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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 101
03 050 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches
einen Ventilsitzkörper
mit einer Ventilsitzfläche
aufweist. Die Ventilsitzfläche
wirkt mit einem mit einer Ventilnadel in Wirkverbindung stehenden
Ventilschließkörper zu
einem Dichtsitz zusammen. Der mehrere Abspritzöffnungen aufweisende, kegelstumpfförmige Ventilsitzkörper ist
bündig
am abspritzseitigen Ende eines hohlzylinderförmigen Düsenkörpers angeordnet. Dabei sind
die Abspritzöffnungen
in den gerade verlaufenden Schenkeln des im Querschnitt im wesentlichen
V-förmigen
und kegelstumpfförmigen
Ventilsitzkörpers
angeordnet. Der Übergang
am abspritzseitigen Ende des Düsenkörpers zum
Ventilsitzkörper verläuft in Abspritzrichtung
zunächst
quer zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils, um dann in
den V-förmigen
Abschnitt des Ventilsitzkörpers überzugehen.
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Herkömmlicherweise
ragt der Düsenkörper mit
seinem abspritzseitigen Ende in den Brennraum einer Brennkraftmaschine
hinein.
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Nachteilig
bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil
ist insbesondere, daß durch
die Formgebung des in den Brennraum ragenden abspritzseitigen Endes
des Brennstoffeinspritzventils eine ungünstige Strömungsführung im Brennraum entsteht
und Ablagerungen von Verbrennungsresten im Bereich der Abspritzöffnungen,
insbesondere oberhalb der Abspritzöffnungen, d.h. entgegen der
Abspritzrichtung, begünstigt
werden. Außerdem
wird eine gleichmäßige und
vollständige
Zerstäubung
und Verwirbelung des eingespritzten Brennstoffs im Brennraum beeinträchtigt.
Der Kraftstoffverbrauch und die Kohlenwasserstoff- und Rußemissionen
sind erhöht.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß durch
die Formgebung und die Übergänge des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
eine vorteilhafte Strömungsführung am
abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils im Brennraum
erreicht wird. Die verbesserte Strömungsführung verhindert Ablagerungen
im Bereich der Abspritzöffnungen
des Brennstoffeinspritzventils durch die Unterdrückung des sog. Coanda-Effekts,
so daß Teile
des abgespritzten Kraftstoffs nicht wieder zurück zur Abspritzöffnung gelenkt
werden und sich in diesem Bereich niederschlagen und Ablagerungen
bilden.
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Die
Zuführung
der Gasströmung
im Brennraum an das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils,
insbesondere der Abspritzöffnungen, kann
in verstärkter
Weise parallel zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils in
Abspritzrichtung erfolgen. Ablagerungen, insbesondere oberhalb der
Abspritzöffnungen,
werden somit verhindert.
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Die
Verbrennung erfolgt vollständiger,
der Kraftstoffverbrauch sinkt und die Emission von Schadstoffen;
insbesondere von Ruß und
Kohlenwasserstoffen, werden gesenkt, da die Einspritzstrahlen auch
zusätzlich
von der Injektorstirnfläche aus
gut belüftet
werden können.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Vorteilhafterweise
wird der abspritzseitige Abschnitt so ausgebildet, daß der dort
im Querschnitt an den Außenflächen abbildbare
Winkel, welcher die Steigungstangente jedes Punktes zwischen dem zweiten Übergang
und der Abspritzöffnung
und die Mittelachse einschließt,
kleiner ist als die Steigungstangente jedes Punktes zwischen dem
ersten Übergang
und dem zweiten Übergang.
Dadurch wird die Strömungsführung im
Brennraum, insbesondere in der Nähe
der Abspritzöffnungen,
weiter verbessert und Ablagerungen werden verhindert, insbesondere oberhalb
der Abspritzöffnungen.
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Von
Vorteil ist außerdem,
den Ventilsitzkörper
und den Düsenkörper einstückig auszubilden. Dadurch
läßt sich
das Brennstoffeinspritzventil einfacher herstellen.
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Vorteilhaft
ist außerdem,
den abspritzseitigen Abschnitt des Brennstoffeinspritzventils in
Abspritzrichtung nach dem zweiten Übergang sphärisch, insbesondere mit einem
kreisausschnittsförmigen
Querschnitt, auszubilden. In dieser Weise läßt sich die Strömungsführung am
abspritzseitigen Abschnitt des Brennstoffeinspritzventils weiter
vorteilhaft beeinflussen. Dies wird auch durch eine kegelstumpfförmige Ausbildung
des Abschnitts zwischen erstem und zweitem Übergang erreicht.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
werden alle Abspritzöffnungen
auf einer Höhe
der Mittelachse angeordnet. Es ist dadurch möglich, eine besonders homogene
Brennstoffwolke zu erzeugen. Außerdem
wird der Herstellungsprozeß des
Brennstoffeinspritzventils vereinfacht. Die sphärische Anordnung hat außerdem den
Vorteil, daß die
Spritzlöcher jeweils
mit beliebigen Winkeln zur Injektorachse angeordnet werden können, so
daß die
austretenden Einspritzstrahlen immer senkrecht zur Oberfläche des
sphärischen
Lochkörpers
austreten können.
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Vorteilhaft
weitergebildet werden kann das Brennstoffeinspritzventil außerdem dadurch,
daß ihm eine
Dichtung zugeordnet ist, welche das Brennstoffeinspritzventil gegen
eine Brennraumbegrenzung, beispielsweise einen Zylinderkopf, abdichtet.
Druck- und Gasverluste innerhalb des Brennraums werden so sicher
vermieden.
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Vorteilhaft
ist es zudem, die Dichtung außerhalb
der Brennraumbegrenzung anzuordnen. Die Baugröße des abspritzseitigen Teils
des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere der Durchmesser des Düsenkörpers, kann
somit reduziert werden, bzw. kann auf einen Außendurchmessereinzug im abspritzseitigen
Teil des Brennstoffeinspritzventils, welcher hemmend auf die Wärmeableitung
wirkt, verzichtet werden. Die thermische Belastung der Dichtung
ist reduziert. Durch die verringerte Baugröße des abspritzseitige Teils
des Brennstoffeinspritzventils kann die Anordnung in der Brennraumbegrenzung
flexibler erfolgen. Beispielsweise kann der abspritzseitige Teil
des Brennstoffeinspritzventils nahe einer Zündkerze angeordnet werden,
was insbesondere bei strahlgeführten
Brennverfahren von Vorteil ist.
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Vorteilhaft
ist es zudem, die Dichtung ring- bzw. ringscheibenförmig auszubilden,
da dadurch die Dichtung einfacher hergestellt und angeordnet werden
kann.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist die Dichtung zwischen der Brennraumbegrenzung und dem Brennstoffeinspritzventil eingespannt.
Die Dichtwirkung der Dichtung wird somit sichergestellt.
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In
weiteren Weiterbildungen weist der im Bereich des abspritzseitigen
Endes der Ventilnadel angeordnete Führungskörper zumindest einen Brennstoffkanal
auf, welcher in radialer Richtung vom Führungskörper begrenzt ist und/oder
zwischen Führungskörper und
Ventilnadel verläuft.
Insbesondere bei Brennstoffeinspritzventilen, bei denen die Brennstoffleitung
entlang der Ventilnadel erfolgt, wird dadurch die Brennstoffströmung im
abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils, nahe des Dichtsitzes,
an der Ventilnadel gehalten bzw. wird der Brennstoff im erhöht wärmebelasteten
abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils vom Düsenkörper ferngehalten.
Dadurch wird einer Brennstoffkavitation entgegengewirkt, eine Dampfblasenbildung
und eine damit einhergehende schlechte Wärmeableitung werden dabei unterdrückt bzw
vermindert. Zudem wird der Brennstoff weniger aufgeheizt.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt
durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung
eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich des Düsenkörpers und
des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils,
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3 einen schematischen Teilschnitt
durch das erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
im Bereich der Dichtung,
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4 einen schematischen Teilschnitt
eines zweiten Ausführungsbeispiels
im Bereich des Düsenkörpers und
des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils und
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5 einen schematischen Schnitt
durch das zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
entlang der Linie V-V in 4.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Bevor
anhand der 2 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung
beschrieben werden, wird zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen
zunächst
anhand von 1 ein Brennstoffeinspritzventil
gemäß dem Stand
der Technik in seinen wesentlichen Bauteilen kurz erläutert.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei in den Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
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Ein
in 1 dargestelltes Brennstoffeinspritzventils 1 gemäß dem Stand
der Technik ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
ausgeführt. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum
direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten
Brennraum einer Brennkraftmaschine.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
mit einem Ventilschließkörper 4 in
Wirkverbindung, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich im Ausführungsbeispiel
um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über mehrere Abspritzöffnungen 7 verfügt. Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen einen Außenpol 9 einer Magnetspule 10 abgedichtet.
Die Magnetspule 10 ist in einem Spulengehäuse 11 gekapselt
und auf einen Spulenträger 12 gewickelt,
welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt.
Der Innenpol 13 und der Außenpol 9 sind durch
eine Verengung 26 voneinander getrennt und miteinander
durch ein nicht ferromagnetisches Verbindungsbauteil 29 verbunden.
Die Magnetspule 10 wird über eine Leitung 19 von
einem über
einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben,
die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.
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Die
Ventilnadel 3 ist in einer Ventilnadelführung 14 und einem
Führungskörper 36 geführt, wobei beide
scheibenförmig
ausgeführt
sind. Zur Hubeinstellung dient eine zugepaarte Einstellscheibe 15.
An der anderen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
der Anker 20. Dieser steht über einen ersten Flansch 21 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit
dem ersten Flansch 21 verbunden ist. Auf dem ersten Flansch 21 stützt sich
eine Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Hülse 24 auf
Vorspannung gebracht wird.
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In
der Ventilnadelführung 14,
im Anker 20 und an dem Führungskörper 36 verlaufen
Brennstoffkanäle 30, 31 und 32,
wobei die Brennstoffkanäle 32 des
Führungskörpers 36 am
Außenumfang
des Führungskörpers 36 angeordnet
sind. Der Brennstoff wird über
eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeführt und durch ein Filterelement 25 gefiltert.
Auf dem aus dem Außenpol 9 hervorstehenden
Düsenkörper 2 ist auf
der abspritzseitigen Hälfte
eine Dichtung 37 angeordnet. Durch diese Dichtung 37,
die beispielsweise aus Teflon besteht, ist das Brennstoffeinspritzventil 1 gegen
eine in 2 und 3 dargestellte Brennraumbegrenzung 43,
welche ein Zylinderkopf sein kann, abgedichtet. Die Dichtung 37 ist
ringförmig ausgebildet
und in einem Außendurchmessereinzug 42 des
Düsenkörpers 2 angeordnet.
Eine Dichtung 28 dichtet das Brennstoffeinspritzventil 1 gegen
eine nicht weiter dargestellte Brennstoffverteilerleitung ab.
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An
der abspritzseitigen Seite des Ankers 20 ist ein ringförmiges Dämpfungselement 33,
welches aus einem Elastomerwerkstoff besteht, angeordnet. Es liegt
auf einem zweiten Flansch 34 auf, welcher über eine
Schweißnaht 35 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 verbunden ist.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 von
der Rückstellfeder 23 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 4 an
der Ventilsitzfläche 6 in
dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut
diese ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen
der Federkraft der Rückstellfeder 23 in
Hubrichtung bewegt, wobei der Hub durch einen in der Ruhestellung
zwischen dem Innenpol 12 und dem Anker 20 befindlichen
Arbeitsspalt 27 vorgegeben ist. Der Anker 20 nimmt
den ersten Flansch 21, welcher mit der Ventilnadel 3 verschweißt ist, ebenfalls
in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung
stehende Ventilschließkörper 4 hebt von
der Ventilsitzfläche 6 ab,
und der Brennstoff wird durch die Abspritzöffnungen 7 abgespritzt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 vom
Innenpol 13 ab, wodurch sich der mit der Ventilnadel 3 in
Verbindung stehende erste Flansch 21 entgegen der Hubrichtung
bewegt. Die Ventilnadel 3 wird dadurch in die gleiche Richtung
bewegt, wodurch der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 aufsetzt
und das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen wird.
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2 zeigt eine schematische
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich des Düsenkörpers 2 und
des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1.
Am abspritzseitigen Ende des rundzylindrigen Düsenkörpers 2 ist koaxial dazu
der mit dem Düsenkörper 2 einstückig ausgebildete
Ventilsitzkörper
angeordnet. Der Ventilsitzkörper 5 bildet
in diesem Ausführungsbeispiel
alleinig einen Abschnitt 38, welcher an einem ersten Übergang 39 vom
rundzylindrischen Düsenkörper 2 in
den nachfolgend kegelstumpfförmig
geformten Ventilsitzkörper 5 übergeht.
Das abspritzseitige Ende des Brennstoffeinspritzventils 1 greift
mit dem Düsenkörper 2 nahezu
spielfrei durch die Brennraumbegrenzung 43 hindurch, wobei
der Düsenkörper 2 am
ersten Übergang 39 bündig mit
der dem nicht weiter dargestellten Brennraum zugewandten Innenseite
der Brennraumbegrenzung 43 abschließt. Der sich in Abspritzrichtung
verjüngende,
kegelstumpfförmige
Ventilsitzkörper 5 ist
in Abspritzrichtung nach einem zweiten Übergang 40 vorzugsweise
sphärisch
ausgebildet. Denkbar wäre
z. B. auch ein schlanker Kegelkörper.
Die Abspritzöffnungen 7 sind
konzentrisch um eine Mittelachse 41 des Brennstoffeinspritzventils 1 in
Abspritzrichtung nach dem zweiten Übergang 40 angeordnet.
Die Brennraumbegrenzung 43 ist beispielsweise das Dach
eines Zylinderkopfes.
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Die
beispielsweise in einem Hubkolbenmotor während eines Verdichtungstaktes
stattfindende Gasströmung
ist so gerichtet, daß sauerstoffreiches Verbrennungsgas
auf die Mittelachse 41 radial zuströmt und durch die kegelstumpfförmige Form
des Abschnittes 38 teilweise in axialer Richtung, d.h.
in Abspritzrichtung, umgelenkt wird. Die Strömung erfährt durch die erhöhte Steigung
der Außenform
zur Querebene der Mittelachse 41 nach dem zweiten Übergang 40 eine
weitere Umlenkung in axialer Richtung. Die aus den vom zweiten Übergang 40 deutlich abgesetzten
Abspritzöffnungen 7 austretenden Brennstoffstrahlen
werden somit von einer sauerstoffreichen Strömung beaufschlagt, die nur
eine kleine radiale Richtungskomponente aufweist, insbesondere auch
unmittelbar an der Abspritzöffnung 7.
Diese Art der Strömungsführung kann
durch die Züchtung
einer Quetschströmung
im nicht weiter dargestellten Brennraum, welche kurz vor dem oberen
Totpunkt wirksam wird und kennfeldunabhängig über einen geometrischen Quetschspalt
zwischen Kolbenoberfläche
und Zylinderkopf erzeugt wird, wesentlich unterstützt werden.
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3 zeigt einen schematischen
Teilschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der Dichtung 37. In diesem Ausführungsbeispiel ist die ringscheibenförmige Dichtung 37 außerhalb
der Brennraumbegrenzung 43 zwischen einem den Außenpol 9 aufnehmenden
Adapter 44 und der Brennraumbegrenzung 43 mit
einer Vorspannung angeordnet. Der Düsenkörper 2 ist koaxial
zum Adapter 44 angeordnet und durchgreift diesen.
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4 zeigt einen schematischen
Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels
im Bereich des Düsenkörpers 2 und
des abspritzseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
sind der Düsenkörper 2 und der
Ventilsitzkörper 5 einzeln
gefertigte Bauteile, welche beispielsweise stoffschlüssig miteinander
verbunden sind. Im weiteren weist das zweite Ausführungsbeispiel
einen lochscheibenförmigen
Führungskörpers 36 zur
Führung
des abspritzseitigen Endes der Ventilnadel 3 auf. Der Führungskörper 36 weist mehrere
Brennstoffkanäle 32 auf,
welche am Innenumfang des Führungskörper 36 in
Form von Ausnehmungen eingebracht sind. Der Führungskörpers 36 ist zwischen
einer im Bereich des abspritzseitigen Endes des Düsenkörpers 2 gebildeten
Schulter 45, welche durch eine Innendurchmesseraufweitung
gebildet ist, und dem teilweise in das abspritzseitige Ende des
Düsenkörpers 2 eingreifenden
Ventilsitzkörper 5 fixiert.
Der Führungskörpers 36 liegt
mit seinem Außenumfang
auf der Innenseite des Düsenkörpers 2 so
auf, daß kein
Brennstoff zwischen Führungskörpers 36 und
Düsenkörper 2 strömen kann. Die
Brennstoffströmung
kann auf diese Weise entlang der Ventilnadel 3 ohne eine übermäßige Verwirbelung
am Führungskörpers 36 erfolgen.
Außerdem wird
einer Dampfblasenbildung entgegengewirkt und der Brennstoff wird
weitgehend von der besonders . wärmebelasteten
Innendurchmesseraufweitung ferngehalten.
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5 zeigt einen schematischen
Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßer. Brennstoffeinspritzventils 1 entlang der
Linie V-V in 4. Der
Führungskörpers 36 weist z.
B. vier gleichmäßig radial
um den Innenumfang. verteilte Brennstoffkanäle 32 auf.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
kann z. B. auch für
Brennstoffeinspritzventile mit piezoelektrischem, magnetostriktivem
oder elektrostriktivem Aktor verwendet werden.