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Es wird auf die am 18. Juli 1994 eingereichte, ebenfalls schwebende Anmeldung mit der lfd. Nummer
276545 hingewiesen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren, und speziell auf
Krattstoffeinspritzsysteme für solche Motoren. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung auf durch eine
Magnetwicklung betätigte Kraftstoffpumpen mit axialer Strömung, und auf Druckstoß-
Kraftstoffeinspritzmechanismen oder Druckstoß-Kraftstoffeinspritzventile.
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Es wird auf die folgenden US-Patente hingewiesen:
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2987293 - Erteilt am 6. Juni 1961
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3429552 - Erteilt am 25. Februar 1969
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4640391 - Erteilt am 3. Februar 1987
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4917351 - Erteilt am 17. April 1990
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5029807 - Erteilt am 9. Juli 1991
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5044563 - Erteilt am 3. September 1991
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5218999 - Erteilt am 15. Juni 1993
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5355856 - Erteilt am 18. Oktober 1994
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5357933 - Erteilt am 25. Oktober 1994
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5357944 - Erteilt am 25. Oktober 1994
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Es wird auf die folgenden ausländischen Patente hingewiesen:
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4-183958 - Japan, erteilt am 30. Juni 1992
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DE 41 07 622 A1 - Deutschland, erteilt am 9. Oktober 1992.
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Eine Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus WO-A-
93/18297 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß Anspruch 1. Weitere Einzelheiten
bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute auf diesem Gebiet aus der folgenden
ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung ersichtlich werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die Fig. 1 ist eine fragmentarische Ansicht einer Kombinationseinheit aus einer Kraftstoffeinspritzpumpe
und einer Düse, wobei diese Kombinationseinheit verschiedene der Merkmale der Erfindung umfaßt.
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Bevor eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich erklärt wird, wird darauf hingewiesen, daß
die Erfindung bei ihrer Anwendung nicht auf die in der folgenden Beschreibung angegebenen oder in der
Zeichnung veranschaulichten Einzelheiten der Bauweise und der Anordnungen der Komponenten begrenzt
ist. Die Erfindung kann weitere Ausführungsformen umfassen und auf verschiedene Weise verwirklicht
oder ausgeführt werden. Außerdem gilt als vereinbart, daß die hier benutzte Ausdrucksweise und
Terminologie zum Zwecke der Beschreibung gewählt wurde, und keine Begrenzung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In der Zeichnung ist eine Kombinationseinheit 11 aus einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einer
Düse wiedergegeben, wobei diese Kombinationseinheit im allgemeinen, außer den nachstehend ersichtlich
werdenden Unterschieden, mit der Kombinationseinheit aus einer Kraftstoffeinspritzpumpe und einer Düse
übereinstimmt, die in der am 18. Juli 1994 eingereichten, ebenfalls schwebenden Anmeldung mit der lfd.
Nummer 276545 beschrieben ist, und die hier durch Verweisung einbezogen wird. Die
Kombinationseinheit 11 umfaßt eine Kraftstoffeinspritzpumpe 13, die eine Gehäuseeinheit 15 aufweist, die
ein Gehäuseelement 17 umfaßt, das vorzugsweise aus einem Teil besteht, und das eine innere, längliche,
zylindrische Wand 19 umfaßt, die eine Achse 20 hat. Das Gehäuseelement 17 umfaßt außerdem eine
Stirnwand 21, die zusammen mit der zylindrischen Wand 19 eine äußere oder Niederdruck-
Kraftstoffpumpkammer 23 teilweise definiert. Die Stirnwand 21 enthält eine axiale Bohrung 25, die sich
koaxial zu der zylindrischen Wand 19 erstreckt.
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Die Kraftstoffgehäuseeinheit 15 umfaßt außerdem ein zweites oder weiteres Gehäuseelement 31,
das ebenfalls vorzugsweise aus einem Teil besteht, und das eine innere, längliche, zylindrische Wand 33
umfaßt, die entsprechend der inneren Wand 19 ausgerichtet ist. Das Gehäuseelement 31 umfaßt außerdem
eine Stirnwand 35, die zusammen mit der zylindrischen Wand 33 ebenfalls die äußere oder Niederdruck-
Kraftstoffpumpkammer 23 teilweise definiert. Die Stirnwand 35 enthält eine zentrale oder axiale Bohrung
37, die sich koaxial zu der zylindrischen Wand 33 erstreckt.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 13 umfaßt außerdem ein rohrförmiges, stationäres Element 41, das
sich koaxial zu den zylindrischen Wänden 19 und 33, und in die axiale oder zentrale Bohrung 37 der
Stirnwand 35 des zweiten Gehäuseelements 31, und zu dem Gehäuseelement 17 hin erstreckt. Das
rohrförmige Element 41 umfaßt ein inneres Ende 43, das einen gewissen Abstand von der Stirnwand 21 des
Gehäuseelements 17 hat, eine äußere Oberfläche 45, und eine innere Bohrung 47, die ein Hochdruck-
Ausgangsventil 49 umfaßt, das einen Kraftstoffausgang definiert.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 13 umfaßt außerdem eine Einheit 51 aus einem Anker und einem
Ventil, die eine Ankerstruktur oder ein Ankerelement 53 umfaßt, das in geeigneter Weise gebaut sein kann
und bei dichtem Eingriff auf der äußeren Oberfläche 45 des rohrförmigen Elements 41 verschiebbar
angebracht ist zwecks Bewegung zwischen einer Niederdruckposition und einer Hochdruckposition. Die
Einheit 51 umfaßt außerdem ein Tellerventil oder einen Tauchkolben 55, der relativ zu der Ankerstruktur
53 bewegbar ist, wie nachstehend beschrieben wird.
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Die Ankerstruktur oder das Ankerelement 53 umfaßt ein erstes Ende 57, das auf dem rohrförmigen
Element 41 verschiebbar ist, und ein zweites Ende 59, das links in der Zeichnung fern von dem
rohrförmigen Element 41 gelegen ist. Die Ankerstruktur 53 umfaßt außerdem eine innere oder zentrale
Bohrung 61, die sich von dem ersten Ende 57 erstreckt und eine innere Oberfläche hat, die mit der äußeren
Oberfläche 45 des rohrförmigen Elements 41 verschiebbar und dicht in Eingriff ist. Außerdem umfaßt die
Ankerstruktur 53 eine quergerichtete Flanschoberfläche 63, die sich von der inneren Bohrung 61 in einem
axialen Abstand von dem inneren Ende 43 des rohrförmigen Elements 41 erstreckt und eine innere
Hochdruck-Kraftstoffkammer 65 teilweise definiert, die mit der inneren Bohrung 47 des rohrförmigen
Elements 41 in Verbindung steht.
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Weiterhin umfaßt die Ankerstruktur oder das Ankerelement 53 an dem zweiten Ende eine Buchse
71, die eine zentrale Bohrung 73 hat, die sich koaxial zu den zylindrischen Wänden 19 und 33 erstreckt. Die
zentrale Bohrung 73 umfaßt ein Ende 75, das einen gewissen axialen Abstand von dem Ende 43 des
rohrförmigen Elements 41 hat, eine Schulterbohrung 79, die sich von dem Ende 75 der zentralen Bohrung
73 der Buchse 71 und zu dem Ende 43 des rohrförmigen Elements 41 hin erstreckt und einen Ventilsitz 81
hat. Die Buchse 71 umfaßt außerdem einen Kraftstoffdurchgang 83, der sich zwischen der Schulterbohrung
79 und der äußeren Niederdruck-Kraftstoffkammer 23 radial erstreckt, und der zwischen dem Ende 75 der
zentralen Bohrung 73 und dem Ventilsitz 81 gelegen ist. Die Schulterbohrung 79 kann auch als ein Teil des
Kraftstoffdurchgangs 83 angesehen werden.
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Zwischen der Stirnwand 21 des Gehäuseelements 17 und dem von dem rohrförmigen Element 41
fernen Ende der Ankerstruktur 53 ist ein Abstandsstück oder Abstandselement 91 gelegen, das die
Bewegung der Ankerstruktur 53 nach links in der Zeichnung begrenzt. Das Abstandselement 91 umfaßt
eine zentrale Bohrung 93, die die Hindurchführung eines Einstellelements ermöglicht, das noch beschrieben
werden muß, und das in das Tellerventil oder den Tauchkolben 55 eingreift.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 13 umfaßt außerdem eine um die inneren zylindrischen Wände 19
und 33 herum angeordnete, geeignete Spuleneinheit 105, die eine Magnetwicklung oder Spule 107 trägt, die
bei elektrischer Erregung bewirkt, daß die Ankerstruktur 53 in der axialen Richtung längs des rohrförmigen
Elements 41 nach rechts in der Zeichnung verschoben wird. Eine geeignete Feder 111 spannt die
Ankerstruktur 53 nach links in der Zeichnung bis zum Eingriff mit dem Abstandsstück 91 vor, wenn die
Spule 107 nicht elektrisch erregt ist.
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Die Einheit 51 aus dem Anker und dem Ventil umfaßt außerdem das obenerwähnte Tellerventil
oder den Tauchkolben 55, der einen Schaftbereich 121 hat, der eine quergerichtete Stirnfläche 123 hat, die
fern von dem Ende 43 des rohrförmigen Elements 41 gelegen ist, und eine äußere Oberfläche 125 hat, die
sich von der quergerichteten Stirnfläche 123 nach rechts in der Zeichnung erstreckt, und in verschiebbarem
und dichtem Eingriff mit der zentralen Bohrung 73 der Buchse 71 ist, um eine Bewegung des Tauchkolbens
oder Tellerventils 55 relativ zu der Ankerstruktur 53 zu ermöglichen, und zwar als Reaktion auf eine
Bewegung der Ankerstruktur 53 relativ zu dem rohrförmigen Element 41 über die Hublänge zwischen der
ersten und der zweiten Position. Der Schaftbereich 121 umfaßt außerdem ein Ende 127, das näher bei dem
Ende 43 des rohrförmigen Elements 41 gelegen ist.
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Das Tellerventil oder der Tauchkolben 53 umfaßt außerdem einen Kopfbereich 131, der sich von
dem Ende 127 des Schaftbereichs 121 erstreckt, und der in der inneren Hochdruck-Kraftstoffkammer 65
zwischen der Flanschoberfläche 63 der Ankerstruktur 53 und dem Ventilsitz 81 gelegen ist. Der
Kopfbereich 131 umfaßt eine dem Ventilsitz 81 gegenüberliegende Ventiloberfläche 133, die einen
gewissen Abstand von dem Ventilsitz 81 hat, wenn der Tauchkolben oder das Tellerventil 55 in der zweiten
Position ist, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, von der äußeren Niederdruck-Kraftstoffkammer 23 durch
den Kraftstoffdurchgang 83 und die Schulterbohrung 79 nach der inneren Hochdruck-Kraftstoffkammer 65
zu fließen, wobei die Ventiloberfläche 133 in dichtem Eingriff mit dem Ventilsitz 81 auf der Buchse 71 ist,
wenn der Tauchkolben oder das Tellerventil 55 in der ersten Position ist, um einen Kraftstoffluß zwischen
der Niederdruck- und der Hochdruck-Kraftstoffkammer 23 bzw. 65 über die Schulterbohrung 73 und den
Kraftstoffdurchgang 83 auszuschließen.
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Die Kraftstoffeinspritzpumpe 13 umfaßt außerdem ein Einstellelement 141, das sich in der axialen
Bohrung 25 der Stirnwand 21 des Gehäuseelements 17 erstreckt, und ein inneres Ende 143 hat, das mit der
Stirnfläche 123 des Tauchkolbens oder Tellerventils 55 in Eingriff gebracht werden kann, um den Abstand
oder Zwischenraum zwischen der Ventiloberfläche 133 und dem Ventilsitz 81 zu steuern, wenn die
Ankerstruktur 53 in der Niederdruckposition ist. Der Abstand steuert den Betrag der Bewegung der
Ankerstruktur 55 vor dem Verschließen der abdichtenden Oberfläche oder Ventiloberfläche 133 mit dem
Ventilsitz 81, und folglich den Betrag der übertragenen Energie.
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In dieser letzteren Hinsicht gilt im allgemeinen: Je größer die Geschwindigkeit ist, die von der
Ankerstruktur 53 erreicht wird, bevor die Ventiloberfläche in dem Ventilsitz eingreift, desto größer ist die
Energie, die auf den Kraftstoff überragen werden kann, und desto schneller erfolgt die Zunahme des
Kraftstoffdrucks für die Abgabe des Kraftstoffs durch eine Düse (nicht wiedergegeben).
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Außerdem umfaßt die Kraftstoffeinspritzpumpe 13 Mittel zum axialen Verschieben des
Einstellelements 141 relativ zu der Stirnwand 21 des Gehäuseelements 17, um den Abstand zu variieren,
d. h., um die zweite Position des Tauchkolbens oder Tellerventils 55 in der axialen Richtung variabel
anzuordnen, und dadurch die Hublänge des Tauchkolbens oder Tellerventils 55 einzustellen.
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Obwohl andere Bauweisen verwendet werden können, wird hier eine Bauweise beschrieben, bei
der das Einstellelement 141 eine Schraube aufweist, die über ein Gewinde in die axiale Bohrung 25 der
Stirnwand 21 des Gehäuseelements 17 hineingedreht ist, um eine mit der Drehung der Schraube
verbundene, axiale Bewegung der Schraube zu ermöglichen. Demgemäß kann ein Inbusschlüssel (nicht
wiedergegeben), der in einer geeigneten Aussparung 151 in dem Kopf der Schraube oder des
Einstellelements 141 angeordnet ist, verwendet werden, um den Hub des Tauchkolbens oder Tellerventils
55 relativ zu der Ankerstruktur 53 einzustellen, und dadurch die Menge des während jedes Betriebszyklus
nach der inneren Hochdruck-Kammer 65 fließenden Kraftstoffs zu steuern. Zwischen der Stirnwand 21 des
Gehäuseelements 17 und dem Einstellelement oder der Schraube 141 kann eine geeignete Dichtung 153
verwendet werden, um zu vermeiden, daß Kraftstoff dazwischen entweicht.
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Verglichen mit der in der Anmeldung mit der lfd. Nummer 276545 beschriebenen Bauweise wurde
deren Anschlagelement oder Einstellkolben weggelassen, wodurch die Einstellung des Hubs der
Ankerstruktur 53 nicht direkt gesteuert wird. Stattdessen wird die Hublänge des Tellerventils 55 durch
Steuerung des Betrages der Bewegung oder der Hublänge zwischen dem Tellerventil oder dem
Tauchkolben 55 und der Ankerstruktur oder dem Ankerelement 53 gesteuert.
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Als Folge der oben beschriebenen Bauweise ist die Ankerstruktur oder das Ankerelement 53 als
Reaktion auf die Erregung der elektrischen Spule 107 relativ zu dem rohrförmigen Element 41 in einer
ersten Richtung (nach rechts in der Zeichnung) bewegbar, um den Kraftstoff in die Hochdruck-
Kraftstoffkammer 65 zu pressen, und als Reaktion auf die Wirkung der Feder 111 in einer zu der ersten
Richtung entgegengesetzten, zweiten Richtung (nach links in der Zeichnung) bewegbar.
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Ebenfalls als Folge der oben beschriebenen Bauweise hat der Tauchkolben oder das Tellerventil 55
eine Hublänge zwischen einer ersten, nicht-eingreifenden oder abgehobenen Position, in der als Reaktion
auf die Bewegung der Ankerstruktur oder des Ankerelements 53 in der zweiten Richtung die
Ventiloberfläche 113 von dem Ventilsitz 81 abgehoben ist, um das Fließen von Kraftstoff von der
Niederdruck-Kraftstoffkammer 23 nach der Hochdruck-Kraftstoffkammer 65 zu ermöglichen, und einer
zweiten, eingreifenden Position, in der die Ventiloberfläche 113 in den Ventilsitz 81 dicht eingreift, um das
Fließen von Kraftstoff zwischen der Niederdruck-Kammer und der Hochdruck-Kammer 23 bzw. 65 zu
verhindern. Die erste oder abgehobene Position wird durch den Eingriff der linken Stirnfläche 123 des
Tauchkolbens oder Tellerventils 55 mit dem inneren Ende 143 der Einstellschraube oder des
Einstellelements 141 bestimmt.
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Beim Betrieb bewirkt die Erregung der Spule 107 eine Bewegung der Ankerstruktur oder des
Ankerelements 53 von der Niederdruckposition nach rechts in der Zeichnung, entgegen der Wirkung der
Feder 111. Zu Beginn einer solchen Bewegung der Ankerstruktur oder des Ankerelements 53 von der
Niederdruckposition aus befindet sich der Tauchkolben oder das Tellerventil 55 in der von dem Ventilsitz
81 abgehobenen Position, wodurch die Niederdruck-Kraftstoffkammer und die Hochdruck-
Kraftstoffkammer 23 bzw. 65 über den radialen Kraftstoffdurchgang 83 und die Schulterbohrung 79
miteinander in Verbindung stehen. Eine solche anfängliche Bewegung der Ankerstruktur 53 nach rechts
bewirkt jedoch eine Verschiebung des Ventilsitzes 81 nach rechts bis in dichten Eingriff mit der
Ventiloberfläche 133 des Kopfbereichs 131 des Tauchkolbens oder Tellerventils 55. Bei einem solchen
Eingriff wird die Verbindung der Hochdruck-Kammer 65 mit der Niederdruck Kammer 23 beendet, und die
Hochdruck-Kammer wird dicht verschlossen. Infolge der Bewegungsenergie, die mit der Bewegung der
Ankerstruktur 53 nach rechts verbunden ist, nimmt der Druck in der Hochdruck-Kammer 65 rasch zu, bis
das druckbetätigte Ausgangsventil 49 öffnet, wodurch der Kraftstoffausfluß aus der Hochdruck-Kammer 65
und die weitere Bewegung der Ankerstruktur nach rechts ermöglicht wird.
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In dieser letzteren Hinsicht gilt im allgemeinen: Je größer die Geschwindigkeit ist, die von der
Ankerstruktur 53 vor dem Eingriff der Ventiloberfläche 133 mit dem Ventilsitz 81 erreicht wird, desto
größer ist die Energie, die auf den Kraftstoff übertragen werden kann, und desto rascher ist daher die
Zunahme des Kraftstoffdrucks für die Abgabe über eine Düse (nicht wiedergegeben).
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Eine Variation bei der Menge des aus der Hochdruck-Kammer 65 gepumpten Kraftstoffs kann
erhalten werden, wenn die Hublänge des Tauchkolbens oder Tellerventils 55 durch Manipulation der
Einstellschraube oder des Einstellelements 141 geändert wird. Insbesondere wird, wenn die Hublänge des
Tauchkolbens oder Tellerventils 55 zwischen der eingreifenden und der nicht-eingreifenden Position
vergrößert wird, die Ankerstruktur 55 über einen größeren oder vergrößerten Bereich der Hublänge bewegt,
bevor der Ventilsitz 81 in die Ventiloberfläche 133 eingreift, um die Hochdruck-Kraftstoffkammer 65 zu
verschließen oder abzudichten. Ein solcher vergrößerter Bewegungsbereich vor dem Verschließen der
Hochdruck-Kraftstoffkammer 65 vermindert das effektive Volumen der Hochdruck-Kammer 65, und
vermindert die Menge des Kraftstoffs, der durch den mit der Erregung der Spule 107 verbundenen,
druckerhöhenden Hub der Ankerstruktur oder des Ankerelements 53 gepumpt wird.
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Bei der Aberregung der Spule 107 und der Beendigung des Druckhubs der Ankerstruktur 53
bewirkt die Feder 111 eine Bewegung der Ankerstruktur nach links in der Zeichnung bis in die
Niederdruckposition, in der die Buchse 71 in Eingriff mit dem Abstandsstück 91 ist. Bei einer solchen
Bewegung der Ankerstruktur 53 nach links wird auch das Tellerventil 55 nach links mitgenommen, um
nach der anfänglichen Bewegung einen Eingriff der Stirnfläche 123 des Tauchkolbens oder Tellerventils 55
mit dem Einstellelement oder der Einstellschraube 141 zu bewirken, wodurch die Tellerventilbewegung
nach links begrenzt wird und eine Bewegung des Ventilsitzes 81 von dem Kopfbereich 131 des
Tellerventils 55 weg bewirkt wird, bis die Buchse 71 in das Abstandsstück 91 eingreift, um die Bewegung
der Ankerstruktur oder des Ankerelements 53 nach links zu beenden. Bei der Trennung des Ventilsitzes 81
von der Ventiloberfläche 133 fließt Kraftstoff durch den radialen Kraftstoffdurchgang 83 und durch die
Schulterbohrung 79, wodurch das zunehmende Volumen der Hochdruck-Kammer 65, das sich während der
Bewegung der Ankerstruktur nach links ergibt, gefüllt wird. Demgemäß kann über die Einstellung der
Schraube 141 eine Feinregulierung der Menge des bei jeder elektrischen Erregung der Spule 107
gepumpten Kraftstoffs vorgenommen werden, und zwar unabhängig von der Betriebssteuerung des Motors.
Das Einstellelement oder die Einstellschraube 141 ermöglicht daher eine feinabgestimmte Steuerung des
Leistungsgleichgewichts zwischen den Zylindern eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors.