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Einspritzpumpe, insbesondere für leichtsiedende Brennstoffe Die Anwendung
des Einspritzverfahrens, insbesondere bei Verwendung von leichtsiedenden Brennstoffen,
bei schnell laufenden Brennkraftmaschinen, wobei beispielsweise die Brennstoffmengenregelung
mit der Luftregelung gekuppelt ist, setzt erfahrungsgemäß die Erfüllung verschiedener
Forderungen voraus, die in mechanischer, regeltechnischer, kinematischer und physikalischer
Hinsicht bestehen. Mechanisch wird ein auch für sehr hohe Drehzahlen geeigneter
betriebssicherer Antrieb der Pumpenkolben und sich gering auswirkende Massenkräfte
verlangt. Regeltechnisch muß die zur Verbrennung kommende Brennstoffmenge im gesamtenDrehzahl-
undLeistungsbereich der Brennkraftmaschine dem jeweiligen Luftv erbrauchswertder
Maschine angleich- und regelbar sein, während kinematisch der Einspritzvorgang je
nach dem erforderlichen Einspritzgesetz beherrschbar sein muß. Gleichfalls ist es
zur Erreichung einer stabilen Brennstoffmengenregelung notwendig, die schädliche
physikalische Auswirkung des Brennstoffes, wie Dampf-, Gas- und Luftblasenbildung
sowie Kavitation während des Brennstoffeinlaß-und Auslaßv organges zu unterbinden
bzw. ein schädliches Auswirken stark zu mindern.
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Es sind Ausführungen von Einspritzpumpen bekannt, welche eine oder
mehrere der grundsätzlichen Forderungen teilweise erfüllen, indem z. B. die drehzahlabhängige
Anpassung der Brennstoffeinspritzmenge an den jeweiligen Luftfüllungsgrad der Brennkraftmaschine
durch zusätzliche Regeleinrichtungen, wie Fliehkraft-, Vakuumregler, Überströmregelventile,
Druckregelorgane, oder durch eine hauptsächlich im mittleren Teillastgebiet innerhalb
des niedrigen Drehzahlbereiches übermäßig wirkende Einlaßzeitregelung erfolgt oder
zur Erreichung einer hohen Betriebssicherheit des Pumpenkolbenantriebs ein Speicherkolbenprinzip
zur
Anwendung kommt, bei dem die Einspritzkinematik auch mittels eines Exzenterantriebs,
unter Einschränkung hinsichtlich des Einspritzwinkels. zu erzielen ist. Eine weitere
Pumpenausführung weist ein Gegenkolbensystein auf, bei dem beide Kolben sich am
Einspritzende stirnseitig aufsetzen und die Einspritzkinematik sowie ebenfalls der
Einspritzwinkel durch die Form des Antriebsnockens bestimmt werden, während die
drehzahlabhängige Regelwirkung mittels zusätzlicher Regelorgane erwirkt «-erden
muß. Weiterhin ist es bekannt, der schädlichen Luft-, Gas- und Dampfblasenbildung
durch Brennstoffzuflußdruck und Brennstoffumlauf entgegenzuwirken.
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Die bekannten Einspritzpumpen in voneinander verschiedenen Ausführungsformen
erlauben keine einfache Wirkungs- und Bauweise und erfüllen die erfahrungsgemäß
notwendigen Bedingungen nur beschränkt, währenddem mit der Erfindung sämtliche Forderungen
wirkungsmäßig in einer geschlossenen sowie räumlich vorteilhaften Ausführung mit
einfachen Mitteln unter Anwendung eines einzigen Regelorgans erfüllt werden können.
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Die Erfindung besteht in der Zusammenfassung und Erfüllung der notwendigen
Forderungen in der Form, daß bei Ein- und Mehrzylinderpumpen die Pumpenkolben und
zusätzliche Förderglieder, wie Ölschmierpumpe, Brennstoffvordruckpurnpe usw., ohne
die bisher üblichen Zwischenstößel oder Schwinghebel direkt über eine auf einemKugelkopf
gelagerte Druckplatte durch einen leichtläufigen Schrägscheibenantrieb betätigt
werden, die Brennstoffmengenregelung durch eine drehzahlabhängige sowie festlegbare
und veränderliche Drossel-, Einlaßzeit- und maximale Brennstoffmengenregelung erfolgt,
indem eine zum Purnpendruckraum einmündende Einlaßbohrung, Winkel- und zeitmäßig
durch einen mit dem Pumpenantrieb umlaufenden und in demselben axial verschiebbar
gekuppelten Drehschieberkolben gesteuert wird. der im Gebiet der Einlaßbohrung auf
der Strecke des gewählten Verstellweges, entsprechend der erforderlichen Regelcharakteristik,
auf seiner Mantelfläche eine oder mehrere gestuft angeordnete gerade, schräge, keil-
oder kurvenförmige fluten aufweist, mit welchen, je nach Verschieben des Drehschiebers
der Einlaßwinkel und der Einlaßmoment geändert und die einzuspritzende Brennstoffmenge
in Abhängigkeit der Drehzahl des Drehschieberkolbens zu regeln ist, die Regelung
des effektiven Höchstwertes der einzuspritzenden Brennstoffmenge annähernd konstant
oder veränderbar zwecks .@ngleichung an den Luftfüllungsgrad der Brennkraftniaschine
im niedrigen Drehzahl- und Leistungsbereich durch Bestimmung des jeweils volumetrischen
Inhaltes des Pumpendruckraumes im Moment des AbschlieBens oder Öffnens der Saugbohrung
durch den Pumpenkolben selbst oder mittels des Drehschieberkolbens erfolgt, die
jeweils abgemessene Brennstoffmenge nach dem bekannten Speicherkolbenprinzip auf
Einspritzdruck gebracht wird, während die Brennstofführung zur Einspritzleitung
z«`ecks Vermeidung schädlicher Hohlräume im Pumpendruckraurn. ohne Stich- und Querbohrungen
im Pumpen- oder Speicherkolben, über außerhalb dem Pumpendruckraum liegende Bohrungen
oder Nuten erfolgt, der Einspritzmoment durch eine am Schaft des Pumpenkolbens befindliche
Ringnut oder Bohrung, die keine direkte Verbindung mit dem Pumpendruckraum hat,
gesteuert wird, der Einspritzwinkel mittels einer Durchflußdrossel an derAuslaßstelle
zur Einspritzleitung zu bestimmen ist, der Bildung bzw. der schädlichen Auswirkung
von Gas-, Dampf- und Luftblasen auf die Brennstoffmengenregelung, in an sich bekannter
Weise, durch einen kräftigen Brennstoffkreislauf sowie Durchspülung des Pumpensaugraumes
und stirnseitig dichtes Aufsetzen des Pumpen- und Speicherdruckkolbens am Ende der
Einspritzung entgegengewirkt wird, zur Durchflutung des Pumpensaugraumes der Federteller
des Speicherkolbens alsAbsaug- und Rückförderpumpe ausgebildet ist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Fig. i zeigt den Aufbau der Einspritzpumpe im Längsschnitt mit Einlaßregelung
zum Pumpendruckraum; Fig.2 stellt einen Teilquerschnitt einer solchen Pumpe durch
dieSaugbohrungenbei einerbeispielsweise Vier-Zylinder-Purnpe dar; Fig. 3 zeigt eine
Einzeldarstellung des axial verschiebbaren Drehschieberkolbens mit Zylinderbüchse
ungefähr in der Stellung der Leerlaufmengenregelung mit Brennstoffzulaufdrosselung
zur Brennstoffre.aelnut; Fig. 4 bis 9 zeigen die schematische Darstellung
der Änderung der Brennstoffhöchst- und Drehzahlmengenregelung im Verhältnis zum
jeweiligen volumetrischen Inhalt des Pumpendruckraumes durch Abhängigkeit der Gestaltung
und .-'inordnuiig der Breimstoffregelnuten in ihrer Zuordnung zum Öffnungs- bzw.
Schließmoment der Einlaßbohrung mittels des Pumpenkolbens oder des Drehschieberkolbens.
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Gemäß der Pumpenausführung Fig. i fließt der Brennstoff von einem
Brennstoffv orratsbehälter durch die Zulaufbolirung i in den Pumpensaugraum 2 und
füllt den Federraum 3 sowie die Regelnut 4., welche stirnseitig ausmündend auf der
:Mantelfläche des Drehschieberkolbens 5 angeordnet ist. Bei der Drehung des Schrägscheibenantriebes
6. worauf sich über eine auf einem Kugelkopf 7 gelagerte Druckplatte 8 der Pumpenkolben
g abstützt, folgt dieser unter der Belastung der Feder io und i i stehend gemeinsam
mit dem Speicherkolben 1.2 der rückläufigen Bewegung derDruckplatte8, die durch
die Drehung des Schrägscheibenantriebes eine Taumelscheibenbewegung ausführt. Die
gemeinsame Abwärtsbewegung der beiden Kolben, welche in einer -eineinsamen Z_viinderbüchse
13, die im Pumpengehäuse 14 dicht eingepreßt ist, arbeiten, dauert so lange an,
bis der Speicherkolben 1.2 unter dem Druck der Feder i 1 stehend sich mit seinem
Bund 15 auf der Zylinderbüchse 13 abstützt. Nun trennt sich durch den Einfluß der
Feder i o der
Pumpenkolben 9 vorn Speicherkolben 12 und wird im
Laufe des weiteren Abwärtshubes die in den Pumpendruckraum 16 (Fig. 4) einmündende
Saugbohrung i7 freigelegt. Sobald nun seitens desDrehschieberkolbens 5, der mittels
eines Mitnehmerstiftes i8 mit dem Pumpenantrieb verschiebbar gekuppelt ist, durch
die Regelnut .4 die Saugbohrung i7 aufgesteuert -wird, strömt Brennstoff in den
Pumpendruckraum 16 und wird dieser je nach der Einlaßzeit, die durch den Einlaßwinkel
der Regelnut ,4, der Stellung und Drehzahl des Drehschieberkolbens j bestimmt wird,
teilweise oder ganz gefüllt. Der jeweils im Pumpendruckraum 16 befindliche Brennstoff
wird beimAufwärtshub des Pumpenkolbens g, nach Abschließen der Saugbohrung 17, gegen
die Stirnseite des Speicherkolbens 12 gedrückt, der jetzt ebenfalls entgegen seiner
Belastung durch die Druckfeder i i an der Aufwärtsbewegung teilnimmt. Die zwischen
den beiden Kolben eingeschlossene Brennstoffmenge, deren Belastung höher liegt -wie
der erforderliche Einspritzdruck, wird gleichfalls so lange verschoben, bis der
Speicherkolben 12 die in der Zylinderbüchse 13 angeordnete Ouerbohrung ig freilegt
und der Brennstoff über eine an derAußenfläche der Zylinderbüchse 13 befindliche
Längsnut 2o (Fig. 6) durch eine zweite in die Zylinderbohrung einmündende Querbohrung
21 zu der am Pumpenkolben 9 angeordneten Ringnut 22 und von dort durch eine Drosselbohrung
23 zur Einspritzleitung 2.. strömen kann. Der Einspritzvorgang dauert so lange an,
-wie der Druck der Feder i i, die über einen Federteller 25 den Speicherkolben belastet,
Zeit benötigt, den vorgespannten Brennstoff durch die Drosselbohrung 23 zu drücken
und ist die Einspritzung beendet, -wenn beide Kolben, in an sich bekannter `Verse,
nach restloser Verdrängung des Brennstoffes aus dem Pumpendruckraum, sich stirnseitig
anlegen. Der Einspritzwinkel in Graden sowie derEinspritzdruck können beliebig durch
die Bestimmung des Druckes der Feder i i im Verhältnis zum gewählt:n Querschnitt
der Drosselbohrung 23 festgel@-gt werden.
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Die außerhalb des Pumpendruckraumes 16 angeordnete Brennstofführung
ig, 2o und 21 zur Einspritzleitung 24 und die Steuerung des Einspritzmoments durch
die am Pumpenkolben g befindliche Ringnut 22 bringen die -wesentlichen Vorteile,
daß gleichzeitig unter Ausschaltung schädlicher Hohlräume und Verhinderung von Gas-,
und Dampfblasenbildung im Pumpendruckraum 16 die Vorzüge des Speicherkolbenprinzips
voll auszunutzen sind und eine vom Pumpenkolbenantrieb 6 unabhängig stetig zunehmende
und plötzlich abbrechende Einspritzkinematik sowie die Voraussetzung für eine gute
Zerstäubung des Brennstoffes durch die Einspritzdüse gewährleistet ist.
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Um auch Gas-, Luft-,Dampf- undSchaumblasenbildungen im Pumpensaugraum
2 auszuscheiden bzw. zu verhindern, wird für eine kräftige Brennstoffdurchspülung
des Pumpensaugraumes in der Form eines Brennstoffkreislaufes über den Brennstofftank
zur Pumpe Sorge getragen und ist der ohnehin erforderliche Federteller 25 als Absaug-und
Rückförderpumpe ausgebildet. Der beim Aufwärtshub des Speicherkolbens bzw. des Federtellers
5 in den Pumpenraum 26 angesaugte Brennstoff wird beim Abwärtshub des Federtellers
durch den Kanal 27 über ein Rückschlagventil28 zum Brennstoffvoi-ratstank gefördert
und so ein ständiger Brennstoffkreislauf geschaffen.
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Die Erfindung besteht -weiterhin darin, daß zur Vermeidung einer schädlichen
Störung der Brennstoffinengenregelung und zur Erreichung einer großen Regelstabilität
angestrebt ist, eine geringstmögliche Strömungsgeschwindigkeit des Drennstoffes
bei der Eimaßregelung zum Pumpendruckraum 16 zu erhalten, uni ein mc.gliches Abreißen
des Brennstoffflusses zum Pumpendruckraum, besonders bei erwärmtem Brennstoff zu
unterbinden und gleichfalls Kavitation sowie die Bildung starker Brennstoff rückdruckwellen
zu verhindern. Zu diesem Zweck ist die Brennstoffregelnut 4 so ausgebildet und angeordnet,
daß zur Einregelung der Brennstoffmenge in den Pumpendruckraum 16 im gesamten Regelbereich
ein größtmöglicher Einlaßwinkel erforderlich ist, und -wird -weiterhin zwecks Erreichung
dieses Zieles der Brennstoffdurchlauf durch die Saugbohrung 17 zusätzlich mittels
einer Drosselschraube 29 gedrosselt, trotzdem es erfahrungsgemäß möglich ist, mit
einem -wesentlich kürzeren Einlaßw inkel die maximale Brennstoffmenge bei höchster
Drehzahl einzusteuern.
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Die Brennstoffmengenverstellung, welche zweckdienlich unter Zwischenschaltung
einer Kurvenscheibe mit der Luftregelung der Brennkraftmaschine gekuppelt ist, erfolgt
durch Ändern der Axialstellung des Drelischieberkolbens 5 mittels des Verstellhebels
30 über den Stift 31, gegen welchen der Drehschieberkolben durch die Druckfeder
32 gedrückt wird. Abhängig von der Öffnungsdauer der Einlaßbohrung 1;7. welche durch
die unterschiedliche Breite der Regelnut @. sowie der Jeweiligen Stellung und Drehzahl
des Drehschieberkolbens 5 bestimmt -wird, strömt mehr oderweniger Brennstoff in
den Pumpendruckraum 16, wobei in jeder Axialstellung des Drehschieberkolbens bei
steigender Pumpen- bzw. Drelischieberdrehzahl die Brennstoffmenge ab- und bei sinkender
Drehzahl zunimmt. Damit bei sinkender Drehzahl infolge höherer Belastung der Brennkraftmaschine
ab bestimmten Regelstellungen die maximale Brennstoffmenge zwecks Angleichung andenLuftfüllungsgrad
der Brennkraftmaschine im niedrigen Drehzahlbereich den Höchstwert nicht überschreiten
kann, wird der volumetrische Inhalt des Pumpendruckraumes 16 zwischen dem Schließmoment
der Saugbohrung i7 und der Stirnfläche des Speicherkolbens 12 dem erforderlichen
Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechend festgelegt. Die Bestimmung des wirksamen
volumetrischen Inhalts des Pumpendruckrauines kann erfindungsgemäß annähernd konstant
oder veränderbar im Moment des Abschließens oder öffnens der Saugbohrung 17 durch
den Pumpenkolben 9 oder mittels des Drehschieberkolbens 5 erfolgen.
In
den Fig. q. bis 9 sind schematisch die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestimmung
des volumetrischen Inhalts des Pumpendruckraumes im Verhältnis zum Öffnungs- und
Schließmoment der Saugbohrung 17 mit aufgerollter Mantelfläche des Drehschieberkolbens
5 dargestellt.
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Der öffnungs- und Schließmoment der Saugbohrung 17 ist auf den Mantelflächen
der verschiedenen Fig. 5, 7 und 9 mit strichlierten Linien gekennzeichnet, und es
bedeutet ö =Öffnen und sch = Schließen der Saugbohrung durch den Pumpenkolben
9. Alle angeführten Bezugszahlen beziehen sich auf die gleichen Kennzeichnungen
wie in Fig. i. In den Fig. q., 6 und 8 ist der Pumpenkolben g als in seiner unteren
Totpunktlage befindlich eingezeichnet.
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Wie aus der Fig. 5 ersichtlich, ist die Regelnut q. dreiteilig ausgeführt,
entspricht jedoch in ihrer Wirkung einer einzigen Nut, da die dazwischenliegenden
Stege vom Durchmesser der Saugbohrung 17 überbrückt werden. Diese Gestaltung ermöglicht
die Ausführung von ziemlich spitz auslaufenden, bei der Verstellung des Drehschiebers
5 allmählich in die Saugbohrung 17 eintauchende ',-"uten und kann das Leerlauf-
und kleine Teillastregelgebiet in die Nähe der UT.-Lage des Pumpenkolbens 9 gelegt
werden, womit beim höchsten Unterdruck im Pumpendruckraum 16 die stärkste drehzahlabhängige
Regelwirkung erzielt wird.
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In der Vollastregelstellung öffnet die Regelnut 4 kurz nach dem Öffnungsmoment
ö die Saugbohrung 17 und wird durch den Schrägverlauf der Regelkante a bei Verstellung
des Drehschiebers 5 der Brennstoffeinlaßbeginn immer mehr nach UT. verlegt. Beim
Aufwärtshub des Pumpenkolbens 9 wird die Saugbohrung 17 durch denselben geschlossen,
bevor die rückliegende Kante b der Regelnut 4. die Saugbohrung 17 überschleift.
Daraus ergibt sich, daß bei genügend langer Einlaßzeit, wie sich diese bei geringer
Drehzahl des Drehschieberkolbens ergeben kann, sich der gesamte Pumpendruckraum
16 mit Brennstoff auffüllt und beim Aufwärtshub des Pumpenkolbens 9 zunächst so
lange der überschüssige Brennstoff durch die Saugbohrung 17 über die Regelnut q.
in den Pumpensaugraum a zurückgefördert werden kann, bis der Pumpenkolben die Saugbohrung
übersteuert. Die zwischen dem Pumpenkolben 9 und Speicherkolben 12 eingeschlossene
Brennstoffmenge stellt die annähernd konstant erreichbare maximale Fördermenge dar,
die jedoch, wie auch erforderlich, im Gebiet der ziemlich spitz auslaufenden Regelnut
q, auch ungefähr bei Leerlaufdrehzahl, infolge Drosselung und kurzem Einlaßwinkel
nicht mehr erreicht werden kann.
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Bei der Ausführung nach Fig.6 und 7 ist die maximale Brennstoffmengenförderung
veränderbar und erfolgt deren Regelung durch die Schrägkante c der Regelnut q. durch
frühere oder spätere Überdeckung der Saugbohrung 17. Die zwischen dem Schließmoment
sch des Pumpenkolbens 9 und dem Speicherkolben 12 einschließbare Brennstoffmenge
entspricht ungefähr dem halben Wert der erforderlichen maximalen Brennstoffmenge
in Volllaststellung. Die Leerlaufmengenregelung erfolgt bei dieser Ausführung kurz
vor dem Schließmoment sch der Saugbohrung 17 durch den Pumpenkolben 9 und wird hierbei
eine weniger starke drehzahlabhängige Regelwirkung erreicht.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel Fig. 8 und 9 ist die maximale
Brennstoffmengenregelung ebenfalls veränderbar und wird dieselbe, im Unterschied
zu den anderen Ausführungen, in Abhängigkeit vom Öffnungsmoment ö der Saugbohrung
17, während des Abwärtshubes des Pumpenkolbens 9 durch früheres oder späteres Schließen
der Saugbohrung 17 durch die Schrägkante d der Regelnut q. bewirkt, und es entspricht
der volumetrische Inhalt des Pumpendruckraumes 16 in der Ruhelage des Pumpenkolbens
9 der erforderlichen maximalen Brennstoffmenge.
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Da zur Erreichung des erforderlichen Pumpendruckrauminhalts einerseits
nur ein geringer Hub des Pumpenkolbens 9 erforderlich, jedoch anderseits ein möglichst
langer Einlaßwinkel der Regelnut 4. notwendig ist, wird der Pumpenkolben 9 durch
einen Anschlag 33 in Ruhelage gehalten und über einen längeren Drehbereich e von
dem Pumpenantrieb 6 freigestellt, so daß es möglich ist, eine genügend breite Regelnut
4. in Anwendung zu bringen.
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Erfindungsgemäß ist durch eine entsprechende Formgebung und Anordnung
der Steuerkanten c oder d der Regelnut .4 zum Öffnungs- oder Schließmoment der Saugbohrung
17 jede erforderliche Regelcharakteristik der maximalen Brennstoffördermenge für
sämtliche Lastgebiete der Brennkraftmaschine zu bestimmen.
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Den Brennstoffzufluß zum Pumpendruckraum zwecks Anwendung eines großen
Einlaßwinkels zu drosseln, kann auch, wie in Fig.3 gezeigt, durch Drosseln des Brennstoffzuflusses
durch eine Drosselbohrung 3.4 über die Stichbohrung 35 und Querbohrung 36 zur Brennstoffregelnut
d. bewirkt werden. Bei dieser Ausführung ist es vorteilhaft. eine einzige Regelnut
in Anwendung zu bringen. Die Nutenkante b ist als nach dem Schließmoment sch liegend
angeordnet und kann auch als Schrägkante nach der Wirkungsweise der Kante c in Fig.
7 ausgebildet sein.
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Zur Schmierung der Pumpenkolben, ist im Pumpengehäuse 1.4 gleichfalls
eine Ölförderpumpe 37 eingebaut, die ebenfalls vom Pumpenantrieb 6 betätigt wird.
Der Förderdruck, der durch das Rückschlagventil38 einzustellen ist, liegt zweckmäßig
etwas höher als der Brennstofförderdruck. Die Ölförderpumpe ist auch für die Schmierung
der Brennkraftmaschine zu benutzen. Die Fördermenge ist jeweils konstant und wird
durch den Abstand der Stirnseite des federbelasteten Ausweichkolbens 39 von der
Kante des Zuflußkanals 4.o bestimmt.