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DE102007029993A1 - Piston spray nozzle for cooling piston of combustion engine by liquid jet, has two lateral openings and external casing is arranged within area of exhaust port of piston spray nozzle - Google Patents

Piston spray nozzle for cooling piston of combustion engine by liquid jet, has two lateral openings and external casing is arranged within area of exhaust port of piston spray nozzle Download PDF

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DE102007029993A1
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Mahle International GmbH
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Abstract

The piston spray nozzle (12) has two lateral openings (17) and an external casing (16) is arranged within the area of an exhaust port of the piston spray nozzle. A rotating cavity is formed in the area of the exhaust port between the piston spray nozzle and the casing. The lateral openings are arranged within the area of the cavity.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenspritzdüse zur Kühlung eines Kolbens eines Verbrennungsmotors mittels eines Flüssigkeitsstrahls, der auf einen Kühlraum des Kolbens ausgerichtet ist.The The present invention relates to a piston spray nozzle for Cooling a piston of an internal combustion engine by means a jet of liquid pointing to a cold room of the piston is aligned.

In Verbrennungsmotoren werden die Kolben gekühlt, um zu hohe Kolbentemperaturen zu vermeiden. Insbesondere bei aus Leichtmetallwerkstoffen hergestellten Kolben wirken sich zu hohe Temperaturen mindernd auf die Dauerstandfestigkeit der Kolben aus. Außerdem verursachen zu hohe Temperaturen eine thermisch bedingte Anlagerung von Ölkohle sowie Ablagerungen in den Kolbenringnuten. Schließlich ist bei zu hohen Temperaturen die Möglichkeit einer Veränderung der ursprünglichen Kolbengeometrie gegeben.In Internal combustion engines, the pistons are cooled to high To avoid piston temperatures. Especially when made of light metal materials Pistons have too high temperatures and reduce the fatigue limit the piston off. In addition, too high temperatures cause a thermal accumulation of carbon and deposits in the piston ring grooves. Finally, at too high temperatures the possibility of a change of the original Piston geometry given.

Eine bekannte Maßnahme zur Reduzierung der Kolbentemperatur besteht im Anspritzen einer Kühlfläche des Kolbens, die insbesondere vom Kolbenboden oder einem ringförmigen Kühlraum im Kolben gebildet werden kann, bspw. mittels des Schmieröls aus dem Ölkreislauf des Verbrennungsmotors. Zu diesem Zweck werden im Bereich des Kurbelgehäuses Kolbenspritzdüsen angeordnet, die mit dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen. Die Austrittsöffnungen der Kolbenspritzdüsen sind dabei so ausgerichtet, dass ihr Flüssigkeitsstrahl auf die Kühlfläche bzw. in die Zulaufbohrung des Kühlraums trifft.A Known measure to reduce the bulb temperature consists of injection molding a cooling surface of the piston, in particular from the piston head or an annular Refrigerator can be formed in the piston, for example by means of the lubricating oil from the oil circuit of the internal combustion engine. For this purpose, in the region of the crankcase piston spray nozzles arranged with the lubricating oil circuit of the internal combustion engine in Connection stand. The outlet openings of the piston spray nozzles are aligned so that their liquid jet on the cooling surface or in the inlet hole of the Refrigerator meets.

In der Praxis hat sich nun gezeigt, dass bei zunehmender Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors das Aufrechterhalten eines gebündelten Vollstrahls der Kühlflüssigkeit schwierig ist, weil die Kühlflüssigkeit, insbesondere das Schmieröl, bei steigender Temperatur immer dünnflüssiger wird. Außerdem führt der Öldruck zu einem Auffächern des Flüssigkeitsstrahls, was ein gezieltes Auftreffen eines gebündelten Flüssigkeitsstrahls in die Zulaufbohrung eines Kühlkanals am Kolben erschwert und damit den sogenannten Fanggrad für die Kühlflüssigkeit verringert, was die Kühlwirkung verschlechtert.In Practice has now shown that with increasing operating temperature of the internal combustion engine maintaining a bundled Full jet of cooling liquid is difficult because the cooling liquid, in particular the lubricating oil, with rising temperature always thinner becomes. In addition, the oil pressure leads to a Fan the jet of fluid, which is a targeted Impact of a bundled liquid jet difficult in the inlet bore of a cooling channel on the piston and so that the so-called degree of capture for the cooling liquid is reduced, which worsens the cooling effect.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 34 742 A1 ist eine Kolbenspritzdüse bekannt, bei der mindestens zwei parallel liegende Austrittsöffnungen vorgesehen sind, die als längere Austrittskanäle mit bestimmtem Durchmesser ausgebildet sind, um laminare Flüssigkeitsstrahlen zu erzeugen.From the German patent application DE 196 34 742 A1 a piston injection nozzle is known in which at least two parallel outlet openings are provided, which are designed as longer outlet channels with a certain diameter in order to produce laminar liquid jets.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenspritzdüse zur Kühlung von Kolben in Verbrennungsmotoren zu schaffen, die unabhängig von den Betriebstemperaturen zuverlässig einen gebündelten laminaren Flüssigkeitsstrahl erzeugt und somit eine wirksame Kühlung des Kolbens ermöglicht.Of the present invention is based on the object, a piston injection nozzle to provide cooling of pistons in internal combustion engines, regardless of the operating temperatures reliable one bundled laminar liquid jet generated and thus enables effective cooling of the piston.

Die Lösung besteht in einer Kolbenspritzdüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Bereich der Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse eine äußere Hülse angeordnet ist, die mindestens zwei seitliche Öffnungen aufweist.The Solution consists in a piston nozzle with the Features of claim 1. According to the invention provided that in the region of the outlet opening of the piston nozzle an outer sleeve is arranged, the Has at least two side openings.

Die erfindungsgemäße Kolbenspritzdüse zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen gebündelten, laminaren Flüssigkeitsstrahl erzeugt, der bis zum Auftreffen auf der Kühlfläche bzw. im Kühlraum des Kolbens im Wesentlichen erhalten bleibt und sich nicht auffächert. Dies hat seinen Grund darin, dass durch den beim Ausströmen des Flüssigkeitsstrahls aus der Kolbenspritzdüse mitgerissene Luftstrom den Flüssigkeitsstrahl mantelförmig umgibt, also eine Art Luftstrommantel bildet und ihn über eine längere Wegstrecke gebündelt zusammenhält und ein vorzeitiges Auffächern verhindert. Mit dieser erfinderischen Ausgestaltung der Kolbenspritzdüse wird also eine sichere und wirksame Kühlung der Kolben erreicht.The Plunger nozzle according to the invention records characterized by the fact that they are a bundled, laminar Fluid jet generated until impact the cooling surface or in the cooling space of the piston essentially preserved and not fanned out. This is due to the fact that when flowing out the liquid jet from the piston nozzle entrained air stream the liquid jet jacket-shaped surrounds, so forms a kind of airflow sheath and him over a longer route bundled together and prevents premature fanning. With this inventive embodiment the piston nozzle is thus a safe and effective Cooling of the piston reached.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Further developments emerge from the subclaims.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Kolbenspritzdüse besteht darin, dass im Bereich der Austrittsöffnung zwischen der Kolbenspritzdüse und der Hülse ein umlaufender Hohlraum gebildet ist und dass die mindestens zwei Öffnungen im Bereich des Hohlraums angeordnet sind. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung bewirkt, dass beim Ausstoß des Flüssigkeitsstrahls aus der Kolbenspritzdüse durch die Öffnungen in der Hülse ein besonders kräftiger Luftstrom mitgerissen wird, der dann einen äußerst stabilen Luftstrommantel um den Flüssigkeitsstrahl bildet und diesen besonders zuverlässig zusammenhält.A expedient embodiment of the piston injection nozzle is that in the area of the outlet opening between the piston nozzle and the sleeve a circumferential Cavity is formed and that the at least two openings are arranged in the region of the cavity. This invention Continuation causes the ejection of the liquid jet from the piston nozzle through the openings in the sleeve entrained a particularly strong flow of air which will then be a very stable airstream coat around the liquid jet forms and this particularly reliable holds together.

Die mindestens zwei Öffnungen sind vorzugsweise einander diametral gegenüber liegend angeordnet, um eine besonders gleichmäßige Stabilisierung des Flüssigkeitsstrahls zu erreichen.The at least two openings are preferably diametrically opposed arranged opposite to a particularly uniform Stabilization of the liquid jet to achieve.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens zwei Öffnungen in der Hülse unterhalb der Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung der Öffnungen in der Hülse ist die Erzeugung eines besonders kräftigen, stabilen Luftstrommantels gegeben.In In a further embodiment of the invention, the at least two openings in the sleeve below the outlet opening of the Plunger nozzle arranged. With such an arrangement The openings in the sleeve is the generation of a particularly strong, stable airflow shell given.

Eine weitere Verbesserung des Luftstrommantels kann erreicht werden, wenn die mindestens zwei seitlichen Öffnungen zur Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse hin ausgerichtet sind, bspw. indem sie unter einem spitzen Winkel zum Flüssigkeitsstrahl ausgerichtet sind.A further improvement of the airflow shell can be achieved if the at least two side openings to the outlet opening the piston injection nozzle are aligned, for example. By aligned at an acute angle to the liquid jet are.

Es sind mindestens zwei Öffnungen in der Hülse vorgesehen. Jede andere Zahl von Öffnungen ist selbstverständlich auch geeignet. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Anordnung von vier oder sechs Öffnungen erwiesen. Die Öffnungen sollten jedoch zweckmäßigerweise gleichmäßig um den Umfang der Hülse verteilt angeordnet sein. Im Übrigen kann die Ausbildung des Luftstrommantels durch die Anzahl der vorgesehenen Öffnungen in der Hülse gezielt beeinflusst werden.There are at least two openings in the Sleeve provided. Any other number of openings is of course also suitable. Particularly useful is an arrangement of four or six openings has been found. However, the openings should expediently be distributed uniformly around the circumference of the sleeve. Incidentally, the formation of the airflow jacket can be influenced in a targeted manner by the number of openings provided in the sleeve.

Zweckmäßigerweise weisen die Hülse und zumindest die Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, so dass der nun im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmige Luftstrommantel den im Querschnitt ebenfalls im Wesentlichen kreisförmigen Flüssigkeitsstrahl besonders eng umschließen kann.Conveniently, have the sleeve and at least the outlet opening the piston nozzle a substantially circular Cross-section, so that now in cross-section substantially circular Airstream sheath also in cross section also substantially circular Liquid jet can enclose particularly tight.

Die Hülse kann bündig mit der Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse enden. Sie kann aber auch oberhalb der Austrittsöffnung der Kolbenspritzdüse enden. Diese Variabilität erlaubt es, die erfindungsgemäße Kolbenspritzdüse optimal an die Anforderungen und Abmessungen des Verbrennungsmotors im Einzelfall anzupassen.The Sleeve can be flush with the outlet the piston nozzle end. But you can also above the exit opening of the piston nozzle end. This variability allows the invention Piston nozzle optimally adapted to the requirements and dimensions to adapt the internal combustion engine in individual cases.

Die Hülse kann bspw. aus Metall oder Kunststoff hergestellt und bspw. durch Schrumpfen, Löten, Kleben, Schweißen oder Schrauben an der Kolbenspritzdüse befestigt sein.The Sleeve can, for example, made of metal or plastic and, for example, by shrinking, soldering, gluing, welding or screws attached to the piston nozzle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:One Embodiment of the invention will be described below the accompanying drawings explained. They show in a schematic, not to scale Presentation:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenspritzdüse im Zusammenwirken mit einem Kolben für einen Verbrennungsmotor; 1 an embodiment of a piston nozzle according to the invention in cooperation with a piston for an internal combustion engine;

2 eine vergrößerte Teilansicht der Kolbenspritzdüse gemäß 1 im Schnitt; 2 an enlarged partial view of the piston injection nozzle according to 1 on average;

3 eine Schnittdarstellung der Kolbenspritzdüse entlang der Linie III-III in 2. 3 a sectional view of the piston nozzle along the line III-III in 2 ,

In 1 ist ein Kolben 10 dargestellt, wie er in Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt. Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors treten am Kolben 10 sehr hohe Temperaturen auf, die sich schädigend auf die Kolben 10 auswirken. Um diese Auswirkungen der hohen Temperaturen auf die Kolben 10 zu vermeiden, werden diese gekühlt.In 1 is a piston 10 shown how it is used in internal combustion engines. When operating an internal combustion engine occur on the piston 10 very high temperatures, damaging the pistons 10 impact. To avoid these effects of high temperatures on the pistons 10 To avoid these are cooled.

Zu diesem Zweck sind in einem Zylinderblock 11 Kolbenspritzdüsen 12 angeordnet, mittels derer jeweils ein Flüssigkeitsstrahl 20 bspw. in einen im Kolben 10 angeordneten Kühlraum 14, wie einem mit einem Flüssigkeitszulauf 14b und einem Flüssigkeitsablauf 14a versehenen Kühlkanal, gerichtet wird. Dieser Flüssigkeitsstrahl 20 besteht aus dem Öl des Ölsumpfes des Verbrennungsmotors und hat von der Kol benspritzdüse 12 bis zum Kühlraum 14 des Kolbens 10 eine bestimmte Weglänge zurück zu legen. Um den Kühlraum 14 mit dem Flüssigkeitsstrahl 20 möglichst wirkungsvoll zu füllen, sollte sich der Strahl über eine möglichst große Strecke so gebündelt wie möglich, also laminar, verhalten.For this purpose are in a cylinder block 11 Piston spray jets 12 arranged, by means of which in each case a liquid jet 20 for example, in one in the piston 10 arranged refrigerator 14 like one with a liquid feed 14b and a liquid drain 14a provided cooling channel is directed. This liquid jet 20 consists of the oil of the oil sump of the internal combustion engine and has from the Kol benspritzdüse 12 to the fridge 14 of the piston 10 to go back a certain distance. Around the fridge 14 with the liquid jet 20 To fill as effectively as possible, the beam should bundled as possible over a distance as possible, so laminar behave.

Die 1 bis 3 zeigen nun ein Ausführungsbeispiel einer solchen erfindungsgemäßen Kolbenspritzdüse 12. Die Kolbenspritzdüse 12 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem im Querschnitt kreisförmigen Rohr 19 mit einer Austrittsöffnung 15 für den Flüssigkeitsstrahl 20. Dabei ist die Kolbenspritzdüse 12 im Bereich ihrer Austrittsöffnung 15 im Durchmesser kleiner bemessen als im Bereich des Rohres 19. Erfindungsgemäß ist nun, im Ausführungsbeispiel auf dem Rohr 19, eine äußere zylinderförmige Hülse 16 auf die Kolbenspritzdüse 12 aufgeschoben und im Ausführungsbeispiel 21 mittels einer Schweißnaht befestigt. Andere Befestigungsmöglichkeiten sind in Abhängigkeit vom Werkstoff der Kolbenspritzdüse 12 und der Hülse 16 sowie von den technischen Anforderungen im Einzelfall selbstverständlich ebenfalls denkbar, bspw. Schrumpfen, Löten, Kleben oder Schrauben. Dabei ist im Ausführungsbeispiel zwischen der Kolbenspritzdüse 12 und der Hülse 16 ein umlaufender Hohlraum 18 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel sind im Bereich dieses Hohlraums 18 in der Hülse 16 mindestens zwei sich diametral gegenüber liegende Öffnungen 17 vorgesehen, die unterhalb der Austrittsöffnung 15 angeordnet sind.The 1 to 3 Now show an embodiment of such a piston nozzle according to the invention 12 , The piston nozzle 12 consists in the embodiment of a circular cross-section pipe 19 with an outlet opening 15 for the liquid jet 20 , Here is the piston nozzle 12 in the region of its outlet opening 15 dimensioned smaller in diameter than in the region of the tube 19 , According to the invention is now, in the embodiment on the pipe 19 , an outer cylindrical sleeve 16 on the piston nozzle 12 postponed and in the embodiment 21 attached by a weld. Other mounting options are dependent on the material of the piston injection nozzle 12 and the sleeve 16 as well as of the technical requirements in individual cases of course also conceivable, for example. Shrinking, soldering, gluing or screwing. It is in the embodiment between the piston injection nozzle 12 and the sleeve 16 a circumferential cavity 18 educated. In the embodiment are in the range of this cavity 18 in the sleeve 16 at least two diametrically opposite openings 17 provided below the exit opening 15 are arranged.

Der Zweck der Hülse 16 mit ihren Öffnungen 17 ist, dass der ausgestoßene Flüssigkeitsstrahl 20 durch diese Öffnungen 17 Luft mitreißt, derart, dass sich um den Flüssigkeitsstrahl 20 ein Luftstrommantel 22 legt, der den Flüssigkeitsstrahl 20 in seiner Form über eine längere Wegstrecke bündelt und stabilisiert.The purpose of the sleeve 16 with their openings 17 is that the ejected liquid jet 20 through these openings 17 Air entrains, so that around the liquid jet 20 an airstream coat 22 lays the liquid jet 20 bundles and stabilizes in its shape over a longer distance.

Wie in der 2 veranschaulicht, sind im Ausführungsbeispiel die Öffnungen 17 in der Hülse 16 unter einem spitzen Winkel angeordnet, derart, dass sie in Richtung der Austrittsöffnung 15 ausgerichtet sind. Diese Ausgestaltung erleichtert das Einströmen der vom Flüssigkeitsstrahl 20 mitgerissenen Luft und das Aufbauen eines besonders kräftigen und stabilen Luftstrommantels 22.Like in the 2 illustrated, in the embodiment, the openings 17 in the sleeve 16 Arranged at an acute angle, such that they are in the direction of the outlet opening 15 are aligned. This embodiment facilitates the inflow of the liquid jet 20 entrained air and building a particularly strong and stable airflow jacket 22 ,

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kolbenspritzdüse 12 kann ein Auffächern des Flüssigkeitsstrahls 20 verhindert oder zumindest verzögert werden. Damit ist eine erheblich verbesserte Kühlung des Kolbens 10 möglich.With the inventive design of the piston nozzle 12 may be a fanning of the liquid jet 20 prevented or at least delayed. This is a significantly improved cooling of the piston 10 possible.

Die vorliegende Erfindung bewirkt somit eine sichere und wirksame Kühlung der Kolben.The The present invention thus provides safe and effective cooling The piston.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19634742 A1 [0005] - DE 19634742 A1 [0005]

Claims (10)

Kolbenspritzdüse (12) zur Kühlung eines Kolbens (10) eines Verbrennungsmotors mittels eines Flüssigkeitsstrahls (20), der auf einen Kühlraum (14) des Kolbens (10) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austrittsöffnung (15) der Kolbenspritzdüse (12) eine äußere Hülse (16) angeordnet ist, die mindestens zwei seitliche Öffnungen (17) aufweist.Piston spray nozzle ( 12 ) for cooling a piston ( 10 ) of an internal combustion engine by means of a liquid jet ( 20 ) standing on a cold room ( 14 ) of the piston ( 10 ), characterized in that in the region of the outlet opening ( 15 ) of the piston injection nozzle ( 12 ) an outer sleeve ( 16 ), which has at least two lateral openings ( 17 ) having. Kolbenspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Austrittsöffnung (15) zwischen der Kolbenspritzdüse (12) und der Hülse (16) ein umlaufender Hohlraum (18) gebildet ist und dass die mindestens zwei Öffnungen (17) im Bereich des Hohlraums (18) angeordnet sind.Piston injection nozzle according to claim 1, characterized in that in the region of the outlet opening ( 15 ) between the piston nozzle ( 12 ) and the sleeve ( 16 ) a circumferential cavity ( 18 ) and that the at least two openings ( 17 ) in the region of the cavity ( 18 ) are arranged. Kolbenspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Öffnungen (17) einander diametral gegenüber liegend angeordnet sind.Piston injection nozzle according to claim 1 or 2, characterized in that the at least two openings ( 17 ) are arranged diametrically opposite each other. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Öffnungen (17) unterhalb der Austrittsöffnung (15) der Kolbenspritzdüse (12) angeordnet sind.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two openings ( 17 ) below the outlet opening ( 15 ) of the piston injection nozzle ( 12 ) are arranged. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei seitlichen Öffnungen (17) zur Austrittsöffnung (15) der Kolbenspritzdüse hin ausgerichtet sind.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two lateral openings ( 17 ) to the exit opening ( 15 ) are aligned with the piston nozzle. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier oder sechs Öffnungen (17) vorgesehen sind.Piston spray nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that four or six openings ( 17 ) are provided. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) und zumindest die Austrittsöffnung (15) der Kolbenspritzdüse (12) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 16 ) and at least the outlet opening ( 15 ) of the piston injection nozzle ( 12 ) have a substantially circular cross-section. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) oberhalb oder bündig mit der Austrittsöffnung (15) der Kolbenspritzdüse (12) endet.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 16 ) above or flush with the outlet opening ( 15 ) of the piston injection nozzle ( 12 ) ends. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 16 ) is made of metal or plastic. Kolbenspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (16) durch Schrumpfen, Löten, Kleben, Schweißen oder Schrauben an der Kolbenspritzdüse (12) befestigt ist.Piston injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve ( 16 ) by shrinking, soldering, gluing, welding or screwing on the piston injection nozzle ( 12 ) is attached.
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