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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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In der 1 ist beispielhaft eine aus dem Stand der Technik bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung gezeigt, bei der in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine ein darin eingebautes Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist. In bekannter Weise werden dabei Zwischenelemente als Abstützelemente in Form von Unterlegscheiben o.ä. auf einer Schulter der Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes abgelegt. Mit Hilfe solcher Zwischenelemente werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils sichergestellt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung eignet sich besonders für den Einsatz in Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Anstelle des in 1 gezeigten Zwischenelements können auch verschiedenartige Entkopplungs- und/oder Dämpfungselemente an dieser Einbaustelle eingesetzt werden. Brennraumzugewandt und brennraumabgewandt der Nut für einen der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber den Brennraumgasen dienenden Dichtring ist das Ventilgehäuse mit ein und demselben Außendurchmesser ausgeführt.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie geräuscharme und biegespannungsreduzierte Verkippungen eines Brennstoffeinspritzventils mit größtmöglicher Toleranzunabhängigkeit erlaubt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst wenigstens ein Brennstoffeinspritzventil und eine Aufnahmebohrung in einem Zylinderkopf für das Brennstoffeinspritzventil, wobei am Außenumfang des Brennstoffeinspritzventils ein Dichtring in einer Nut eines Ventilgehäuses vorgesehen ist, der der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils gegenüber der Aufnahmebohrung dient. Das Ventilgehäuse weist in vorteilhafter Weise unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring einen kleineren Außendurchmesser auf als den Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring. Idealerweise ist der Außendurchmesser für das Ventilgehäuse unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring genau so gewählt, dass unter Berücksichtigung der extremsten Toleranzauslegung von Ventilgehäuseaußendurchmesser und Innendurchmesser der Aufnahmebohrung gerade kein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring an der Wandung der Aufnahmebohrung bei maximal möglicher Verkippung des Brennstoffeinspritzventils vorliegt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Dichtring im eingebauten Zustand des Brennstoffeinspritzventils auf der unteren brennraumzugewandten Nutflanke der Nut aufsitzen zu lassen. Ein ganz nach vorn zum Brennraum hin in der Nut kalibrierter Dichtring bietet den Vorteil der bestmöglichen Vermeidung des Eindringens von Brennraumgasen in den Nutbereich, da auf diese Weise keine schädlichen Toträume im Nutbereich gebildet sind, so dass neben den kritischen Zerstörungseffekten auch unerwünschte Pump- oder Saugeffekte vermieden sind. Durch die Kalibrierung des Dichtrings zur vorderen Nutflanke hin ist es ermöglicht, auf eine obere, brennraumabgewandte Nutflanke ganz zu verzichten und den Nutgrunddurchmesser sogar unmittelbar als Außendurchmesser des Ventilgehäuses brennraumabgewandt fortzusetzen.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer bekannten Ausführung,
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2 eine erfindungsgemäß ausgeführte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer ersten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils,
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3 und 4 in einer Detailansicht entsprechend 2 die bekannte Lösung (3) im Vergleich zur erfindungsgemäßen Lösung (4) mit einer Verdeutlichung der Verkippungsmöglichkeiten der Brennstoffeinspritzventile,
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5 eine erfindungsgemäß ausgeführte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer zweiten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils und
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6 eine erfindungsgemäß ausgeführte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer dritten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Zum Verständnis der Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 eine bekannte Ausführungsform einer Brennstoffeinspritzvorrichtung näher beschrieben. In der 1 ist als ein Ausführungsbeispiel ein Ventil in der Form eines Einspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen in einer Seitenansicht dargestellt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung. Mit einem stromabwärtigen Ende ist das Brennstoffeinspritzventil 1, das in Form eines direkt einspritzenden Einspritzventils zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum 17 der Brennkraftmaschine ausgeführt ist, in eine Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 eingebaut. Ein Dichtring 2, insbesondere aus TeflonTM, sorgt für eine optimale Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9.
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Zwischen einem Absatz 21 eines Ventilgehäuses 22 und einer z.B. rechtwinklig zur Längserstreckung der Aufnahmebohrung 20 verlaufenden Schulter 23 der Aufnahmebohrung 20 ist ein flaches Zwischenelement 24 eingelegt, das als Abstützelement in Form einer Unterlegscheibe ausgeführt ist. Mit Hilfe eines solchen Zwischenelements 24 werden Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgeglichen und eine querkraftfreie Lagerung auch bei leichter Schiefstellung des Brennstoffeinspritzventils 1 sichergestellt.
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Das Brennstoffeinspritzventil 1 weist an seinem zulaufseitigen Ende 3 eine Steckverbindung zu einer Brennstoffverteilerleitung (Fuel Rail) 4 auf, die durch einen Dichtring 5 zwischen einem Anschlussstutzen 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, der im Schnitt dargestellt ist, und einem Zulaufstutzen 7 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgedichtet ist. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in eine Aufnahmeöffnung 12 des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4 eingeschoben. Der Anschlussstutzen 6 geht dabei z.B. einteilig aus der eigentlichen Brennstoffverteilerleitung 4 hervor und besitzt stromaufwärts der Aufnahmeöffnung 12 eine durchmesserkleinere Strömungsöffnung 15, über die die Anströmung des Brennstoffeinspritzventils 1 erfolgt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 verfügt über einen elektrischen Anschlussstecker 8 für die elektrische Kontaktierung zur Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1.
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Um das Brennstoffeinspritzventil 1 und die Brennstoffverteilerleitung 4 weitgehend radialkraftfrei voneinander zu beabstanden und das Brennstoffeinspritzventil 1 sicher in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 niederzuhalten, ist ein Niederhalter 10 zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und dem Anschlussstutzen 6 vorgesehen. Der Niederhalter 10 ist als bügelförmiges Bauteil ausgeführt, z.B. als Stanz-Biege-Teil. Der Niederhalter 10 weist ein teilringförmiges Grundelement 11 auf, von dem aus abgebogen ein Niederhaltebügel 13 verläuft, der an einer stromabwärtigen Endfläche 14 des Anschlussstutzens 6 an der Brennstoffverteilerleitung 4 im eingebauten Zustand anliegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, gegenüber den bekannten Einbaulösungen von für die Direkteinspritzung vorgesehenen Brennstoffeinspritzventilen in Aufnahmebohrungen von Zylinderköpfen auf einfache Art und Weise verbesserte Verkippungsmöglichkeiten für das Brennstoffeinspritzventil 1 zu erreichen, um die einzelnen Bauteile toleranzunempfindlicher vereinfacht herstellen zu können und größere Abweichungen von der Flucht der Achsen des Anschlussstutzens 6 der Brennstoffverteilerleitung 4, des Brennstoffeinspritzventils 1 sowie der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 ausgleichen zu können.
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Wie in 1 gezeigt, wird üblicherweise brennraumzugewandt und brennraumabgewandt der Nut für den der Abdichtung des Brennstoffeinspritzventils 1 gegenüber den Brennraumgasen dienenden Dichtring 2 das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 mit ein und demselben Außendurchmesser ausgeführt. Damit ist also der sehr enge Spalt zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 1 und der Aufnahmebohrung 20 brennraumzugewandt des Dichtrings 2 zur Vermeidung des Eindringens von schädlichen Brennraumgasen auch brennraumabgewandt, also oberhalb des Dichtrings 2 in seiner geringen Spaltbreite beibehalten. Dadurch wird eine Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1, ohne dass das Ventilgehäuse 22 die Wandung der Aufnahmebohrung 20 im Bereich des Dichtrings 2 beidseitig berührt, stark eingeschränkt.
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Im Gegensatz dazu zeichnet sich die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung dadurch aus, dass das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 einen kleineren Außendurchmesser aufweist als den Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2, wie dies in 2 dargestellt ist. Auf diese Weise ist ein Brennstoffeinspritzventil 1 in einer Aufnahmebohrung 20 eines Zylinderkopfes 9 bereitgestellt, das erfindungsgemäß ein Ventilgehäuse 22 besitzt, das durch seine optimierte Außengeometrie eine stärkere Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 im Zylinderkopf 9 erlaubt, ohne dass das Ventilgehäuse 22 die Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 beidseitig metallisch berührt.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Dichtring 2 in der 2 und allen weiteren Figuren mit einem größeren Außendurchmesser als dem Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 dargestellt ist, um zu verdeutlichen, dass der Dichtring 2 vor dem Einbau in der Aufnahmebohrung 20 in der Tat einen größeren Durchmesser besitzt, der natürlich im eingebauten Zustand auf den Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 zur optimalen Abdichtung reduziert und kalibriert wird. Auf die beste Einbaulage des Dichtrings 2 wird später noch eingegangen.
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In den 3 und 4 sind in einer Detailansicht entsprechend 2 die bekannte Lösung (3) im Vergleich zur erfindungsgemäßen Lösung (4) mit einer Verdeutlichung der Verkippungsmöglichkeiten der Brennstoffeinspritzventile 2 dargestellt. Dabei wird deutlich, dass durch den verkleinerten Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt der Nut des Dichtrings 2 der axiale Abstand x der Anlagepunkte, die beim Verkippen des Brennstoffeinspritzventils 1 bereits unter sehr kleinen Winkeln in der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 entstehen, deutlich auf einen axialen Abstand x‘ verkürzt wird. Durch diesen reduzierten axialen Abstand der maximal vorliegenden Anlagepunkte kann das Brennstoffeinspritzventil 1 bei gleichem radialen Spalt zwischen der Wandung der Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 und dem Ventilgehäuse 22 deutlich stärker gekippt werden.
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Die Aufnahmebohrung 20 verläuft üblicherweise, aus herstellungstechnischen Gründen und zur Vermeidung des Eindringens von schädlichen Brennraumgasen, im Bereich der Nut für den Dichtring 2 sowie des Ventilgehäuses 22 sowohl unmittelbar brennraumabgewandt als auch brennraumzugewandt der Nut am Brennstoffeinspritzventil 1 zylindrisch mit einem konstanten Innendurchmesser. Weiter brennraumabgewandt verläuft die Aufnahmebohrung 20 dann beispielsweise konisch erweitert, um das Brennstoffeinspritzventil 1 optimal einführen zu können, wie das die 1 bis 6 verdeutlichen.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der Reduzierung des Außendurchmessers des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 ist der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 größer als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2. Dabei ist in idealer Weise der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 größer als der radiale Abstand zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Aufnahmebohrung 20 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt. In allen Figuren ist das Ventilgehäuse 22 brennraumzugewandt des Dichtrings 2 mehrfach gestuft dargestellt. Allerdings gilt, dass das Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 im Außendurchmesser konstant oder einfach oder mehrfach gestuft auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt, ausgeführt sein kann und der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 kleiner ist als jeder Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 bis zu der Kante, an der der Brennraum 17 beginnt.
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Die Spaltbreite zwischen dem Ventilgehäuse 22 des Brennstoffeinspritzventils 1 und der Wandung der Aufnahmebohrung 20 beträgt brennraumzugewandt des Dichtrings 2 typischerweise nur 50 bis 100 µm, um zu vermeiden, dass Brennraumgase in die Aufnahmebohrung 20 weiter eindringen. Eine typische Abmessung für ein Brennstoffeinspritzventil 1 zur Direkteinspritzung von Brennstoff in einen Brennraum 17 ist für den Außendurchmesser 7,5 mm im Bereich des abspritzseitigen Endes. Dabei ist z.B. eine Toleranz von +/–50 µm einzuhalten. Für die Aufnahmebohrung 20 des Zylinderkopfes 9 wäre für den Innendurchmesser entsprechend ein typischer Wert von 7,65 mm mit einer Toleranz von +/–25 µm.
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Um eine metallische Verkantung und eine zweiseitige metallische Anlage bereits bei sehr kleinen Verkippungswinkeln des Brennstoffeinspritzventils 1 in der Aufnahmebohrung 20 zu vermeiden, ist der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 um 1 bis 10 % kleiner ausgeführt als der Außendurchmesser unmittelbar brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2. Ein konkretes Beispiel sieht vor, dass der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt bezogen auf das obige Beispiel 7,3 mm beträgt. Toleranzbezogen soll also bei kleinster Aufnahmebohrung 20 und größtem Ventilgehäuse 22 immer noch ein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 vermieden sein. Idealerweise ist der Außendurchmesser für das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 genau so gewählt, dass unter Berücksichtigung der extremsten Toleranzauslegung von Ventilgehäuseaußendurchmesser und Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 20 gerade kein metallischer Kontakt des Brennstoffeinspritzventils 1 brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 an der Wandung der Aufnahmebohrung 20 bei maximal möglicher Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 vorliegt.
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Wie 4 verdeutlicht, soll der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 dabei um 1 bis 10 % kleiner sein als jeder der Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumzugewandt der Nut für den Dichtring 2 auf der ganzen Länge bis zu einer Kante, an der der Brennraum 17 beginnt. Aus Stabilitätsgründen des Ventilgehäuses 22 wird eine Überschreitung der 10 %igen Verkleinerung des Außendurchmessers kaum sinnvoll sein; theoretisch denkbar ist sie aber jedenfalls.
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Zur noch sichereren Auslegung kann erfindungsgemäß die Brennstoffeinspritzvorrichtung so ausgeführt sein, dass das Ventilgehäuse 22 unmittelbar brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 eine sich von der Nut entfernend konisch verjüngende Außengeometrie besitzt, wie dies 5 mit einer zweiten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1 zeigt. In der 5 ist die Konizität des Ventilgehäuses 22 nicht maßstabsgetreu gezeigt, da der Winkel der Außengeometrieschräge in der Realität < 1° betragen kann und dies nicht erkennbar darstellbar wäre.
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6 zeigt eine erfindungsgemäß ausgeführte Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer dritten Ausführung in einer Detailansicht des brennraumseitigen Endes des Brennstoffeinspritzventils 1. Dabei wird deutlich, dass die Nut für den Dichtring 2 am Ventilgehäuse 22 einen Nutgrund mit einem Durchmesser besitzt, der sich als Außendurchmesser des Ventilgehäuses 22 brennraumabgewandt direkt fortsetzt, so dass überhaupt keine obere Nutflanke existiert und die Außengeometrie des Ventilgehäuses 22 besonders einfach herstellbar ist. In diesem Fall ist eine maximale Verkippung des Brennstoffeinspritzventils 1 ohne metallischen Kontakt brennraumabgewandt der Nut für den Dichtring 2 uneingeschränkt möglich.
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In allen Ausführungsfällen der
2,
4,
5 und
6 ist es sinnvoll und vorteilhaft, dass der Dichtring
2 im eingebauten Zustand des Brennstoffeinspritzventils
1, nicht wie gezeigt in der Mitte der Nut sitzt, sondern auf der unteren brennraumzugewandten Nutflanke der Nut aufsitzt. Ein ganz nach vorn zum Brennraum
17 hin in der Nut kalibrierter Dichtring
2 bietet den Vorteil der bestmöglichen Vermeidung des Eindringens von Brennraumgasen in den Nutbereich, da auf diese Weise keine schädlichen Toträume im Nutbereich gebildet sind, so dass neben den Zerstörungseffekten auch unerwünschte Pump- oder Saugeffekte vermieden sind. In diesem Zusammenhang sei auf die Druckschrift
DE 10 2009 045 692 A1 verwiesen, deren Inhalt hinsichtlich der Kalibrierung des Dichtrings
2 zur unteren Nutflanke der Nut hin ausdrücklich hier mit beinhaltet sein soll. Gemäß dieser Kalibrierung des Dichtrings
2 zur vorderen Nutflanke hin sowie der Fixierung des Dichtrings
2 an der am Nutgrund ausgeformten Wulst (Bezugszeichen
30 dieser Druckschrift) ist es ermöglicht, auf eine obere, brennraumabgewandte Nutflanke im Extremfall ganz zu verzichten und den Nutgrunddurchmesser sogar unmittelbar als Außendurchmesser des Ventilgehäuses
22 brennraumabgewandt fortzusetzen. Auch in diesem Fall des geringen Außendurchmessers ist ein konischer Verlauf der Außengeometrie des Ventilgehäuses
22 vom Dichtring
2 weg ebenso noch denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045692 A1 [0028]
