DE3009750A1

DE3009750A1 - Brennstoffeinspritzvorrichtung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3009750A1
Application number: DE19803009750
Authority: DE
Inventors: Hrvoje 8900 Augsburg Jurisic; Günter Dipl.-Ing. Kattenbusch; Kurt Koschel; Hellmuth Dipl.-Ing. Krug; Werner Dipl.-Ing. Langer
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1980-03-14
Filing date: 1980-03-14
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS56143342A; DE3009750C2; FR2478205B1; FR2478205A1; BR8101422A; DK111981A; CH652802A5; JPH023034B2

Description

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Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit Merkmalen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Brennstoffeinspritzvorrichtung ist in einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin (P 29 22 332.3-13) offenbart. Die Vorteile dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung resultieren insbesondere aus der Verwendung eines Sicherheitsvorschaltventiles, durch das die Brennstoffzuleitung von einem Hochdruckspeicher zu einem Vorlageraum an der Ventilnadel eines Einspritzventiles gesteuert durch ein Servoventil taktweise freigebbar bzw. absperrbar ist. Das Schließelement des Sicherheitsvorschaltventiles schließt in Brennstofflußrichtung und öffnet gegen die Kraft des anstehenden Brennstoffes. Diese Lösung wird somit prinzipiell allen Sicherheitserfordernissen gerecht, da auch im Falle eines Hängenbleibens der Ventilnadel in Öffnungstellung eine Entleerung des Hochdruckspeichers sowie eine unkontrollierte Einspritzung von Brennstoff in den Brennraum vermieden und eine Zuführung von Brenn- . stoff auch während.dieses Funktionsstöruhgsfalles nur zu den maschinensynchron gesteuerten Einspritzzeiten möglich ist. Diese in der Praxis bereits bei

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schwerölbetriebenen Großdieselbrennkraftmaschinen angewandte und bewährte Lösung erwies sich im Bereich des Sicherheitsvorschaltventiles von der konstruktiven Ausgestaltung, der Fertigung und der Montage von dessen Einzelteilen sowie vom Umfang der fertigungstechnischen Maßnahmen im Gehäuse des Einspritzventiles insbesondere im Hinblick auf die Einführung derartiger Brennstoffeinspritzvorrichtungen in Serienproduktion als relativ aufwendig. Es stellte sich dem Erfinder ausgehend von diesem Sachverhalt daher die Aufgabe, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend umzukonstruieren, daß der bauteilseitige, fertlgungsseitige und montageseitige Aufwand insbesondere im Bereich des Sicherheitsvorschaltventiles sowohl von dessen Ausgestaltung per se als auch dessen Anschluß an den hydraulischen Steuerkreis her gesehen auf ein Mindestmaß reduzierbar und außerdem auch der weitere Aufbau der Einspritzvorrichtung vereinfachbar ist, derart, daß diese auch den kostenseitigen Anforderungen für eine Einführung in Serienproduktion gerecht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen herausgestellt.

Die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzvorrichtung erfüllt seitens der Absperrung und Freigabe der Brennstoff zuleitung vom Hochdruckspeicher zum Vorlageraum an der Ventilnadel des Einspritzventiles die gleiche Sicherheitsfunktion wie jene eingangs abgehandelte, . ältere Lösung, jedoch mit einem Sicherheitsvorschaltventil, das demgegenüber wesentlich einfacher aufgebaut, einfacher herstellbar und montierbar ist, sowie

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aufgrund seiner besonderen Konstruktion auch eine Vereinfachung der übrigen Teile der Einspritzvorrichtung insbesondere im Bereich des Einspritzventiles er möglicht. Es ist somit insgesamt gesehen eine erhebliehe Kostenreduzierung bei der Herstellung desselben erzielbar, so daß die Anwendung dieser Lösung besonders für Serienproduktion geeignet ist. Die wenigen beweglichen Bauteile der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzvorrichtung sind außerdem robust auszubilden und insbesondere im Hinblick auf Schwerölbetrieb kon-.struiert, so daß deren Funktion auch im Einsatz bei schwerölbetriebenen.Schiffsdieselmaschinen j ederzeit gewährleistet ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

• Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritz

vorrichtung,

Fig. 2 Teilelemente eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Brennstoffeinspritzvorrichtung aufbauend auf der Lösung

nach Fig. 1 und

Fig. 3 Teilelemente eines dritten Ausführungsbeispieles einer Brennstoffeinspritzvorrichtung aufbauend auf der Lösung

nach Fig. 2.

In den Figuren sind gleiche Bauteile bzw. Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

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In der Zeichnung ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen gezeigt, bei der Brennstoff aus einem Brennstofftank 1 mittels einer Förderpumpe 2 einem Hochdruckspeicher 3 drucküberwacht zuführbar ist, von dem aus die Brennstoffeinspritzvorrichtungen einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit Brennstoff konstanten Druckes versorgbar sind. Eine dieser Brennstoffeinspritzvorrichtungen, die dem Aufbau nach alle gleich ausgebildet sind, ist in der Zeichnung dargestellt. Diese besitzt ein Einspritzventil 4, das aus einem Gehäuse 5, einer Ventilnadel 6 und einem auf diese einwirkenden Steuer-, kolben 7 besteht. Die Ventilnadel 6 ist innerhalb des Gehäuses 5 in einer Bohrung 8 axial beweglich gelagert und besitzt an ihrem vorderen Ende ein kegelförmig ausgebildetes Schließelement 9, das mit einem entsprechend angepaßten Ventilsitz 10 im Gehäuse 5 zur Absperrung einer Brennstoffzuführung oder Freigabe von Brennstoff zur Einspritzung durch Einspritzdüsen 11 in einen Brennraum zusammenwirkt. Der Steuerkolben 7 besteht aus einem Kolbenteil 12 und einem durchmessergrößeren Kolbenteil 13 und ist ebenso wie die Ventilnadel 6 in entsprechend angepaßten Bohrungen des Gehäuses 5 axial beweglich gelagert. Das Kolbenteil 12 begrenzt mit seiner äußeren Stirnfläche im Zusammenwirken mit den Wandteilen seiner Aufnahmebohrung 14 einen ersten Druckraum 15, während das zweite Kolbenteil 13 mit seiner der Ventilnadel 6 zugewandten Stirnfläche im Zusammenwirken mit Wandteilen seiner Aufnahmebohrung 16 einen zweiten Druckraum 17 begrenzt. Der erste Druckraum 15 ist über eine erste Druckleitung 18 an den Hochdruckspeicher 3 angeschlossen und von diesem ständig mit Brennstoff konstanten Druckes versorgt, so daß im Druckraum 15 ständig ein bestimm-5 ter in Schließrichtung des Einspritzventiles wirksamer Druck ansteht. Die in Schließrichtung wirksame

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Fläche am Kolbenteil 12 ist jedoch kleiner als die in Öffnungsrichtung des Einspritzventiles wirksame Fläche am Kolbenteil 13 des Steuerkolbens 7. Von der ersten Druckleitung 18 zweigt innerhalb des Gehäuses 5 eine Brennstoffzuleitung 19 ab, die in einen Vorlageraum an der Ventilnadel 6 einmündet. Die Brennstoffzuleitung 19 und damit die Brennstoffzuführung vom Hochdruckspeicher über die erste Druckleitung 18 zum Vorlageraum 20 an der Ventilnadel 6 ist durch ein Sicherheitsvorschaltventil 21 absperrbar bzw. freigebbar. ·. Das Sicherheitsvorschaltventil 21 ragt mit einem Schließelement 22 in die Brennstoffzuleitung 19, diese in Brennstofflußrichtung absperrend hinein. Das Schließelement 22 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Ventilkegel 23 gebildet, der mit einer entsprechend angepaßten, an der Brennstoffzuleitung 19 angeformten kegligen Sitzfläche 24 zusammenwirkt und am äußeren Ende einer Verbindungsstange 25 angeordnet ist, die zu einem Druckkolben 26 führt. Die Verbindungsstange 25 durchdringt dabei innerhalb des Gehäuses 5 die erste Druckleitung 18, die im Durchdringungsbereich einen erweiterten Raum 27 aufweist, von dem auch die Brennstoffzuleitung 19 mit jenem, den Ventilsitz 24 aufweisenden Teilstück 28 abzweigt.

Der Druckkolben 26 des Sicherheitsyorschaltventiles ist ebenfalls innerhalb des Gehäuses'5 und dort in einer Aufnahmekammer 29 axial beweglich gelagert.

Zur Steuerung des Sicherheitsvorschaltventiles 21 und des Einspritzventiles 4 ist als weiteres Teil der Brennstoffeinspritzvorrichtung ein in der Zeichnung nur teilweise dargestellter hydraulischer Steuerkreis mit einem von einem maschinensynchron gesteuerten Geber 30 betätigbaren Servoventil 31 vorgesehen. Letzte-5 res· -ist eingangsseitig an eine Druckflüssigkeit kon-

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stanten Druckes führende Speiseleitung 32 sowie an eine Rücklaufleitung 33 angeschlossen und besitzt zwei Ausgänge 34 bzw. 35, welche wechselweise an die Speiseleitung 32 oder die Rücklaufleitung 33 anschließbar sind. Der elektrische Steuerteil des Servoventiles 31 ist über einen elektrischen Steuerkanal 36 mit dem Geber 30 verbunden, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mikroprozessor handelt, der nach einprogrammierten Kriterien in Abhängigkeit von in ihn über Kanäle 37 eingespeisten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine arbeitet sowie resultierend hieraus seine Befehle an das Servoventil abgibt.

An den Ausgang 34 des Servoventiles 31 ist eine Druckleitung, nachfolgend zweite Druckleitung 38 genannt, angeschlossen, die innerhalb des Gehäuses 5 verläuft und in den zweiten, in Öffnungsrichtung der Ventilnadel 6 wirksamen Druckraum 17 einmündet. Am Ausgang des Servoventils 31 dagegen ist eine Steuerdruckleitung 39 angeschlossen, die in einen Steuerdruckraum einmündet, der hinter dem Druckkolben. 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 andernends der Verbindungsstange 25 angeordnet und durch Wandteile der Aufnahmekammer 29 für den Druckkolben 26 sowie dessen Stirnseite 41 begrenzt ist. Bei Anschluß der Steuerdruckleitung 39 an die Speiseleitung 32 steht im Steuerdruckraum 40 Druck an, der den Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 in Schließrichtung" desselben beaufschlagt. Darüber hinaus ist an der Verbindungsstange 25 eine Druckfläche 42 angeordnet, die ständig vom Druck des In der ersten Druckleitung 18 anstehenden Brennstoffes beaufschlagt ist und zur öffnung des Sicherheitsvorschaltventiles 21 dient, wobei dieser öffnungsdruck dann wirksam wird, wenn der andernends des Druckkolbens 26 angeordnete Steuer-

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druckraum 40 über die Steuerdruckleitung 39 nach Umschaltung des Servoventiles 31 an die Rücklaufleitung 33 angeschlossen ist. Zum Erhalt der Druckfläche 42 besteht die Verbindungsstange 25 aus zwei durchmesserverschiedenen Teilabschnitten, wobei der durchmesserkleinere Teilabschnitt 43 an seinem äußeren Ende das Schließelement 22 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 trägt, ferner der durchmessergrößere Teilabschnitt 44 am Druckkolben 26 angrenzt unnd die Druckfläche 42 durch die ringförmige Übergangsfläche zwischen beiden Teilabschnitten gebildet ist. Außer der Verbindungsetange 2 5 ist andernends derselben am Druckkolben 26 noch ein Anschlagbolzen 45 vorgesehen, durch dessen Länge der Hubweg des Druckkolbens 26 in Öffnungsrichtung und damit das minimale Volumen des Steuerdruckraumes 40 vorgegeben ist.

Nachfolgend ist die Funktion dieser Brennstoffeinspritzvorrichtung ausgehend von der in. Fig. 1' dargestellten Lage ihrer beweglichen Elemente beschrieben, wobei das Servoventil eine Schaltstellung eingenommen hat, in der der Steuerdruckraum 40 über die Steuerdruckleitung 39 an die Speiseleitung 32 angeschlossen, somit der Druckkolben 26 des Sicherheitsvorschaltventiles 21 druckbeaufschlagt und die Brennstoffzuleitung 19 durch das Schließelement 22 abgesperrt ist/ ferner der zweite Druckraum 17 am Steuerkolben 7 des Einspritzventiles über die zweite Druckleitung 38 an die Rücklaufleitung 33 angeschlossen ist und somit der im ersten Druckraum 15 am Steuerkolben 7 anstehende Druck voll wirksam und die Ventilnadel 6 in Schließlage befindlich ist.

Wenn nun vom Geber 30 in das Servoventil 31 ein Befehl für einen Einspritzvorgang eingespeist wird, schaltet dieses intern um. Dadurch wird zunächst die Steuer-

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druckleitung 39 mit der Rücklaufleitung 33 verbunden, so daß der Steuerdruckraum 40 druckentlastet und der an der Druckfläche 42 anstehende Brennstoffdruck wirksam wird, mit der Folge, daß das Sicherheitsvorschaltventil 21 geöffnet, damit die Brennstoffzuleitung 19 freigegeben und über diese dem Vorlageraum 20 an der Ventilnadel 6 Brennstoff zugeführt wird. Kurzzeitig nach Anschluß der Steuerdruckleitung 39 an die Rücklaufleitung 33 wird die zweite Druckleitung 38 von der EntIastungsleitung 33 ab- und an die Speiseleitung 32 angeschlossen, wodurch der zweite Druckraum 17 mit Druck versorgt und der Steuerkolben unter Mitnahme der Ventilnadel in seine Öffnungsstellung überführt wird, in • der der im Brennstoffvorlageraum 20 anstehende Brennstoff durch die Einspritzdüsen 11 in den zugehörigen Brennraum abspritzbar ist. Nach geberseitiger Signalisierung des Einspritzendes schaltet das Servoventil 31 wieder in seine vorstehend erwähnte Ausgangsl.age zurück. Dabei wird zunächst wieder die Steuerdruckleitung 39 von der Entlastungsleitung 33 ab- und an die Speiseleitung 32 angeschlossen, so daß am Steuerdruckraum 40 wieder Druck angelegt ist und das Sicherheitsvorschaltventil 21 in Schließrichtung betätigt wird mit der Folge, daß die Brennstoffzuleitung 19 wieder abgesperrt wird. Anschließend wird die zweite Druckleitung 38 servoventilseitig von der Speiseleitung 32 ab- und an die Entlastungsleitung 33 angeschlossen, wodurch der zweite Druckraum 17 druckentlastet und die Ventilnadel 6 infolge des im ersten Druckraum 15 anstehenden Brennstoffdruckes durch den Steuerkolben 7 wieder in ihre Schließlage rückgeführt wird. Durch den geringfügigen zeitlichen Versatz zwischen dem vorlaufenden Absperren der Brennstoffzuleitung 19 durch das Sicherheitsvorschaltventil und dem Schließen der Ventilnadel 6 ist es möglich, eine Volumen- und Druckentlastung in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19

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zu erzielen.

Es ist selbstverständlich,ohne' den Rahmen der Erfindung zu verlassen, möglich, durch Verwendung anderer Druckleitungslängen- oder -volumina oder eines Servoventiles mit anderen internen Druck- bzw. Entlastungswegsteuerelementen andere Steuercharakteristiken zu erzielen, beispielsweise dergestalt, daß für einen Einspritzvorgang zunächst die Ventilnadel 6 angehoben und dann erst das Sicherheitsvorschaltventil 21 für eine Brennstoffzuführung freigegeben wird sowie zur Beendigung des Einspritzvorganges zunächst die Ventilnadel 6 und erst dann das Sicherheitsvorschaltventil in seine Schließlage rückgeführt wird. Weiter ist es möglich, durch entsprechende Ausbildung des Servoventiles 31 den zeitlichen Ablauf so zu steuern,' daß sowohl das Sicherheitsvorschaltventil als auch die Ventilnadel gleichzeitig öffnen und auch gleichzeitig wieder schließen.

In den Fällen der beiden zuletzt genannten Ausführungsmöglichkeiten erweist es sich als zweckmäßig, Vorkehrungen für eine Druckentlastung der abgesperrten Brennstoff zuleitung 19 zu treffen. Eine derartige Maßnahme ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 gezeigt, in welchem Ausführungsbeispiel bei ansonstem gleichen Aufbau wie bei Fig. 1 von der Brennstoffzuleitung 19 zu deren Druckentlastung im abgesperrten Zustand eine Drosselbohrung 46 abzweigt, die in eine Rücklaufleiturig 47 zum Brennstofftank 1 einmündet. Zur Verhinderung von Kavitation und zur Erhaltung eines Restdrukkes in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19 kann bei dieser Lösung noch,wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gezeigt, am Übergang von der Drosselbohrung 46 in die Rücklaufleitung 47 ein Rückschlagventil 48 eingeschaltet sein. Letzteres besteht im ein-

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fachsten Falle aus einer Druckfeder und einer Kugel als Absperrelement, wobei die Rückstellkraft der Druckfeder auf den gewünschten Restdruck in der abgesperrten Brennstoffzuleitung 19 abgestimmt 1st. Der weitere Aufbau der in Fig. 3 gezeigten Lösung entspricht wieder jenem von Fig. 1.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche:

- N

/Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei der Brennstoff konstanten Druckes von einem Hochdruckspeicher über eine erste Druckleitung einem ersten, in Schließrichtung wirksamen Druckraum eines auf die Ventilnadel eines Einspritzventiles einwirkenden Steuerkolbens sowie über eine von der ersten Druckleitung abzweigende Brennstoffzuleitung einem Vorlageraum an der Ventilnadel zuführbar ist, bei der außerdem ein hydraulischer Steuerkreis mit einem von einem maschinensynchron gesteuerten Geber betätigbaren Servoventil vorgesehen ist, an das zulaufseitig eine Druckflüssigkeit konstanten Druckes führende Speiseleitung, ablauf seitig eine Rücklaufleitung sowie ausgangsseitig eine zweite, zu einem zweiten, in Öffnungsrichtung des Einspritzventiles wirksamen Druckraum am Steuerkolben führende Druckleitung angeschlossen ist, welches Servoventil außerdem ein Slcherheitsvorschaltventil steuert, das mit einem Schließelement in die Brennstoffzuleitung, diese in Brennstoff lußrichtung absperrend hineinragt und einen Druckkolben aufweist, der innerhalb einer Aufnahmekammer einen Steuerdruckraum begrenzt, der über eine Steuerdruckleitung zur Sicherheitsvorschaltventilbetätigung ebenso wie der zweite Druckraum am Steuerkolben zur öffnung bzw. Schließung des Einspritzventiles gesteuert durch das Servoventil an die Speiseleitung oder die Rücklaufleitung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließelement (22) des Sicherheitsvorschaltventiles (21) am äußeren Ende einer Verbindungsstange (25; 43, 44) zum Druckkolben (26) angeordnet ist, welche die erste Druckleitung (18) durchdringt und eine vom darin befindlichen Brennstoff ständig mit

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Druck beaufschlagte Druckfläche (42) aufweist, die zur öffnung des Sicherheitsvorschaltventiles (21) dient und nach Anschluß des andernendes des Druckkolbens (26) angeordneten Steuerdruckraumes (40) an die Rücklaufleitung (33) wirksam ist.
2. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, da-, durch gekennzeichnet, daß das Schließelement (22) des Sicherheitsvorschaltventiles (21) durch einen Ventilkegel (23) gebildet ist, der mit einer entsprechend angepaßten, an der Brennstoffzuleitung (19) angeformten kegeligen Sitzfläche (24) zusammenwirkt.
3. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstange (25) aus zwei durchmesserverschiedenen Teilabschnitten besteht, wobei der durchmesserkleinere Teilabschnitt (43) an seinem äußeren Ende das Schließelement (22) des Sicherheitsvorschaltventiles (21) trägt, ferner der durchmessergrößere Teilabschnitt (44) am Druckkqlben (26) angrenzt und die Druckfläche durch die ringförmige Ubergangsflache (42) zwischen beiden Teilabschnitten (43, 44) gebildet ist.
4. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Druckleitung (18) im Bereich der sie durchdringenden Verbindungsstange (25) des Sicherheitsvorschaltventiles

(21) durch einen Raum (27) erweitert ist, der einen Druckraum bildet und von dem auch die Brennstoffzuleitung (19) mit ihrem, den Ventilsitz (24) aufweisenden Teilstück (28) abzweigt.
5. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß der Druckkolben (26) des Sicherheitsvorschaltventiles (21) andernendes der Verbindungsstange (25) einen Anschlagbolzen (45) trägt, durch dessen Länge der Hubweg des Druckkolbens (26) in Öffnungsrichtung und damit das minimale Volumen des Steuerdruckraumes (40) vorgegeben ist.
6. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (26) des Sicherheitsvorschaltventiles (21) zusammen mit dem Anschlagbolzen (45), der Verbindungsstange (25) und dem Schließelement (22) einstückig ausgebildet ist.
7. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom absperrbaren Bereich der Brennstoffzuleitung (19) eine Drosselbohrung(46) abzweigt, die zur Druckentlastung der abgesperrten Brennstoffzuleitung (19) dient und in eine Rücklaufleitung (47) einmündet.
8. Brennstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Kavitation und zur Erhaltung eines Restdruckes in der abgesperrten Brennstoffzuleitung (19) am übergang von der Drosselbohrung (46) in die Rücklaufleitung (47) ein Rückschlagventil (48) eingeschaltet ist.

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