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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, insbesondere ein zur direkten Einspritzung von Kraftstoff unter Hochdruck in die Brennkammer von Zylindern geeignetes Kraftstoffeinspritzventil und eine dazu dienende Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Hintergrundtechnik
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Herkömmlicherweise ist ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ausgleichselement versehen. Dieses Ausgleichselement gewährleistet bei der Montage des Kraftstoffeinspritzventils am Zylinderkopf der Kraftstoffeinspritzvorrichtung die Kompensation von Winkelabweichungen zwischen der Achse des Kraftstoffeinspritzventils und der Achse der im Zylinderkopf ausgebildeten Montageöffnung.
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Daher kann das Kraftstoffeinspritzventil selbst dann angemessen an der Montageöffnung montiert werden, wenn dessen Achse und die Achse der Montageöffnung geringfügig voneinander abweichen. Diese Verschiebung bei der Anbringung ist auf Produktionsdifferenzen bei der Herstellung von Kraftstoffeinspritzventil und Zylinderkopf zurückzuführen.
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Im Patentdokument 1 wird der Aufbau eines solchen Ausgleichselementes aufgezeigt. Konkret wird ein Ausgleichselement aufgezeigt, bei dem ein steifer erster Ring und ein steifer zweiter Ring und einem zwischen diesem ersten und zweiten Ring vorgesehenen elastischen Zwischenring ausgestattet ist.
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Entsprechend Patentdokument 1 kann durch die elastische Verformung des Zwischenrings das Zentrum vom ersten Ring in Relation zum Zentrum des zweiten Rings in radialer Richtung verschoben und weiterhin die Neigung und Bewegungen des Kraftstoffeinspritzventils in Achsrichtung in großem Umfang kompensiert werden. Dadurch wird erreicht, dass bei der Montage auch größere Abweichungen und Differenzen ausgeglichen werden können.
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Stand der Technik betreffende Dokumente
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1 Patentveröffentlichung Nr. 2004-506136
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Übersicht über die Erfindung
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Zu lösende technische Aufgaben
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Allerdings sind diese Ausgleichselemente gewöhnlich aus Metall oder dergleichen steifen Materialien aufgebaut. Andererseits sind aber auch das Kraftstoffeinspritzventil und der Zylinderkopf auf steifen Materialien geformt. Das Kraftstoffeinspritzventil wird durch das Ausgleichselement gehalten und das Ausgleichselement wiederum liegt auf dem Zylinderkopf auf, so dass bei der Montage des Kraftstoffeinspritzventils Metallteile direkt miteinander in Berührung kommen.
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In diesem Fall können die Betriebsgeräusche des Kraftstoffeinspritzventils leicht auf den Zylinderkopf übertragen werden, so dass das Schwingungsverhalten des Fahrzeugs (NVH: Noise Vibrbtion Harshness) beeinträchtigt wird.
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In diesem Zusammenhang wurde in den letzten Jahren zwecks Verbesserung der NVH die Verwendung Ausgleichselementen aus Plastik oder dergleichen thermoplastischen Materialien untersucht. Wenn das Ausgleichselement aus Plastik besteht, werden die Betriebsgeräusche des Kraftstoffeinspritzventils weniger leicht auf den Zylinderkopf übertragen und dies kann dazu dienen, die NVH zu verbessern. Ferner sind diese Teile im Vergleich zu Metallen billiger in der Herstellung und können somit die Produktionskosten senken.
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Wenn das Ausgleichselement jedoch aus Plastik hergestellt wird, kommt es zu dem neuen Problem, dass dann dessen Haltbarkeit im Vergleich zu Metall abnimmt. Aus Plastik hergestellte Ausgleichselemente schmelzen, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden und können durch starke Beaufschlagung beschädigt werden.
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Wenn zum Beispiel aus irgendwelchen Gründen der Gasdichtring beschädigt wird, die in der Brennkammer entstehenden Verbrennungsgase in die Montageöffnung eindringen und so das Ausgleichselement heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt wird, kann das Ausgleichselement teilweise oder vollständig schmelzen.
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In diesem Fall verschiebt sich das Kraftstoffeinspritzventil um den Betrag des geschmolzenen Ausgleichselement in axialer Richtung zur Brennkammer. Dies führt dann dazu, dass sich die Passung zwischen dem den Kraftstoff zuleitenden Kraftstoffbehälter und die an diesem Kraftstoffbehälter angeschlossene Leitung verschlechtert oder löst und so ein Teil des Kraftstoffs nach außen leckt. Daher bringt die Fertigung des Ausgleichselement aus Plastik eine Verschlechterung der Sicherheit mit sich.
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Unter Berücksichtigung der oben ausgeführten Umstände bietet die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung an, welche in der Lage sind den Komfort zu verbessern und dabei gleichzeitig die Sicherheit aufrecht zu erhalten.
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Mittel zur Lösung der Aufgaben
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung am Zylinderkopf (20) entlang der Form einer darin ausgeformten Montageöffnung (21) der vom Kraftstoffversorgungsteil (A1) zugeführte Kraftstoff über den Stufenteil (B1) direkt in die Brennkammer (30) über ein Kraftstoffeinspritzventil (10) eingespritzt, wobei der Kraftstoffversorgungsteil (A1) an einem konischen Ende (111) einen Kraftstoffbehälter (11) und einen Dichtring (12) zur Verhinderung von Kraftstofflecks nach außen, sowie einen den vorgenannten Dichtring (12) unterstützenden Haltering (13) hat, der Stufenteil (B1) mit einem Düsenteil (15) zum Einspritzen in die Brennkammer (30), sowie einen Montageachsabschnitt (16) mit einem größeren Durchmesser als dem des Düsenteils (14) und der zwischen dem vorgenannten konischen Ende (111) und dem Haltering (13) erste Zwischenraum (G1) in axialer Richtung mit der Montageöffnung (21) größer ist, als der zweite Zwischenraum (G2) in axialer Richtung zum Montageachsabschnitt (16) hat.
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Wirkung der Erfindung
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Die Erfindung kann den Komfort verbessern und dabei die Sicherheit aufrecht erhalten.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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(1) Vollständige Konstruktionszeichnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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(2) Vergrößerte Konstruktionszeichnung des Kraftstoffversorgungsteils.
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(3) Vergrößerte Konstruktionszeichnung des Stufenteils.
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(4) Den Zustand vor und nach Verschiebung des Kraftstoffeinspritzventils darstellende vergrößerte Konstruktionszeichnung.
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(5) Vergrößerte Konstruktionszeichnung anderer Stufenteile.
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Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren in Einzelnen erläutert.
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(1) Gesamtstruktur
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1 zeigt die Gesamtstruktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 besteht aus einem Kraftstoffeinspritzventil 10, dem Zylinderkopf 20 und der Brennkammer 30 und dergleichen. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist so montiert, dass es entlang der Form einer im Zylinderkopf 20 ausgeformten Montageöffnung 21 eingeführt und der vom Kraftstoffversorgungsteil A1 zugeführte Kraftstoff über den Stufenteil B1 durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 direkt in die Brennkammer 30 eingespritzt wird.
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Im Folgenden wird der Aufbau der einzelnen Teile des Kraftstoffeinspritzventils 10 erläutert. Der Kraftstoffversorgungsteil A1 hat einen Kraftstoffbehälter 11, einen Dichtring 12, einen Haltering 13 und ein Anschlussrohr 14. Der Kraftstoffbehälter 11 ist ein Element zum Heranführen von Kraftstoff an die Öffnung 141 des Anschlussrohrs 14.
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Das Ende des Kraftstoffbehälters 11 hat einen konisch ausgeformten konischen Abschnitt 211. Durch Ausformung dieses konischen Abschnitts 211 kann das Anschlussrohr 14 leicht in den Kraftstoffbehälter 11 eingeführt werden.
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Der Dichtring 12 ist ein Element um zu verhindern, dass der vom Kraftstoffbehälter 11 an das Anschlussrohr 14 zugeleitete Kraftstoff nicht nach außen leckt. Der Dichtring 12 kann zum Beispiel ein aus Gummi oder ähnlichen elastischen Materialien bestehender O-Ring sein.
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Der Haltering 13 unterstützt den Dichtring 12 mit gleichförmiger Kraft. Dieser Haltering 13 ist unmittelbar unter dem Dichtring 12 angebracht, so dass zum Beispiel bei Verschiebung des Anschlussrohrs 14 in axialer Richtung D1 verhindert wird, dass der Dichtring 12 mit ungleichmäßiger Kraft gehalten wird.
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Konkret bewirkt der Haltering 13, dass bei Einwirkung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff auf den Dichtring 12 der Durchmesser des Zwischenraums zum Kraftstoffbehälter 11 vermindert und dadurch ein Hervortreten des aus elastischen Materialien wie Gummi oder dergleichen gefertigten O-Rings der Dichtring 12 verhindert und somit auch eine Beschädigung des Dichtrings 12 verhindert wird.
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Wenn sich der Durchmesser des Zwischenraums ausweitet, liegt der Dichtring 12 mit ungleichmäßiger Kraft auf. In diesem Fall kann die lokale Einwirkung hoher Kräfte auf den Dichtring 12 zu einer Beschädigung des Dichtrings 12 führen. Der Haltering 13 dient dazu, dies zu verhindern.
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Das Anschlussrohr 14 ist ein an den Kraftstoffbehälter 11 angeschlossenes Element und die Öffnung 141 ist als Flansch ausgebildet. Ferner, vor Einführung des Anschlussrohrs 14 in den Kraftstoffbehälter 11 und Anschluss werden der Dichtring 12 und der Haltering 13 am Anschlussrohr 14 angebracht und dieser Form eingeführt.
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Der Stufenteil B1 hat ein Düsenteil 15 und einen Montageachsabschnitt 16. Der Düsenteil 15 dient dazu, den vom Kraftstoffversorgungsteil A1 zugeführten Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einzuspritzen. In Achsrichtung D1 sind im Endabschnitt 151 auf der Seite der Brennkammer 30 zahlreiche Einspritzöffnungen ausgebildet.
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Ferner ist der Düsenteil 15 mit einem Gasdichtring 152 ausgestattet. Der Gasdichtring 152 dient dazu, den sich zwischen dem Düsenteil 15 und der Montageöffnung 21 bildenden Zwischenraum 31 auszufüllen. Der Gasdichtring 152 kann zum Beispiel ein aus Fluorkunststoff bestehender Teflon (eingetragenes Warenzeichen) Ring sein.
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Der Montageachsabschnitt 16 ist so ausgebildet, dass dessen Durchmesser größer ist als der des Düsenteils 15. Dadurch wird ein Absatz ausgebildet.
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Das Ausgleichselement 40 ist ein Element zum Ausgleich von Herstellungsfehlern am Kraftstoffeinspritzventil 10 und der Montageöffnung 21 und aus thermoplastischem Harz geformt, das bei Erhitzung schmilzt. Ferner, thermoplastisches Harz wird im allgemeinen Plastik genannt. Die Verwendung von Plastik für das Ausgleichselement 40 macht dessen Herstellung im Vergleich zu Metallen einfacher und kostengünstiger.
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Das Andruckelement 50 drückt das Kraftstoffeinspritzventil 10 in Achsrichtung D1 von der Seite der Brennkammer 30 her an, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 an der Montageöffnung 21 zu halten. Die Steckverbindung 60 ist ein Element das zum Anschluss einer Steuerleitung an das Kraftstoffeinspritzventils 10, um den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 10 elektrisch zu regeln.
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Betrieb bei Störungen
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Im Folgenden wird anhand der 1 der Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 10 beschrieben, wenn es zum Mängeln am Gasdichtring 152 kommt. Wie oben ausgeführt, dient dieses Element zum Auffüllen des Zwischenraums 31 und normalerweise kann dieser Gasdichtring 152 verhindern, dass Verbrennungsgase über den Zwischenraum 31 eindringen.
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Wenn der Gasdichtring 152 jedoch aus irgendwelchen Gründen schmilzt und beschädigt wird, können die in der Brennkammer 30 entstehenden Verbrennungsgase über den Zwischenraum 31 eindringen. In diesem Fall wird das Kraftstoffeinspritzventil 10 sehr heißen Gasen ausgesetzt. Wenn das Ausgleichselement 40 aus thermoplastischen Harzen wie Plastik besteht, schmilzt dieses Ausgleichselement 40.
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Dies führt dazu, dass das Kraftstoffeinspritzventil 10 um den Betrag, um den das Ausgleichselement 40 geschmolzen ist, sich in Achsrichtung D1 zur Brennkammer 30 hin verschiebt. Dabei wird ausschließlich der Kraftstoffbehälter 11 durch ein in der Figur nicht dargestelltes Element in Achsrichtung D1 fixiert. Daher löst sich die Passung zwischen Kraftstoffbehälter 11 und Anschlussrohr 14, so dass die Gefahr besteht, dass der vom Kraftstoffbehälter 11 her zugeführte Kraftstoff nach außen leckt.
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Bei den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung wird ein Lecken des vom Kraftstoffbehälter 11 her zugeführten Kraftstoffs nach außen auch dann mit Sicherheit verhindert, wenn das Ausgleichselement 40 schmilzt und sich das Kraftstoffeinspritzventil 10 in Achsrichtung D1 zur Brennkammer 30 hin verschiebt. Aus diesem Grund ist bei den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung ein Zwischenraum (2 und 3) vorgesehen.
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Konstruktionszeichnung des Zwischenraums
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Die Konstruktionszeichnung 2 stellt eine vergrößerte Konstruktionszeichnung des Kraftstoffversorgungsteil A1 dar. Im Kraftstoffversorgungsteil A1 ist der vorgegebene erste Zwischenraum G1 in Achsrichtung D1 die Entfernung zwischen der dem vorgenannten Haltering 13 zugewandten Seite des konischen Abschnitts 111 sowie von der dem konischen Abschnitts 111 zugewandten unter den beiden Seiten des Halterings 13.
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3 ist eine vergrößerte Darstellung des Stufenteils B1. Beim Stufenteil B1 ist der vorgegebene Zwischenraum G2 die Entfernung von der Oberfläche der Montageöffnung 21 in Achsrichtung D1 bis zur gegenüberliegenden Fläche des Montageachsabschnitts 16 und von der Oberfläche der Montageachsabschnitts 16 in Achsrichtung D1 bis zur gegenüberliegenden Oberfläche der Montageöffnung 21.
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Sollte dieser erste Zwischenraum G1 zu klein sein und sich das Anschlussrohr 14 auch nur geringfügig nach unten verschieben, dann dehnt sich der Haltering 13 entlang des Konus des konischen Abschnitts 111 in radialer Richtung aus. Wenn sich der Haltering 13 in radialer Richtung ausdehnt, wird auch der Durchmesser des Zwischenraums größer und sowohl der Dichtring 12 als auch der Haltering 13 werden nicht mehr mit einheitlicher Kraft gehalten. Dies führt dazu, dass lokal höhere Kräfte auf den Dichtring 12 einwirken und diese einreißen oder anderweitig beschädigt werden können, so dass die Gefahr besteht, dass Kraftstoff nach außen austritt. Aus diesem Grund ist für den ersten Zwischenraum G1 eine gewisse Größe erforderlich.
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In den Ausführungsbeispielen dieser Erfindung ist daher die Beziehung zwischen dem ersten Zwischenraum G1 und dem zweiten Zwischenraum G2 als erster Zwischenraum G1 > zweiter Zwischenraum G2 festgelegt. Dadurch wird erreicht, dass zum Beispiel auch wenn das Ausgleichselement 40 schmilzt und das Anschlussrohr 14 sich in Achsrichtung D1 nach unten zur Brennkammer 30 verschiebt, der maximale Bewegungsumfang innerhalb des zweiten Zwischenraums G2 gehalten werden kann.
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In diesem Fall bewegt sich der Haltering 13 nicht bis zum konischen Abschnitt 111, so dass der Dichtring 12 stets einheitlich vom Haltering 13 gehalten wird. Auf diese Weise kann sicher vermieden werden, dass lokal erhöhte Kräfte auf den Dichtring 12 einwirken und dieser Dichtring 12 beschädigt wird und es dadurch zu Kraftstofflecks kommt.
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Weiterhin, der zweite Zwischenraum G2 ist als zweiter Zwischenraum G2 > 0 festgelegt. Dadurch wird erreicht, dass normalerweise eine direkt Berührung des Kraftstoffeinspritzventils 10 mit dem Zylinderkopf 20 verhindert werden kann. Mit anderen Worten, da eine Berührung der Metallteile untereinander verhindert werden kann, werden auch die Betriebsgeräusche des Kraftstoffeinspritzventils 10 weniger leicht auf den Zylinderkopf 20 übertragen, wodurch die NVH verbessert werden kann.
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Die 4 zeigt den Zustand des Kraftstoffeinspritzventils 10 vor und nach dessen Verschiebung. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist so aufgebaut, dass es vor der Verschiebung in Achsrichtung D1 den Zwischenraum G1 zwischen dem Ende des konischen Abschnitts 111 und der Endfläche des Halterings 13 mit der Länge G1 aufweist. Dieses Kraftstoffeinspritzventil 10 (Anschlussrohr 14) kann sich aus irgendwelchen Gründen in Achsrichtung D1 zur Brennkammer 30 verschieben.
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Allerdings kann es in diesem Fall auch dazu kommen, dass aufgrund der Festlegung von erster Zwischenraum G1 > zweiter Zwischenraum G2 bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der maximale Verschiebeweg des Anschlussrohrs 14 dem zweiten Zwischenraum G2 entspricht. Dadurch wird erreicht, dass der Abstand zwischen den Ende des konischen Abschnitts 111 und der Endfläche des Halterings 13 in Achsrichtung D1 zumindest auf der Länge (erster Zwischenraum G1) – (zweiter Zwischenraum G2) gehalten wird.
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Wirkungen der Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden der erste Zwischenraum G1 und der zweite Zwischenraum G2 so festgelegt, dass der erste Zwischenraum G1 > der zweite Zwischenraum G2 ist. Dementsprechend kann zum Beispiel erreicht werden, dass auch bei einer Verschiebung des Anschlussrohrs 14 in Achsrichtung D1 die Bodenfläche des Halterings 13 in Achsrichtung D1 höher als die Endfläche des konischen Abschnitts 111 gehalten wird. Da unter diesen Umständen über den Haltering 13 stets eine einheitliche Kraft auf den Dichtring 12 ausgeübt werden kann, kann eine Beschädigung des Dichtrings 12 verhindert und die Sicherheit aufrecht erhalten werden.
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(5) Andere Ausführungsbeispiele
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5 ist eine vergrößerte Darstellung eines anderen Stufenteils B2. Der andere Stufenteil B2 unterscheidet sich vom Stufenteil B1 darin, dass die Montageöffnung 21A sowie der Montageachsabschnitt 16A jeweils einen konisch geformten Konus 211 und 161 aufweisen, die hier unterschiedlich ausgeformt sind.
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In diesem Fall stellt der zweite Zwischenraum G21 die kürzeste Entfernung vom konischen Abschnitt 211 der Oberfläche der Montageöffnung 21A in Achsrichtung D1 bis zum gegenüberliegenden konischen Abschnitt 161 des Montageachsabschnitts 16A und vom konischen Abschnitt 161 des Montageachsabschnitts 16A in Achsrichtung D1 bis zum gegenüberliegenden konischen Abschnitt 211 der Montageöffnung 21A dar.
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Dieser zweite Zwischenraums G21 ist wie oben beschrieben als erster Zwischenraum G1 > zweiter Zwischenraum G21 festgelegt, so dass auch wenn das Ausgleichselement 40 schmilzt und das Anschlussrohr 14 sich in Achsrichtung D1 zur Brennkammer 30 nach unten verschiebt, der maximale Bewegungsumfang innerhalb des zweiten Zwischenraums G2 gehalten werden kann.
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In diesem Fall bewegt sich der Haltering 13 nicht bis zum konischen Abschnitt 111, so dass der Dichtring 12 stets einheitlich vom Haltering 13 gehalten wird und so verhindert werden kann, dass lokal erhöhte Kräfte auf den Dichtring 12 einwirken und dieser Dichtring 12 beschädigt wird.
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Weiterhin, die Entfernung des Ausgleichselement 40 in Achsrichtung D1 (mit anderen Worten dessen Dicke) ist als dritter Zwischenraum G3 festgelegt, so dass der erste Zwischenraum G1 sowie der dritte Zwischenraum G3 < als zweiter Zwischenraum G2 oder G21 festgelegt werden können. Wenn in diesem Fall das Ausgleichselement 40 schmilzt, hält sich der maximale Bewegungsumfang auch dann innerhalb des dritten Zwischenraums G3, wenn das Ausgleichselement 40 schmilzt und das Anschlussrohr 14 sich in Achsrichtung D1 nach unten verschiebt, wodurch erreicht wird, dass die Bodenfläche des Halterings 13 in Achsrichtung D1 oberhalb der Endfläche des konischen Abschnitts 111 gehalten werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffeinspritzvorrichtung
- 10
- Kraftstoffeinspritzventil
- 20
- Zylinderkopf
- 30
- Brennkammer
- 40
- Ausgleichselement
- 50
- Andruckelement
- 60
- Steckverbindung
- A1
- Kraftstoffversorgungsteil
- B1, B2
- Stufenteile
