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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Hauptanspruchs.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 199
40 054 A1 ein Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen
oder magnetostriktiven Aktormodul bekannt, welches in Wirkverbindung
mit einer Ventilnadel steht. Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende
einen Ventilschließkörper auf,
der mit einer Ventilsitzfläche
zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Ein Koppler, welcher zum Ausgleich
von Längenänderungen
von Bauteilen des Brennstoffeinspritzventils, insbesondere des Aktors,
dient, ist zuströmseitig des
Aktormoduls angeordnet. Der Koppler weist zwei gegeneinander axial
bewegliche Abschnitte auf, die über
ein in einer Hydraulikkammer befindliches Hydraulikmedium in Wirkverbindung
stehen. Der erste Abschnitt wird in einer Ausnehmungen geführt und begrenzt
mit seinem dem zweiten Abschnitt zugewandten Ende eine Hydraulikkammer,
wobei der zwischen den Wänden
der Ausnehmung und dem ersten Abschnitt verbliebene Spalt durch
eine O-Ringdichtung abgedichtet wird. Durch die Dichtung soll verhindert
werden, das Hydraulikmedium in den Aktorraum gelangt.
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Nachteilig
bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil
ist insbesondere, daß im
Laufe der Lebensdauer die Dichtung den Eintrag von Hydraulikmedium
in den Aktorraum nicht vollständig
verhindert und so der Aktor geschädigt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß das
Brennstoffeinspritzventil über
einen sehr langen Zeitraum ohne einen nennenswerten und schädlichen
Eintrag von Hydraulikmediums in den Aktorraum betrieben werden kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In
einer ersten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
besteht die Dichtung aus mehreren Dichtelementen. Die Dichtwirkung
der Dichtung kann dadurch erhöht
werden.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist der Koppler zuströmseitig
des Aktors angeordnet. Dadurch ist der Koppler leicht zugänglich und
montierbar.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
weist der zweite Abschnitt eine zweite Ausnehmungen auf, in die
der erste Abschnitt mit einem durch einen Spalt gebildeten ersten
radialen Spiel, welches Idealerweise zwischen 2 und 10 Mikrometer
beträgt,
zumindest teilweise eingreift. Dadurch läßt sich in einfacher Weise
ein zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt liegendes
erstes Volumen bilden.
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Vorteilhafterweise
ist die dritte Ausnehmung und der erste Abschnitt zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch
oder rotationszylindrisch, geformt. Der Koppler läßt sich
so in einfacher Weise herstellen und Herstellungstoleranzen können mit
geringerem Aufwand eingehalten werden.
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In
einer weiteren Weiterbildung ist die Dichtung radial zwischen dem
ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet. Dadurch läßt sie sich leicht
und funktionell anordnen.
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Vorteilhaft
ist es außerdem,
daß eine
Verbindungsöffnung
den Spalt mit dem zweiten Volumen verbindet. Dadurch kann das durch
die Dichtung getretene Hydraulikmedium in vorteilhafter Weise und mit
geringem konstruktivem Aufwand in das zweite Volumen geleitet werden.
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Vorteilhafterweise
ist das zweite Volumen im ersten Abschnitt ausgebildet. Dadurch
läßt sich
der Koppler sehr kompakt aufbauen.
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Ebenfalls
ist es vorteilhaft, wenn die Verbindungsöffnung in den Spalt zwischen
zwei Dichtelemente mündet.
Die Dichtwirkung der Dichtelemente läßt sich dadurch weiter verbessern.
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Im
Weiteren ist es vorteilhaft, den Membranraum mittels zumindest einer
Leitung mit dem ersten Volumen zu verbinden. Dadurch läßt sich
das hydraulische Verhalten des Kopplers, zusätzlich zur Drosselwirkung der
Spalte, in einfacher Weise beeinflussen.
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Vorteilhaft
ist es zudem, daß der
Membranraum durch einen am zweiten Abschnitt hermetisch dicht gefügten zweiten
flexiblen Abschnitt begrenzt ist. Dadurch läßt sich der Membranraum insbesondere
raumsparend und einfach erzeugen.
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Vorteilhaft
ist es außerdem,
daß ein
erster flexibler Abschnitt den zweiten Abschnitt mit dem ersten
Abschnitt verbindet, wobei der erste flexible Abschnitt im Bereich
seines Außenumfangs
hermetisch dicht am zweiten Abschnitt und im Bereich seines Innenumfangs
hermetisch dicht am ersten Abschnitt gefügt ist. Ein Eintrag von Hydraulikmedium
in den Aktorraum läßt sich
dadurch sicher verhindern.
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In
einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist der erste flexible Abschnitt als lochscheibenförmige Membran
ausgebildet. Der erste flexible Abschnitte läßt sich dadurch sehr einfach
herstellen und montieren. Außerdem
können
die Bewegungen des Aktormoduls direkt auf den Koppler übertragen
werden und die dynamischen Eigenschaften des Brennstoffeinspritzventils
werden nur minimal negativ beeinflußt.
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Durch
verschiedene Kombinationen von verschiedenen Querschnittsformen
und Lagen von Dichtelementen läßt sich
die Wirkung der Dichtelemente den jeweiligen Anforderungen und Bedingungen
vorteilhaft anpassen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist der erste Spalt bis zu der Dichtung, das erste Volumen und der
Membranraum vollständig
mit dem, Idealerweise aus einem Öl
oder einem Gel bestehenden Hydraulikmedium, gefüllt.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte schematische
axiale Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil,
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2 eine ausschnittsweise
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils im
Bereich des Kopplers und
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3A bis 3D ausschnittsweise schematische Darstellungen
von Querschnittsformen und Lagen der Dichtelemente eines weiteren
Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei in den Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen.
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Ein
in 1 in einer axialen
Schnittdarstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 dient
insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum
einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
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In
einem Ventilgehäuses 5 sind
eine Ventilnadel 6, ein Aktormodul 3 und ein hydraulischer Koppler 4 koaxial
angeordnet. Die abströmseitig
des Aktormoduls 3 angeordnete Ventilnadel 6 durchgreift das
abströmseitig
Ende des Ventilgehäuses 5 an
einer in einem Ventilsitzkörper 9 ausgebildeten
Abspritzöffnung 8.
Am abströmseitigen
Ende der Ventilnadel 6 ist ein Ventilschließkörpers 7 ausgebildet,
der mit einer an dem Ventilsitzkörper 9 ausgebildeten
Ventilsitzfläche 33 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt.
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Das
Innere des Ventilgehäuses 5 wird
durch ein lochscheibenförmiges
Zwischenelement 10 in einen zuströmseitig liegenden Aktorraum 16 und
einen abströmseitig
liegenden Brennstoffraum 17 unterteilt. Das Zwischenelement 10 ist
im Bereich seines Außenumfangs
stoffschlüssig
und hermetisch dicht mit den radial liegenden Seiten des Ventilgehäuses 5 gefügt. Das
Zwischenelement 10 weist eine in diesem Ausführungsbeispiel
zentriert liegende erste Ausnehmung 12 auf, durch die die
Ventilnadel 6 hindurchgreift.
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Der
Aktorraum 16 wird im Bereich der in der ersten Ausnehmung 12 geführten Ventilnadel 6 durch einen
Dichtbalg 13 gegenüber
dem Brennstoffraum 17 abgedichtet. Der Dichtbalg 13 ist
stoffschlüssig und
hermetisch dicht mit der Ventilnadel 6 und dem Zwischenelement 10 verbunden,
besteht beispielsweise aus Stahl und ist flexibel. Der Brennstoffraum 17 weist
seitlich eine Brennstoffzuführung 11 auf, durch
die dem Brennstoffraum 17 Brennstoff druckbehaftet zugeführt wird.
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Eine
spiralförmige,
die Ventilnadel 6 umlaufende Rückstellfeder 14 spannt
die Ventilnadel 6 entgegen der Abspritzrichtung vor. Die
Rückstellfeder 14 ist
dabei zwischen dem Zwischenstück 10 und
einem zuströmseitig
davon angeordneten, an der Ventilnadel 6 fixierten Flansch 15 eingespannt.
Die Federkraft der Rückstellfeder 14 zieht
den Ventilschließkörper 7 bei
dem in diesem Ausführungsbeispiel
nach außen öffnenden
Brennstoffeinspritzventil 1 in den Dichtsitz. Das zuströmseitige
Ende des Ventilgehäuses 5 ist mit
einem Deckel 21 hermetisch dicht verschlossen.
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Das
Aktormodul 3 besteht aus einem stabförmigen Aktor 2, einem
als Rohrfeder ausgebildeten Federelement 20, einem plattenförmigen,
auf dem zuströmseitigen
Ende des Aktors 2 aufliegenden Aktorfuß 19 und einem auf
dem abströmseitigen
Ende des Aktors 2 aufliegenden Aktorkopf 18. Das
Federelement 20 ist an den sich zugewandten Seiten von Aktorkopf 18 und
Aktorfuß 19 gefügt und drückt den Aktor 2 zwischen
dem Aktorkopf 18 und Aktorfuß 19 mit einer Vorspannung
zusammen.
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Der
hydraulische Koppler 4 weist im wesentlichen einen zylinderförmigen ersten
Abschnitt 23 und einen zylinderförmigen zweiten Abschnitt 24 auf. Im
zweiten Abschnitt 24 ist zuströmseitig eine zweite hohlzylinderförmige Ausnehmungen 30 angeordnet, in
die der erste Abschnitt 23 eingreift. Ein zwischen dem
ersten Abschnitt 23 und dem zweiten Abschnitt 24 angeordnetes
erstes Volumen 36 ist durch die axiale Verschiebbarkeit
des ersten Abschnitts 23 gegenüber dem zweiten Abschnitt 24 variierbar.
Der erste Abschnitt 23 stützt sich mit seiner abströmseitigen Seite
auf der zuströmseitigen
Seite des Aktorfußes 19 auf,
der sich auf dieser Seite zum Koppler 4 hin verjüngt. Der
zweite Abschnitt 24 stützt
sich mit seiner zuströmseitigen
Seite über
ein hohlzylinderförmiges
Stützelement 34 an
der Innenseite des Deckels 21 ab.
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Der
erste Abschnitt 23 ist mit einem Spiel 35, welches
Idealerweise zwischen 2 und 10 Mikrometer beträgt und durch einen Spalt 27 erzeugt
ist, in der zweiten Ausnehmungen 30 geführt. Das Verhältnis der
minimalen Eingreiftiefe des ersten Abschnitts 23 in die
zweite Ausnehmung 30 zum Durchmesser des ersten Abschnitts 23 ist
so bemessen, daß sich
der erste Abschnitt 23 nicht verkannten kann.
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Abströmseitig
wird das erste Volumen 36 am Spalt 27 durch eine
Dichtung 43, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten
Dichtelement 38, einem zweiten Dichtelement 39 und
einem dritten Dichtelement 40 besteht, abgedichtet. Im
ersten Abschnitt 23 sind entlang des Spaltes 27 drei
Durchmessereinzüge 42 angeordnet.
In den rechteckigen, in diesem Ausführungsbeispiel als Ringnuten
ausgeführten
Durchmessereinzügen 42 sind
die O-ringförmigen
Dichtelemente 38, 39, 40 angeordnet.
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Abströmseitig
des ersten Abschnitts 23 und des zweiten Abschnitts 24 ist
ein membranartiger und lochscheibenförmiger erster flexibler Abschnitt 26 angeordnet,
durch welchen das verjüngte,
zuströmseitige
Ende des Aktorfußes 19 hindurchgreift.
Der erste flexible Abschnitt 26 ist im Bereich seines Außenumfangs
hermetisch dicht an der abströmseitigen
Seite des zweiten Abschnitts 24 gefügt und im Bereich seines Innenumfangs
auf der abströmseitigen
Seite des ersten Abschnitts 23 hermetisch dicht gefügt. Der erste
flexible Abschnitt 26 verschließt dabei den Spalt 27.
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Auf
der zuströmseitigen
Seite des zweiten Abschnittes 24 ist ein wellbalgförmiger oder
membrantopfförmiger
zweiter flexibler Abschnitt 28 angeordnet. Der zweite flexibler
Abschnitt 28 ragt in das hohlzylindrisch geformte Stützelement 34 hinein
und begrenzt zusammen mit dem zuströmseitigen Ende des zweiten
Abschnittes 24 einen Membranraum 29. Ein Druckelement 45 stützt sich
am Deckel 21 ab und drückt
andererseits mit einer Vorspannung auf die zuströmseitige Seite des zweiten
flexiblen Abschnitts 28. Eine Leitung 31, die
als Drosselstelle wirkt und in diesem Ausführungsbeispiel als dünne Bohrung
ausgeführt
ist, verbindet das erste Volumen 36 mit dem Membranraum 29.
Der Membranraum 29, der Spalt 27, die Leitung 31 und
das erste Volumen 36 sind vollständig mit einem ölartigen,
gasfreien und inkompressiblen Hydraulikmedium gefüllt. Der
zweite flexible Abschnitt 28 ist durch die Auswahl der
Materialien und/oder durch Beschichtung diffusionsdicht.
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Ein
zweites Volumen 37 ist in diesem Ausführungsbeispiel im ersten Abschnitt 23 angeordnet. In
anderen Ausführungsbeispielen
kann das zweite Volumen 37 auch im zweiten Abschnitt, im
ersten und zweiten Abschnitt und/oder in einem weiteren, nicht dargestellten
Abschnitt des Koppler 4 angeordnet sein. Das zweite Volumen 37 ist
beispielsweise durch eine abströmseitig
in den ersten Abschnitt 23 eingebrachte Bohrung hergestellt
und mit einem entsprechend plattenförmig geformten Verschluß 32 am
abströmseitigen
Ende des ersten Abschnitts 23 hermetisch dicht verschlossen.
Das zweite Volumen 37 steht über eine Verbindungsöffnung 22 mit
dem Spalt 27 in Verbindung. Die Verbindungsöffnung 22 ist
beispielsweise durch eine radial verlaufende Bohrung im Bereich
des abströmseitigen
Endes des ersten Abschnitts 23 hergestellt. Je nach Anforderung
können
auch zwei, drei, vier oder mehr als vier Verbindungsöffnungen 22 vorhanden
sein. Die Verbindungsöffnung 22 mündet in
den Spalt 27 zwischen zwei Dichtelemente, in diesem Ausführungsbeispiel zwischen
das zweite Dichtelement 39 und das dritte Dichtelement 40.
Die über
die Lebensdauer des Brennstoffeinspritzventils durch das erste Dichtelement 38 und
das zweite Dichtelement 39 relativ kleine Leckagemenge
von Hydraulikmedium wird über die
Verbindungsöffnung 22 in
das zweite Volumen 37 geführt.
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Wird
der Aktor 2 über
eine nicht dargestellte elektrische Leitung erregt, so dehnt er
sich schnell aus. Da das Hydraulikmedium nicht schnell genug vom
ersten Volumen 36 über
die Leitung 31 in den Membranraum 29 abfließen kann,
verhält
sich der Koppler 4 sehr hart, wodurch die Längenausdehnung des
Aktors 2 fast vollständig
auf die Ventilnadel 6 wirkt. Die Ventilnadel 6 wird
entgegen der Vorspannkraft der Rückstellfeder 14 axial
in Abspritzrichtung bewegt. Dadurch öffnet der Dichtsitz und der über die Brennstoffzuführung 11 und
den Brennstoffraum 17 zugeleitete Brennstoff wird über die
Abspritzöffnung 8 in
den nicht dargestellten Brennraum abgespritzt. Langsame Längenänderungen
des Aktors 2 werden durch den Austausch von Hydraulikmedium
zwischen dem ersten Volumen 36 und dem Membranraum 29 ausgeglichen.
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2 zeigt eine ausschnittsweise
schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich des Kopplers 4, ähnlich dem Ausführungsbeispiel
aus 1. Im Unterschied
zum ersten Ausführungsbeispiel
aus 1 weist das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel
ein viertes Dichtelement 41 sowie einen weiteren Durchmessereinzug 42 auf.
Die Verbindungsöffnung 22 mündet dabei in
den Spalt 27 zwischen das zweite Dichtelement 39 und
das dritte Dichtelement 40. Der Verschluß 32 liegt
auf dem abströmseitigen
Ende des ersten Abschnitts 23 auf und greift mit einer
entsprechend geformten Verjüngung
in der zweite Volumen 37 ein. Der erste flexible Abschnitt 26 ist
im Bereich seines Innenumfangs auf der abströmseitigen Seite des Verschlusses 32 hermetisch
dicht gefügt.
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Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen ausschnittsweise
schematische Darstellungen von Querschnittsformen und Lagen der
Dichtelemente 38, 39, 40, 41 von
weiteren Ausführungsbeispielen
erfindungsgemäßer Brennstoffeinspritzventile 1.
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3A zeigt ein Dichtelement 38, 39, 40, 41 mit
kreisrundem Querschnitt.
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3B zeigt ein Dichtelement 38, 39, 40, 41 mit
X-förmigem
Querschnitt, wobei jeweils ein Ende der beiden Schenkel auf dem
Grund des Durchmessereinzugs 42 aufliegt und das jeweils
andere in den in dieser Figur nicht dargestellten Spalt 27 ragt.
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3C zeigt ein Dichtelement 38, 39, 40, 41 mit
L-förmigem
Querschnitt, wobei der kurze Schenkel auf den Grund des Durchmessereinzugs 42 aufliegt
und der andere Schenkel in den in dieser Figur nicht dargestellten
Spalt 27 ragt.
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3D zeigt ein Dichtelement 38, 39, 40, 41 mit
U-förmigem
Querschnitt, wobei die parallelen Schenkel parallel zum nicht dargestellten
Spalt 27 verlaufen, einer der parallelen Schenkel auf den Grund
des Durchmessereinzugs 42 liegt und der andere Schenkel
in den nicht dargestellten Spalt 27 ragt. Auf dem in den
nicht dargestellten Spalt 27 ragenden Schenkel ist eine
Erhebung 44 angeordneten, die weiter in den nicht dargestellten
Spalt 27 ragt und sich dabei in Richtung des Spalt 27 verjüngt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und
kann z. B. auch für
nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.