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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzventil für Brennstoffeinspritzanlagen
von Brennkraftmaschinen sowie eine Brennstoffeinspritzanlage mit solch
einem Brennstoffeinspritzventil. Speziell betrifft die Erfindung
einen Injektor für
Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 101 04 016
A1 ist ein Ventil zum Ansteuern eines Brennstoffeinspritzventils
für Brennkraftmaschinen
bekannt. Das bekannte Ventil weist eine Hydraulikkammer auf, die über einen
gedrosselten Befüllkanal
befüllbar
ist. Dabei wird über
die Hydraulikkammer eine durch einen piezoelektrischen Aktor bedingte
Verstellbewegung eines Ventilglieds in einen Hub eines Kolbens übersetzt.
Dabei ist es denkbar, dass ein Volumen der Hydraulikkammer im konkreten
Anwendungsfall innerhalb gewisser Grenzen vorgegeben ist. Hierbei
ist eine Anpassung der Länge
eines an den Aktor angefügten Übergangsstückes denkbar.
Allerdings wird der Aktor in der Regel zusammen mit einem als Aktorkopf
ausgestalteten Übergangsstück und weiteren
Elementen als vorgefertigtes Aktormodul bereitgestellt, so dass
eine entsprechende Längenanpassung
zum Ausgleich gewisser Toleranzen bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils
das Vorhalten einer Auswahlreihe an Aktormodulen erforderlich machen
würde,
was mit erheblichen Kosten verbunden ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 8 haben demgegenüber den Vorteil, dass montage-
und/oder bauteilbedingte Toleranzen bei der Herstellung des Brennstoffeinspritzventils
im Hinblick auf ein innerhalb gewisser Grenzen vorgegebenes Steuerraumvolumen
des Steuerraums des hydraulischen Kopplers des Aktors auf kostengünstige Weise
ausgeglichen werden können.
Insbesondere können
die Stückkosten
zur Herstellung des Brennstoffeinspritzventils der Erfindung verringert
werden.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzventils und der im Anspruch 8 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage
möglich.
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In
vorteilhafter Weise ist der Abstand zwischen der Oberfläche der
Drosselplatte und der Stirnfläche
des Übergangsstücks zum
Einstellen eines Steuerraumvolumens des Steuerraums vorgegeben. Bei
der Drosselplatte handelt es sich um ein relativ kostengünstiges
Bauteil, das im Hinblick auf das einzelne Brennstoffeinspritzventil
angepasst oder aus einer Menge von Drosselplatten im Rahmen einer Auswahlreihe
ausgewählt
werden kann. Dadurch können
montage- oder bauteilbedingte Toleranzen ausgeglichen werden, wodurch
gegebenenfalls auch größere Toleranzvorgaben
für die
Bauteile möglich sind.
Außerdem
kann das Steuerraumvolumen gezielt innerhalb eines gewissen Bereichs
eingestellt werden, so dass die Funktionsfähigkeit des Injektors mit den
gewünschten
Anforderungen übereinstimmt.
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In
vorteilhafter Weise ragt das Übergangsstück teilweise
in die Vertiefung der Drosselplatte. Die Konstruktion des Brennstoffeinspritzventils
ist dabei vorzugsweise so vorgegeben, dass ein gewünschter
Betrag für
das Ragen des Übergangsstücks in die
Vertiefung vorgegeben ist. Dieser Betrag ist so groß gewählt, dass
in der Regel, das heißt auch
bei eher großen
Toleranzabweichungen, das Übergangsstück zumindest
noch etwas in die Vertiefung der Drosselplatte ragt. Das vorgegebene
Steuerraumvolumen kann dann in einem Extremfall durch eine eher
ausgeprägte
Vertiefung und in einem anderen Extremfall durch eine eher flache
Vertiefung vorgegeben werden. Dadurch wird in den meisten Fällen ein
Toleranzausgleich ermöglicht,
auch wenn das Aktormodul mit dem Übergangsstück in axialer Richtung toleranzbedingt
eher kurz ausgeführt
ist und zugleich die Anordnung der Drosselplatte im Brennstoffeinspritzventil
eher weit beabstandet zu einem Aktorfuß des Aktormoduls angeordnet
ist.
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In
vorteilhafter Weise ist die Tiefe der Vertiefung auf Grund einer
Messung eingestellt, die eine Überstehlänge des Übergangsstücks ermittelt,
um die das Übergangsstück in einem
montierten Zustand in die Vertiefung der Drosselplatte ragt. Dadurch
kann nach einer Teilmontage des Brennstoffeinspritzventils die benötigte Ausgestaltung
der Drosselplatte zuverlässig
ermittelt werden.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen,
in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen sind, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des Brennstoffeinspritzventils der Erfindung in einer axialen Schnittdarstellung;
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2 das
in 1 gezeigte Brennstoffeinspritzventil aus der mit
II bezeichneten Blickrichtung in einer auszugsweisen, geschnittenen
Darstellung;
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3 den
in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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4 eine
Brennstoffeinspritzanlage mit mehreren Brennstoffeinspritzventilen
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzventils 1 der Erfindung in einer schematischen,
axialen Schnittdarstellung. Das Brennstoffeinspritzventil 1 kann
insbesondere als Injektor für
eine in der 4 dargestellte Brennstoffeinspritzanlage 2 von
gemischverdichtenden, selbstzündenden
Brennkraftmaschinen dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzventil 1 für eine Brennstoffeinspritzanlage 2 mit
einem Common-Rail 3, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu
mehreren Brennstoffeinspritzventilen 1, 4, 5, 6 führt. Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist ein aus mehreren Teilen
bestehendes Gehäuse 7 auf.
Insbesondere umfasst das Gehäuse 7 einen
Haltekörper 8, ein
Gehäuseteil 9 und
eine Spannmutter 10, mittels der das Gehäuseteil 9 mit
dem Haltekörper 8 verbunden
ist. Das Gehäuseteil 9 ist
dabei als Düsenkörper 9 ausgestaltet.
Ferner weist das Brennstoffeinspritzventil 1 einen Ventilsitzkörper 11 auf,
der einstückig mit
dem Gehäuseteil 9 verbunden
ist. An dem Ventilsitzkörper 11 ist
eine Ventilsitzfläche
ausgebildet, die mit einem von einer Ventilnadel 12 betätigbaren
Ventilschließkörper 13 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Dabei ist der Ventilschließkörper 13 einteilig
mit der Ventilnadel 12 ausgebildet.
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Die
Ventilnadel 12 weist einen Ventilnadelkolben 14 auf,
der in einer Ventilnadelführung 15 des Gehäuseteils 9 geführt ist.
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Der
Haltekörper 8 weist
einen Brennstoffeinlassstutzen 16 auf, an den eine Brennstoffleitung 17 (4)
anschließbar
ist, um das Brennstoffeinspritzventil 1 an ein Common-Rail 3 (4)
oder eine andere Einrichtung anzuschließen. Der Brennstoffeinlassstutzen 16 weist
einen Brennstoffkanal 18 auf, der in der Schnittdarstellung
der 1 nur teilweise dargestellt ist und unterhalb
einer zwischen einem Aktorfuß 19 und
dem Gehäuse 7 ausgebildeten
Abdichtung 20 in einen Aktorraum 21 mündet. Der
im Inneren des Gehäuses 7 des
Brennstoffeinspritzventils 1 vorgesehene Aktorraum 21 ist
dabei mittels der Abdichtung 20 gegenüber einem Raum 22 abgedichtet. Innerhalb
des Aktorraums 21 ist ein piezoelektrischer Aktor 23 angeordnet,
wobei elektrische Leitungen 24 durch den Raum 22 und
den Aktorfuß 19 an
den Aktor 23 geführt
sind, um den Aktor 23 zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 mit
einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. An den Aktor 23 ist
einerseits der Aktorfuß 19 angefügt, der
sich an dem Haltekörper 8 abstützt. Andererseits
ist an den Aktor 23 ein Übergangsstück 25 angefügt, das
als Aktorkopf 25 ausgestaltet ist. Der Aktor 23,
der Aktorfuß 19,
das Übergangsstück 25 und
die elektrischen Leitungen 24 bilden ein Aktormodul, das
bei der Montage des Brennstoffeinspritzventils 1 als vormontierte Baugruppe
eingesetzt wird.
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Bei
der Beaufschlagung des Aktors 23 mit einer Steuerspannung
erfolgt eine Ladung des Aktors 23, so dass sich dieser
in Richtung einer Achse 26 des Gehäuses 7 ausdehnt, wobei
der Aktor 23 das Übergangsstück 25 verstellt.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 weist außerdem eine im Bereich der
Spannmutter 10 innerhalb des Gehäuses 7 angeordnete
Drosselplatte 30 auf, in der in der 1 dargestellte
Brennstoffkanäle 31 ausgebildet
sind, um Brennstoff aus dem Aktorraum 21 in einen Brennstoffraum 29 im
Inneren des Gehäuseteils 9 des
Gehäuses 7 zu
leiten.
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Der
weitere Aufbau des Brennstoffeinspritzventils 1 ist auch
mit Bezugnahme auf 2 im Detail weiter beschrieben.
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2 zeigt
den zwischen den Schnittebenen 32 und 33 liegenden
Teil des in 1 dargestellten Brennstoffeinspritzventils 1 aus
der mit II bezeichneten Blickrichtung in einer Schnittdarstellung.
Die Drosselplatte 30 ist auf Grund der Anzugskraft der Spannmutter 10 zwischen
dem Gehäuseteil 9 und dem
Haltekörper 8 eingespannt.
Das innerhalb des Haltekörpers 8 angeordnete Übergangsstück 25 weist
eine Aussparung 34 auf, die zur Drosselplatte 30 hin
geöffnet
ist. In der Aussparung 34 ist ein Ventilkolben 35 angeordnet,
der in Richtung der Achse 26 des Gehäuses 7 in der Aussparung 34 verschiebbar
ist. Die Aussparung 34 ist als Stufenbohrung ausgestaltet.
Eine Ventilfeder 36 stützt
sich im Inneren des Übergangsstücks 25 einerseits
an der Stufe der Aussparung 34 ab und liegt andererseits
an dem Ventilkolben 35 an, um diesen mit einer Vorspannkraft
zu beaufschlagen. Das Übergangsstück 25 ist auf
der Seite der Drosselplatte 30 umfänglich von einer Steuerraumhülse 37 umschlossen,
wobei eine Kante 39 der Steuerraumhülse 37 mit der Drosselplatte 30 einen
Dichtsitz ausbildet und wobei die Steuerraumhülse 37 durch eine
Ventilfeder 38 gegen die Drosselplatte 30 mit einer
Vorspannkraft beaufschlagt ist. Das Übergangsstück 25, die Steuerraumhülse 37,
die Drosselplatte 30, die Steuerraumhülse 46, der Ventilnadelkolben 14 und
der Ventilkolben 35 sind Teil eines hydraulischen Kopplers 51.
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Das Übergangsstück 25 weist
eine ringförmige
Stirnfläche 40 auf.
Ferner weist die Drosselplatte 30 eine Oberfläche 41 auf,
die der Stirnfläche 40 zugewandt
ist. Die Steuerraumhülse 37 weist
eine Innenfläche 42 auf,
wobei das Übergangsstück 25 an der
Innenfläche 42 in
Richtung der Achse 26 geführt ist. Außerdem weist der Ventilkolben 35 eine
Außenfläche 43 auf,
die gegenüberliegend
zu der Innenfläche 42 vorgesehen
ist. Die Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25,
die Innenfläche 42 der
Steuerraumhülse 37,
die Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 sowie die Außenfläche 43 des Ventilbolzens 35 schließen einen
ringspaltförmigen
Steuerraum 44 ein. Außerdem
ist ein weiterer Steuerraum 45 vorgesehen, der von der
Drosselplatte 30, einer weiteren Steuerraumhülse 46 und
dem Ventilnadelkolben 14 eingeschlossen ist. Dabei sind
der Steuerraum 44 und der Steuerraum 45 auf verschiedenen
Seiten der Drosselplatte 30 vorgesehen. Der Steuerraum 44 ist
mit dem Steuerraum 45 über
eine in der Drosselplatte 30 ausgebildete Drossel 47 verbindbar,
wobei die Verbindung über
die momentane Lage des Ventilkolbens 35 freigegeben oder
unterbrochen wird.
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Zur
Ansteuerung der Ventilnadel 12 über den Ventilnadelkolben 14 wird
mittels des Übergangsstücks 25 der
Druck des im Steuerraum 44 vorgesehenen Brennstoffs variiert,
wobei ein Druckausgleich über
die Drossel 47 erfolgt, der zu einer Änderung des Druckes des im
Steuerraum 45 vorgesehenen Brennstoffs führt. In
Abhängigkeit
von dem Druck des Brennstoffs im Steuerraum 45 kommt es
dann zu einer Veränderung
der Lage der Ventilnadel 12, so dass der Dichtsitz geöffnet oder
geschlossen wird, der zwischen dem Ventilschließkörper 13 und der Ventilsitzfläche des
Ventilsitzkörpers 11 ausgebildet ist.
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Der
Steuerraum 44 weist ein gewisses Steuerraumvolumen auf.
Für dieses
Steuerraumvolumen ist durch die Konstruktion des Brennstoffeinspritzventils 1 in
Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall ein Steuerraumsollvolumen
vorgegeben. Allerdings kann es auf Grund von Montage- und Bauteiltoleranzen beim
speziellen Brennstoffeinspritzventil 1 zu gewissen Abweichungen
des tatsächlichen
Steuerraumvolumens des Steuerraums 44 von dem vorgegebenen Steuerraumsollvolumen
kommen. Da die charakteristischen Eigenschaften des Brennstoffeinspritzventils 1 maßgeblich
von der Größe des Steuerraumvolumens
des Steuerraums 44 abhängen,
kann die Toleranzvorgabe für
das Steuerraumvolumen sehr hohe Anforderungen an die Montage und
die Bauteile des Brennstoffeinspritzventils stellen.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
weist eine Drosselplatte 30 auf, an der eine Vertiefung 48 ausgebildet
ist. Die Ausgestaltung der Vertiefung 48 ist dabei so gewählt, dass
in Bezug auf die gegebene Paarung der Bauteile oder das teilmontierte
Brennstoffeinspritzventil eine Einstellung des Steuerraumvolumens
des Steuerraums 44 erfolgt. Eine Nachbearbeitung anderer
Bauteile, insbesondere des Haltekörpers 8 oder des Übergangsstücks 25,
ist dann im Hinblick auf die Vorgabe des Steuerraumvolumens des Steuerraums 44 nicht
erforderlich.
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Die
Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25 und
die Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 liegen einander gegenüber und sind einander zugewandt. Außerdem sind
die Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25 und
die Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 zueinander parallel. Die Ausgestaltung
der Vertiefung 48 ist im Folgenden anhand der 3 im
weiteren Detail beschrieben.
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3 zeigt
den in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 1.
Eine Tiefe 49 der Vertiefung 48 ist so gewählt, dass
ein Abstand 50 zwischen der Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25 und
der Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 einen vorgegebenen Wert hat. Das heißt, die
Vertiefung 48 ist so ausgestaltet, dass der Abstand 50 zwischen
der Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 und der Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25 zum
Einstellen des Steuerraumvolumens des Steuerraums 44 vorgegeben
ist. Der Abstand 50 ist somit eine Steuerraumsollhöhe 50 zum
Vorgeben des Steuerraumvolumens. Das Übergangsstück 25 ist dabei so ausgestaltet,
dass es teilweise in die Vertiefung 48 der Drosselplatte 30 ragt.
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Die
Drosselplatte 30 weist eine ringförmige Anlagefläche 55 auf.
Die ringförmige
Anlage 55 ist dabei auf der Seite der Drosselplatte 30 vorgesehen, auf
der auch die Vertiefung 48 ausgestaltet ist. Der Haltekörper 8 weist
eine Stirnfläche 56 auf,
mit der der Haltekörper 8 an
der ringförmigen
Anlagefläche 55 der
Drosselplatte 30 anliegt. Die Tiefe 49 der Vertiefung 48 ergibt
sich aus der in axialer Richtung betrachteten Höhendifferenz zwischen der ringförmigen Anlagefläche 55 und
der Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 im Bereich der Vertiefung 48.
Ferner ergibt sich eine Überstehlänge 57,
um die das Übergangsstück 25 mit
seiner Stirnfläche 40 in
axialer Richtung betrachtet über
die Stirnfläche 50 des
Haltekörpers 8 übersteht,
auch aus dem in axialer Richtung betrachteten Höhenunterschied zwischen der
ringförmigen Anlagefläche 55 der
Drosselplatte 30 im montierten Zustand und der Stirnfläche 40 des Übergangsstücks 25.
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Wie
in der 3 dargestellt, kann die erforderliche Tiefe 49 der
Vertiefung 48 daher aus der Summe der Überstehlänge 57 und des gewünschten Abstands 50 berechnet
werden. Die Überstehlänge 57 kann
dabei durch einen Messprozess ermittelt werden. Ferner ist anzumerken,
dass der Abstand 50 die Höhe des ringspaltförmigen Steuerraums 44 vorgibt
und somit das Steuerraumvolumen des ringspaltförmigen Steuerraums 44 definiert.
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Die
ermittelte Tiefe 49 der Vertiefung 48 wird als
Steuergröße für einen
Einschleifprozess verwendet, mit dem die Vertiefung 48 in
der Drosselplatte 30 ausgebildet wird. Alternativ kann
die ermittelte Tiefe 49 auch zur Auswahl der Drosselplatte 30 aus
einer Menge von Drosselplatten im Rahmen einer Auswahlreihe verwendet
werden.
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Es
ist anzumerken, dass die Überstehlänge 57 auf
Grund von bauteil- und montagebedingten Toleranzen variiert und
dass diese Variation durch die individuelle Wahl der Tiefe 49 ausgeglichen
wird. Konstruktiv ist vorzugsweise eine positive Überstehlänge 57 vorgegeben,
so dass auch bei einer toleranzbedingten Verringerung der Überstehlänge 57 in
Bezug auf die konstruktiv vorgegebene Überstehlänge 57 ein Abgleich
durch Ausbilden der Vertiefung 48 mit einer dann entsprechend
eher geringen Tiefe 49 möglich ist, wodurch eine eher
flache Vertiefung 48 ausgebildet ist.
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Die
Drosselplatte 30 weist außerdem eine ringförmige Nut 58 auf,
die im Bereich der Vertiefung 48 ausgebildet ist, um das
Anliegen der Kante 39 der Steuerraumhülse 37 an der Oberfläche 41 der
Drosselplatte 30 zu gewährleisten.
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4 zeigt
eine Brennstoffeinspritzanlage 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Brennstoffeinspritzanlage 2 dient für eine Brennkraftmaschine 60,
die mehrere Zylinder 61, 62, 63, 64 aufweist.
Dem Zylinder 61 ist das Brennstoffeinspritzventil 1 zugeordnet,
das über
die Brennstoffleitung 17 mit dem Common-Rail 3 verbunden
ist. Dabei fördert eine
Förderpumpe 65 unter
hohem Druck stehenden Brennstoff über das Common-Rail 3.
Dem Brennstoffeinspritzventil 1 entsprechende Brennstoffeinspritzventile 4, 5, 6 sind
den Zylindern 62, 63, 64 zugeordnet,
wobei jedes der Brennstoffeinspritzventile 4, 5, 6 mit
einer Brennstoffleitung 66, 67, 68 mit
dem Common-Rail 3 verbunden
ist. Jedes der Brennstoffeinspritzventile 1, 4, 5, 6 weist
ein individuelles Identifikationskennzeichen 70, 71, 72, 73 auf.
Dabei wird während
der Montage des Brennstoffeinspritzventils 1 eine Überstehlänge 57 für das Brennstoffeinspritzventil 1 ermittelt
und anhand des Identifikationskennzeichens 70 dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugeordnet.
Entsprechend erfolgt für
die Brennstoffeinspritzventile 4, 5, 6 jeweils
die Messung einer individuellen Vorstehlänge 57 und die Zuordnung
dieser Vorstehlängen 57 zu
den Brennstoffeinspritzventilen 4, 5, 6 anhand
der Identifikationskennzeichen 71, 72, 73.
Für jedes
Brennstoffeinspritzventil 1, 4, 5, 6 wird die
erforderliche Tiefe 49 der Vertiefung 48 bestimmt und
die hierfür
geeignete Drosselplatte 30 durch Einschleifen hergestellt
oder aus einer Menge von Drosselplatten 30 im Rahmen einer
Auswahlreihe ausgewählt.
Die eingeschliffenen oder ausgewählten
Drosselplatten 30 werden dann anhand der Identifikationskennzeichen 70, 71, 72, 73 den
Brennstoffeinspritzventilen 1, 4, 5, 6 zugeordnet.
Die Brennstoffeinspritzventile 1, 4, 5, 6 weisen
dann Drosselplatten 30 mit individuell ausgestalteten Vertiefungen 48 auf, so
dass die Brennstoffeinspritzventile 1, 4, 5, 6 jeweils
das gleiche Steuerraumvolumen des jeweiligen Steuerraums 44 aufweisen.
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Die
Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.