DE102007000670B4

DE102007000670B4 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102007000670B4
Application number: DE200710000670
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kariya-shi Mizobuchi; Norio Kariya-shi Yamamoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2027-11-10
Also published as: DE102007000670A1; JP2008121531A

Abstract

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit
einem Einspritzlochausbildungsbauteil (3), das ein Einspritzloch (7) hat, das einen Einspritzlochdurchgang definiert, durch den ein Fluid eingespritzt wird, wobei
eine Strömungsrichtung einer Fluidströmung (A) mit einer großen Strömungsintensität eine Achsrichtung des Einspritzlochs (7) schneidet, wobei die Fluidströmung (A), die die große Strömungsintensität hat, entlang einer stromaufwärtigen Fläche des Einspritzlochausbildungsbauteils (3) strömt und zu einem Einlass des Einspritzlochs (7) gerichtet ist, und
eine Wandlänge des Einspritzlochdurchgangs von dem Einlass des Einspritzlochs (7) zu einem Auslass des Einspritzlochs (7) derart gestaltet ist, dass die Wandlänge L1 eines langen Abschnitts (7a) des Einspritzlochdurchgangs, der an einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität positioniert ist, größer als die Wandlänge L2 eines kurzen Abschnitts (7b) des Einspritzlochdurchgangs ist, der an einer stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität positioniert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bedingungen 1,5 ≤ L1/D und...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Im Allgemeinen ist ein Kraftstoffeinspritzventil, das an einer Brennkraftmaschine montiert ist, eine Vorrichtung zum direkten oder indirekten Zuführen eines Kraftstoffs zu einer Brennkammer. Der durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzte Kraftstoff wird in einer Ansaugleitung oder der Brennkammer mit Luft gemischt. Somit wird ein brennbares Gasgemisch erzeugt. Der Mischzustand der Luft und des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Einspritzkraftstoffs beeinflusst das Verbrennungsmotorverhalten.
Es ist bekannt, dass der Einspritzkraftstoff zerstäubt wird, um den Verbrennungszustand des brennbaren Gasgemisches zu verbessern. Zum Beispiel ist in JP-11-70347A eine Einspritzlochplatte, in der mehrere Einspritzlöcher ausgebildet sind, an der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet, um die Zerstäubung des Einspritzkraftstoffs zu verbessern.
Die Zerstäubung des von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffs kann mittels einer Einrichtung verbessert werden, wie in 8B gezeigt ist. In diesem Fall ist L/D kleiner, wobei L eine Wandlänge (eine Einspritzlochlänge eines Einspritzlochdurchgangs) darstellt, und D einen Durchmesser des Einspritzlochs darstellt. Der Fall, in dem der Einspritzlochdurchmesser D gleich ist und sich nur die Wandlänge L verändert, ist nachstehend als ein Beispiel mit Bezug auf 8A und 8B beschrieben.
Unabhängig von der Größe von L/D strömt der Kraftstoff von dem Einspritzlocheinlass in das Einspritzloch, während eine große turbulente Energie erzeugt wird. Die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite der Kraftstoffströmung A (die in das Einspritzloch strömt), mit einer großen Strömungsintensität ist nachstehend beschrieben.
In diesem Fall tritt, da der Kraftstoff von der stromaufwärtigen Seite (linke Seite in 8) der Kraftstoffströmung A mit der großen Strömungsintensität in das Einspritzloch strömt, ein Strömungsabriss bzw. eine Rückströmung des einströmenden Kraftstoffs an der einen Seite (das heißt, an der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffströmung A) der Einspritzlochwand auf.
Andererseits wird der Kraftstoff, der eine große turbulente Energie aufweist, gegen die andere Seite (das heißt, gegen die stromabwärtige Seite (rechte Seite in 8) der Kraftstoffströmung A mit der großen Strömungsintensität) der Einspritzlochwand gedrückt. Somit wird der Kraftstoff an der Einspritzlochwand abgelenkt, und der Abriss bzw. die Rückströmung (Iterationsströmung) tritt an der gegenüberliegenden Seite auf. Danach wird, wenn der Kraftstoff zu der stromabwärtigen Seite strömt, der Kraftstoff durch einen hohen Druck gedrückt und strömt dadurch in eine Ausbreitungsrichtung.
In dem Fall, in dem die Wandlänge L lang ist (das heißt, L/D ist groß), wie in 8A gezeigt ist, wird der Kraftstoff (an dem eine Diffusionskraft aufgebracht wird), der sich an dem Abschnitt auf halbem Weg in dem Einspritzloch ausbreitet, durch die Einspritzlochwand der stromabwärtigen Seite in Richtung gebracht, und die auftretende turbulente Energie, wenn der Kraftstoff in das Einspritzloch strömt, wird verringert, während der Ausbreitungswinkel des Kraftstoffs aufgrund der Einspritzlochwand der stromabwärtigen Seite eingeschränkt ist. Somit wird der Kontaktbereich zwischen dem Kraftstoff und der Luft nach der Einspritzung reduziert, so dass das Partikelergebnis verringert wird.
In dem Fall, in dem die Wandlänge L kurz ist (das heißt, L/D ist klein) wie in 8B gezeigt ist, kann der richtunggebende Effekt aufgrund des Einspritzlochs eingeschränkt sein, so dass die auftretende turbulente Energie, wenn der Kraftstoff in das Einspritzloch strömt, für die Kraftstoffzerstäubung (Diffusionseinspritzung) verwendet wird, ohne dass sich diese verringert. Der Kraftstoff, bei dem die Kraftstoffzerstäubung auftritt, wird von dem Kraftstofflochauslass eingespritzt, ohne dass er in dem Einspritzloch in eine Richtung gebracht wird. Das heißt, der Ausbreitungswinkel des Einspritzkraftstoffs erhöht sich. Als Ergebnis erhöht sich der Kontaktbereich zwischen dem Kraftstoff und der Luft nach der Einspritzung, so dass das Partikelergebnis verbessert wird.
Jedoch ist in der konventionellen Technologie, bei der L/D einfach kleiner ist, die die Strömungsrichtung des Kraftstoffs durch die Einspritzlochwand einschränkende Distanz klein, so dass es möglich ist, dass die gewünschte Einspritzrichtung (einschließlich der Einspritzreichweite), das heißt die Einspritzrichtung mit dem gewünschten Einspritzwinkel, nicht erreicht werden kann, obwohl das Partikelergebnis verbessert ist. Somit erhöhen sich in dem Fall, in dem die gewünschte Einspritzrichtung nicht erreicht werden kann, die Schwankung der Einspritzrichtung in den Einspritzungen und die Schwankung der unterschiedlichen Komponenten. Daher kann, wenn das Kraftstoffeinspritzventil an einem Verbrennungsmotor montiert ist, die Schwankung der Verteilung des Gasgemisches periodisch oder in den Zylindern verursacht werden. Demgemäß kann sich das Verhalten des Verbrennungsmotors verschlechtern.
Andererseits ist zum Beispiel in JP-2004-353661A ein Kraftstoffeinspritzventil einer drallgebenden Bauart mit einer Kraftstoffdreheinheit mit einer Nut (Stufenhöhe) an einem zentralen Kraftstoffabschnitt eines Einspritzlochauslasses vorgesehen und eine Wandlänge L ist teilweise verkürzt, um die Ausbreitung des Kraftstoffnebels zu verbessern.
Jedoch ist in diesem Fall, da ein Teil des Einspritzlochs an dem zentralen Kraftstoffabschnitt des Einspritzlochauslasses verkürzt ist, die die Strömungsrichtung des Kraftstoffs einschränkende Distanz klein, so dass sich die Schwankung der Einspritzrichtung erhöhen kann.
DE 103 18 436 A1 zeigt eine gattungsbildende Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Vorrichtung hat ein Einspritzlochausbildungsbauteil, das ein Einspritzloch hat, das einen Einspritzlochdurchgang definiert, durch den ein Fluid eingespritzt wird, wobei eine Strömungsrichtung einer Fluidströmung mit einer großen Strömungsintensität eine Achsrichtung des Einspritzlochs schneidet, wobei die Fluidströmung, die die große Strömungsintensität hat, entlang einer stromaufwärtigen Fläche des Einspritzlochausbildungsbauteils strömt und zu einem Einlass des Einspritzlochs gerichtet ist, und eine Wandlänge des Einspritzlochdurchgangs von dem Einlass des Einspritzlochs zu einem Auslass des Einspritzlochs derart gestaltet ist, dass die Wandlänge eines langen Abschnitts des Einspritzlochdurchgangs, der an einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung mit der großen Strömungsintensität positioniert ist, größer als die Wandlänge eines kurzen Abschnitts des Einspritzlochdurchgangs ist, der an einer stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung mit der großen Strömungsintensität positioniert ist.
Eine weitere Düsenanordnung für eine Niedrigdruckkraftstoffvorrichtung ist in US 2006/097079 A1 gezeigt.
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstofffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu verbessern, dass mit dieser eine stabile Zerstäubung eines Kraftstoffnebels und eine stabile Einspritzrichtung erreicht werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhaft Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, da die Seite (des Einspritzlochdurchgangs), gegen die das Fluid stark gedrückt wird, mit der größeren Länge vorgesehen ist, dass die Distanz zum Begrenzen der Strömung an der Seite lang ist, gegen die das Fluid stark gedrückt wird. Daher kann die Einspritzrichtung des durch das Einspritzloch eingespritzten Fluids stabilisiert werden. Außerdem bringt die Einspritzlochwand die Iterationsströmung des Fluids, die gegen den langen Abschnitt gedrückt wird und an der gegenüberliegenden Seite aufgrund der Ablenkung rückströmt bzw. abreißt, nicht in Richtung, da eine gegenüberliegende Seite bezüglich der Seite, gegen die das Fluid stark gedrückt wird, die kleinere Länge hat. Somit kann die Zerstäubung des von dem Einspritzloch eingespritzten Fluids stabilisiert werden, und die stabile Einspritzrichtung kann vorgesehen werden.
Die vorstehende Aufgabe, die weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden, ausführlichen Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich.
1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Einspritzloch zeigt, das in einer Einspritzlochplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
2A ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, und 2B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen L/D und einem Durchmesser eines Einspritzpartikels und ein Verhältnis zwischen L/D und einer Stabilität einer Einspritzrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, wobei Y ein Bereich ist, in dem die Zerstäubung zufriedenstellend ist, und Z ein Bereich ist, in dem die Stabilität des Nebels zufriedenstellend ist;
4A ist eine schematische Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Kraftstoffströmung und einem Einspritzloch, wenn dieses in einer Antriebsrichtung einer Nadel angesehen wird, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
5A ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
6A ist eine schematische Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Kraftstoffströmung und einem Einspritzloch, wenn dieses von einer Antriebsrichtung einer Nadel angesehen ist, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und 6B ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil eines Kraftstoffeinspritzabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt;
7A1–7C1 und 7A2–7C2 sind schematische Schaubilder, die Verhältnisse zwischen Einspritzrichtungen eines Einspritzlochs und Bereichen einer langen Wand und einer kurzen Wand gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
8A ist eine schematische Ansicht, die ein in einer Einspritzlochplatte ausgebildetes Einspritzloch in dem Fall, in dem eine Wandlänge lang ist, gemäß dem Stand der Technik zeigt, bei der die Kraftstoffnebelausbreitung gering ist und die Kraftstoffdurchdringung groß ist, wobei Bezugszeichen 100 einen Strömungsabrissbereich, Bezugszeichen 200 einen Bereich, in dem der Kraftstoff gegen eine Seite des Einspritzlochs gedrückt wird, Bezugszeichen 300 eine Kraftstoffströmung in Ausbreitungsrichtung bzw. Bezugszeichen 400 einen Bereich zeigt, in dem der Kraftstoff durch die Einspritzlochwand in Richtung gebracht wurde; und
8B ist eine schematische Ansicht, die ein in einer Einspritzlochplatte ausgebildetes Einspritzloch in dem Fall, in dem eine Wandlänge kurz ist, gemäß dem Stand der Technik zeigt, bei der die Kraftstoffnebelausbreitung groß ist und die Kraftstoffdurchdringung gering ist, wobei Bezugszeichen 100 einen Strömungsabrissbereich bzw. Bezugszeichen 500 einen Bereich zeigt, in dem der Kraftstoff durch die Einspritzlochwand begrenzt in Richtung gebracht wurde.
Die beispielhaften Ausführungsbeispiele sind nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Eine Fluideinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Die Fluideinspritzvorrichtung kann geeignet verwendet werden, um einen Kraftstoff einzuspritzen. Zum Beispiel kann die Fluideinspritzvorrichtung als ein Kraftstoffeinspritzventil (Einspritzvorrichtung) verwendet werden, durch das der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eines Verbrennungsmotors eingespritzt wird, oder als ein Kraftstoffeinspritzventil (Einspritzvorrichtung) verwendet werden, durch das der Kraftstoff in eine Luftansaugleitung zum Zuführen von Luft (verwendet für die Verbrennung) zu der Brennkammer oder dergleichen eingespritzt wird. Das Kraftstoffeinspritzventil kann eine bekannte Grundstruktur haben. Wie in 2A und 2B gezeigt ist, hat das Kraftstoffeinspritzventil einen Ventilkörper 1, eine Nadel 2 (Ventilbauteil) und eine Einspritzlochplatte 3 (Einspritzlochausbildungsbauteil).
In der nachstehenden Beschreibung sind die Kraftstoffeinspritzseite des Kraftstoffeinspritzventils bzw. die zu der Kraftstoffeinspritzseite gegenüberliegende Seite beispielsweise angeordnet, um an der unteren Seite bzw. der oberen Seite positioniert zu sein. Jedoch haben die Kraftstoffeinspritzseite und die gegenüberliegende Seite des Kraftstoffeinspritzventils keinen Bezug zu der praktischen Montagerichtung des Kraftstoffeinspritzventils an dem Verbrennungsmotor.
Der Ventilkörper 1 ist an dem unteren Abschnitt eines Einspritzvorrichtungsgehäuses (Gehäuse) befestigt, das an einem Verbrennungsmotorzylinderkopf oder an der Luftansaugleitung angebracht ist. Das Gehäuse hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und ist mit einem Kraftstoffeinlass an der oberen Seite des Gehäuses versehen. Der Kraftstoff, der mit Druck beaufschlagt ist und von der Außenseite zugeführt wird, wird durch den Kraftstoffeinlass in das Innere des Gehäuses zugeführt.
Der Ventilkörper 1 hat im Wesentlichen eine zylindrische Form und ist mit einem Kraftstoffdurchgang 4 (Fluiddurchgang) vorgesehen, der an dem inneren Umfang bzw. Umgebung des Ventilkörpers 1 angeordnet ist und durch den der Kraftstoff geführt wird, der in das Innere des Gehäuses zugeführt wird.
Außerdem ist ein Ventilsitz 5, der im Wesentlichen eine Ringform hat und auf den die Nadel 2 gesetzt werden kann, an der inneren Umfangsfläche des Ventilkörpers 1 ausgebildet, der den Kraftstoffdurchgang 4 bildet. Der Durchmesser des unteren Abschnitts des Ventilkörpers 1 ist verkleinert, so dass der untere Abschnitt eine konische Form hat, um eine Ventilsitzkonusfläche auszubilden, die den Ventilsitz 5 bildet.
Die Nadel 2 ist im Wesentlichen stabförmig und ist in dem Gehäuse (einschließlich des Inneren des Ventilkörpers 1) derart angeordnet, dass die Nadel 2 axial bewegbar ist.
Eine Antriebseinheit zum Antreiben (Bewegen oder Betätigen) der Nadel 2 in der Achsrichtung (zum Beispiel die Vertikalrichtung) der Nadel 2 in dem Gehäuse ist in dem Kraftstoffeinspritzventil aufgenommen. Die Antriebseinheit kann eine Bauart sein, die die Nadel 2 in der Achsrichtung der Nadel 2 über ein elektrisch betriebenes Stellglied (elektromagnetisches Stellglied, piezoelektrisches Stellglied und dergleichen) direkt antreibt, oder sie kann eine hydraulisch angetriebene Bauart sein, die den Hydraulikdruck zum Antreiben der Nadel 2 in der Achsrichtung über ein elektrisch betriebenes Ventil (elektromagnetisches Ventil, piezoelektrisches Stellgliedventil und dergleichen) steuert.
Der untere Abschnitt der Nadel 2 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Ein Kontaktabschnitt 6 ist an dem unteren Ende der Nadel 2 angeordnet und kann auf den Ventilsitz 5 des Ventilkörpers 1 gesetzt werden, um den Kraftstoffdurchgang 4 in dem Ventilkörper 1 zu schließen. In diesem Fall ist ein Rand zwischen der zylindrischen Fläche des unteren Abschnitts der Nadel 2 und der Nadelkonusfläche ausgebildet, die an dem unteren Ende der Nadel 2 angeordnet ist, so dass der Kontaktabschnitt 6 vorgesehen ist. Jedoch ist der Konuswinkel der Nadelkonusfläche größer als der der Ventilsitzkonusfläche. Das untere Ende der Nadelkonusfläche, das heißt das untere Ende der Nadel 2, ist im Wesentlichen eben. Das untere Ende der Nadel 2 ist derart angeordnet, dass dieses untere Ende nicht die Einspritzlochplatte 3 berührt, wenn die Nadel 2 auf den Ventilsitz 5 gesetzt ist.
Die Einspritzlochplatte 3, die an der stromabwärtigen Seite des Ventilsitzes 5 angeordnet ist, berührt die untere Endfläche des Ventilkörpers 1 dicht und ist an dieser durch Verschweißen, durch eine Sicherungsmutter oder dergleichen befestigt.
Die Einspritzlochplatte 3 ist mit mehreren Einspritzlöchern 7 vorgesehen, durch die die obere Fläche (die mit dem Inneren des Ventilkörpers 1 verbunden ist) und die untere Fläche (Außenseite) der Einspritzlochplatte 3 miteinander verbunden sind.
Nachstehend ist die Position beschrieben, an der das Einspritzloch 7 ausgebildet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel hat das Einspritzloch 7 einen Einspritzlocheinlass, der bezüglich eines Abschnitts x innen positioniert ist. Der Abschnitt x ist an dem unteren Ende des Ventilkörpers 1 positioniert und er ist der Abschnitt des Ventilkörpers 1, der den kleinsten Innendurchmesser hat.
Daher ist, wenn sich die Nadel 2 von dem Ventilsitz 5 entfernt, die Strömungsrichtung des Kraftstoffs, der durch den Teil zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Kontaktabschnitt 6 strömt, um zu der Einspritzlochplatte 3 zu strömen, von der äußeren Umgebung zu der inneren Umgebung gerichtet, wenn diese aus der Richtung der Antriebsachse der Nadel 2 angesehen wird, wie in 2A und 2B gezeigt ist. Das heißt, wenn die Nadel 2 nicht an dem Abschnitt zwischen dem unteren Ende der Nadel 2 und der oberen Fläche der Einspritzlochplatte 3 auf den Ventilsitz gesetzt ist, wird der Kraftstoff von der äußeren Umgebung zu der inneren Umgebung zugeführt.
Somit tritt, wie in 1 gezeigt ist, eine Kraftstoffströmung mit einer großen Strömungsintensität an der oberen Fläche (korrespondierend zu der stromaufwärtigen Seite des Konstruktionsmaterials des Einspritzlochs) der Einspritzlochplatte 3 auf. In der nachstehenden Beschreibung ist die Kraftstoffströmung mit der großen Strömungsintensität durch A angezeigt, und eine Kraftstoffströmung mit einer geringen Strömungsintensität ist durch B angezeigt.
Das Einspritzloch 7 durchdringt die Einspritzlochplatte 3 zum Beispiel in der Vertikalrichtung. Die Kraftstoffeinspritzrichtung (Achsrichtung des Einspritzlochs 7) des Einspritzlochs 7 schneidet die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A (mit der großen Strömungsintensität), die an der oberen Fläche der Einspritzlochplatte 3 auftritt. Zum Beispiel kann, wie in 2A und 2B gezeigt ist, der Winkel der Einspritzrichtung (Achsrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die obere Fläche der Einspritzlochplatte 3) des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A (mit der großen Strömungsintensität), die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, größer als 90° sein. Jedoch ist, wie in einem fünften Ausführungsbeispiel gezeigt ist, das nachstehend beschrieben ist, die Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 nicht darauf eingeschränkt.
Das Einspritzloch 7 verbindet die obere Fläche der Einspritzlochplatte 3 mit der unteren Fläche der Einspritzlochplatte 3, um einen Einspritzlochdurchgang von dem Einspritzlocheinlass (obere Öffnung des Einspritzlochs 7) zu einem Einspritzlochauslass (untere Öffnung des Einspritzlochs 7) zu definieren.
Die Länge (der Achsrichtung des Einspritzlochs 7) ist als eine Wandlänge bezeichnet. An der oberen Fläche der Einspritzlochplatte 3 ist die Wandlänge der stromabwärtigen Seite (rechte Seite in 1) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, größer als die Wandlänge der stromaufwärtigen Seite (linke Seite in 1) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist.
Das heißt, die Einspritzlochwand der stromabwärtigen Seite (Seite nahe der Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils, das heißt, die innere Seite der Einspritzlochplatte 3) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, bildet eine lange Wand 7a (langer Abschnitt), die eine größere Länge in der Achsrichtung des Einspritzlochs 7 hat. Die Einspritzlochwand der stromaufwärtigen Seite (Seite gegenüber der Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils, das heißt, äußere Seite der Einspritzlochplatte 3) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, bildet eine kurze Wand 7b (kurzer Abschnitt), die eine kleinere Länge als der lange Abschnitt 7a in der Achsrichtung des Einspritzlochs 7 hat.
Wie in 2A und 2B gezeigt ist, sind der lange Abschnitt 7a und der kurze Abschnitt 7b durch Änderung der Dicke der Einspritzlochplatte 3 an der unteren Flächenseite der Einspritzlochplatte 3 ausgebildet. Insbesondere sind die Einspritzlöcher 7 um die Mitte (Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils) der Einspritzlochplatte 3 in einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Das heißt, die benachbarten Einspritzlöcher 7 sind voneinander in dem vorbestimmten Abstand beabstandet. Die Einspritzlöcher 7 sind im Wesentlichen in einer Ringform angeordnet.
Die innere Umfangsseite der Einspritzlochplatte 3 hat eine größere Dicke, wobei der jeweilige Einspritzlochauslass als eine Grenze verwendet wird, so dass das jeweilige Einspritzloch 7 mit dem langen Abschnitt 7a und dem kurzen Abschnitt 7b vorgesehen ist. Die Längenänderung zwischen dem langen Abschnitt 7a und dem kurzen Abschnitt 7b an dem Einspritzlochauslass kann derart festgelegt sein, wie in 2A gezeigt ist, so dass ein Stufenhöhenunterschied ausgebildet ist. Alternativ kann die Längenänderung zwischen dem langen Abschnitt 7a und dem kurzen Abschnitt 7b an dem Einspritzlochauslass derart festgelegt sein, wie in 2b gezeigt ist, so dass diese eine durchgehende Änderung aufweist.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann der Einspritzkraftstoff durch Verringern von L/D weiter zerstäubt werden (d. h. er wird partikelartig), und die Einspritzrichtung kann durch Erhöhen von L/D stabilisiert werden, wobei L die Wandlänge darstellt und D den Einspritzlochdurchmesser darstellt. Das Verhältnis zwischen L/D und dem Durchmesser der Einspritzpartikel des Kraftstoffeinspritzventils und das Verhältnis zwischen L/D und der Stabilität der Einspritzrichtung des Kraftstoffeinspritzventils sind in 3 gezeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, kann der Einspritzkraftstoff in dem Bereich Y von 0,5 ≤ L/D ≤ 1,3 partikelartig werden, und die Kraftstoffeinspritzung kann in dem Bereich Z von 1,5 ≤ L/D stabil sein.
In diesem Fall ist 1,5 ≤ L1/D und 0,5 ≤ L2/D ≤ 1,3, wobei L1 beziehungsweise L2 die Wandlänge des langen Abschnitts 7a beziehungsweise des kurzen Abschnitts 7b darstellen und D den Durchmesser des Einspritzlochs 7 darstellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Einspritzloch 7 des Kraftstoffeinspritzventils mit dem langen Abschnitt 7a an der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffströmung A und mit dem kurzen Abschnitt 7b an der stromaufwärtigen Seite der Kraftstoffströmung A vorgesehen. Da die Seite, gegen die der in das Einspritzloch 7 strömende Kraftstoff stark gedrückt wird, den langen Abschnitt 7a bildet, kann der Kraftstoff, der gegen den langen Abschnitt 7a gedrückt wird, entlang einer langen Distanz begrenzt werden. Daher kann die Einspritzrichtung des Fluids, das von dem Einspritzloch 7 eingespritzt wird, stabilisiert werden. Das heißt, die stabile Einspritzrichtung kann über den langen Abschnitt 7a erreicht werden, gegen den der Kraftstoff stark gedrückt wird.
Andererseits ist die Seite (in dem Einspritzloch 7), die zu der Seite gegenüberliegend ist, an der der Kraftstoff stark gedrückt wird, der kurze Abschnitt 7b. Somit gibt die Einspritzlochwand der Iterationsströmung des Kraftstoffs, der gegen den langen Abschnitt 7a gedrückt wird und an der gegenüberliegenden Seite aufgrund der Ablenkung rückströmt, keine Richtung, so dass der an dem langen Abschnitt 7a abgelenkte Kraftstoff nicht durch den kurzen Abschnitt 7b daran gehindert wird, aus dem Einspritzloch 7 auszuströmen. Daher kann die Zerstäubung des Kraftstoffs, der von der Seite des kurzen Abschnitts 7b eingespritzt wird, verbessert werden, und die Stabilität der Kraftstoffzerstäubung kann verbessert werden.
Somit kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel die stabile Zerstäubung des Kraftstoffnebels vorgesehen werden, und die Einspritzrichtung kann stabilisiert werden. Daher kann die Änderung der Einspritzrichtungen der Einspritzungen der unterschiedlichen Zeiten und die Schwankung der unterschiedlichen Komponenten begrenzt werden, so dass die gewünschte Einspritzrichtung und die gewünschten Partikel erreicht werden können. Somit kann, wenn das Kraftstoffeinspritzventil an dem Verbrennungsmotor montiert ist, die Verschlechterung des Verbrennungsmotorverhaltens verhindert werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist mit Bezug auf 4A und 4B nachstehend beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich, wie in 4B gezeigt ist, die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A (mit der großen Strömungsintensität), die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, von der äußeren Umgebung des Kraftstoffeinspritzventils zu der inneren Umgebung davon.
Wie in 4A gezeigt ist, ist die Mitte R1x (der Umfangsrichtung) des langen Abschnitts 7a von der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend. In anderen Worten ist die Bogenmitte R1x des langen Abschnitts 7a in einem vorbestimmten Winkel von der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist. Der Bereich der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a ist als R1 bezeichnet, und die Mitte (Bogenmitte der Umfangsrichtung) der Umfangsrichtung des Bereichs R1 ist als R1x bezeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Mitte R1x (der Umfangsrichtung) des langen Abschnitts 7a von der Vorwärtsrichtung der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend, so dass die Einspritzrichtung des Kraftstoffs, der von dem Einspritzloch 7 eingespritzt wird, von der Vorwärtsrichtung der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend sein kann. Das heißt, durch Steuern des Bereichs, in dem der lange Abschnitt 7a angeordnet ist, kann die Einspritzrichtung des Kraftstoffs, der von dem Einspritzloch 7 eingespritzt wird, gesteuert werden. Das heißt, dass die Mischeffizienz von Luft und dem zerstäubten Kraftstoff verbessert werden kann.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf 5A und 5B beschrieben.
In dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A (mit der großen Strömungsintensität), die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, beispielsweise von der äußeren Umgebung zu der inneren Umgebung. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A (mit der großen Strömungsintensität), die zu dem Einspritzlocheinlass geführt ist, von der inneren Umgebung zu der äußeren Umgebung.
In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie in 5a und 5B gezeigt ist, der Einspritzlocheinlass an dem unteren Ende des Ventilkörpers 1 angeordnet und bezüglich des Abschnitts x außen positioniert, der der Abschnitt des Ventilkörpers 1 mit dem kleinsten Innendurchmesser ist. In diesem Fall wird der Kraftstoff, der zu der oberen Fläche der Einspritzlochplatte 3 über einen ausgehöhlten Abschnitt 3a zugeführt wird, der an der oberen Fläche der Einspritzlochplatte 3 ausgebildet ist, zu dem Einspritzlocheinlass der äußeren Umgebung eingebracht. Somit erstreckt sich die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, von der inneren Umgebung zu der äußeren Umgebung.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der lange Abschnitt 7a des Einspritzlochs 7 an der äußeren Umgebung der Einspritzlochplatte 3 angeordnet, und der kurze Abschnitt 7b des Einspritzlochs 7 ist an der inneren Umgebung der Einspritzlochplatte 3 angeordnet. Die Längenänderung von dem langen Abschnitt 7a zu dem kurzen Abschnitt 7b an dem Einspritzlochauslass kann ein Stufenhöhenunterschied sein, wie in 5A zum Beispiel gezeigt ist. Alternativ kann die Längenänderung von dem langen Abschnitt 7a zu dem kurzen Abschnitt 7b an dem Einspritzlochauslass auch eine kontinuierliche Änderung sein, wie in 5B gezeigt ist.
Somit können gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, in dem sich die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A von der inneren Umgebung zu der äußeren Umgebung erstreckt, die gleichen Effekte wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erreicht werden.
Ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf 6A und 6B beschrieben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich, wie in 6B gezeigt ist, die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A (mit der großen Intensität), die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, von der inneren Umgebung zu der äußeren Umgebung.
Wie in 6A gezeigt ist, ist die Mitte R1x (der Umfangsrichtung) des langen Abschnitts 7a von der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend. In anderen Worten ist die Mitte R1x der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a in einem vorbestimmten Winkel von der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömung der Kraftstoffströmung A abweichend, die zu dem inspritzlocheinlass gerichtet ist. Der Bereich der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a ist als R1 bezeichnet, und die Mitte (Bogenmitte der Umfangsrichtung) der Umfangsrichtung des Bereichs R1 ist als R1x bezeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weicht die Mitte R1x (der Umfangsrichtung) des langen Abschnitts 7a von der Vorwärtsrichtung der Strömung der Kraftstoffströmung A ab, so dass die gleichen Effekte wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel erreicht werden können, selbst wenn sich die Strömungsrichtung der Kraftstoffströmung A von der inneren Umgebung zu der äußeren Umgebung erstreckt.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend mit Bezug auf 7A1–7C1 und 7A2–7C2 beschrieben.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist, wie in 7A1 gezeigt ist, der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 (Achsrichtung des Einspritzlochs mit Bezug auf die obere Fläche der Einspritzlochplatte 3) mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, größer als 90° festgelegt.
Alternativ kann gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, wie in 7B1 gezeigt ist, der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, auch derart festgelegt sein, dass er im Wesentlichen gleich 90° ist. Als weitere Alternative kann, wie in 7C1 gezeigt ist, der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A, die zu dem Einspritzlocheinlass gerichtet ist, auch derart festgelegt sein, dass er kleiner als 90° ist.
Daher ist in dem Fall, in dem der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A größer als 90° ist, wie in 7A1 gezeigt ist, der Bereich R1 der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a so angeordnet, dass er länger als der Bereich R2 der Umfangsrichtung des kurzen Abschnitts 7b (das heißt, R1 > R2) ist, wie in 7A2 gezeigt ist.
In dem Fall, in dem der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A im Wesentlichen gleich 90° ist, wie in 7B1 gezeigt ist, ist der Bereich R1 der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a im Wesentlichen gleich wie der Bereich R2 der Umfangsrichtung des kurzen Abschnitts 7b (das heißt, R1 ≈ R2), wie in 7B2 gezeigt ist.
In dem Fall, in dem der Winkel der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 mit Bezug auf die Vorwärtsrichtung (0°) der Kraftstoffströmung A kleiner als 90° ist, wie in 7C1 gezeigt ist, ist der Bereich R1 der Umfangsrichtung des langen Abschnitts 7a kleiner als der Bereich R2 der Umfangsrichtung des kurzen Abschnitts 7b (das heißt, R1 < R2), wie in 7C2 gezeigt ist.
Somit kann der Bereich, in dem das Fluid stark in dem Einspritzloch 7 gedrückt wird, den langen Abschnitt 7a bilden, und der gegenüberliegende Bereich zu der Seite, an der der Kraftstoff gegen den langen Abschnitt 7a gedrückt wird, um an der gegenüberliegenden Seite rückzuströmen, den kurzen Abschnitt 7b bilden. Somit kann unabhängig von der Einspritzrichtung des Einspritzlochs 7 der eingespritzte Kraftstoff durch den langen Abschnitt 7a und den kurzen Abschnitt 7b stabil zerstäubt und die stabile Einspritzrichtung erreicht werden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Einspritzlochplatte 3 vorgesehen und es kann zum Beispiel geeignet in einem Ottoverbrennungsmotor verwendet werden. Jedoch kann das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung auch mit dem Einspritzloch 7 vorgesehen sein, das direkt in dem Ventilkörper 1 ausgebildet ist (das heißt, in dem Düsenkörper, in dem der Ventilsitz 5 ausgebildet ist), und es kann geeignet zum Beispiel in einem Dieselverbrennungsmotor verwendet werden.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzlochausbildungsbauteil (3), das ein Einspritzloch (7) hat, das einen Einspritzlochdurchgang definiert, durch den ein Fluid eingespritzt wird, wobei eine Strömungsrichtung einer Fluidströmung (A) mit einer großen Strömungsintensität eine Achsrichtung des Einspritzlochs (7) schneidet, wobei die Fluidströmung (A), die die große Strömungsintensität hat, entlang einer stromaufwärtigen Fläche des Einspritzlochausbildungsbauteils (3) strömt und zu einem Einlass des Einspritzlochs (7) gerichtet ist, und eine Wandlänge des Einspritzlochdurchgangs von dem Einlass des Einspritzlochs (7) zu einem Auslass des Einspritzlochs (7) derart gestaltet ist, dass die Wandlänge L1 eines langen Abschnitts (7a) des Einspritzlochdurchgangs, der an einer stromabwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität positioniert ist, größer als die Wandlänge L2 eines kurzen Abschnitts (7b) des Einspritzlochdurchgangs ist, der an einer stromaufwärtigen Seite der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen 1,5 ≤ L1/D und 0,5 ≤ L2/D ≤ 1,3 erfüllt sind, wobei D einen Durchmesser des Einspritzlochs (7) darstellt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter Folgendes aufweist: einen Ventilkörper (1), der eine einen Fluiddurchgang definierende innere Fläche und einen ringförmigen Ventilsitz (5) hat, der an der inneren Fläche ausgebildet ist; und eine Nadel (2), die in dem Ventilkörper (1) axial bewegbar angeordnet ist, so dass der Fluiddurchgang geschlossen ist, wenn die Nadel (2) auf den Ventilsitz (5) gesetzt ist, und dass der Fluiddurchgang geöffnet ist, wenn sich die Nadel (2) von dem Ventilsitz (5) entfernt, wobei das Einspritzlochausbildungsbauteil (3) aus einer Einspritzlochplatte (3) gebildet ist, die an einer stromabwärtigen Seite des Ventilsitzes (5) angeordnet ist und in der das Einspritzloch (7) ausgebildet ist, wobei das von dem Fluiddurchgang zugeführte Fluid, wenn sich die Nadel (2) von dem Ventilsitz (5) entfernt, durch das Einspritzloch (7) eingespritzt wird.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Strömungsrichtung der Fluidströmung (A), die die große Strömungsintensität hat, und die zu dem Einlass des Einspritzlochs (7) gerichtet ist, bezüglich der Achsrichtung der Nadel (2) von außen nach innen erstreckt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich die Strömungsrichtung der Fluidströmung (A), die die große Strömungsintensität hat, und die zu dem Einlass des Einspritzlochs (7) gerichtet ist, bezüglich der Achsrichtung der Nadel (2) von innen nach außen erstreckt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei eine Bogenlänge R1 des langen Abschnitts (7a) des Einspritzlochdurchgangs eine Bogenmitte R1x aufweist, die in der stromaufwärtigen Fläche der Einspritzlochplatte (3) außerhalb einer in einer Vorwärtsrichtung (0°) der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) verlaufenden Linie durch die Mitte des Einspritzlochs (7) liegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine oder die Bogenlänge R1 des langen Abschnitts (7a) des Einspritzlochdurchgangs und eine Bogenlänge R2 des kurzen Abschnitts (7b) des Einspritzlochdurchgangs derart festgelegt sind, dass sie die folgende Beziehung erfüllen: R1 > R2 in dem Fall, in dem ein Winkel zwischen der Achsrichtung des Einspritzlochs (7) bezogen auf die stromaufwärtige Fläche der Einspritzlochplatte (3) und einer oder der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität größer als 90° ist; oder R1 < R2 in dem Fall, in dem ein Winkel zwischen der Achsrichtung des Einspritzlochs (7) bezogen auf die stromaufwärtige Fläche der Einspritzlochplatte (3) und einer oder der Vorwärtsrichtung (0°) der Strömungsrichtung der Fluidströmung (A) mit der großen Strömungsintensität kleiner als 90° ist.