DE2431172A1 - INJECTION NOZZLE - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzdüse sowie auf deren Anwendung an einer Brennkraftmaschine,The invention relates to a fuel injection nozzle as well as their use on an internal combustion engine,
Ein herkömmliches System zur Kraftstoffeinspritzung für Dieselmotoren benutzt eine zentrale Pumpe, deren Wirkungsweise darin besteht, daß sie eine vorgegebene Kraftstoffmenge abmißt, sie verteilt, jede notwendige Steuer- und Regelaufgabe durchführt und schließlich den Kraftstoff durch eine Hochdruckleitung der Einspritzdüse für einen bestimmten Zylinder zuführt. In einem derartigen System ist die Einspritzdüse lediglich ein diskontinuierlich wirkendes Sperrventil.A conventional fuel injection system for diesel engines uses a central pump, its mode of operation consists in the fact that it measures a predetermined amount of fuel, distributes it, every necessary control and Performs control task and finally the fuel through a high pressure line of the injector for one supplies certain cylinder. In such a system, the injector is merely a discontinuous one acting shut-off valve.
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Einer der Hauptnachteile des beschriebenen Systems mit zentraler Hophdruckpumpe liegt im Volumen der Kraftstoffsäule, die in den Verteilerrahmen zwischen der Pumpe und einer bestimmten Einspritzdüse eingeschlossen ist. Der Trend zu höheren Drehzahlen bei kleinen Dieselmotoren bewirkt, daß Elastizität und Trägheit der Kraftstoffsäule die Einspritzgenauigkeit verringern.One of the main disadvantages of the described system with a central hop pressure pump is the volume of the fuel column, which is enclosed in the manifold frame between the pump and a particular injector. Of the The trend towards higher speeds in small diesel engines causes elasticity and inertia in the fuel column reduce the injection accuracy.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einspritzdüse zu finden, die zumindest zu einem der eingangs erwähnten Nachteile eine Verbesserung darstellt. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einspritzdüse zu finden, die das exakte Dosieren von Kraftstoffmengen selbst innerhalb extrem kurzer Zeiträume gestattet. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen schnellaufenden Verbrennungsmotor mit Kraftstoffeinspritzung zu finden.The object of the invention is to find an injection nozzle that has at least one of the disadvantages mentioned at the outset Represents improvement. In particular, it is the object of the invention to find an injection nozzle that allows precise metering of fuel quantities even within extremely short periods of time. A further object of the invention is to find a high-speed internal combustion engine with fuel injection.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einspritzdüse gelöst, die folgende Merkmale aufweist:According to the invention, this object is achieved by an injection nozzle which has the following features:
a) einen Ventilträger mit einem Kraftstoffeinlaß und einer Kraftstoff-Auslaßdüse, die beide über einen Beruhigungsraum miteinander in Verbindung stehen.a) a valve carrier with a fuel inlet and a fuel outlet nozzle, both of which have a calming chamber are related to each other.
b) eine Nadel, die verschieblieh in einer Bohrung zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung angeordnet ist, wobei die Auslaßdüse in der ersten b) a needle slidably disposed in a bore between a first and a second position, the outlet nozzle in the first
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Stellung geschlossen und in der zweiten geöffnet ist,Closed position and open in the second,
C-) eine Rückstellvorrichtung, die die Nadel nachgiebig und unter Spannung in der ersten Stellung hält,C-) a return device that keeps the needle flexible and under tension in the first position,
d) einen Dosierstößel, der in der Stößel])ohrung in der !Tadel angeordnet ist,d) a metering tappet that is in the tappet]) hole in the! rebuke is ordered,
e) eine auf Druck ansprechende Vorrichtung, die geeignet ist, das Abtrennen des Beruhigungsraumes vom Kraftstoffexnlaß zu bewirken, sowiee) a device that responds to pressure and is suitable for separating off the calming space to effect from fuel exhaust, as well as
f) eine Vorrichtung zum Bewegen des Dosierstößels.f) a device for moving the metering plunger.
Jedes der beweglichen Teile der erfindungsgemäßen Einspritzdüse kann für sich selbst derart angesteuert werden, daß ein exaktes Einspritzen der notwendigen Treibstoff menge selbst in kurzen Zeiträumen, also bei hohen Motordrehzahlen erfolgen kann.Each of the moving parts of the injection nozzle according to the invention can be controlled for itself in such a way that an exact injection of the necessary fuel amount can take place even in short periods of time, i.e. at high engine speeds.
Die besondere erfindungsgemäße Wirkungsweise der Erfindung besteht aber darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des Dosierstößels bei ihrem BetriebThe particular inventive mode of operation of the invention is that the device for actuation of the metering tappet during their operation
I) die auf Druck ansprechende Vorrichtung veranlaßt, den Beruhigungsraum vom Kraftstoffeinlaß abzu-I) causes the device to respond to pressure, to remove the calming space from the fuel inlet
4 0 9 8 8 3:/ 0 4 3 8 , ...4 0 9 8 8 3: / 0 4 3 8, ...
trennen, undseparate, and
II) den Kraftstoff im Beruhigungsraum soweit unter Druck setzt, daß das Verschieben der !Tadel aus deren erster in deren zweite Stellung gegen die Wirkung der Rückstellvorrichtung- verursacht wird, und daß durch die Auslaßdüse eine "bestimmte Menge von Kraftstoff aus dem Beruhigungsraum austreten kann.II) pressurizes the fuel in the calming chamber to such an extent that the reprimand stops moving whose first in whose second position is caused against the action of the reset device, and that "a certain amount of fuel" emerges from the calming chamber through the outlet nozzle can.
Eine Ausgestaltung der Erfindung "besteht darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des DosierstöSels eine Magnetspule aufweist, die geeignet ist, durch Verändern der Hub-' länge des Stößels die dosierte Kraftstoffmenge zu verändern.An embodiment of the invention "is that the Device for actuating the dosing plunger has a magnetic coil which is suitable for changing the stroke ' length of the tappet to change the metered amount of fuel.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zum Betätigen des Dosierstößels eine Magnetspule aufweist, die geeignet ist, durch Verändern der Zeit, in der der Dosierstößel einen Hub festgelegter Lange durchführt, die Kraftstoffmenge, die aus dem Beruhigungsraum austritt, zu verändern.A further embodiment of the invention consists in that the device for actuating the metering plunger has a magnetic coil which is suitable by changing the time in which the metering plunger has a stroke of a fixed length carries out the amount of fuel that comes out of the calming chamber emerges to change.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; als Beispiele ist in Pig. 1 bis 3 jeweils eine erfindungsgemäße Einspritzdüse beschrieben, die jeweils im Aufriß geschnitten dargestellt ist.In the following the invention is illustrated by way of example with reference to the drawing explained in more detail; as examples is in Pig. 1 to 3 each have an injection nozzle according to the invention described, each shown in section in elevation.
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Alle drei Figuren zeigen jeweils einen Ventilträger 11, der einen Kraft stof feinlaß 12 auf v/eist, sowie eine Auslaßdüse 13» die mit einer Bohrung 14 über einen Beruhigungsraum 15 in Verbindung steht. Die Bohrung 14 enthält eine Nadel 16, die in ihrer Ausgangsstellung dargestellt ist, in der sie die Auslaßdüse 13 sperrt. Die Nadel 16 ist in eine zweite Stellung verschieblich, in .der der Ausfluß des Kraftstoffs aus der Beruhigungskammer 15 aus der Auslaßdüse 13 freigegeben wird. Die Nadel 16 weist eine Stößelbohrung 17 auf, in der Stößel 18 verschieblich angeordnet ist. Der Ventilträger ist an einem Motorblock derart angebracht, daß die Auslaßdüse in einen Verbrennungsraum im Zylinderkopf angeordnet ist.All three figures each show a valve carrier 11, the one fuel outlet 12 on v / eist, as well as an outlet nozzle 13 »the one with a bore 14 over a calming area 15 communicates. The bore 14 contains a needle 16, which is shown in its starting position is in which it blocks the outlet nozzle 13. The needle 16 can be moved into a second position in which the Outflow of the fuel from the calming chamber 15 from the outlet nozzle 13 is released. The needle 16 has a plunger bore 17 in which the plunger 18 is slidably disposed. The valve carrier is on an engine block mounted in such a way that the exhaust nozzle is arranged in a combustion chamber in the cylinder head.
Im folgenden werden die einzelnen Ausführungsformen näher erläutert.The individual embodiments are described in greater detail below explained.
In Pig. 1 enthält die Nadel 16 eine Kammer 2o und Durchlaßbohrungen oder -öffnungen 21, von denen allerdings nur zwei dargestellt sind. Die Nadel 16 hat ein bolzenförmiges Ende 22 mit einer abgeschrägten Stirnfläche 23 und konisch abgesetzten Abschnitten 24 und 25. Einlaßöffnungen 26 sind der Ringnut 27 gegenüberliegend angeordnet, die durch den Einlaß 12 beaufschlagt wird. Am oberen Ende der Nadel 16 sitzt ein Ringflansch 28, der durch eine federscheibe 29 nachgiebig vorgespannt wird, um somit die Nadel an denIn Pig. 1, the needle 16 contains a chamber 2o and passage bores or openings 21, of which, however, only two are shown. The needle 16 is bolt-shaped End 22 with a beveled face 23 and conical Stepped sections 24 and 25. Inlet openings 26 are arranged opposite the annular groove 27, which is through the Inlet 12 is acted upon. At the top of the needle 16 sits an annular flange 28, which is resiliently biased by a spring washer 29, thus the needle to the
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konischen Sitz 24 an der Auslaßdüse 13 anzudrücken und somit diese zu verschließen. Die Federkraft ist hierbei so gewählt, daß die Nadel 16 unter Einwirkung der Kraft angehoben werden kann, die die unter Druck gebrachte Flüssigkeit im Beruhigungsraum 15 auf die konische Endfläche 23 der Nadel 16 ausübt.to press the conical seat 24 on the outlet nozzle 13 and thus close it. The spring force is here chosen so that the needle 16 can be raised under the action of the force that is brought under pressure Liquid in the calming space 15 exerts on the conical end surface 23 of the needle 16.
Der Stößel 18 weist einen Durchlaß 3o auf, der sich koaxial zur Nadel 16 und zum Stößel 18 innerhalb dessen erstreckt. Der Stößel 18 v/eist Öffnungen 31 auf, die mit den Einlaßöffnungen 26 zusammentreffen. Der Stößel wird von seinem oberen Ende her mittels einer hier nicht dargestellten ersten Magnetspule betätigt.The plunger 18 has a passage 3o which extends coaxially to the needle 16 and to the plunger 18 within it. The plunger 18 has openings 31 which meet with the inlet openings 26. The plunger is from its upper end operated by means of a first solenoid, not shown here.
Innerhalb des Durchlasses 3o ist ein sich axial erstreckender Bolzen 33 angeordnet, an dessen unteren Ende ein Ventilkopf 32 angebracht ist, der zum Verschließen des Durchlasses 3o dient. Eine zweite, hier ebenfalls nicht dargestellte Magnetspule betätigt den Bolzen 33 von dessen oberen Ende her.An axially extending bolt 33 is arranged within the passage 3o, at the lower end of which there is a valve head 32 is attached, which serves to close the passage 3o. A second, also not shown here Solenoid actuates the bolt 33 from its upper end.
Im Betrieb wird Dieselkraftstoff beim Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist, wobei der Druck des Kraftstoffs derart gewählt ist, daß die Kammer 2o innerhalb zulässiger Zeit gefüllt wird, Wenn die Einzelteile die Positionen einnehmen, die in Fig.1 gezeigt sind, dann dringt Kraftstoff durch die Öffnungen 26In operation, diesel fuel is supplied at fuel inlet 12 fed in, the pressure of the fuel being selected such that the chamber 2o is filled within the permissible time, When the individual parts take the positions shown in Fig.1 are shown, then fuel penetrates through the openings 26
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und 31 in den Durchlaß 3o ein. Hiernach "betätigt die zweite Magnetspule den Ventilbohrer 33» der den Ventilkcnpf 32 von seinem Ventilsitz abhebt und somit den Kraftstoff in die Kammer 2o einströmen läßt* Danach wird die erste Magnetspule angesteuert, die den Stößel- 18 über eine bestimmte, feststehende Hublänge nach unten treibt und somit das Volumen in·der Kammer 2o verringert; hierdurch wird der Kraftstoff in der Kammer 2o, in den Durchlaßöffnungen 21 und im Beruhigungsraum 15 unter Druck gesetzt. Wenn der Flüssigkeitsdruck auf die abgeschrägte Stirnfläche 23 s an der Nadel 16 wirkt, dann übersteigt dessen Kraft die Summe aus der Kraft der nachgiebigen Vorspannung am Plansch 28 und der Kraft, die aus dem Flüssigkeitsdruck resultiert, der auf die untere Begrenzungsfläche der Kammer 2o einwirkt; aufgrund der Kraftwi-rkung wird die Nadel 16 angehoben, und es wird somit ermöglicht, daß Kraftstoff in die Auslaßdüse 13 und durch diese in den Zylinder eingespritzt wird, der von der Einspritzdüse versorgt wird.and 31 into the passage 3o. The second solenoid then "actuates the valve drill 33" which lifts the valve head 32 from its valve seat and thus allows the fuel to flow into the chamber 2o. The first solenoid is then activated, which drives the plunger 18 downwards over a certain, fixed stroke length and thus the volume in the chamber 2o is reduced, thereby pressurizing the fuel in the chamber 2o, in the passage openings 21 and in the calming chamber 15. When the fluid pressure acts on the beveled face 23 s on the needle 16, it exceeds this Force the sum of the force of the resilient pretensioning on the surface 28 and the force resulting from the liquid pressure acting on the lower boundary surface of the chamber 20; the needle 16 is raised due to the force, and it is thus made possible that Fuel is injected into the outlet nozzle 13 and through this into the cylinder supplied by the injection nozzle.
Das beschriebene Anwendungsbeispiel der Erfindung benutzt zum Betätigen des Ventilbolzens 33 und des Stößels 18 Magnetspulen. Der Stößel 18 wirkt mit einem festgelegten Hub, so daß das Bremsen des Treibstoffs durch die Zeitspanne gesteuert wird, in der der Ventilkopf 32 geöffnet ist, und in der er den Durchtritt von Kraftstoff gestattet.The described application example of the invention uses solenoid coils to actuate the valve pin 33 and the plunger 18. The plunger 18 acts with a fixed stroke, so that the braking of the fuel through the period of time is controlled in which the valve head 32 is opened and in which it allows the passage of fuel.
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In Fig. 2 enthält die Nadel 16 eine Kammer 4o, sowie die Durchlaßbohrungen 41. Eine Einlaß-Ringnut 42 wird durch den Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist. Am oberen Ende der Nadel 16 sitzt ein Flansch 43, der nachgiebig durch eine Federscheibe 44 vorgespannt wird; hierdurch wird das andere Ende 45 der Nadel nach unten gedrückt, um die Auslaßdüse 13 zu verschließen. Die Federkraft der .Federscheibe 44 ist so gewählt, daß die Nadel 16 von der Kraft angehoben v/erden kann, die von dem unter Druck gesetzten Kraftstoff im Beruhigungsraum 15 auf das abgeschrägte Ende 46 der Nadel 16 ausgeübt wird.In Fig. 2, the needle 16 contains a chamber 4o, as well as the passage bores 41. An inlet annular groove 42 is through the fuel inlet 12 is fed. At the top of the The needle 16 is seated on a flange 43 which is resiliently biased by a spring washer 44; this becomes the other end 45 of the needle pressed down to close the outlet nozzle 13. The spring force of the .spring washer 44 is chosen so that the needle 16 can be raised by the force exerted by the pressurized fuel is exerted on the beveled end 46 of the needle 16 in the calming space 15.
Im Stößel 18 erstreckt sich ein mit ihm koaxialer Durchlaß 47, der über eine Querbohrung 48 mit der Ringnut 42 in Verbindung steht. Das untere Ende des Durchlasses 47 kann durch ein Kugelventil 48a verschlossen werden, das durch eine Spiralfeder 49 nachgiebig geschlossen wird. Eine Magnetspule 5o kann den Stößel 18 bewegen; hierdurch kann sie das Volumen in der Kammer 4o und somit den Kraftstoffdruck in dieser Kammer 4o und im Beruhigungsraum 15 verändern.A passage 47 coaxial with it extends in the plunger 18 and communicates with the annular groove 42 via a transverse bore 48 stands. The lower end of the passage 47 can be closed by a ball valve 48a, which is through a coil spring 49 is resiliently closed. A solenoid 5o can move the plunger 18; through this she can change the volume in the chamber 4o and thus the fuel pressure in this chamber 4o and in the calming chamber 15.
Im Betrieb wird Dieselkraftstoff am Kraftstoffeinlaß 12 eingespeist, und zwar mit einem Druck, der so gewählt ist, daß das Kugelventil 48a vom Durchlaß 47 abhebt; somit kann über die Ringnut 42 und die Querbohrung 48 innerhalb einer zulässigen Zeitspanne Kraftstoff die Kammer 4o füllen. V/ird die Magnetspule 5o angesteuert, dann wird der Stößel 18 nachIn operation, diesel fuel is supplied at the fuel inlet 12 fed in at a pressure selected so that the ball valve 48a lifts off the passage 47; thus can Fill the chamber 4o with fuel via the annular groove 42 and the transverse bore 48 within a permissible period of time. V / ird the solenoid 5o is activated, then the plunger 18 is after
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unten getrieben; hierdurch wird verursacht, daß das Kugelventil 48a wieder am Durchlaß 47 anliegt und die Verbindung zwischen Kammer 4o und Einlaß 12 unterbricht. Bewegt sich der Stößel weiter nach unten, dann wird der Kraftstoff in der Kammer 4o und im Beruhigungsraum 15 unter Druck gesetzt, bis der Flüssigkeitsdruck hoch genug ist, um die Nadel 16 anzuheben und somit Krafts-toff durch die Auslaßdüse 15 in den Zylinder einspritzen zu lassen, der durch die Einspritzdüse eingespeist wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Hublänge des Stößels 18 durch eine Magnetspule 5o gesteuert, so daß entsprechend der Belastung des Motors der Aufwand an Kraftstoff verändert werden kann.driven down; this causes the ball valve 48a to rest against the passage 47 and the Connection between chamber 4o and inlet 12 is interrupted. If the plunger moves further down, then the Fuel in the chamber 4o and in the calming chamber 15 is pressurized until the fluid pressure is high enough is to raise the needle 16 and thus inject fuel through the outlet nozzle 15 into the cylinder, the is fed through the injector. In this embodiment, the stroke length of the plunger 18 is through a solenoid 5o controlled so that according to the Load on the engine the amount of fuel consumed can be changed.
In Pig, 3 enthält die Nadel 16 eine Kammer 6o sowie Durchlaßöffnungen 61. Die Nadel 16 veist weiterhin ein bolzenförmiges Ende 62 auf. An ihrem oberen Ende ist die Nadel durch eine Federscheibe ähnlich wie die in Fig. 1 und 2 beschriebenen Nadeln vorgespannt.In Pig, 3 the needle 16 contains a chamber 6o and passage openings 61. The needle 16 also has a bolt-shaped end 62. At its upper end is the needle biased by a spring washer similar to the needles described in FIGS.
Der Beruhigungsraum 15 ist direkt mit dem Kraftstoffeinlaß 12 über einen Kanal 63 verbunden, der ein Kugelventil 64 aufweist, das durch eine Feder 65 an den Ventilsitz 66 schlüssig angedrückt wird; in dieser Stellung ist der Kraftstoffluß vom Einlaß 12 zum Beruhigungsraum unterbrochen.The calming chamber 15 is directly connected to the fuel inlet 12 is connected via a channel 63 which has a ball valve 64 which is locked to the valve seat 66 by a spring 65 is pressed; the fuel flow is in this position interrupted by the inlet 12 to the calming room.
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Der Stößel 18 wird an seinem oberen Ende von einer Magnetspule "betätigt, die imstande ist, eine Stößelbewegung mit veränderlicher Hublänge zu bewirken. Im Betrieb wird Dieselkraftstoff unter Druck über den Einlaß 12 und dem Kanal 63 in den Be ruh igung sr auin 15 geleitet. Der Kraftstoff weist hierbei genug Druck auf, υΐπ das Kugelventil 64 aus dem Ventilsitz 66 zu heben. Das Ansteuern der Magnetspule bewirkt, daß der Stößel 18 nach unten getrieben wird, wodurch er den Kraftstoff in der Kammer 6o, im Beruhigimgsraum 15 und in dem Teil des Kanals 63 unter Druck setzt, der an das Ventil 64 angrenzt; dieses Ventil legt sich hierdurch an seinen Sitz 66 und unterbindet somit den Fluß weiteren Kraftstoffs in den Beruhigungsraum 15. Die weitere Bewegung des Stößels 18 bewirkt eine weitere Steigerung des Kraftstoffdruckes, bis die Nadel 16 abhebt und das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder ermöglicht, der durch die Einspritzdüse eingespeist wird.The ram 18 is actuated at its upper end by a magnet coil, "which is capable of effecting a slide movement with a variable stroke length. In operation, diesel fuel is passed under pressure via the inlet 12 and the channel 63 in the loading ruh FINISH sr AuIn 15th The fuel has enough pressure here to lift the ball valve 64 out of the valve seat 66. The activation of the solenoid causes the plunger 18 to be driven downwards, causing the fuel in the chamber 6o, in the calming chamber 15 and in the part of the channel 63 which adjoins the valve 64; this valve thereby lies against its seat 66 and thus prevents the flow of further fuel into the calming chamber 15. Further movement of the plunger 18 causes a further increase in fuel pressure until the Needle 16 lifts off and allows injection into the cylinder of the fuel that is fed through the injector.
In Fig. 2 und 3 wurde beispielsweise ein Kugelventil gezeigt, es kann aber jede passende Art eines nachgiebig schließenden Gegenschlagventxls verwendet v/erden.In Figs. 2 and 3, for example, a ball valve has been shown, however, any suitable type of resilient counter-blow valve can be used.
Obwohl sich die beispielsweise genannten Ausführungsformen auf die Verwendung von Dieselkraftstoff beziehen, können die beschriebenen erfindungsgemäßen Einspritzdüsen ebenso für Benzin oder sonstige Kraftstoffe benutzt werden, wobei die Einspritzung in den Zylinder des Motors oder in einen sonstigen geeigneten Raum erfolgt, z.B. in das AnsaugrohrAlthough the exemplary embodiments mentioned relate to the use of diesel fuel, can the injection nozzles according to the invention described are also used for gasoline or other fuels, with the injection takes place in the cylinder of the engine or in another suitable space, e.g. in the intake manifold
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oder in eine Vorkammer.or in an antechamber.
Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf eine Einspritzdüse, sondern auch ausdrücklich auf ein Einspritzsystem, das derartige Einspritzdüsen aufweist, sowie, auf einen Verbrennungsmotor, der erfindungsgemäiBe Einspritzdüsen aufweist.The invention relates not only to an injection nozzle, but also expressly to an injection system, which has such injection nozzles, as well as, on an internal combustion engine, the injection nozzles according to the invention having.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung ausdrücklich auf ein Verfahren zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse insbesondere durch Ansteuern erfindur^nfernäßer Magnetspulen durch Signale, die in Relation zur Betätigungsdauer und/oder zur Hublänge des Dosierstößels 18 stehen.The invention also relates expressly to a method for using an injection nozzle according to the invention in particular by controlling magnetic coils according to the invention by signals in relation to the duration of the actuation and / or are related to the stroke length of the metering plunger 18.
4Ü9883/ÜA384Ü9883 / ÜA38
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