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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Kraftstoffeinspritzdüse,
die Kraftstoff in Zylinder von einem Verbrennungsmotor einspritzt.
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Ein Beispiel einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Stand
der Technik ist in 5 dargestellt.
Die Kraftstoffeinspritzdüse
hat einen Düsenkörper 100 und
eine Nadel 200. Der Düsenkörper 100 hat
einen Führungsdurchgang 110 in
den sich die Nadel 200 durch Einfügen einpasst. Ein Sitzdurchgang 120,
der eine Innenkegelkrümmungsfläche 120a hat,
ist am unteren Ende des Führungsdurchgangs 110 ausgebildet.
Darüber
hinaus ist ein Sackloch 130 als Senke am unteren Ende (stromabwärts) des
Sitzdurchgangs 120 ausgebildet. Ein Einspritzdurchtritt 140 durchdringt
den Düsenkörper 100 von
dem Sackloch 130 zu einer Außenseite des Düsenkörpers 100.
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Die Nadel 200 hat an ihrem
Oberende eine erste Kegelfläche 210 und
eine zweite Kegelfläche 220.
Ein Sitzelement 230 ist entlang einer Gratlinie zwischen
der ersten und zweiten Kegelfläche 210, 220 ausgebildet.
Wenn das Sitzelement 230 auf der Innenfläche 120a des
Sitzdurchgangs 120 aufliegt, wird die zum Einspritzdurchtritt 140 führende Kraftstoffströmung abgesperrt.
Hierbei wird ein Winkel α101 von ungefähr 7,5 Grad zwischen der Innenfläche 120a und
der ersten Kegelfläche 210 eingerichtet,
während
zwischen der Innenfläche 120a und
der zweiten Kegelfläche 220 ein
Winkel α102 von ungefähr
0,5 Grad eingerichtet wird.
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Im obigen Aufbau wird die Strömungsgeschwindigkeit
entlang dem Sitzdurchgang 120 vergrößert wenn sich die Nadel 200 anhebt,
da die Winkel a101, a102 zwischen der Innenfläche 120a und den Kegelflächen 210, 220 klein
sind. Infolgedessen besteht beispielsweise in einem unterkritischen
Kraftstoff, dessen Siedetemperatur niedrig ist, die Tendenz zur
Erzeugung von Kavitation, so dass Abtragung auf der Innenfläche 120a des
Sitzdurchgangs 120 oder den Kegelflächen 210, 220 erzeugt
wird. Kraftstoff, der gasförmigen
Kraftstoff aufgrund der Kavitation beinhaltet, tritt in den Einspritzdurchtritt 140 ein,
so dass eine Strömungsmenge
des Einspritzkraftstoffs verringert wird und eine Einspritzdistanz
der zerstäubten
Kraftstoffpartikel verringert wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung eine Kraftstoffeinspritzdüse bereitzustellen, die Kavitation
und die Verringerung einer Kraftstoffeinspritzmenge aufgrund der
Kavitation begrenzt und eine Einspritzdistanz der zerstäubten Kraftstoffpartikel
sicherstellt.
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Um die obige Aufgabe zu erreichen
ist eine Kraftstoffeinspritzdüse,
die einen Düsenkörper und eine
Nadel hat, mit Folgendem versehen. Der Düsenkörper hat einen Sitzdurchgang,
der eine Innenkegelfläche
bzw.
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konische Innenseite hat, die dem
Kraftstoff zugewandt ist, ein Sackloch, das stromabwärts vom Sitzdurchgang
vorgesehen ist und einen Einspritzdurchtritt, der den Düsenkörper von
der Innenseite des Sitzdurchgangs oder des Sacklochs zu einer Außenseite
des Düsenkörpers zum
Einspritzen des Kraftstoffs durchdringt. Die Nadel hat ein Sitzelement,
das die Strömung
des Kraftstoffs absperrt, indem es auf der Innenkegelfläche des
Sitzdurchgangs des Düsenkörpers aufliegt,
eine erste Kegelfläche, die
stromaufwärts
vom Sitzelement vorgesehen ist und eine zweite Kegelfläche, die
stromabwärts
vom Sitzelement vorgesehen ist. Hierbei ist die Kraftstoffeinspritzdüse dadurch
gekennzeichnet, dass der Einspritzdurchtritt mindestens eine Gruppe
von mindestens zwei Mikrodurchtritte hat, wobei jeder der Mikrodurchtritte
sich von einer Innenseite des Düsenkörpers zu
einer Außenseite
des Düsenkörpers verjüngt. Dieser
Aufbau verringert die Geschwindigkeit des Kraftstoffs entlang der
Sitzfläche.
Gasförmiger Kraftstoff
aufgrund von Kavitation wird dadurch reduziert, um die Verringerung
der Einspritzmenge einzuschränken.
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung ersichtlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben wird. In den Zeichnungen wird Folgendes dargestellt:
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1 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
oberen Abschnitts einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittdarstellung eines Gesamtaufbaus der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
oberen Abschnitts einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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4 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV von 3; und
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5 ist
eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
oberen Abschnitts einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Stand der Technik.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 eines
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung hat, wie in 2 dargestellt, einen Düsenkörper 2 und
eine Nadel 3, die in den Düsenkörper 2 eingesetzt
ist. Die Düse 1 ist
in einen Injektor (nicht dargestellt) eingebaut, der in jedem Zylinder
eines Dieselmotors vorgesehen ist.
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Der Düsenkörper 2 hat eine Kraftstoffbahn 5, einen
Führungsdurchgang 4,
einen Sitzdurchgang 7, eine Sackloch 8 und einen
Einspritzdurchtritt 6. Die Kraftstoffbahn 5 führt mit
hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff in eine Kraftstoffkammer 9 ein,
die ausgeformt ist, indem der Innendurchmesser eines Zwischenabschnitts
des Führungsdurchgangs 4 vergrößert ist.
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Wie in 1 dargestellt
ist der Sitzdurchgang 7 stromabwärts vom Führungsdurchgang 4 angeordnet
und das Sackloch 8 ist stromabwärts vom Sitzdurchgang 7 angeordnet.
Der Sitzdurchgang 7 hat eine Innenkegelkrümmungsfläche 7a,
die einen Sitzwinkel β hat, der in Bereich 80 bis 120 Grad
(90 Grad in 1)
ist.
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Der Einspritzdurchtritt 6 hat
eine Gruppe von einem ersten Einspritz-Mikrodurchtritt 6a und
einen zweiten Einspritz-Mikrodurchtritt 6b. Die ersten
und zweiten Mikrodurchtritte, deren Mittelachsen längsseits
im Wesentlichen auf einer gedachten Ebene angeordnet sind, die eine
Mittelachse des Düsenkörpers 2 beinhaltet,
verbinden das Sackloch 8 mit einer Außenseite des Düsenkörpers 2.
Eine Vielzahl von Gruppen von Mikrodurchtritten 6a, 6b erstrecken
sich vom Sackloch 8 fast radial von der Mittelachse des Düsenkörpers 2.
Jeder der ersten und zweiten Mikrodurchtritte 6a, 6b verjüngt sich
von einem Einlass, der sich zum Sackloch 8 öffnet, zu
einem Auslass, der sich zu einer Außenfläche am Ende des Düsenkörpers 2 öffnet.
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Die Nadel 3 ist in den Düsenkörper 2 eingesetzt,
wobei sie um eine vorherbestimmte Strecke in einer Axialrichtung
des Düsenkörpers 2 bewegbar ist.
Der Endabschnitt der Nadel 3 hat ein Sitzelement 10,
das auf der Innenfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 aufliegt, wenn die Nadel 3 die
Kraftstoffströmung
absperrt. Die Oberfläche
des Sitzelements 10 ist stromabwärts von einer ersten Kegelfläche 11 und
stromaufwärts
von einer zweiten Kegelfläche 12 angeordnet.
Das Sitzelement 10 hat eine Breite L, die in 1 dargestellt ist, zum Berühren der
Innenfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 mittels Flächenkontakt.
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Die erste Kegelfläche 11 ist bezüglich der Oberfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 in einem Winkel a1 abgewickelt, während die
zweite Kegelfläche 12 bezüglich Oberfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 in einem Winkel α2 abgewinkelt
ist.
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Hierbei sind die Winkel folgendermaßen eingerichtet:
7,5
Grad < α1
(z.B., 15 Grad) ≤ 20
Grad;
7,5 Grad < α2
(z.B., 10 Grad) ≤ 20
Grad; und
α2 < α1.
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Der Betrieb und die Auswirkungen
werden nachfolgend beschrieben.
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Wenn die Nadel 3 in einen
Schließzustand gesetzt
ist, wird der Kraftstoff in die Düse 1 eingeführt, um
komplett einzuströmen
in die Kraftstoffbahn 5, die Kraftstoffkammer 9,
den Führungsdurchgang 4 (ringförmiger Zwischenraum
zwischen der Nadel 3 und dem Führungsdurchgang 4)
und einen oberen Abschnitt des Sitzdurchgangs 7, der über dem
Sitzelement 10 angeordnet ist. Wenn der Kraftstoffdruck genug
gesteigert wird, um die Nadel 3 in die Richtung nach Oben
anzuheben, wird die Nadel 3 entlang des Führungsdurchgangs 4 angehoben,
um die Kraftstoffströmung
zuzulassen. Dann strömt
der Kraftstoff durch einen Zwischenraum zwischen dem Sitzdurchgang 7 und
dem Sitzelement 10, das Sackloch 8 und die Mikrodurchtritte 6a, 6b,
um dadurch in den Brennraum des Dieselmotors eingespritzt zu werden.
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Hierbei ist der Winkel a1 zwischen
der ersten Kegelfläche 11 und
der Innenfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 größer als
jener der Düse
vom Stand der Technik. Die Geschwindigkeit der Kraftstoffströmung ist
dadurch auf der stromaufwärtigen
Seite des Sitzelements 10 begrenzt, so dass ein Hochdruckzustand um
das Sitzelement 10 aufrechterhalten wird. Darüber hinaus
ist der Winkel a2 zwischen der zweiten Kegelfläche 12 und der Innenseite 7a des
Sitzdurchgangs 7 auch größer als jener der Düse vom Stand der
Technik. Obwohl die Geschwindigkeit der Kraftstoffströmung einmal
an einem Zwischenraum zwischen dem Sitzelement 10 und der
Oberfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 erhöht
wird, wird sie sofort wieder verringert, so dass der Hochdruckzustand
auf der stromabwärtigen
Seite des Sitzelements 10 nach wie vor aufrechterhalten
wird. Dies führt
zur Verminderung der Entstehung von Kavitation und gasförmigem Kraftstoff
im Kraftstoff, der in den Einspritzdurchtritt 6 strömt. Die
Verringerung der Einspritzmenge von Kraftstoff wird dadurch eingeschränkt. Desweiteren kann
die Abtragung entlang der Innenseite 7a oder den Kegelflächen 11, 12 begrenzt
werden. Besonders wenn dünnflüssiger oder
unterkritischer Kraftstoff verwendet wird, kann der Einschränkungseffekt der
Entstehung der Kavitation abgeschätzt werden.
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Da die Düse 1 des Ausführungsbeispiels
die Vielzahl der Gruppen von Mikrodurchtritten 6a, 6b und
ihre verjüngenden
Formen ausnützt,
wird die Druckminderung im Einlass des Einspritzdurchtritts 6 begrenzt.
Dies führt
zur Aufrechterhaltung der Strömungsgeschwindigkeit
bis zum Auslass des Einspritzdurchtritts 6. Darüber hinaus
werden zerstäubte Partikel
durch eine Vielzahl von Mikrodurchtritten ausgebildet. Selbst wenn
die Durchmesser der Mikrodurchtritte klein sind, können die
zerstäubten
Partikel eine erforderliche Distanz erreichen. Der Winkel ß der
Innenkegelfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 ist in einem Bereich von 80 bis 120 Grad
und größer als
jener der Düse
vom Stand der Technik. Ein effektiver Strömungsbereich wird dadurch,
sogar wenn die Nadel 3 weniger angehoben wird, vergrößert, so
dass eine große
Menge an Kraftstoffströmung
sichergestellt werden kann.
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Wie vorstehend erklärt hat das
Sitzelement 10 eine Breite L zum Berühren der Innenfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 durch Flächenkontakt. Die Vergrößerung des
Winkels ß der Innenkegelfläche 7a des Sitzdurchgangs 7 ermöglicht es,
die Klemmkraft der Nadel 3 bezüglich der Oberfläche 7a des Sitzdurchgangs 7 zu
verringern. Infolge der Übernahme des
obigen Aufbaus, werden die Abnutzung der Sitzfläche 7a und des Sitzelements 10 und
die Verformung der Sitzfläche 7a begrenzt,
selbst wenn die Winkel α1, α2 der Kegelflächen 11, 12 bezüglich dem Sitzdurchgang 7 in
einem größeren Winkel
eingerichtet werden. Besonders wenn dünnflüssiger Kraftstoff verwendet
wird, kann der Einschränkungseffekt
der Abnutzung der Sitzfläche 7a und
des Sitzelements 10 abgeschätzt werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Gruppe
von Mikrodurchtritten 6a, 6b zum Sackloch 8 längsseitig
im Wesentlichen auf einer gedachten Ebene angeordnet, welche eine
Mittelachse des Düsenkörpers 2 beinhaltet.
Dieser Aufbau ermöglicht ein
kompaktes Sackloch 8. Darüber hinaus kann eine Gruppe
von Mikrodurchtritten aus mehr als drei Mikrodurchtritten aufgebaut
sein. Dennoch, wenn Raum verfügbar
ist kann die Gruppe von Mikrodurchtritten 6a, 6b längsseitig
im Wesentlich auf einer gedachten Kegelfläche angeordnet sein, deren
Kegelspitze auf der Mittelachse des Düsenkörpers 1 liegt.
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Das Sitzelement 10 hat die
Breite L zum Berühren
der Sitzfläche 7a durch
Flächenkontakt.
Dennoch ist der Kontakt zwischen den Flächen nicht notwendigerweise
erforderlich, so dass das Sitzelement 10 so geformt sein
kann, dass es die Sitzfläche 7a durch
einen Linienkontakt berührt,
der nicht die Breite L hat.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein oberer Abschnitt der Düse 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels
ist in 3 dargestellt.
Dies ist ein Beispiel einer Düse,
die einen Einspritzdurchtritt 6 hat, dessen Einlass zu
einer Sitzfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 öffnet.
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Ähnlich
zum ersten Ausführungsbeispiel
hat der Einspritzdurchtritt 6 eine Gruppe eines ersten Einspritz-Mikrodurchtritts 6a und
eines zweiten Einspritz-Mikrodurchtritts 6b.
Die Mittelachsen der ersten und zweiten Mikrodurchtritte 6a, 6b sind
längsseitig
im Wesentlichen auf einer gedachten Kegelfläche angeordnet, deren Kegelspitze
auf der Mittelachse eines Kegelkörpers 2 liegt.
Eine Vielzahl von Gruppen der Mikrodurchtritte 6a, 6b erstrecken
sich vom Sitzdurchgang 7 fast radial von der Mittelachse
des Düsenkörpers 2.
Jeder der ersten und zweiten Mikrodurchtritte 6a, 6b verjüngt sich
von einem Einlass, der sich zum Sitzdurchgang 7 öffnet zu
einem Auslass, der sich zu einer Außenfläche am Ende des Düsenkörpers 2 öffnet.
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Der Endabschnitt der Nadel 3 hat
ein Sitzelement 10, das auf einer Sitzfläche 7a des
Sitzdurchgangs 7 aufliegt. Die Oberfläche des Sitzelements 10 ist
stromabwärts
von einer ersten Kegelfläche 11 und stromaufwärts von
einer zweiten Kegelfläche 12 angeordnet.
Darüber
hinaus grenzt eine dritte Kegelfläche 13 an die zweite
Kegelfläche 12 als
eine obere Endfläche.
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Die erste Kegelfläche 11 ist bezüglich der Sitzfläche 7a in
einem Winkel a1 abgewinkelt. Der Winkel a1 wird ähnlich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels
gesetzt, in einen Bereich von 7,5 Grad < α1 (z.B. 15 Grad) ≤ 20 Grad,
eingerichtet. Ein Winkel a2 zwischen der zweiten Kegelfläche 12 und
der Sitzfläche 7a ist
klein verglichen mit dem des ersten Ausführungsbeispiels zum Verringern
einer Kraftstoffentweichung durch die Mikrodurchtritte 6a, 6b,
wenn die Nadel 3 in einen Schließzustand geschoben wird.
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Im Gegensatz dazu ist ein Winkel
a3 zwischen der dritten Kegelfläche 13 und
der Sitzfläche 7a größer als
der obige Winkel a2 zum Verringern der Geschwindigkeit der Kraftstoffströmung. Dadurch wird
die Geschwindigkeit der Kraftstoffströmung verringert und der Kraftstoff,
der einmal in das Sackloch 8 einströmt kann leicht zu den Mikrodurchtritten 6a, 6b zurückkehren.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann das Sackloch 8 durch
die Anordnung der Mikrodurchtritte im Sitzdurchgang 7 klein
sein, so dass ein Totvolumen, während
die Nadel 3 in einem Schließzustand ist, verringert wird.
Darüber
hinaus, während
die Nadel 3 in einem Schließzustand ist, werden die Einlässe der
Mikrodurchtritte 6a, 6b fast durch die zweiten Kegelflächen 12 der
Nadel 3 versperrt, dadurch wird die Kraftstoffentweichung
bedeutend verringert. Diese Effekte sind zusätzlich zu den Effekten des
ersten Ausführungsbeispiels
erreichbar.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Gruppe
von Mikrodurchtritten längsseitig
im Wesentlichen auf einer gedachten Kegelfläche angeordnet, deren Kegelspitze
auf der Mittelachse des Düsenkörpers liegt.
Dadurch wird keine Druckdifferenz zwischen den ersten und zweiten
Mikrodurchtritten (6a, 6b) erzeugt. Deshalb bleiben
die Kraftstoffmengen, welche in die entsprechenden Mikrodurchtritte 6a, 6b einströmen, gleich
und eine Kraftstoffgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den ersten
und zweiten Mikrodurchtritten (6a, 6b) wird kaum
erzeugt. Infolgedessen kann eine korrekte Zerstäubung der Kraftstoffeinspritzung
erreicht werden, ohne eine unsymmetrische Zerstäubung auszubilden.
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Hierbei kann sogar im zweiten Ausführungsbeispiel,
die Gruppe von Mikrodurchtritten 6a, 6b längsseitig
im Wesentlichen auf einer gedachten Ebene angeordnet werden, welche
die Mittelachse des Düsenkörpers 2 beinhaltet,
während
aufrechterhalten wird, dass der Winkel α1 größer als
jener vom Stand der Technik ist und aufrechterhalten wird, dass der
Sitzwinkel ß kleiner als jener vom Stand der Technik ist.
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Der Düsenkörper 2 der Kraftstoffeinspritzdüse 1 hat
eine Gruppe von Mikrodurchtritten 6a, 6b zum Einspritzen
von Kraftstoff. Die Mikrodurchtritte in der Gruppe sind längsseitig
auf einer gedachten Ebene angeordnet, welche eine Achse des Düsenkörpers 2 beinhaltet.
Die Mikrodurchtritte 6a, 6b verjüngen sich
von der Innenseite zur Außenseite
des Düsenkörpers 2.
Eine Nadel 3 der Düse 1 hat,
stromaufwärts
nach stromabwärts
betrachtet, das Sitzelement 10, die erste Kegelfläche 11 und
die zweite Kegelfläche 12.
Das Sitzelement 10 liegt auf einer Sitzfläche 7a innerhalb
des Düsenkörpers 2 auf.
Die Kegelflächen
sind bezüglich
der Sitzfläche 7a in
den Winkeln α1, α2 abgewinkelt, die größer sind
als jene des Stands der Technik. Dieser Aufbau verringert die Geschwindigkeit
von Kraftstoff entlang der Sitzfläche 7a. Gasförmiger Brennstoff
aufgrund von Kavitation wird dabei verringert, um die Verminderung
der Einspritzmenge zu verhindern.