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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Einspritzventile,
insbesondere Pumpe-Düse-Einheiten
werden in modernen Kraftstoffeinspritzanlagen eingesetzt, um Kraftstoff
mit einem hohen Druck in einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
Aufgrund der verwendeten hohen Drücke und der hohen Einspritzfrequenz
werden in der Pumpe-Düse-Einheit relativ hohe
Temperaturen erzeugt. Die hohen Temperaturen können zu einer Beeinträchtigung
der Funktionsweise der Pumpe-Düse-Einheit
führen.
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Als
Abhilfe gegen die Entwicklung von hohen Temperaturen ist es bereits
im Stand der Technik bekannt, eine Kühlleitung für ein elektromagnetisches Ventil
vorzusehen, mit dem die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert
wird.
DE 197 52 834
A1 zeigt eine Pumpe-Düse-Einheit,
bei der zur Zumessung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge ein Magnetventil
verwendet wird. Zur Kühlung
des Magnetventils ist eine Kühlleitung
vorgesehen, die im Gehäuse an
die Kraftstoffleitung angeschlossen ist, mit der der Pumpraum der
Pumpe-Düse-Einheit
mit Kraftstoff versorgt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Einspritzventil
mit einer Kühlleitung
vorzusehen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch das Einspritzventil gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Einspritzventils besteht
darin, dass die Wechselwirkung zwischen der Kühlleitung und der Kraftstoffleitung
reduziert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen der Kraftstoffzuleitung und
der Kühlleitung
ein Mittel zum Dämpfen
von Druckschwankungen vorgesehen ist.
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In
einer Ausführungsform
des Einspritzventils ist ein Dämpfungselement
in Form einer Drossel ausgebildet. Dadurch wird eine einfache und
kostengünstige
Entkopplung von Druckwellen zwischen der Kühlleitung und der Kraftstoffzuleitung
erreicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weisen als Dämpfungsmittel
die Kraftstoffleitung und die Kühlleitung
getrennte Eingangsöffnungen
am Gehäuse
auf, über
die Kraftstoff dem Einspritzventil zugeführt wird. Somit ist eine relativ
starke Entkopplung der Kühlleitung
von den Druckwellen gegeben.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Eingangsöffnungen
der Kraftstoffleitung und der Kühlleitung
um mindestens 30° in
Bezug auf eine Längsachse
der Pumpe-Düse-Einheit, vorzugsweise
bis zu 90° seitlich
voneinander beabstandet. Auch dadurch wird eine Entkopplung der
Kühlleitung von
den Druckwellen der Kraftstoffleitung erreicht. Die Eingangsöffnungen
münden
somit in den gleichen Zuleitungsraum, der zwischen der Pumpe-Düse-Einheit
und einem Zylinderkopf ausgebildet ist, sind jedoch seitlich voneinander
beabstandet. Damit werden Druckwellen, die in der Kraftstoffleitung
entstehen, nicht direkt in die Kühlleitung übertragen.
Somit ist eine gute Dämpfung
der Druckschwankungen in der Kühlleitung
gegeben.
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Die
Dämpfung
der Druckschwankungen hat den Vorteil, dass das Kühlmittel
direkt am Ventilglied des Steuerventils vorbeigeführt werden
kann und trotzdem keine unerwünschten
Druckeinwirkungen auf das Steuerventil entstehen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weisen die Kühlleitung
und die Kraftstoffleitung getrennte Ausgangsöffnungen auf. Somit wird auch der
Einfluss von Druckschwankun gen über
die Ausgangsöffnungen
der Kühlleitung
und der Kraftstoffleitung reduziert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind die Kühlleitung
und die Kraftstoffleitung als getrennte Leitungen mit getrennten
Eingangs- und/oder Ausgangsöffnungen
im Gehäuse
ausgebildet. Damit ist eine weitgehende Entkopplung der Kühlleitung
von der Kraftstoffleitung gegeben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Kühlleitung
parallel zum Ventilglied des Steuerventils geführt, so dass Wärme, die
vom Steuerventil erzeugt wird, im Wesentlichen entlang der gesamten Länge des
Steuerventils über
die Kühlleitung
abgeführt
wird. Somit ist eine gute Wärmeabführung gewährleistet.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist das Ventilglied des Steuerventils in eine Federkammer geführt, in
der eine Ventilfeder ausgebildet ist, die das Ventilglied vorspannt.
In dieser Ausführungsform
ist die Kühlleitung über die
Federkammer geführt
und die Kühlflüssigkeit
grenzt direkt an das Ventilglied an.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist das Einspritzventil einen Aktor mit einem Stellglied auf, der über eine
Ventilkammer geführt
ist und mit dem Ventilglied des Steuerventils in Wirkverbindung
steht. Die Kühlleitung
ist über
die Ventilkammer geführt, wobei
der Aktor zur Ventilkammer und damit zur Kühlleitung hin abgedichtet ist.
Auf diese Weise wird eine effiziente Kühlung des Aktors erreicht,
die insbesondere bei der Ausbildung des Aktors als piezoelektrisches
Element vorteilhaft ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Ausgangsöffnung
der Kraftstoffleitung und die Ausgangsöffnung der Kühlleitung
auf unterschiedlichen Höhen
am Gehäuse
ausgebildet. Dadurch kann die über
die Ausgangsöffnung
der Kraft stoffleitung abgegebenen Kraftstoffmenge wieder dem Eingang
der Kraftstoffleitung zugeführt
werden, wohingegen die über
die Kühlleitung
abgegebenen Kraftstoffmenge über
eine Rückleitung
zu einem Kühler
oder einem Kraftstofftank geführt
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Teilquerschnitt durch eine Pumpe-Düse-Einheit,
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2 einen
zweiten Querschnitt durch die Pumpe-Düse-Einheit, und
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3 eine
schematische Darstellung des Winkelabstandes zwischen den Eingängen der
Kühlleitung
und der Kraftstoffleitung.
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Die
Erfindung ist am Beispiel der Pumpe-Düse-Einheit beschrieben, ist
jedoch auf jede Art von Einspritzventil, wie z. B. einem Einspritzventil
für ein Common-Rail-Einspritzsystem anwendbar.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung einen Teilquerschnitt einer Pumpe-Düse-Einheit 1,
die im Wesentlichen einen Aktor 2, ein Gehäuse 3 und
einen Pumpkolben 4 aufweist. Das Gehäuse 3 weist einen
Düsenkörper 5,
eine Zwischenplatte 6, einen Gehäusekörper 7, eine Drosselplatte 8,
eine Pumpplatte 9 und einen Ventilkörper 10 auf. Der Düsenkörper 5 und
die Zwischenplatte 6 sind mit dem Gehäusekörper 7 über eine
Düsenspannmutter 11 verspannt.
Zudem sind der Ventilkörper 10,
die Pumpplatte 9 und die Drosselplatte 8 mit dem
Gehäusekörper 7 über eine
Spannmutter 12 verspannt. Am Ventilkörper 10 ist seitlich
der Aktor 2 angebracht. Der Ventilkörper 10 ist nach oben
weitergeführt,
wobei in einen oberen Endabschnitt des Ventilkörpers 10 der Pumpkolben 4 geführt ist.
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In
der Pumpplatte 9 ist ein Pumpraum 13 ausgebildet,
der vom Pumpkolben 4 begrenzt wird und über eine Zuleitung 14 mit
einer Kraftstoffleitung 15 verbunden ist. Die Kraftstoffleitung 15 ist
von einem Ventilraum 16, der im Ventilkörper 10 ausgebildet
ist, bis zu einem Druckraum 17 führt, der im Düsenkörper 5 angeordnet
ist.
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Ausgehend
vom Ventilraum 16 ist eine zweite Kraftstoffleitung 19 durch
die Pumpplatte 9, die Drosselplatte 8 in den Ventilkörper 10 geführt und
an eine Zu-/Ablauföffnung 20 angeschlossen. Über die Zu-/Ablauföffnung 20 wird
Kraftstoff bei einem Pumpvorgang bei geöffnetem Steuerventil 23 zu-
und bei einem Verdichtungsvorgang abgeführt.
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Im
Ventilkörper 10 ist
eine durchgehende Bohrung 21 ausgebildet, in der ein Ventilglied 22 eines
Steuerventils 23 angeordnet ist. Die Bohrung 21 ist
in einem Endbereich mit einem Stopfen 24 abgedichtet. Zwischen
dem Stopfen 24 und dem Ventilglied 22 ist eine
Ventilfeder 25 in einem Federraum 41 angeordnet,
die das Ventilglied 22 vom Stopfen 24 in Richtung
auf den Aktor 2 vorspannt. Der Aktor 2 ist gegenüberliegend
zum Stopfen 24 angeordnet.
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Das
Ventilglied 22 begrenzt in der Bohrung 21 den
Ventilraum 16, der einen ersten und einen zweiten Ventilraumabschnitt 26, 27 aufweist.
In den ersten Ventilraumabschnitt 26 mündet die Kraftstoffleitung 15.
In den zweiten Ventilraumabschnitt 27 mündet die zweite Kraftstoffleitung 19.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Ventilraumabschnitt 26, 27 ist
ein ringförmiger
Dichtbund 28 am Ventilkörper 10 ausgebildet,
dem ein zweiter ringförmiger
Dichtbund 29 des Ventilgliedes 22 zugeordnet ist.
Der Dichtbund 28 ist zwischen dem zweiten Dichtbund 29 und dem
Stopfen 24 angeordnet. Das Ventilglied 22 dichtet
den ersten Ventilraumabschnitt 26 in Richtung auf den Stopfen 24 und
den zweiten Ventilraumabschnitt 27 in Richtung auf den
Aktor 2 über
entsprechende Führungsabschnitte
ab.
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Ein
zweites Ende des Ventilgliedes 22 steht in Wirkverbindung
mit einem Aktorstempel 30, der am unteren Ende des Aktors 2 ausgebildet
ist und in die Bohrung 21 eingeschoben ist. Zwischen dem
unteren Ende des Aktors 2 und dem Ventilkörper 10 ist eine
Ventilkammer 49 ausgebildet.
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Im
Düsenkörper 5 ist
eine Einspritznadel 31 geführt, wobei die Einspritznadel 31 eine
Druckfläche 32 aufweist,
die im Druckraum 17 ausgebildet ist und über die
sich der Durchmesser der Einspritznadel in Richtung auf eine Spitze
verjüngt.
Die Einspritznadel 31 steht über einen Nadelkolben 18 mit
einer Feder 33 in Wirkverbindung, die die Einspritznadel 31 auf einen
Dichtsitz 34 vorspannt, der im Düsenkörper 5 ausgebildet
ist. Der Dichtsitz 34 ist beispielsweise ringflächig ausgebildet
und einer ringflächigen
Dichtfläche
der Spitze der Einspritznadel 31 zugeordnet. Unterhalb
des Dichtsitzes 34 ist ein Einspritzloch 35 im
Düsenkörper 5 ausgebildet.
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Die
Pumpe-Düse-Einheit 1 gemäß 1 funktioniert
wie folgt: Wird der Aktor 2 nicht bestromt, so wird das
Ventilglied 22 durch die Ventilfeder 25 in Richtung
auf den Aktor 2 vorgespannt, so dass der Dichtbund 28 und
der zweite Dichtbund 29 nicht aneinander anliegen. Somit
ist eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten
Ventilraumabschnitt 26, 27 gegeben. Saugt nun
in dieser Situation der Pumpkolben 4 durch eine Betätigung der
Nockenwelle Kraftstoff über
die Zu-/Ablauföffnung 20,
die zweite Kraftstoffleitung 19 und die Kraftstoffleitung 15 in
den Pumpraum 13 und verdichtet den Kraftstoff im Pumpraum 13,
so wird der Kraftstoff über
das geöffnete
Steuerventil 23 und die zweite Kraftstoffleitung 19 und
die Kraftstoffleitung 15 zu- und abgeführt. Dadurch wird keine Erhöhung des Kraftstoffdruckes
im Druckraum 17 erreicht. Die Einspritznadel ist durch
die Feder 33 auf den Dichtsitz 34 vorgespannt.
Somit besteht keine hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 17 und
dem Einspritzloch 35.
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Wird
nun der piezoelektrische Aktor 2 bei einem Verdichtungshub
des Pumpkolbens 4 angesteuert, so drückt der piezoelektrische Aktor 2 über einen Aktorstempel 30 das
Ventilglied 22 mit dem zweiten Dichtbund 29 gegen
den Dichtbund 28. Damit wird der erste Ventilraumabschnitt 26 vom
zweiten Ventilraumabschnitt 27 getrennt. Als Folge wird
der Kraftstoff im Pumpraum 13 bei dem Verdichtungsvorgang des
Pumpkolbens 4 verdichtet. Da der Pumpraum 13 über die
Kraftstoffleitung 15 mit dem Druckraum 17 in Verbindung
steht, erhöht
sich auch der Druck im Druckraum 17. Der Druck wird soweit
erhöht,
bis durch den Kraftstoffdruck, der an der Druckfläche 32 anliegt,
die Einspritznadel 31 gegen die Vorspannung der Feder 33 vom
Dichtsitz 34 abgehoben wird. Damit wird eine hydraulische
Verbindung zwischen dem Druckraum 17 und dem Einspritzloch 35 hergestellt. Folglich
wird Kraftstoff über
das Einspritzloch 35 abgegeben. Soll nun die Einspritzung
enden, so wird der Aktor 2 stromlos geschaltet, so dass
das Ventilglied 22 durch die Ventilfeder 25 und/oder
durch den Aktor 2 in die Ausgangsposition bewegt wird und
eine hydraulische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten
Ventilraumabschnitt 26, 27 geöffnet wird. Damit wird Kraftstoff
vom Pumpraum 13 über den
zweiten Ventilraumabschnitt in die zweite Kraftstoffleitung 19 abgegeben.
Somit sinkt der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung 15 und
damit auch im Druckraum 17. Überwiegt die Kraft der Feder 33,
so wird die Einspritznadel 31 wieder auf den Dichtsitz 34 gedrückt. Die
Einspritzung ist damit beendet.
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2 zeigt
einen weiteren Querschnitt durch die Pumpe-Düse-Einheit 1 der 1.
In diesem Querschnitt ist die Kühlleitung 36 dargestellt,
die zur Kühlung
der Pumpe-Düse-Einheit 1 verwendet
wird. Die Kühlleitung 36 weist
eine Eingangsöffnung 37 auf,
die an einer Außenwand
des Ventilkörpers 10 ausgebildet
ist. Die Kühlleitung 36 ist
ausgehend von der Eingangsöffnung 37 nach
oben bis zur Drosselplatte 8 geführt. In der Drosselplatte 8 ist
eine erste Drossel 38 ausgebildet. Über die erste Drossel 38 geht
ein erster Abschnitt 39 der Kühlleitung 36 in einen
zweiten Abschnitt 40 über.
Der zweite Abschnitt 40 ist ausgehend von der Drosselplatte 8 bis
in den Federraum 41 geführt,
in dem die Ventilfeder 25 zwischen dem Stopfen 24 und
dem Ventilglied 22 angeordnet ist. Ausgehend vom Federraum 41 wird
die Kühlleitung über einen
dritten Abschnitt 42 zur Ventilkammer 49 geführt. Der
dritte Abschnitt 42 ist dabei beabstandet zur Bohrung 21 und
entlang, vorzugsweise parallel zur Bohrung 21 geführt.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der dritte Abschnitt 42 oberhalb der Bohrung 21,
d. h. zwischen der Bohrung 21 und dem Pumpkolben 4 angeordnet.
Die Ventilkammer 49 ist im Wesentlichen als ringförmiger Raum
ausgebildet, der zwischen einem Endbereich des Aktors 2,
dem Aktorstempel 30 und dem Ventilkörper 10 ausgebildet
ist. Ausgehend von der Ventilkammer 49 wird die Kühlleitung 36 in
einem vierten Abschnitt 43 vom Ventilkörper 10 durch die
Drosselplatte 8 in den Gehäusekörper 7 geführt. Der
vierte Abschnitt 43 mündet
in eine Ausgangsöffnung 44.
Zwischen der Eingangsöffnung 37 und
der Ausgangsöffnung 44 ist
ein erster Dichtring 45 am Gehäusekörper 7 angeordnet.
Oberhalb der Ausgangsöffnung 44 ist
ein zweiter Dichtring 46 am Gehäusekörper 7 angeordnet.
Unterhalb des ersten Dichtringes 41 ist im montierten Zustand
der Pumpe-Düse-Einheit 1 eine
Zuführöffnung zwischen einem
Zylinderkopf und der Pumpe-Düse-Einheit 1 ausgebildet, über die
Kraftstoff vom Kraftstofftank zugeführt wird. Zwischen dem ersten
und dem zweiten Dichtring 45, 46 ist zwischen
dem Zylinderkopf und der Pumpe-Düse-Einheit 1 ein
Ablaufraum ausgebildet, über
den Kraftstoff über
weitere Leitungen zum Kraftstofftank oder zu einem Kraftstoffkühler abgeführt werden.
Der Zulauf- und der Ablaufraum sind somit voneinander getrennt.
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Als
Kühlmittel
wird vorzugsweise Kraftstoff eingesetzt, der über die Eingangsöffnung 37 zugeführt wird
und nach oben im Ventilkörper 10 über die erste
Drossel 38 zum Federraum 41 geführt wird.
Im Federraum 41 benetzt das Kühlmittel das Ventilglied 22 des
Steuerventils 23. Damit ist das Ventilglied 22 dem
Druck des Kühlmittels
ausgesetzt. Durch den direkten Kontakt mit dem Ventilglied ist eine
gute Wärmeabgabe
an das Kühlmittel
möglich.
Ausgehend vom Federraum 41 wird parallel zum Ventilglied 22 und über die
Ventilkammer 49 der Kraftstoff wieder nach unten zur Ausgangsöffnung 44 geführt. In
einer einfachen Ausführungsform
sind der erste Abschnitt 39 der Kühlleitung und die zweite Kraftstoffleitung 19 als
eine einzige Bohrung ausgeführt.
In dieser Ausführungsform
ist die einzige Bohrung vorzugsweise über eine weitere, nicht dargestellte
Drossel, die in der Drosselplatte 8 ausgebildet ist, mit
der Zuleitung 14 verbunden. Die weitere Drossel ist jedoch
in Strömungsrichtung
gesehen vor der ersten Drossel 38 angeordnet, die die einzige
Bohrung mit dem zweiten Abschnitt 40 verbindet, so dass
Druckschwankungen, die durch den Pumpvorgang im Pumpraum 13 erzeugt
werden, nicht ungedämpft
in den zweiten Abschnitt 40 der Kühlleitung 36 weitergeleitet
werden. Eine Dämpfung
der Druckschwankung wird dabei durch die erste Drossel 38 erreicht.
Die einzige Bohrung kann identisch mit dem ersten Abschnitt 39 ausgebildet
sein.
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In
Abhängigkeit
von der gewählten
Ausführungsform
können
die zweite Kraftstoffleitung 19 und der erste Abschnitt 39 die
gleiche Eingangsöffnung 37, 20 zum
Zuführen
bzw. Zu- und Abführen
von Kraftstoff aufweisen.
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Vorzugsweise
sind jedoch getrennte Zugangsöffnungen 37, 20 für die Kühlleitung 36 und
die zweite Kraftstoffleitung 19 angeordnet.
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3 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch die Pumpe-Düse-Einheit 1 mit
der Mittelachse M, wobei die Zu-/Ablauföffnung 20 und
die Eingangsöffnung 37 um
einen festgelegten Winkel w seitlich beabstandet sind.
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Vorzugsweise
sind die erste und die zweite Zugangsöffnung 37, 20 auf
der gleichen Höhe,
jedoch um einen festgelegten Winkelbereich an der zylinderförmigen Außenwand
des Gehäusekör pers 7 beabstandet.
Eine gute Entkopplung der Kühlleitung 36 von
den Druckwellen, die durch den Pumpvorgang der Pumpe-Düse-Einheit erzeugt werden,
wird bei einem Winkelabstand von 30° erreicht. Bei einem Winkelabstand
von 90° und
mehr sind kaum noch Auswirkungen von Druckschwankungen der Kraftstoffleitung 19, 15 in
der Kühlleitung 36 gegeben.
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- 1
- Pumpe-Düse-Einheit
- 2
- Aktor
- 3
- Gehäuse
- 4
- Pumpkolben
- 5
- Düsenkörper
- 6
- Zwischenplatte
- 7
- Gehäusekörper
- 8
- Drosselplatte
- 9
- Pumpplatte
- 10
- Ventilkörper
- 11
- Düsenspannmutter
- 12
- Spannmutter
- 13
- Pumpraum
- 14
- Zuleitung
- 15
- Kraftstoffleitung
- 16
- Ventilraum
- 17
- Druckraum
- 18
- Nadelkolben
- 19
- zweite
Kraftstoffleitung
- 20
- Zu-/Ablauföffnung
- 21
- Bohrung
- 22
- Ventilglied
- 23
- Steuerventil
- 24
- Stopfen
- 25
- Ventilfeder
- 26
- erster
Ventilraumabschnitt
- 27
- zweiter
Ventilraumabschnitt
- 28
- Dichtbund
- 29
- zweiter
Dichtbund
- 30
- Aktorstempel
- 31
- Einspritznadel
- 32
- Druckfläche
- 33
- Feder
- 34
- Dichtsitz
- 35
- Einspritzloch
- 36
- Kühlleitung
- 37
- Eingangsöffnung
- 38
- erste
Drossel
- 39
- erster
Abschnitt
- 40
- zweiter
Abschnitt
- 41
- Federraum
- 42
- dritter
Abschnitt
- 43
- vierter
Abschnitt
- 44
- Ausgangsöffnung
- 45
- erster
Dichtring
- 46
- zweiter
Dichtring
- 48
- weite
Eingangsöffnung
- 49
- Ventilkammer