EP1301701A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen

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Publication number
EP1301701A1
EP1301701A1 EP01947367A EP01947367A EP1301701A1 EP 1301701 A1 EP1301701 A1 EP 1301701A1 EP 01947367 A EP01947367 A EP 01947367A EP 01947367 A EP01947367 A EP 01947367A EP 1301701 A1 EP1301701 A1 EP 1301701A1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
injection device
fuel injection
guide
valve member
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01947367A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Boecking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1301701A1 publication Critical patent/EP1301701A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012Valves
    • F02M63/0014Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0015Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid
    • F02M63/0026Valves characterised by the valve actuating means electrical, e.g. using solenoid using piezoelectric or magnetostrictive actuators

Definitions

  • the invention is based on a fuel injection device for internal combustion engines, in which fuel is fed from a high-pressure fuel source via a control valve to an injection opening.
  • fuel injection devices which are widely known in practice and which are used in particular in Com on-Rail systems
  • the supply of fuel to the injection opening which is usually designed as a nozzle holder arrangement
  • Valve controlled which can be balanced or partially balanced.
  • slide valves which have control edges for releasing and covering feeds and discharges, is disadvantageous because of the large leakages which result from the usually small cover.
  • An essential advantage of the fuel injection device according to the invention is the structure of the control valve, which allows the valve to be implemented with essentially one valve body, in which a suitable component, preferably a sleeve according to claim 3, can be used to form the second valve seat and the second guide ,
  • control valve is correspondingly simple, especially since the valve body and the counterpart forming the second valve seat, e.g. the sleeve according to claim 3, can be advantageously manufactured in one setting. This ensures a high degree of fit between the components.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and we explained in more detail in the following description.
  • the only figure in the drawing shows a schematic representation of a fuel injection device according to the invention with a Material supply from a high-pressure fuel accumulator, the construction of a control valve of the fuel injection device being shown in particular.
  • the embodiment shown in the figure shows a fuel injection device for internal combustion engines of motor vehicles, which is designed as a common rail injector for injecting diesel fuel.
  • the common rail system represents a high-pressure fuel source 1, which is designed with a high-pressure fuel reservoir 2, which is supplied with fuel by a high-pressure fuel delivery pump 3 from a fuel reservoir 4, which is compressed to injection pressure.
  • a line 5 leads from the high-pressure fuel reservoir 2 to a control valve 6, from which the fuel for injection in turn leads to an injection opening 7, which is only symbolically indicated in the figure and can be designed in a conventional manner as a nozzle holder arrangement.
  • control valve 6 In order to set the start of injection, an injection duration and an injection quantity via the fuel supply, the control valve 6 is designed with a valve member 8 which is controlled by a piezoelectric unit 9 designed as a piezoelectric actuator 9.
  • the valve member 8 is designed like a plunger and is displaceably arranged in a longitudinal bore 11 of a valve body 10, wherein it has a valve head 12 with an enlarged cross section in a central region. which has a plate-like valve head sealing surface in both directions of movement, with which it interacts between a first, piezo-side valve seat 13 and an opposite second valve seat 14 in a first valve chamber 15.
  • the line 5 leading from the high-pressure fuel source 1 opens into a second valve chamber 16 which adjoins the first valve seat 13 and which, when the valve member 8 is in contact with the first valve seat 13, from the longitudinal bore 11 and an annular groove-like shape 17 of the valve member 8 is formed.
  • This second valve chamber 16 is adjoined on the piezo side by a first guide 18 of the valve member 8 in the valve body 10, which has the same diameter as the first valve seat 13.
  • valve member 8 With its piezo-side end, the valve member 8 plunges into a hydraulic chamber 19 serving as a hydraulic transmission, via which the deflections of the piezoelectric actuator 9 are transmitted to the valve member 8 and which also serves as a compensation element for temperature-related expansion fluctuations of the components surrounding them.
  • annular space 20 is provided around the valve member 8, from which a leakage line 21 leads away.
  • a gap around the valve member 8 which is formed by an inner annular groove 32 in the sleeve 23 and a bevel 33 connecting this annular groove 32 to the end of the valve member 8 on the valve member 8.
  • the control valve 6 which is a 3/2 valve, is in the closed state, i.e. in abutment with the first valve seat 13. Since in addition the second valve seat 14 and the second guide 28 have the same diameter as the first valve seat 13 and the first guide 18, the control valve 6 is also designed to be force-balanced in the open state in which fuel flows via the line 22 to the nozzle opening 7, ie that no hydraulic force acts to displace the valve member 8.
  • the second guide 28 is installed with a play that is a factor of 2 to 3 greater than the play of the first guide.
  • a different game which is greater, for example, by a factor of 2 to 5 than the game of the first guide 18, can be provided, the first guide 18 preferably having a game of 1 ⁇ m to 4 ⁇ m and the second guide 28 can have a clearance of 4 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the fuel injection device according to the figure of the drawing works in the manner described below.
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  • valve member 8 is moved back against the first valve seat 13 by the spring 29, the sealing function on the second valve seat 14 being canceled.
  • leakage oil is supplied to the leakage line 30 via the line 31, which is formed from the annular groove 32 and the bevel 33 on the valve member 8, as a result of which the system is relieved when the control valve 6 is closed.
  • a force-balanced 3/2 control valve 6 is provided for a pressure-controlled common rail injector system, which is easy to assemble and enables high-precision injections.

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Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen führt aus einer Kraftstoffhochdruckquelle (1) Kraftstoff über ein von einer piezoelektrischen Einheit (9) betätigbares Steuerventil (6) zu einer Einspritzöffnung (7). Das Steuerventil (6) weist ein Ventilglied (8) auf, das zwischen einem ersten Ventilsitz (13) und einem zweiten Ventilsitz (14), welche einen ersten Ventilraum (15) begrenzen, axial verschiebbar ist. Aus dem ersten Ventilraum (15) zweigt eine Leitung (2) zu der Einspritzöffnung (7) ab. Eine zweite Führung (28) des Ventilglieds (8) ist in einem sich an den zweiten Ventilsitz (14) angrenzenden Bereich des Ventilglieds (8) vorgesehen. Beidseitig der Führungen (18, 28) ist jeweils eine Leckageleitung (21, 30) vorgesehen. Die Durchmesser der Ventilsitze (13, 14) und der Führungen (18, 28) sind jeweils derart gleich gewählt, daß ein Kräfteausgleich in dem Steuerventil (6) hergestellt ist.

Description

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einer Kraftstoffeinspritzvor- richtung für Brennkraftmaschinen aus, bei der von einer Kraftstoffhochdruckquelle Kraftstoff über ein Steuerventil zu einer Einspritzöffnung geführt wird. Bei solchen, aus der Praxis weithin bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, welche insbesondere bei Com on- Rail-Systemen Anwendung finden, wird die Zuleitung von Kraftstoff an die Einspritzöffnung, welche meist als Düsenhalter-Anordnung ausgeführt ist, häufig über ein Schieberventil bzw. Sitz-Schieber-Ventil gesteuert, welches kraftausgeglichen oder teilkraftausgeglichen ausgeführt sein kann. Die Verwendung von Schieberventi- len, welche Steuerkanten zur Freigabe und Überdeckung von Zu- und Abführungen aufweisen, ist jedoch aufgrund der großen Leckagen, welche sich durch die üblicherweise kleine Überdeckung ergibt, nachteilig.
Um diese Nachteile zu vermeiden, bietet es sich an, ein Doppelsitzventil einzusetzen, welches gegenüber Schieberventilen den Vorteil hat, daß die Hublänge deutlich vergrößert wird, und bei dem eine hohe Dichtwirkung an den Sitzen erzielbar ist. In Versuchen hat es sich zu- w
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gesehen ist, das von einer piezoelektrischen Einheit über einen mechanischen Übersetzer und in besonders vorteilhafter Weise über eine hydraulische Übersetzung direkt betätigt werden kann. Die Integrierung des Steu- erventils in die Zuführung von Kraftstoff an die Einspritzöffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ermöglicht dabei kurze und genau dosierte Einspritzungen.
Von wesentlichem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Aufbau des Steuerventils, welcher die Realisierung des Ventils mit im wesentlichen einem Ventilkörper erlaubt, in den zur Ausbildung des zweiten Ventilsitzes und der zweiten Führung ein geeignetes Bauteil, vorzugsweise eine Hülse gemäß Patentanspruch 3, eingesetzt werden kann.
Entsprechend einfach gestaltet sich die Montage des Steuerventils, zumal der Ventilkörper und das den zweiten Ventilsitz bildende Gegenstück, z.B. die Hülse ge- maß Patentanspruch 3, in vorteilhafter Weise in einer Aufspannung gefertigt werden können. Damit wird eine hohe Paßgenauigkeit der Bauteile zueinander erzielt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wir in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt dabei eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Kraft- Stoffversorgung aus einem Kraftstoffhochdruckspeicher, wobei insbesondere der Aufbau eines Steuerventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gezeigt ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, welche als ein Common- Rail-Injektor zur Einspritzung von Dieselkraftstoff ausgebildet ist. Das Common-Rail-System stellt dabei eine Kraftstoffhochdruckquelle 1 dar, welche mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher 2 ausgebildet ist, der von einer Kraftstoffhochdruckförderpumpe 3 aus einem Kraft- stoffvorratsbehälter 4 mit Kraftstoff versorgt wird, der auf Einspritzdruck verdichtet ist.
Von dem Kraftstoffhochdruckspeicher 2 führt eine Leitung 5 zu einem Steuerventil 6, von dem der Kraftstoff zur Einspritzung wiederum zu einer Einspritzöffnung 7, welche in der Figur nur symbolisch angedeutet ist und in herkömmlicher Weise als eine Düsenhalter-Anordnung ausgeführt sein kann.
Zur Einstellung eines Einspritzbeginns, einer Einspritzdauer und einer Einspritzmenge über die KraftstoffZuführung ist das Steuerventil 6 mit einem Ventilglied 8 ausgebildet, welches über eine als piezoelektrischer Aktor 9 ausgebildete piezoelektrische Einheit angesteuert wird.
Das Ventilglied 8 ist stößelartig ausgebildet und in einer Längsbohrung 11 eines Ventilkörpers 10 verschiebbar angeordnet, wobei es in einem mittigen Bereich ei- nen im Querschnitt erweiterten Ventilkopf 12 aufweist, der in beide Bewegungsrichtungen jeweils eine tellerartige Ventilkopfdichtflache aufweist, mit denen er zwischen einem ersten, piezoseitigen Ventilsitz 13 und einem gegenüberliegenden zweiten Ventilsitz 14 in einem ersten Ventilraum 15 zusammenwirkt.
Wie der Figur zu entnehmen ist, mündet die von der Kraftstoffhochdruckquelle 1 her führende Leitung 5 in einen sich an den ersten Ventilsitz 13 anschließenden, zweiten Ventilraum 16, der bei Anlage des Ventilgliedes 8 an dem ersten Ventilsitz 13 von der Längsbohrung 11 und einer ringnutartigen Ausformung 17 des Ventilgliedes 8 gebildet wird. An diesen zweiten Ventilraum 16 schließt sich piezoseitig eine erste Führung 18 des Ventilgliedes 8 in dem Ventilkörper 10 an, welche den gleichen Durchmesser wie der erste Ventilsitz 13 aufweist .
Mit seinem piezoseitigen Ende taucht das Ventilglied 8 in eine als hydraulische Übersetzung dienende Hydraulikkammer 19 ein, über die Auslenkungen des piezoelektrischen Aktors 9 auf das Ventilglied 8 übertragen werden und die auch als Ausgleichselement für temperaturbedingte Ausdehnungsschwankungen der sie umgebenden Bauteile dient.
In einem Bereich zwischen der ersten der piezoelektrischen Einheit 9 zugewandten Führung 18 und der Hydraulikkammer 19 ist um das Ventilglied 8 ein Ringraum 20 vorgesehen, aus dem eine Leckageleitung 21 abführt.
Betrachtet man die Anordnung der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf der dem piezoelektrischen Aktor 9 abgewandten Seite des zweiten Ventil- sitzes 14, ist ersichtlich, daß der erste Ventilraum 10 w t p> in o in o in o
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ein Spaltraum um das Ventilglied 8, welcher durch eine innere Ringnut 32 in der Hülse 23 und eine diese Ringnut 32 mit dem Ende des Ventilglieds 8 verbindende Abkantung 33 an dem Ventilglied 8 gebildet wird.
Durch die Wahl des gleichen Durchmessers für die erste Führung 18 und den ersten Ventilsitz 13 ist das ein 3/2-Ventil darstellende Steuerventil 6 im geschlossenen Zustand, d.h. in Anlage an dem ersten Ventilsitz 13, kraftausgeglichen. Da zusätzlich der zweite Ventilsitz 14 sowie die zweite Führung 28 den gleichen Durchmesser haben wie der erste Ventilsitz 13 und die erste Führung 18, ist das Steuerventil 6 auch im geöffneten Zustand, in dem Kraftstoff über die Leitung 22 zur Düsenöffnung 7 strömt, kraftausgeglichen gestaltet, d.h. daß keine hydraulische Kraft zur Verschiebung des Ventilglieds 8 angreift .
Um das System nicht zu verspannen, ist in der vorliegenden Ausführung die zweite Führung 28 mit einem Spiel eingebaut, das um einen Faktor 2 bis 3 größer ist als das Spiel der ersten Führung. Selbstverständlich kann in anderen Ausführungen auch ein anderes Spiel, welches beispielsweise um einen Faktor 2 bis 5 größer ist als das Spiel der ersten Führung 18, vorgesehen sein, wobei die erste Führung 18 ein Spiel von vorzugsweise 1 μm bis 4 μm und die zweite Führung 28 ein Spiel von 4 μm bis 10 μm aufweisen kann.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Figur der Zeichnung arbeitet dabei in nachfolgend beschriebener Weise.
In geschlossenem Zustand der Einspritzöffnung 7, d.h. bei unbestromtem piezoelektrischen Aktor 9, liegt das w w t co H in o in o in o in
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dessen wird das Ventilglied 8 durch die Feder 29 entgegen dem ersten Ventilsitz 13 zurückbewegt, wobei die Dichtfunktion an dem zweiten Ventilsitz 14 aufgehoben wird. Während des Schließvorganges wird über die Lei- tung 31, welche aus der Ringnut 32 und der Abkantung 33 an dem Ventilglied 8 gebildet wird, Leckageöl der Leckageleitung 30 zugeführt, wodurch das System beim Schließen des Steuerventils 6 entlastet wird.
Zusammenfassend betrachtet, wird gemäß der Erfindung ein kraftausgeglichenes 3/2-Steuerventil 6 für ein druckgesteuertes Common-Rail-Injektorsystems bereitgestellt, welches einfach zu montieren ist und Einspritzungen mit hoher Präzision ermöglicht.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einer Kraftstoffhochdruckquelle (1), aus der über ein von einer piezoelektrischen Einheit (9) betätigbares Steuerventil (6) Kraftstoff zu einer Einspritzöffnung
(7) geführt wird, wobei das Steuerventil (6) ein Ventilglied (8) in einem Ventilkörper (10) aufweist, das mit einem Ventilkopf (12) zwischen einem ersten Ventilsitz (13) und einem zweiten Ventilsitz (14), welche einen er- sten Ventilraum (15) begrenzen, axial verschiebbar ist; eine Kraftstoff aus der Kraftstoffhochdruckquelle (1) herführende Leitung (5) in einen zweiten Ventilraum (16) mündet, der von dem ersten Ventilsitz (13) und einer ersten Führung (18) des Ventilglieds (8) in dem Ventilkör- per (10) begrenzt ist; eine zu der Einspritzöffnung (7) führende Leitung (22) aus dem ersten Ventilraum (15) abzweigt; eine zweite Führung (28) des Ventilglieds (8) in einem sich an den zweiten Ventilsitz (14) angrenzenden Bereich des Ventilglieds (8) vorgesehen ist; jeweils ei- ne Leckageleitung (21, 30) auf der dem ersten Ventilraum (15) abgewandten Seite der Führungen (18, 28) vorgesehen ist; und wobei die Durchmesser der Ventilsitze (13, 14) und der Führungen (18, 28) jeweils derart gleich gewählt sind, daß ein Kräfteausgleich in dem Steuerventil (6) hergestellt ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Einheit (9) das
Ventilglied (8) über eine als hydraulische Übersetzung arbeitende Hydraulikkammer (19) ansteuert.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitz (14) und die zweite Führung (28) des Ventilgliedes (8) an einer in den Ventilkörper (10) eingesetzten Hülse (23) ausgebildet sind.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (23) an ihrem dem zweiten Ventilsitz (14) abgewandten Ende von einem Befestigungselement, insbesondere von einer Mutter (26) , in dem Ventilkörper (10) gehalten wird.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (8) im nichtangesteuerten Zustand durch eine Feder (29) in Anlage an dem ersten Ventilsitz (13) gehalten wird.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bereich zwischen der ersten, der piezoelektrischen Einheit (9) zugewandte Führung (18) und der Hydraulikkammer (14) ein Ringraum (20) um das Ventilglied (8) vorgesehen ist, aus dem eine der Leckageleitungen (21) abführt.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckageleitung (30) die auf der dem ersten Ventilraum (15) abgewandten Seite der zweiten Führung (28) angeordnet ist, mit dem ersten Ventilraum (15) über eine Leitung (31) verbunden ist.
8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung zwischen dem ersten Ventilraum (15) und der Leckageleitung (30) wenigstens teilweise als Spaltraum (31) in dem Ventilglied (8) und/oder in der Hülse (23) ausgebildet ist.
9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Spaltraum eine das Ventilglied (8) umgebende Ringnut (32) in der Hülse (23) und eine die Ringnut (32) mit dem dem Ventilkopf (12) abgewandten Ende des Ventilglieds (8) verbindende Abkantung (33) an dem Ventilglied (8) bilden.
10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Führung (28) ein Spiel aufweist, das um einen Faktor 2 bis 5, vorzugsweise um einen Faktor 2 bis 3 größer ist als das Spiel der ersten Führung (18) .
11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (10) wenigstens im Bereich der ersten Führung (18), des ersten Ventilraumes (15) und einer Aufnahme (24) für die Hülse (23) einstückig ausgeführt ist, wobei der Ventilkörper (10) und die Hülse (23) vorzugsweise jeweils in einer Aufspannung gefertigt sind.
12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzöffnung (7) als eine Düsenhalter-Anordnung ausgebildet ist.
13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffhochdruckquelle (1) als ein Common-Rail-System ausgebildet ist.
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