise ausgedehnt hat, mit
einem Teil seines oberen Umfanges den Kanal 4 vollständig, während der obere Kanal
48 noch offen ist. In warmem Zustand hat sich das Dehnstoffelement 42 so weit ausgedehnt,
daß es mit seinem Schieber 45 auch den oberen Kanal 48 abschließt. Eine Verbindung
der ersten Entlastungsleitung 15 mit der zweiten Entlastungsleitung 33 ist durch
das Sperrventil 40 mit seinem Dehnstoffelement 42 demnach nur möglich, wenn das
Dehnstoffelement 42 bzw. seine Umgebung, das ist insbesondere der Kraftstoff im
Saugraum 7, kalt bis lauwarm sind.
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Die Zuordnung der erwähnten Querschnitte und Steuerkanten ist dem
Diagramm in Figur 2 zu entnehmen. Dort ist über der Last bzw. der Stellung des Ringschiebers
(Abszisse) die Zuordnung der Querschnitte im Verlauf des Hubes des Pumpenkolbens
(Ordinate) aufgetragen. LL bedeutet dabei Leerlauf und VL bedeutet Vollast. Die
waagrecht verlaufende Linie SB kennzeichnet den Spritzbeginn. Der zuvor über die
Saugbohrung 9 und die Längsnuten 8 gefüllte Pumpenarbeitsraum 5 wird dann entsprechend
der Drehsteliung des Pumpenkolbens 4 über die erste Entlastungsleitung 15, die Radialbohrung
16 und die Verteilernut 17 mit
einer der Förderleitungen 19 verbunden.
Mit der schräg verlaufenden Linie F ist der Öffnungspunkt des Austrittes F der zweiten
Entlastungsleitung 33 dargestellt. Diese Linie steigt entsprechend der Stellung
des Ringschiebers 24 mit zunehmender Last an. Weiterhin ist mit D der Aufsteuerpunkt
des ersten Austritts D der ersten Entlastungsleitung 15 dargestellt. Diese Linie
verläuft parallel zur Linie F im Abstand k und kennzeichnet den möglichen Nutzhub.
In Fix gur 1 ist der größtmögliche Nutzhub h angegeben unter der n Voraussetzung,
daß der Pumpenkolben in der gezeigten Stellung seinen untersten Totpunkt einnimmt.
Für den gezeigten Fall wurde eine strichpunktierte Stellung des Ringschiebers 24
angenommen. Parallel zur Linie SB liegen zwei Linien A und 3, die das Schließen
der Austritte A und B der ersten Entlastungsleitung 15 nach den Kolbenhubabschnitten
h bzw. hvk kennzeichnen.
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Aus dem Diagramm ist zu erkennen, daß eine Entlastung, insbesondere
eine durch die Drossel 30 reduzierte Entlastung des Pumpenarbeitsraumes 5 zwischen
den Linien F und A und den Linien F und B möglich ist, wobei der trapezförmige Bereich
zwischen F und A gilt, wenn die Temperatur niedrig ist, und der Bereich zwischen
F und B gilt, wenn die Umgebungstemperatur lau ist. Eine Druckentlastung für Leiselauf
der Brennkraftmaschine findet nicht statt, wenn bei auf Betriebstemperatur erwärmtem
Kraftstoff - das ist, wenn die zugehörige Brennkraftmaschine ihre Betriebstemperatur
erreicht hat - das Sperrventil 40 die beiden Kanäle 48 und 49 abgeschlossen hat.
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Zur Bemessung der Drossel 30, die der zweiten Entlastungsleitung 33
zugeordnet ist, wird bemerkt, das deren Durch laßquerschnitt so gestaltet ist, daß
lediglich ein Teil der von dem Kolbenpumpenkolben 14 geförderten Kraft stoffmenge
durch die zweite Entlastungsleitung 33 in den Saugraum 7 abfließen kann.
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Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind der Einfachheit
halber im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 gleiche oder sinngemäß
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3 und 4 ist das Absperrventil
40 im Ringschieber 24 angeordnet.
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Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sitzt das Dehnstoffelement 42
in einer Durchgangsbohrung 60, die sich achsparallel zur Mittelachse des Ringschiebers
24 erstreckt.
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Oberhalb der oberen Stirnseite 44 des sich auf einem Sprengring 43
abstützenden Dehnstoffelements 42 mündet eine Drosselbohrung 61, die sich an eine
Radialbohrung 62 anschließt. Mit der Radialbohrung 62 wirkt der Austritt F der Radialbohrung
35 zusammen, die von der zweiten Entlastungsbohrung 33 abzweigt. Bei Erwärmung des
Dehnstoffelements 42 dehnt sich dieses längs aus und schließt dabei mit seinem Umfang
die Drosselbohrung 61 ab. Damit ist eine Entlastung des Pumpenarbeitsraumes 5 über
die zweite Entlastungsbohrung 33 nicht mehr möglich.
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Da bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 eine Entlastung lediglich
über einen einstufigen Wärmebereich vorgenommen wird, genügt es, die Verbindung
zwischen der ersten Entlastungleitung 15 und der zweiten Entlastungsleitung 33 über
die Radialbohrungen 31 und 34 durch Überdekkung mit einer einzigen Ringnut 63 in
der Zylinderbüchse 3 zu schaffen. Die Überdeckung kann dabei so gestaltet sein,
daß sie bezogen auf das Diagramm nach Figur 2 im Bereich zwischen den beiden Linien
A und B liegen kann.
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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 4 unterscheidet sich von dem nach
Figur 3 dadurch, daß hier das temperaturgesteuerte Sperrventil 40 aus einem in der
Bohrung 60 von einer Wärmedehnfeder 66 verschiebbaren Schieber 65 besteht.
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Anstelle eines Sperrventils mit Schieber hat das Ausführungsbeispiel
nach Figur 5 außer einer ersten Drossel 30 bzw. 61 zum Reduzieren der Kraftstoffördermenge
eine zweite der zweiten Entlastungsleitung 33 zugeordnete Drossel 70. Diese Drossel
70 mündet in den Saugraum 7 in einem Bereich des Pumpenkolbens 4 der zwischen der
Zylinderbüchse 3 und dem Ringschieber 24 liegt und der von diesen nicht überdeckt
wird. Der Querschnitt dieser zweiten Drossel 70 ist kleiner als der der ersten Drossel
30 bzw. 61 und ist so bemessen, daß ein Durchfluß mit steigender Last bzw.
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Drehzahl unwirksam oder nahezu unwirksam wird.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 kann die zweite Drossel 71 mit
einem Ventil 72 verschlossen werden. Die zweite Drossel 71 führt hier von der Ringnut
63 in der Zylinderbüchse 3 radial zu einer Bohrung 73, in der ein Differenzdruckschieber
74 vom Druck im Saugraum 7 entgegen einer Druckfeder 75 verschiebbar ist. Bei niedrigem
Druck im Saugraum 7 drückt die Druckfeder 75 den Differenzdruckschieber 74 gegen
einen Sprengring 76, so daß die Drossel 71 verschlossen ist. Bei steigendem Druck
im Saugraum 7 nach dem Startvorgang wird der Differenzdruckschieber 74 axial verschoben,
so daß eine Ringnut 77 in seinem Umfang mit der zweiten Drossel 71 zur Deckung gelangt
und diese mit einer Auslaßbohrung 78 verbindet. Die Bohrung 80, in der die Druckfeder
75 angeordnet ist und in die der Ansatz 81 dem kleineren Querschnitt des Differenzdruckschiebers
74 greift, ist über eine drucklose Leitung 82 mit dem Kraftstoffvorrat verbunden.
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Ergänzend wird bemerkt, daß die bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
erläuterte Einrichtung zum Erzeugen eines leisen Laufes der Brennkraftmaschine bei
Leerlauf und im Teillastbereich durch Spritzverlängerung und zum Abschalten der
Spritzverlängerung bei warmer
Brennkraftmaschine im Zusammenhang
mit einer Einspritzpumpe aufgezeigt ist, bei der die jeweilige Einspritzmenge in
den verschiedenen Lastbereichen mittels des Ringschiebers 24 durch Abbrechen der
Förderung zu einem früheren oder späteren Punkt vor OT der Pumpenkolben bemessen
wird. Die beschriebene Einrichtung kann aber auch sinngemäß abgewandelt an solchen
Einspritzpumpen vorgesehen werden, bei denen in an sich bekannter Weise der Beginn
der Förderung durch den Pumpenkolben nach einem mehr oder weniger großen Leerhub
des Pumpenkolbens aufgenommen wird.
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Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß für das Sperrventil
anstelle eines Dehnstoffelements, das durch die Wärme des sich beim Betrieb der
Brennkraftmaschine und der Einspritzpumpe sich erwärmenden Kraftstoffes ausdehnt
und dabei das Sperrventil steuert, auch ein anderes auf Wärme ansprechendes Element
vorgesehen werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, ein Element mit einem
elektrischen Heizkörper zu verwenden, der in Abhängigkeit von der Temperatur der
zugehörigen Brennkraftmaschine gesteuert wird und der das Element so beeinflußt,
daß bei Erwärmung das Sperrventil geschlossen wird.
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