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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff
in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Ein
Kraftstoffinjektor mit einem Düsenkörper, in
dem ein Einspritzventilglied in zwei Führungen geführt ist, ist z. B. aus DE-T
691 04 525 bekannt. Bei dem hier offenbarten Kraftstoffinjektor
wird das Einspritzventilglied in einer ersten Führung, die auf der den Einspritzöffnungen
abgewandten Seite des Einspritzventilgliedes ausgebildet ist, geführt. Die
axiale Erstreckung dieser Führung
ist dabei wesentlich länger
als der Durchmesser des Einspritzventilgliedes. An der der Einspritzöffnung zugewandten
Seite ist das Einspritzventilglied in einer zweiten Führung geführt, deren
Länge etwa
dem Durchmesser des Einspritzventilgliedes entspricht. Aufgabe dieser
Führung
ist jedoch nicht nur die Führung
des Einspritzventilgliedes, sondern das Zumessen einer vorbestimmten
Kraftstoffmenge zum Einspritzen in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.
Hierzu sind im unteren Führungsbereich
Freiflächen
ausgebildet, oberhalb derer sich ein Zumessring am Einspritzventilglied
befindet, welcher in die Führung
einführbar
ist und so den Kraftstofffluss in Richtung der Einspritzöffnung beendet.
Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffinjektors
ist insbesondere die lange obere Führung des Einspritzventilgliedes.
Hierdurch ist eine hochpräzise
Fertigung erforderlich, um eine Schrägstellung der Nadel zu vermeiden.
Diese Schrägstellung,
auch Desaxierung genannt, führt
zu einer unregelmäßigen Strahlausbildung
des in den Brennraum einzuspritzenden Kraftstoffes und beeinflusst
hierdurch auch die Emission der Verbrennungskraftmaschine negativ.
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Offenbarung
der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildeter
Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer
Verbrennungskraftmaschine umfasst ein Einspritzventilglied, welches mindestens
eine Einspritzöffnung
freigibt oder verschließt
und welches in zwei Führungen
in einem Gehäuse
des Injektors geführt ist.
Dabei ist eine Führung
an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite des
Gehäuses
und die zweite Führung
an der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite des
Gehäuses
angeordnet. Das Verhältnis
der Länge
der Führung,
die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite angeordnet
ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung liegt im Bereich von
0,5 bis 2, und das Verhältnis
der Länge
der Führung,
die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite angeordnet
ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung im Bereich von 0,25 bis
1.
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Bevorzugt
liegt das Verhältnis
der Länge
der Führung,
die an der der mindestens einen Einspritzöffnung abgewandten Seite angeordnet
ist, bezogen auf den Durchmesser der Führung im Bereich von 0,5 bis
1. Das Verhältnis
der Länge
der Führung,
die auf der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite angeordnet
ist, bezogen auf den Durchmesser liegt vorzugsweise im Bereich von
0,5 bis 0,75.
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Durch
die an den jeweils gegenüberliegenden
Enden des Einspritzventilgliedes angeordneten Führungen, deren Länge kleiner
ist als der Durchmesser des Einspritzventilgliedes erfolgt eine
verbesserte Führung
des Einspritzventilgliedes im Vergleich zur Führung des Einspritzventilgliedes,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Durch die zwei auseinander
liebenden kurzen Führungen
wird die Schrägstellung
des Einspritzventilgliedes, d. h. die Desaxierung, im Düsensitz
minimiert. Diese Minimierung erfolgt dabei sowohl im statischen
als auch im dynamischen Zustand. Dabei tritt der statische Zustand
bei Stillstand der Verbrennungskraftmaschine und der dynamische
Zustand im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ein. Bei Stillstand
der Verbrennungskraftmaschine steht das Einspritzventilglied in seinem
Sitz, um so die mindestens eine Einspritzöffnung zu verschließen, über welche
der Kraftstoff bei laufender Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum
eingespritzt wird. Bei laufender Verbrennungskraftmaschine hebt
sich das Einspritzventilglied entsprechend der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine,
um dem Brennraum den benötigten
Kraftstoff zuzuführen.
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Um
ein Schleifen der Führung,
die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandeten Seite des
Einspritzventilgliedes angeordnet ist, zu ermöglichen, ist zwischen der Führung und
dem Sitz, in welchen das Einspritzventilglied gestellt werden kann,
um die mindestens eine Einspritzöffnung
zu verschließen,
in einer ersten Ausführungsform
ein Freistich im Injektorgehäuse
ausgebildet.
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In
einer zweiten Ausführungsform öffnet sich das
Injektorgehäuse
in Form eines Stufenrückzuges vom
Ventilsitz zur ersten Führung
hin. Die erste Führung
schließt
sich direkt an den Stufenrückzug
an.
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Das
Verhältnis
des Abstandes zwischen dem Sitz, in welchen das Einspritzventilglied
gestellt werden kann, um die mindestens eine Einspritzöffnung zu
verschließen,
und der Führung,
die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten Seite des
Einspritzventilgliedes angeordnet ist, bezogen auf den Durchmesser
der Führung,
liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 2. Insbesondere liegt das Verhältnis des
Abstandes zum Durchmesser der Führung
im Bereich von 1 bis 1,5.
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Das
Verhältnis
des Abstandes zwischen den Führungen
bezogen auf den Durchmesser der Führung liegt vorzugsweise im
Bereich von 2 bis 5, insbesondere im Bereich von 3,25 bis 3,75.
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Beim
Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird unter hohem Druck stehender
Kraftstoff in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
Dieser wird in einem Druckraum bereitgestellt, der zwischen der
Führung
des Einspritzventilgliedes, die an der der mindestens einen Einspritzöffnung zugewandten
Seite des Einspritzventilgliedes ausgebildet ist, und dem Sitz des
Einspritzventilgliedes ausgebildet. Um den Druckraum mit unter Systemdruck
stehendem Kraftstoff zu befüllen,
sind am Einspritzventilglied im Bereich der Führungen Freiflächen ausgebildet.
Der Kraftstoff strömt
entlang der Freiflächen
in den Druckraum ein. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass
zur Führung
des Einspritzventilgliedes Rippen im Injektorgehäuse ausgebildet sind. Die Rippen
können
z. B. in axialer Richtung oder schneckenförmig im Injektorgehäuse verlaufen.
Der Kraftstoff kann dann in den Räumen zwischen den einzelnen
Rippen in Richtung des Druckraumes strömen. In diesem Fall ist es nicht
notwendig, am Einspritzventilglied Freiflächen auszubilden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
unteren Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors gemäß dem Stand
der Technik,
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2 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
unteren Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors,
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3 einen
erfindungsgemäß ausgebildeten
unteren Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors in einer zweiten Ausführungsform und
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4 einen
erfindungsgemäß ausgeführten unteren
Abschnitt eines Kraftstoffinjektors mit darin geführtem Einspritzventilglied.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
einen unteren Gehäuseabschnitt eines
Kraftstoffinjektors gemäß dem Stand
der Technik.
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Ein
unterer Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors umfasst ein unteres Gehäuseteil 1,
in welchem eine erste Führung 3 und
eine zweite Führung 5 für ein hier
nicht dargestelltes Einspritzventilglied ausgebildet sind. Die erste
Führung 3 ist
an der Seite ausgebildet, die mindestens einer Einspritzöffnung 7 zugewandt
ist. Die zweite Führung 5 ist
an der der mindestens einen Einspritzöffnung 7 abgewandeten Seite
angeordnet. Gemäß der Ausführungsform,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist die zweite Führung 5 im
Vergleich zum Durchmesser des Einspritzventilgliedes in einer großen Länge gefertigt. Die
vergleichsweise große
Länge der
zweiten Führung 5 erfordert
eine hochpräzise
Fertigung, um eine Desaxierung des Einspritzventilgliedes zu vermeiden.
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Zwischen
der ersten Führung 3 und
der zweiten Führung 5 ist
ein erster Freistich 9 ausgebildet. Die Länge des
ersten Freistiches 9, hier mit Bezugszeichen 11 gekennzeichnet,
entspricht dabei im Wesentlichen der Länge der zweiten Führung 5,
die hier mit Bezugszeichen 13 bezeichnet ist.
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Im
Bereich zwischen einem Ventilsitz 15, in den das Einspritzventilglied
gestellt wird, um die mindestens eine Einspritzöffnung 7 zu verschließen, und der
ersten Führung 3 ist
ein zweiter Freistich 17 ausgebildet. Durch die Position
der ersten Führung 3 relativ
dicht zur zweiten Führung 5 ergibt
sich ein großer
Abstand 19 zwischen der ersten Führung 3 und dem Ventilsitz 15.
Hieraus ergibt sich, dass das Einspritzventilglied über einen
langen Be reich zwischen der ersten Führung 3 und dem Ventilsitz 15 nicht
geführt
wird. In diesem Bereich kann es zu einer Desaxierung und damit zu
unsauberem Öffnen
und Schließen
des Einspritzventilgliedes kommen.
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Ein
weiterer Nachteil der langen zweiten Führung 5, wie sie aus
dem Stand der Technik bekannt ist, ist, dass sich z. B. Fertigungsungenauigkeiten
am Einspritzventilglied direkt auf die Stellung des Einspritzventilgliedes
im unteren Gehäuseteil 1 auswirken.
Ebenso wirken sich Formunterschiede der Führungen, wie sie z. B. durch
Fertigungsprozesse entstehen können,
auf die Stellung des Einspritzventilgliedes im unteren Gehäuseteil 1 aus.
Solche Formunterschiede sind z. B. konische oder tonnenförmige Verformungen
der Führungen 3, 5.
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In 2 ist
ein erfindungsgemäß ausgebildeter
unterer Abschnitt eines Kraftstoffinjektors dargestellt.
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Auch
bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten
unteren Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors umfasst dieser ein unteres Gehäuseteil 1.
Erfindungsgemäß sind im
unteren Gehäuseteil 1 eine erste
Führung 21 und
eine zweite Führung 23 ausgebildet.
In den Führungen 21, 23 wird
ein in 2 ebenfalls nicht dargestelltes Einspritzventilglied
geführt.
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Im
Unterschied zu der aus dem Stand der Technik und in 1 dargestellten
Ausführungsform sind
die erste Führung 21 und
die zweite Führung 23 kürzer ausgeführt. Die
Länge der
ersten Führung 21 ist
mit Bezugszeichen 25 und der Durchmesser der ersten Führung 21 mit
Bezugszeichen 27 bezeichnet. Erfindungsgemäß liegt
das Verhältnis
von Länge 25 der
ersten Führung 21 zum
Durchmesser 27 der ersten Führung 21 im Bereich
von 0,25 bis 1. Bevorzugt liegt das Verhältnis im Bereich von 0,5 bis
0,75.
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Mit
Bezugszeichen 29 ist die Länge der zweiten Führung 23 bezeichnet.
Der Durchmesser der zweiten Führung 23 hat
das Bezugszeichen 31. Das Verhältnis der Länge 29 der zweiten
Führung 23 zum Durchmesser 31 der
zweiten Führung 23 liegt
erfindungsgemäß im Bereich
von 0,5 bis 2. Bevorzugt liegt das Verhältnis von Länge der zweiten Führung 23 zum
Durchmesser der zweiten Führung 23 im
Bereich von 0,5 bis 1.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind der Durchmesser 27 der ersten Führung 21 und der Durchmesser 31 der
zweiten Führung 23 gleich
groß.
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Um
eine eventuell auftretende Desaxierung des Einspritzventilgliedes
ausgleichen zu können und
so eine konstantere Strahlausbildung des Kraftstoffes durch die
Einspritzöffnung 7 zu
erzielen, ist die erste Führung 21 dichter
am Ventilsitz 15 platziert als dies bei einem Kraftstoffiinjektor
gemäß dem Stand
der Technik der Fall ist. Durch die konstantere Strahlausbildung
des Kraftstoffes durch die Einspritzöffnung 7 in den Brennraum
der Verbrennungskraftmaschine erfolgt eine gleichmäßigere Verbrennung des
Kraftstoffes und somit auch eine niedrigere Emission. Ein weiterer
Vorteil, dass der Abstand 33 zwischen der ersten Führung 21 und
dem Ventilsitz 15 erfindungsgemäß kleiner ausgeführt wird
als der Abstand 19 zwischen erster Führung 3 und Ventilsitz 15 gemäß dem Stand
der Technik, ist, dass der Verschleiß am Einspritzventilglied und
an der zweiten Führung 23 reduziert
werden kann. Eine Verschleißreduzierung
an der zweiten Führung 23 ergibt
sich dadurch, dass der Abstand zwischen der ersten Führung 21 und
der zweiten Führung 23,
der durch einen Freistich 35 zwischen der ersten Führung 21 und
der zweiten Führung 23 gebildet
wird, größer ist
als die Länge 11 des
ersten Freistiches 9 gemäß dem Stand der Technik. Hierdurch
steht ein längerer
Weg zur Verfügung,
auf dem das Einspritzventilglied ausgerichtet werden kann. Hierdurch
wirken geringere radiale Kräfte
auf die zweite Führung 23.
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Zwischen
der ersten Führung 21 und
dem Ventilsitz 15 ist ein zweiter Freistich 37 ausgebildet. Der
zweite Freistich 37 wird benötigt, um die erste Führung 21 innerhalb
der vorgegebenen Toleranzen durch Schleifen fertigen zu können.
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3 zeigt
einen erfindungsgemäß ausgebildeten
unteren Gehäuseabschnitt
eines Kraftstoffinjektors in einer zweiten Ausführungsform.
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Die
in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich
von der in 2 dargestellten Ausführungsform
durch die Position der ersten Führung 21.
Hierzu öffnet
sich das untere Gehäuseteil 1 vom
Ventilsitz 15 in Form eines Stufenrückzuges 38 zur ersten
Führung 21 hin.
Durch den Stufenrückzug 38 ist
es nicht erforderlich, den zweiten Freistich 37 auszubilden.
Aus diesem Grund kann die erste Führung 21 näher am Ventilsitz 15 ausgebildet
werden als in der in 2 dargestellten Ausführungsform.
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Das
Verhältnis
der Länge 25 der
ersten Führung 21 zum
Durchmesser 27 der ersten Führung 21 liegt auch
bei der in 3 dargestellten Ausführungsform
im Bereich von 0,25 bis 1, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,75.
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Die
Position der zweiten Führung 23 und
das Verhältnis
der Länge 29 zum
Durchmesser 31 der zweiten Führung 23 entspricht
der in 2 dargestellten Ausführungsform.
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4 zeigt
einen unteren Gehäuseabschnitt eines
Kraftstoffinjektors mit darin geführtem Einspritzventilglied.
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Das
untere Gehäuseteil 1 ist
wie in 2 dargestellt aufgebaut. In der in 4 dargestellten Position
steht das Einspritzventilglied 39 mit einer Dichtkante 41 im
Ventilsitz 15 und verschließt so die mindestens eine Einspritzöffnung 7.
Aus der Darstellung gemäß 4 ist
zu erkennen, dass der zweite Freistich 37 Teil eines Düsenraumes 43 ist,
der zwischen der ersten Führung 21 und
dem Ventilsitz 15 ausgebildet ist. Im Düsenraum 43 befindet
sich bei verschlossener Einspritzöffnung 7 unter Systemdruck
stehender Kraftstoff. Sobald sich das Einspritzglied 39 mit
der Dichtkante 41 aus dem Ventilsitz 15 hebt und
so die mindestens eine Einspritzöffnung 7 freigibt,
strömt
der im Düsenraum 41 unter
Systemdruck stehende Kraftstoff durch die mindestens eine Einspritzöffnung 7 in
den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.
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Am
Einspritzventilglied 39 sind Freiflächen 45 ausgebildet,
durch welche im Bereich der ersten Führung 21 und der zweiten
Führung 23 ein
Kanal gebildet wird, durch den Kraftstoff zum Düsenraum 43 strömen kann.
Der Kraftstoff strömt
aus einem Federraum 47, der einen zapfenförmigen Fortsatz 49 des
Einspritzventilgliedes 39 umschließt, entlang der Freiflächen 45 in
den Düsenraum 43.
Der Federraum 47 ist mit einem Kraftstoffzulauf, hier nicht
dargestellt, verbunden. Aus dem Kraftstoffzulauf wird Kraftstoff
z. B. aus einem Hochdruckspeicher eines Common-Rail-Systems dem
Kraftstoffinjektor zugeführt.
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Der
zapfenförmige
Fortsatz 49 am Einspritzventilglied 39 dient zur
Stabilisierung eines hier nicht dargestellten Federelementes, welches
den zapfenförmigen
Fortsatz 49 umschließt.
Durch den zapfenförmigen
Fortsatz 49 wird vermieden, dass das hier nicht dargestellte
Federelement durch die darauf ausgeübte Druckkraft abknickt. Das
Federelement ist im Allgemeinen eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder.
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Da
durch den Freistich 35 zwischen der ersten Führung 21 und
der zweiten Führung 23 ein
Ringraum um das Einspritzventilglied 39 gebildet wird, ist
es nicht erforderlich, die Freiflächen 45, wie in 3 dargestellt, über die
gesamte Länge
des Einspritzventilgliedes 39 auszubilden. Es ist ausreichend,
wenn jeweils eine Freifläche
im Bereich der ersten Führung 21 und
eine zweite Freifläche
im Bereich der zweiten Führung 23 vorgesehen
sind. Der Kraftstoff strömt
dann entlang der Freifläche
im Bereich der zweiten Führung 23 in
den durch den Freistich 35 gebildeten Ringraum und von
dort weiter entlang der Freifläche
im Bereich der ersten Führung 21 in
den Düsenraum 43.
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Die
Länge des
Freistichs 35 ist hier mit Bezugszeichen 51 bezeichnet.
Die Länge 51 des
Freistichs 35 ist vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis der
Länge 51 des
Freistichs 35 bezogen auf den Durchmesser 27 der
ersten Führung 21 im
Bereich von 2 bis 5 liegt.
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Besonders
bevorzugt liegt das Verhältnis
der Länge 51 des
Freistichs 35 bezogen auf den Durchmesser 27 der
ersten Führung 21 im
Bereich von 3,25 bis 3,75.
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Anstelle
der in den 2 und 3 dargestellten
Führungen
ist es auch möglich,
im unteren Gehäuseteil 1 im
Bereich der Führungen 21 und 23 Rippen
auszubilden, in denen das Einspritzventilglied 39 geführt ist.
Die Rippen sind vorzugsweise in axialer Richtung ausgerichtet. Es
ist jedoch auch möglich,
die Rippen z. B. schneckenförmig,
wie ein Gewinde, im unteren Gehäuseteil 1 auszubilden. Wenn
die Führungen 21 und 23 in
Form von Rippen ausgebildet sind, ist es nicht erforderlich, die
Freiflächen 45 am
Einspritzventilglied 39 vorzusehen, da der Kraftstoff dann
zwischen den Rippen der Führungen
vom Federraum 47 in den durch den Freistich 35 gebildeten
Ringraum und von dort in den Düsenraum 43 strömen kann.