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Die Erfindung betrifft eine Sammeldruckleitung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Sammeldruckleitungen für Kraftstoffeinspritzsysteme für Verbrennungskraftmaschinen zur Kraftstoffeinspritzung sind bekannt. Der Verbrennungskraftmaschine ist pro Zylinder jeweils ein Injektor zugeordnet, welcher durchströmbar mit einer Sammeldruckleitung, im Allgemeinen als Kraftstoff-Rail oder Kraftstoffleiste bezeichnet, verbunden ist, wobei der Sammeldruckleitung zumindest zwei Injektoren zugeordnet sind. In der Sammeldruckleitung ist ein dem Zylinder zur Verbrennung zuzuführendes Fluid unter Druck liegend ausgebildet und wird gemäß einem entsprechenden Einspritzeitpunkt des Injektors über diesen dem Zylinder zugeführt. Aufgrund der unterschiedlichen Einspritzzeitpunkte der an der Sammeldruckleitung aufgenommenen Injektoren ergeben sich Druckschwingungen in der Sammeldruckleitung, die zu einer unzureichenden Kraftstoffversorgung des Injektors und somit des Zylinders führen können.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 43 41 368 A1 geht eine Sammeldruckleitung hervor, welche zur Reduzierung von Druckschwingungen in der Sammeldruckleitung ein Dämpfungselement aufweist, welches in der Sammeldruckleitung vom Kraftstoff umhüllt angeordnet ist. Das Dämpfungselement ist aus einem elastischen Material ausgebildet und weist gasbefüllte Kammern auf.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 226 678 A1 ist eine Sammeldruckleitung für Injektoren einer Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen, wobei ein elastisches Dämpfungselement, aufweisend einen durchströmbaren Innenraum, in der Sammeldruckleitung, diese vollständig bedeckend, ausgebildet ist. Über den Innenraum des Dämpfungselementes ist eine hydraulische Verbindung zwischen einem Kraftstoffspeicher und den Injektoren ausgebildet.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 029 219 A1 geht eine Sammeldruckleitung für für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine hervor, deren Innenraum ebenfalls ein Dämpfungselement aufweist, wobei das Dämpfungselement zur Kraftstoffverdrängung im Innenraum vom Kraftstoff umströmbar ausgebildet ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 103 12 418 A1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher für Kraftstoffeinspritzanlagen von Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei in einem Speicherraum des Kraftstoffhochdruckspeichers ein elastisches Mittel angeordnet ist.
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Die Offenlegungsschrift
JP 2004-27 964 A offenbart eine Sammeldruckleitung für Injektoren einer Verbrennungskraftmaschine, wobei in einer Aufnahmeöffnung der Sammeldruckleitung zur Aufnahme des Injektors zwischen der Sammeldruckleitung und dem Injektor in der Aufnahmeöffnung ein Mittel mit einer Durchströmöffnung aufgenommen.
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Der Offenlegungsschrift
DE 11 2016 006 650 T5 kann ein Kraftstoffverteilungsrohr einer Verbrennungskraftmaschine entnommen werden, wobei das Kraftstoffverteilungsrohr ein Rohrteil umfasst, das den Kraftstoff in einem Hochdruckzustand aufnimmt, sowie eine Vielzahl von Rohrabschnitten zur Aufnahme von Injektoren, die mit dem Rohrteil durchströmbar verbunden und einseitig geschlossen sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Sammeldruckleitung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sammeldruckleitung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Sammeldruckleitung für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Verbrennungskraftmaschine weist einen durchströmbaren Innenraum auf. Die Sammeldruckleitung umfasst einen Rohrabschnitt mit einer Durchströmöffnung, wobei die Durchströmöffnung einseitig geschlossen ist. Die Sammeldruckleitung ist mit Hilfe der Durchströmöffnung durchströmbar mit zumindest einem Injektor ausgebildet. Mit Hilfe des Injektors wird ein in der Sammeldruckleitung vorliegendes Fluid in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt. Im Innenraum ist ein elastisches Mittel angeordnet. Erfindungsgemäß ist das elastische Mittel durchströmbar an einer Leitungsinnenwand der Sammeldruckleitung anliegend mit einem Abstand von der Durchströmöffnung beabstandet ausgebildet, und wobei zur Ausbildung des Abstandes des elastischen Mittels eine unelastische Hülse im Innenraum angeordnet ist. Dies führt zu einer effektiven Dämpfung der Druckpulsationen bei gleichzeitiger Reduzierung eines Strömungsquerschnitts der Sammeldruckleitung.
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Grundsätzlich ist das elastische Mittel zur Dämpfung der Druckpulsationen in der Sammeldruckleitung ausgeführt. Während insbesondere die gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Druckleitungen überwiegend vom Kraftstoff umströmbar sind, wird das Mittel der erfindungsgemäßen Sammeldruckleitung durchströmt. Das heißt mit anderen Worten, dass unabhängig vom Volumenstrom eine Durchströmung der Sammeldruckleitung stattfindet. Würde das Mittel umströmt werden, könnten insbesondere bei geringen Volumenströmen Bereiche ausgebildet sein, welche weniger Kraftstoff aufweisen als übrige Bereiche in der Sammeldruckleitung, wodurch wiederum Druckunterschiede in der Sammeldruckleitung vorliegen. Die Anlage des Mittels an die Leitungsinnenwand ist vonnöten, damit das Mittel nur ausdehnbar und zusammendrückbar und nicht verschiebbar sein kann. Dies führt zu einem bestimmbaren Druck in der Sammeldruckleitung. Um insbesondere im Bereich der Durchströmöffnung, welche durchströmbar mit dem Injektor verbunden ist, einen durch eine Dämpfung unbeeinflussbaren Druck des Kraftstoffes zu erlangen, ist das Mittel von dieser beabstandet ausgebildet. Somit führt die erfindungsgemäße Drucksammelleitung zu einer verbesserten und gleichmäßigeren Einspitzung von Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine, wodurch eine verbesserte und schadstoffreduziertere Verbrennung realisierbar ist.
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Die Hülse ist im Gegensatz zum Mittel unelastisch ausgebildet wodurch im Bereich der Durchströmöffnung der Druck nicht durch eine Dämpfung beeinflusst wird, und somit ein bestimmbarer, mit anderen Worten nicht durch ein elastisches Mittel beeinflusster, Druck vorliegt, bei dennoch vorliegender Volumenreduzierung aufgrund der Hülse und ihrer Wanddicke. Dies führt zu einem modularen und dadurch kostengünstigen Aufbau der Sammeldruckleitung mit ihrer Volumenreduzierung und Dämpfung, da die Einzelteile, Mittel und Hülse, in großen Mengen herstellbar und bei unterschiedlichen Sammeldruckleitungen unterschiedlicher Längen nutzbar sind.
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Insbesondere ist zur Erhaltung der vorteilhaften Durchströmung des elastischen Mittels die Hülse durchströmbar mit dem elastischen Mittel und mit der Durchströmöffnung ausgebildet. Dies kann auf einfache Weise durch die Ausbildung einer weiteren Durchströmöffnung der Hülse, welche sich durch eine Hülsenwandung der Hülse vollständig erstreckend ausgeführt ist, realisiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sammeldruckleitung ist die Hülse unbewegbar mit der Sammeldruckleitung verbunden. Somit wird eine auch bei Druckwechsel stabile Positionierung des Mittels in der Sammeldruckleitung erzielt.
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Die Ausbildung weiterer Durchströmöffnungen über einem Umfang der Hülse führt zu einer lageunabhängigen Positionierung der Hülse, die sich insbesondere durch eine im Bereich der Durchströmöffnung ausgebildeten Umfangsnut weiter verbessern lässt. Dadurch ist auch bei einer Nichtüberlagerung der Durchströmöffnung der Sammeldruckleitung mit der weiteren Durchströmöffnung der Hülse eine zuverlässige Versorgung des Injektors mit Kraftstoff realisiert, da sich der Kraftstoff über dem Umfang der Hülse ansammeln und verteilen kann.
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Die Sammeldruckleitung ist zur Kraftstoff- und/oder Kraftstoff-Wasser-Emulsionseinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet. Das heißt, dass insbesondere das elastische Mittel aus einem Werkstoff ausgebildet ist, welcher insbesondere kraftstoffresistent ist.
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Eine Wassereinspritzung wird vornehmlich zur Innenkühlung eines Brennraumes der Verbrennungskraftmaschine eingesetzt. Mit Hilfe dieser Kühlung ist es möglich die Klopfneigung der Verbrennungskraftmaschine deutlich zu reduzieren und dadurch die Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu steigern und/oder eine Anfettung in hohe Lastbereichen entfallen zu lassen. Damit insbesondere bei Wechsel in Betriebsbereiche unterhalb der Wassereinspritzung, die bevorzugt bei hohen Lasten- und Drehzahlpunkten der Verbrennungskraftmaschine vorgenommen wird, eine schnelle Volumenverdrängung des Wassers erfolgt, ist es dienlich, einen effektiven Strömungsdurchmesser der Sammeldruckleitung so klein wie möglich und so groß wie nötig zu gestalten. Dies ist insbesondere mit Hilfe des Mittels, welches zur Dämpfung von Druckpulsationen und auch zur Volumenreduzierung vorgesehen ist, erreicht.
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Die Austrittsbohrungen zu den Injektoren liegen tiefer bzw. auf gleicher Höhe, wie das Innenvolumen des Rails. Damit wird bei Emulsionseinspritzung ein Ablagern von Wasser (bei Entmischung von Kraftstoff und Wasser) in dem Railvolumen unterbunden.
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Bevorzugt ist das elastische Mittel ringförmig oder schlauchförmig ausgestaltet, damit ein durchströmbarer Innenraum auf einfache Weise bei gleichzeitigem Anliegen an die Leitungsinnenwand erzielbar ist. Des Weiteren können ringförmig ausgeführte elastische Mittel auf einfache und kostengünstige Weise in einem Stranggussverfahren in Form eines langen Teils hergestellt werden, wobei vor der Montage das Mittel auf seine entsprechend benötigte Länge vom Teil abgeschnitten werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sammeldruckleitung weist die Hülse an ihrem dem Mittel zugewandt ausgebildeten Ende einen Aufnahmering auf, dessen Durchmesser höchstens so groß ist, wie ein Innendurchmesser des Mittels, wobei der Durchmesser kleiner ist als ein Außendurchmesser der Hülse. Das heißt mit anderen Worten, die Hülse weist an ihrem dem Mittel zugewandt ausgebildeten Ende einen Absatz auf, auf den das Mittel vorteilhaft aufgeschoben und somit positioniert werden kann. Dies ist insbesondere bei einer Hülse, welche über ihrem Umfang mehrere weitere Durchströmöffnungen aufweist vorteilhaft, da nun vor einem Einsetzen des Mittels und der Hülse in den Innenraum der Sammeldruckleitung die Hülse mit dem Mittel verbunden werden kann und gemeinsam in den Innenraum geschoben werden können. Da eine genaue Positionierung der Hülse an der Durchströmöffnung aufgrund der mehreren weiteren Durchströmöffnungen nicht notwendig ist, ergibt sich eine kostengünstige Montage der Sammeldruckleitung, die wiederum zu einer kostengünstigen Herstellung derselben führt.
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Sofern ein Außendurchmesser des Mittels mindestens so groß ist, wie ein Innendurchmesser der Sammeldruckleitung, kann eine Anlage des Mittels an der Leitungsinnenwand auf einfache Weise herbeigeführt werden. Insbesondere sofern der Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser kann durch ein Zusammendrücken des elastischen und hohlen Mittels eine gesicherte Anlage desselben an der Leitungsinnenwand erzielt werden.
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Damit eine einfache Montage erhalten bleibt, ist ein Außendurchmesser der Hülse höchstens so groß, wie ein Innendurchmesser der Sammeldruckleitung. Somit kann die Hülse auch in Verbindung mit dem Mittel auf einfache Weise in den Innenraum der Sammeldruckleitung geführt werden, bei gleichzeitiger Ausbildung der Anlage der Hülse an der Leitungsinnenwand.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Darstellung erfindungsgemäße Sammeldruckleitungen eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Verbrennungskraftmaschine,
- 2 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Sammeldruckleitung in einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 3 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Sammeldruckleitung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 ausgebildete erfindungsgemäße Sammeldruckleitungen 1 eines Kraftstoffeinspritzsystems 2 sind für eine nicht näher dargestellte Verbrennungskraftmaschine aufweisend zwei Zylinderbänke vorgesehen. Die Sammeldruckleitung 1 ist in Form einer Leiste, einer so genannten Kraftstoff-Rail, bzw. Kraftstoffleiste, ausgeführt und weist einer Zylinderanzahl der zu versorgenden Zylinder gemäß durchströmbare Aufnahmeöffnungen 3 auf, welche jeweils mit einem nicht näher dargestellten Injektor bestückt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Sammeldruckleitung 1 drei Aufnahmeöffnungen 3 auf, somit werden über die Sammeldruckleitung 1 drei Zylinder der Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff versorgt. Ebenso könnte sie auch zur Versorgung von zwei oder vier oder mehr Injektoren ausgebildet sein und dem gemäß zwei oder vier bzw. mehr Aufnahmeöffnungen 3 aufweisen.
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Die Sammeldruckleitung 1 verbindet als zentrale Hydraulikkomponente eine nicht näher dargestellte Kraftstoffpumpe in Form einer Hochdruckpumpe und die Injektoren miteinander. In der Sammeldruckleitung 1 ist verdichteter Kraftstoff vorliegend, welcher gemäß einem Einspritzzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine den oder dem entsprechenden Injektor zur Verfügung gestellt wird. Über den Injektor gelangt der Kraftstoff in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.
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Die Sammeldruckleitung 1 ist in Form eines hohlen Rohres ausgebildet, in welchem der Kraftstoff vorliegt und dieses durchströmen kann. An ihrem, in axialer Richtung entlang ihrer Längsachse 14 ausgebildeten, ersten Ende 4 ist ein durchströmbarer Anschluss 5 ausgestaltet, welcher mit der Kraftstoffpumpe durchströmbar verbindbar ist. Ihr sich vom ersten Ende 4 abgewandt ausgebildetes zweites Ende 6 ist, wie üblicherweise vorgesehen, undurchströmbar verschlossen.
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Die durchströmbaren Aufnahmeöffnungen 3 sind mit Hilfe von, in diesen Ausführungsbeispielen, zylinderförmigen Rohrabschnitten 7 ausgestaltet. Der Rohrabschnitt 7 ist mit Hilfe einer in der Sammeldruckleitung 1 ausgebildeten einseitig verschlossenen Durchströmöffnung 8 durchströmbar mit der Sammeldruckleitung 1 verbunden. Das heißt mit anderen Worten, dass jedem Rohrabschnitt 7 eine Durchströmöffnung 8 zugeordnet ist.
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Die Sammeldruckleitung 1 weist in ihrem Innenraum 9 ein volumenreduzierendes und Druckpulsationen dämpfendes Mittel 10 auf, welches ebenfalls hohl und somit durchströmbar ausgeführt ist. Das Mittel 10 ist elastisch ausgebildet und ist im ersten Ausführungsbeispiel gem. 2 aus einem elastischen Material in Form eines Elastomers ausgeführt. Bei der Nutzung von Kunststoffen ist darauf zu achten, dass der Kunststoff kraftstofftauglich, mit anderen Worten kraftstoffresistent ist und keine Reaktion mit dem Kraftstoff erfolgen kann.
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Das Mittel 10 ist im ersten Ausführungsbeispiel in Form von nebeneinander durchströmbar angeordneten Ringen in Form von Hohlzylindern ausgebildet, wobei im Bereich der Durchströmöffnung 8 jeweils eine Hülse 11 aufweisend weitere Durchströmöffnungen 12 angeordnet ist. Das heißt mit anderen Worten, dass zwischen jeweils zwei Hülsen 11, welche in der Sammeldruckleitung 1 unbewegbar angeordnet sind, jeweils ein Mittel 10 positioniert ist. Mit Hilfe der Hülse 11 ist ein Abstand A des Mittels 10 von der Durchströmöffnung 8 ausgebildet.
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Die Hülse 11 ist bevorzugt aus Metall ausgebildet, wobei sie ebenfalls aus einem Kunststoff, jedoch bevorzugt aus einem unelastischen Kunststoff ausgeführt ist. Im vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel ist das Mittel 10 in Form von vier nebeneinander angeordneten Ringen ausgestaltet.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel, welches in 3 illustriert ist, ist das Mittel 10 in Form von nebeneinander angeordneten, durchströmbaren Dichtelementen in Form so genannter O-Ringe. ausgebildet. Die einzelnen O-Ringe 10 können, wie auch die einzelnen Ringe des ersten Ausführungsbeispiels, miteinander stoffschlüssig verbunden sein, oder sie können dichtend nebeneinander angeordnet sein. Ebenso könnte das Mittel 10 auch einstückig ausgebildet sein.
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In beiden Ausführungsbeispielen ist das Mittel 10 an eine Innenwand 15 der Sammeldruckleitung 1 anliegend ausgebildet, und wird im Wesentlichen vom Kraftstoff durchströmt, wobei ein weiterer Innenraum 16 des Mittels 10 durchströmbar ausgebildet ist. Über die weiteren Durchströmöffnungen 12 kann Kraftstoff aus dem weiteren Innenraum 16 in eine Umfangsnut 17 der Hülse 11 geführt werden, so dass der zur Einspritzung notwendige Kraftstoff auch unabhängig von einer exakten Positionierung der weiteren Durchströmöffnung 12 über der Durchströmöffnung 8 in diese und somit in den Injektor strömen kann.
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Ein Außendurchmesser DAM des Mittels 10 ist zur Anlage an die Sammeldruckleitung 1 so groß, wie ein Innendurchmesser DI der Sammeldruckleitung 1. Er könnte auch größer sein, da das Mittel 10 zusammendrückbar ausgebildet ist. Jedoch sollte er nicht zu groß ausgeführt werden, damit das Mittel 10 noch zur Durchströmung hinreichenden Fluids für die Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist. Ein Außendurchmesser DAH der Hülse 11 ist gerade so groß wie der Innendurchmesser DI der Sammeldruckleitung 1, damit sie gut fügbar ist.
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Der Kraftstoff, welcher die Sammeldruckleitung 1 durchströmt, kann reiner Kraftstoff sein oder eine Emulsion bestehend aus Kraftstoff und bspw. Wasser.
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Durch den Einspritzvorgang entstehen Druckpulsationen in der Sammeldruckleitung 1. Zur gesicherten Abstützung der Sammeldruckleitung 1 ist neben jedem Rohrabschnitt 7 jeweils ein Abstützelement 13 ausgebildet, welches der Fixierung der Sammeldruckleitung 1 an der Verbrennungskraftmaschine dient. Selbstredend könnte das Abstützelement 13 auch an anderen Stellen der Sammeldruckleitung 1 ausgebildet sein, wobei jedoch aufgrund eines Öffnen- und Schließen des Injektors und dem damit verbundenen Körperschwingungen die Anordnung des Abstützelementes 13 nahe dem Rohrabschnitt 7 eine verbesserte Abstützung der Sammeldruckleitung 1 herbeiführt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sammeldruckleitung
- 2
- Kraftstoffeinspritzsystem
- 3
- Aufnahmeöffnung
- 4
- Erstes Ende
- 5
- Anschluss
- 6
- Zweites Ende
- 7
- Rohrabschnitt
- 8
- Durchströmöffnung
- 9
- Innenraum
- 10
- Mittel
- 11
- Hülse
- 12
- Weitere Durchströmöffnung
- 13
- Abstützelement
- 14
- Längsachse
- 15
- Innenwand
- 16
- Weiterer Innenraum
- 17
- Umfangsnut
- A
- Abstand
- DAH
- Außendurchmesser Hülse
- DAM
- Außendurchmesser Mittel
- DI
- Innendurchmesser
