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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Brennstoffeinspritzventile,
bei denen drallerzeugende Elemente in einem Ventilsitzkörper eingebracht
sind, sind zum Beispiel aus der
DE 41 31 499 C1 bekannt. Das drallerzeugende
Element ist in Form von Nuten ausgeführt, die in den Ventilsitzkörper eingebracht
sind und an einer Abspritzöffnung münden. Die
Zumessung der abzuspritzenden Brennstoffmenge erfolgt durch den
Querschnitt der Abspritzöffnung.
Diese ist entweder in dem Ventilsitzkörper oder in einer an dem stromabwärtigen Ende des
Brennstoffeinspritzventils angeordneten Lochscheibe angeordnet.
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Bei
dem aus der Druckschrift
DE
39 39 093 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil wird durch eine
umlaufende Nut eine Vergrößerung der
entsprechenden Querschnittsfläche
bewusst vorgenommen und ist auch erforderlich. Bei dem aus der Druckschrift
DE 39 39 093 A1 bekannten
Brennstoffeinspritzventil besteht dadurch der Nachteil eines ungünstigen
Abspritzverhaltens. Beim Betätigen
des Brennstoffeinspritzventils, d.h. kurz nach dem Öffnen des
Dichtsitzes, muss nämlich
zuerst die sich in der Nut befindliche Brennstoffmenge abgespritzt
werden, bevor der Brennstoff abgespritzt werden kann, der aufgrund
der Einwirkung des Drall erzeugenden Elements eine Drallkomponente
aufweist. Somit wird bei dem bekannten Brennstoffeinspritzventil
zunächst eine
Brennstoffmenge, die keine Drallkomponente aufweist und dann die
Brennstoffmenge mit Drallkomponente abgespritzt.
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Aus
der Druckschrift
US
5,108,037 A ist es bekannt, eine Brennstoffströmung zunächst in
zwei Strömungen
aufzuteilen, von denen die eine keine Drallkomponente erfährt, während die
andere Strömung,
die der ersten Strömung
stromabwärts
zugemischt wird, einen Drall erfährt.
Die letztendlich drallbehaftete Strömung durchfließt die Aussparungen und
die Drallkanäle,
die exzentrisch bezüglich
der Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils angeordnet sind.
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Diese
Lösung
hat jedoch den Nachteil, dass sich aufgrund des unterschiedlichen
Anstiegs der Strömungsgeschwindigkeiten
der beiden Brennstoffströmungen
beim Öffnen
des Brennstoffeinspritzventils zunächst kein kontrolliertes Abspritzverhalten
ergibt. Außerdem
erfolgt die Mischung nur punktuell, d.h. an vier Punkten, wodurch
das Abspritzbild im Brennraum in einer Ebene senkrecht zur Abspritzrichtung
unterschiedliche Brennstoffkonzentrationen aufweist.
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Ferner
ist die aus der Druckschrift
US 5,108,037
A bekannte Lösung
aufwändig
und störungsanfällig.
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Ein
weiteres Brennstoffeinspritzventil, bei dem die Drallerzeugung durch
Nuten erfolgt, ist aus der
DE
42 31 448 C1 bekannt. Die drallerzeugenden Elemente befinden
sich stromaufwärts
des Dichtsitzes und sind als Nuten in eine zentrale Ausnehmung des
Ventilsitzkörpers
eingebracht, die als Führung
für den
Ventilschließkörper dient.
Die zur Mittelachse des Brennstoffeinspritzventils hin offenen Drallnuten werden
durch den Ventilschließkörper, der
vorzugsweise kugelförmig
ausgeführt
ist, zu Kanälen
geschlossen. Hierdurch wird ein Querschnitt innerhalb der Drallkanäle definiert,
durch welchen die Zumessung des Brennstoffs erfolgt.
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Die
Druckschrift
DE 199
078 60 A1 betrifft ein Brennstoffeinspritzventil mit einem
Drallelement, welches stromaufwärts
zwischen Führungselement
und ringförmigen
Ventilsitz eingebaut ist. Die drallbehaftete Brennstoffmenge wird
nicht einem durchströmbaren
Ringspalt zugeführt,
sondern in den vertikalen Kanälen,
die sich über
die axiale Dicke des mit radialen Ausbuchtungen versehenen Drallelements
erstrecken, gespeichert und dann freigegeben, wenn der Ventilschließabschnitt
stromaufwärts
bewegt wird.
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Aus
der Druckschrift
US
6,105,884 A sind zwar Nuten bekannt, die zur stromaufwärtigen Seite des
Ventilsitzkörpers
hin offen sind. Jedoch sind diese Nuten symmetrisch zur Mittelachse
des Brennstoffeinspritzventils angeordnet, d.h. sie erzeugen keinen
Drall, da die Tangentialkomponente der Nuten verschwindet.
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Nachteilig
bei dem aus der
DE
41 31 499 C1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist die
Anordnung der Drallerzeugung stromabwärts des Dichtsitzes. Insbesondere
bei direkt einspritzenden Brennstoffeinspritzventilen ist die Gefahr
der Verschmutzung durch Verkokung groß. Bei der Konstruktion ist insbesondere
auf Robustheit der drallerzeugenden Elemente zu achten, wodurch
die Auslegungsmöglichkeiten
des Bauelementes eingeschränkt
sind, da z. B. Mindestanforderungen an die Materialstärke einzuhalten
sind.
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Weiterhin
nachteilig ist, daß durch
die Anordnung stromabwärts
des Dichtsitzes ein Totvolumen gebildet wird, aus dem nach Beendigung
des Abspritzvorgangs Brennstoff austreten kann. Dieses Nachtropfen
führt zu
einer unvollständigen
und unkontrollierten Verbrennung, welche in hohem Maße Schadstoffe
erzeugt. Darüber
hinaus erschwert die einstückige
Ausführung
von Düsenkörper und
Ventilsitzkörper
das Einbringen der Nuten. Bei der Fertigung eventuell auftretende Überschreitungen
von Bauteiltoleranzen führen
somit zum Ausschuß eines teueren
Bauteils.
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Bei
dem aus der
DE 42 31
448 C1 bekannten Einspritzventil, ist die Ergänzung der
Nuten zu Drallkanälen
durch den kugelförmigen
Ventilschließkörper von
Nachteil. Durch die Kugelgeometrie des Ventilschließkörpers werden
die Drallnuten nur an der Umfangslinie des Ventilschließkörpers zu
Drallkanälen verschlossen.
Hierdurch ist ein Leckagestrom schwierig zu verhindern, da sich
die Bauteiltoleranzen mehrerer Teile addieren. Durch die Ausbildung des
Dichtspaltes als Linie macht sich dies besonders kritisch bemerkbar.
Als Folge davon ergibt sich eine große Schwankungsbreite der zugemessenen Brennstoffmenge.
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Weiterhin
nachteilig ist die erforderliche starke Umlenkung der Brennstoffströmung. Diese
ergibt sich durch die Anordnung der Drallkanäle auf der Zylinderwand der
Ausnehmung, die zur Führung
des Ventilschließkörpers dient.
Die anschließende
Drallkammer ist erforderlich, um eine gleichmäßig drallbehaftete Strömung zu
erzeugen. Die damit verbundene Umlenkung der Strömung führt jedoch zu starken Strömungsverlusten,
welche sich in einem verschlechterten Abspritzbild bemerkbar machen.
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Während des Öffnungsvorgangs
des Brennstoffeinspritzventils kommt es zudem zur Ausbildung eines
Vorstrahls, der keinen Drall aufweist. Die daraus resultierende
schlechte Zerstäubung
führt zu
einer mangelhaften Verbrennung.
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß die
drallbehaftete Brennstoffströmung
ohne starke Umlenkung zu der Abspritzöffnung gelangt. Gleichzeitig
sind die drallerzeugenden Elemente geschützt stromaufwärts des
Dichtsitzes angeordnet. Für
die Fertigung ist ferner die Entkopplung der Drallerzeugung von
der Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs von Vorteil. Die Maßtoleranzen
der drallerzeugenden Elemente können
relativ grob gewählt
werden, wodurch der Einsatz kostengünstiger Fertigungsverfahren
ermöglicht
wird.
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Durch
die in den Unteransprüchen
ausgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Die
Anpassung des Brennstoffeinspritzventils an Kundenanforderungen
im Hinblick auf zuzumessende Brennstoffmenge sowie Abspritzbild
ist einfach möglich.
Sie erfolgt durch Ändern
lediglich eines Bauteils, mit dem sowohl die Drallerzeugung beeinflußt werden
kann, als auch die Zumessung der Brennstoffmenge. Durch Beeinflussen
des Axialanteils der Brennstoffströmung kann die Drallerzeugung variiert
werden. Dies führt
zur Änderung
des Kegelmantels, auf dem der Brennstoff abgespritzt wird.
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Die
Einstellung der Zumeßmenge
erfolgt ebenfalls unter Beibehaltung des unveränderten Ventilsitzkörpers, durch Änderung
eines Ringspaltes, der durch einen Absatz im Ventilschließkörper erzeugt
wird. Neben der Definition einer Zumeßmenge bei vollständig geöffnetem
Brennstoffeinspritzventil ist durch Ändern der Kontur des Absatzes
eine Beeinflussung des Öffnungs-
und Schließverhaltens möglich.
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Weiterhin
vorteilhaft ist eine Anordnung der Drallkanäle auf einem Kegelmantel, dessen
Winkel identisch ist mit dem Winkel der Ventilsitzfläche. Durch
den dadurch bedingten Entfall starker Strömungsumlenkung abwärts der
Drallerzeugung, kommt es zu keinem Verlust in der Umfangsgeschwindigkeit
des Brennstoffs auf dem Weg zur Abspritzöffnung hin.
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Als
weiteren Vorteil ergibt sich daraus der Entfall eines Totvolumens
stromabwärts
der Drallerzeugung. Die Ausbildung eines Dralls in der Brennstoffströmung entsteht
somit bereits während
des Öffnungsvorgangs
des Brennstoffeinspritzventils. Die verbesserte Drallaufbereitung
während
des Öffnens
und Schließens
sorgt letztlich für
eine verbesserte Verbrennung und führt somit zu einem geringeren
Schadstoffausstoß.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils;
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2 einen
schematischen Teilschnitt im Ausschnitt II der 1 des
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils; und
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3 einen
schematische Schnitt entlang der Linie III-III in 2.
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Bevor
anhand der 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 näher beschrieben
wird, soll zum besseren Verständnis
der Erfindung zunächst anhand
von 1 das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 in
einer Gesamtdarstellung bezüglich
seiner wesentlichen Bestandteile kurz erläutert werden.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 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 umfaßt einen 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 elektromagnetisch betätigtes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der
Düsenkörper 2 ist
durch eine Dichtung 8 gegen den 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
einen Spalt 26 voneinander getrennt und stützen sich
auf einem Verbindungsbauteil 29 ab. 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 scheibenförmig ausgeführten Ventilnadelführung 14 geführt. Dieser ist
eine Einstellscheibe 15 zugepaart, welche zur Einstellung
des Ventilnadelhubes dient. Auf der stromaufwärtigen Seite der Einstellscheibe 15 befindet sich
ein Anker 20. Dieser steht über einen Flansch 21 kraftschlüssig mit
der Ventilnadel 3 in Verbindung, welche durch eine Schweißnaht 22 mit
dem Flansch 21 verbunden ist. Auf dem Flansch 21 stützt sich
eine Rückstellfeder 23 ab,
welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine in den Innenpol 13 eingepreßte Hülse 24 auf Vorspannung
gebracht wird.
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In
der Ventilnadelführung 14 und
im Anker 20 verlaufen Brennstoffkanäle 30a, 30b.
In einer zentralen Brennstoffzufuhr 16 ist ein Filterelement 25 angeordnet.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen
eine nicht dargestellte Brennstoffleitung abgedichtet.
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Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Anker 20 über den
Flansch 21 an der Ventilnadel 3 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 13 und dem Anker 20 befindlichen Arbeitsspalt 27 vorgegeben
ist. Der Anker 20 nimmt den Flansch 21, welcher mit
der Ventilnadel 2 verschweißt ist, und damit die Ventilnadel 3 ebenfalls
in Hubrichtung mit. Der mit der Ventilnadel 3 in Wirkverbindung
stehende Ventilschließkörper 4 hebt
von der Ventilsitzfläche 6 ab, und
der über
Drallkanäle 36 und
einem sich anschließenden
Ringspalt 37 zu der Abspritzöffnung 7 gelangende
Brennstoff wird abgespritzt.
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Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 20 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf
den Flansch 21 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich
die Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch
setzt der Ventilschließkörper 4 auf
der Ventilsitzfläche 6 auf,
und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
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2 zeigt
eine auszugsweise Schnittdarstellung der drallerzeugenden Baugruppe
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Die drallerzeugende Baugruppe besteht aus dem Ventilsitzkörper 5,
der Ventilnadel 3 und dem mit der Ventilnadel 3 in
Wirkverbindung stehenden Ventilschließkörper 4.
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An
seiner stromaufwärtigen
Seite 33 weist der Ventilsitzkörper 5 eine Führungsausnehmung 38 auf,
welche zur Führung
der Ventilnadel 3 in axialer Richtung dient. Stromabwärts schließt sich
eine vorzugsweise konusförmige
Verjüngung
an, auf der die Ventilsitzfläche 6 angeordnet ist.
Stromabwärts
der Verjüngung,
schließt
sich die Abspritzöffnung 7 an. An
der stromaufwärtigen
Seite 33 des Ventilsitzkörpers 5 sind Drallkanäle 36 in
den Ventilsitzkörper 5 eingebracht.
Sie sind zu der stromaufwärtigen
Seite 33 des Ventilsitzkörpers 5 offen und
münden
vorzugsweise tangential in die Führungsausnehmung 38.
Die Drallkanäle
sind als Nuten in dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildet.
Der Boden 39 der Nuten bildet die stromabwärtige Begrenzungsfläche der
Drallkanäle 36 und
ist die erste Kegelfläche 41 deren Öffnungswinkel α identisch
mit dem Öffnungswinkel β ist, den
die von der Ventilsitzfläche
(6) gebildete zweite Kegelfläche 42 mit der Mittelachse 35 des
Brennstoffeinspritzventils 1 einschließt.
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Die
Ventilnadel 3 weist stromaufwärts der stromaufwärtigen Seite 33 des
Ventilsitzkörpers 5 eine
radiale Erweiterung 31 auf, so daß die stromaufwärts offenen
Drallkanäle 36 zumindest
teilweise in radialer Richtung abgedeckt werden. Abhängig von der
radialen Ausdehnung der radialen Erweiterung 31 und vom
Abstand der stromabwärtigen
Seite 32 der radialen Erweiterung 31 von der stromaufwärtigen Seite 33 des
Ventilsitzkörpers 5 kann
somit bei geöffnetem
Brennstoffeinspritzventil 1 der axiale Strömungsanteil
des Brennstoffs variiert werden. Die Ausdehnung der radialen Erweiterung 31 ist
dabei kleiner als der Innendurchmesser des Düsenkörpers 2. Die Änderungen
der Axialkomponente der Brennstoffströmung während des Öffnens und Schließens des
Brennstoffeinspritzventils 1 kann z. B. durch eine kegel- oder trichterförmige Ausführung der
stromaufwärtigen
Seite 33 des Ventilsitzkörpers 5 gezielt beeinflußt werden.
Ebenso ist eine Beeinflussung durch die korrespondierende stromabwärtige Seite 32 der radialen
Erweiterung 31 möglich.
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Der
mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 weist
eine radiale Ausdehnung auf, die kleiner ist als die Führungsausnehmung 38 des
Ventilsitzkörpers 5.
Die Querschnittsfläche
des so zwischen dem Ventilschließkörper 4 und dem Ventilsitzkörper 5 ausgebildeten
Ringspalts 37 bestimmt die Zumessung des abzuspritzenden Brennstoffs.
Die durch die Ventilnadel 3 festgelegte Höhe des Ringspaltes 37 ist
dabei so zu wählen,
daß zumindest
bei geöffnetem
Brennstoffeinspritzventil 1 die Drallkanäle 36 mit
dem Ringspalt 37 in Verbindung stehen. Befindet sich die
Ventilnadel 3 mitsamt dem Ventilschließkörper 4 bei erregter
Magnetspule 10 in ihrer geöffneten Endposition, stellt
die Querschnittsfläche
des Ringspaltes 37 den kleinsten zu durchströmenden Querschnitt
des Brennstoffstromes auf dem Weg zu der Abspritzöffnung 7 dar.
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3 zeigt
eine auszugsweise Schnittdarstellung des in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1.
Die Drallkanäle 36 münden dabei
in den Ringspalt 37, der zwischen dem Ventilschließkörper 4 und
der Führungsausnehmung 38 des
Ventilsitzkörpers 5 ausgebildet
ist, tangential aus. Die Summe der Querschnittsflächen der
Ausmündungen
der Drallkanäle 36 ist
größer als
die Querschnittsfläche des
zwischen Führungsausnehmung 38 des
Ventilsitzkörpers 5 und
Ventilschließkörper 4 ausgebildeten
Ringspalts 37. Die Einstellung der Querschnittsflächen der
Ausmündungen
kann dabei durch Vergrößern der
axialen Ausdehnung des Ventilschließkörpers 4 im Bereich
des Ringspaltes 37 erfolgen.
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- 1
- Brennstoffeinspritzventil
- 2
- Düsenkörper
- 3
- Ventilnadel
- 4
- Ventilschließkörper
- 5
- Ventilsitzkörper
- 6
- Ventilsitzfläche
- 7
- Abspritzöffnung
- 8
- Dichtung
- 9
- Außenpol
- 10
- Magnetspule
- 11
- Spulengehäuse
- 12
- Spulenträger
- 13
- Innenpol
- 14
- Ventilnadelführung
- 15
- Einstellscheibe
- 16
- zentrale
Brennstoffzufuhr
- 17
- Steckkontakt
- 18
- Kunststoffummantelung
- 19
- Leitung
- 20
- Anker
- 21
- Flansch
- 22
- Schweißnaht
- 23
- Rückstellfeder
- 24
- Hülse
- 25
- Filterelement
- 26
- Spalt
- 27
- Arbeitsspalt
- 28
- Dichtung
- 29
- Verbindungsbauteil
- 30a,
30b
- Brennstoffkanal
- 31
- radiale
Erweiterung
- 32
- stromabwärtige Seite
- 33
- stromaufwärtige Seite
- 35
- Mittelachse
- 36
- Drallkanal
- 37
- Ringspalt
- 38
- Führungsausnehmung
- 39
- Boden
- 41
- erste
Kegelfläche
- 42
- zweite
Kegelfläche