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Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine.
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Einspritzventile werden verbreitet eingesetzt, insbesondere in Verbrennungskraftmaschinen, wo sie angeordnet sein können, um ein Fluid in eine Ansaugleitung einer Verbrennungskraftmaschine oder direkt in die Brennkammer eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zu dosieren. Diese Einspritzventile sollen eine hohe Beständigkeit über ihre Lebensdauer und ein sehr exaktes Einspritzvolumen haben. Das Fluid kann ein Kraftstoff für die Verbrennungskraftmaschine, wie zum Beispiel Benzin oder Diesel sein oder einen solchen umfassen.
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Aus der
EP 1 918 576 A2 ist ein Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt. Dieses weist eine Fluideinlassleitung auf, die ausgebildet ist, eine Strömung eines Fluids entlang einer Hauptströmungsrichtung zu definieren. Bei der Fluideinlassleitung ist dabei ein Fangabschnitt vorgesehen, der ausgebildet ist, das Fluid entlang einer Richtung zu leiten, der zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist.
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Die
DE 10 2004 024 542 A1 zeigt ebenfalls ein Kraftstoff-Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, das einen von einem Kraftstoffeinlass zu einem Kraftstoffauslass führenden Kraftstoff-Strömungspfad und eine im Kraftstoff-Strömungspfad angeordnete, vom Kraftstoff durchflossene Abscheidevorrichtung zum Ausfällen von im Kraftstoff befindlichen Schmutzpartikeln aufweist. Die Abscheidevorrichtung ist dabei als Hydrozyklon ausgebildet.
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Die
DE 600 07 475 T2 zeigt einen Filter für eine Kraftstoffeinspritzventilvorrichtung mit einem Gehäuse, wobei der Filter eine Mehrzahl von Filterelementen aufweist, die während des Betriebs im Gehäuse angeordnet sind, derart, dass Flüssigkeit durch Zwischenräume vorgegebener Größe zwischen entsprechenden jeweils zueinander benachbart stehenden solchen Elementen geleitet wird, um den Durchtritt von übergroßen Verunreinigungsteilchen, die in der Flüssigkeit mitgeschleppt werden, zu verhindern. Die Elemente sind in Form eines Rings oder einer Schleife derart nebeneinander angeordnet, dass während des Betriebs einer durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem der Zwischenräume auf eine Seite eines der Elemente ausgeübten Kraft eine Kraft entgegenwirkt, die durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit in einem nächststehenden benachbarten Zwischenraum auf eine andere Seite dieses Elements ausgeübt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Einspritzventil zu erstellen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Es ist ein Gegenstand der Erfindung, ein Einspritzventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Fluideinlassleitung anzugeben, die ausgebildet ist, eine Strömung eines Fluids entlang einer Hauptströmungsrichtung zu definieren, wobei die Fluideinlassleitung einen Fangabschnitt aufweist, der ausgebildet ist, das Fluid entlang einer Richtung zu leiten, die zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist. Die Hauptströmungsrichtung ist vorzugsweise eine Richtung gemäß derer das Fluid überwiegend strömt, wenn es die Fluideinlassleitung passiert. Die Hauptströmungsrichtung kann direkt von einem Eintritt des Einspritzventils zu einem Austritt des Einspritzventils und/oder von einem Eintritt der Fluideinlassleitung zu einem Austritt der Fluideinlassleitung gerichtet sein. Der Fangabschnitt kann zu einem Fänger oder einem Fangelement beitragen, welches in der Fluideinlassleitung eingerichtet ist.
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Mit dem vorgestellten Konzept können Partikelfilter, zum Beispiel zur Filterung von Schwebeteilchen, die von dem Fluid getragen werden, in dem Einspritzventil oder der Fluideinlassleitung des Einspritzventils mit Vorteil verzichtbar gemacht werden. Folglich kann verhindert werden, dass die Filter den Strömungswiderstand des Fluids, welches durch die Fluideinlassleitung strömt, wegen der Öffnungsgrößen der entsprechenden Filter negativ beeinflussen. Des Weiteren können chemische Reaktionen, die den Betrieb des Einspritzventils negativ beeinflussen können, verhindert werden. Die genannten chemischen Reaktionen des Einspritzventils können, insbesondere, durch das Material des Filters verursacht werden. Die Filter können weiterhin physikalische oder mechanische Nachteile für das Einspritzventil verursachen, beispielsweise Vibrationen oder Druckwellen, welche durch die Filter während des Betriebs des Einspritzventils verursacht werden. Solche Nachteile können ebenfalls durch das gegebene Einspritzventilkonzept verhindert werden. Weiterhin können Filter nur mit Öffnungsgrößen bis runter zu einer bestimmten Abmessung angewendet werden, wobei Schwebeteilchen mit kleineren Größen als diese Abmessung in jedem Fall einen Schaden für das Einspritzventil über seine Lebensdauer hinweg verursachen können.
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In einer Ausgestaltung weist das Einspritzventil eine Ventilnadel auf, die mit einem Ventilsitz des Einspritzventils wechselwirken kann, wobei eine Öffnung des Einspritzventils eine Bewegung der Ventilnadel relativ zu dem Ventilsitz, auf dem die Ventilnadel in einer geschlossenen Position des Einspritzventils aufliegt, bedeutet. Während des Betriebs des Einspritzventils muss das Einspritzventil gegen Drücke von 200 bar bei Benzinmotoren bis zu 2000 bar für Dieselmotoren öffnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Beschädigung der Dichtfläche zwischen der Ventilnadel und dem Ventilsitz verhindert werden, insbesondere eine durch Schwebeteilchen verursachte Beschädigung.
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In einer Ausgestaltung weist die Fluideinlassleitung eine erste Biegung auf, die angeordnet ist, einen Eintrittsabschnitt der Fluideinlassleitung mit dem Fangabschnitt zu verbinden, wobei die Fluideinlassleitung eine zweite Biegung aufweist, die angeordnet ist, den Fangabschnitt mit einem Austrittsabschnitt der Fluideinlassleitung zu verbinden. Als Vorteil der Biegung, kann erreicht werden, dass Schwebeteilchen durch die Vorsehung der Biegung(en) und des Fangabschnitts von dem Fluid getrennt werden.
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Anhand der zweiten Biegung kann erreicht werden, dass die Strömung des Fluids von der Richtung des Fangabschnitts wieder zur Hauptströmungsrichtung umgeleitet wird. In diesem Sinn ist die zweite Biegung zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung der ersten Biegung nachfolgend angeordnet.
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In einer Ausgestaltung ist die Fluideinlassleitung so ausgebildet, dass der Fangabschnitt axial mit dem Eintrittsabschnitt und dem Austrittsabschnitt der Fluideinlassleitung überlappt.
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In einer Ausgestaltung ist die Fluideinlassleitung so ausgebildet, dass von dem Fluid, welches durch die Fluideinlassleitung geleitet wird, getragene Schwebeteilchen sich in der Fluideinlassleitung in einem Ablagerungsbereich der ersten Biegung ablagern. Gemäß dieser Ausgestaltung kann verhindert werden, dass die Schwebeteilchen das Einspritzventil beschädigen oder zerstören, zum Beispiel während des Betriebs oder des Schließens des Einspritzventils oder seiner Ventilnadel (siehe oben). Insbesondere lagern sich die Schwebeteilchen durch die Gravitationskraft in einem Bereich der ersten Biegung ab, da die Schwebeteilchen eine größere Massendichte haben können als das Fluid.
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In einer Ausgestaltung sind die Schwebeteilchen metallische Teilchen, die typische Durchmesser von weniger als 100 μm haben. Gemäß dieser Ausgestaltung können die Schwebeteilchen Schweißperlen sein, die während der Herstellung oder des Betriebs des Einspritzventils entstehen. Alternativ können die Schwebeteilchen irgendwelche anderen Teilchen sein.
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Die Schwebeteilchen können weiterhin Durchmesser von weniger als 30 μm aufweisen.
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In einer Ausgestaltung ist die Fluideinlassleitung derart ausgebildet, dass die Schwebeteilchen daran gehindert werden, durch den Fangabschnitt geleitet zu werden, und die zweite Biegung zu passieren, wenn Fluid durch die Fluideinlassleitung geleitet wird.
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In einer Ausgestaltung weist die Fluideinlassleitung ein Strömungselement auf, die an einer gegebenen Position der ersten Biegung angeordnet ist, und wobei das Strömungselement ausgebildet ist, einen Fangbereich für die Schwebeteilchen zu definieren, so dass, wenn die Schwebeteilchen einmal in den Fangbereich eingetreten sind, von der Strömung des Fluids durch das Strömungselement zurückgehalten werden. Das Strömungselement kann eine Blockierungskomponente für die Schwebeteilchen sein, die in den Fangbereich eingetreten sind. Weiterhin kann das Strömungselement die Strömung des Fluids leiten, wenn es den Fangbereich passiert. Die gegebene Position kann irgendeine Position in oder neben der ersten Biegung betreffen.
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In einer Ausgestaltung weist das Strömungselement zwei Teile auf, die durch einen gegebenen Abstand voneinander getrennt sind. Der gegebene Abstand ist zweckmäßigerweise größer als ein Durchmesser der Schwebeteilchen, so dass die Schwebeteilchen in den Fangbereich eintreten können.
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In einer Ausgestaltung sind die beiden Teile an entgegengesetzten inneren Seiten der Fluideinlassleitung angeordnet.
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In einer Ausgestaltung weist das Strömungselement eine gerundete und/oder eine gerade Form auf.
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In einer Ausgestaltung weist das Einspritzventil einen Filter zum Filtern der Schwebeteilchen aus dem Kraftstoff auf. Das Filterelement kann zusätzlich zu dem beschriebenen Fangbereich für die Schwebeteilchen vorgesehen sein.
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Merkmale, die vorliegend oben oder unten zusammen mit verschiedenen Aspekten oder Ausführungen beschrieben sind können sich ebenfalls auf andere Aspekte oder Ausführungen beziehen. Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Offenbarung werden durch die folgende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren ersichtlich, in denen:
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1 schematisch einen Längsschnitt eines Einspritzventils des Standes der Technik zeigt.
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2 bis 5 einen schematischen Längsschnitt eines Einspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung oder Offenbarung zeigen.
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6 einen Längsabschnitt eines Einspritzventils gemäß der 2 bis 5 zeigt.
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Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Weiterhin können die Figuren nicht maßstäblich sein. Vielmehr können bestimmte Merkmale zur besseren Darstellbarkeit von wichtigen Prinzipien übertrieben groß dargestellt sein.
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1 zeigt ein Einspritzventil 100. Das Einspritzventil 100 ist nur schematisch gezeigt. Das Einspritzventil 100 weist eine Fluideinlassleitung 1 auf. Die Fluideinlassleitung 1 ist ausgebildet, die Strömung eines Fluids entlang einer Hauptströmungsrichtung, die durch den Pfeil 6 gekennzeichnet ist, zu definieren. Die Fluideinlassleitung 1 ist mit einem Filter 5 für Schwebeteilchen, wie zum Beispiel Schweißperlen, die in dem durch die Fluideinlassleitung 1 zu führenden Fluid schweben oder geleitet werden, versehen. Ein Schwebeteilchen ist in der 1 mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet. Eine Trajektorie der Schwebeteilchen ist mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet. Eine Trajektorie des Fluids ist mit dem Bezugszeichen 4 in 1 gekennzeichnet.
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Wie in 1 gezeigt, kann die Trajektorie 3 der Schwebeteilchen 2 von der Trajektorie 4 des Fluids abweichen.
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Die Schwebeteilchen 2 können typische Durchmesser von weniger als 100 μm, bevorzugt weniger als 30 μm, haben.
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2 zeigt schematisch einen Längsschnitt eines Einspritzventils 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zur 1 weist das Einspritzventil 100 aus 2 einen Fangabschnitt 7 auf. Der Fangabschnitt 7 ist ausgebildet, das Fluid entlang einer Richtung zu leiten, die zumindest teilweise entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung 6 ausgerichtet ist. Dies wird anhand der Trajektorie 4 des Fluids, welches in dem Fangabschnitt 7 in eine Richtung entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung 6 geleitet wird, das heißt nach oben in 2, ersichtlich.
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Dadurch kann ermöglicht werden, dass sich die Schwebeteilchen in der Fluideinlassleitung 1 in einem gegebenen Ablagerungsbereich (nicht explizit dargestellt) ablagern. Folglich können die Schwebeteilchen vorzugsweise daran gehindert werden, von dem Fluid zum Austrittsabschnitt 13 der Fluideinlassleitung 1 geleitet zu werden. Mit anderen Worten werden die Schwebeteilchen 2 durch den Fangabschnitt 7 in dem Ablagerungsbereich eingefangen. Das Einfangen der Schwebeteilchen 2 kann durch die Gravitationskraft der Schwebeteilchen, welche eine größere Massendichte haben können als das Fluid, vereinfacht werden.
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Wie anhand der Trajektorie 4 der Strömung ersichtlich ist, weist die Fluideinlassleitung 1 eine erste Biegung 9 auf, die das Fluid, welches gemäß der Hauptströmungsrichtung 6 strömt, in dem Fangbereich 7 in die entgegengesetzte Richtung lenkt. Die Fluideinlassleitung 1 weist weiterhin eine zweite Biegung 10 auf, die das Fluid dann wieder von dem Fangbereich 7 in Richtung der Hauptströmungsrichtung 6 umleitet. In Bezug auf die Längsachse des Einspritzventils 100, welche mit der Hauptströmungsrichtung 6 ausgerichtet sein kann, überlappt der Fangabschnitt 7 axial mit dem Eintrittsabschnitt 12 und dem Austrittsabschnitt 13 der Fluideinlassleitung 1.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Einspritzventils 100. Im Vergleich zu dem Einspritzventil aus 2, weist das Einspritzventil 100 aus 3 eine Stufe 11 im Eintrittsabschnitt 12 der Fluideinlassleitung 1 auf. Die Stufe 11 bewirkt eine Reduzierung des Durchmessers des Eintrittsabschnitts 12 der Fluideinlassleitung 1. Die genannte Reduzierung verursacht eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, wodurch erreicht werden kann, dass die Trajektorie 3 der Schwebeteilchen 2 weiter von der Trajektorie 4 des Fluids abweicht. Dadurch kann ein Einfangen der Schwebeteilchen 2 weiter vereinfacht werden.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Einspritzventils. Im Gegensatz zu dem Einspritzventil aus 3 weist das Einspritzventil 100 weiterhin ein Strömungselement 8 auf. Das Strömungselement 8 kann – in Kombination mit einer Wand oder Begrenzung der Fluideinlassleitung 1 – einen Fangbereich zum Einfangen der Schwebeteilchen 2 definieren. An entgegengesetzten inneren Seiten der Fluideinlassleitung 1 weist das Strömungselement 8 jeweils einen Teil mit einer gerundeten Form auf. Dadurch kann die Strömung des Fluids (vergleiche Bezugszeichen 4) geleitet werden, während andererseits ein Einfangen der Schwebeteilchen 2 vereinfacht werden kann, da die Schwebeteilchen 2, die einmal in den Fangbereich eingetreten sind, von der Strömung des Fluids getrennt werden.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Einspritzventils 100. Im Gegensatz zur 4, weist das Strömungselement 8 zwei gerade Teile auf. Diese Ausgestaltung kann einen ähnlichen Effekt haben wie derjenige, der anhand der 4 beschrieben wird.
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6 zeigt einen Längsschnitt eines Einspritzventils 100 gemäß den 2 bis 5 etwas ausführlicher beschrieben. Das Einspritzventil 100 ist vorzugsweise geeignet, Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine zu dosieren. Das Einspritzventil 100 weist vorzugsweise eine Fluideinlassleitung 1 auf, obwohl dies nicht explizit gekennzeichnet ist. Die Fluideinlassleitung 1 kann an jeder zweckmäßigen Position des Einspritzventils 100 vorgesehen sein, beispielsweise in oder an einem Abschnitt des Einspritzventils, welcher von einer Einspritzdüse oder einem Ventilsitz (siehe unten) beabstandet ist.
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Das Einspritzventil 100 weist eine Längsachse X auf. Das Einspritzventil 100 weist weiterhin ein Einspritzventilgehäuse 16 mit einem Einspritzventilhohlraum auf. Der Einspritzventilhohlraum kann eine Ventilnadel 22 mit einem Nadelabschnitt 21 aufnehmen, wobei die Ventilnadel 22 in dem Einspritzventilhohlraum axial beweglich ist. Das Einspritzventil 100 weist weiterhin einen Ventilsitz 18 auf, auf dem die Ventilnadel 22 in einer geschlossenen Position, in der die Ventilnadel 22 für eine Öffnung angehoben wird, aufliegt.
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Die Schwebeteilchen 2 können in das Einspritzventil 100 eintreten und, beispielsweise durch den Druck, der an das Einspritzventil 100 angelegt ist, an einer Dichtfläche zwischen der Ventilnadel 22 und dem Ventilsitz 18 ankommen. Folglich können die Teilchen 2 die genannte Dichtfläche beschädigen, und dabei einen Schaden des Einspritzventils 100 verursachen. Insbesondere kann eine Beschädigung der Dichtfläche Undichtigkeit des Einspritzventils 100 während des Betriebs verursachen, was zu einer fehlerhaften Funktion der Verbrennungskraftmaschine, in der das Einspritzventil eingesetzt ist, führen kann.
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Das Einspritzventil 100 weist weiterhin ein Federelement 17 auf, welches entworfen und angeordnet ist, eine Kraft auf die Ventilnadel auszuüben, um die Ventilnadel 22 in eine geschlossene Position zu drängen. In der geschlossenen Position der Ventilnadel 22 liegt die Ventilnadel 22 dichtend auf dem Ventilsitz 18 auf, um eine Strömung des Fluids durch zumindest die eine Einspritzdüse zu verhindern. Die Einspritzdüse kann beispielsweise ein Loch in dem Einspritzventil 100 sein. Es kann allerdings auch in geeigneter Weise für die Dosierung des Fluids auch anderer Art sein.
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Das Einspritzventil 100 weist weiterhin eine elektromagnetische Aktivierungseinheit auf, die entworfen ist, die Ventilnadel 22 anzutreiben. Die elektromagnetische Aktivierungseinheit weist eine Spule oder einen Hubmagneten 15 auf. Es weist weiterhin ein Polstück 14 auf, welches fest mit dem Einspritzventilgehäuse 16 gekoppelt ist. Die elektromagnetische Aktivierungseinheit weist weiterhin einen Magnetanker 19 auf, der durch eine Betätigung der elektromagnetischen Aktivierungseinheit in dem Einspritzventilhohlraum axial beweglich ist. Der Magnetanker 19 ist mechanisch mit der Ventilnadel 22 gekoppelt oder entkoppelt. Vorzugsweise ist der Magnetanker 19 relativ zu der Ventilnadel 22 nur in bestimmten Grenzen beweglich.
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Die Ventilnadel 22 verhindert eine Strömung des Fluids durch einen Auslassabschnitt (nicht explizit gekennzeichnet) und durch das Einspritzventilgehäuse 16 in einer geschlossenen Position der Ventilnadel 22. Außerhalb der geschlossenen Position der Ventilnadel 22 ermöglicht die Ventilnadel 22 eine Strömung des Fluids durch den Auslassabschnitt.
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Die Ventilnadel 22 weist weiterhin ein Stoppelement 20 auf, welches weiterhin an weitere Komponenten des Einspritzventils 100 während des Schließens anstoßen kann, wodurch eine axiale Bewegung der Ventilnadel 22 eingeschränkt wird. Das Stoppelement 20 kann an die Ventilnadel 22 geschweißt sein.
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In dem Fall, dass die elektromagnetische Aktivierungseinheit zusammen mit der Spule 15 betätigt wird, kann die elektromagnetische Aktivierungseinheit eine elektromagnetische Kraft auf den Magnetanker 19 ausüben. Der Magnetanker 19 kann sich, insbesondere in Strömungsrichtung der Strömung des Fluids nachfolgend, wegen der elektromagnetischen Kraft, welche auf den Magnetanker 19 einwirkt, in eine Richtung weg von dem Auslassabschnitt bewegen. Wegen der mechanischen Kopplung mit der Ventilnadel 22 kann der Magnetanker 19 die Ventilnadel 22 mitnehmen, so dass sich die Ventilnadel 22 in axialer Richtung aus der geschlossenen Position heraus bewegt. Außerhalb der geschlossenen Position der Ventilnadel 22 bildet ein Zwischenraum zwischen dem Einspritzventilgehäuse 16 und der Ventilnadel 22 an einem axialen Ende der Ventilnadel 22, welches von der elektromagnetischen Aktivierungseinheit abgewandt ist, einen Strömungspfad für das Fluid, und das Fluid kann durch die Einspritzdüse hindurchtreten.
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In dem Fall, dass die elektromagnetische Aktivierungseinheit nicht betätigt ist, kann das Federelement 17 die Ventilnadel 22 zwingen, sich in axialer Richtung in die geschlossene Position zu bewegen. Es ist abhängig von dem Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft der Ventilnadel 22, die durch die elektromagnetische Aktivierungseinheit zusammen mit der Spule 15 verursacht wird und der Kraft auf die Ventilnadel 22, die durch das Federelement 17 verursacht wird, ob die Ventilnadel 22 in ihrer geschlossenen Position ist oder nicht.
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Als Vorteil der vorgestellten Offenbarung, erlaubt das vorgestellt Konzept eine kosteneffiziente Ausführung des Einspritzventils, da die Benutzung von Partikelfiltern vermieden werden kann. Die Integration der vorgestellten Fluideinlassleitung in existierende Einspritzventilkonzepte kann weiterhin einfach erreicht werden. Diesbezüglich kann die Robustheit des erfindungsgemäßen Einspritzventils erhöht werden, da separate Filterkomponenten fehler- oder beschädigungsanfälliger sind.
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Der Schutzbereich ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, also insbesondere jede Kombination von Merkmalen, die in den Patentansprüchen angegeben ist, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
