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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Eine solche Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen ist der
US 5 745 210 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine ist mit wenigstens einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar und weist wenigstens zwei Brennräume auf. Es ist eine Gasversorgungseinrichtung vorgesehen, welche wenigstens eine Speichereinrichtung zum Speichern des gasförmigen Kraftstoffs umfasst. Die Gasversorgungseinrichtung umfasst auch den Brennräumen zugeordnete Injektorelemente zum wenigstens mittelbaren Einbringen des gasförmigen Kraftstoffs in die Brennräume. Darüber hinaus umfasst die Gasversorgungseinrichtung ein den Injektorelementen gemeinsames, mit der Speichereinrichtung und mit den Injektorelementen fluidisch verbundenes Verteilungselement, mittels welchem der dem Verteilungselement zugeführte, gasförmige Kraftstoff auf die jeweiligen Injektorelemente verteilbar ist.
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Nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine steht die Gasversorgungseinrichtung zunächst noch unter Druck. Undichtigkeiten an den Injektorelementen führen nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine zu einer Entleerung der Gasversorgungseinrichtung, insbesondere des Verteilungselements, der Injektorelemente sowie entsprechender Leitungselemente zum Führen des gasförmigen Kraftstoffs in die Brennräume. Dies kann zu unerwünscht hohen Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) des gasförmigen Kraftstoffs führen. Darüber hinaus kann es aufgrund der Undichtigkeiten zu Startschwierigkeiten der Verbrennungskraftmaschine kommen.
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Ein Ablassen des gasförmigen Kraftstoffs an die Umgebung ist aus Umweltschutz- und Sicherheitsgründen nicht vorteilhaft, da es dabei zur Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen kommen würde. Eine Rückförderung des gasförmigen Kraftstoffs in die Speichereinrichtung sowie ein Ablassen des gasförmigen Kraftstoffs in einen separaten Behälter, um den Gasdruck in der Gasversorgungseinrichtung nach Abstellen des Verbrennungskraftmaschine abzubauen, ist technisch aufwändig und erfordert zusätzlichen, großen Bauraum.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die eingangs geschilderten Probleme nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine auf einfache und bauraumgünstige Weise vermieden oder zumindest gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbrennungskraftmaschine für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welcher die geschilderten und aus den Undichtigkeiten der Injektorelemente resultierenden Nachteile auf einfache und bauraumgünstige Weise vermieden oder besonders gering gehalten werden können, ist erfindungsgemäß wenigstens ein Ventilelement vorgesehen, welches in einem korrespondierenden Leitungselement zum Führen des gasförmigen Kraftstoffs vom Verteilungselement zu wenigstens einem der Injektorelemente angeordnet ist und mittels welchem das korrespondierende Leitungselement fluidisch versperrbar ist. Mit anderen Worten ist das Ventilelement in Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs vom Verteilungselement zu dem wenigstens einen Injektorelement stromab des Verteilungselements und stromauf des wenigstens einen Injektorelements zumindest teilweise in dem Leitungselement angeordnet.
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Dadurch kann ein Gasvolumen, das sich bei einer Undichtigkeit der Injektorelemente in den Brennraum oder die Brennräume entleeren kann, besonders gering gehalten werden. Infolgedessen kann auch die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Methan, vermieden oder in einem geringen Rahmen gehalten werden. Darüber hinaus ist ein besonders vorteilhaftes Startverhalten der Verbrennungskraftmaschine zeitlich nach ihrem Abstellen bzw. nach ihrer Deaktivierung ermöglicht. Ferner können Verpuffungen in einem Ansaugtrakt und/oder in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden.
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Durch entsprechende Anordnung des wenigstens einen Ventilelements in dem korrespondierenden Leitungselement besonders nahe an dem entsprechenden Injektorelement beschränkt sich das Gasvolumen, welches nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum strömen kann, zumindest im Wesentlichen auf ein entsprechendes Aufnahmevolumen des Injektorelements, in welchem das Injektorelement gasförmigen Kraftstoff aufnehmen kann. Dieses sehr geringe Gasvolumen kann im Hinblick auf die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, auf den Einfluss des Startverhaltens sowie auf den Einfluss von Verpuffungen im Ansaug- und/oder Abgastrakt als unkritisch angesehen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Injektorelemente jeweils über wenigstens ein Leitungselement zum Führen des gasförmigen Kraftstoffs vom Verteilungselement zu dem jeweiligen Injektorelement mit dem Verteilungselement fluidisch verbunden. Um nun das sich nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine in die Brennräume entleerende Gasvolumen besonders gering zu halten, ist vorteilhafterweise in dem jeweiligen Leitungselement, d. h. stromab des Verteilungselements und stromauf der jeweiligen Injektorelemente wenigstens ein jeweiliges, korrespondierendes Ventilelement vorgesehen, mittels welchem das jeweils korrespondierende Leitungselement fluidisch versperrbar ist. Mit anderen Worten ist in jedem der Leitungselemente, über die die Injektorelemente mit dem Verteilungselement verbunden sind, ein entsprechendes Ventilelement zum fluidischen Versperren des korrespondierenden Leitungselements vorgesehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement als elektromagnetisch betätigbares Ventilelement ausgebildet. Dadurch können schnelle Schaltzeiten des Ventilelements realisiert werden, so dass das korrespondierende Leitungselement besonders schnell bei oder nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine fluidisch versperrt werden kann.
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Zur Realisierung einer sehr guten Dichtwirkung des entsprechenden Ventilelements ist bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Ventilelement wenigstens einen Elastomer zum fluidischen Versperren des Leitungselements umfasst.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche dazu ausgelegt ist, das Leitungselement in Abhängigkeit von einem Beenden des Einbringens des gasförmigen Kraftstoffs in die Brennräume fluidisch zu versperren. Mit anderen Worten ist ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, wobei das Leitungselement in Abhängigkeit von dem Beenden des Einbringens des gasförmigen Kraftstoffs in die Brennräume fluidisch versperrt wird. Hierdurch kann auf das Abstellen bzw. Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine reagiert werden, um die Menge oder das Volumen an in die Brennräume strömendem gasförmigem Kraftstoff nach dem Deaktivieren des Verbrennungsmotors besonders gering zu halten.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, das Leitungselement bei einem automatischen und/oder bei einer durch eine Person durch Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine bewirkten Beenden des Einbringens des Kraftstoffs in die Brennräume fluidisch zu versperren. Das automatische Beenden des Einbringens des Kraftstoffs in die Brennräume wird beispielsweise im Rahmen eines sogenannten Start-/Stopp-Verfahrens durchgeführt, bei welchem die Verbrennungskraftmaschine bei Erfülltsein wenigstens eines vorgebbaren Kriteriums automatisch, d. h. ohne Zutun des Fahrers des Kraftwagens, deaktiviert wird. Zu einem solchen, automatischen Deaktivieren kommt es beispielsweise, wenn der Fahrer den Kraftwagen an einer roten Ampel anhält und der Kraftwagen nicht mehr durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird oder angetrieben werden muss.
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Zum automatischen Beenden des Einbringens des Kraftstoffs in die Brennräume kann es auch während eines Schubbetriebs der Verbrennungskraftmaschine kommen, in dem die Verbrennungskraftmaschine nicht durch in den Brennräumen ablaufende Verbrennungsvorgänge, sondern über von der Verbrennungskraftmaschine in einem Zugbebtrieb antreibbare Räder des Kraftwagens durch dessen kinetische Energie angetrieben wird. In beiden Fällen, d. h. sowohl während des Start-/Stopp-Verfahrens als auch während des Schubbetriebs wird, um Kraftstoff zu sparen, kein Kraftstoff in die Brennräume eingebracht und es werden auch keine Verbrennungen in den Brennräumen durchgeführt. Um nun das sich in die Brennräume entleerende Gasvolumen und die daraus resultierenden Nachteile insbesondere bei einem Wiederstart der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden oder gering zu halten, wird das entsprechende Leitungselement mittels des korrespondierenden Ventilelements fluidisch versperrt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine in einem ersten Betriebszustand mit dem gasförmigen Kraftstoff und in einem zweiten Betriebszustand mit einem flüssigen Kraftstoff betreibbar. Es handelt sich somit um eine bivalente Verbrennungskraftmaschine. Dazu ist beispielsweise eine Kraftstoffversorgungseinrichtung vorgesehen, welche wenigstens einen Tank zum Speichern des flüssigen Kraftstoffs und entsprechende Kraftstoffeinspritzventile zum zumindest mittelbaren Einbringen des flüssigen Kraftstoffs in die Brennräume umfasst.
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Um nun das sich entleerende Gasvolumen besonders gering zu halten, ist vorgesehen, dass das Leitungselement der Gasversorgungseinrichtung im zweiten Betriebszustand mittels des Ventilelements fluidisch versperrt ist.
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In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Speichereinrichtung über wenigstens ein weiteres Leitungselement mit dem Verteilungselement fluidisch verbunden, wobei in Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs von der Speichereinrichtung zum Verteilungselement in dem weiteren Leitungselement wenigstens ein weiteres Ventilelement vorgesehen ist, mittels welchem das weitere Leitungselement fluidisch versperrt ist, wenn auch das erste Leitungselement mittels des ersten Ventilelements fluidisch versperrt ist. Mit anderen Worten erfolgt die Schaltung des ersten Ventilelements mit dem wenigstens einen, weiteren Ventilelement, so dass eine besonders hohe Dichtheit der Gasversorgungseinrichtung realisiert ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Fig. alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, welche mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar ist und eine Gasversorgungseinrichtung zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine mit dem gasförmigen Kraftstoff aufweist, wobei Ventilelemente vorgesehen sind, mittels welchen ein sich nach Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine in Brennräume dieser entleerendes Gasvolumen besonders gering gehalten werden kann.
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Die Fig. zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 für einen Kraftwagen. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar und umfasst ein Kurbelgehäuse 12, welches als Brennräume der Verbrennungskraftmaschine 10 mehrere Zylinder 14 aufweist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst auch einen Ansaugtrakt 15, über welchen Luft angesaugt und den Zylindern 14 zugeführt wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist weiterhin eine Gasversorgungseinrichtung 16 zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine 10 mit dem gasförmigen Kraftstoff auf. Die Gasversorgungseinrichtung 16 umfasst Injektoren 18, mittels welchen der gasförmige Kraftstoff direkt in die Zylinder 14 einbringbar, d. h. einblasbar ist. Mit anderen Worten ist jedem der Zylinder 14 ein jeweiliger Injektor 18 zugeordnet, wobei ein von den Injektoren 18 jeweiliger Volumenstrom des gasförmigen Kraftstoffs direkt in die jeweiligen Zylinder 14, d. h. ohne den Ansaugtrakt 15 zu durchströmen, gelangt. Somit wird der gasförmige Kraftstoff direkt in die Zylinder 14 und nicht etwa stromauf in den Ansaugtrakt 15 eingebracht, d. h. eingeblasen. Im Ansaugtrakt 15 ist eine Drosselklappe 20 angeordnet, mittels welcher eine den Zylindern 14 zuzuführende Luftmenge einstellbar ist. In Abhängigkeit von der den Zylindern 14 zugeführten Luftmenge wird auch die den Zylindern 14 zuzuführende Menge des gasförmigen Kraftstoffs eingestellt.
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Die Gasversorgungseinrichtung 16 umfasst auch ein Verteilungselement 22, welches üblicherweise auch als Gasverteiler bezeichnet wird. Das Verteilungselement 22 ist dabei über jeweilige Leitungselemente 24 mit den Injektoren 18 fluidisch verbunden. Dadurch kann den Injektoren 18 über die Leitungselemente 24 gasförmiger Kraftstoff von dem den Injektoren 18 gemeinsamen Verteilungselement 22 zugeführt werden.
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Das Verteilungselement 22 ist über ein weiteres Leitungselement 26 fluidisch mit einem Gastank 28 der Gasversorgungseinrichtung 16 verbunden, so dass dem Verteilungselement 22 über das weitere Leitungselement 26 gasförmiger Kraftstoff aus dem Gastank 28 zugeführt werden kann. In dem weiteren Leitungselement 26 ist ein Druckregler 30 angeordnet, welcher beispielsweise ein Ventilelement umfasst. Mittels des Druckreglers 30 kann ein Druck des gasförmigen Kraftstoffs im Verteilungselement 22 eingestellt werden, mit welchem der gasförmige Kraftstoff vom Verteilungselement 22 über die Leitungselemente 24 auf die jeweiligen Injektoren 18 verteilt wird. Mittels der Gasversorgungseinrichtung 16 wird der gasförmige Kraftstoff in die Zylinder 14 eingeblasen, weswegen die Gasversorgungseinrichtung 16 auch als Einblaseeinrichtung bezeichnet wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ferner einen Abgastrakt 32, mittels welchem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10, welches aus Verbrennungen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylindern 14 resultiert, abgeführt wird.
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Um die Verbrennungskraftmaschine 10 besonders effizient betreiben zu können, ist auch ein Abgasturbolader 34 vorgesehen. Der Abgasturbolader 34 umfasst einen Verdichter 36 mit einem im Ansaugtrakt 15 angeordneten Verdichterrad 38. Mittels des Verdichterrads 38 kann die der Verbrennungskraftmaschine 10 zuzuführende Luft verdichtet werden.
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Zum Antreiben des Verdichterrads 38 umfasst der Abgasturbolader 34 eine Turbine 40 mit einem im Abgastrakt 32 angeordneten Turbinenrad 42. Das Turbinenrad 42 ist vom Abgas antreibbar und über eine Welle 44 des Abgasturboladers 34 mit dem Verdichterrad 38 gekoppelt. In Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgastrakt 32 ist stromab des Turbinenrads 42 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 45 angeordnet, welche beispielsweise einen Katalysator umfasst.
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Nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10, d. h. nach Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine 10, steht die Gasversorgungseinrichtung 16 zunächst noch unter Druck. Undichtigkeiten an den Injektoren 18 führen nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10 zu einer Entleerung der Gasversorgungseinrichtung 16 in die Zylinder 14 und gegebenenfalls in den Ansaugtrakt 15, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Dabei strömt der gasförmige Kraftstoff stromauf der Zylinder 14, beispielsweise aus den Leitungselementen 24, 26 und den Injektoren 18, in die Zylinder 14 ein. Insbesondere bei einer Direkteinbringung oder Direkteinblasung des gasförmigen Kraftstoffs, wie es bei der Verbrennungskraftmaschine 10 vorgesehen ist, kann es zu einer relativ hohen Gasleckage kommen, da hier eine Abdichtung insbesondere der Injektoren 18 mit Elastomeren aufgrund von hohen Bauteiltemperaturen nicht möglich ist. Die Elastomere würden thermisch zerstört werden.
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Um nun ein Einströmen eines unerwünscht hohen Gasvolumens in die Zylinder 14 nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10 zu vermeiden, ist in dem jeweiligen Leitungselement 24 ein jeweiliges, korrespondierendes Ventilelement 46 angeordnet, mittels welchem das jeweils korrespondierende Leitungselement 24 fluidisch versperrbar ist. Mit anderen Worten sind in den Leitungselementen 24 jeweilige Ventilelemente 46 zum fluidischen Versperren der Leitungselemente 24 vorgesehen, welche in Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs vom Verteilungselement 22 zu den jeweiligen Injektoren 18 zwischen dem Verteilungselement 22 und den Injektoren 18 angeordnet sind.
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Die Ventilelemente 46 sind magnetisch betätigbar, weswegen sie auch als Magnetventile bezeichnet werden. Die Ventilelemente 46 werden mittels eines elektronischen Steuergeräts 48 der Verbrennungskraftmaschine 10 zwischen einer die Leitungselemente 24 fluidisch versperrenden Sperrstellung und einer die Leitungselemente 24 zumindest teilweise fluidisch freigebenden Freigabestellung verstellt.
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Wird die Verbrennungskraftmaschine 10 deaktiviert, so werden die Ventilelemente 46 in ihre jeweiligen Sperrstellungen verstellt. Dadurch kommt es aufgrund der Undichtigkeiten der Injektoren 18 lediglich zur Entleerung eines sehr geringen Gasvolumens, welches sich auf ein jeweiliges Aufnahmevolumen der Injektoren 18, in welchen gasförmiger Kraftstoff aufnehmbar ist, beschränkt. Dieses geringe Gasvolumen kann hinsichtlich der Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), insbesondere von unverbranntem Methan, sowie hinsichtlich eines Einflusses auf ein Startverhalten der Verbrennungskraftmaschine 10 sowie auf Verpuffungen im Ansaugtrakt 15 und im Abgastrakt 32 als unkritisch angesehen werden.
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Etwaiger, beim Deaktivieren der Verbrennungskraftmaschine 10 im Verteilungselement 22 aufgenommener, gasförmiger Kraftstoff sowie auch weiter stromauf im Leitungselement 26 und im Gastank 28 aufgenommener Kraftstoff kann nicht über die Undichtigkeiten der Injektoren 18 in die Zylinder 14 einströmen, da ein solcher Strömungsweg mittels der sich in der Sperrstellung befindenden Ventilelemente 46 fluidisch versperrt ist.
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Beim sich daran anschließenden Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 werden die zusätzlichen Ventilelemente 46 mittels des Steuergeräts 48 wieder in ihre jeweiligen Freigabestellungen geschaltet und dadurch geöffnet, so dass der gasförmige Kraftstoff wieder von dem Gastank 28 zu den Injektoren 18 und in die Zylinder 14 strömen kann.
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Um eine besonders hohe Abdichtwirkung der Ventilelemente 46 zu realisieren, können diese jeweils wenigstens einen Elastomer zum fluidischen Versperren des jeweiligen Leitungselements 24 umfassen. Die Verwendung eines solchen Elastomers ist hierbei möglich, da die Ventilelemente 46 einer wesentlich geringeren Temperaturbeanspruchung unterliegen als die Injektoren 18, so dass auch der jeweilige Elastomer thermisch nicht oder nur sehr gering beansprucht wird. So kann eine unerwünschte, thermische Zerstörung der Elastomere vermieden werden, so dass diese auch über eine sehr hohe Lebensdauer hinweg die Leitungselemente 24 dicht verschließen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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