EP1029173B1 - Ventilsteuereinheit für ein kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Ventilsteuereinheit für ein kraftstoffeinspritzventil Download PDF

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EP1029173B1
EP1029173B1 EP99936421A EP99936421A EP1029173B1 EP 1029173 B1 EP1029173 B1 EP 1029173B1 EP 99936421 A EP99936421 A EP 99936421A EP 99936421 A EP99936421 A EP 99936421A EP 1029173 B1 EP1029173 B1 EP 1029173B1
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EP
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valve control
control piston
end member
valve
control unit
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Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M47/02Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/027Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2547/00Special features for fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M2547/008Means for influencing the flow rate out of or into a control chamber, e.g. depending on the position of the needle

Definitions

  • the invention relates to a valve control unit for Fuel injection valve, in particular for a common rail injector, according to the preamble of claim 1.
  • Such a valve control unit is, for example, by EP_0_661_442_A1 or EP-A-0 753 659 have become known.
  • Valve control units are provided for Pressurization of one end of a slidable to influence the stored valve control piston.
  • the other The end of the valve spool can be placed on a nozzle needle act so that the nozzle needle either the Injection opening seals or the exit of Allows fuel from the injection port.
  • valve control unit Pressurizing an end member of the valve spool by changing the pressure conditions within a first Valve control room carried out via an inlet channel is connected to a high-pressure accumulator (common rail).
  • a drain channel to a second with the first valve control room consistently connected valve control room is connected, open. Therefore, the pressure in the first valve control room drops and thus the hydraulic force on the valve control piston.
  • the first valve control chamber disadvantageously only has one small volume so that an opening of the drain channel a quick pressure drop within the first Valve control room results.
  • valve control unit therefore only has one small volume of the first valve control space because of the Valve control piston in the area of the passage from the first to the second valve control room at a hydraulic stop (Fuel cushion) is present in this Passage area trained.
  • a volume increase would with a hydraulic stop to a disadvantage Vibration behavior of the abutting one Guide the valve control piston.
  • the exit of fuel in the second valve control room corresponds to the pressure loss within the Valve control room and only turns after a certain Time to a constant value.
  • Valve control piston moves in the direction of the injection opening so that it is closed again. Because of the (with the drain channel open) considerable pressure loss within the first and second valve control spaces Movement of the valve control piston in the direction Injection opening (nozzle needle) only after a certain time reached when there is sufficient pressure within the first valve control room is rebuilt. at The termination of the injection process can therefore Injection opening with the nozzle needle is not high Speed to be closed because of such Movement of the valve control piston is not possible.
  • valve control unit for a Fuel injection valve, in particular for a common rail injector, points for a faster closing process the nozzle needle to end the injection process characterizing features of claim 1.
  • the fluidic connection between the first and second valve control chamber is through a throttle channel manufactured within the end member of the Valve control piston is formed.
  • a throttle channel manufactured within the end member of the Valve control piston is formed.
  • Flow guidance of the fuel from a high pressure accumulator (common rail) through the first valve control space in the outlet channel are the inlet channel and the throttle channel in Series connected in series.
  • the Forming the throttle channel enables a mechanical Stop of the end member of the valve control piston Edge areas of the passage between the first and second Valve control chamber.
  • the end member of the valve control piston can stop there and seal the drain opening so that Fuel only through the throttle channel in the second Valve control room and thus can get into the drain channel.
  • the first Valve control room Due to the mechanical stop, the first Valve control room have a large volume without a Vibration behavior of the valve control piston can occur. This trained in comparison to the prior art Volume increase leads to this within the first Valve control room a slow pressure drop takes place. After closing the drain channel, only the pressure has to be increased within the smaller second valve control room the pressurization of the valve spool perform. The valve control piston can move the React the nozzle needle faster.
  • valve control unit 1 is in an idle state in which the injection opening is closed, which is not shown in FIG. 1 .
  • the valve control unit 1 has a housing body 2, in which a valve control piston 3 is slidably mounted. Above a pressurizable piston surface 4 is a first valve control chamber 5 is formed. About one Inlet channel in the form of an inlet throttle 6 is the first Valve control room 5 with a high pressure accumulator (common rail) connected. With the help of a passage 7 can fuel in reach a second valve control room 8.
  • the second Valve control chamber 8 has passage 7 on one opposite end link connects to a Drain channel in the form of a drain throttle 9.
  • the Flow restrictor 9 is in the state shown in FIG. 1 closed by a valve ball 10 of a solenoid valve, that is not shown in Figure 1.
  • a drain opening 11 releases, fuel can escape in the direction of arrow 12 and fed into a storage container.
  • the pressure within the second valve control chamber 8 decreases.
  • the Pre-injection can be carried out by means of the valve control unit 1 perform in a known manner.
  • the pressure within the first valve control space changes so that a End member of the valve control piston 3 moves such that an end face 14 of the end member 13 on stop faces 15 come from edge areas 16 of the passage 7 to the plant.
  • Fuel can flow through a throttle channel in the form of a pass through further inlet throttle 17.
  • the inlet throttle 17 extends from an outer peripheral surface 18 of the End member 13 to its end face 14.
  • the end member 13 can stop against the edge regions 16 Fuel exchange between the first valve control chamber 5 and the second valve control chamber 8 occur.
  • the Inlet throttle 6 and the other inlet throttle 17 are included connected in series.
  • the flow inside the inlet throttle 17 is smaller than within the Inlet throttle 6.
  • the first valve control chamber 5 is in Connection with the high pressure accumulator and owns inside its volume a pressure that the high pressure accumulator is comparable because a pressure equalization between the Valve control rooms 5 and 8 due to the volume ratio and the flow cross sections of the inlet throttles 6 and 17 can only be done slowly.
  • valve control piston 3 Due to the design of the valve control piston 3 in terms of its end member 13 that to the Valve control piston 3 coaxial with reduced Outside diameter is formed, the free volume of the first valve control chamber 5 further enlarge.
  • the Volume increase of the valve control room 5 supports in Connection with the mechanical stop the occurrence of a only slow pressure loss within the first Valve control room 5 when opening the drain opening 11. This has a positive effect on the high closing speed of the Valve control piston 3 or a nozzle needle, not shown out.
  • FIG. 1 Another embodiment of an end member 20 of the valve control piston 3 is shown in FIG .
  • the end member 20 has an inlet throttle 21 which runs transversely to the longitudinal axis of the valve control piston 3 and is connected in a T-shape to a further inlet throttle 22. Due to the entry of fuel into the inlet throttles 21 and 22, fuel can pass from the first valve control chamber 5 into the second valve control chamber 8.

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Abstract

Eine Ventilsteuereinheit (1) für ein Kraftstoffeinspritzventil weist zwei miteinander in Verbindung stehende Ventilsteuerräume (5, 8) auf. Innerhalb des ersten mit einem Zulaufkanal (6) verbundenen Ventilsteuerraum (5) ist ein Endglied (13) eines druckbeaufschlagbaren Ventilsteuerkolbens (3) derart verfahrbar, daß der Strömungsquerschnitt für einen Kraftstoffaustausch aus dem ersten Ventilsteuerraum (5) in den zweiten, mit einem Ablaufkanal (9) verbundenen Ventilsteuerraum (8) veränderbar ist. In dem Endglied (13) des Ventilsteuerkolbens (3) ist ein Drosselkanal (17) für den Kraftstoffaustausch zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) ausgebildet. Aufgrund der Ausbildung des Drosselkanals (17) ist ein mechanischer Anschlag des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) an Randbereichen des Durchgangs zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) möglich. Der Anschlag läßt eine Vergrößerung des Volumens des ersten Ventilsteuerraums (5) zu, ohne daß sich die Volumenvergrößerung negativ auf das Anschlagverhalten des Endglieds (13) auswirken könnte. Als Endresultat der konstruktiven Maßnahmen kann eine erhöhte Reaktionsgeschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens (3) nach Beendigung des Einspritzvorgangs erreicht werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Commonrail-Injektor, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Ventilsteuereinheit ist beispielsweise durch die EP_0_661_442_A1 oder die EP-A-0 753 659 bekanntgeworden.
Ventilsteuereinheiten sind dazu vorgesehen, die Druckbeaufschlagung des einen Endes eines verschieblich gelagerten Ventilsteuerkolbens zu beeinflussen. Das andere Ende des Ventilsteuerkolbens kann auf eine Düsennadel einwirken, so daß die Düsennadel entweder die Einspritzöffnung abdichtet oder aber den Austritt von Kraftstoff aus der Einspritzöffnung zuläßt.
Bei der bekannten Ventilsteuereinheit wird die Druckbeaufschlagung eines Endglieds des Ventilsteuerkolbens durch Änderung der Druckverhältnisse innerhalb eines ersten Ventilsteuerraums durchgeführt, der über einen Zulaufkanal mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden ist. Beim Ansteuern der Ventilsteuereinheit wird ein Ablaufkanal, der an einen zweiten mit dem ersten Ventilsteuerraum durchgängig verbundenen Ventilsteuerraum angeschlossen ist, geöffnet. Deshalb sinkt der Druck im ersten Ventilsteuerraum und damit die hydraulische Kraft auf den Ventilsteuerkolben. Nachteiligerweise weist der erste Ventilsteuerraum nur ein geringes Volumen auf, so daß eine Öffnung des Ablaufkanals einen schnellen Druckverlust innerhalb des ersten Ventilsteuerraums zur Folge hat. Die bekannte Ventilsteuereinheit weist insbesondere deshalb nur ein geringes Volumen des ersten Ventilsteuerraums auf, weil der Ventilsteuerkolben im Bereich des Durchgangs vom ersten zum zweiten Ventilsteuerraum an einem hydraulischen Anschlag (Kraftstoffpolster) anliegt, der sich in diesem Durchgangsbereich ausbildet. Eine Volumenvergrößerung würde bei einem hydraulischen Anschlag zu einem nachteiligen Schwingungsverhalten des am Anschlag anliegenden Ventilsteuerkolbens führen.
Weiterhin ist der Austritt von Kraftstoff (Dieselkraftstoff) aus dem ersten Ventilsteuerraum über den zweiten Ventilsteuerraum in den Ablaufkanal lediglich über einen Spalt im Bereich des hydraulischen Anschlags möglich, indem zwischen dem Endglied des Ventilsteuerkolbens und Randbereichen des Durchgangs zwischen den beiden Steuerräumen Kraftstoff hindurchtreten kann. Der Austritt von Kraftstoff in den zweiten Ventilsteuerraum korrespondiert mit dem Druckverlust innerhalb des Ventilsteuerraums und stellt sich erst nach einer gewissen Zeit auf einen konstanten Wert ein.
Mit Hilfe einer erneuten Ansteuerung der Ventilsteuereinheit wird der Ablaufkanal wieder verschlossen. Durch einen Druckaufbau innerhalb der Ventilsteuerräume kann der Ventilsteuerkolben in Richtung der Einspritzöffnung bewegt werden, so daß diese wieder geschlossen wird. Aufgrund des (bei geöffnetem Ablaufkanal) erheblichen Druckverlustes innerhalb des ersten und zweiten Ventilsteuerraums wird eine Bewegung des Ventilsteuerkolbens in Richtung Einspritzöffnung (Düsennadel) erst nach einer gewissen Zeit erreicht, wenn nämlich ein ausreichender Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums wieder aufgebaut ist. Bei Beendigung des Einspritzvorgangs kann daher die Einspritzöffnung mittels der Düsennadel nicht mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden, weil eine solche Bewegung des Ventilsteuerkolbens nicht möglich ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, insbesondere für einen Commonrail-Injektor, weist für einen schnelleren Schließvorgang der Düsennadel zur Beendigung des Einspritzvorgangs die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Die strömungstechnische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum wird durch einen Drosselkanal hergestellt, der innerhalb des Endglieds des Ventilsteuerkolbens ausgebildet ist. Hinsichtlich der Strömungsführung des Kraftstoffs von einem Hochdruckspeicher (common rail) durch den ersten Ventilsteuerraum hindurch in den Ablaufkanal sind der Zulaufkanal und der Drosselkanal in Reihe hintereinander geschaltet. Durch den Drosselkanal wird eine definierte Strömung von Kraftstoff zwischen Ventilsteuerräumen und dem Ablaufkanal gewährleistet. Die Ausbildung des Drosselkanals ermöglicht einen mechanischen Anschlag des Endglieds des Ventilsteuerkolbens an Randbereichen des Durchgangs zwischen dem ersten und zweiten Ventilsteuerraum. Das Endglied des Ventilsteuerkolbens kann dort anschlagen und die Ablauföffnung abdichten, so daß Kraftstoff nur über den Drosselkanal in den zweiten Ventilsteuerraum und damit in den Ablaufkanal gelangen kann. Aufgrund des mechanischen Anschlags kann der erste Ventilsteuerraum ein großes Volumen besitzen, ohne daß ein Schwingungsverhalten des Ventilsteuerkolbens auftreten kann. Diese im Vergleich zum Stand der Technik ausgebildete Volumenvergrößerung führt dazu, dazu innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ein langsamer Druckabfall stattfindet. Nach Schließen des Ablaufkanals muß lediglich der Druck innerhalb des kleineren zweiten Ventilsteuerraum erhöht werden, um die Druckbeaufschlagung des Ventilsteuerkolbens durchzuführen. Der Ventilsteuerkolbens kann zur Bewegung der Düsennadel schneller reagieren.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ventilsteuereinheit sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ventilsteuereinheit;
Fig. 2
einen Längsschnitt durch ein weiteres Endglied eines Ventilsteuerkolbens für eine Ventilsteuereinheit gemäß Figur 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das Ausführungsbeispiel einer Ventilsteuereinheit 1 befindet sich in einem Ruhezustand, bei dem die Einspritzöffnung geschlossen ist, die in der Figur 1 nicht gezeigt ist.
Die Ventilsteuereinheit 1 weist einen Gehäusekörper 2 auf, in dem ein Ventilsteuerkolben 3 verschieblich gelagert ist. Oberhalb einer druckbeaufschlagbaren Kolbenfläche 4 ist ein erster Ventilsteuerraum 5 ausgebildet. Über einen Zulaufkanal in Form einer Zulaufdrossel 6 ist der erste Ventilsteuerraum 5 mit einem Hochdruckspeicher (common rail) verbunden. Mit Hilfe eines Durchgangs 7 kann Kraftstoff in einen zweiten Ventilsteuerraum 8 gelangen. Der zweite Ventilsteuerraum 8 besitzt an einem dem Durchgang 7 gegenüberliegenden Endglied eine Verbindung zu einem Ablaufkanal in Form einer Ablaufdrossel 9 . Die Ablaufdrossel 9 ist im dargestellten Zustand der Figur 1 durch eine Ventilkugel 10 eines Magnetventils geschlossen, das in der Figur 1 nicht näher dargestellt ist.
Wenn nun die Ablaufdrossel 9 mit Hilfe des Magnetventils geöffnet wird, indem die Ventilkugel 10 eine Ablauföffnung 11 freigibt, kann Kraftstoff in Pfeilrichtung 12 austreten und in ein Vorratsbehältnis geleitet werden. Der Druck innerhalb des zweiten Ventilsteuerraums 8 nimmt ab. Die Voreinspritzung läßt sich mittels der Ventilsteuereinheit 1 in bekannter Weise durchführen. Auch der Druck innerhalb des ersten Ventilsteuerraums ändert sich, so daß sich ein Endglied des Ventilsteuerkolbens 3 derart verschiebt, daß eine Stirnfläche 14 des Endglieds 13 an Anschlagflächen 15 von Randbereichen 16 des Durchgangs 7 zur Anlage kommen. Dabei kann Kraftstoff durch einen Drosselkanal in Form einer weiteren Zulaufdrossel 17 hindurchtreten. Die Zulaufdrossel 17 erstreckt sich von einer Außenumfangsfläche 18 des Endglieds 13 bis zu ihrer Stirnseite 14. Trotz eines Anschlags des Endglieds 13 an den Randbereichen 16 kann ein Kraftstoffaustausch zwischen dem ersten Ventilsteuerraum 5 und dem zweiten Ventilsteuerraum 8 auftreten. Die Zulaufdrossel 6 und die weitere Zulaufdrossel 17 sind dabei hintereinander in Reihe geschaltet. Der Durchfluß innerhalb der Zulaufdrossel 17 ist dabei kleiner als innerhalb des Zulaufdrossel 6. Der erste Ventilsteuerraum 5 steht in Verbindung mit dem Hochdruckspeicher und besitzt innerhalb seines Volumens einen Druck, der dem Hochdruckspeicher vergleichbar ist, weil ein Druckausgleich zwischen den Ventilsteuerräumen 5 und 8 aufgrund der Volumenverhältnisse und der Strömungsquerschnitte der Zulaufdrosseln 6 und 17 nur langsam erfolgen kann.
Beim Schließen der Einspritzöffnung mittels der geschlossen. Innerhalb des ersten Ventilsteuerraums 5 ist nahezu Hochdruck ausgebildet, so daß lediglich der zweite Ventilsteuerraum 8 mit Hochdruck gefüllt werden muß, damit der Ventilsteuerkolben 3 in Pfeilrichtung 19 bewegt wird.
Aufgrund der Ausbildung des Ventilsteuerkolbens 3 hinsichtlich seines Endglieds 13, das zu dem Ventilsteuerkolben 3 koaxial mit verringertem Außendurchmesser gebildet ist, läßt sich das freie Volumen des ersten Ventilsteuerraums 5 weiter vergrößern. Die Volumenvergrößerung des Ventilsteuerraums 5 unterstützt in Verbindung mit dem mechanischen Anschlag das Auftreten eines nur langsamen Druckverlustes innerhalb des ersten Ventilsteuerraums 5 bei Öffnung der Ablauföffnung 11. Dies wirkt sich positiv auf eine hohe Schließgeschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens 3 bzw. einer nicht gezeigten Düsennadel aus.
In der Figur 2 ist eine andere Ausgestaltung eines Endglieds 20 des Ventilsteuerkolbens 3 gezeigt. Das Endglied 20 weist eine quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens 3 verlaufende Zulaufdrossel 21 auf, die T-förmig mit einer weiteren Zulaufdrossel 22 verbunden ist. Durch den Eintritt von Kraftstoff in die Zulaufdrosseln 21 bzw. 22 kann Kraftstoff aus dem ersten Ventilsteuerraum 5 in den zweiten Ventilsteuerraum 8 gelangen.

Claims (6)

  1. Ventilsteuereinheit für ein Kraftstoffeinspritzventil, mit zwei miteinander in Verbindung stehenden Ventilsteuerräumen (5, 8), in deren erstem mit einem Zulaufkanal (6) für Kraftstoff verbundenen Ventilsteuerraum (5) ein Endglied (13; 20) eines druckbeaufschlagbaren Ventilsteuerkolbens (3) derart verfahrbar ist, dass der Strömungsquerschnitt für einen Kraftstoffaustausch aus dem ersten Ventilsteuerraum (5) in den zweiten, mit einem verschließbaren Ablaufkanal (9) verbundenen Ventilsteuerraum (8) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Endglied (13; 20) des Ventilsteuerkolbens (3) ein Drosselkanal (17; 21, 22) für den Kraftstoffaustausch zwischen den Ventilsteuerräumen (5, 8) ausgebildet ist, wobei der Drosselkanal (17; 21, 22) einen gegenüber dem Zulaufkanal (6) verringerten Strömungsquerschnitt aufweist.
  2. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal (17; 21, 22) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) angeordnet ist und sich von einer Außenumfangsfläche (18) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (14) des Endglieds (13) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.
  3. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselkanal durch einen ersten innerhalb des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) quer zur Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) verlaufenden Kanalabschnitt (21) und einen zweiten Kanalabschnitt (22) gebildet ist, der mit dem ersten Kanalabschnitt (21) durchgängig verbunden ist und sich in Richtung der Längsachse des Ventilsteuerkolbens (3) bis zur Stirnseite (23) des Endglieds (20) des Ventilsteuerkolbens (3) erstreckt.
  4. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Randbereiche (16), die den zum ersten Ventilsteuerraum (5) gerichteten Durchgang (7) begrenzen, Anschlagflächen (15) für Gegenflächen des Endglieds (13; 20) des Ventilsteuerkolbens (3) bilden.
  5. Ventilsteuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ventilsteuerkolben (3) zu seinem Endglied (13; 20) hin verjüngt.
  6. Ventilsteuereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung in einem stufenartigen Übergang des Ventilsteuerkolbens (3) in einen zylindrischen, zu dem Ventilsteuerkolben (3) koaxialen Endabschnitt mit einem gegenüber dem Ventilsteuerkolben (3) verringerten Außendurchmesser besteht.
EP99936421A 1998-06-16 1999-06-08 Ventilsteuereinheit für ein kraftstoffeinspritzventil Expired - Lifetime EP1029173B1 (de)

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