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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil zum
Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor und insbesondere
ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit einem Mechanismus zum Verändern der
Spritzeigenschaften versehen ist.
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Wie
im japanischen Dokument P2000-104647A offenbart, umfasst das typische Kraftstoffeinspritzventil
ein Ventilelement, einen Ventilsitz, auf dem das Ventilelement sitzt,
und eine Düsenplatte,
die stromabwärts
vom Ventilsitz angeordnet ist und eine Vielzahl von Düsenlöchern aufweist.
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Wenn
eine Kraftstoffeinspritzung in Ansaugkanälen beispielsweise durch Verändern einer
Stelle eines Einlassventils, auf das eingespritzter Kraftstoff auftrifft,
gemäß den Motorbetriebsbedingungen
ausgeführt
wird, kann eine Verbesserung in der Brennbarkeit und folglich Abgasemission
erzielt werden. Mit dem typischen Kraftstoffeinspritzventil ist
jedoch der Spritzwinkel von Kraftstoff, der aus den Düsenlöchern der
Düsenplatte
eingespritzt wird, auf einen gegebenen Winkel festgelegt, welcher
gemäß Durchgangsachsen
der Düsenlöcher festgelegt
ist und in welchem die Abgasemission in einer durchschnittlichen
Weise verbessert werden kann. Dies ermöglicht nicht die Einstellung
eines optimalen Spritzwinkels gemäß den Motorbetriebsbedingungen
für den Zweck,
eine maximale Verbesserung der Abgasemission zu erreichen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil
bereitzustellen, das eine Änderung
der Spritzeigenschaften, insbesondere des Spritzwinkels, des Kraftstoffeinspritzventils
ermöglicht
und somit zur Verbesserung der Abgasemission des Motors beiträgt.
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Diese
Aufgabe wird erreicht durch die Merkmale der Ansprüche 1 und
9. Die Unteransprüche enthalten
bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung stellt im Allgemeinen ein Kraftstoffeinspritzventil
bereit, das folgendes umfasst: ein Ventilelement; einen Ventilsitz
mit einem Ventilsitzteil, auf dem das Ventilelement sitzt; eine Düsenplatte,
die stromabwärts
vom Ventilsitz angeordnet ist, wobei die Düsenplatte eine Vielzahl von Düsenlöchern aufweist;
und eine Vorrichtung, die einen Raum zwischen dem Ventilsitzteil
des Ventilsitzes und der Düsenplatte
verändert,
um eine Änderung
der Spritzeigenschaften zu erzielen.
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Die
weiteren Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen
ersichtlich, wobei gilt:
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1 ist eine Schnittansicht,
die ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
zeigt;
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2 ist eine bruchstückhafte
vergrößerte Schnittansicht
des Vorderendes des Kraftstoffeinspritzventils in 1;
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3 ist eine Ansicht ähnlich 2, die das Vorderende des
Kraftstoffeinspritzventils in 1 zeigt;
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4 ist eine Ansicht ähnlich 3, die ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist eine Ansicht ähnlich 4, die das zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine Ansicht ähnlich 5, die ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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7 ist eine Ansicht ähnlich 6, die ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, in denen in den gesamten Ansichten gleiche
Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, wird eine Beschreibung über bevorzugte
Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils
durchgeführt.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen dient
das Kraftstoffeinspritzventil zum Liefern von Kraftstoff zu einem
Verbrennungsmotor (Benzinmotor).
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Mit
Bezug auf 1-3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Mit Bezug auf 1 umfasst das Kraftstoffeinspritzventil ein
Gehäuserohr 1,
das aus einem magnetischen Material besteht, eine elektromagnetische
Spule 2, die ortsfest am äußeren Umfang des Gehäuserohrs 1 montiert
ist, und ein Ventilelement 3, das axial verschiebbar durch
das Gehäuserohr 1 hindurch
angeordnet ist und einen röhrenförmigen Anker 31 und eine
Kugel 32, die durch Schweißen miteinander integriert
sind, umfasst.
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Eine
Kraftstoffdurchgangsöffnung 31a ist
in der unteren Umfangswand des Ankers 31 ausgebildet und
eine Vielzahl von flachen Oberflächen 32a sind
am Umfang der Kugel 32 durch maschinelle Bearbeitung vorgesehen.
Vom Anker 31 durch die Kraftstoffdurchgangsöffnung 31a nach
außen
strömender Kraftstoff
strömt
in Richtung des Vorderendes des Kraftstoffeinspritzventils durch
einen Zwischenraum zwischen den flachen Oberflächen 32a und der Innenwand
eines Ventilsitzes 7, wie später beschrieben wird. Ein röhrenförmiges Federgehäuse 4 ist ortsfest
an der Innenwand des Gehäuses 1 oberhalb des
Ventilelements 3 (Anker 31) montiert, wie in 1 zu sehen, wobei ein vorbestimmter
Zwischenraum dazwischen vorgesehen ist.
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Ein
röhrenförmiger Federanschlag 5 ist
ortsfest durch das Federgehäuse 4 hindurch
angeordnet und eine Rückstellfeder 6 ist
zusammengedrückt
zwischen das untere Ende des Federanschlags 5 und einen
abgestuften Teil des Ankers 31 eingefügt. Der Ventilsitz 7 mit
einem Einspritzloch im Zentrum ist mit dem inneren Umfang des unteren
Endes des Gehäuserohrs 1 durch
Schweißen
verbunden, um die Kugel 32 des Ventilelements 3 abzusetzen.
Eine Düsenplatte 8 mit
einer Vielzahl von Düsenlöchern 8a ist
am unteren Ende des (stromabwärts
vom) Ventilsitzes 7 angeordnet.
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Eine
Kappe 9 ist am äußeren Umfang
des unteren Endes des Gehäuserohrs 1 montiert
und ein unteres Ende einer Spulenabdeckung 10 zum Abdecken
der Außenseite
der elektromagnetischen Spule 2 ist mit dem Gehäuserohr 1 durch
Schweißen
verbunden. Ein Dichtungselement 11 ist zwischen einem Flansch
der Kappe 9 am oberen Ende und dem abgestuften Teil der
Spulenabdeckung 10 angeordnet.
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Ein
Kraftstofffilter 12 steht mit dem oberen Ende des Gehäuserohrs 1 fest
in Eingriff.
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Eine
Harzumhüllung 13 wird
durch Formen ausgebildet, dem ein Teil, der sich vom oberen Ende der
Spulenabdeckung 10 zu jenem des Gehäuserohrs 1 erstreckt,
und ein Teil, der der elektromagnetischen Spule 2 entspricht,
außer
einem Ende einer Zuleitung 2a, unterzogen wird. Ein Dichtungselement 14 ist
zwischen der oberen Stirnfläche
der Umhüllung 13 und
der Flanschfläche
des Gehäuserohrs 1 am oberen
Ende angeordnet.
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Die
Umhüllung 13 ist
mit einem Verbindungsstecker 13a ausgebildet, der durch
Umgeben des Endes der Zuleitung 2a der e lektromagnetischen
Spule 2 erhalten wird. Während der Nicht-Speisung der elektromagnetischen
Spule 2 ist das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Ventilelement 3,
das auf einer Sitzfläche
des Ventilsitzes 7 sitzt, durch eine elastische Druckkraft
der Rückstellfeder 6 geschlossen. Wenn
die elektromagnetische Spule 2 gespeist wird, wird das
Ventilelement 3 durch eine magnetische Anziehung gegen
eine elastische Vorspannungskraft der Rückstellfeder 6 angehoben,
um es von der Sitzfläche
des Ventilsitzes 7 zu trennen, wobei das Öffnen des
Kraftstoffeinspritzventils erhalten wird.
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Die
Düsenplatte 8 ist
nicht einteilig am Ventilsitz 7 montiert, sondern axial
verschiebbar mit dem Ventilsitz 7 als festes Ende abgestützt. Mit
Bezug auf 2 und 3 ist ein verformbares Element 51 in
einer Aussparung 7a untergebracht, die im äußeren Umfang
des unteren Endes des Ventilsitzes 7 angeordnet ist. Ein
Ende des verformbaren Elements 51 ist an der Stirnfläche der
Aussparung 7a montiert und ein anderes Ende ist an der
Stirnfläche
der Düsenplatte 8 montiert.
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Das
verformbare Element 51 ist aus einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet, die ihre Form mit der Temperatur verändert und
sich folglich in der axialen Richtung des Kraftstoffeinspritzventils
mit der Temperatur ausdehnt und zusammenzieht. Ohne entweder am
Gehäuserohr 1 oder
am Ventilsitz 7 montiert zu sein, ist die Düsenplatte 8 im
Gehäuserohr 1 so
angeordnet, dass sie unter Herstellung eines Gleitkontakts mit dessen
innerer Umfangswand axial verschiebbar ist. Somit bewegt sich die
Düsenplatte 8 parallel
in der axialen Richtung des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der Verformung
des verformbaren Elements 51, wobei eine Änderung
des Abstands zwischen dem unteren Ende des Ventilsitzes 7 und
der Düsenplatte 8,
d.h. des Raums zwischen einem Ventilsitzteil 7b des Ventilsitzes 7 und
der Düsenplatte 8,
erzielt wird.
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Wenn
der Abstand zwischen dem unteren Ende des Ventilsitzes 7 und
der Düsenplatte 8,
d.h. der Raum zwischen dem Ventilsitzteil 7b des Ventilsitzes 7 und
der Düsenplatte 8,
sich verändert,
verändert
sich der relative Winkel zwischen der Kraftstoffströmungsrichtung
und den Düsenlöchern 8a,
wobei eine Änderung
des Spritzwinkels als eine der Spritzeigenschaften erzielt wird,
wie in 2 und 3 gezeigt. Dann kann das
Kraftstoffeinspritzventil derart konstruiert werden, dass unter
den Hochtemperaturbedingungen sich das verformbare Element 51 zusammenzieht,
wie in 2 gezeigt, so
dass der Ventilsitz 7 nahe der Düsenplatte 8 liegt,
wohingegen unter den Niedertemperaturbedingungen sich das verformbare
Element 51 ausdehnt, wie in 3 gezeigt, so
dass der Ventilsitz 7 von der Düsenplatte 8 getrennt
ist. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil derart konstruiert
werden, dass unter den Hochtemperaturbedingungen der Ventilsitz 7 von
der Düsenplatte 8 getrennt
ist, wie in 3 gezeigt,
wohingegen unter den Niedertemperaturbedingungen der Ventilsitz 7 nahe
der Düsenplatte 8 liegt,
wie in 2 gezeigt.
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Im
ersten Ausführungsbeispiel
kann das Kraftstoffeinspritzventil derart konstruiert werden, dass
sich das verformbare Element 51 mit einer Änderung
der Umgebungstemperatur des Ventils verformt, die z.B. gemäß den Motorbetriebsbedingungen
wie z.B. Last und Rotation erzeugt wird, wobei eine Änderung
des Spritzwinkels erzielt wird. Durch Festlegen der Verformungseigenschaften,
d.h. der Wärmeausdehnung
oder -zusammenziehung und des Verformungsausmaßes des verformbaren Elements 51 gemäß dem Spritzwinkel,
der unter den Bedingungen hoher Last des Motors erforderlich ist,
unter denen die Temperatur höher
wird, kann beispielsweise ein optimaler Spritzwinkel als Reaktion
auf die Temperaturbedingungen erzielt werden.
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Mit
Bezug auf 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im zweiten Ausführungsbei spiel
ist eine Rückstellfeder
oder ein elastisches Element 52 zwischen dem Gehäuserohr 1 und
der Düsenplatte 8 angeordnet,
um die Düsenplatte 8 in
Richtung ihrer Bezugsposition (d.h. der in 4 gezeigten Position) vorzuspannen. Diese
Struktur ermöglicht
eine Verbesserung der Verformungsreaktion des verformbaren Elements 51 gemäß den Temperaturbedingungen.
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Überdies
ist im zweiten Ausführungsbeispiel eine
Heizvorrichtung 55 einteilig an der Innenseite der Kappe 9 vorgesehen,
um das verformbare Element 1 zu erhitzen. Diese Struktur
ermöglicht
die Regelung der Temperaturbedingungen des verformbaren Elements 51 durch
Regeln der Speisung der Heizvorrichtung 55 gemäß dem erforderlichen
Spritzwinkel, wobei folglich eine Regelung des Verschiebungsausmaßes oder
der Position der Düsenplatte 8 erzielt
wird, was zur Änderung
des Spritzwinkels mit höherer
Flexibilität
führt.
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Mit
Bezug auf 6 ist ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im dritten Ausführungsbeispiel
ist das verformbare Element 51 am Gehäuserohr 1 als ortsfestes
Ende abgestützt.
Im Unterschied zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil im
dritten Ausführungsbeispiel
derart konstruiert, dass, wenn sich das verformbare Element 51 ausdehnt,
der Ventilsitz 7 nahe der Düsenplatte 8 liegt, wohingegen,
wenn es sich zusammenzieht, der Ventilsitz 7 von der Düsenplatte 8 getrennt
ist. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil derart konstruiert werden,
dass, wenn sich das verformbare Element 51 ausdehnt, die
Düsenplatte 8 gegen
den Ventilsitz 7 gepresst wird, so dass der mittlere Teil
mit den Düsenlöchern 8a verformt
wird, wobei eine Änderung des
Spritzwinkels erzielt wird.
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In
den obigen Ausführungsbeispielen
wird das verformbare Element 51 aus einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet, die ihre Form mit der Temperatur ändert. Wahlweise kann das verform bare Element 51 ein
Element umfassen, das sich durch Spannung verformt, wie z.B. ein
piezoelektrisches Element, oder ein Element, das sich durch eine
magnetische Kraft verformt, wie z.B. ein magnetostriktives Element.
Die Verwendung eines piezoelektrischen Elements oder eines magnetostriktiven
Elements als verformbares Element 51 ermöglicht eine willkürliche und
kontinuierliche Regelung der Verschiebung der Düsenplatte 8 mit Genauigkeit.
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Mit
Bezug auf 7 ist ein
viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im vierten Ausführungsbeispiel
ist die Düsenplatte 8 selbst
aus einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet. Die Umfangskante der Düsenplatte 8, die aus
einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet ist, ist mit der inneren Umfangswand des Gehäuserohrs 1 verbunden.
Der äußere Umfang
der Düsenplatte 8 verformt
sich gemäß der Temperatur,
so dass der mittlere Teil mit den Düsenlöchern 8a sich parallel
bewegt.
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Im
vierten Ausführungsbeispiel
verformt sich der äußere Umfang
der Düsenplatte 8 gemäß der Temperatur,
um eine Änderung
des Abstandes zwischen dem Ventilsitz 7 und dem mittleren
Teil der Düsenplatte 8 mit
den Düsenlöchern 8a,
d.h. des Raums zwischen dem Ventilsitzteil 7b des Ventilsitzes 7 und
der Düsenplatte 8,
zu erzielen, wobei folglich eine Änderung des Spritzwinkels erzielt
wird.
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Wenn
die Düsenplatte 8 aus
einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet wird, werden die Teile zum Festlegen der Düsenlöcher 8a so
konstruiert, dass sie auch verformbar sind, wodurch eine Änderung
nicht nur des Raums zwischen dem Ventilsitzteil 7b des
Ventilsitzes 7 und der Düsenplatte 8, sondern auch
der Form selbst der Düsenlöcher 8a erzielt
wird, wobei folglich eine Änderung
der Spritzeigenschaften erzielt wird.
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Im
vierten Ausführungsbeispiel
kann überdies
die Heizvorrichtung angeordnet werden, um die Temperatur der Düsenplatte 8,
die aus einer Formgedächtnislegierung
ausgebildet ist, zu regeln.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Ändern
eines Raums zwischen dem Ventilsitzteil des Ventilsitzes und der
Düsenplatte
der relative Winkel der Düsenlöcher bezüglich der
Kraftstoffströmungsrichtung
verändert,
wobei folglich eine Änderung
der Spritzeigenschaften, insbesondere des Spritzwinkels, erzielt wird.
Daher ermöglicht
eine Änderung
des Raums zwischen dem Ventilsitzteil des Ventilsitzes und der Düsenplatte
eine Änderung
der Spritzeigenschaften gemäß den Motorbetriebsbedingungen.
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Wenn
sich das verformbare Element verformt, wird die Düsenplatte
gemäß der vorliegenden Erfindung
ferner dementsprechend verschoben, wobei ein Raum zwischen dem Ventilsitzteil
des Ventilsitzes und der Düsenplatte
verändert
wird, wobei folglich eine Änderung
der Spritzeigenschaften erzielt wird. Daher können die Spritzeigenschaften
gemäß der Änderung
der Verformungsbedingungen des verformbaren Elements oder der Regelung
von dessen Verformungsbedingungen verändert werden, was zu einer
möglichen Änderung
der Spritzeigenschaften gemäß den Motorbetriebsbedingungen führt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Spritzeigenschaften weiterhin durch eine Änderung
des Raums zwischen dem Ventilsitzteil und der Düsenplatte und/oder eine Verformung
der Düsenlöcher aufgrund
einer Verformung der Düsenplatte
geändert.
Daher ermöglicht
die Verformung der Düsenplatte
eine Änderung
der Spritzeigenschaften gemäß den Motorbetriebsbedingungen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Düsenplatte
ferner gemäß der Temperatur
(Formgedächtnislegierung),
der Spannung (piezoelektrisches Element) oder einer magnetischen
Kraft (magnetostriktives Element) verschoben werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung spannt das elastische Element die Düsenplatte ferner in Richtung
ihrer Bezugsposition vor, was zu einer verbesserten Verformungsreaktion
führt,
wenn sich das verformbare Element in Richtung der Bezugsposition verformt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können ferner
die Temperaturbedingungen des verformbaren Elements oder der Düsenplatte,
die sich mit der Temperatur verformen, durch Speisungsregelung der Heizvorrichtung
aktiv geändert
werden, was zu einer möglichen Änderung
der Spritzeigenschaften mit höherer
Flexibilität
führt.
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Nachdem
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den erläuternden
Ausführungsbeispielen beschrieben
wurde, wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
diese begrenzt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Die
gesamten Lehren der japanischen Patentanmeldung P2003-320623, eingereicht
am 12. September 2003, werden hiermit durch ausdrücklichen
Verweis aufgenommen.
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Zusammenfassend
umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil einen Ventilsitz mit einem
Ventilsitzteil, auf dem ein Ventilelement sitzt, und eine Düsenplatte,
die stromabwärts
vom Ventilsitz angeordnet ist und eine Vielzahl von Düsenlöchern aufweist.
Ein verformbares Element verformt sich in Abhängigkeit der Temperatur, um
einen Raum zwischen dem Ventilsitzteil des Ven tilsitzes und der
Düsenplatte
zu verändern,
wobei folglich eine Änderung
der Spritzeigenschaften erzielt wird.