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Die
Erfindung betrifft eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
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In
WO 95/25887 A1 ist eine herkömmliche Einspritzanlage
für Brennkraftmaschinen
dargestellt, die weist eine Vorförderpumpe
auf, die den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank fördert. Die
Vorförderpumpe liefert
den Kraftstoff dann an eine Hochdruckpumpe, die den zur Einspritzung
von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine erforderlichen
Einspritzdruck erzeugt und mehrere Injektoren mit Kraftstoff versorgt.
Derartige Hochdruckpumpen sind üblicherweise
als Radialkolbenpumpen mit mehreren Pumpzylindern ausgeführt, die über einen
Exzenter durch eine Antriebswelle angetrieben werden. Zwischen der
Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe ist hierbei ein Volumenstromregelventil angeordnet,
das den von der Vorförderpumpe
geförderten Kraftstoffstrom
reguliert. Nach dem Volumenstromregelventil wird der Kraftstoff
auf die einzelnen Pumpzylinder der Hochdruckpumpe verteilt.
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In
herkömmlichen
Einspritzanlagen zweigt weiterhin zwischen der Vorförderpumpe
und der Hochdruckpumpe eine Spülleitung
ab, die in das Gehäuse
der Hochdruckpumpe mündet,
um die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff zu spülen und dadurch eine Kühlung und
Schmierung der Hochdruckpumpe zu bewirken. Problematisch ist hierbei
bekanntermaßen,
daß der über die
Spülleitung
abzweigende Kraftstoffstrom den Druckaufbau während des Anlaßvorgangs
verzögert,
so daß die
Brennkraftmaschine verzögert
anspringt. In der Spülleitung
ist deshalb meist ein Ventil angeordnet, das die Spülleitung
während des
Anlaßvorgangs
vorübergehend
sperrt und dadurch den Druckaufbau beschleunigt. Hierzu werden selbständig arbeitende
Rückschlagventile
oder elektromagnetische Servoventile verwendet, die von der elektronischen
Steuereinheit der Einspritzanlage gesteuert werden.
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Eine
Einspritzanlage der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der
DE 197 42 180 C2 bekannt.
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Nachteilig
daran ist die Tatsache, daß zum Sperren
der Spülleitung
während
des Anlaßvorgangs ein
separates Bauteil erforderlich ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage der vorstehend
beschriebenen Art zu schaffen, die mit möglichst geringem baulichen Aufwand
eine Sperrung der Spülleitung
während
des Anlaßvorgangs
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Die
Erfindung umfaßt
die allgemeine technische Lehre, das Ventil, im folgenden auch Dosierelement
genannt, zur Steuerung des über
die Spülleitung
abzweigenden Kraftstoffstroms als Drehschieberventil auszubilden
oder das Ventil zur Steuerung des über die Spülleitung abzweigenden Kraftstoffstroms
in ein Verteilerelement für
die Hochdruckpumpe zu integrieren, so daß auf eine separates Ventil
zur Steuerung des Spülstroms
verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise
ist das Verteilerelement hierbei ein Drehschieber mit einem drehbaren
Teil, das mechanisch mit der Antriebswelle der Hochdruckpumpe gekoppelt
ist und den von der Vorförderpumpe
geförderten
Kraftstoff in Abhängigkeit
vom Drehwinkel der Antriebswelle auf die einzelnen Pumpzylinder
der Hochdruckpumpe verteilt. Hierzu werden mehrere Durchströmöffnungen
drehzahlsynchron und drehwinkelabhängig freigegeben oder abgedichtet,
wobei jedem Pumpzylinder der Hochdruckpumpe eine Durchströmöffnung zugeordnet
ist. Die Steuerung des über
die Spülleitung
abgezweigten Kraftstoffstroms erfolgt hierbei durch eine axiale
Verschiebung eines Teils des Drehschiebers, wobei eine weitere Durchströmöffnung in Abhängigkeit
von der axialen Stellung des verschiebbaren Teils freigegeben oder
abgedichtet wird.
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Vorzugsweise
weist der Drehschieber eine axial verschiebbare Hülse und
eine in der Hülse
relativ zu dieser drehbar gelagerten Welle auf, wobei in der Mantelfläche der
Hülse in
einem ersten axialen Bereich eine erste Durchströmöffnung angeordnet ist, die
den Kraftstoffstrom von der Vorförderpumpe zu
den einzelnen Pumpzylindern der Hochdruckpumpe jeweils bei vorgegebenen
Winkelstellungen der Welle relativ zu der Hülse freigibt, während in
einem zweiten axialen Bereich eine zweite Durchströmöffnung angeordnet
ist, die den über
die Spülleitung
abzweigenden Kraftstoffstrom in Abhängigkeit von der axialen Stellung
der Hülse
relativ zu der Welle steuert.
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Anstelle
einer Kombination von Welle, verschiebbarer Hülse und Gehäuse kann in gleicher Weise
auch eine Kombination aus Gehäuse,
Hülse und
verschiebbarer Welle, oder eine Kombination Welle, Hülse und
Gehäuse
verwendet werden, bei welcher mindestens zwei der Bauteile relativ
zueinander bewegbar sind (verschieb- und/oder verdrehbar). Desweiteren
können
anstelle von Wellen und/oder Hülsen
und/oder Gehäusen
auch kegelförmige,
scheibenförmige
oder in sonstiger, geeigneter Weise geformte Körper verwendet werden
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Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Einspritzanlage mit
einem Drehschieber zur Verteilung des Kraftstoffstroms auf die Pumpzylinder
einer Hochdruckpumpe und zur Steuerung des Kraftstoffstroms durch
eine Spülleitung,
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2a die Mantelfläche der
Hülse des
Drehschiebers mit zwei Durchströmöffnungen
im abgewickelten Zustand sowie
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2b die Mantelfläche der
Welle des Drehschiebers mit zwei Durchströmöffnungen im abgewickelten Zustand,
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3 die Mantelfläche der
Hülse des
Drehschiebers im abgewickelten Zustand mit einer alternativen Anordnung
der Durchströmöffnungen.
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Die
in 1 dargestellte Einspritzanlage dient
zur Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume einer Brennkraftmaschine
mit vier Zylindern.
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Hierzu
weist die Einspritzanlage eine Vorförderpumpe 1 auf, die
den Kraftstoff zunächst über ein Kraftstofffilter 2 aus
einem Kraftstofftank 3 fördert.
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Anschließend leitet
die Vorförderpumpe 1 den
Kraftstoff an eine Hochdruckpumpe 4 weiter, die den zur
Einspritzung in die Brennräume
der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdruck erzeugt und
in herkömmlicher
Weise als Radialkolbenpumpe mit drei Pumpzylindern ausgeführt ist,
wobei in der Zeichnung zur Vereinfachung nur ein Pumpzylinder 5 mit
einem Pumpkolben 6 dargestellt ist. Der mechanische Antrieb
des Pumpkolbens 6 erfolgt über eine Antriebswelle 7,
die einen Exzenter 8 trägt.
Zur Steuerung des Pumpvorgangs weisen die Pumpzylinder 5 jeweils
ein Einlaßventil 9 und
ein Auslaßventil 10 auf, die
beide als Rückschlagventile
ausgebildet sind und deshalb selbständig arbeiten.
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Weiterhin
ist zwischen der Vorförderpumpe 1 und
der Hochdruckpumpe 4 ein Verteilerelement 11 angeordnet,
das den von der Vorförderpumpe 1 geförderten
Kraftstoffstrom auf die drei Pumpzylinder der Hochdruckpumpe 4 verteilt.
Die drei Pumpzylinder sind um 120° zueinander
versetzt angeordnet, so daß auch
die Saugphasen der einzelnen Pumpzylinder zeitlich entsprechend
zueinander versetzt sind. Das Verteilerelement 11 ist als
Drehschieber ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen
Gehäuse 12,
einer in dem Gehäuse 12 axial
verschiebbar gelagerten, ebenfalls hohlzylindrischen Hülse 13 und
der Antriebswelle 7 der Hochdruckpumpe 4, die
aus dem Gehäuse
der Hochdruckpumpe 4 herausgeführt und in der Hülse 13 drehbar
angeordnet ist.
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Die
Zuführung
des von der Vorförderpumpe 1 geförderten
Kraftstoffs zu dem Verteilerelement 11 erfolgt durch einen
Kanal 14, der zentrisch in der Antriebswelle 7 verläuft und
in eine radial zur Antriebswelle 7 verlaufende Stichbohrung 15 mündet, die
in eine axial verlaufende Nut 16 in der Mantelfläche der Antriebswelle 7 übergeht,
wie aus der in 2b gezeigten
Darstellung der Mantelfläche
der Antriebswelle 7 ersichtlich ist, wobei der Pfeil P1
in 2b die Drehrichtung
der Antriebswelle 7 wiedergibt. Der von der Vorförderpumpe 1 geförderte Kraftstoff
gelangt also über
den Kanal 14 in die Stichbohrung 15 und schließlich in
die Nut 16.
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Die
Hülse 13 weist
entsprechend eine schlitzförmige
Durchströmöffnung 17 auf,
die in der Mantelfläche
der Hülse 13 in
einem Winkel von ungefähr
45° zur
Längsachse
der Hülse 13 verläuft, wobei die
axiale Erstreckung D1 der schlitzförmigen Durchströmöffnung 17 geringer
ist als die axiale Erstreckung D2 der Nut 16 in der Mantelfläche der
Antriebswelle 7, wie aus der Darstellung der Mantelfläche der
Hülse 13 bzw.
der Antriebswelle 7 in den 2a und 2b ersichtlich ist. Entsprechend
weist das hohlzylindrische Gehäuse 12 an
der Innenseite der Wandung eine über
den gesamten Umfang umlaufende Ringnut 18 auf, in die an
einer Stelle eine radial verlaufende Stichbohrung 19 mündet, die
einen Ausgang des Verteilerelements 11 bildet und mit dem Einlaßventil 9 des
zugehörigen
Pumpzylinders 5 verbunden ist.
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Ein
in der Zeichung dargestellter axialer Bereich 20 ermöglicht also
eine drehzahlsynchrone Ansteuerung jeweils eines Pumpzylinders 5,
so daß für eine dreizylindrige
Hochdruckpumpe 4 entsprechend drei derartige axiale Bereiche
hintereinander angeordnet werden müssen. In der Zeichnung ist
jedoch zur Vereinfachung nur der axiale Bereich 20 für den Pumpzylinder 5 dargestellt.
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Eine
Drehung der Antriebswelle 7 führt also in einem bestimmten
Winkelbereich der Antriebswelle 7 zu einer Überlappung
der in der Mantelfläche
der Antriebswelle 7 angeordneten Nut 16 und der
schlitzförmigen
Durchströmöffnung 17 in
der Hülse 13,
so daß der
Kraftstoff in diesem Winkelbereich der Antriebswelle 7 über den
Kanal 14, die Stichbohrung 15, die axial verlaufende
Nut 16, die schräg
verlaufende Durchströmöffnung 17 in
die umlaufende Ringnut 18 und von dort über die radiale Stichbohrung 19 und
die Zuleitung 31 zu dem Einlaßventil 9 der Hochdruckpumpe 4 gelangen
kann, wodurch die Dauer der Saugphase bestimmt ist. Außerhalb
dieses Winkelbereichs dichtet dagegen die Hülse 13 die axial verlaufende
Nut 16 in der Mantelfläche
der Antriebswelle 7 ab, so daß kein Kraftstoff zu dem Einlaßventil 9 der Hochdruckpumpe 4 gelangt.
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Wichtig
ist hierbei, daß sich
die Dauer der Saugphase beeinflussen läßt, indem die Hülse 13 axial
verschoben wird, was durch ein elektromagnetisches oder sonstiges
Stellglied erfolgt, das zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Wird beispielsweise die Hülse 13 in 1 nach rechts in Richtung
des Pfeils P2 geschoben, so tritt der Beginn der Überlappung
der Nut 16 mit der Durchströmöffnung 17 bei gleicher
Winkelstellung ein, aber die Überlappung endet
bei einem früheren
Winkel, wodurch die Dauer der Saugphase des entsprechenden Pumpzylinders verkürzt wird.
Dabei bleibt der Zeitpunkt des Beginns der Überlappung unabhängig von
der axialen Stellung der Hülse 13 bei
jeder Saugphase im wesentlichen gleich, wobei der Beginn der Überlappung
vorzugsweise bei dem oberen Totpunkt des jeweiligen Pumpzylinders 5,
was dem Beginn der Saugphase des Pumpzylinders 5 entspricht.
Dadurch werden Druckwellen zu Beginn der Saugphase durch plötzliches
Füllen
eines Saugvakuums mit Kraftstoff vermieden.
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Der
von der Hochdruckpumpe 4 geförderte Kraftstoffstrom wird
dann einem Druckspeicher 21 (engl. Common Rail) zugeführt, aus
dem vier Injektoren mit Kraftstoff versorgt werden, wobei die Injektoren
in herkömmlicher
Weise ausgeführt
und zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.
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Weiterhin
kann zwischen der Hochdruckpumpe 4 und dem Druckspeicher 21 ein
Druckregelventil angeordnet sein, daß beim Überschreiten eines vorgegebenen
Maximaldrucks an der Ausgangsseite der Hochdruckpumpe 4 einen
Teil des Kraftstoffstroms abzweigt und in den Kraftstofftank 3 zurückführt, bis
der Kraftstoffdruck wieder auf den vorgegebenen Maximaldruck gesunken
ist. Das Druckregelventil sowie die Rückführung in den Kraftstofftank 3 ist
jedoch in der Zeichnung zur Vereinfachung nicht dargestellt.
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Zwischen
der Vorförderpumpe 1 und
der Hochdruckpumpe 4 zweigt weiterhin eine Spülleitung 22 ab,
die ausgangsseitig in das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 4 mündet,
um die Hochdruckpumpe 4 mit Kraftstoff zu spülen, was
eine Kühlung
und Schmierung der Hochdruckpumpe 4 bewirkt. Der zu Spülungszwecken
abgezweigte Kraftstoffstrom verläßt das Gehäuse der
Hochdruckpumpe 4 anschließend und wird über eine
Rückführleitung 23 in
den Kraftstofftank 3 zurückgeführt.
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Das
Verteilerelement 11 ermöglicht
neben der vorstehend beschriebenen Verteilung des von der Vorförderpumpe 1 geförderte Kraftstoffs
auf die Pumpzylinder 5 der Hochdruckpumpe 4 auch
eine Steuerung des Kraftstoffstroms durch die Spülleitung 22. Der Druckaufbau
läßt sich
beim Anlassen der Brennkraftmaschine beschleunigen, indem die Spülleitung 22 während des
Anlaßvorgangs,
wenn das Verteilerelement auf maximale Sauglänge gestellt ist, gesperrt
wird.
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Hierzu
ist in der Antriebswelle 7 eine radial zu ihrer Längsachse
verlaufende Bohrung 24 angeordnet, die innen in dem zentrischen
Kanal 14 und außen
in einer über
den gesamten Um fang der Antriebswelle 7 umlaufenden Ringnut 25 mündet, deren Verlauf
aus 2b ersichtlich ist.
Entsprechend weist die Hülse 13 eine
axial gerichtete, schlitzförmige
Durchströmöffnung 26 auf.
Schließlich
ist in der Wandung des hohlzylindrischen Gehäuses 12 eine radial
verlaufende Bohrung 27 angeordnet, aus welcher der abgezweigte
Kraftstoff über
die Spülleitung 22 in
das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 4 geführt wird, um die Hochdruckpumpe 4 mit
Kraftstoff zu spülen,
was eine Kühlung
und Schmierung der Hochdruckpumpe 4 bewirkt. Anschließend verläßt der zu Spülzwecken
verwendete Kraftstoff das Gehäuse
der Hochdruckpumpe 4 und wird über die Rückführleitung 23 in den
Kraftstofftank 3 zurückgeführt.
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In
der in 2a dargestellten
axialen Stellung der Hülse 13 in
Bezug auf die Antriebswelle 7 überlappt die Durchströmöffnung 26 die
Ringnut 25 nicht, so daß kein Kraftstoff in die Spülleitung 22 abgezweigt
wird. In diesem Fall liegen jedoch die Durchströmöffnung 17 und die
Nut 16 in axialer Richtung übereinander, so daß die Dauer
der Saugphase der Pumpzylinder 5 maximal ist. Die in 2b dargestellte axiale Stellung
der Hülse 13 wird
also beim Anlassen der Brennkraftmaschine verwendet, um ohne Abzweigung
von Kraftstoff über
die Spülleitung 22 möglichst
schnell den erforderlichen Einspritzdruck aufzubauen.
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Im
normalen Betrieb der Einspritzanlage wird die Hülse 13 dann von dem
elektromagnetischen Stellglied in 2a nach
rechts geschoben, bis die Durchströmöffnung 26 die Ringnut 25 überlappt,
wie in 1 dargestellt
ist. In dieser Stellung gelangt ein Teil des von der Vorförderpumpe 1 geförderten
Kraftstoffs über
den Kanal 14, die Bohrung 24, die Ringnut 25,
die Druchströmöffnung 26 und
die Bohrung 27 in die Spülleitung 22 und schließlich in
das Gehäuse der
Hochdruckpumpe 4. Somit fließt der Kraftstoff durch die
Spülleitung 22 zur
Hochdruckpumpe 4 unabhängig
von der axialen Stellung der Hülse 13,
die die Dauer (Saugphase) des Kraftstoffzuflusses zum Eingang der
Hochdruckpumpe 4 steuert. Nur in der Startphase wird die
axiale Stellung der Hülse 13 so eingestellt,
daß bei
maximaler Förderleistung
zum Eingang der Hochdruckpumpe 4 der Kraftstofffluß durch
die Spülleitung 22 unterbrochen
wird.
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Die
Hülse 13 ist
vorzugsweise durch ein nicht dargestelltes Federelement nach rechts
in Richtung des Pfeils P2 vorgespannt, so daß die Hülse 13 bei einem Ausfall
des Stellglieds nach rechts gedrückt wird,
wodurch der Spülstrom
freigegeben aber auch die Saugphase auf einen bestimmten Minimalwert verkürzt wird.
Hierdurch wird sichergestellt, daß ein Ausfall des Stellglieds
nicht zu einem dauerhaften Ausfall der Spülung bzw. zu einem zu hohen
Förderstrom
und damit zu hohem Druck führt.
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Die
geometrischen Abmessungen, insbesondere die jeweiligen Breiten der
Durchströmöffnung 17 der
Hülse 13 und
der Nut 16 in der Antriebswelle 7, bzw. der Durchströmöffnung 26 der
Hülse und
der Ringnut 25 in der Antriebswelle 7 sind vorzugsweise
so ausgelegt, daß bei Überlappungen
der Durchströmöffnung 17 mit
der Nut 16 bzw. der Durchströmöffnung 26 mit der
Ringnut 25 der Antriebswelle 7 eine nur unwesentliche
Drosselung des Kraftstoffflusses auftritt und somit ein geringerer
Kraftstoffdruck einstellbar ist, wodurch sich die Verlustleistung reduziert
und eine kleinere, beispielsweise im Tank 3 angeordnete,
elektrisch betriebene Vorförderpumpe 1 eingesetzt
werden kann.
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3 zeigt schließlich die
Mantelfläche
der Hülse 13 im
abgewickelten Zustand mit einer alternativen Ausführung der
Durchströmöffnung 26 in
der Hülse 13.
Im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
verjüngt
sich die Durchströmöffnung 26 hierbei
keilförmig
in Richtung der Ringnut 25 der Antriebswelle 7,
so daß der über die
Spülleitung 22 abgezweigte
Kraftstoffstrom bei einer axialen Verschiebung der Hülse 13 stufenlos
variabel freigegeben wird. Eine axiale Verschiebung der Hülse 13 in
Pfeilrichtung führt
also bei dieser Anordnung der Durchströmöffnungen 17 und 26 zu
einer Verkürzung
der Dauer der Saugphase der einzelnen Pumpzylinder 5 bei
gleichbleibendem Saugbeginn und zu einer stufenlosen Zunahme des
Spülstroms
in der Spülleitung 22.
Dabei wirkt die keilförmige
Durchströmöffnung 26 in
Verbindung mit der Ringnut 25 teilweise drosselnd auf den
Spülstrom.
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In
einer weiteren Ausführungsform
verjüngt sich
die schlitzförmige
Durchströmöffnung 17 an
ihrem in Richtung der Durchströmöffnung 26 liegenden Ende
keilförmig,
wodurch am Ende einer Saugphase der Kraftstofffluß zu den
einzelnen Pumpzlyindern 5 stufenlos auf Null verringert
wird.
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Durch
keilförmige
Durchströmöffnungen 17, 26 werden
vorteilhaft abrupte Änderungen
der Menge des Kraftstoffflusses verringert und somit Druckwellen
in den Kraftstoffleitungen vermieden.
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Anstelle
eines keilförmigen
axialen Verlaufs der Durchströmöffnung in
der Hülse 13 kann
der Verlauf der Durchströmöffnung 26 beispielsweise
auch so gestaltet sein, daß der
drosselnde Querschnitt der Durchströmöffnung 26 in axialer
Richtung exponentiell zunimmt, was zu einem entsprechend progressiven
Ansprechen der Spülung
bei einer Verschiebung der Hülse 13 führt.
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Zu
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zu bemerken,
daß zur
Verteilung des Kraftstoffs auf die Pumpzylinder 5 der Hochdruckpumpe 4 anstelle
einer schräg
verlaufenden Durchströmöffnung 17 und
einer axial verlaufenden Nut 16 in der Mantelfläche der
Antriebswelle 7 auch eine Kombination einer axial verlaufenden
Durchströmöffnung in
der Hülse 13 und
einer schräg
verlaufenden Nut in der Mantelfläche
der Antriebswelle 7 möglich
ist.
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Entsprechend
kann auch die Nut 25 in der Mantelfläche der Antriebswelle 7 in
axialer Richtung verlaufen, wenn sich die Durchströmöffnung in
der Hülse 13 ringförmig über den
gesam ten Umfang der Hülse 13 erstreckt,
wobei in der ringförmigen
Durchströmöffnung in
diesem Fall über
den Umfang verteilt mehrere axial verlaufende Stege angeordet sind, oder
die Nut die Hülse
nicht vollständig
durchbricht.
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Bei
einer Variante kann statt der Hülse 13 für die Steuerung
die Antriebswelle 7 axial verschiebbar ausgeführt werden.
Auch kann sowohl die Hülse 13 als
auch die Antriebswelle axial verschiebbar sein, wobei dann die Verschiebungswege
entsprechend aufeinander abgestimmt sind.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten
Lösung
auch bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.