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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Maschinenkraftstoffsysteme und
insbesondere Kraftstoffeinspritzventile.
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HINTERGRUND
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Die
Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen
bezüglich
der vorliegenden Offenbarung bereit und können den Stand der Technik
bilden oder auch nicht.
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Durch
Druck betätigte
Kraftstoffeinspritzventile können
eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Kraftstoff umfassen, die zum Öffnen und
Schließen einer
Kraftstoffeinspritzventildüsenöffnung verwendet
wird. Das Einspritzventil kann ein Betätigungselement und eine Ventilvorrichtung
umfassen, um einen Leckpfad zwischen Niederdruck- und Hochdruckregionen
des Einspritzventils selektiv zu öffnen und zu schließen. Ein Öffnen des
Leckpfads kann eine Schließvorspannkraft
verringern, die auf ein Einspritzungsventil aufgebracht wird, um
die Einspritzdüsenöffnung zu öffnen. Wenn
der Leckpfad geschlossen ist, kann das Einspritzungsventil verschoben
werden, um die Einspritzdüsenöffnung zu
schließen.
Reibungskräfte
zwischen dem Betätigungselement
und der Ventilvorrichtung können
zu Schwierigkeiten beim Halten der Ventilvorrichtung in einem vollständig sitzenden
Zustand führen,
wenn ein Einspritzereignis abgeschlossen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Maschinenanordnung kann ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem
Gehäuse,
einer Betätigungsvorrichtung
und einem Ventilelement umfassen. Das Gehäuse kann eine Hochdruckregion,
eine Niederdruckregion, eine Längsbohrung
und einen Ventilsitz mit einem dort hindurch verlaufenden Durchlass
definieren. Das Betätigungselement
kann in der Längsbohrung
angeordnet sein und kann eine erste axiale Endfläche umfassen. Die Ventilvorrichtung
kann zwischen ersten und zweiten Positionen axial verschiebbar sein.
Die Ventilvorrichtung kann in der ersten Position an den Ventilsitz
angrenzen, um den Durchlass gegen eine Verbindung mit der Niederdruckregion
abzudichten, und kann in der zweiten Position von dem Ventilsitz
weg verschoben sein, um eine Verbindung zwischen den Niederdruck-
und Hochdruckregionen durch den Durchlass bereitzustellen. Die Ventilvorrichtung
kann eine zweite axiale Endfläche
umfassen, die an die erste axiale Endfläche angrenzt. Die erste und
zweite axiale Endfläche können einen
Außenkontaktumfang
und eine Kammer innerhalb des Außenkontaktumfangs definieren. Ein
radialer Oberflächenbereich,
der durch die Kammer definiert ist, welche von der ersten und zweiten axialen
Endfläche
gebildet wird, kann mindestens 25% eines radialen Oberflächenbereichs
betragen, der innerhalb des Außenkontaktumfangs
definiert ist.
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Weitere
Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung.
Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele
nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden
Offenbarung nicht einschränken
sollten.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung
und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise
einschränken.
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung einer Maschinenanordnung gemäß der vorliegenden
Offenbarung;
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2 ist
eine Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils der Maschinenanordnung
von 1;
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3 ist
eine Teilschnittansicht des Kraftstoffeinspritzventils von 2;
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4 ist
eine Teilschnittansicht eines alternativen Kraftstoffeinspritzventils
gemäß der vorliegenden
Offenbarung; und
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5 ist
eine Teilschnittansicht eines alternativen Kraftstoffeinspritzventils
gemäß der vorliegenden
Offenbarung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht
dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten
einzuschränken.
Es versteht sich, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen
gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Mit
Bezug auf 1 ist eine beispielhafte Maschinenanordnung 10 schematisch
veranschaulicht. Die Maschinenanordnung 10 kann eine Maschine 12 in
Verbindung mit einem Kraftstoffsystem 14 und einem Steuerungsmodul 16 umfassen.
Bei dem gezeigten Beispiel kann die Maschine 12 einen Maschinenblock 18 umfassen,
der mehrere Zylinder 20 in Verbindung mit dem Kraftstoffsystem 14 definiert. Obwohl
die Maschine 12 in der vorliegenden Offenbarung als eine
Vierzylindermaschine veranschaulicht ist, versteht es sich, dass
die vorliegenden Lehren auf vielfältige Maschinenkonfigurationen
zutreffen und sie keinesfalls auf die gezeigte Konfiguration begrenzt
sind.
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Das
Kraftstoffsystem 14 kann eine Kraftstoffpumpe 22,
einen Kraftstofftank 24, ein Kraftstoffverteilerrohr 26,
Kraftstoffeinspritzventile 28, eine Kraftstoffhauptzufuhrleitung 30,
sekundäre
Kraftstoffzufuhrleitungen 32 und Kraftstoffrückführungsleitungen 34 umfassen.
Die Kraftstoffpumpe 22 kann mit dem Kraftstofftank 24 in
Verbindung stehen und kann über die
Kraftstoffhauptzufuhrleitung 30 eine Zufuhr mit druckbeaufschlagtem
Kraftstoff an das Kraftstoffverteilerrohr 26 liefern. Das
Kraftstoffverteilerrohr 26 kann den druckbeaufschlagten
Kraftstoff über
die sekundären
Kraftstoffzufuhrleitungen 32 an Einspritzventile 28 liefern.
Das Kraftstoffverteilerrohr 26 kann ein Druckregelventil 36 umfassen,
das einen Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteilerrohr 26 regelt,
indem es überschüssigen Kraftstoff über eine
Rückführungsleitung 38 an
den Kraftstofftank 24 zurückführt.
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Die
Kraftstoffeinspritzventile 28 können jeweils eine Solenoidventilvorrichtung 40 in
Verbindung mit dem Steuerungsmodul 16 umfassen. Bei dem
vorliegenden, nicht einschränkenden
Beispiel können
die Kraftstoffeinspritzventile 28 Kraftstoffeinspritzventile
für Direkteinspritzung
bilden, wobei Kraftstoff direkt in die Zylinder 20 eingespritzt
wird. Die Kraftstoffeinspritzventile 28 können überschüssigen Kraftstoff über die
Kraftstoffrückführungsleitungen 34 an
den Kraftstofftank 24 zurückführen.
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Mit
Bezug auf 2 kann das Kraftstoffeinspritzventil 28 ein
Gehäuse 42,
eine Einspritzungsventilanordnung 44 und eine Betätigungsanordnung 46 umfassen.
Das Gehäuse 42 kann
einen Hauptkörperabschnitt 48,
einen Ventilsitz 50 und ein erstes Führungselement 52 umfassen.
Der Hauptkörperabschnitt 48 kann
eine erste Längsbohrung 54,
eine Düsenöffnung 56,
einen Kraftstoffeinlass 58, einen Durchgang 60 für Hochdruckkraftstoff,
eine Kammer 62 für
Hochdruckkraftstoff, eine Kammer 64 für Niederdruckkraftstoff, einen
Durchgang 66 für
Niederdruckkraftstoff und einen Kraftstoffauslass 68 definieren.
Die erste Längsbohrung 54 kann
mit der Düsenöffnung 56 in
Verbindung stehen. Der Ventilsitz 50 kann an einem Ende
der ersten Längsbohrung 54 entgegengesetzt
zu der Düsenöffnung 56 angeordnet
sein und kann die Hochdruckkammer 62 von der Niederdruckkammer 64 trennen.
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Mit
Bezug auf 2 und 3 kann der Ventilsitz 50 eine
Ventilsitzfläche 67,
einen Durchlass 69 und ein zweites Führungselement 70 umfassen. Die
Ventilsitzfläche 67 kann
mit der Niederdruckkammer 64 in Fluidverbindung stehen.
Das erste Führungselement 52 kann
in der Niederdruckkammer 64 angeordnet sein und kann eine
zweite Längsbohrung 72 definieren,
um die Betätigungsanordnung 46 zu führen.
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Wie
in 2 gezeigt ist, kann die Einspritzungsventilanordnung 44 in
der ersten Längsbohrung 54 angeordnet
sein und kann ein erstes Ventilelement 74, einen Stößel 76,
eine Buchse 78 und ein erstes Vorspannelement 80 umfassen.
Das erste Ventilelement 74 kann ein Nadelventil mit einem
ersten Ende 82 zum Öffnen
und Schließen
der Düsenöffnung 56, ein
zweites Ende 84 entgegengesetzt zu dem ersten Ende 82,
und eine abgestufte Region axial zwischen dem ersten und zweiten
Ende 82, 84, die eine radiale Fläche 86 bildet,
umfassen. Das zweite Ende 84 des ersten Ventilelements 74 kann
an die Buchse 78 und ein erstes Ende 88 des Stößels 76 angrenzen.
Ein zweites Ende 90 des Stößels 76 kann in dem
zweiten Führungselement 70 angeordnet
sein und kann mit dem zweiten Führungselement 70 zusammenarbeiten,
um eine Vorspannungskammer 91 zu bilden. Ein Mündungskanal 93 kann
sich durch das zweite Führungselement 70 hindurch
erstrecken, um eine Verbindung zwischen der Vorspannungskammer 91 und
der Hochdruckkammer 62 bereitzustellen. Der Durchlass 69 kann
sich durch die Ventilsitzfläche 67 hindurch
in die Vorspannungskammer 91 hinein erstrecken. Der Mündungskanal 93 kann eine
größere Strömungsbegrenzung
als der Durchlass 69 bereitstellen.
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Das
erste Vorspannungselement 80 kann eine Kompressionsfeder
umfassen und kann mit dem Hauptkörperabschnitt 48 des
Gehäuses 42 und
der Buchse 78 in Eingriff stehen. Die von dem ersten Vorspannungselement 80 auf
die Buchse 78 aufgebrachte Kraft und der druckbeaufschlagte
Kraftstoff in der Hochdruckkammer, der auf das zweite Ende 90 des
Stößels 76 wirkt,
können
das erste Ventilelement 74 im Normalfall in die geschlossene
Position (in 2 zu sehen) vorspannen. Die
erste Längsbohrung 54 kann
eine Ausnehmung 92 umfassen, welche die abgestufte Region
des ersten Ventilelements 74 umgibt. Die Ausnehmung 92 kann
mit dem Durchgang 60 für
Hochdruckkraftstoff in Verbindung stehen und kann druckbeaufschlagten
Kraftstoff an die Düsenöffnung 56 liefern,
wenn sich das erste Ventilelement 74 in einer geöffneten
Position (nicht gezeigt) befindet.
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Mit
Bezug auf 3 kann die Betätigungsanordnung 46 ein
Betätigungselement 94,
eine Ventilvorrichtung 96 und ein zweites Vorspannungselement 98 (in 2 zu
sehen) umfassen. Das Betätigungselement 94 kann
einen Anker umfassen, der innerhalb der zweiten Längsbohrung 72 des
ersten Führungselements 52 angeordnet
ist. Ein erstes Ende 102 des Betätigungselements 94 kann
an die Ventilvorrichtung 96 angrenzen und ein zweites Ende 103 kann
mit dem zweiten Vorspannungselement 98 in Eingriff stehen.
Ein erstes Ende 108 der Ventilvorrichtung 96 kann
an das erste Ende 102 des Betätigungselements 94 angrenzen.
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Die
Ventilvorrichtung 96 kann relativ zu dem Betätigungselement 94 radial
und axial verschiebbar sein und kann eine Ventilhalterung 104 und
ein zweites Ventilelement 106 umfassen. Eine radialer Spielraum
kann zwischen dem Führungselement 52 und der
Ventilhalterung 104 existieren, um Anordnungstoleranzen
aufzunehmen. Die Ventilhalterung 104 kann ein erstes Ende 108 der
Ventilvorrichtung 96 umfassen und kann ferner ein zweites
Ende 110 umfassen, welches das zweite Ventilelement 106 beherbergt.
Das zweite Ende 110 kann z. B. eine Ausnehmung 112 umfassen,
die das zweite Ventilelement 106 beherbergt. Als ein Beispiel
ohne Einschränkung kann
das zweite Ventilelement 106 eine Kugel umfassen und die
Ausnehmung 112 kann eine Gestalt umfassen, die mit dem
zweiten Ventilelement 106 allgemein übereinstimmt, etwa eine halbkugelförmige Ausnehmung
oder eine konische Ausnehmung. Obwohl sie als zwei getrennte Teile
beschrieben sind, versteht es sich, dass die Ventilhalterung 104 und das
zweite Ventilelement 106 aneinander befestigt sein können, um
ein einziges Teil zu bilden.
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Wie
vorstehend erörtert
wurde, kann das erste Ende 102 des Betätigungselements 94 an
das erste Ende 108 der Ventilvorrichtung 96 angrenzen.
Das erste Ende 102 des Betätigungselements 94 kann eine
erste axiale Endfläche 114 bilden
und das erste Ende 108 der Ventilvorrichtung 96 kann
eine zweite axiale Endfläche 116 bilden.
Die Angrenzung zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 kann
einen Außenkontaktumfang 118 definieren.
Die ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 können zusammenarbeiten,
um eine Kammer 120 zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 zu
definieren. Die Kammer 120 kann einen Abstand zwischen
zentralen Abschnitten der ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 bereitstellen,
der radial innerhalb des Außenkontaktumfangs 118 angeordnet
ist. Die Kammer 120 kann einen radialen Flächenbereich
mit mindestens fünfundzwanzig
Prozent des radialen Flächenbereichs bilden,
der innerhalb des Außenkontaktumfangs 118 angeordnet
ist. Insbesondere kann die Kammer 120 bei dem vorliegenden
nicht einschränkenden
Beispiel einen radialen Flächenbereich
zwischen fünfzig und
fünfundneunzig
Prozent des radialen Flächenbereichs
bilden, der innerhalb des Außenkontaktumfangs 118 angeordnet
ist.
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Bei
dem vorliegenden nicht einschränkenden
Beispiel (in 3 gezeigt) kann sich eine Ausnehmung 122 axial
in die zweite axiale Endfläche 116 hinein
und radial innerhalb des Außenkontaktumfangs 118 erstrecken.
Die erste axiale Endfläche 114 kann
innerhalb des Außenkontaktumfangs 118 allgemein
eben sein. Die Ausnehmung 122 und die allgemein ebene erste
axiale Endfläche 114 können die Kammer 120 bilden.
Bei dem vorliegenden Beispiel kann der Außenkontaktumfang 118 durch
einen Außenkontaktdurchmesser
(D1o) der ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 definiert
sein und die Ausnehmung 122 kann innerhalb eines Innenkontaktdurchmessers
(D1i) definiert sein.
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Der
radiale Flächenbereich
(A11), der durch den Eingriff zwischen den
ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 gebildet
ist, kann als der Bereich zwischen den Innen- und Außenkontaktdurchmessern
(D1i, D1o) definiert
sein und kann eine ringförmige
Kontaktregion zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 114, 116 bilden.
Der radiale Flächenbereich
(A11) kann mindestens fünfundzwanzig Prozent eines
radialen Flächenbereichs
(A12) betragen, der durch den Außenkontaktdurchmesser
(D1o) definiert ist. Insbesondere kann der
radiale Flächenbereich
(A11) zwischen fünfzig und fünfundneunzig Prozent des radialen
Flächenbereichs
(A12) betragen.
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Ein
alternatives Betätigungselement 194 und eine
alternative Ventilvorrichtung 196 sind in 4 gezeigt.
Das Betätigungselement 194 und
die Ventilvorrichtung 196 können dem Betätigungselement 94 und
der Ventilvorrichtung 96 abgesehen von Ausnahmen, die nachstehend
angemerkt sind, allgemein ähnlich
sein. Bei dem nicht einschränkenden
Beispiel von 4 kann sich eine Ausnehmung 222 axial
in die erste axiale Endfläche 214 hinein
und radial innerhalb des Außenkontaktumfangs 218 erstrecken. Die
zweite axiale Endfläche 216 kann
innerhalb des Außenkontaktumfangs 218 allgemein
eben sein. Die Ausnehmung 222 und die allgemein ebene zweite axiale
Endfläche 216 können die
Kammer 220 bilden. Bei dem vorliegenden Beispiel kann der
Außenkontaktumfang 218 durch
einen Außenkontaktdurchmesser
(D2o) der ersten und zweiten axialen Endflächen 214, 216 definiert
sein und die Ausnehmung 222 kann innerhalb eines Innenkontaktdurchmessers (D2i) definiert sein.
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Der
radiale Flächenbereich
(A21), der durch den Eingriff zwischen den
ersten und zweiten axialen Endflächen 214, 216 gebildet
ist, kann als der Bereich zwischen den Innen- und Außenkontaktdurchmessern
(D2i, D2o) definiert
sein und kann eine ringförmige
Kontaktregion zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 214, 216 bilden.
Der radiale Flächenbereich
(A21) kann mindestens fünfundzwanzig Prozent eines
radialen Flächenbereichs (A22) betragen, der durch den Außenkontaktdurchmesser
(D2o) definiert ist. Insbesondere kann der
radiale Flächenbereich
(A21) zwischen fünfzig und fünfundneunzig Prozent des radialen
Flächenbereichs (A21) betragen.
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Ein
alternatives Betätigungselement 294 und eine
alternative Ventilvorrichtung 296 sind in 5 gezeigt.
Das Betätigungselement 294 kann
dem Betätigungselement 194 von 4 allgemein ähneln und
die Ventilvorrichtung 296 kann der Ventilvorrichtung 96 von 3 allgemein ähneln. Bei
dem nicht einschränkenden
Beispiel von 5 kann sich eine erste Ausnehmung 321 axial
in den Außenkontaktumfang 318 hinein
und radial innerhalb desselben erstrecken und eine zweite Ausnehmung 322 kann
sich axial in die zweite axiale Endfläche 316 hinein und
radial innerhalb des Außenkontaktumfangs 318 erstrecken.
Die ersten und zweiten Ausnehmungen 321, 322 können die
Kammer 320 bilden. Bei dem vorliegenden Beispiel kann der
Außenkontaktumfang 318 durch
einen Außenkontaktdurchmesser
(D3o) der ersten und zweiten axialen Endflächen 314, 316 definiert
sein und die ersten und zweiten Ausnehmungen 321, 322 können innerhalb
eines Innenkontaktdurchmessers (D3i) definiert
sein.
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Der
durch den Eingriff zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 314, 316 gebildete radiale
Flächenbereich
(A31) kann als der Bereich zwischen den
Innen- und Außenkontaktdurchmessern
(D3i, D3o) definiert
sein und kann eine ringförmige
Kontaktregion zwischen den ersten und zweiten axialen Endflächen 314, 316 bilden.
Der radiale Flächenbereich
(A31) kann mindestens fünfundzwanzig Prozent eines
radialen Flächenbereichs
(A32) betragen, der durch den Außenkontaktdurchmesser
(D3o) definiert ist. Insbesondere kann der
radiale Flächenbereich
(A31) zwischen fünfzig und fünfundneunzig Prozent des radialen
Flächenbereichs
(A32) betragen.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 28 kann ein durch Druck betätigtes Kraftstoffeinspritzventil
sein, bei dem der Kraftstoffdruck die Düsenöffnung 56 öffnet. Im
Betrieb kann das Steuerungsmodul 16 ein Öffnen und
Schließen
der Düsenöffnung 56 unter Verwendung
der Solenoidventilvorrichtungen 40 selektiv befehlen. Wenn
eine Einspritzung gewünscht ist,
kann das Solenoidventil 40 das Betätigungselement 94 in
eine von dem Ventilsitz 50 axial nach außen gerichtete
Richtung gegen die Kraft des Vorspannungselements 98 verschieben.
Druckbeaufschlagter Kraftstoff in der Vorspannungskammer 91 kann
die Ventilvorrichtung 96 von dem Ventilsitz 50 axial
nach außen
drücken,
sobald das Betätigungselement 94 verschoben
ist, was einen Leckpfad zwischen der Vorspannungskammer 91 und
der Kammer 64 für
Niederdruckkraftstoff bereitstellt. Das Leck kann einen Druckabfall
in der Vorspannungskraftstoffkammer 91 bereitstellen, wodurch
eine Vorspannungskraft verringert wird, die von dem Kraftstoff in der
Vorspannungskammer 91 auf das zweite Ende 90 des
Stößels 76 aufgebracht
wird.
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Die
durch den Kraftstoff in der Vorspannungskammer 91 aufgebrachte
verringerte Vorspannungskraft kann für eine Verschiebung des ersten Ventilelements 74 und
für ein Öffnen der
Düsenöffnung 56 sorgen.
Insbesondere kann die von Kraftstoff innerhalb der Ausnehmung 92 auf
die radiale Fläche 86 aufgebrachte
Kraft ausreichen, um die Kraft, die durch das Vorspannungselement 80 aufgebracht
wird, und die verringerte Kraft, die von dem Kraftstoff in der Vorspannungskammer 91 auf
das zweite Ende 90 des Stößels 76 aufgebracht
wird, zu überwinden,
was zu der Verschiebung des ersten Ventilelements 74 führt.
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Nachdem
ein gewünschtes
Einspritzereignis abgeschlossen ist, kann das Solenoidventil 40 ausgeschaltet
werden und das Vorspannungselement 98 kann die Ventilvorrichtung 96 in
einen geschlossenen Zustand zurückführen. Die
durch die Kammern 120, 220, 320 geschaffenen
verschiedenen Beispiele von versetzten zentralen Flächen können für einen
vollständigen
Sitz des zweiten Ventilelements 106 auf dem Ventilsitz 50 sorgen.
Außerdem
versteht es sich, dass, obwohl das Einspritzventil 28 so
beschrieben wurde, dass es Kraftstoff an einen Maschinenzylinder liefert,
auch andere Anwendungen die vorliegenden Lehren verwenden können. Zum
Beispiel kann das Kraftstoffeinspritzventil 28 alternativ
oder zusätzlich verwendet
werden, um Kraftstoff in ein Abgasnachbehandlungssystem (nicht gezeigt)
einzuspritzen.