WO2010000528A1 - Magnetventil für einen kraftstoff-injektor sowie kraftstoff-injektor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a solenoid valve, in particular a servo-valve, for a fuel injector, in particular for a common-rail injector, according to the preamble of claim 1 and a fuel injector according to claim 12.
- a common rail injector with a control valve which is pressure-balanced in the axial direction in the closed state is known.
- the fuel pressure can be influenced within a limited by an injection valve element control chamber.
- the injection valve element is adjusted between an open position and a closed position, wherein the injection valve element releases the fuel flow into the combustion chamber of a fuel machine in its open position.
- the control valve has an adjustable by means of an electromagnetic actuator, sleeve-shaped control valve member which cooperates in the closed state with a formed on a plate member control valve seat. Integral with the control valve seat-facing plate member is formed a guide pin on which the control valve element is guided in its axial adjustment movement.
- FIG. 5 An improved solenoid valve for a fuel injector shown in FIG. 5 has been developed by the applicant.
- the sleeve-shaped control valve element is guided on a pressure pin which is designed as a separate component from the control valve seat having the injector component.
- the pressure pin limits a valve chamber formed in the control valve element in the axial direction upward.
- the control valve element is guided with a guide channel section on the pressure pin, whereby the guide channel section ends at an axial distance from a pole face plane of an anchor plate section of the control valve element below the pole face plane.
- the mentioned pressure pin is provided, which receives the axially acting upward hydraulic force and supported on the injector.
- This minimum distance results from the necessary distance b between the control valve seat and the upper end of the guide channel section (pressure pin guide), which is used to necessary pose a maximum allowable amount of leakage guide length 1 F of the pressure pin in the control valve element, the distance between the upper end of the guide passage portion and the upper end face of the Steuerventilele- mentes which is manufacturing tolerances required, and the thickness of a front side supported on the control valve element adjusting the spring force. These dimensions add up to the distance a between the spring force introduction plane and the sealing surface (sealing plane) which interacts with the control valve seat on the control valve element.
- the control closing spring not only has a desired force component F v in the axial direction, but also an undesired but unavoidable force component F q transverse to the axial direction.
- This transverse force causes a tilting moment F q • a on the control valve element. If this overturning moment exceeds the maximum return torque from the axially acting spring force of 0.5 ⁇ F v ⁇ d, where d is the inner diameter of the guide channel section, the control valve element tilts until the tilting movement is limited by its guide. As a result, a one-sided opening gap is created at the control valve seat, resulting in improper control valve seat leakage.
- the support of the pressure pin takes place at its above the guide portion arranged abutment exactly at the intersection with the axis of symmetry of the control valve element. Due to parallelism deviations between the control valve seat and the abutment, however, the force introduction point on the abutment is always somewhat off-center. As a result, the off-center support introduces an increasing torque with increasing rail pressure into the anchor bolt, which must be compensated by supporting forces acting transversely to the axle between the control valve element and the pressure pin. These forces cause genzug an increasing with increasing rail pressure bending of the pressure pin and thus to an initiation of an additional lateral force and another tilting moment in the control valve element.
- the invention has for its object to propose a solenoid valve for a fuel injector, in which, in particular at the same sized control valve seat diameter and the same size Steuerschegafederkraft, tilting of the control valve element is avoided. Furthermore, the object is to propose a fuel injector with a correspondingly optimized solenoid valve.
- the invention has recognized that it is necessary to avoid a control valve seat leakage, the lever arm a, so the axial distance between the Federkraftein effetsebene and the sealing surface of the control valve element to keep as low as possible.
- a reduction of the distance a (lever arm) are set narrow limits.
- the invention proposes that the guide channel section of the control valve element, ie the axial section with which the control valve element is guided on the preferably centric pressure pin, be compared with the prior art extend the Pol vomebene out in the direction of the electromagnetic actuator or in the direction Injektordeckel.
- the guide diameter of the control valve seat By moving the guide diameter of the control valve seat into a region behind, preferably above, the pole face, it is possible to use the control valve seat or the sealing face cooperating with the control valve seat on the control valve element closer to the pole surface plane, which leads to a reduction of the Lever arm a and thus leads to a reduction of the tilting moment on the control valve element.
- the Baulän- ge of the control valve element can be reduced at a constant adjusting force, which extends the capabilities of the solenoid valve.
- control closing spring for further minimization of the lever arm with axial distance to the remote from the control valve seat free end of the control valve element on the control valve element or at one on the control valve element supporting, in particular annular support member (shim for the spring force) is supported ,
- the control-closing spring does not act as in the prior art on a at the free end of the Steuerventilele- Mentes supporting shim supported, but that the Steuerschurgifederkraftein effetsebene moves closer to the pole face plane.
- the control closing spring is preferably supported directly on an armature plate section of the control valve element or on a support element supported on the armature plate section.
- the anchor plate portion is formed integrally with the guide channel portion of the control valve element.
- the armature plate portion is formed as a separate component of the guide channel portion, which is fixedly connected to the guide channel portion.
- control-closing spring of the control valve surrounds the guide channel section in an axial section radially on the outside is particularly preferred.
- control closing spring receives a larger diameter than in the prior art, so that the guide channel portion whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the pressure pin plus a minimum clearance, can protrude in the axial direction in the control closing spring.
- the guide channel section protrudes in the axial direction as far as into a central channel formed in the electromagnetic actuator, in particular in a magnetic core of the electromagnetic actuator.
- the diameter of the central channel must be increased slightly due to an increased diameter of the control spring. The first polypore portion which is thus eliminated can be compensated for again by a relatively much smaller enlargement of the diameter of the contact plate section of the control valve become.
- the overall height of the control valve element decreases, the mass of the control valve element remains largely unaffected by this measure.
- the distance between a cooperating with the control valve seat, in particular frontal, sealing surface, preferably sealing edge of the control valve and a tax ersch Anlagenfederkraftein effetsebene in which the control closing spring is supported in the axial direction of the control valve member is smaller than the distance between the control spring force input level and a remote from the control valve seat free end of the control valve element.
- the diameter of the pressure pin axially outside the guide channel portion of the control valve seat is stiffer than inside the guide channel section.
- the stiffening of the pressure pin is preferably carried out in that the pressure pin in a region axially outside of the guide channel section has a larger diameter than within the guide channel diameter.
- the diameter of the pressure pin within the guide channel diameter preferably corresponds at least approximately to the diameter of the control valve seat so as to be closed Condition, at least approximately, to realize in the axial direction pressure balanced solenoid valve.
- the diameter difference between the diameter of the pressure pin is selected axially outside the guide channel section and within the guide channel section from a range between 0.25 mm to about 3 mm.
- the diameter difference is particularly preferably 0.5 mm to 2.0 mm, very particularly preferably about 1.5 mm.
- control valve element in the closed state ie when the sealing surface of the control valve element bears against the control valve seat, is at least approximately pressure-balanced in the axial direction.
- This can be realized in that the diameter of the pressure pin in the guide channel section corresponds to the diameter of the control valve seat, so that all the hydraulic forces acting in the axial direction are supported by the pressure pin on the injector housing.
- an abutment for the pressure pin is arranged in a region within the central channel in the magnetic core of the electromagnetic actuator see actuator.
- the invention also leads to a fuel injector, in particular a common rail injector, for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
- a trained according to the concept of the invention fuel injector has a designed as a servo-valve, previously described solenoid valve with which the fuel pressure in a limited by a one-piece or multi-part injection valve element control chamber is controllable. By varying the fuel pressure in the control chamber, the injection valve element can be adjusted between a closed position and an opening position which releases the fuel flow through a nozzle hole arrangement.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a solenoid valve for a fuel injector, wherein a guide channel section of a control valve element protrudes in the axial direction into a central channel within a magnetic core of an electromagnetic actuator,
- FIG. 2 shows an alternative embodiment of a solenoid valve in which an abutment for a pressure pin accommodated in the control valve element is moved into a region axially within the central channel in the magnetic core,
- FIG. 3 shows a further alternative embodiment of a solenoid valve in which the diameter of the pressure pin is increased significantly in a region axially above the guide channel section
- Fig. 5 an embodiment of a solenoid valve according to the internal state of the art of the applicant. Embodiment of the invention
- a control valve (servo-valve) formed solenoid valve 1 is shown, which is arranged in a fragmentary illustrated, designed as a common rail injector fuel injector 2, more precisely in the injector head of the fuel injector 2.
- an outlet throttle 3 having, drain channel 4 is a not shown, from an injection valve element of the fuel injector 2, also not shown frontally delimited control chamber with a valve chamber 5 of the solenoid valve 1 connected.
- the valve chamber 5 is bounded radially on the outside by an injector component 6 designed as a plate element and a lower section of a sleeve-shaped control valve element 7 (armature) of the solenoid valve 1 in the plane of the drawing.
- valve chamber 5 In the axial direction in the plane of the drawing upwards, the valve chamber 5 is delimited by a pressure pin 8 (anchor bolt fixed during operation), which is designed as a separate, bolt-shaped component from the injector component 6, which projects upward in the axial direction in the plane of the drawing a support body 9 is supported, which forms an abutment 10 for the pressure pin 8.
- the support body 9 in turn is supported in the plane of the drawing in the axial direction upwards on a holding body 11 for the solenoid valve 1.
- a control valve seat 12 is formed, with which the control valve element 7 cooperates sealingly in the closed position shown.
- a pressure-balanced in the axial direction of the component which is realized in that all in the axial direction acting upward hydraulic forces are supported by the pressure pin 8 on the support body 9.
- the diameter of the pressure pin 8 marked d corresponds within a centric guide channel section 13 with the length 1 F of the control valve element to the diameter of the control valve seat 12.
- the control valve element 7 lies on the control valve seat 12 with an end-face sealing surface 14 on.
- the one-piece control valve element 7 comprises a radially extending armature plate section 15. This has on a magnetic core 16 of an electromagnetic actuator 17 facing flat side of an annular pole face defining a Pol lakeebene 18. Starting from the Pol lakeebene 18 performs a centric, formed in the magnetic core 16 central channel (passage) in the axial direction upwards.
- an electric magnetic coil 20 is accommodated in magnetic core 16 designed as a pot magnetic core. This acts when energized with the control valve element 7, more precisely with the anchor plate portion 15 together, such that the control valve element 7 is adjusted in the plane of the drawing upwards in the direction of the magnetic core 16. As a result, the control valve element 7 lifts off from its control valve seat 12, as a result of which the valve chamber 5 is hydraulically connected to a low-pressure region 21 of the fuel injector 2.
- the low-pressure region 21 is permanently connected to an injector return port 22, via which when open Solenoid valve 1, a control amount of fuel from the control chamber can flow toward a reservoir.
- the solenoid valve 1 Due to the fact that fuel flows out of the control chamber when the solenoid valve 1 is open, the pressure in the control chamber drops rapidly, which in turn lifts the injection valve element, not shown, from its injection valve seat and releases the fuel flow from a nozzle hole arrangement into a combustion chamber of an internal combustion engine. To end the injection process, the energization of the solenoid valve 1 is interrupted. Then, the control valve element 7 is adjusted by means of a trained as a helical compression spring control closing spring 23 in the axial direction of the plane down in the direction of the control valve seat 12.
- control closing spring 23 encloses an axial portion of the guide channel portion 13 radially outward, so that the diameter of the control closing spring 23 is increased compared to the in-house prior art shown in Fig. 5.
- control closing spring 23 is received over most of its axial extent within the central channel 19 in the magnetic core 16 and is supported in the axial direction upwards on the support body 9 from. In the axial direction downward, the control closing spring 23 is supported on an annular support element 24 (shim), which in turn is supported in the axial direction on the armature plate section 15 of the control valve element 7.
- a lever arm is indicated by the reference a.
- the lever a corresponds to the distance between the sealing surface 14, with which the control valve element 7 rests against the control valve seat 12, and a Steuersch adoptedfe- derkraftein effetsebene, which is defined by the top in the drawing plane end of the support element 24 ,
- the lever arm a is substantially reduced in comparison to that shown in FIG. 5, in-house state of the art, whereby a force acting on the pressure pin 8 tilting moment is minimized.
- the axial length of the solenoid valve 1 in comparison to the in-house state of the art according to FIG. 5 is reduced overall.
- the guide channel section 13 formed by a central section of the control valve element 7 projects far into the central channel 19.
- the axial extension of the guide channel section 13, the inner diameter of which corresponds to the diameter d of the pressure pin 8 plus a clearance, is marked with 1 F.
- the distance between the lower in the drawing plane axial end of the guide channel portion 13 and the sealing surface 14 is marked with b.
- the portion of the support pin which projects upwards over the guide channel section 13 in the axial direction in the plane of the drawing has the length 1.
- the magnetic core 16 is subjected to a spring force in the axial direction downward by a plate spring 25.
- the plate spring 25 is supported radially outward in the axial direction on the magnetic core 16 and radially inward in the axial direction on a peripheral shoulder 26 of the support body 9 from.
- the spring force of the plate spring 25 pushes the magnetic core 16 against an inner annular shoulder 27 of the holding body eleventh
- the pressure pin 8 is supported with a flat end face 28 on a likewise planar support surface 29 of the support body 9.
- FIG. 2 an alternative embodiment of a solenoid valve 1 is shown.
- the structure corresponds essentially to the magnetic valve 1 described above and shown in FIG. 1. To avoid repetition, only the differences from the exemplary embodiment described above and shown in FIG. 1 will be described below. With regard to the similarities, reference is made to the preceding description of the figures and to FIG. 1.
- the support body 9 has been extended in the axial direction in the drawing plane down into the central channel 19 in comparison to the exemplary embodiment according to FIG. As a result, the distance 1 between the plane in the drawing upper axial end of the guide channel portion 13 and the abutment 10 and the support surface 29 was reduced. Overall, this results in a further reduced in comparison to Fig. 1 pressure pin 8, which is less prone to bending.
- the pressure pin 8 is formed thickened in a region axially above the guide channel section 13.
- the pressure pin 8 has a diameter di which is greater than the diameter d within the guide channel section 13.
- 3 in the embodiment according to FIG. 3 is larger than in the exemplary embodiment according to FIG. 4.
- the diameter di essentially corresponds to the diameter of a centric, not provided with a reference, in the axial direction projecting into the central channel 19 extension 30 of the control valve element 7, the sections forms the guide channel section 13.
- the pressure pin 8 Due to the thickened design of the pressure pin 8 in an area outside of the guide channel section 13, the pressure pin 8 receives increased rigidity, which in turn leads to a reduction of the transverse forces between control valve element 7 and pressure pin 8 and to a minimization of the associated tilting moment.
- the diameter di can also be made larger than the inner diameter of the control closing spring 23. This has the consequence that the control closing spring 23 is not supported directly on a standing with the holding body 11 in a fixed surface, but at the diameter stage in the pressure pin. 8
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil (1), insbesondere Servo-Ventil, für einen Kraftstoff-Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem elektromagnetischen Aktuator (17) zum Verstellen eines, mit einem an einem Injektorbauteil (6) ausgebildeten Steuerventilsitz (12) zusammenwirkenden, Steuerventilelementes (7), aufweisend eine dem Aktuator (17) zugewandte Polflächenebene (18) und einen Führungskanalabschnitt (13) mit dem das Steuerventil bei seiner Verstellbewegung an einem abschnittsweise im Führungskanalabschnitt (13) aufgenommenen, von dem Injektorbauteil (6) separaten Druckstift (8) geführt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Führungskanalabschnitt (13) die Polflächenebene (18) in Richtung des Aktuators (17) überragt. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoff-Injektor (2).
Description
Beschreibung
Titel
Magnetventil für einen Kraftstoff-Injektor sowie Kraft- stoff-Injektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Magnetventil, insbesondere ein Servo-Ventil, für einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere für einen Common-Rail-Injektor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Kraftstoff-Injektor gemäß Anspruch 12.
Aus der EP 1 612 403 Al ist ein Common-Rail-Injektor mit einem im geschlossenen Zustand in axialer Richtung druckausgeglichenen Steuerventil bekannt. Mittels des Steuerventils kann der Kraftstoffdruck innerhalb einer von einem Einspritzventilelement begrenzten Steuerkammer beeinflusst werden. Durch Variation des Kraftstoffdrucks innerhalb der Steuerkammer wird das Einspritzventilelement zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt, wobei das Einspritzventilelement in seiner Öffnungsstellung den Kraftstofffluss in den Brennraum einer Brennstoffmaschine freigibt. Das Steuerventil weist ein mittels eines elektromagnetischen Aktuators verstellbares, hülsenförmiges Steuerventilelement auf, das im geschlossenen Zustand mit einem an einem Plattenbauteil ausgebildeten Steuerventilsitz zusammenwirkt. Einstückig mit dem den Steuerventilsitz auf- weisenden Plattenelement ist ein Führungsstift ausgebildet, an dem das Steuerventilelement bei seiner axialen Verstellbewegung geführt ist.
Von der Anmelderin wurde ein verbessertes, in Fig. 5 gezeigtes Magnetventil für einen Kraftstoff-Injektor entwickelt. Bei diesem ist das hülsenförmige Steuerventilelement an einem Druckstift geführt, der als ein von dem den Steu- erventilsitz aufweisenden Injektorbauteil separates Bauteil ausgebildet ist. Der Druckstift begrenzt eine im Steuerventilelement ausgebildete Ventilkammer in axialer Richtung nach oben. Das Steuerventilelement ist mit einem Führungskanalabschnitt am Druckstift geführt, wobei der Führungska- nalabschnitt mit Axialabstand zu einer Polflächenebene eines Ankerplattenabschnittes des Steuerventilelementes also unterhalb der Polflächenebene, endet. Bei der Magnetventilkonstruktion ist man bestrebt, den Durchmesser des Steuerventilsitzes klein zu halten. Um dies zu erreichen, ist der erwähnte Druckstift vorgesehen, der die in axialer Richtung nach oben wirkende hydraulische Kraft aufnimmt und am Injektorgehäuse abstützt. Auf diese Weise wird vermieden, dass diese hydraulische Kraft in das Steuerventilelement eingeleitet wird, wodurch die Druckunabhängigkeit der Schaltkräfte gewährleistet wird. Die Abdichtung des Ventilkammervolumens innerhalb des hülsenförmigen Steuerventilelementes erfolgt durch das Führungsspiel zwischen Druckstift und Steuerventilelement. In Folge dessen weist diese Dichtstelle stets eine geringe Leckage auf. Die Schließ- kraft zum Schließen des Magnetventils wird über eine Steuerschließfeder auf das Steuerventilelement aufgebracht, welche das Steuerventilelement nach unten gegen seinen Steuerventilsitz drückt. Prinzipbedingt erfolgt die Einleitung dieser Schließkraft in das Steuerventilelement mit nennenswertem Abstand oberhalb des Steuerventilsitzes. Dieser Mindestabstand ergibt sich aus dem notwendigen Abstand b zwischen dem Steuerventilsitz und dem oberen Ende des Führungskanalabschnitts (Druckstiftführung) , der zur Ein-
haltung einer maximal zulässigen Leckagemenge notwendigen Führungslänge 1F des Druckstiftes im Steuerventilelement, dem Abstand zwischen dem oberen Ende des Führungskanalabschnittes und der oberen Stirnfläche des Steuerventilele- mentes, der fertigungsbedingt erforderlich ist, und der Dicke einer sich stirnseitig am Steuerventilelement abstützenden Einstellscheibe für die Federkraft. Diese Maße summieren sich auf den Abstand a zwischen der Federkrafteinleitungsebene und der mit dem Steuerventilsitz zusammenwir- kenden Dichtfläche (Dichtebene) am Steuerventilelement. Prinzipbedingt weist die Steuerschließfeder nicht nur eine erwünschte Kraftkomponente Fv in Achsrichtung auf, sondern auch eine unerwünschte, aber nicht vermeidbare Kraftkomponente Fq quer zur Achsrichtung. Diese Querkraft bewirkt ein Kippmoment Fq • a auf das Steuerventilelement. Übersteigt dieses Kippmoment das maximale Rückstellmoment aus der axial wirkenden Federkraft von 0,5 • Fv • d, wobei d der Innendurchmesser des Führungskanalabschnittes ist, so kippt das Steuerventilelement, bis die Kippbewegung von seiner Führung begrenzt wird. Folglich entsteht am Steuerventilsitz ein einseitig öffnender Spalt, der zu einer unzulässigen Steuerventilsitzleckage führt. Idealerweise erfolgt die Abstützung des Druckstiftes an seinem oberhalb des Führungsabschnittes angeordneten Widerlager genau am Schnitt- punkt mit der Symmetrieachse des Steuerventilelementes. Aufgrund von Parallelitätsabweichungen zwischen Steuerventilsitz und Widerlager liegt der Krafteinleitungspunkt am Widerlager in der Realität aber stets etwas außermittig. Folglich wird durch die außermittige Abstützung ein mit zu- nehmendem Raildruck steigendes Drehmoment in den Ankerbolzen eingeleitet, welches durch quer zur Achse wirkende Abstützkräfte zwischen dem Steuerventilelement und dem Druckstift kompensiert werden muss. Diese Kräfte bewirken im Ge-
genzug eine mit zunehmendem Raildruck zunehmende Verbiegung des Druckstiftes und somit zu einer Einleitung einer zusätzlichen Querkraft und eines weiteren Kippmomentes in das Steuerventilelement .
Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetventil für einen Kraftstoff-Injektor vorzuschlagen, bei dem, insbesondere bei gleich dimensioniertem Steuerventilsitzdurchmesser und gleich dimensionierter Steuerschließfederkraft, ein Kippen des Steuerventilelementes vermieden wird. Ferner besteht die Aufgabe darin, einen Kraftstoff-Injektor mit einem entsprechend optimierten Magnetventil vorzuschlagen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Magnetventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftstoff- Injektors mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Be- Schreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen .
Die Erfindung hat erkannt, dass es zur Vermeidung einer Steuerventilsitzleckage notwendig ist, den Hebelarm a, also den Axialabstand zwischen der Federkrafteinleitungsebene und der Dichtfläche des Steuerventilelementes, so gering wie möglich zu halten. Bei dem Steuerventil gemäß Fig. 5
sind einer Verringerung des Abstandes a (Hebelarm) jedoch enge Grenzen gesetzt.
Zur Verkleinerung des Hebelarms a und somit zur Verringe- rung einer Verkippungsgefahr des Steuerventilelementes schlägt die Erfindung vor, dass der Führungskanalabschnitt des Steuerventilelementes, also der Axialabschnitt, mit dem das Steuerventilelement am, vorzugsweise zentrischen, Druckstift geführt ist, im Vergleich zum Stand der Technik über die Polflächenebene hinaus in Richtung des elektromagnetischen Aktuators bzw. in Richtung Injektordeckel zu verlängern. Durch das Verschieben des Führungsdurchmessers des Steuerventilsitzes bis in einen Bereich hinter, vorzugsweise oberhalb, der Polfläche wird es möglich, den Steuerven- tilsitz bzw. die mit dem Steuerventilsitz zusammenwirkende Dichtfläche am Steuerventilelement (erheblich) näher an die Polflächenebene heranzuziehen, was zu einer Reduzierung des Hebelarms a und damit zu einer Reduzierung des Kippmomentes auf das Steuerventilelement führt. Daneben kann die Baulän- ge des Steuerventilelementes bei gleichbleibender Verstellkraft verringert werden, was die Einsatzmöglichkeiten des Magnetventils erweitert.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich die Steuerschließfeder zur weiteren Minimierung des Hebelarms mit Axialabstand zu dem vom Steuerventilsitz abgewandten freien Ende des Steuerventilelementes am Steuerventilelement oder an einem sich am Steuerventilelement abstützenden, insbesondere ringförmigen, Abstützelement (Einstellscheibe für die Federkraft) abstützt. Anders ausgedrückt ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass sich die Steuerschließfeder nicht wie im Stand der Technik an einer sich am freien Ende des Steuerventilele-
mentes abstützenden Einstellscheibe abstützt, sondern dass die Steuerschließfederkrafteinleitungsebene näher an die Polflächenebene heranrückt. Hierzu stützt sich die Steuerschließfeder vorzugsweise unmittelbar an einem Ankerplat- tenabschnitt des Steuerventilelementes oder an einem sich am Ankerplattenabschnitt abstützenden Abstützelement ab. Bevorzugt ist der Ankerplattenabschnitt einteilig mit dem Führungskanalabschnitt des Steuerventilelementes ausgebildet. Alternativ ist eine Ausführungsform realisierbar, bei der der Ankerplattenabschnitt als ein von dem Führungskanalabschnitt separates Bauteil ausgebildet ist, das fest mit dem Führungskanalabschnitt verbunden ist.
Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Steuerschließfeder des Steuerventils den Führungskanalabschnitt in einem Axialabschnitt radial außen umschließt. Anders ausgedrückt erhält die Steuerschließfeder einen größeren Durchmesser als im Stand der Technik, sodass der Führungskanalabschnitt, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Druckstiftes zuzüglich eines minimalen Spiels entspricht, in axialer Richtung in die Steuerschließfeder hineinragen kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Führungska- nalabschnitt bis in einen im elektromagnetischen Aktuator, insbesondere in einen Magnetkern des elektromagnetischen Aktuators, ausgebildeten Zentralkanal in axialer Richtung hineinragt. Ebenfalls muss der Durchmesser des Zentralkanals aufgrund eines vergrößerten Durchmessers der Steuer- Schließfeder etwas vergrößert werden. Der dadurch zunächst wegfallende Polflächenanteil kann durch eine im Verhältnis wesentlich geringere Vergrößerung des Durchmessers des An- kenplattenabschnittes des Steuerventils wieder ausgeglichen
werden. Insbesondere dann, wenn sich gleichzeitig die Bauhöhe des Steuerventilelementes verringert, bleibt die Masse des Steuerventilelementes weitgehend unbeeinflusst von dieser Maßnahme.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Abstand zwischen einer mit dem Steuerventilsitz zusammenwirkenden, insbesondere stirnseitigen, Dichtfläche, vorzugsweise Dichtkante, des Steuerventils und einer Steu- erschließfederkrafteinleitungsebene, in der sich die Steuerschließfeder in axialer Richtung am Steuerventilelement abstützt, kleiner ist als der Abstand zwischen der Steuer- federkrafteinleitungsebene und einem von dem Steuerventilsitz abgewandten freien Ende des Steuerventilelementes. Bei einer derartigen Auslegung des Steuerventilelementes ist sichergestellt, dass der ein Verkippen bewirkende Hebelarm (Abstand zwischen der Dichtfläche und der Steuerschließfe- derkrafteinleitungsebene) gering ist.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Durchmesser des Druckstiftes axial außerhalb des Führungskanalabschnittes des Steuerventilsitzes steifer ausgebildet ist als innerhalb des Führungskanalabschnittes. Hierdurch können die Querkräfte zwischen dem Druckstift und dem Steuerventilelement sowie das zugehörige Kippmoment weiter erheblich reduziert werden. Die Versteifung des Druckstiftes erfolgt bevorzugt dadurch, dass der Druckstift in einem Bereich axial außerhalb des Führungskanalabschnittes einen größeren Durchmesser aufweist als innerhalb des Führungskanaldurchmessers. Dabei entspricht der Durchmesser des Druckstiftes innerhalb des Führungskanaldurchmessers bevorzugt zumindest näherungsweise dem Durchmesser des Steuerventilsitzes, um auf diese Weise ein im geschlossenen
Zustand, zumindest näherungsweise, in axialer Richtung druckausgeglichenes Magnetventil zu realisieren. Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Durchmesserdifferenz zwischen dem Durchmesser des Druckstiftes axial außer- halb des Führungskanalabschnittes und innerhalb des Führungskanalabschnittes aus einem Bereich zwischen 0,25 mm bis etwa 3 mm gewählt wird. Besonders bevorzugt beträgt die Durchmesserdifferenz 0,5 mm bis 2,0 mm, ganz besonders bevorzugt etwa 1,5 mm.
Wie zuvor bereits angedeutet, ist es von Vorteil, wenn das Steuerventilelement im geschlossenen Zustand, also wenn die Dichtfläche des Steuerventilelementes am Steuerventilsitz anliegt, zumindest näherungsweise in axialer Richtung druckausgeglichen ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Durchmesser des Druckstiftes im Führungskanalabschnitt dem Durchmesser des Steuerventilsitzes entspricht, sodass sämtliche in axialer Richtung wirkenden hydraulischen Kräfte von dem Druckstift am Injektorgehäuse abge- stützt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der ein Widerlager für den Druckstift in einem Bereich innerhalb des Zentralkanals im Magnetkern des elektromagneti- sehen Aktuators angeordnet ist. Hierdurch kann die Axialerstreckung des Druckstiftes und damit seine Durchbiegeneigung minimiert werden.
Die Erfindung führt auch auf einen Kraftstoff-Injektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeter Kraftstoff-Injektor weist ein als Servo-Ventil ausgebildetes,
zuvor beschriebenes Magnetventil auf, mit dem der Kraftstoffdruck in einer von einem einteiligen oder mehrteiligen Einspritzventilelement begrenzten Steuerkammer steuerbar ist. Durch Variation des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer kann das Einspritzventilelement zwischen einer Schließstellung und einer den Kraftstofffluss durch eine Düsen- lochanordnung freigebenden Öffnungsstellung verstellt werden .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Magnetventils für einen Kraftstoff-Injektor, wobei ein Führungskanalabschnitt eines Steuerventilelementes in axialer Richtung in einen Zentralkanal innerhalb eines Magnetkerns eines elektromagnetischen Aktuators hineinragt,
Fig. 2: ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Magnetventils, bei dem ein Widerlager für einen im Steuerventilelement aufgenommenen Druckstift in einen Bereich axial innerhalb des Zentralkanals im Magnetkern hineinverlegt ist,
Fig. 3: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Magnetventils, bei dem der Durchmesser des Druckstiftes in einem Bereich axial oberhalb des Führungskanalabschnittes deutlich vergrößert ist,
Fig. 4: eine weitere alternative Ausführungsform eines Magnetventils, bei der der Durchmesser des Druckstiftes axial außerhalb des Führungskanalabschnittes nur geringfügig vergrößert ist und
Fig. 5: eine Ausführungsform eines Magnetventils nach dem hausinternen Stand der Technik der Anmelderin.
Ausführungsform der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekenn- zeichnet.
In Fig. 1 ist ein als Steuerventil (Servo-Ventil) ausgebildetes Magnetventil 1 gezeigt, das in einem nur ausschnittsweise dargestellten, als Common-Rail-Injektor ausgebildeten Kraftstoff-Injektor 2, genauer im Injektorkopf des Kraftstoff-Injektors 2, angeordnet ist. Über einen, eine Ablaufdrossel 3 aufweisenden, Ablaufkanal 4 ist eine nicht dargestellte, von einem ebenfalls nicht dargestellten Einspritzventilelement des Kraftstoff-Injektors 2 stirnseitig be- grenzte Steuerkammer mit einer Ventilkammer 5 des Magnetventils 1 verbunden. Die Ventilkammer 5 wird radial außen von einem als Plattenelement ausgebildeten Injektorbauteil 6 sowie einem in der Zeichnungsebene unteren Abschnitt eines hülsenförmigen Steuerventilelementes 7 (Anker) des Mag- netventils 1 begrenzt. In axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben wird die Ventilkammer 5 von einem Druckstift 8 (im Betrieb feststehender Ankerbolzen) begrenzt, der als von dem Injektorbauteil 6 separates, bol- zenförmiges Bauteil ausgebildet ist, das sich in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben an einem Stützkörper 9 abstützt, der ein Widerlager 10 für den Druckstift 8 bildet. Der Stützkörper 9 wiederum stützt sich in der Zeichnungsebene in axialer Richtung nach oben an einem Haltekörper 11 für das Magnetventil 1 ab.
An dem Injektorbauteil 6 ist ein Steuerventilsitz 12 ausgebildet, mit dem das Steuerventilelement 7 in der gezeigten Schließstellung dichtend zusammenwirkt. Bei dem hülsenför-
migen Steuerventilelement 7 handelt es sich im gezeigten, geschlossenen Zustand um ein in axialer Richtung druckausgeglichenes Bauteil, was dadurch realisiert ist, dass sämtliche in axialer Richtung nach oben wirkenden hydraulischen Kräfte von dem Druckstift 8 am Stützkörper 9 abgestützt werden. Hierzu entspricht der mit d gekennzeichnete Durchmesser des Druckstiftes 8 innerhalb eines zentrischen Führungskanalabschnittes 13 mit der Länge 1F des Steuerventilelementes dem Durchmesser des Steuerventilsitzes 12. Wie sich aus Fig. 1 weiter ergibt, liegt das Steuerventilelement 7 mit einer stirnseitigen Dichtfläche 14 auf dem Steuerventilsitz 12 auf. Neben dem zentrischen, sich in axialer Richtung erstreckenden Führungskanalabschnitt 13 umfasst das einteilige Steuerventilelement 7 einen sich in radialer Richtung erstreckenden Ankerplattenabschnitt 15. Dieser weist auf einer einem Magnetkern 16 eines elektromagnetischen Aktuators 17 zugewandten Flachseite eine ringförmige Polfläche auf, die eine Polflächenebene 18 definiert. Ausgehend von der Polflächenebene 18 führt ein zentrischer, im Magnetkern 16 ausgebildeter Zentralkanal (Durchgangskanal) in axialer Richtung nach oben.
Im als Topfmagnetkern ausgebildeten Magnetkern 16 ist eine elektrische Magnetspule 20 aufgenommen. Diese wirkt bei Bestromung mit dem Steuerventilelement 7, genauer mit dem Ankerplattenabschnitt 15 zusammen, derart, dass das Steuerventilelement 7 in der Zeichnungsebene nach oben in Richtung des Magnetkerns 16 verstellt wird. Hierdurch hebt das Steuerventilelement 7 von seinem Steuerventilsitz 12 ab, wodurch die Ventilkammer 5 hydraulisch mit einem Niederdruckbereich 21 des Kraftstoff-Injektors 2 verbunden ist. Der Niederdruckbereich 21 ist dauerhaft mit einem Injektorrücklaufanschluss 22 verbunden, über den bei geöffnetem
Magnetventil 1 eine Steuermenge an Kraftstoff aus der Steuerkammer in Richtung zu einem Vorratsbehälter abströmen kann. Dadurch, dass bei geöffnetem Magnetventil 1 Kraftstoff aus der Steuerkammer abströmt, sinkt der Druck in der Steuerkammer rapide ab, wodurch wiederum das nicht gezeigte Einspritzventilelement von seinem Einspritzventilsitz abhebt und den Kraftstofffluss aus einer Düsenlochanordnung in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine freigibt. Zum Beenden des Einspritzvorgangs wird die Bestromung des Mag- netventils 1 unterbrochen. Daraufhin wird das Steuerventilelement 7 mit Hilfe einer als Schraubendruckfeder ausgebildeten Steuerschließfeder 23 in axialer Richtung der Zeichnungsebene nach unten in Richtung des Steuerventilsitzes 12 verstellt .
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, umschließt die Steuerschließfeder 23 einen Axialabschnitt des Führungskanalabschnittes 13 radial außen, sodass der Durchmesser der Steuerschließfeder 23 im Vergleich zum in Fig. 5 dargestellten hausinternen Stand der Technik vergrößert ist.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist die Steuerschließfeder 23 über den größten Teil ihrer Axialerstreckung innerhalb des Zentralkanals 19 im Magnetkern 16 aufgenommen und stützt sich in axialer Richtung nach oben am Stützkörper 9 ab. In axialer Richtung nach unten stützt sich die Steuerschließfeder 23 an einem ringförmigen Abstützelement 24 (Einstellscheibe) ab, das sich wiederum in axialer Richtung am Ankerplattenabschnitt 15 des Steuerventilelementes 7 ab- stützt.
In Fig. 1 ist ein Hebelarm mit dem Bezugszeichen a gekennzeichnet. Über den Hebelarm a bewirkt die Schließfederkraft
der Steuerschließfeder 23 ein Kippmoment auf das Steuerventilelement 7. Der Hebelarm a entspricht dem Abstand zwischen der Dichtfläche 14, mit der das Steuerventilelement 7 am Steuerventilsitz 12 anliegt, und einer Steuerschließfe- derkrafteinleitungsebene, die von der in der Zeichnungsebene oberen Stirnseite des Abstützelementes 24 definiert wird. Der Hebelarm a ist im Vergleich zu dem aus Fig. 5 ersichtlichen, hausinternen Stand der Technik wesentlich verringert, wodurch auch ein auf den Druckstift 8 wirkendes Kippmoment minimiert ist. Weiterhin ist aus Fig. 1 zu erkennen, dass die axiale Baulänge des Magnetventils 1 im Vergleich zum hausinternen Stand der Technik gemäß Fig. 5 insgesamt reduziert ist.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ragt der von einem zentrischen Abschnitt des Steuerventilelementes 7 gebildete Führungskanalabschnitt 13 weit in den Zentralkanal 19 hinein. Die Axialerstreckung des Führungskanalabschnittes 13, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser d des Druckstiftes 8 zu- züglich eines Spiels entspricht, ist mit 1F gekennzeichnet. Der Abstand zwischen dem in der Zeichnungsebene unteren axialen Ende des Führungskanalabschnittes 13 und der Dichtfläche 14 ist mit b gekennzeichnet. Der den Führungskanalabschnitt 13 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach oben überragende Abschnitt des Stützstiftes weist die Länge 1 auf.
Wie sich weiter aus Fig. 1 ergibt, wird der Magnetkern 16 von einer Tellerfeder 25 in axialer Richtung nach unten fe- derkraftbeaufschlagt . Dabei stützt sich die Tellerfeder 25 radial außen in axialer Richtung an dem Magnetkern 16 und radial innen in axialer Richtung an einer Umfangsschulter 26 des Stützkörpers 9 ab. Die Federkraft der Tellerfeder 25
drückt den Magnetkern 16 gegen eine innere Ringschulter 27 des Haltekörpers 11.
Wie weiter Fig. 1 zu entnehmen ist, stützt sich der Druck- stift 8 mit einer ebenen Stirnseite 28 an einer ebenfalls ebenen Abstützfläche 29 des Stützkörpers 9 ab.
In Fig. 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Magnetventils 1 gezeigt. Der Aufbau entspricht im Wesentli- chen dem zuvor beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Magnetventil 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden im Folgenden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem zuvor beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf die vorhergehende Figurenbeschreibung sowie auf Fig. 1 verwiesen .
Bei dem Ausführungsbeispiel eines Magnetventils 1 gemäß Fig. 2 wurde der Stützkörper 9 im Vergleich zu dem Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Fig. 1 in axialer Richtung in der Zeichnungsebene nach unten in den Zentralkanal 19 hinein verlängert. Hierdurch wurde der Abstand 1 zwischen dem in der Zeichnungsebene oberen axialen Ende des Führungskanalabschnittes 13 und dem Widerlager 10 bzw. der Abstützfläche 29 reduziert. Insgesamt wird hierdurch ein im Vergleich zu Fig. 1 noch weiter verkürzter Druckstift 8 erhalten, der weniger stark zu einem Verbiegen neigt.
Im Folgenden werden auf die Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 3 und 4 verwiesen. Diese unterscheiden sich nur unwesentlich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, so dass auch hier im Folgenden im Wesentlichen lediglich die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erläutert
werden. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird analog zu Fig. 2 auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit zugehöriger Figurenbeschreibung verwiesen.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3 und 4 ist der Druckstift 8 in einem Bereich axial oberhalb des Führungskanalabschnittes 13 verdickt ausgebildet. Anders ausgedrückt weist der Druckstift 8 in einem Bereich axial zwischen dem Stützkörper 9 bzw. dem Widerlager 10 und dem in der Zeichnungsebene axialen oberen Ende des Führungskanalabschnittes einen Durchmesser di auf, der größer ist als der Durchmesser d innerhalb des Führungskanalabschnittes 13. Zu erkennen ist, dass der Durchmesser di bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 größer ist als bei dem Aus- führungsbeispiel gemäß Fig. 4. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht der Durchmesser di im Wesentlichen dem nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Durchmesser eines zentrischen, in axialer Richtung in den Zentralkanal 19 hineinragenden Fortsatzes 30 des Steuerventilelementes 7, der abschnittsweise den Führungskanalabschnitt 13 bildet. Durch die verdickte Ausführung des Druckstiftes 8 in einem Bereich außerhalb des Führungskanalabschnittes 13 erhält der Druckstift 8 eine erhöhte Steifigkeit, was wiederum zu einer Reduktion der Querkräfte zwischen Steuerventil- element 7 und Druckstift 8 sowie zu einer Minimierung des zugehörigen Kippmomentes führt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 kann der Durchmesser di auch größer als der Innendurchmesser der Steuerschließfeder 23 ausgeführt sein. Dies hat zur Folge, dass sich die Steuerschließfeder 23 nicht direkt an einer mit dem Haltekörper 11 in festem Bezug stehenden Fläche abstützt, sondern an der Durchmesserstufe im Druckstift 8.
Claims
1. Magnetventil, insbesondere Servo-Ventil, für einen Kraftstoff-Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem elektromagnetischen Aktuator (17) zum Verstellen eines, mit einem an einem Injektorbauteil (6) ausgebildeten Steuerventilsitz (12) zusammenwirkenden, Steuerventilelementes (7), aufweisend eine dem Aktuator (17) zuge- wandte Polflächenebene (18) und einen Führungskanalabschnitt (13) mit dem das Steuerventil bei seiner Verstellbewegung an einem abschnittsweise im Führungskanalabschnitt (13) aufgenommenen, von dem Injektorbauteil (6) separaten Druckstift (8) geführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Führungskanalabschnitt (13) die Polflächenebene (18) in Richtung des Aktuators (17) überragt.
2. Magnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine das Steuerventilelement (7) mit einer Federkraft beaufschlagende Steuerschließfeder (23) mit Axialabstand zu dem vom Steuerventilsitz (12) abgewandten freien Ende des Steuerventilelementes (7), vorzugsweise an einem Ankerplattenabschnitt (15) des Steuerventilelementes (7) oder an einem sich am Ankerplattenabschnitt (15) abstützenden, insbesondere ringförmigen, Abstützelement (24), abstützt.
3. Magnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschließfeder (23) den Führungskanalabschnitt (13) in einem Axialabschnitt radial außen umschließt .
4. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanalabschnitt (13) axial in einen Zentralkanal (19) im Aktuator (17), insbesondere in einem Magnetkern (16) des Aktuators (17), hineinragend ausgebildet ist.
5. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen einer mit dem Steuerven- tilsitz (12) zusammenwirkenden Dichtfläche (14) des Steuerventilelementes (7) und einer Steuerschließfeder- krafteinleitungsebene kleiner ist als der Abstand zwischen der Steuerfederkrafteinleitungsebene und einem von dem Steuerventilsitz (12) abgewandten freien Ende des Steuerventilelementes (7).
6. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstift (8) in einem Bereich außerhalb des Führungskanalabschnittes (13) eine andere Steifigkeit aufweist, vorzugsweise steifer ist, als innerhalb des Führungskanalabschnittes (13) .
7. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser (di) des Druckstiftes (8) in einem Bereich außerhalb des Führungskanalabschnittes (13) von dem Innendurchmesser des Führungskanals unter- scheidet, vorzugsweise größer ist als der Innendurchmesser des Führungskanals.
8. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventilelement (7) im geschlossenen Zustand, zumindest näherungsweise, druckausgeglichen ist.
9. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steuerschließfeder (23) mit ihrer vom Steuerventilelement (7) abgewandten Stirnfläche an einem Bauteil abstützt, das fest mit einem Haltekörper (11) verbunden ist, oder unmittelbar am Haltekörper (11) selbst.
10. Magnetventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Steuerschließfeder (23) mit ihrer vom Steuerventilelement (7) abgewandten Stirnfläche an einer Durchmesserstufe des Druckstiftes (8) abstützt, welcher sich vorzugsweise an einem zum Haltekörper (11) fest angeordneten Widerlager (10) abstützt.
11. Magnetventil nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerlager (10) für den Druckstift (8) innerhalb des Zentralkanals (19) angeordnet ist.
12. Kraftstoff-Inj ektor, insbesondere Common-Rail-Injektor, zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, mit einem mittels eines Magnetventils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche schaltbaren, ein- oder mehrteiligen Einspritzventilelement .
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