Technisches Gebiet
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Verbrennungskraftmaschinen, die als Fahrzeugmotoren, stationäre Motoren
(Generatormotoren) oder zum Antrieb von Schiffen eingesetzt werden, weisen in der Regel
Zylinderzahlen zwischen 2 und 20 Zylindern auf. Bei diesen Verbrennungskraftmaschinen liegt der
Bohrungsdurchmesser der jeweiligen Zylinder innerhalb eines breiten Spektrums, zum Teil
bis 500 mm bei Großdieselmotoren. Je nach Zylinderzahl kommen individuell
zugeschnittene Kraftstoffeinspritzsysteme zum Einsatz, die individuell auf die Zylinderzahl
abgestimmt sein müssen.
Stand der Technik
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DE 198 37 332 A1 bezieht sich auf eine Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in
einer Pumpeneinheit. Die Steuereinheit weist ein Steuerventil und eine mit diesem
verbundene Ventilbetätigungseinheit auf. Das Steuerventil ist als in Strömungsrichtung nach
innen öffnenden I-Ventil ausgebildet, welches einen in einem Gehäuse der Steuereinheit
axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil
von innen auf einem Ventilsitz des Steuerventils aufsitzt. Es ist eine Drosselanordnung
vorgesehen, durch die der Durchfluß durch das Steuerventil bei um einen kleinen Hub h
geöffnetem Steuerventil gedrosselt wird. Bei um diesen Hubweg geöffnetem Steuerventil
ist der Ventilsitz nach wie vor geöffnet, ein weiterer am Steuerventil ausgebildeter
Ventilsitz jedoch geschlossen, so daß das geförderte Medium über die Drosselbohrungen durch
das Steuerventil fließt. Aufgrund eines derart gedrosselten Durchflusses durch das
Steuerventil wird in einem Hochdruckbereich des Systems zunächst ein niedrigerer Druck
aufgebaut. Bei vollständig geschlossenem Steuerventil hingegen, ist sowohl der erste Ventilsitz
als auch der weitere Ventilsitz geschlossen, wodurch die Bypass-Verbindung unterbrochen
wird. Dies führt zum Aufbau eines hohen Druckes zwischen der Pumpeneinheit und dem
Niederdruckbereichsystem, verglichen mit dem Hochdruckbereich.
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DE 42 38 727 A1 betrifft ein Magnetventil. Das Magnetventil dient zur Steuerung des
Durchganges einer Verbindung zwischen einem zumindest zeitweise auf Fluidhochdruck
gebrachten Hochdruckraum, insbesondere eines Pumpenarbeitsraumes einer
Kraftstoffeinspritzpumpe und einem Niederdruckraum. Es ist ein in ein Ventilgehäuse eingesetzter
Ventilkörper und eine darin angeordnete Bohrung vorgesehen, in der ein Ventilschließglied
in Form eines Kolbens von einem Elektromagneten entgegen der Kraft einer Rückstellfeder
verschiebbar ist. Der Kolben verjüngt sich, ausgehend von einer kreiszylindrischen
Mantelfläche über eine Kegelfläche zu einem verringerten Durchmesser, wobei die Kegelfläche
mit einem kegelförmigen, einen die kreiszylindrische Mantelfläche des Kolbens
umgebenden Hochdruckraum mit einem den verringerten Durchmesser des Kolbens umgebenden
verbindenden Ventilsitz am Ventilkörper zusammenwirkt. Dessen Kegelwinkel ist kleiner
ausgebildet als der Kegelwinkel der Kegelfläche des Kolbens, so daß der Kolben über eine
am Übergang zwischen seiner zylinderförmigen Mantelfläche und der Kegelfläche
entstandenen Dichtkante mit dem diesem zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkt. Der
Dichtkante ist in Überströmrichtung vom Hochdruckraum zum Niederdruckraum eine mit
Beginn des Öffnungshubes wirksam werdende Drosselstelle nachgeschaltet. Diese
Drosselstelle wird durch eine Drosselstrecke im Überdeckungsbereich zwischen eckiger Fläche des
Kolbens und einer Ventilsitzfläche gebildet, wobei der Winkel der Kegelfläche des
Kolbens geringfügig, vorzugsweise 0,5° bis 1° größer ist, als der Winkel der Ventilsitzfläche,
so daß der Durchtrittsquerschnitt zwischen der Kegelfläche des Kolbens und der
Ventilsitzfläche über den gesamten Umfang in Überströmrichtung zum Niederdruckraum zu Beginn
des Öffnungshubes stetig abnimmt. Aufgrund der hohen sich einstellenden
Strömungsgeschwindigkeiten des Kraftstoffs zwischen den Einspritzphasen - seien es Vor-, Haupt- oder
Nacheinspritzphasen - können mit dieser Lösung Kavitationsschäden nicht vollständig
ausgeschlossen werden.
Darstellung der Erfindung
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegen vor allem darin, daß ein
Injektorbauprinzip unabhängig von der Zylinderzahl der Verbrennungskraftmaschine, von der
Motorkonfiguration (V-Anordnung, W-Anordnung, Reihenanordnung) eingesetzt werden kann,
indem anstelle eines Rail-Bauteiles die Hochdruckzuleitungsabschnitte zur Verbindung
von dezentral angeordneten Speichern eingesetzt werden. Die
Hochdruckzuleitungsabschnitte ihrerseits verbinden die einzelnen Injektoren miteinander; sie sind austauschbar
und können an unterschiedliche Zylinderabstände der Zylinder auf den einzelnen
Zylinderbänken der Verbrennungskraftmaschine angepaßt werden. Die vorgeschlagene Lösung
bietet eine erhöhte Flexibilität beim Aufbau eines Einspritzsystemes und dessen einfacher
Anpaßbarkeit an unterschiedliche Motorkonfigurationen, seien es Zylinderanordnungen in
V-, W- oder in Reihenbauweise.
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Das Modularitätsprinzip ist gleichermaßen beim Aufbau des eingesetzten
Kraftstoffinjektors verwirklicht. Es kommen an den jeweiligen Injektoren Einspritzdüsen,
Zwischenplatten mit in diesen ausgebildeten Zulauf und Ablaufdrossel, Ventileinheiten und
Injektorkörper zum Einsatz. Durch Auswechseln der Zwischenplatte beispielsweise kann die
Druckentlastung bzw. Druckbeaufschlagung des Steuerraums des Injektors durch die
Dimensionierung der Drosselquerschnitte beeinflußt und an die unterschiedlichsten
Einsatzgegebenheiten des Injektors angepaßt werden. Der am modular aufgebauten Injektor eingesetzte
Injektorkörper kann in unterschiedlichen Baulängen ausgebildet werden und somit optimal
an den zur Verfügung stehenden Bauraum angepaßt werden. Der Injektorkörper umfaßt
einen Speicherraum, dessen Speichervolumen etwa kleiner als dem 80-fachen der maximal
eingespritzten Kraftstoffmenge entspricht. Dieser Speicher wird durch eine im Kopfbereich
des Kraftstoffinjektors ausgebildete Zulaufdrossel mit unter hohem Druck stehenden
Kraftstoff beaufschlagt. Dem im Injektorkörper integrierten Speicher ist ein die Durchflußmenge
des Kraftstoffs zum Düsenraum begrenzender Durchflußbegrenzer nachgeschaltet. Die
Zulaufdrossel zum Speicher im Kopfbereich des Injektors wird bevorzugt derart ausgelegt,
daß eine mehrfache Einspritzung möglich ist, ohne daß Druckpulsationen in den
Hochdruckleitungsabschnitten, die am Kopfbereich des Kraftstoffinjektors angeschlossen sind,
auftreten. Damit wird auch das stabile Druckniveau in Speichern der anderen Injektoren
zum Einspritzen von Kraftstoff nicht gestört. Vorteilhafterweise läßt sich das Druckniveau
im in den Injektorkörper integrierten Speicherraum durch dessen Zulaufdrossel auf einem
Druckniveau halten, welches dem Druckniveau entspricht, das in einem in eines der
Förderaggregate integrierten Druckspeicher herrscht.
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Die Druckpulsationen in diesem Speicher und zwischen dem Speicher und der Düse sind
dank des kleinen Abstandes zwischen dem Speicher und der Düse deutlich kleiner im
Vergleich zu konventionellen Einspritzsystemen.
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Über die in den Injektorkörper integrierten Speicherräume, deren Zulaufdrossel und an
einem der Förderaggregate integrierten oder in der Nähe von diesem untergebrachten
Speicherraum, werden die jeweiligen Einspritzvorgänge unabhängig von der
Motorkonfiguration der Verbrennungskraftmaschine, der Länge der Hochdruckleitungsabschnitte und der
Zylinderanzahl der Verbrennungskraftmaschine. Das Einspritzsystem läßt sich aufgrund
der zentralen Speicheranordnung zur Dämpfung der Pumpenpulsation an einer Vielzahl
unterschiedlich konfigurierter Verbrennungskraftmaschinen einsetzen und vermindert
somit die Variantenvielzahl hinsichtlich der erforderlichen Baukomponenten erheblich. Der
den Förderaggregaten zugeordnete Speicherraum sowie der injektorseitige Druckspeicher
werden durch einfache, modular aufgebaute und deshalb einfach austauschbare
Hochdruckleitungsabschnitte miteinander verbunden, wodurch die Anpaßbarkeit des
Einspritzsystems an unterschiedlichste Verbrennungskraftmaschinenkonfigurationen maßgeblich
vereinfacht wird und die Qualität der Einspritzvorgänge unabhängig von der Leitungslänge
der die Speicherräume miteinander verbindenden Leitungsabschnitte wird.
Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher beschrieben.
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Es zeigt:
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Fig. 1 die Komponenten eines Einspritzsystems,
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Fig. 2 das Aufbauprinzip eines Kraftstoffinjektors des Einspritzsystems nach Fig. 1,
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Fig. 2a die vergrößerte Darstellung der Drosselgeometrie der Zulaufdrossel zum
Speicherraum
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Fig. 3 den Längsschnitt durch eine Ausführungsvariante eines Injektors nach Fig. 2
und
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Fig. 4 die Draufsicht auf die Ausführungsvariante des Injektors nach Fig. 3.
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Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors mit querbauendem
Speicherraum in der Draufsicht,
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Fig. 6 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 im Schnitt,
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Fig. 7 die schematische Wiedergabe einer weiteren Ausführungsvariante mit einem
Hochdruckanschlußstück als Teil des Injektors,
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Fig. 8 eine Prinzipskizze des Hochdruckanschlußstückes und
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Fig. 9 die Darstellung weiterer Einbaukomponenten in einen Kraftstoffinjektor
unterhalb des in diesen integrierten Speicherraums 36
Ausführungsvarianten
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Fig. 1 sind die Komponenten eines Einspritzsystems zu entnehmen.
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Das in Fig. 1 dargestellte Einspritzsystem zur Versorgung einer
Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff umfaßt ein Kraftstoffreservoir 1. Eine Förderpumpe 2 fördert aus dem
Kraftstoffreservoir 1 Kraftstoff. Druckseitig ist der Förderpumpe 2 eine
Hochdruckpumpeneinheit 3 nachgeschaltet, der eine Drosselstelle 4 vorgeschaltet ist. Die Drosselstelle 4
ist eine variabel ausgestaltete Drosselstelle, die über eine Steuereinheit 12 angesteuert
werden kann. Der Förderpumpe 2 ist ein Drucksteuerventil 8 nachgeschaltet, welches den
Zulaufdruck zur Hochdruckpumpeneinheit 3 steuert und mit dem Kraftstoffreservoir 1 in
Verbindung steht.
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Die Hochdruckpumpeneinheit 3 umfaßt einen integrierten Druckspeicher 5. Der
Druckspeicher 5 ist über ein Überdruckventil 7 gesichert, dessen Ablauf in das
Kraftstoffreservoir 1 mündet. Ferner umfaßt der integrierte Druckspeicher 5 einen Drucksensor 6, der mit
der Steuereinheit 12 in Verbindung steht und über den der im integrierten Druckspeicher 5
herrschende Druck an die Steuereinheit 12 zurückgemeldet wird. Vom integrierten
Druckspeicher 5 zweigt eine erste Hochdruckleitung 9 ab. Über die erste Hochdruckleitung 9
lassen sich beispielsweise die Injektoren 11 der Zylinder einer ersten Zylinderbank einer
Verbrennungskraftmaschine mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgen. Diese
Konfiguration eines Einspritzsystems wird beispielsweise bei der Kraftstoffversorgung von
Zylindern einer in Reihenbauweise gestalteten Verbrennungskraftmaschine gewählt.
Daneben können vom integrierten Druckspeicher 5 auch weitere Hochdruckzuleitungen
abzweigen. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine weitere Hochdruckleitung 10 zur
Versorgung der Injektoren 11 von Zylindern einer weiteren Motorenbank einer
Verbrennungskraftmaschine schematisch angedeutet, wobei die Zylinder einer derartigen
Verbrennungskraftmaschine in V-Bauweise angeordnet werden können. Daneben kann eine in Fig. 1
nicht dargestellte dritte Hochdruckzuleitung zu einer dritten Zylinderbank abzweigen,
beispielsweise bei Verbrennungskraftmaschinen, deren Zylinder in W-Bauweise angeordnet
sind und demzufolge drei oder mehr Zylinderbänke ausgebildet sind.
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Die erste vom integrierten Druckspeicher 5 abführende Hochdruckzuleitung 9 geht in einen
ersten Leitungsabschnitt 17 über. Der Leitungsabschnitt 17 ist im Kopfbereich 15 des
Injektors 11 angeschlossen. Vom Kopfbereich 15 des Injektors 11, an dessen
brennraumseitigem Ende eine Injektordüse 16 angeordnet ist, zweigt ein erster Leitungsabschnitt 17.1
ab, der am Kopfbereich 15 eines weiteren Injektors 11 angeschlossen ist. Von dessen
Kopfbereich 15 zweigt ein weiterer Leitungsabschnitt 17.2 zum Kopfbereich 15 des
nächsten Injektors 11 ab. Je nach Anzahl der Zylinder an einer Zylinderbank einer
Verbrennungskraftmaschine läßt sich die Abfolge der Leitungsabschnitte 17, 17.1, 17.2 an weitere,
hier nicht dargestellte Injektoren 11 zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder der
Verbrennungskraftmaschine fortsetzen. Die einzelnen Injektoren 11 zur Versorgung der
Brennräume einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff werden über die
Steuereinheit 12 über Ansteuerungen 14 jeweils elektronisch angesteuert. Die einzelnen Injektoren
11 stehen über Niederdruckleitungsabschnitte 13 mit einer Sammelleitung in Verbindung,
über welche die Leckagemenge bzw. Steuermengen der Injektoren niederdruckseitig dem
Kraftstoffreservoir 1 zugeführt werden. Auch die Injektoren 11 einer zweiten sowie einer
dritten Zylinderbank - die in Fig. 1 nicht dargestellt sind - stehen niederdruckseitig über
Niederdruckleitungen 13 mit dem Kraftstoffreservoir 1 in Verbindung, in welches die
Leckage- bzw. Absteuermengen der Injektoren 11 zurückgefördert werden.
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Fig. 2 zeigt das Aufbauprinzip eines Injektors, welcher an Einspritzsystemen gemäß der
Darstellung nach Fig. 1 zum Einsatz kommt.
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Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der dort dargestellte Injektor 11
einen Injektorkörper 20, ein Steuerteil 21, eine Zwischenplatte 22 sowie am
brennraumseitigen Ende eine Injektordüse 16 umfaßt.
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Die Injektordüse 16 umfaßt eine Düsennadel 23, welche in vertikale Richtung beweglich
angeordnet ist. Die Düsennadel 23 umfaßt eine Nadelführung 24, an welcher in
Umfangsrichtung in Bezug auf die Düsennadel 23 versetzt, einzelne Strömungsfreiflächen
angeordnet sind, über welche von einem Düsennadelraum 40 aus Kraftstoff zur Düsennadelspitze
strömt, dort ansteht und bei vertikaler Auffahrbewegung der Düsennadel 23 über ein oder
mehrere Einspritzöffnungen 38 in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt wird.
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Die Düsennadel 23 umfaßt einen Bund, an welchem sich eine Feder 26 abstützt. Die Feder
26 beaufschlagt einen oberen Bund eines hülsenförmigen Bauelementes 25, welches durch
die sich am Bund der Düsennadel 23 abstützende Feder 26 gegen die Unterseite der
Zwischenplatte 22 gedrückt wird. Das hülsenförmige Bauelement 25 sowie die obere Stirnseite
der Düsennadel 23 begrenzen einen Steuerraum 27, dessen Druckbeaufschlagung bzw.
Druckentlastung die vertikale Bewegung der Düsennadel 23 innerhalb des Düsenkörpers
bewirkt. Der Düsenraum 27 wird einerseits durch eine in der Zwischenplatte ausgeführte
Zulaufdrossel 28 über eine Kraftstoffhochdruckleitung 29 mit unter hohem Druck
stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Andererseits wird der Steuerraum 27 über ein ebenfalls in der
Zwischenplatte 22 ausgebildetes Ablaufdrosselelement 30 druckentlastet. Zur
Druckentlastung des Steuerraumes 27 ist im Steuerteil 21 ein Ventil 31 vorgesehen, welches über
einen im Injektorkörper 20 ausgebildeten Steller 34 betätigt wird. Der Steller 34 ist in der
Prinzipskizze gemäß der Darstellung in Fig. 2 als Ringmagnet ausgebildet und wird über
die Ansteuerung 14 mittels der Steuereinheit 12 angesteuert. Das Ventil 31 ist mit einem
ankerartigen Ventilteller 32 versehen, der über ein vom Elektromagneten 34 umschlossenes
Federelement 33 in seinen im Steuerteil 21 ausgebildeten Sitz 42 gedrückt wird. Bei
geschlossenem Sitz 42, d. h. nicht aktiviertem Steller 34, ist ein Ablaufkanal 41, welcher der
Ablaufdrossel 30 des Steuerraums 27 nachgeschaltet ist, verschlossen. Unterhalb des
Ventilsitzes 42 des Ventils 31 im Steuerteil 21 erstreckt sich mäanderförmig konfigurierter
Ablaufkanal, der mit einem Ablaufkanal 43, der im Injektorkörper 20 ausgebildet ist, in
Verbindung steht. Über den Ablaufkanal 43 strömt abgesteuertes Kraftstoffvolumen in die
niederdruckseitig vorgesehenen Leitungen 13 (vgl. Darstellung gemäß Fig. 1).
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Der Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjektors 11 umfaßt einen Speicherraum 36. Das
Speichervolumen im Speicherraum 36 ist kleiner als das 80-fache der maximalen
Einspritzmenge, welche über die Einspritzöffnungen 38 an der Injektordüse 16 in einen in Fig. 2
nicht dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.
Bevorzugt beträgt das Speichervolumen des Speicherraumes 36 das 60 bis 80-fache der
Einspritzmenge. Der Speicherraum 36 im Kopfbereich 15 des Injektorkörpers 20 wird über
eine Zulaufdrossel 37 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Die
Zulaufdrossel 37 zweigt ihrerseits von einem ebenfalls im Kopfbereich des Injektorkörpers 20
ausgebildeten Kanal 44 ab. Der Kanal 44 wird einerseits über den Leitungsabschnitt 17 der
Hochdruckzuleitung 9 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt;
andererseits steht der Kanal 44 im Kopfbereich 15 des Injektorkörpers 20 über den ersten
Leitungsabschnitt 17.1 mit einem hier nicht dargestellten weiteren Kopfbereich 15 eines
weiteren Kraftstoffinjektors 11 in Verbindung. Der Kanalquerschnitt des Kanals 44 im
Kopfbereich 15 des Injektors 20 ist mit Bezugszeichen 45 gekennzeichnet. Über den
Leitungsabschnitt 17 der Hochdruckleitung 9 stehen demnach der in die Hochdruckpumpeneinheit
3 integrierte Druckspeicher 5 sowie - unter Zwischenschaltung der Zulaufdrossel 37 - der
Druckspeicher 36 innerhalb des Injektorkörpers 20 in Verbindung. Die Dimensionierung
der Zulaufdrossel 37 zwischen dem Kanal 44 im Kopfbereich 15 des Injektorkörpers 20
und dem injektorseitigen Speicherraum 36 gewährleistet die Unabhängigkeit der einzelnen
Einspritzvorgänge unabhängig von der Anzahl der Zylinder der
Verbrennungskraftmaschine, unabhängig von deren Motorenkonfiguration, sei es in Reihenbauweise, in V-
Anordnung oder in W-Anordnung sowie unabhängig von der Länge der einzelnen
Verbindungsleitungen untereinander. Ferner ist durch geeignete Auslegung der Zulaufdrossel 37
zum Speicherraum 36 im Injektorkörper 20 sichergestellt, daß mehrfach hintereinander
geschaltete Einspritzvorgänge möglich sind, ohne daß sich im Speicherraum 36 und in den
Leitungsabschnitten 17 bzw. 17.1 Druckpulsationen aufbauen und dadurch auch andere
Kraftstoffeinspritzinjektoren 11 beeinflußt werden. Damit lassen sich Vor-, Haupt- sowie
Nacheinspritzphasen druckpulsationsfrei ermöglichen. Die Zulaufdrossel 37 zum
Speicherraum 36 erlaubt das Beibehalten nahezu identischer Druckniveaus im Speicherraum 36 vor
dem Einspritzvorgang und im integrierten Druckspeicher 5 der Hochdruckpumpeneinheit
3. Vorteilhaft wird die Drosselgeometrie der Zulaufdrossel 37 zum Speicherraum mit
unterschiedlichem Durchflußbeiwerten ausgeführt, wie der Darstellung gemäß Fig. 2a, vgl.
Bezugszeichen 37.1, entnehmbar ist.
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Dem Speicherraum 36 im Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjektors 11 ist ein
Durchflußbegrenzer 35 nachgeschaltet. Der Körper des Durchflußbegrenzers 35 enthält eine
Querbohrung mit Drosselwirkung 54 und ist über ein Federelement 46 vorgespannt. Der
Durchflußbegrenzer 35 ist dem Speicherraum 36 nach- und der Kraftstoffhochdruckleitung 29
des Injektorkörpers 20 vorgeschaltet. Über den Durchflußbegrenzer 35 wird eine
unerwünschte Übermenge bei einer Fehlfunktion, die zum Beispiel bei undichter Düse
verhindert bzw. derart beschränkt, daß das Eintreten einer unerwünschten Übermenge nur bei
einem Einspritzvorgang möglich ist. Am Körper des Durchflußbegrenzers ist die
Querbohrung 54 derart ausgebildet, daß diese sich senkrecht zur Symmetrieachse des Körpers des
Durchflußbegrenzers 35 erstreckt, wobei der Bodenbereich des Körpers des
Durchflußbegrenzers verschlossen ist, so daß sich ein Abströmen von Kraftstoff lediglich über die
Öffnungen der Querbohrung 54 in der Wandung des Körpers des Durchflußbegrenzers 35
einstellt. Die sich an den Durchflußbegrenzer 35 im Injektorkörper 20 anschließende
Kraftstoffhochdruckleitung 29 erstreckt sich durch das Steuerteil 21, bevor die
Kraftstoffhochdruckleitung 29 in der Zwischenplatte 22 in einen zweiarmigen Kanal mündet. Ein Arm
des Kanals in der Zwischenplatte 22 läuft in der Zulaufdrossel 28 zur
Druckbeaufschlagung des Steuerraums 27 aus, während der weitere Arm des Kanals in einen
Düsennadelraum 40 mündet. Über den Düsennadelraum 40 und die an der Nadelführung 24
ausgebildeten Strömungsfreiflächen tritt Kraftstoff in den die Düsennadel 23 unterhalb der
Nadelführung 24 umgebenden Ringraum ein und wird - eine entsprechende vertikale
Hubbewegung der Düsennadel 23 vorausgesetzt - über die Einspritzöffnungen 38 in den hier nicht
dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
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Der modular aufgebaute Kraftstoffinjektor 11, einen Injektorkörper 20, ein Steuerteil 21,
die Zwischenplatte 22 sowie eine Injektordüse 16 umfassend, wird mit Hilfe einer als
Überwurfmutter ausgebildeten Düsenspannmutter 39 montiert. Die modulare Bauweise
begünstigt es in vorteilhafter Weise, die Zwischenplatte 22, in der die Zulaufdrossel 28
sowie die Ablaufdrossel 30 ausgebildet sind, gegen eine andere Zwischenplatte 22 gleicher
Bauhöhe auszutauschen, in welcher die Zulaufdrossel 28 bzw. die den Steuerraum 27
entlastende Ablaufdrossel 30 in größeren bzw. kleineren Durchmessergeometrien ausgebildet
sind, auszutauschen. Somit kann durch einfaches Auswechseln der modular ausgebildeten
Zwischenplatte 22 ein anderes Druckaufbau- bzw. Druckentlastungsverhalten bei
Ansteuerraum 27 und eine sich daraus ergebende unterschiedliche Hubcharakteristik der
Düsennadel 23 eingestellt werden. Der modulare Aufbau des Kraftstoffinjektors 11 gemäß der
Prinzipdarstellung in Fig. 2 bietet außerdem den Vorteil, durch eine unterschiedliche
Ausführbarkeit des Injektorkörpers 20 in unterschiedlichen Bauhöhen den sich im
Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine ergebenden Bauraum in vorteilhafter Weise
auszunutzen.
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Fig. 2a zeigt in vergrößerter Darstellung die Drosselgeometrie einer Zulaufdrosselstelle
zum Speicherraum.
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Die Zulaufdrossel 37 weist in vorteilhafterweise auf der den Leitungsabschnitten 17, 17.1
zuweisenden Seite einen gerundeten Einlauf aus, der ein Zuströmen von Kraftstoff in den
Speicherraum 36 begünstigt. Die Drosselbohrung der Zulaufdrossel 37 verengt sich in
Richtung auf ihre Mündungsstelle in den Speicherraum 36 kontinuierlich. Der Winkel, in
welchem die Querschnittsverengung in Richtung auf den Speicherraum 36 konisch
zulaufend ausgebildet ist, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 20°, bezogen auf die
Symmetrieachse der Drosselbohrung der Zulaufdrossel 37. An der Mündung der
Zulaufdrossel 37 in den Speicherraum 36 ist die Drosselbohrung scharfkantig ausgebildet, was
einem Zurückströmen von Kraftstoff über die Zulaufdrossel 37 in den Kanal 44 zwischen
den Leitungsabschnitten 17, 17.1 entgegenwirkt.
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Fig. 3 zeigt den Längsschnitt durch eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors nach
Fig. 2.
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In der Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 3 ist im Kopfbereich 15
des Injektors ein Einsatzstück 51 mit dem Injektorkörper 20 mittels einer Spannmutter
verschraubt. Senkrecht zur Zeichenebene verläuft im Einsatzstück 51 der Kanal 44, der über
eine Zulaufbohrungdrossel 37 mit dem Speicherraum 36 in Verbindung steht. Das
Einsatzstück 51 ragt mit seinem unteren Bereich in einen im Injektorkörper 20 ausgebildeten
Hohlraum 52 ein und beaufschlagt diesen über zwei in der Wandung des Einsatzstückes 51
ausgebildete Öffnungen. Unterhalb des Einsatzstückes 51 schließt sich der
Durchflußbegrenzer 35 (vgl. Prinzipdarstellung gemäß Fig. 2) an, der dem Speicherraum 36 nach- und
der Kraftstoffhochdruckleitung 29 vorgeschaltet ist. Die Schraubverbindung zwischen der
Spannmutter 50 und dem Halt des Injektorkörpers 20 ist durch Bezugszeichen 53
gekennzeichnet. Die Kraftstoffhochdruckleitung 29 erstreckt sich leicht geneigt durch den
Injektorkörper 20 und geht in einen entsprechenden Bohrungsabschnitt am Steuerteil 21 über,
durchsetzt die Zwischenplatte 22, bevor die Kraftstoffhochdruckleitung 29 am
Düsennadelraum 40 der Injektordüse 16 mündet. In der Injektordüse 16 ist die Düsennadel 23 in einer
Nadelführung 24 in vertikale Richtung bewegbar gelagert. Die Düsennadel 23 ist über ein
Federelement 26 druckbeaufschlagt. Im Steuerteil 21 der Injektorkonfiguration gemäß
Fig. 3 ist das Ventil 31 aufgenommen, dessen Ventilteller 32 über einen als Ringmagneten
ausgebildeten Steller 34 in vertikale Richtung bewegbar ist. Der Ringmagnet 34
umschließt das Ventil 31 in seine Schließstellung beaufschlagende Schließfeder 33; der
Elektromagnet 34 des das Ventil 31 betätigenden Stellers wird über Anschlußleitungen 14, die
sich im wesentlichen in vertikale Richtung durch den Injektorkörper 20 erstrecken,
angesteuert, die entsprechende Anschlußverbindung 55 ist seitlich am Injektorkörper 20
ausgebildet und als Steckkontakt ausgeführt. Die die Injektordüse 16 umschließende
Düsenspannmutter 39 nimmt darüber hinaus die Zwischenplatte 22 und das das betätigbare Ventil
31 aufnehmende Steuerteil 21 auf. Die Düsenspannmutter 39 und das untere Ende des
Injektorkörpers 20 sind miteinander verschraubt. Auch in der Ausführungsvariante des
Kraftstoffinjektors 11 gemäß Fig. 3 sind in der Zwischenplatte 22 sowohl die einen Steuerraum
27 druckbeaufschlagende Zulaufdrossel 28 sowie die den Steuerraum 27 druckentlastende
Ablaufdrossel 30 ausgebildet, jedoch in der Darstellung gemäß Fig. 3 nicht dargestellt,
vgl. dazu Prinzipdarstellung gemäß Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt die Draufsicht auf die Ausführungsvariante des Injektors gemäß Fig. 3.
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Im Kopfbereich 15 des Kraftstoffinjektors 11 gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist das
Einsatzstück 51 teilweise geschnitten dargestellt. An den in einem Winkel auslaufenden
Anphasungen des Kanals 44 werden die in Fig. 1 und 2 dargestellten Leitungsabschnitte 17
bzw. 17.1 der ersten Hochdruckleitung 9 angeschlossen. Von dem Kanal 44 im
Einsatzstück 51 zweigt die Zulaufdrossel 37 ab, mit der im Einsatzstück 51 ausgebildete
Speicherraum 36 mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt wird. Das Einsatzstück
51 und der Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjektors 11 sind über eine Spannmutter 50
miteinander verschraubt. In der Darstellung der Draufsicht gemäß Fig. 4 sind die
Steckverbindungen 55 erkennbar, mit welchen ein beispielsweise als Elektromagnet konfigurierter
Steller, der innerhalb des Injektorkörpers 20 aufgenommen sein kann, angesteuert wird.
Bezugszeichen bezeichnet die Düsenspannmutter 39, in der sowohl die Injektordüse 16 als
auch die darüberliegende Zwischenplatte 22 und das Steuerteil 21 aufgenommen sind und
mit deren am oberen Bereich ausgebildeten Innengewinde diese Baukomponenten mit dem
am brennraumseitigen Ende des Injektorkörpers 20 montiert werden. Aus den mit
Bezugszeichen 38 bezeichneten Einspritzöffnungen wird der Kraftstoff in die Brennräume der
Verbrennungskraftmaschine, seien deren Zylinder in Reihenbauweise, in V-Anordnung
oder in W-Anordnung angeordnet, eingespritzt.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors mit querbauendem
Speicherraum in der Draufsicht.
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Zwischen dem Leitungsabschnitt 17 und dem ersten Leitungsabschnitt 17.1 erstreckt sich
durch das Gehäuse des Speicherraums 36 der Kanal 44, der im Kanalquerschnitt 45
ausgebildet ist. Die durch einen Hohlraum im Gehäuse des Speicherraumes 36 voneinander
getrennten Kanäle münden in diesen, in welchem ein Zulaufdrosselkörper 37 eingelassen ist.
Der Körper der Zulaufdrossel 37 weist an dem dem erwähnten Hohlraum
gegenüberliegenden Ende eine strömungsgünstige Drosselgeometrie 37.1 auf und kann an der Einlaufstelle
gerundet ausgebildet sein. Gemäß der in Fig. 2a in vergrößertem Querschnitt dargestellten
Drosselgeometrie kann der Drosselkanal einen sich kontinuierlich auf seine
Mündungsstelle in den Speicherraum 36 verengenden Querschnitt aufweisen, wobei die Wandung der
Drosselbohrung innerhalb des Drosselkörpers 37 in einem Winkel zwischen 10° und 20° in
Bezug auf die Mittellinie der Drosselbohrung schräg verläuft. Der in der
Ausführungsvariante gemäß Fig. 5 in Querorientierung 48 im Kopfbereich 15 des Kraftstoffinjektors 11
aufgenommene Speicherraum ist durch einen Verschluß 47, der beispielsweise als ein
Einschraubelement ausgebildet sein kann, druckdicht verschlossen. Der hier in gestrichelter
Ausführung angedeutete Durchflußbegrenzer 35 steht mit dem Inneren des Speicherraums
36 in Querrichtung 48 eingebaut über einen Kanal 49 in Verbindung. Über den Kanal 49
strömt Kraftstoff vom Inneren des Speicherraumes 36 zum Durchflußbegrenzer, der den
Durchfluß von Kraftstoff in Richtung durch die Kraftstoffhochdruckleitung 29 zur
Einspritzdüse des Kraftstoffinjektors 11 regelt.
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Fig. 6 zeigt die Ausführungsvariante des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 5 mit in
Querrichtung eingebautem Speicherraum im Schnitt.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 6 geht hervor, daß aus Festigkeitsgründen der Kanal 49,
der den Speicherraum 36 mit dem Durchflußbegrenzer 35 verbindet, tangential vom
Umfang des Speicherraums 36 abzweigt, um materialermüdende Druckbelastungen des
Materials des Injektorkörpers 20 herabzusetzen. Oberhalb des Durchflußbegrenzers 35 ist der
Injektorkörper 20 durch einen Einschraubverschluß 47 druckdicht verschlossen. Der
Einschraubverschluß 47 begünstigt die einfache Montage der den Durchflußbegrenzer 35
beaufschlagenden Feder 46, die in das Innere des Injektorkörpers 20 oberhalb der
Kraftstoffhochdruckleitung 29 eingelassen ist. Analog zur Darstellung des Durchflußbegrenzers in
Fig. 2 umfaßt der in Fig. 6 dargestellte Durchflußbegrenzer 35 ebenfalls eine
Querbohrung 54 und ist analog zur Darstellung des Durchflußbegrenzers 35 in der
Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung durch ein als Spiralfeder
ausgebildetes Federelement 46 vorgespannt.
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Fig. 7 zeigt die schematische Wiedergabe einer Ausführungsvariante mit einem
Hochdruckanschlußstück als Teil eines Injektorkörpers.
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Im Unterschied zur in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante des Einspritzsystems für
größere selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen werden die Kraftstoffinjektoren 11
gemäß des in Fig. 7 dargestellten Schemas nicht unmittelbar über die im Kopfbereich 15
des Injektors verlaufenden Kanäle 44 zwischen den Leitungsabschnitten 17, 17.1 bzw. 1.2
durch die Zulaufdrossel 37 beaufschlagt. Zwischen den Zulaufdrosseln 37, die bevorzugt in
einer Geometrie gemäß der in Fig. 2a in vergrößertem Maßstab dargestellten Geometrie
ausgebildet werden, erstreckt sich ein Hochdruckleitungsanschlußstück 100. Dieses
Hochdruckleitungsanschlußstück 100, im wesentlichen als rohrförmiger Körper mit einer
verdickten Wandung ausgebildet, beaufschlagt den Kraftstoffinjektor 11 mit unter hohem
Druck stehenden Kraftstoff.
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Die Drosselstelle 4, die Hochdruckpumpeneinheit 3, Drucksensor 6, das Überdruckventil 7
sowie die Hochdruckleitung 9 bzw. 10 zu den Zylinderbänken der
Verbrennungskraftmaschine entsprechen im wesentlichen der in Fig. 1 bereits dargestellten Komponenten des
Einspritzsystems.
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Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze des Hochdruckanschlußstückes, welches sich zwischen
dem Kanal 44 und dem Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjektors 11 erstreckt.
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Aus der Darstellung gemäß Fig. 8 geht hervor, daß analog zur Darstellung der
Ausführungsvarianten gemäß Fig. 2, 3, 4 und 5 die Zulaufdrossel 37 durch einen Kanal 44
beaufschlagt wird, der in einem Kanalquerschnitt 45 ausgebildet ist. An diesem sind über die
in Fig. 5 beispielsweise dargestellten Verbindungsstellen die
Hochdruckleitungsabschnitte 17.2 bzw. 17.1 - hier durch gestrichelte Pfeile angedeutet - befestigt. Über die
Zulaufdrossel 37, die bevorzugt in einer in Fig. 2a dargestellten Drosselgeometrie 37.1ausgebildet ist, wird das Hochdruckanschlußstück 100 beaufschlagt, welches einen weiteren
Speicherraum 36.1 umfaßt, der im wesentlichen symmetrisch zur Achse 103 des
Hochdruckanschlußstückes 100 ausgebildet ist. Das Hochdruckanschlußstück 100 erstreckt sich
in einer Länge 101 zwischen dem Kopfbereich 15 und dem Injektorkörper 20 des
Kraftstoffmjektors 11. Über die Zulaufdrossel 37 tritt vom Kanal 44 Kraftstoff in den weiteren
Speicherraum 36.1 innerhalb des Hochdruckanschlußstückes 100 ein, strömt durch eine L-
förmig ausgebildete Leitungsverbindung 104 in das Innere des Speicherraums 36 im
oberen Bereich des Injektorkörpers 20 des Kraftstoffinjektors 11 ein. Der Kraftstoffinjektor 11
umfaßt eine hier schematisch dargestellte Überwurfmutter 39, über welche der
Einspritzdüsenteil 16 mit dem Injektorkörper 20 an einer Schraubverbindung verbunden ist. Das
Hochdruckanschlußstück 100, einen weiteren Speicherraum 36.1 umfassend, der im
wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, ist an einer als Verschraubung ausgestalteten
Verbindungsstelle 102 mit dem Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjek 11 verbunden.
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Durch die in Fig. 8 dargestellte Ausführungsvariante kann einerseits die Flexibilität beim
Einbau der Kraftstoffinjektoren 11 und hinsichtlich der Leitungsverbindung zwischen den
Leitungsabschnitten 17.1, 17.2 und dem Injektorkörper 20 verbessert werden. Andererseits
läßt sich das Volumen des Speicherraumes 36 durch die Integration des weiteren
Speicherraums 36.1 in das Innere des Hochdruckleitungsanschlusses 100 vergrößern.
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Fig. 9 zeigt die Darstellung weiterer Einbaukomponenten in einen Kraftstoffinjektor
unterhalb des im Injektorkörper integrierten Speicherraumes.
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Der über die in Fig. 9 nicht dargestellte Zulaufdrossel 37 mit unter hohem Druck
stehenden Kraftstoff beaufschlagte weitere Speicherraum 36.1, der im
Hochdruckleitungsanschluß 100 ausgebildet ist, erstreckt sich im wesentlichen koaxial zur Symmetrieachse 103
des Hochdruckleitungsanschlußstückes. Dieses im bevorzugt mittels eines
Einschraubgewindes 102 seitlich in den Injektorkörper 20 des Kraftstoffinjektors 11 eingeschraubt. Im
Bereich einer Übergangsbohrung 106 strömt das Kraftstoffvolumen aus dem weiteren
Speicherraum 36.1 in den Speicherraum 36 im Inneren des Injektorkörpers 20 des
Kraftstoffinjektors 11 über. Der Speicherraum 36 innerhalb des Injektorkörpers 20 ist über einen
Einschraubverschluß 47 an der Oberseite des Kraftstoffinjektors 11 druckdicht
verschlossen. Unterhalb des Speicherraums 36 im Injektorkörper 20 befindet sich der
Durchflußbegrenzer 35, der über ein Federelement 46 analog zu den in Fig. 5 und 2 dargestellten
Durchflußbegrenzern 35 vorgespannt ist. Unterhalb des Durchflußbegrenzers 35 erstreckt
sich die Hochdruckleitung 29, die - vgl. Darstellung gemäß Fig. 2 - durch ein Steuerteil
21 eine Zwischenplatte 22, einen Düsennadelraum 40 innerhalb des Kraftstoffinjektors 11
mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt. Mit Bezugszeichen 33 ist eine
Schließfeder bezeichnet, welche einen Elektromagneten 34 (in Fig. 9 nicht dargestellt)
beaufschlagt. Das Steuerteil 21 wird über die Düsenspannmutter 39 an einer
Verschraubung 105 mit dem unteren Bereich des Injektorkörpers 20 des Kraftstoffinjektors 11
druckdicht und zentriert verbunden. Mit Bezugszeichen 43 ist der Leckölkanal bezeichnet,
während mit Bezugszeichen 14 die Ansteuerung des in Fig. 9 nicht dargestellten
Elektromagnetventils 34 bezeichnet ist, von dem die Schließfeder 33 nur schematisch
dargestellt ist. Durch die in Fig. 9 dargestellte Weise der Beaufschlagung des Speicherraums 36
mittelbar über einen weiteren Speicherraum 36.1, der in das Innere eines
Hochdruckleitungsanschlusses 100 integriert ist, kann im Vergleich zur Ausführungsvariante gemäß
Fig. 2 die Bauhöhe des Injektors, der in der Regel im Zylinderkopfbereich von
selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen untergebracht werden muß, verringert werden, was
dessen Einbaumöglichkeiten im Zylinderkopfbereich verbessert. Durch die in Fig. 5
und 6 dargestellte Ausführungsvariante der Speicheranordnung in Querrichtung 48 läßt
sich ebenfalls die Einbauhöhe an einem Kraftstoffinjektor signifikant verbessern, so daß
eine flexiblere Konstruktion an Injektoren möglich ist, wobei insbesondere eine Integration
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen, einen Speicherraum 36 bzw. einen weiteren
Speicherraum 36.1 in einem Hochdruckanschlußstück 100 aufweisenden Kraftstoffinjektoren
11 im Zylinderkopfbereich erheblich verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Kraftstoffreservoir
2 Förderpumpe
5 3 Hochdruckpumpeneinheit
4 Drosselstelle
5 integrierter Druckspeicher
6 Drucksensor
7 Überdruckventil
8 Drucksteuerventil
9 Hochdruckleitung erste Zylinderbank
10 Hochdruckleitung weitere Motorenbank
11 Kraftstoffinjektor
12 Steuereinheit
13 Niederdruckleitung
14 Ansteuerung
15 Injektorkopfbereich
16 Injektordüse
17 Leitungsabschnitt
17.1 erster Leitungsabschnitt
17.2 weiterer Leitungsabschnitt
20 Injektorkörper
21 Steuerteil
22 Zwischenplatte
23 Düsennadel
24 Nadelführung
25 Hülse
26 Federelement
27 Steuerraum
28 Zulaufdrossel Steuerraum
29 Kraftstoffhochdruckleitung
30 Ablaufdrossel
31 Ventil
32 Ventilteller (Anker)
33 Schließfeder
34 Elektromagnet
35 Durchflußbegrenzer
36 Speicherraum
36.1 weiterer Speicherraum
37 Zulaufdrossel Speicherraum
37.1 Drosselgeometrie
38 Einspritzöffnungen
39 Düsenspannmutter
40 Düsennadelraum
41 Ablaufkanal
42 Ventilsitz
43 Leckölkanal
44 Kanal
45 Kanalquerschnitt
46 Federelement
47 Verschluß
48 Querorientierung Speicherraum 36
49 Kanal
50 Spannmutter
51 Injektorkopfeinsatz
52 Hohlraum
53 Gewindeverbindung
54 Querbohrung
55 elektrischer Anschluß
100 Hochdruckanschlußstück
101 Länge vom Hochdruckanschlußstück
102 Befestigung
103 Symmetrieachse
104 Kanalverbindung
105 Gewindeverbindung
106 Übergangsbohrung