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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckpumpe wie zum
Beispiel eine Hochdruckkraftstoffpumpe, die Kraftstoff zu einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Fahrzeugverbrennungsmotors
zuführt.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 8-68370 A offenbart eine Hochdruckpumpe,
die in der 3 dargestellt
ist.
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Wie
dies in der 3 gezeigt
ist, nimmt ein Zylinder 41 einen Tauchkolben 42 auf.
Der Tauchkolben 42 erstreckt sich durch ein in dem Zylinder 41 ausgebildetes
Tauchkolbenloch 41b hindurch und wird durch eine Hubvorrichtung 43 hin-
und herbewegt. Die Hin- und Herbewegung des Tauchkolbens 42 ändert das
Volumen einer Druckkammer (nicht gezeigt), die in dem Zylinder 41 definiert
ist. Dadurch wird ein Kraftstoff mit Druck beaufschlagt.
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Ein
Dichtelement 44 befindet sich um den unteren Abschnitt
des Zylinders 41, um den Raum zwischen dem Zylinder 41 und
der Hubvorrichtung 43 abzudichten. Insbesondere ist ein
Vorsprung 41a an dem unteren Abschnitt des Zylinders 41 ausgebildet. Der
Vorsprung 41a ist in die obere Öffnung des Dichtelementes 44 mittels
einer Presspassung eingepasst. Ein ringartiger Lippenabschnitt 44a ist
an dem unteren Abschnitt des Dichtelementes 44 ausgebildet.
Der Tauchkolben 42 erstreckt sich durch den Lippenabschnitt 44a hindurch
und gleitet an diesem. Auf diese Weise wird verhindert, dass aus
der Druckkammer austretender Kraftstoff mit einem Schmiermittel vermischt
wird, das die Hubvorrichtung 43 schmiert.
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Da
jedoch der Vorsprung 41a des Zylinders 41 mittels
einer Presspassung in die obere Öffnung des
Dichtelementes 44 eingepasst ist, nimmt der Zylinder 41 aufgrund
der Spannkraft des Dichtelementes 44 eine Last auf, die
das Tauchkolbenloch 41b verformen kann.
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Die
Achsen des Dichtelementes 44 und des Tauchkolbens 42 müssen mit
hoher Genauigkeit ausgerichtet sein, um eine hohe Dichtwirkung zu
gewährleisten,
was die Kosten des Zylinders 41 erhöht.
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Im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird indessen von einer Hochdruckpumpe
ausgegangen, wie sie aus der
DE 19522306 A1 bekannt ist. Aus dieser Druckschrift
ist es bekannt, in einen Zylinder einen von einem Antriebselement
antreibbaren Kolben axial verschiebbar zu lagern, wobei an dem Kolben ein
Dichtelement bestehend aus einer Metallröhre sowie an einer daran befestigten
Gummidichtung dichtend anliegt. Das Dichtelement umgibt dabei abschnittsweise
den Zylinder derart, dass der Zylinder dichtend vom Antriebselement
getrennt wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckpumpe
vorzusehen, deren Dichtelement außerhalb eines Zylinders zuverlässig angebracht
und positioniert ist.
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Diese
Aufgabe wird mittels einer Hochdruckpumpe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Demzufolge ist
ein Tauchkolben in einer in einem Zylinder ausgebildeten Druckkammer
hin- und herbewegbar angeordnet. Der Tauchkolben wird durch ein
Antriebselement hin- und herbewegt und ändert das Volumen der Druckkammer,
wodurch ein Fluid in der Druckkammer mit Druck beaufschlagt wird.
Die Pumpe hat ein Dichtelement und eine Stütze. Das Dichtelement befindet
sich außerhalb
des Zylinders und dichtet den Zylinder von dem Antriebselement ab,
wodurch verhindert wird, dass das aus der Druckkammer austretende
Fluid mit einem Schmiermittel vermischt wird, das das Antriebselement
schmiert. Die Stütze
ist getrennt von dem Zylinder ausgebildet und an der Halterung angebracht.
Die Stütze
ist so an den Zylinder befestigt, dass sich der Tauchkolben durch
die Stütze hindurch
erstreckt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten
unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsbeispiele
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen verständlich.
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1 zeigt
eine Querschnittansicht einer Hochdruckkraftstoffpumpe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine vergrößerte ausschnittartige Querschnittansicht
der Pumpe gemäß der 1;
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3 zeigt
eine vergrößerte ausschnittartige Querschnittansicht
einer Hochdruckkraftstoffpumpe als Stand der Technik.
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Eine
Hochdruckkraftstoffpumpe 11 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Die Pumpe 11 wird bei einem Motor der Zylindereinspritzbauart
verwendet. Die Pumpe 11 beaufschlagt von einem Kraftstofftank
durch eine Förderpumpe
zugeführten
Kraftstoff mit Druck und leitet den Kraftstoff zu einem Kraftstoffverteilungsrohr.
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Wie
dies in der 1 gezeigt ist, befindet sich
ein Zylinder 13 in einem Gehäuse 12. Eine Druckkammer 14 ist
an dem oberen Abschnitt des Zylinders 13 definiert. Eine
Halterung 15 ist an dem unteren Ende des Gehäuses 12 durch
Schrauben 16 gesichert. Der Zylinder 13 ist zwischen
der Halterung 15 und dem Gehäuse 12 gehalten. Ein
Tauchkolbenloch 13a ist an der Mitte des Zylinders 13 ausgebildet.
Ein Tauchkolben 17 erstreckt sich durch das Tauchkolbenloch 13a hindurch
und gleitet in der axialen Richtung.
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Die
Halterung 15 hat eine zylindrische Führung 15a, die nach
unten vorsteht. Ein Antriebselement, das bei diesem Ausführungsbeispiel
eine becherförmige
Hubvorrichtung 18 ist, ist in der Führung 15a eingepasst.
Die Hubvorrichtung 18 gleitet in der axialen Richtung.
Das untere Ende des Tauchkolbens 17 ist mit dem Boden der
Hubvorrichtung 18 in Kontakt. Eine Stütze 19, die auch als
ein Federsitz fungiert, umgibt den Umfang des unteren Abschnitts des
Zylinders 13. Die Stütze 19 hat
einen Flansch 19a an ihrem oberen Ende. Der Flansch 19a ist
zusammen mit dem Zylinder 13 fest zwischen dem Gehäuse 12 und
der Halterung 15 gehalten.
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Ein
Halter 20 ist um das untere Ende des Tauchkolbens 17 herum
gepasst. Der Halter 20 ist koaxial zu der Stütze 19 angeordnet.
Eine Feder 21 erstreckt sich im zusammengedrückten Zustand
zwischen der Stütze 19 und
dem Halter 20 und drückt das
untere Ende des Tauchkolbens 17 gegen den Boden der Hubvorrichtung 18.
Demnach wird die Hubvorrichtung 18 zu einer Motornockenwelle 22 gedrückt.
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Ein
Auslassnocken ist an der Nockenwelle 22 befestigt. Außerdem ist
ein Antriebsnocken 23 an der Nockenwelle 22 zum
Betätigen
des Tauchkolbens 17 befestigt. Zwei Nockenanläufe 23a sind
an der Nockenfläche
des Antriebsnockens 23 ausgebildet. Die Nockenanläufe 23a sind
um 180° voneinander
beabstandet. Die Feder 21 drückt die Hubvorrichtung 18 gegen
die Nockenfläche
des Antriebsnockens 23.
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Ein
Kraftstoffzuführungskanal 24 ist
mit der Druckkammer 14 verbunden und an dem Zylinder 13 ausgebildet.
Ein elektromagnetisches Überströmventil 25 befindet
sich in dem Kanal 24.
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Das Überströmventil 25 hat
einen elektromagnetischen Solenoid. Wenn auf den Solenoid keine elektrische
Spannung aufgebracht wird, ist das Überströmventil 25 geöffnet und
verbindet den Zuführungskanal 24 mit
der Druckkammer 14. Wenn der Tauchkolben 17 in
diesem Zustand gesenkt wird, wird Kraftstoff, der durch eine Förderpumpe
(nicht gezeigt) von dem Kraftstofftank eingezogen wird, durch den
Zuführungskanal 24 zu
der Druckkammer 14 geleitet. In diesem Zeitraum wird der
Kraftstoff nicht mit Druck beaufschlagt. Wenn auf den Solenoid eine elektrische
Spannung aufgebracht wird, wird das Überströmventil 25 geschlossen,
wodurch der Zuführungskanal 24 gesperrt
wird. Wenn der Tauchkolben 17 in diesem Zustand angehoben
wird, wird das Volumen der Druckkammer 14 reduziert, wodurch
der Kraftstoff in der Druckkammer 14 mit Druck beaufschlagt
wird.
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Ein
Auslasskanal, der bei diesem Ausführungsbeispiel ein Hochdruckkanal 26 ist,
ist in dem Zylinder 13 und dem Gehäuse 12 ausgebildet.
Der Hochdruckkanal 26 ist mit der Druckkammer 14 verbunden.
Ein Rückschlagventil
befindet sich an dem Auslass des Hochdruckkanals 26. Wenn
der Druck des von der Druckkammer 14 in den Hochdruckkanal 26 ausgelassenen
Kraftstoffes ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, dann öffnet sich
das Rückschlagventil 27.
Dann wird mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff zu dem Kraftstoffverteilungsrohr
geleitet. Danach wird der Kraftstoff zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen
des Motors verteilt.
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Wenn
der Motor läuft,
dreht sich die Nockenwelle 22, die den Antriebsnocken 23 dreht.
Demgemäß bewegt
sich die Hubvorrichtung 18 in der axialen Richtung der
Führung 15a entsprechend
dem Profil der Nockenfläche
des Antriebsnockens 23 hin und her. Wenn der Antriebsnocken 23 an
einer ersten Position R1 ist, die durch eine gestrichelte Linie
in der 1 gezeigt ist, ist die Hubvorrichtung 18 an
der untersten Position und am nächsten
zu der Nockenwelle 22. Zu diesem Zeitpunkt ist der Tauchkolben 17 an der
untersten Position. In diesem Zustand ist das obere Ende 17a des
Tauchkolbens 17 am weitesten von der Druckkammer 14 zurückgesetzt,
wodurch das Volumen der Druckkammer 14 maximal ist.
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Wenn
der Antriebsnocken 23 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird
und eine zweite Position R2 erreicht, die in der 1 gezeigt
ist, nähert
sich einer der Nockenanläufe 23a dem
Boden der Hubvorrichtung 18, wodurch die Hubvorrichtung 18 angehoben wird.
Folglich wird der Tauchkolben 17 angehoben und das obere
Ende 17a wird so bewegt, dass es in die Druckkammer 14 hineinragt.
Das Volumen der Druckkammer 14 wird demnach verringert.
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Wenn
der Antriebsnocken 23 zu einer dritten Position R3 gedreht
wird, dann ist einer der Nockenanläufe 23a an der höchsten Position.
In diesem Zustand ist das obere Ende 17a des Tauchkolbens 17 an
der höchsten
Position und ragt maximal in die Druckkammer 14 hinein,
wodurch das Volumen der Druckkammer 14 minimal ist. Die
Drehung des Antriebsnockens 23 von der ersten Position
R1 zu der dritten Position R3 entspricht dem Druckbeaufschlagungshub
des Tauchkolbens 17.
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Wenn
auf den Solenoid des Überströmventils 25 bei
dem Druckbeaufschlagungshub keine elektrische Spannung aufgebracht
wird, läuft
Kraftstoff in der Druckkammer durch den Zuführungskanal 24 zu
dem Kraftstofftank über
und wird nicht zu dem Kraftstoffverteilungsrohr geleitet. Falls
mit einer geeigneter Zeitgebung auf der Grundlage einer Steuerung
einer elektronischen Steuervorrichtung auf den Solenoid eine elektrische
Spannung aufgebracht wird, wird das Überströmventil 25 geschlossen. Wenn
das Überströmventil 25 geschlossen
ist, erhöht sich
der Druck des Kraftstoffes in der Druckkammer 14, wenn
der Tauchkolben 17 angehoben wird. Dann wird der mit Druck
beaufschlagte Kraftstoff in der Druckkammer 14 durch den
Hochdruckkanal 26 zu dem Rückschlagventil 27 geleitet
und öffnet
das Rückschlagventil 27.
Der Kraftstoff wird dann dem Kraftstoffverteilungsrohr zugeführt. Die
Kolbenverdrängung
der Hochdruckkraftstoffpumpe 11 wird bei dem Druckbeaufschlagungshub
des Tauchkolbens 17 durch ein Ändern der Schließzeitgebung
des Überströmventils 25 gesteuert.
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Wenn
der Antriebsnocken 23 von der dritten Position R3 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht wird, werden die Hubvorrichtung 18 und der Tauchkolben 17 allmählich durch
die Kraft der Feder 21 abgesenkt. Wenn der Antriebsnocken 23 die
erste Position R1 erreicht, sind die Hubvorrichtung 18 und
der Tauchkolben 17 erneut an der untersten Position. Die
Drehung des Antriebsnockens 23 von der dritten Position R3
zu der ersten Position R1 entspricht einem Saughub des Tauchkolbens 17.
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Die
elektronische Steuervorrichtung beendet das Aufbringen einer elektrischen
Spannung auf den Solenoid, wenn die Hubvorrichtung 18 und
der Tauchkolben 17 die höchsten Positionen erreichen. Während des
Saughubs ist das Überströmventil 25 offen,
was ein Einziehen des durch die Förderpumpe von dem Kraftstofftank
gepumpten Kraftstoffes in die Druckkammer 14 durch den
Kraftstoffzuführungskanal 24 ermöglicht.
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Anschließend werden
der Druckbeaufschlagungshub und der Saughub abwechselnd wiederholt. Demgemäß wird dem
Kraftstoffverteilungsrohr durch den Hochdruckkanal 26 Kraftstoff
zugeführt.
Die Kolbenverdrängung
der Pumpe 11 wird durch ein Ändern der Öffnungs- und Schließzeitgebung
des Überströmventils 25 gesteuert.
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Wie
dies in den 1 und 2 gezeigt
ist, befindet sich ein Dichtelement 28 an dem unteren Endabschnitt
des Zylinders 13. Das Dichtelement 28 dichtet
den Raum zwischen dem Zylinder 13 und der Hubvorrichtung 18 ab,
wodurch verhindert wird, dass der aus der Druckkammer 14 durch
den Zwischenraum zwischen dem Tauchkolbenloch 13a und dem Tauchkolben 17 austretende
Kraftstoff mit einem Schmiermittel vermischt wird, das die Hubvorrichtung 18 schmiert.
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Das
Dichtelement 28 besteht aus einer Metallröhre 29 und
einem Gummistück 30,
das die innere Fläche
der Röhre 29 bedeckt.
Ein nach außen
geknickter Abschnitt 30a ist an dem oberen Ende des Gummistücks 30 ausgebildet.
Ein ringartiger Lippenabschnitt 31 ist an dem unteren Ende
des Gummistücks 30 ausgebildet.
Der Lippenabschnitt 31 hat eine obere Lippe 31a und
eine untere Lippe 31b, die in der axialen Richtung des
Tauchkolbens 17 räumlich
voneinander beabstandet sind.
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Das
obere Ende der Metallröhre 29 ist
nicht direkt um das untere Ende des Zylinders 13 gepasst. Anstatt
dessen ist die Röhre 29 in
die ringartige Stütze 19 gepasst,
die getrennt von dem Zylinder 13 ausgebildet ist. Wenn
die Pumpe 11 zusammengebaut wird, gelangt die Stütze 19 zunächst in
einen Eingriff mit dem Tauchkolben 17. Dann wird die Stütze 19 zusammen
mit dem Zylinder 13 fest zwischen dem Gehäuse 12 und
der Halterung 15 gehalten. Dann wird das Dichtelement 28 an
dem unteren Endabschnitt des Zylinders 13 angebracht. Ein
O-Ring 32 befindet sich
zwischen dem Flansch 19a und dem Zylinder 13.
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Der
Lippenabschnitt 31 ist mit dem Tauchkolben 17 in
einem Gleitkontakt. Wenn sich der Tauchkolben 17 durch
die Hubvorrichtung 18 entsprechend der Drehung des Antriebsnockens 23 axial
hin- und herbewegt, wird daher verhindert, dass der aus der Druckkammer 14 entlang
der Fläche
des Tauchkolbens 17 austretende Kraftstoff mit dem Schmiermittel in
der Hubvorrichtung 18 vermischt wird. Anders gesagt werden
der Kraftstoff und das Schmiermittel an dem Tauchkolben 17 durch
die Lippen 31a, 31b abgewischt, wodurch verhindert
wird, dass sich der Kraftstoff und das Schmiermittel miteinander
vermischen.
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Der
geknickte Abschnitt 30a des Gummistücks 30 ist in Kontakt
mit der inneren Fläche
der Stütze 19.
Daher verhindert der geknickte Abschnitt 30a zuverlässig, dass
Kraftstoff austritt, selbst wenn die Form des oberen Abschnitts
der Röhre 29 nicht genau
mit der Form des entsprechenden Abschnitts der Stütze 19 übereinstimmt.
Des weiteren verhindert der zwischen dem Flansch 19a und
dem Zylinder 13 angeordnete O-Ring 32, dass Kraftstoff
zwischen dem Zylinder 13 und der Stütze 19 austritt.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 hat
die folgenden Vorteile.
- (1) Der in dem Zylinder 13 hin-
und herbewegbar gepasste Tauchkolben 17 wird durch die
Hubvorrichtung 18 betätigt.
Beim Hin- und Herbewegen ändert
der Tauchkolben 17 das Volumen der Druckkammer 14,
die den Kraftstoff mit Druck beaufschlagt. Ein Dichtelement 28 ist
außerhalb
des Zylinders 13 angeordnet, um zwischen dem Zylinder 13 und
der Hubvorrichtung 18 abzudichten. Das Dichtelement 28 verhindert
das Vermischen des aus der Druckkammer 14 austretenden
Kraftstoffes mit dem Schmiermittel, das die Hubvorrichtung 18 schmiert.
Das Dichtelement 28 ist im Eingriff mit der Stütze 19,
die getrennt von dem Zylinder 13 ausgebildet ist. Die Stütze 19 umgibt den
Tauchkolben 17 und wird gegen den Zylinder 13 gedrückt, wobei
das Dichtelement 28 außerhalb
des Zylinders 13 angebracht ist. Zunächst wird das Dichtelement 28 in
Eingriff mit der Stütze 19 gebracht.
Dann wird die Stütze 19 in
Eingriff mit dem Tauchkolben 17 gebracht und befestigt. Anders
gesagt wird das Dichtelement 28 ohne Aufbringung einer
Last auf den Zylinder 13 angebracht. Anders als bei dem
Aufbau gemäß dem Stand
der Technik wird das Tauchkolbenloch 13a des Zylinders 13 daher
nicht durch die Last verformt, die auf den Zylinder 13 aufgrund
der Spannkraft des Dichtelementes 28 aufgebracht wird.
- (2) Wenn die Stütze 19,
an der das Dichtelement 28 angebracht ist, an den Zylinder 13 befestigt wird,
kann die radiale Position der Stütze 19 relativ
zu dem Zylinder 13 eingestellt werden, was das Ausrichten
der Achsen des Dichtelementes 28 und des Tauchkolbens 17 erleichtert.
Bei dem Aufbau gemäß dem Stand
der Technik muss die Achse des an dem Zylinder ausgebildeten Vorsprungs
zum Aufnehmen des Dichtelementes genau nach der Achse des Tauchkolbenlochs
ausgerichtet werden. Verglichen mit dem Stand der Technik muss die
Achse des Zylinders 13 nicht genau nach der Achse des Tauchkolbenlochs 13a ausgerichtet
werden. Dies erleichtert die Bearbeitung des Zylinders 13.
- (3) Das Dichtelement 28 hat die Metallröhre 29 und
das Gummistück 30,
das die innere Fläche der
Röhre 29 bedeckt.
Dadurch gelangt die Röhre 29 nicht
direkt mit Kraftstoff in Kontakt, der aus der Druckkammer 14 austritt.
Somit wird ein Verrosten der Metallröhre 29 verhindert,
auch wenn Nicht-Standardkraftstoff
wie zum Beispiel wasserhaltiger Kraftstoff verwendet wird.
- (4) Die Stütze 19,
an der das Dichtelement 28 angebracht ist, fungiert als
ein Federsitz, der die Feder 21 aufnimmt, die den Tauchkolben 17 gegen die
Hubvorrichtung 18 drückt.
Daher besteht keine Notwendigkeit für einen zusätzlichen Federsitz, wodurch
der Aufbau vereinfacht ist.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
kann folgendermaßen
abgewandelt werden. Die folgenden Ausführungsbeispiele haben dieselben
oder ähnliche Vorteile
wie das dargestellte Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 muss
die Stütze 19 nicht
die Wirkung eines Federsitzes zum Aufnehmen der Feder 21 haben,
und es kann ein getrennter Federsitz verwendet werden.
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Die
Hochdruckpumpe 11 des dargestellten Ausführungsbeispiels
hat das Überströmventil 25, und
die Schließzeitgebung
des Überströmventils 25 wird
bei dem Druckbeaufschlagungshub eingestellt, um die Kolbenverdrängung der
Pumpe 11 zu steuern. Jedoch kann die vorliegende Erfindung
auf andere Bauarten von Hochdruckpumpen angewendet werden. Zum Beispiel
kann die vorliegende Erfindung auf eine Hochdruckpumpe angewendet
werden, die die Kolbenverdrängung
durch ein Einstellen der Öffnungszeitgebung
eines elektromagnetischen Ventils bei dem Saughub ändert, um
die Kraftstoffmenge zu steuern, die in eine Druckkammer einzuziehen
ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf eine Hochdruckpumpe angewendet werden,
die andere Fluide außer
Kraftstoff komprimiert.