EP1395744A1 - Kraftstoff-einspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen, insbesondere common-rail-injektor, sowie kraftstoffsystem und brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoff-einspritzvorrichtung für brennkraftmaschinen, insbesondere common-rail-injektor, sowie kraftstoffsystem und brennkraftmaschine

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EP1395744A1
EP1395744A1 EP02742681A EP02742681A EP1395744A1 EP 1395744 A1 EP1395744 A1 EP 1395744A1 EP 02742681 A EP02742681 A EP 02742681A EP 02742681 A EP02742681 A EP 02742681A EP 1395744 A1 EP1395744 A1 EP 1395744A1
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EP
European Patent Office
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fuel
fuel injection
injection device
sleeve part
spring
Prior art date
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EP02742681A
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English (en)
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EP1395744B1 (de
Inventor
Friedrich Boecking
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1395744B1 publication Critical patent/EP1395744B1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-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
    • F02M47/027—Electrically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure

Definitions

  • Fuel injection device for internal combustion engines in particular common rail injector, and fuel system and internal combustion engine
  • the invention relates to a fuel injection device for internal combustion engines, in particular a common rail injector, with a housing with an injection end, with a recess running in the housing, with at least one axially movable valve element which is arranged in the recess, with a Valve seat cooperates and has a pressure surface facing away from the injection end, which axially delimits a control chamber, with a sleeve part, which delimits the control chamber radially, and with at least one device, which the sleeve part against a first housing section and the valve element in the direction of the injection End charged.
  • Such a fuel injection device is known from the market. It is a common rail injector.
  • the control chamber is limited by an axial end face of a valve needle.
  • the control chamber is radially delimited by a sleeve part, in the wall of which there is an inlet throttle.
  • the control chamber is delimited by a housing part in which an outlet throttle is present.
  • the inlet throttle is connected to a high pressure inlet, whereas the outlet throttle is connected to a low pressure area via a control valve.
  • the throttling effect of the inlet throttle is stronger than that of the outlet throttle.
  • a compression spring is clamped between the sleeve part and an annular shoulder of the valve needle.
  • the object of the present invention is to develop a fuel injection device of the type mentioned at the outset in such a way that the fuel can be injected even more precisely with it.
  • the device which prestresses the sleeve part against a first housing section and the valve element in the direction of the injection end comprises separate prestressing devices, one prestressing device in each case the valve element and another biasing device acts on the sleeve part.
  • leaks between the sleeve part and the first housing section are equivalent to an enlarged cross section of the inlet throttle. If there is a leak between the sleeve part and the first housing section, the fuel can therefore flow into the control chamber faster than desired when the pressure drops in the control chamber, so that the pressure in the control chamber rises again too quickly. This leads to premature closing of the valve element. Such a leak between the sleeve part and the first housing section is avoided in the fuel injection device according to the invention.
  • the force with which the sleeve part is acted against the first housing section can be selected to be sufficiently high so that there is an optimal seal between the sleeve part and the first housing section.
  • a high contact pressure is only possible if separate pre-tensioning devices are provided for the sleeve part and for the valve element.
  • Biasing device which acts on the valve element, be relatively soft. Such individual configurations of the corresponding pretensioning devices are possible in the fuel injection device according to the invention.
  • the fuel injection device thus allows an optimal seal between the sleeve part and the first housing section in an extremely inexpensive and simple manner, which enables a precise and reproducible pressure curve in the control chamber. This in turn enables precise opening and closing the fuel injector.
  • the pretensioning device which acts on the sleeve part, is supported on a second and stationary housing section. With such a support, the forces necessary for a good seal between the sleeve part and the first housing section can be absorbed well.
  • the seal can also be improved in that the sleeve part has a circumferential sharp edge with which it rests on the first housing section.
  • an opening in the wall of the sleeve part which forms an inlet flow restrictor for the control chamber.
  • Such an inlet flow restrictor can be introduced into the sleeve part in a simple manner and with the highest precision.
  • the pretensioning device which acts on the sleeve part, to be supported on a shoulder of the recess in the housing. Since the recess in the housing in which the valve element is arranged is generally designed as a stepped bore anyway, such a shoulder can be provided without much additional effort.
  • the prestressing device comprises a disc spring with an opening through which the valve element extends.
  • Such disc springs which can optionally also be arranged as a spring assembly, have a very high rigidity. They can thus be used to achieve high contact forces between the sleeve part and the first housing section, which is advantageous for the desired sealing.
  • such disc springs are very compact.
  • At least one recess is present in the disc spring in the region of the radially outer edge.
  • the space in which the disc spring is arranged can also be used for the flow guidance of the fuel.
  • the fuel can flow through the recess.
  • the pretensioning device which acts on the sleeve part, can comprise a spring sleeve.
  • a spring sleeve generally has the shape of a cylinder and enables support in a location axially distant from the sleeve part.
  • the space in which the spring sleeve is arranged can also be used as a flow channel for the fuel. It is particularly preferred if there is an inlet flow restrictor in the wall of the spring sleeve.
  • Such an opening with a specific cross section can be easily and inexpensively introduced into the spring sleeve without adversely affecting its rigidity or service life.
  • the pretensioning device which acts on the sleeve part, comprises a spring element with a support section and at least two axially extending spring sections. Even with such a spring element, the support can be axially from the sleeve part done away. Since the spring element comprises individual spring sections, between which there are spaces, the flow through the space in which the spring element is arranged is not or only slightly impaired.
  • the invention also relates to a fuel system with a fuel injection device that injects the fuel directly into the combustion chamber of an internal combustion engine, with at least one high-pressure fuel pump, and with a fuel manifold to which the fuel injection device is connected.
  • the fuel injection device be designed in the manner mentioned above.
  • the invention further relates to an internal combustion engine with at least one combustion chamber into which the fuel is injected directly.
  • the internal combustion engine have a fuel system of the type mentioned above. Since this fuel system measures the fuel very precisely into the combustion chamber, emissions can be kept low and fuel consumption kept low.
  • FIG. 1 a partial longitudinal section through a first embodiment of a fuel injection device for internal combustion engines, with a pretensioning device for a sleeve part;
  • FIG. 2 a top view of the pretensioning device of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a partial longitudinal section through a region of a second exemplary embodiment of a fuel injection device for internal combustion engines, with a prestressing device for a sleeve part;
  • Fig. 4 is a perspective view of the biasing device of Fig. 3;
  • FIG. 5 shows a modification of the pretensioning device from FIG. 4;
  • FIG. 6 a view similar to FIG. 1 of a third exemplary embodiment of a fuel injection device for internal combustion engines, with a prestressing device for a sleeve part;
  • FIG. 7 shows a perspective illustration of the pretensioning device from FIG. 6; FIG. and
  • FIG. 8 a schematic representation of an internal combustion engine with a fuel system and a plurality of fuel injection devices corresponding to FIG. 1.
  • Fig. 1 carries a fuel injection device overall reference numeral 10. It is a common rail injector, which is used for the direct injection of highly compressed fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the injector 10 comprises a multi-part housing 12.
  • the housing 12 comprises a nozzle body 14 and an intermediate disk 16.
  • the nozzle body 14 and the intermediate disk 16 are clamped against one another via a nozzle clamping nut (not shown in the drawing).
  • the lower end of the nozzle body 14 in FIG. 1 is designed as an injection end 18.
  • a recess 20 runs in the longitudinal direction of the nozzle body 14.
  • the recess has the shape of a stepped bore and ends in the injection end 18.
  • At the injection end 18 there are several fuel outlet openings 22 arranged distributed over the circumference of the injection end 18.
  • a valve element 24 is arranged in the recess 20 in the nozzle body 14. It is a valve needle which runs coaxially with the recess 20 and is axially movable.
  • the valve needle 24 works together with a valve seat (without reference numerals) in the area of the injection end 18.
  • the valve needle 24 has several sections with different diameters: an oblique pressure surface 30 is present between a section 26 with a smaller diameter and a section 28 with a larger diameter. Above section 28 there is a section 32 which has a smaller diameter than section 28. Above section 32 in turn, valve needle 24 has an end section 34, the diameter of which is somewhat larger than that of section 32. End section 34 axially follows bounded above by a printing surface 36.
  • the pressure surface 36 in turn axially delimits a control chamber 38.
  • the control chamber 38 is delimited by a sleeve part 40 which extends downward to approximately the level of the transition between the end section 34 and the section 32 of the valve needle 24.
  • the end section 34 is tightly guided in the sleeve part 40.
  • the upper edge of the sleeve part 40 has a conical bevel, so that a cutting-like biting edge 44 is formed, with which the sleeve part 40 rests on the intermediate disk 16.
  • the intermediate disk 16 delimits the control chamber 38 upwards.
  • An intermediate disk 42 is arranged below the sleeve part 40, through the opening of which the section 32 of the valve needle 24 passes with some play.
  • the washer is urged upwards by an annular disc spring 46. With its radially outer edge, the disc spring 46 is supported on a shoulder 48 of the recess 20. The section 32 of the valve needle 24 passes through a central opening 47 of the disc spring 46.
  • a helical compression spring 50 is in turn supported on the disk spring 46.
  • the helical compression spring 50 is arranged coaxially with the valve needle 24.
  • the helical compression spring 50 is supported on an annular collar 52 of a guide sleeve 54.
  • the disc spring 46 and the helical compression spring 50 are part of one
  • the inner diameter of the guide sleeve 54 is slightly smaller than the outer diameter of the section 28 of the valve needle 24.
  • the guide sleeve 54 is therefore supported on the shoulder formed between the section 28 and the section 32 of the valve needle 24.
  • annular space 56 available between the sleeve part 40, the intermediate disk 42 and the guide sleeve 54 on the one hand and the wall of the recess 20 in the nozzle body 14 on the other hand there is an annular space 56 available. This is connected to a high-pressure manifold 60 via a flow channel 58. In the wall of the sleeve part 40, a bore is made in the upper region thereof, which forms an inlet throttle 62.
  • the intermediate disk 16 there is a through hole 64 in the radial center thereof, which has a section with a small diameter, which forms an outlet throttle 66.
  • the diameter of the inlet throttle 62 is smaller than that of the outlet throttle 66.
  • the control chamber 38 is connected to a switching valve 68 via the through bore 64 with the outlet throttle 66. On the outlet side, this is in turn connected to a low-pressure area (without reference numerals).
  • the annular space 56 is connected by axial channels in the nozzle body 14, which are introduced into the wall of the recess 20, with an annular pressure space 70, which is present in the recess 20 at the level of the pressure surface 30.
  • a further annular space 72 leads from the pressure space 70, with the valve needle 24 open, to the fuel outlet openings 22.
  • a number of semicircular recesses 74 are made in the outer edge of the disc spring 46, distributed over the circumference. This connects the area of the annular space 56 above the disk spring 46 to the area below the disk spring 46. For the formation of the recesses 74 in the disc spring 46, reference is made to FIG. 2.
  • the injector 10 shown in FIG. 1 operates as follows:
  • the switching valve 68 When the injector 10 is closed, the switching valve 68 is closed. In this case, the full system pressure prevails in the control chamber 38, which also exists in the high-pressure manifold 60, in the flow channel 58, in the inlet Throttle 62 and in the annular space 56 prevail. This pressure acts on the pressure surface 36 at the upper end of the valve needle 24. As a result and through the action of the helical compression spring 50, the valve needle 24 is pressed against the injection end 18 of the nozzle body 14. The fuel outlet openings 22 are thus separated from the annular space 72, so that no fuel can escape.
  • the switching valve 68 is opened. Since the diameter of the outlet throttle 66 is larger than that of the inlet throttle 62, more fuel flows out of the control chamber 38 to the low-pressure region than flows back through the inlet throttle 62. The pressure in the control chamber 38 thus falls. At the same time, the full system pressure is present in the pressure chamber 70 and acts on the pressure surface 30 on the valve needle 24. When the corresponding resultant force on the pressure surface 30, the closing force by the helical compression spring 50 and by the pressure surface 36 exceeds the outgoing force, the valve needle 14 lifts off the valve seat in the region of the injection end 18 and releases the fuel outlet openings 22.
  • the switching valve 68 is closed again. Fuel continues to flow into the control chamber 38 through the inlet throttle 62 until the same pressure prevails in the control chamber 38 as in the annular chamber 56 and at all other points within the injector 10. Due to the pressure on the pressure surface 36 of the valve needle 24 and due to the Force, which is exerted by the compression coil spring 50 on the valve needle 24, the valve needle 24 is again moved in the direction of the injection end 18 and the connection between the fuel outlet openings 22 and the annular space 72 is interrupted.
  • the pressure curve in the control chamber 38 also corresponds as exactly as possible to the desired curve.
  • the desired course is in turn influenced by exact dimensioning of the inlet throttle 62 on the one hand and the outlet throttle 66 on the other hand.
  • the disc spring 46 is designed to be very rigid. As a result, the biting edge 44 is pressed against the wall of the intermediate disk 16 with a very high contact force, which creates an optimal seal. At the same time, however, the helical compression spring 50 is so soft that the opening process of the valve needle 24 is not impaired.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of an injector 10. Parts which are functionally equivalent to parts which have already been described in connection with FIGS. 1 and 2 have the same reference numerals. It will not be discussed in detail again.
  • a spring sleeve 46 is provided in the injector shown in FIG. 3. This essentially consists of a hollow cylinder (cf. FIG. 4), in the wall of which elongated openings 74 are present in the azimuthal direction.
  • the upper edge of the spring sleeve 46 is supported on the Washer 42 from.
  • the lower edge of the spring sleeve 46 is supported on a shoulder 76, which is formed between a region 78 of the recess 20 with a larger diameter and a region 80 of the recess 20 with a smaller diameter. Krafttoff can pass through the recesses 74 in the spring sleeve 46.
  • FIG. 5 A variant of such a spring sleeve is shown in Fig. 5.
  • This spring sleeve 46 has only a single opening in its wall, which forms an inlet throttle 62. Furthermore, in this spring sleeve 46 there are two relatively rigid sections 82 and 84, between which a spring section 86 designed in the form of an accordion is arranged.
  • FIGS. 1-5 show a further exemplary embodiment of an injector 10. It also applies here that parts which have equivalent functions to parts which have been described in connection with FIGS. 1-5 have the same reference numerals and are not explained again in detail here.
  • a spring element 46 is provided in the injector 10 shown in FIG. 6 instead of a disc spring.
  • This has an annular support section 88, on which two axially extending spring sections 90 are formed.
  • a semi-circular bulge 92 is bent into the spring sections 90 in the region of their lower end in FIG. 6, but somewhat spaced therefrom (cf. also FIG. 7), each forming a spiral spring.
  • An internal combustion engine 94 is shown schematically in FIG. 8. It comprises a fuel system 96. This in turn has a fuel tank 98, from which an electric low-pressure fuel pump 100 den Feeds fuel to a motor-driven high pressure pump 102. From there, the fuel reaches a fuel collecting line 104, which is also commonly referred to as a "rail".
  • a plurality of injectors 10, which are designed in accordance with FIG. 1, FIG. 3 or FIG. 6, are connected to the fuel collecting line 104. The injectors 10 each inject the fuel (diesel or gasoline) directly into combustion chambers 106.
  • the terms “above” and “below” in the above description refer exclusively to the figures.
  • the device 10 can also be arranged in a different position than that shown in the figures.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) wird in Brennkraftmaschinen (94) verwendet. Sie umfasst ein Gehäuse (12) mit einem Einspritz-Ende (18). In dem Gehäuse (12) verläuft eine Ausnehmung (20). In der Ausnehmung (20) ist ein axial bewegliches Ventilelement (24) angeordnet, welches mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende (18) abgewandte Druckfläche (36) aufweist, welche einen Steuerraum (38) axial begrenzt. Ferner ist ein Hülsenteil (40) vorgesehen, welches den Steuerraum (38) radial begrenzt. Eine Einrichtung (55) setzt das Hülsenteil (40) gegen einen ersten Gehäuseabschnitt (16) und das Ventilelement (24) in Richtung auf das Einspritz-Ende (18) unter Vorspannung. Um die Präzision im Betrieb der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung (55) separate Vorspanneinrichtungen (46, 50) umfasst, wobei jeweils eine Vorspanneinrichtung (50) das Ventilelement (24) und eine andere Vorspanneinrichtung (46) das Hülsenteil (40) beaufschlagt.

Description

Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail- Injektor, sowie KraftStoffsystem und Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail -Injektor, mit einem Gehäuse mit einem Einspritz-Ende, mit einer in dem Gehäuse verlaufenden Ausnehmung, mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement, das in der Ausnehmung angeordnet ist, mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende abgewandte Druckfläche aufweist, welche einen Steuerraum axial begrenzt, mit einem Hülsenteil, welches den Steuerraum radial begrenzt, und mit mindestens einer Einrichtung, welche das Hülsenteil gegen einen ersten Gehäuseabschnitt und das Ventilelement in Richtung auf das Einspritz-Ende beaufschlagt.
Eine derartige Kraftstoff-Einspritzvorrichtung ist vom Markt her bekannt. Bei ihr handelt es sich um einen Common- Rail -Injektor . Bei diesem wird der Steuerraum durch eine axiale Endfläche einer Ventilnadel begrenzt. Radial wird der Steuerraum durch ein Hülsenteil begrenzt, in dessen Wand eine Zulaufdrossel vorhanden ist. Auf der der Ventilnadel gegenüberliegenden Seite wird der Steuerraum durch ein Gehäuseteil begrenzt, in dem eine Ablauf-Drossel vorhanden ist. Die Zulauf-Drossel ist mit einem Hochdruckzulauf verbunden, wohingegen die Ablauf-Drossel über ein Steuerventil mit einem Niederdruckbereich verbunden ist. Die Drosselwirkung der Zulauf-Drossel ist stärker als jene der Ablauf-Drossel .
Zwischen dem Hülsenteil und einem ringförmigen Absatz der Ventilnadel ist eine Druckfeder verspannt. Durch diese wird einerseits die Ventilnadel gegen einen Ventilsitz im Bereich des Einspritz -Endes beaufschlagt, und andererseits wird das Hülsenteil gegen das Gehäuseteil beaufschlagt . Um die Ventilnadel von ihrem Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes abzuheben, wird der Druck im Steuerraum abgesenkt . An einer Druckfläche der Ventilnadel liegt weiterhin der normale Hochdruck an. Bei einer ausreichenden Druckdifferenz wird die Schließkraft der Druckfeder überwunden, so dass sich die Ventilnadel bewegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihr der Kraftstoff noch präziser eingespritzt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Einrichtung, welche das Hülsenteil gegen einen ersten Gehäuseabschnitt und das Ventilelement in Richtung auf das Einspritz-Ende unter Vorspannung setzt, separate Vorspanneinrichtungen umfasst, wobei jeweils eine Vorspanneinrichtung das Ventilelement und eine andere Vorspanneinrichtung das Hülsenteil beaufschlagt.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Undichtigkeiten zwischen dem Hülsenteil und dem ersten Gehäuseabschnitt äquivalent sind zu einem vergrößerten Querschnitt der Zulauf-Drossel . Bei einer vorhandenen Undichtigkeit zwischen dem Hülsenteil und dem ersten Gehäuseabschnitt kann daher bei einem eingeleiteten Druckabfall im Steuerraum der Kraftstoff schneller als gewünscht in den Steuerraum nachströmen, so dass der Druck im Steuerraum zu schnell wieder ansteigt. Dies führt zu einem vorzeitigen Schließen des Ventilelements. Eine derartige Undichtigkeit zwischen dem Hülsenteil und dem ersten Gehäuseabschnitt wird bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzvorrichtung vermieden.
Dies erfolgt dadurch, dass die Kraft, mit welcher das Hülsenteil gegen den ersten Gehäuseabschnitt beaufschlagt wird, ausreichend hoch gewählt werden kann, so dass eine optimale Abdichtung zwischen Hülsenteil und erstem Gehäuseabschnitt vorliegt. Eine derartig hohe Anpresskraft ist jedoch nur dadurch möglich, dass einerseits für das Hülsenteil und andererseits für das Ventilelement jeweils separate Vorspanneinrichtungen vorgesehen sind.
Um die für die notwendige Abdichtung zwischen Hülsenteil und erstem Gehäuseabschnitt notwendige Anpresskraft bereitstellen zu können, ist nämlich eine sehr steife Feder erforderlich. Um andererseits eine Öffnungsbewegung des Ventilelements bereits bei einem geringen Druckabfall im Steuerraum bewirken zu können, muss die
Vorspanneinrichtung, welche das Ventilelement beaufschlagt, relativ weich sein. Derartige individuelle Ausgestaltungen der entsprechenden Vorspanneinrichtungen sind bei der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung möglich.
Die erfindungsgemäße Kraftstoff -Einspritzvorrichtung gestattet somit auf äußerst preiswerte und einfache Art und Weise eine optimale Abdichtung zwischen Hülsenteil und erstem Gehäuseabschnitt, was einen präzisen und reproduzierbaren Druckverlauf im Steuerraum ermöglicht . Dies wiederum ermöglicht ein präzises Öffnen und Schließen der Kraftstoff-EinspritzVorrichtung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten Weiterbildung ist genannt, dass sich die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil beaufschlagt, an einem zweiten und stationären Gehäuseabschnitt abstützt. Mit einer solchen Abstützung können die für eine gute Abdichtung zwischen Hülsenteil und erstem Gehäuseabschnitt notwendigen Kräfte gut aufgenommen werden.
Die Abdichtung kann zusätzlich auch dadurch verbessert werden, dass das Hülsenteil eine umlaufende scharfe Kante aufweist, mit der es an dem ersten Gehäuseabschnitt anliegt .
Vorteilhafterweise ist in der Wand des Hülsenteils eine Öffnung vorhanden, welche eine Zulauf-Strömungsdrossel für den Steuerraum bildet. Eine solche Zulauf-Strömungsdrossel ist in das Hülsenteil auf einfache Art und Weise und mit höchster Präzision einbringbar.
Ferner ist es möglich, dass sich die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil beaufschlagt, an einem Absatz der Ausnehmung im Gehäuse abstützt. Da die Ausnehmung im Gehäuse, in welcher das Ventilelement angeordnet ist, im Allgemeinen sowieso als Stufenbohrung ausgebildet ist, kann ein derartiger Absatz ohne großen Mehraufwand vorgesehen werden.
Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ausgestaltung der Vorspanneinrichtung für das Hülsenteil besteht darin, dass die Vorspanneinrichtung eine Scheibenfeder mit einer Öffnung umfasst, durch welche sich das Ventilelement hindurcherstreckt. Derartige Scheibenfedern, welche gegebenenfalls auch als Federpaket angeordnet werden können, weisen eine sehr große Steifigkeit auf. Mit ihnen können somit hohe Anpresskräfte zwischen dem Hülsenteil und dem ersten Gehäuseabschnitt realisiert werden, was für die gewünschte Abdichtung vorteilhaft ist. Darüber hinaus bauen derartige Scheibenfedern sehr kompakt.
Bei einer Weiterbildung ist in der Scheibenfeder im Bereich des radial äußeren Randes mindestens eine Ausnehmung vorhanden. In diesem Fall kann der Raum, in dem die Scheibenfeder angeordnet ist, auch für die Strömungsführung des Kraftstoffes verwendet werden. Der Kraftstoff kann in diesem Fall durch die Ausnehmung hindurchströmen.
Alternativ kann die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil beaufschlagt, eine Federhülse umfassen. Eine solche Federhülse hat im Allgemeinen die Form eines Zylinders und ermöglicht eine Abstützung in einer axial vom Hülsenteil entfernten Stelle.
Dabei wird bevorzugt, wenn in der Wand der Federhülse mindestens eine Öffnung vorhanden ist. In diesem Fall kann der Raum, in dem die Federhülse angeordnet ist, ebenfalls als Strömungskanal für den Kraftstoff verwendet werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in der Wand der Federhülse eine Zulauf-Strömungsdrossel vorhanden ist. Eine derartige Öffnung mit einem bestimmten Querschnitt kann leicht und preiswert in die Federhülse eingebracht werden, ohne deren Steifigkeit oder Lebensdauer nachteilig zu beeinflussen .
Möglich ist auch, dass die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil beaufschlagt, ein Federelement mit einem Stützabschnitt und mindestens zwei axial verlaufenden Federabschnitten umfasst. Auch bei einem solchen Federelement kann die Abstützung axial vom Hülsenteil entfernt erfolgen. Da das Federelement einzelne Federabschnitte umfasst, zwischen denen Zwischenräume vorhanden sind, ist die Strömung durch den Raum, in dem das Federelement angeordnet ist, nicht oder nur gering beeinträchtigt .
Die Erfindung betrifft auch ein KraftstoffSystem mit einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, und mit einer Kraftstoff-Sammelleitung, an die die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.
Um bei einem solchen KraftstoffSystem die Präzision der durchgeführten Einspritzungen zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung nach der oben genannten Art ausgebildet ist.
Ferner betrifft die Erfindung noch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Brennraum, in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird.
Um den Betrieb dieser Brennkraftmaschine im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu optimieren, wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine ein Kraftstoffsystem der oben genannten Art aufweist. Da mit diesem KraftstoffSystem die Zumessung des Kraftstoffs in den Brennraum sehr präzise erfolgt, können die Emissionen niedrig und der Kraftstoffverbrauch gering gehalten werden.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1: einen teilweisen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer Vorspanneinrichtung für ein Hülsenteil;
Fig. 2: eine Draufsicht auf die Vorspanneinrichtung vn Fig. 1;
Fig. 3: einen teilweisen Längsschnitt durch einen Bereich eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff -Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit einer Vorspanneinrichtung für ein Hülsenteil;
Fig. 4: eine perspektivische Darstellung der Vorspanneinrichtung von Fig. 3;
Fig. 5: eine Abwandlung der Vorspanneinrichtung von Fig. 4;
Fig. 6: eine Ansicht ähnlich Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kraftstoff- Einspritzvorrichtung für Brennkraf maschinen, mit einer Vorspanneinrichtung für ein Hülsenteil;
Fig. 7: eine perspektivische Darstellung der Vorspanneinrichtung von Fig. 6; und
Fig. 8: eine Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffsystem und mehreren Kraftstoff -Einspritzvorrichtungen entsprechend Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 trägt eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung insgesamt das Bezugszeichen 10. Bei ihr handelt es sich um einen Common-Rail-Injektor, welcher für die direkte Einspritzung hochverdichteten Kraftstoffs in den Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet wird. Der Injektor 10 umfasst ein mehrteiliges Gehäuse 12. Das Gehäuse 12 umfasst einen Düsenkörper 14 und eine Zwischenscheibe 16. Der Düsenkörper 14 und die Zwischenscheibe 16 sind über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Düsenspannmutter gegeneinander verspannt .
Das in Fig. 1 untere Ende des Düsenkörpers 14 ist als Einspritz-Ende 18 ausgebildet. Im Düsenkörper 14 verläuft in dessen Längsrichtung eine Ausnehmung 20. Diese hat die Form einer Stuf nbohrung und endet im Einspritz-Ende 18. Am Einspritz-Ende 18 sind mehrere über den Umfang des Einspritz-Endes 18 verteilt angeordnete Kraftstoff- Austrittsöffnungen 22 vorhanden. In der Ausnehmung 20 im Düsenkörper 14 ist ein Ventilelemnet 24 angeordnet. Bei ihm handelt es sich um eine Ventilnadel, welche koaxial zur Ausnehmung 20 verläuft und axial beweglich ist. Die Ventilnadel 24 arbeitet mit einem Ventilsitz (ohne Bezugszeichen) im Bereich des Einspritz-Endes 18 zusammen.
Die Ventilnadel 24 weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser auf: Zwischen einem Abschnitt 26 mit kleinerem Durchmesser und einem Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser ist eine schräge Druckfläche 30 vorhanden. Oberhalb des Abschnitts 28 ist ein Abschnitt 32 vorhanden, der kleineren Durchmesser hat als der Abschnitt 28. Oberhalb des Abschnitts 32 wiederum weist die Ventilnadel 24 einen Endabschnitt 34 auf, dessen Durchmesser etwas größer ist als der des Abschnitts 32. Der Endabschnitt 34 wird axial nach oben durch eine Druckfläche 36 begrenzt.
Die Druckfläche 36 begrenzt wiederum axial einen Steuerraum 38. Radial wird der Steuerraum 38 durch ein Hülsenteil 40 begrenzt, welches sich nach unten bis etwa auf Höhe des Übergangs zwischen dem Endabschnitt 34 und dem Abschnitt 32 der Ventilnadel 24 erstreckt. Der Endabschnitt 34 ist in dem Hülsenteil 40 dicht geführt. Der obere Rand des Hülsenteils 40 weist eine konische Schräge auf, so dass eine schneidenartige Beißkante 44 gebildet wird, mit welcher das Hülsenteil 40 an der Zwischenscheibe 16 anliegt. Die Zwischenscheibe 16 begrenzt den Steuerraum 38 nach oben.
Unterhalb des Hülsenteils 40 ist eine Zwischenscheibe 42 angeordnet, durch deren Öffnung der Abschnitt 32 der Ventilnadel 24 mit etwas Spiel hindurchtritt. Die Zwischenscheibe wird von einer ringförmigen Scheibenfeder 46 nach oben beaufschlagt. Mit ihrem radial äußeren Rand stützt sich die Scheibenfeder 46 an einem Absatz 48 der Ausnehmung 20 ab. Der Abschnitt 32 der Ventilnadel 24 tritt durch eine mittige Öffnung 47 der Scheibenfeder 46 hindurch.
An der Scheibenfeder 46 wiederum stützt sich eine Schrauben-Druckfeder 50 ab. Die Schrauben-Druckfeder 50 ist koaxial zur Ventilnadel 24 angeordnet. Nach unten hin stützt sich die Schrauben-Druckfeder 50 an einem Ringkragen 52 einer Führungshülse 54 ab. Die Scheibenfeder 46 und die Schrauben-Druckfeder 50 sind Teil einer
Beaufschlagungseinrichtung 55. Der Innendurchmesser der Führungshülse 54 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser des Abschnitts 28 der Ventilnadel 24. Die Führungshülse 54 stützt sich daher an dem zwischen dem Abschnitt 28 und dem Abschnitt 32 der Ventilnadel 24 gebildeten Absatz ab.
Zwischen dem Hülsenteil 40, der Zwischenscheibe 42 und der Führungshülse 54 einerseits und der Wand der Ausnehmung 20 im Düsenkörper 14 andererseits ist ein Ringraum 56 vorhanden. Dieser ist über einen Strömungskanal 58 mit einer Hochdruck-Sammelleitung 60 verbunden. In die Wand des Hülsenteils 40 ist in deren oberen Bereich eine Bohrung eingebracht, welche eine Zulauf-Drossel 62 bildet.
In der Zwischenscheibe 16 ist in deren radialer Mitte eine Durchgangsbohrung 64 vorhanden, welche einen Abschnitt mit einem geringen Durchmesser aufweist, der eine Ablauf - Drossel 66 bildet. Der Durchmesser der Zulauf -Drossel 62 ist kleiner als jener der Ablauf-Drossel 66. Über die Durchgangsbohrung 64 mit der Ablauf-Drossel 66 ist der Steuerraum 38 mit einem Schaltventil 68 verbunden. Dieses ist auslassseitig wiederum an einen Niederdruckbereich (ohne Bezugszeichen) angeschlossen.
Der Ringraum 56 ist durch axiale Kanäle im Düsenkörper 14, welche in die Wand der Ausnehmung 20 eingebracht sind, mit einem ringförmigen Druckraum 70 verbunden, welcher in der Ausnehmung 20 auf Höhe der Druckfläche 30 vorhanden ist. Vom Druckraum 70 führt ein weiterer Ringraum 72, bei geöffneter Ventilnadel 24, bis zu den Kraftstoff - Austrittsöffnungen 22. In den äußeren Rand der Scheibenfeder 46 sind über den Umfang verteilt mehrere halbkreisförmige Ausnehmungen 74 eingebracht. Durch diese ist der Bereich des Ringraums 56 oberhalb der Scheibenfeder 46 mit dem Bereich unterhalb der Scheibenfeder 46 verbunden. Zur Ausbildung der Ausnehmungen 74 in der Scheibenfeder 46 wird auf Fig. 2 verwiesen.
Der in Fig. 1 dargestellte Injektor 10 arbeitet folgendermaßen :
Bei geschlossenem Injektor 10 ist das Schaltventil 68 geschlossen. In diesem Fall herrscht im Steuerraum 38 der volle Systemdruck, welcher auch in der Hochdruck- Sammelleitung 60, im Strömungskanal 58, in der Zulauf- Drossel 62 und im Ringraum 56 herrscht. Dieser Druck wirkt auf die Druckfläche 36 am oberen Ende der Ventilnadel 24. Hierdurch und durch die Wirkung der Schrauben-Druckfeder 50 wird die Ventilnadel 24 gegen das Einspritzende 18 des Düsenkörpers 14 gedrückt. Die Kraftstoff-Austrittsöffnungen 22 sind somit vom Ringraum 72 getrennt, so dass kein Kraftstoff austreten kann.
Um mit dem Injektor 10 eine Einspritzung durchzuführen, wird das Schaltventil 68 geöffnet. Da der Durchmesser der Ablauf-Drossel 66 größer ist als jener der Zulauf -Drossel 62, strömt mehr Kraftstoff aus dem Steuerraum 38 zum Niederdruckbereich ab als durch die Zulauf-Drossel 62 wieder zuströmt. Somit sinkt der Druck im Steuerraum 38. Gleichzeitig liegt im Druckraum 70 der volle Systemdruck an und wirkt auf die Druckfläche 30 an der Ventilnadel 24. Wenn die entsprechende resultierende Kraft an der Druckfläche 30 die Schließkraft durch die Schrauben- Druckfeder 50 und die von der Druckfläche 36 ausgehende Kraft übersteigt, hebt die Ventilnadel 14 vom Ventilsitz im Bereich des Einspritz-Endes 18 ab und gibt die Kraftstoff- Austrittsöffnungen 22 frei.
Um eine Einspritzung zu beenden, wird das Schaltventil 68 wieder geschlossen. Durch die Zulauf-Drossel 62 strömt weiterhin Kraftstoff in den Steuerraum 38 zu, bis im Steuerraum 38 der gleiche Druck herrscht wie im Ringraum 56 und an allen anderen Stellen innerhalb des Injektors 10. Durch den Druck auf die Druckfläche 36 der Ventilnadel 24 und aufgrund der Kraft, welche von der Schrauben-Druckfeder 50 auf die Ventilnadel 24 ausgeübt wird, wird die Ventilnadel 24 wieder in Richtung auf das Einspritz-Ende 18 bewegt und die Verbindung zwischen den Kraftstoff - Austrittsöffnungen 22 und dem Ringraum 72 unterbrochen.
Damit der Schließzeitpunkt der Ventilnadel 24 möglichst exakt dem gewünschten Wert entspricht, uss der Druckverlauf im Steuerraum 38 ebenfalls möglichst exakt dem gewünschten Verlauf entsprechen. Der gewünschte Verlauf wird wiederum durch eine exakte Dimensionierung einerseits der Zulauf-Drossel 62 und andererseits der Ablauf-Drossel 66 beeinflusst.
Um zu verhindern, dass Kraftstoff vom Ringraum 56 durch einen Spalt zwischen dem Hülsenteil 40 und der Zwischenscheibe 16 in den Steuerraum 38 gelangt (dies entspräche einem größeren Durchmesser der Zulaufdrossel 62), ist die Scheibenfeder 46 sehr steif ausgebildet. Hierdurch wird die Beißkante 44 mit sehr hoher Anpresskraft gegen die Wand der Zwischenscheibe 16 gedrückt, was eine optimale Abdichtung schafft. Gleichzeitig ist die Schrauben-Druckfeder 50 jedoch so weich, dass der Öffnungsvorgang der Ventilnadel 24 nicht beeinträchtigt wird.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Injektors 10 dargestellt. Solche Teile, welche funktionsäquivalent sind zu Teilen, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Auf sie wird nicht nochmals im Detail eingegangen.
Die wesentlichen Unterschiede betreffen die Ausgestaltung der Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil 40 gegen die Zwischenscheibe 16 beaufschlagt. Anstelle einer Scheibenfeder ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Injektor eine Federhülse 46 vorgesehen. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Hohlzylinder (vgl. Fig. 4), in dessen Wand in azimutaler Richtung längliche Öffnungen 74 vorhanden sind.
Der obere Rand der Federhülse 46 stützt sich an der Zwischenscheibe 42 ab. Der untere Rand der Federhülse 46 stützt sich an einem Absatz 76 ab, welcher zwischen einem Bereich 78 der Ausnehmung 20 mit größerem Durchmesser und einem Bereich 80 der Ausnehmung 20 mit kleinerem Durchmesser gebildet ist. Durch die Ausnehmungen 74 in der Federhülse 46 kann Krafttoff hindurchtreten.
Eine Variante einer solchen Federhülse ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Federhülse 46 weist nur eine einzige Öffnung in ihrer Wand auf, welche eine Zulauf-Drossel 62 bildet. Ferner sind bei dieser Federhülse 46 zwei relativ steife Abschnitte 82 und 84 vorhanden, zwischen denen ein in Ziehharmonikaform ausgebildeter Federabschnitt 86 angeordnet ist.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Injektors 10 dargestellt. Auch hier gilt, dass solche Teile, welche äquivalente Funktionen zu Teilen aufweisen, die im Zusammenhang mit den Fig. 1 - 5 beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen tragen und hier nicht nochmals im Detail erläutert sind.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Injektor 10 ist bei dem in Fig. 6 dargestellten Injektor 10 anstelle einer Scheibenfeder ein Federelement 46 vorgesehen. Dieses weist einen ringförmigen Stützabschnitt 88 auf, an den zwei axial verlaufende Federabschnitte 90 angeformt sind. In die Federabschnitte 90 ist im Bereich ihres in Fig. 6 unteren Endes, jedoch etwas von diesem beabstandet, jeweils eine halbkreisförmige Ausbuchtung 92 eingebogen (vgl. auch Fig. 7), die jeweils eine Biegefeder bildet.
In Fig. 8 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 94 dargestellt. Sie umfasst ein Kraftstoffsystem 96. Dieses weist wiederum einen Kraf stoffbehälter 98 auf, aus dem eine elektrische Niederdruck-Kraftstoffpumpe 100 den Kraftstoff zu einer motorgetriebenen Hochdruckpumpe 102 fördert . Von dieser gelangt der Kraftstoff in eine Kraftstoff-Sammelleitung 104, welche gemeinhin auch als "Rail" bezeichnet wird. An die Kraftstoff-Sammelleitung 104 sind mehrere Injektoren 10 angeschlossen, die entsprechend Fig. 1, Fig. 3 oder Fig. 6 ausgebildet sind. Die Injektoren 10 spritzen jeweils den Kraftstoff (Diesel oder Benzin) direkt in Brennräume 106 ein.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die Begriffe "oben" und "unten" in der obigen Beschreibung sich ausschließlich auf die Figuren beziehen. Grundsätzlich kann die Vorrichtung 10 auch in einer anderen Lage als der in den Figuren dargestellten angeordnet werden.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) für Brennkraftmaschinen (94) , insbesondere Common-Rail- Injektor, mit einem Gehäuse (12) mit einem Einspritz-Ende (18) , mit einer in dem Gehäuse (12) verlaufenden Ausnehmung (20) , mit mindestens einem axial beweglichen Ventilelement (24) , das in der Ausnehmung (20) angeordnet ist, mit einem
Ventilsitz zusammenarbeitet und eine vom Einspritz-Ende (18) abgewandte Druckfläche (36) aufweist, welche einen Steuerraum (38) axial begrenzt, mit einem Hülsenteil (40), welches den Steuerraum radial begrenzt, und mit mindestens einer Einrichtung (55) , welche das Hülsenteil (40) gegen einen ersten Gehäuseabschnitt (16) und das Ventilelement (24) in Richtung auf das Einspritz-Ende (18) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (55) separate Vorspanneinrichtungen (46, 50) umfasst, wobei jeweils eine Vorspanneinrichtung (50) das Ventilelement (24) und eine andere Vorspanneinrichtung (46) das Hülsenteil (40) beaufschlagt .
2. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorspanneinrichtung
(46), welche das Hülsenteil (40) beaufschlagt, an einem zweiten und stationären Gehäuseabschnitt (14) abstützt.
3. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorspanneinrichtung (46) , welche das Hülsenteil (40) beaufschlagt, an einem Absatz (48) der Ausnehmung (20) im Gehäuse (12) abstützt.
4. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenteil (40) eine umlaufende scharfe Kante (44) aufweist, mit der es an dem ersten Gehäuseabschnitt (16) anliegt .
5. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des Hülsenteils (40) eine Öffnung vorhanden ist, welche eine Zulauf-Strömungsdrossel (62) für den Steuerraum
(38) bildet.
6. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil (40) beaufschlagt, eine Scheibenfeder (46) mit einer Öffnung umfasst, durch welche sich das Ventilelement (24) hindurcherstreckt .
7. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Scheibenfeder (46) im Bereich des radial äußeren Randes mindestens eine Ausnehmung (74) vorhanden ist.
8. Kraftstoff -Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil (40) beaufschlagt, eine Federhülse (46) umfasst.
9. Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand der Federhülse
(46) mindestens eine Öffnung (74) vorhanden ist.
10. Kraftstoff -Einspritzvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand der Federhülse (46) eine Zulauf-Strömungsdrossel (62) vorhanden ist.
11. Kraf stoff -Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung, welche das Hülsenteil (40) beaufschlagt, ein Federelement (46) mit einem Stützabschnitt (88) und mindestens zwei axial verlaufenden Federabschnitten (90) umfasst.
12. KraftstoffSystem (96) mit einem Kraftstoffbehälter (98) , mit mindestens einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) , welche den Kraftstoff direkt in den Brennraum (106) einer Brennkraftmaschine (94) einspritzt, mit mindestens einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe (102) , und mit einer
Kraftstoff -Sammelleitung (104), an die die Kraftstoff- Einspritzvorrichtung (10) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
13. Brennkraftmaschine (94) mit mindestens einem Brennraum (106) , in den der Kraftstoff direkt eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Kraftstoffsystem (96) nach Anspruch 12 aufweist.
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