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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil fur eine
Brennkraftmaschine, das Ventil der bekannten Art umfaßt hierbei
einen Ventilkörper, welcher einen geformten Ventilkopf mit einer
Spruhbohrung besitzt, einer sich von einer Stirnfläche des
Ventilkörpers bis zu dem Ventilkopf ausbreitenden Bohrung, welche einen
ersten und zweiten Bereich, verbunden durch einen hinterschnittenen
Bereich aufweist, wobei sich der erste Bereich von der Stirnfläche
her erstreckt und einer Kraftstoffzuführung mit einem ersten und
zweiten Kraftstoffdurchlaßbereich, der erste Kraftstoffdurchlaß
verläuft gerade und erstreckt sich von einer Einlauföffnung in der
Stirnfläche und der zweite Kraftstoffdurchladbereich erstreckt sich
ausgehend von dem hinterschnittenen Bohrungsbereich bis zum Kreuzen
des ersten Kraftstoffdurchlaßbereiches, wobei der Kreuzungsbereich
den durch die Stirnfläche geschlossenen Bereich des zweiten
Kraftstoffdurchlabbereiches mitumfaßt.
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In einem Kraftstoffeinspritzventil ist eine Einspritzventilnadel im
Innern des Ventilkörpers gleitend gelagert, ein zylindrisches
Teilstuck der Ventilnadel bildet mit dem ersten Bohrungsbereich im
Innern eine dichtschließende Gleitpassung und ein reduzierter
Durchmesserbereich der Ventilnadel erstreckt sich im Innern des zweiten
Bohrungsbereiches. Das Ende des reduzierten Durchmesserbereiches
sitzt in einer geschlossenen Position vom Ventil auf einer im
Ventilkörper geformten Ventillagerfläche, um einen Zugang von
Kraftstoff von dem zweiten Bereich der Bonrung zu einem oder mehreren
geformten Sprühbohrungen im Kopfbereich des Ventilkörpers zu
verhindern.
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In einem konventionellen Ventil ist der erste
Kraftstoffdurchlaßbereich durch eine Bohrung von einem versetzten Punkt auf der
Stirnfläche des Ventilkörpers ausgehend hergestellt, welche sich unter
einem kleinen Winkel zur Bohrachse so erstreckt, daß der
hinterschnittene Bereich der Bohrung geöffnet wird.
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Der hinterschnittene Bereich muß vorher einen tiefen ringförmigen
Ansatz oder eine Kraftstoffkammer in der inneren Wand enthalten.
Als Folge eines solchen Konstruktionsverfahrens ist es nicht
möglich, eine ausreichende Dicke der Metallwand des Ventilkörper,
besonders bei dem Steg zwischem dem Kraftstoffdurchlaß und dem
hinterschnittenen Bohrungsbereich und der Kraftstoffkammer, zu
erhalten, um sicher zu stellen, daß das Ventil für den maximal
auftretenden Kraftstoffdruck eine ausreichende Stabilität aufweist, weil
gleichzeitig ein ausreichender Kraftstoffdurchflußquerschnitt für
die Bohrungsverbindung mit der Kraftstoffkammer sichergestellt sein
muß.
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Es wäre im Prinzip möglich durch Vergrößerung der gesamten
physikalischen Dimension die Bruchfestigkeit des Ventilkörpers zu erhöhen.
Es besteht jedoch, das Bedürfnis dieselben äusseren
Dimensionierungen wie bei den bekannten Einspritzventilkörpern beizubehalten
um einerseits eine Standardgröße von passenden Ventilen und
andererseits die vorteilhaften kompakten Dimensionen zu erhalten.
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Die GB 2 173 856 zeigt ein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil, in
welchem die Anforderungen fur einen tiefen hinterschnittenen
Bohrungsbereich vermieden wurden. In diesem Ventil ist ein zweiter
Kraftstoffdurchlaßbereich oder eine Kraftstoffauffangkammer aus ei
nem exzentrischen radialen Ansatz des hinterschnittenen
Bohrungsbereiches geformt. Der erste Kraftstoffanschlußbereich dehnt sich von
der Stirnfläche ausgehend unter einem kleinen Winkel zur
Bohrungsachse aus und öffnet sich in die radiale Außenfläche von der
Kraftstoffauffangkammer und somit in den hinterschnittenen
Bohrungsbereich. Der Materialsteg zwiscnen dem ersten
Kraftstoffdurchlaßbereich und dem ersten Bonrungsbereich und dem hinterschnittenen
Bohrungsbereich ist somit breiter und verstärkt ausgeführt. Seit aber
die radiale Außenfläche von der Kraftstoffauffangkammer parallel
zur Bohrachse verläuft und der erste Kraftstoffdurchlaßbereich sich
in diese Außenfläche unter einem kleinen Winkel öffnet, ist der
dünne Materialsteg zwischen dem ersten Kraftstoffdurchlaßbereich
und der Auffangkammer vorgegeben. Während der Ventilbetätigung
besteht die Möglichkeit, daß dieser dünne Materialsteg bricht und zu
einer Zerstörung des Ventiles führt.
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Die US 3,511,440, welche die Basis für den Oberbegriff von Anspruch
1 bildet, beschreibt einen Kraftstoffeinspritzventilkörper mit
einer Konstruktion des Kraftstoffdurchlasses ähnlich wie dem in der
GB 2 173 856 beschriebenen, in welchem aber der exzentrische
radiale Ansatz oder der zweite Kraftstoffdurchlaßbereich einen konkav
gekrümmten Raum, ausgehend von dem hinterschliffenen
Bohrungsbereich, umfaßt. Ein gerade gebohrter erster
Kraftstoffdurchlaßbereich geht von der Stirnfläche des Ventilkörpers aus und
durchkreuzt den Bereich des zweiten Kraftstoffdurchlaßes in der Nähe der
Stirnfläche des Ventilkörpers. Die Ausbildung eines spitzen Steges
zwischen dem ersten und zweiten Kraftstoffdurchlaßbereich wird
somit vermieden.
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Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Schaffung eines
Kraftstoffeinspritzventilkörpers auf, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
der zweite Kraftstoffdurchlaßbereich von dem hinterschnittenen
Bohrungsbereich ausgehend von innen hergestellt wird und einen
kreisförmigen Durchmesser und eine gleiche Querschnittsfläche wie
der erste Durchlaßbereich aufweist.
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Dies verhindert die Ausbildung eines übrigbleibenden dünnen Steges,
welcher im Kreuzungsbereich des ersten und zweiten
Kraftstoffdurchlasses liegt und leicht brechen könnte.
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Entweder der erste oder der zweite Kraftstoffdurchlaßbereich muß
zuerst hergestellt werden. Falls, der zweite
Kraftstoffdurchlaßbereich durch EDM oder ECM hergestellt wird, dann ist es vorteilhaft,
wenn die Herstellung nach der Bohrung des ersten
Kraftstoffdurchlaßbereiches erfolgt, weil EDM und ECM die Bildung von einem
Bohrgrad verhindern und einen existierenden Bohrgrad beseitigen können.
Die Öffnung des ersten Kraftstoffdurchlaßbereiches zu dem zweiten
Kraftstoffdurchlaßbereich erfordert somit keine andere
Entgratungsmethode.
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Falls, eine Entgratung oder zusätzliche Rundung des
Kreuzungspunktes der Kraftstofßdurchlaßbereiche erforderlich wird, muß die
herkömmliche Entgratungsmethode, ein Durchdrücken einer Polierpaste
durch den Kraftstoffeinspritz- und Bohrungsbereich, angewendet
werden.
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Die zentrale Bohrung des Kraftstoffeinspritzventilkörpers,
entsprechend der Erfindung hergestellt, wird als erste konventionell
gefertigt, der hinterschnittene Bereich benötigt nur eine ausreichend
abgesetzte Tiefe, damit nachträglich ein Schleifen oder Polieren
des ersten Bohrungsbereiches zur Herstellung einer dichten Passung
mit der Ventilnadel möglich ist. Der zweite
Kraftstoffdurchlaßbereich kann dann radial in die Richtung des ersten
Kraftstoffdurchlaßbereiches durch eines der anwendbaren Verfahren einschließlich
der Polierbearbeitung, elektrochemischen Bearbeitung (ECM) oder
elektrischen Entladungsbearbeitung (ECM) verlängert werden. Der
erste Kraftstoffdurchlaßbereich selbst kann durch eine Bohrung
hergestellt werden.
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In dem Ventilkörper entsprechend der Erfindung ist die Benutzung
eines zweiten Kraftstoffdurchlaßbereiches mit einem kleineren
Durchmesser als z. B. der konkav gekrümmte Raum der bekannten Art
vorgesehen, um die Bruchfestigkeit des Ventilkörpers zu erhöhen,
weil einerseits nur eine kleinere Menge Material von der
Ventilkörperwand entfernt werden muß und andererseits die Dicke der
Versteifung zwischen dem ersten Kraftstoffdurchlaßbereich und dem ersten
Bohrumgsbereich erhöht werden kann.
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Der Durchmesser des hinterschnittenen Bohrungsbereiches kann ebenso
vorteilhaft gegenüber konventionellen Ventilkörpern verkleinert
werden. Das Ergebnis ist eine verbesserte Bruchfestigkeit und eine
vorteilhafte Erhöhung des Kraftstoffabgabedruckes, wie er in
modernen Motoren erforderlich ist.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Verbesserungen der Erfindung
sind in den abhängigen Ansprüchen definiert
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand von Beispielen in
zugehörigen Zeichnungen erläutert.
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Es zeigt:
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Figur 1 einen Achsialschnitt eines
Kraftstoffeinspritzventils nach dem Stand der Technik mit einem radial
verlängerten hinterschnittenen Bohrungsbereich und
einem geneigten Kraftstoffdurchlaß,
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Figur 2 einen radialen Schnitt entlang der Verbindungslinie
II-II gemäß Figur 1,
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Figur 3 eine Kraftstoffnadel für das Einspritzventil gemäß
Figur 1 und 2 oder 4a und 5 oder 4b,
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Figur 4a einen Achsialschnitt eines
Kraftstoffeinspritzventils mit einem hinterschnittenen Bohrungsbereich
durch einen radial angeordneten achsial geneigten
zweiten Kraftstoffdurchlaß,
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Figur 4b einen Achsialschnitt eines
Kraftstoffeinspritzventils mit einem hinterschnittenen Bohrungsbereich
durch einen zweiten radial angeordneten
Kraftstoffdurchlaß,
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Figur 5 einen radialen Schnitt entlang der Verbindungslinie
V-V in Figur 4a,
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Figur 6 eine Elektrode für die Herstellung des zweiten
Kraftstoffdurchlasses
durch EDM gemäß Ausführung nach
Figur 4a und 5 und
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Figur 7 einen Längsschnitt einer Elektrode für die
Herstellung des zweiten Kraftstoffdurchlasses durch ECM
oder EDM gemäß der Ausführung nach Figur 4a und 5.
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Das Kraftstoffeinspritzventil der bekannten Art ist in Figur 1 und
2 dargestellt und für die Verwendung in einem Motor mit
Selbstzündung, vorgesehen. Das Kraftstoffeinlaßventil umfaßt einen
Ventilkörper 1 in der Form eines Drehkörpers mit einem relativ großen
Durchmesser am oberen Ende 2, einen mittleren Durchmesser im
Teilbereich 3 und einen geformten Ventilbereich 4 mit einem weiterhin
reduzierten Durchmesser, endend im Ventilkopf 5.
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Eine Achsialbohrung erstreckt sich von der Öffnung 7 in der freien
Stirnfläche 8 vom oberen Ventlkörper 2 bis zum Ventilkopf 5. Im
Inneren der Bohrung kann die in Figur 3 gezeigte Ventilnadel 9
montiert werden, welche ein zylindrisches Teilstück 11 aufweist, das
eine sehr dichte Gleitpassung mit dem ersten Bohrungsbereich 12
bildet, ausgehend von der Öffnung 7 bis zum hinterschnittenen
Bohrungsbereich 13, welcher durch eine Erweiterung der Bohrung
entstanden ist. Das restliche Teilstück 14 der Ventilnadel 9 weist
einen reduzierten Durchmesser auf und erstreckt sich durch den
zweiten Bohrungsbereich 15 im Innern der Ventilbereiche 3 und 4, endend
im Ventilkopf, der durch eine erste und zweite kegelförmige Fläche
16 und 17 geformt ist, der Berührungspunkt dieser beiden Flächen
sitzt auf einer kegelförmigen Ventillagerfläche 18 des Ventilk
orpers 1.
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Die Ventilnadel 9 ist rückfedernd gelagert, beispielsweise durch
eine starke Feder und wird durch die achsiale Druckkraft der Feder
auf dem Zapfen 19 am Ende der Ventilnadel 9 in eine geschlossene
Position hineingedrückt, in welcher die Ventilnadel auf der
Ventillagerfläche
18 sitzt, so daß der Zugang des Freiraumes zwischen dem
Ventilnadeteilstück 14 und dem zweiten Bohrungsbereich 15 zu der
Kraftstoffsprühbohrung 20 geschlossen ist.
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Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 1 über den
Eingang 22 und einem ersten Kraftstoffdurchlaßbereich 24 zugeführt,
welcher sich von der Stirnfläche 8 bis zur inneren Wand des
Ventilkörpers erstreckt. Der erste Kraftstoffdurchlaßbereich 24 geht in
einen zweiten Kraftstoffdurchlaßbereich oder in einen Ansatz 26 des
hinterschnittenen Bohrungsbereiches über. Wenn unter Druck einer
Kraftstoffpumpe stehender Kraftstoff dem Ventil zugeführt wird,
wirkt der Kraftstoffdruck in dem hinterschnittenen Bereich 13 auf
eine ringförmige Fläche 26 zwischen dem Bereich 11 und dem
verjüngten Bereich 14 des Ventilkörpers 9 ein. Ein Auftreibsdruck wird
somit auf die Ventilnadel ausgeübt, welche wiederum durch die starke
Feder auf dem Zapfen 19 an dem Ende der Ventilnadel 9 in ihrer
Position gehalten wird. Wenn ein ausreichender Kraftstoffdruck
erreicht wird, hebt die Ventilnadel 9 von der kegelförmigen
Ventillagerfläche 18 ab und es wird ein unter Druck stehender
Kraftstofffluß zu den Sprühbohrungen ermöglicht.
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Der erste Kraftstoffdurchlaß 24 ist ein gerade gebohrter Durchlaß,
der seitlich geneigt zur Bohrachse verläuft und zum zweiten
Kraftstoffdurchlaß oder in den radialen Ansatz des hinterschnittenen
Bohrungsbereiches 13 hinhineingeöffnet ist. Der radiale Ansatz 26 ist
durch eine elektrochemische Bearbeitung (ECM) oder elektrische
Entladerungsbearbeitung (EDM) durch Benutzung einer entlang der ersten
bohrungsbereiches 12 eingesetzten Elektrode hergestellt worden.
Alternativ kann der Ansatz 26 durch ein entlang des ersten
Bohrungsbereiches 12 eingesetztes Fräs- oder Schleifwerkzeug hergestellt
werden. Der Ansatz im hinterschnittenen Bereich weist dieselbe
achsiale Länge, wie der hinterschnittene Bereich auf. Die Öffnung
zwischen dem Kraftstoffdurchlaß 24 und dem hinterschnittenen
Bereich 13 ist soweit wie möglich erweitert, um den Kraftstofffluß zu
verbessern. Das Ende des Steges 28 zwischen dem ersten
Kraftstoffdurchlaßbereich 24 und dem ersten Bohrungsbereich 12 ist ebenso
verbreitert und abgerundet, um den Kraftstofffluß am Eingang des
hinterschnittenen Bereiches 13 zu verbessern.
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Eine erste Ausführung der Erfindung ist in Figur 4a und 5 gezeigt.
Diese Figuren zeigen ein Kraftstoffeinspritzventil 30, die
zugehörige Ventilnadel 9 und eine identische Bearbeitung, wie bei der
bekannten Düse von Figur 1. Die Konstruktion des hinterschnittenen
Bohrungsbereiches 32 und der Kraftstoffdurchlaßbereiche 34, 36 ist
demgegenüber unterschiedlich gestaltet.
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Der hinterschnittene Bereich 32 ist konventionell hergestellt und
der zweite Kraftstoffdurchlaßbereich oder der Ansatzbereich 36 sind
durch EDM unter Benutzung einer geformten Elektrode hergestellt
worden. Ein geeignete Elektrode 35 ist in Figur 6 dargestellt. Die
Elektrode 35 kann entlang des ersten Bohrungsbereiches eingesetzt
werden, wenn der Ansatzbereich 36 durch EDM unter Verwendung des
vorgeformten Elektrodenkopfes hergestellt wird.
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Eine weitere geeignete Elektrode für die Verwendung von ECM oder
EDM ist in Figur 7 gezeigt. Diese Elektrode 37 weist eine feste
isolierende Hülse 38 auf, welche im Innern ein verformbares
elektrisch leitendes Elektrodenelement 39 verschiebbar aufnimmt. Die
feste isolierende Hülse 38 kann entlang des ersten
Bohrungsbereiches 12 eingesetzt werden und weist ein gekrümmtes Ende auf, so daß
das vorgeformte leitende Element unter Vorschub in Richtung der
Hülse während der Bearbeitung aus dem gekrümmten Ende der Hülse 38
unter einem vorbestimmten Winkel für die Bearbeitung des
Ansatzbereiches 36 des hinterschnittenen Bohrungsbereiches austreten kann.
Während der ECM- oder EDM-Bearbeitung kann das verloren gegangene
Material des Elektrodenkopfes durch Vorschub des
Elektrodenelementes 39 entlang der Hülse 38 ersetzt werden kann, so daß ein
Auswechseln des Elektrodenmaterials während der Bearbeitung notwendig
werden kann.
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Der erste Kraftstoffdurchlaßbereich 34 wird durch eine Bohrung
hergestellt und das Ende des Ansatzbereiches 36 wird vom Innern des
hinterschnittenen Bohrungsbereiches 32 durch EDM oder ECM mittels
Durchschneiden hergestellt. Die Dicke von des Steges 42 zwischen
dem Kraftstoffdurchlaß 34, 36 und des ersten Bohrungsbereiches 40
und von der Ventilkörperwand 43 sind somit vorteilhaft vergrößert
worden, wodurch eine Verstärkung des Ventilkörpers um den
Kraftstoffeinlaß 34 erreicht wird.
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Entweder, der Ansatzbereich zum hinterschnittenen Bereich 32 oder
der erste Kraftstoffdurchlaßbereich 34 wird zuerst hergestellt.
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Der Ansatzbereich 36 vom hinterschnittenen Bereich, gezeigt in
Figur 4a und 5, erstreckt sich radial von dem hinterschnittenen
Bereich 32 aus und ist ebenso achsial geneigt. Dies verbessert den
Kraftstofffluß von dem ersten Kraftstoffdurchlaßbereich 34 zum
hinterschnittenen Bereich 32. Gleichwohl kann der Ansatzbereich 36
im Prinzip unter jeder achsialen Neigung hergestellt werden. Zum
Beispiel zeigt Figur 4b als zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung einen Ventilkörper, in welchem ein zweiter
Kraftstoffdurchlaßbereich 31 oder Ansatzbereich, radial von dem hinterschnittenen
Bereich 32 ausgeht. Obwohl der erste Kraftstoffdurchlaßbereich 34
parallel zur Bohrachse gezeigt ist, kann auch eine neigung zu dieser
Achse erfolgen, um den Kraftstofffluß im Übergang von dem ersten
Kraftstoffdurchlaßbereich 34 und dem Ansatzbereich 36
weiterzuverbessern, aber dies würde eine Reduzierung der Dicke des Steges 42
bedeuten.
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Weiterhin sei bemerkt, wie in Figur 4b gezeigt, daß der
Anbsatzbereich 31 nicht zwangsläufig das Ende 33 des ersten
Kraftstoffdurchlaßbereiches 34 schneiden darf. Dies wäre für den Kraftstofffluß
nachteilig.
ZUSAMMENFASUNG
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Ein Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine besitzt
eine in einer Bohrung des Ventilkörpers gleitende Ventilnadel. Ein
erster Bohrungsbereich (12) mit welchem ein erster
Ventilnadelbereich eine dichte Gleitpassung bildet, erstreckt sich von einer
Stirnfläche (8) des Ventilkörpers (1) ausgehend. Der erste
Bohrungsbereich (12) ist durch einen ringförmigen Ansatz (13) in der
Bohrungswand, einen hinterschnittenen Bereich bildend, mit einem
zweiten Bohrungsbereich (15) verbunden, welcher einen reduzierten
Durchmesserbereich der Ventilnadel umgibt. Das Ende einer solchen
Ventilnadel sitzt in der geschlossenen Position des Ventils auf
einer im Ventilkörper (1) geformten Ventillagerfläche (18).
Hierdurch wird der Zugang von Kraftstoff von dem hinterschnittenen
Bohrungsbereich (13) in den zweiten Bohrungsbereich (15) zu einem oder
mehreren im Ventilkopf (5) des Ventilkörpers geformten
Sprühbohrungen (20) verhindert. Ein Kraftstoffeinlauf (24) erstreckt sich
von der Stirnfläche des Ventilkörpers bis zur Ventilkörperwand und
durchschneidet einen exzentrischen Ansatz (26), welcher sich von
dem hinterschnittenen Bohrungsbereich (12) bis zum Kraftstoffeinlaß
ausbreitet, wobei der Kreuzungsbereich den durch die Stirnfläche
(8) geschlossenen Bereich des exzentrischen Ansatzes mit umfaßt.