-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gruppenlochdüse,
die bei einer Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine,
die Kraftstoff in eine Verbrennungskammer direkt einspritzt und
ein Mischungsgas mit einer Verdichtungswärme zündet,
verwendet wird, und auf ein Auswahlverfahren von Entwurfsspezifikationen
dieser Gruppenlochdüse.
-
In
den letzten Jahren wurde die Dieselmaschine, die eine hohe Verbrennungseffizienz
liefert, von dem Standpunkt eines Energiesparens und eines globalen
Umwelt schutzes neu bewertet. Insbesondere die Entwicklung des Systems
mit gemeinsamer Druckleitung bzw. Common-Rail-Systems hat eine Einspritzung
von Kraftstoff, der auf einem extrem hohen Druck von mehreren zehn
MPa bis annähernd 200 MPa angesammelt wird, ermöglicht.
Als ein Resultat hat die Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine,
die eine Verbrennungskammer, die zwischen einem Kolben und einem
Zylinderkopf unter Verwendung einer Höhlung, die in einer
oberen Oberfläche des Kolbens, der in dem Zylinder verschoben
wird, vorgesehen ist, hat, mehr und mehr Aufmerksamkeit gewonnen.
Die Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine spritzt den
Hochdruckkraftstoff in eine Luft, die in der Verbrennungskammer
durch den Kolben in einen komprimierten Zustand gebracht wird, direkt
ein. Die Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine
zündet mit einer Verdichtungswärme ein Mischungsgas
und erhält durch Verbrennen und Explodieren des Mischungsgases
eine Leistung.
-
Die
Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine liefert
eine hohe Verbrennungseffizienz und einen ausgezeichneten Kraftstoffverbrauch,
es ist jedoch erforderlich, die Emission von Umweltbelastungssubstanzen,
wie zum Beispiel Stickstoffoxiden (NOx) und Partikelstoffen, die
in dem Verbrennungsabgas enthalten sind, zu hemmen. Wenn jedoch
NOx reduziert wird, verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch
und die Partikelstoffquantität erhöht sich. Wenn
die Partikelstoffquantität reduziert wird, verbessert sich
der Kraftstoffverbrauch, NOx tendiert jedoch dazu, sich zu erhöhen.
Die Reduzierung von NOx und die Reduzierung der Partikelstoffe haben
normalerweise eine widersprechende Beziehung. Es ist ein sehr schwieriges
Problem, sowohl NOx als auch Partikelstoffe gleichzeitig zu hemmen.
-
In
Verbindung mit dem vorhergehenden Problem wurden Maßnahmen
zum Verbessern der Verbrennungseffizienz durch effektives Mischen
des Kraftstoffes, der in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, und
der Luft und zum Erreichen von sowohl der Reduzierung von NOx als
auch der Reduzierung von Partikelstoffen vorgeschlagen. Betreffend
eine Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine, die
eine Wiedereintrittsverbrennungskammer hat, wurden beispielsweise
verschiedene Vorschläge über Spezifikationen einer
Dieselmaschinenverbrennungskammer, wie zum Beispiel einer Form eines
Lippenabschnitts und eines Quetschbereichs gemacht (Bezug nehmend
auf beispielsweise Patentdokument 1 (
JP-A-2001-227346 ) und
Patentdokument 2 (
JP-A-2001-221050 )).
Die Wiedereintrittsverbrennungskammer ist durch Bilden einer Höhlung
in einer oberen Oberfläche eines Kolbens vorgesehen, derart,
dass die Höhlung einen Lippenabschnitt, der durch Schmälern
einer Öffnung der Höhlung nach innen vorgesehen
ist, und einen vorspringenden Abschnitt, der durch Anheben eines
zentralen Abschnitts der Höhlung gebildet ist, hat.
-
Das
Patendokument 1 beschreibt eine Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselmaschine,
die die folgenden Merkmale hat. Das heißt, bei der Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselmaschine
ist eine Verbrennungskammer in einem zentralen Abschnitt einer oberen
Oberfläche eines Kolbens, der durch einen Zylinder verschiebbar gehalten
ist, gebildet, derart, dass die Verbrennungskammer einem Zylinderkopf
zugewandt ist, und ein Quetschbereich ist zwischen der oberen Kolbenoberfläche
und einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes gebildet.
Bei der Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselmaschine hat eine Längsquerschnittsform
der Verbrennungskammer entlang einer Zylinderachse einen geradlinigen
Abschnitt, der sich von einem Einlass der Verbrennungskammer mit
der oberen Kolbenoberfläche kontinuierlich nach unten erstreckt,
und der sich linear weg von der Zylinderachse erstreckt. Die obere
Kolbenoberfläche, ein gekrümmter Abschnitt und
der geradlinige Abschnitt sind zueinander gleichmäßig
konti nuierlich ohne eine Ecke zwischen denselben zu bilden. Ein Einspritzer,
der an der Zylinderachse vorgesehen ist, spritzt einen Kraftstoff
hin zu dem geradlinigen Abschnitt ein, wenn der Kolben nahe einem
oberen Totpunkt ist. Entsprechend der Technologie, die in dem Patentdokument
1 beschrieben ist, wird der Kraftstoff, der von dem Einspritzer
in den Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselmaschinenbereich in die
Widereintrittsverbrennungskammer, die in dem zentralen Abschnitt
der oberen Kolbenoberfläche gebildet ist, eingespritzt
wird, entlang des geradlinigen Abschnitts der Verbrennungskammer aufwärts
und abwärts gleichmäßig geführt.
Der Kraftstoff, der effektiv abwärts geführt wird,
erzeugt in der Verbrennungskammer eine Verwirbelung. Der Kraftstoff,
der aufwärts geführt wird, wird entlang dem gekrümmten Abschnitt,
der durch eine gleichmäßige Krümmungslinie,
die keine Ecke hat, vorgesehen ist, geführt und dem Quetschbereich,
der oberhalb der oberen Kolbenoberfläche gebildet ist,
zugeführt. Dementsprechend kann der Kraftstoff in der Verbrennungskammer
und dem Quetschbereich einheitlich zerstäubt werden.
-
Das
Patentdokument 2 beschreibt einen Kolben einer Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselmaschine, der
eine ausgenommene Höhlung in einem zentralen Abschnitt
einer oberen Kolbenoberfläche und einen Lippenabschnitt,
der von einem Gesamtumfang einer Öffnung der Höhlung,
um die Öffnung zu schmälern, radial einwärts
vorspringt, hat. Ein gestufter Abschnitt ist an der oberen Kolbenoberfläche
außerhalb der Öffnung der Höhlung über
den Gesamtumfang derart gebildet, dass eine äußere
periphere Kolbenseite relativ erhöht wird und die Lippenabschnittseite
relativ gesenkt wird. Entsprechend der Technologie des Patentdokuments
2 ist der gestufte Abschnitt an der oberen Kolbenoberfläche
außerhalb der Öffnung der Höhlung, die
in dem zentralen Abschnitt der oberen Kolbenoberfläche
vorgesehen ist, gebildet, wodurch eine Quetschströmung
gestärkt wird und eine Turbulenzkomponente erhöht
wird. Die Technologie zielt somit darauf ab, eine Bewegung und ein
Mischen des Kraftstoffs zu fördern, um eine Ausgangsleistung
zu verbessern und einen Rauch zu reduzieren, wenn eine Belastung
hoch ist.
-
Verschiedene
Vorschläge über Spezifikationen der Kraftstoffeinspritzungsdüse
wurden außerdem gemacht, um NOx und den Rauch durch weiter
Zerstäuben des einge spritzten Kraftstoffs und durch weiter
Stärken einer Eindringungskraft des eingespritzten Kraftstoffs
zu reduzieren (Bezug nehmend beispielsweise auf Patentdokument 3
(
JP-A-2004-27955 )).
-
Das
Patentdokument 3 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzungsdüse,
die mindestens ein Gruppeneinspritzungsloch hat, das durch mehrere
Einspritzungslöcher gebildet ist und das einen einzelnen
Sprühstoß mit den mehreren Einspritzungslöchern
bildet. Die Kraftstoffeinspritzungsdüse von Patentdokument
3 genügt dem, dass X in einem Bereich von 10D bis 100D
liegt und θ in einem Bereich von 1 Grad bis 10 Grad liegt, wobei
D einen Einspritzungslochdurchmesser jedes der Einspritzungslöcher,
die das Gruppeneinspritzungsloch bilden, darstellt, X ein Kreuzungsabstand
von einem Auslassende von jedem der Einspritzungslöcher
des Gruppeneinspritzungslochs zu einem Schnittpunkt ist, bei dem
sich die zentralen Achsen der Einspritzungslöcher schneiden,
und θ ein Schnittwinkel bei dem Schnitt der zentralen Achsen
der Einspritzungslöcher des Gruppeneinspritzungslochs ist.
Die Technologie von Patentdokument 3 verwendet die Gruppenlochdüse,
um den Kraftstoff zu zerstäuben und die Eindringungskraft
des Sprühstoßes zu erhalten, wodurch der Rauch
gehemmt wird. Die Technologie von Patentdokument 3 ist für
eine Verbrennungskammer angepasst, die dem genügt, dass
S in einem Bereich von 350D bis 450D liegt, wobei S einen Wandoberflächenabstand
von dem Auslassende jedes Einspritzungslochs des Gruppeneinspritzungslochs
zu einer Verbrennungskammerwandoberfläche entlang einer
Kraftstoffeinspritzungsrichtung des Gruppeneinspritzungslochs darstellt.
-
Die
herkömmlichen Technologien definieren jedoch die Spezifikationen
der Maschinenverbrennungskammer bzw. die Spezifikationen der Kraftstoffeinspritzungsdüse
und dies unabhängig voneinander. Es gibt daher eine Möglichkeit,
dass sich die Verbrennungseffizienz verschlechtert oder die Rauchcharakteristik
ungünstig verschlimmert, wenn die Charakteristika der Maschinenverbrennungskammer
nicht zu den Charakteristika der Kraftstoffeinspritzungsdüse
passen.
-
10 zeigt
ein Resultat eines Tests, der unter Verwendung einer Gruppenlochdüse
in sowohl einer Maschine A als auch einer Maschine B, die unterschiedliche
Ma schinenspezifikationen, wie einen Bohrungsdurchmesser und einen
Hub, haben, durchgeführt wird, um Rauchcharakteristika
zu der Zeit zu untersuchen, wenn die Kraftstoffeinspritzung bei
verschiedenen Verwirbelungsverhältnissen RSW und
Quetschungsgeschwindigkeiten VSQ durchgeführt
wird. Es wird aus dem Testresultat herausgefunden, dass sich die
Rauchcharakteristika verschlimmern, wenn das Verwirbelungsverhältnis
RSW niedrig ist und/oder wenn die Quetschungsgeschwindigkeit
VSQ höher als eine spezifische
Geschwindigkeit in beiden Maschinen A und B ist. Teil (a) von 10 zeigt
die Rauchcharakteristika der Maschine A und Teil (b) zeigt die Rauchcharakteristika
der Maschine B.
-
Es
wird offensichtlich vorausgesehen, dass die Bewegung zwischen der
Luft und dem Kraftstoff unzureichend ist, ein unverbrannter Kraftstoff
verbleibt und sich die Rauchcharakteristika verschlimmern, wenn
das Verwirbelungsverhältnis niedrig ist. Es wurde angenommen,
dass unter einer Bedingung des hohen Verwirbelungsverhältnisses
und der hohen Quetschungsgeschwindigkeit, die äquivalent
zu einer Hochbelastungsbedingung der Maschine sind, die Luft und
der Kraftstoff durch die starke Verwirbelung in einem frühen
Stadium der Verbrennung ausreichend bewegt werden und das Mischen
der Luft und des unverbrannten Kraftstoffs in einem späteren
Stadium der Verbrennung durch eine Quetschung oder insbesondere
eine umgekehrte Quetschung, die stärker als die Verwirbelung
ist, gefördert wird. Die umgekehrte Quetschung wird in
dem späteren Stadium der Verbrennung verursacht und von
der Höhlung, die in der oberen Kolbenoberfläche
gebildet ist, hin zu der oberen Kolbenoberfläche geleitet.
Es wurde daher erwartet, dass passende Rauchcharakteristika unter der
Bedingung, die äquivalent zu der Hochbelastungsbedingung
der Maschine bei dem Fall ist, bei dem die herkömmliche
Gruppenlochdüse verwendet wird, erhalten werden können.
-
Wie
jedoch in 10 gezeigt ist, wurde herausgefunden,
dass sich die Rauchcharakteristika ungünstig in beiden
Maschinen A und B verschlimmern können, wenn die Quetschungsgeschwindigkeit
40 m/s oder höher ist. Wenn die Kraftstoffeinspritzung
mit der Gruppenlochdüse durchgeführt wird, wird
der eingespritzte Kraftstoff ein Flüssigkeitstropfen, der
einen extrem kleinen Partikeldurchmesser hat. Es wird daher geschätzt, dass
unter einer Bedingung, bei der die Quetschungsgeschwindigkeit zu
hoch ist, ein Kraftstoffpartikel des nicht verbrannten Kraftstoffs,
das den extrem kleinen Durchmesser hat und das in dem späteren
Stadium der Verbrennung verbleibt, durch die umgekehrte Quetschung
in eine Nähe einer ZylindeSchlitzwand, die eine relativ
niedrige Temperatur hat, radial außerhalb des Kolbens in
der Maschinenverbrennungskammer strömt und als unverbrannter
Kraftstoff verbleibt.
-
Um
daher eine passende Kombination der Maschinenverbrennungskammer
und der Kraftstoffeinspritzungsdüse zu erlangen, war es
notwendig, den Test zu wiederholen, während die Spezifikationen
der Kraftstoffeinspritzungsdüse verschieden geändert
wurden. Als ein Resultat waren große Mengen an Energie,
Zeit und Aufwand erforderlich, um die Verbrennungseffizienz weiter
zu verbessern.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Düsenspezifikationsauswahlverfahren zum
Auswählen von Spezifikationen einer Kraftstoffeinspritzungsdüse,
die für jede Dieselverbrennungsmaschine mit unterschiedlichen
Charakteristika passend ist, mit einem einfachen Verfahren zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Kraftstoffeinspritzungsdüse zu schaffen, die eine Verbrennungseffizienz
in einem späteren Stadium einer Verbrennung durch Vorsehen
von passenden Düsenspezifikationen erhöht, wodurch
gleichzeitig Entladungsquantitäten von NOx und Partikelstoffen
insbesondere während einer Dauer eines Hochbelastungszustands
reduziert werden.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine
einen Kolben, der in einem Zylinder, der in einer zylindrischen
Form gebildet ist, verschoben wird, und eine Verbrennungskammer,
die zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf gebildet ist. Die Verbrennungskammer
ist durch eine Höhlung, die in einer oberen Oberfläche
des Kolbens gebildet ist, definiert. Die Maschine spritzt Kraftstoff,
der unter einem hohen Druck angesammelt wird, direkt in eine Luft
ein, die durch den Kolben in der Verbrennungskammer in einen verdichteten
Zustand gebracht wird, um ein Mischungsgas mit einer Verdichtungswärme
zu zünden, wodurch das Mischungsgas verbrannt wird und
explodiert, um eine Leistung zu erhalten. Eine Gruppenlochdüse,
die für die Maschine verwendet ist, spritzt Kraftstoff von
einem Gruppeneinspritzungsloch, das durch mehrere Einspritzungslöcher
gebildet ist, ein, um einen Strom eines Kraftstoffsprühstoßes
zu bilden.
-
Die
Maschine liefert eine maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|V
SQ|, die gleich oder höher als 40
m/s ist. Die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|V
SQ|
ist ein maximaler Wert eines Absolutwerts einer Quetschungsgeschwindigkeit
V
SQ, die durch einen Ausdruck
dargestellt ist, wobei φD
Bor einen Bohrungsdurchmesser des Kolbens
darstellt, φD
Rip ein Öffnungsdurchmesser eines
Lippenabschnitts der Höhlung, die in der Verbrennungskammer
vorgesehen ist, ist, V
CAV ein Volumen der Höhlung
ist, H(t) ein Abstand zwischen der oberen Oberfläche des
Kolbens und einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes
zu einer Zeit t ist, und dH(t)/dt eine zeitliche Differentiation
des Abstands H(t) zu der Zeit t ist.
-
Eine
Sprühstoßteilungszahl n der Kraftstoffsprühstöße,
die durch die Gruppenlochdüse gebildet werden, erfüllt
eine Ungleichung
wobei ω
SW eine
Verwirbelungswinkelgeschwindigkeit darstellt, L
Pen ein
Sprühstoßeindringungsstandard (das heißt
ein standardisierter bzw. normierter Eindringungsabstand eines Sprühstoßes)
ist, V
Mps eine Durchschnittskolbengeschwindigkeit
ist, und V
FL eine Sprühstoßmaximalgeschwindigkeit
ist.
-
Gemäß dem
vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sprühstoßteilungszahl
eingestellt, um relativ klein zu sein, wenn die Dieselverbrennungsmaschine
die Verbrennungskammercharakteristika hat, die die hohe Quetschungsgeschwindigkeit
VSQ aufweisen. Eine Einspritzungszeit, die
für eine feste Einspritzungsquantität fortgesetzt
wird, wird daher relativ lang. Selbst in einem späteren
Stadium der Verbrennung, bei der die starke Quetschung erzeugt wird,
wird dementsprechend die Eindringungskraft des Sprühstoßes
durch Nutzen der Charakteristik der Gruppenlochdüse, die
die Eindringungskraft durch die Überlagerung zwischen den
Sprühstößen, die von den mehreren Einspritzungslöchern
eingespritzt werden, stärkt, beibehalten. Der Sprühstoß wird
daher nicht durch die Quetschung zu der ZylindeSchlitzwand geblasen.
-
Die
Zerstäubung des Sprühstoßes wird somit
gefördert und die Verbrennungseffizienz durch Einführen der
Gruppenlochdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung verbessert. Der Kraftstoff, der mit der starken Eindringungskraft
eingespritzt wird, wird zusätzlich passend mit der Luft
ferner in dem späteren Stadium der Verbrennung bewegt,
wodurch die passende Verbrennung realisiert wird. Der Rauch in dem
Verbrennungsabgas kann somit hinsichtlich seiner Quantität
reduziert werden.
-
Entsprechend
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine
einen Kolben, der in einem Zylinder, der in einer zylindrischen
Form gebildet ist, verschoben wird, und eine Verbrennungskammer,
die zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf gebildet ist. Die
Verbrennungskammer ist durch eine Höhlung, die in einer
oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist, definiert.
Die Maschine spritzt unter einem hohen Druck angesammelten Kraftstoff
in eine Luft ein, die durch den Kolben in der Verbrennungskammer
in einen verdichteten Zustand gebracht wird, um ein Mischungsgas
mit einer Verdichtungswärme zu zünden, wodurch
das Mischungsgas verbrannt wird und explodiert, um eine Leistung
zu erhalten. Eine Gruppenlochdüse, die für die
Maschine verwendet ist, spritzt Kraftstoff von einem Gruppeneinspritzungsloch,
das durch mehrere Einspritzungslöcher gebildet ist, ein,
um einen Strom eines Kraftstoffsprühstoßes zu
bilden.
-
Die
Maschine liefert eine maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|V
SQ|, die niedriger als 40 m/s ist. Die maximale
Quetschungsgeschwindigkeit max|V
SQ| ist
ein maximaler Wert eines Absolutwerts einer Quetschungsgeschwindigkeit
V
SQ, die durch einen Ausdruck
dargestellt ist, wobei φD
Bor einen Bohrungsdurchmesser des Kolbens
darstellt, φD
Rip ein Öffnungsdurchmesser eines
Lippenabschnitts der Höhlung, die in der Verbrennungskammer
vorgesehen ist, ist, V
CAV ein Volumen der Höhlung
ist, H(t) ein Abstand zwischen der oberen Oberfläche des
Kolbens und einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfes
zu einer Zeit t ist, und dH(t)/dt eine zeitliche Differenziation
des Abstands H(t) zu der Zeit t ist.
-
Die
Sprühstoßteilungszahl n der Kraftstoffsprühstöße,
die durch die Gruppenlochdüse gebildet werden, erfüllt
eine Ungleichung.
wobei ω
SW eine
Verwirbelungswinkelgeschwindigkeit darstellt, L
Pen ein
Sprühstoßeindringungsstandard ist, V
Mps eine
Durchschnittskolbengeschwindigkeit ist, und V
FL eine
maximale Sprühstoßgeschwindigkeit ist.
-
Entsprechend
dem vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Sprühstoßteilungszahl n
eingestellt, um relativ groß zu sein, wenn die Dieselverbrennungsmaschine
die Verbrennungskammercharakteristika, die die niedrige Quetschungsgeschwindigkeit
VSQ aufweisen, hat. Die Sprühstoßzeit
pro Gruppeneinspritzungsloch, die den einzelnen Strom des Kraftstoffsprühstoßes
bilden, ist dementsprechend ver kürzt, so dass sich eine
Berührungsgelegenheit zwischen dem Kraftstoffsprühstoß und
der verdichteten Luft in einem frühen Stadium der Verbrennung
erhöht. Die Verbrennung wird daher umgehend gefördert
und eine passende Verbrennung realisiert. Als ein Resultat kann
der Rauch in dem Verbrennungsabgas hinsichtlich der Quantität reduziert
werden.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Einspritzungslöcher,
die das Gruppeneinspritzungsloch bilden, derart vorgesehen, dass
zentrale Achsen der mehreren Einspritzungslöcher einen
Konvergenzwinkel dazwischen bilden und einander schneiden.
-
Gemäß dem
vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung überlagern
sich die Sprühstöße miteinander, um die
Eindringungskraft des zerstäubten Kraftstoffs zu stärken,
wenn die Sprühstöße mit dem Konvergenzwinkel
von den mehreren Einspritzungslöchern, die das Gruppeneinspritzungsloch
bilden, eingespritzt werden.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Einspritzungslöcher,
die das Gruppeneinspritzungsloch bilden, derart vorgesehen, dass
zentrale Achsen der mehreren Einspritzungslöcher parallel
zueinander sind oder einen Divergenzwinkel dazwischen bilden.
-
Gemäß dem
vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden die Sprühstöße,
die von den mehreren Einspritzungslöchern eingespritzt
werden, einen Strom des Kraftstoffsprühstoßes
und überlagern einander, so dass die Eindringungskraft
des zerstäubten Kraftstoffes beibehalten werden kann. Zu
der gleichen Zeit kann der Sprühstoßwinkel des
einzelnen Stroms des Kraftstoffsprühstoßes verbreitert
werden. Die Berührungsgelegenheit zwischen dem Kraftstoffsprühstoß und
der verdichteten Luft wird daher erhöht und die Verbrennung
umgehend gefördert, so dass die passende Verbrennung realisiert
ist. Als ein Resultat kann der Rauch in dem Verbrennungsabgas hinsichtlich
der Quantität reduziert werden.
-
Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Einspritzungslöcher,
die das Gruppeneinspritzungsloch bilden, derart vorgesehen, dass
zentrale Achsen der mehreren Einspritzungslöcher einen
bestimmten Verdrehungswinkel dazwischen um eine Achse der Gruppenlochdüse
bilden. Der bestimmte Verdrehungswinkel ist größer
als null.
-
Gemäß dem
vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Einfluss
der Quetschung unterdrückt. Die Sprühstöße,
die daher von den mehreren Einspritzungslöchern eingespritzt
werden, bilden einen Strom des Sprühstoßes und überlagern
einander, so dass die Eindringungskraft des zerstäubten
Kraftstoffes beibehalten werden kann. Zu der gleichen Zeit kann
der Sprühstoßwinkel des einzelnen Stroms des Sprühstoßes
weiter verbreitet werden. Die Berührungsgelegenheit zwischen
dem Sprühstoß und der verdichteten Luft wird daher
erhöht und die Verbrennung wird umgehend gefördert,
so dass die passende Verbrennung realisiert ist. Als ein Resultat
kann der Rauch in dem Verbrennungsabgas hinsichtlich der Quantität
reduziert werden.
-
Gemäß noch
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kraftstoffdirekteinspritzungs-Dieselverbrennungsmaschine
einen Kolben, der in einem Zylinder, der in einer zylindrischen
Form gebildet ist, verschoben wird, und eine Verbrennungskammer,
die zwischen dem Kolben und einem Zylinderkopf gebildet ist. Die
Verbrennungskammer ist durch eine Höhlung, die in einer
oberen Oberfläche des Kolbens vorgesehen ist, definiert.
Die Maschine spritzt Kraftstoff, der unter einem hohen Druck angesammelt
wird, direkt in eine Luft ein, die durch den Kolben in der Verbrennungskammer
in einen verdichteten Zustand gebracht wird, um ein Mischungsgas
mit einer Verdichtungswärme zu zünden, wodurch
das Mischungsgas verbrannt wird und explodiert, um eine Leitung
zu erhalten.
-
Ein
Auswahlverfahren einer Gruppenlochdüse, die bei der Maschine
verwendet wird, weist das Vergleichen der maximalen Quetschungsgeschwindigkeit
max|VSQ| mit einem vorbestimmten Schwellenwert
und ein Einstellen einer Sprühstoßteilungszahl
n von Kraftstoffsprühstößen, die durch
die Gruppenlochdüse gebildet werden, auf, um relativ klein
zu sein, wenn die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| gleich oder höher als der Schwellenwert
ist, oder um relativ groß zu sein, wenn die maximale Quetschungsgeschwindigkeit
max|VSQ| niedriger als der Schwellenwert
ist.
-
Gemäß dem
vorhergehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung können
die optimalen Spezifikationen der Gruppenlochdüse durch
ein sehr einfaches Verfahren für jede der Dieselverbrennungsmaschinen,
die unterschiedliche Verbrennungskammercharakteristika haben, ausgewählt
werden.
-
Sowohl
Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen als auch
Verfahren eines Betriebs und die Funktion der verwandten Teile werden
aus einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, den
beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen, die
alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, erkannt. Es zeigen:
-
1 ein
Flussdiagramm, das einen Abriss eines Auswahlverfahrens von Gruppenlochdüsenspezifikationen
gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
2 ein
Diagramm, das einen Abriss einer Gruppenlochdüse gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
und insbesondere Teil (a) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die
eine Beziehung mit einer Innenverbrennungsmaschine zeigt, Teil (b)
im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse zeigt, Teil (c) eine Draufsicht, die
die Spezifikationen der Gruppenlochdüse zeigt;
-
3 ein
Diagramm, das einen Abriss einer Gruppenlochdüse gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt, und insbesondere Teil (a) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht,
die eine Beziehung mit einer Innenverbrennungsmaschine zeigt, Teil
(b) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse zeigt, und Teil (c) eine Draufsicht,
die die Spezifikationen der Gruppenlochdüse zeigt;
-
4 ein
Diagramm, das einen Abriss einer Gruppenlochdüse gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt, und insbesondere Teil (a) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die
eine Beziehung mit einer Innenverbrennungsmaschine zeigt, Teil (b)
im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse zeigt, und Teil (c) eine Draufsicht,
die die Spezifikationen der Gruppenlochdüse zeigt;
-
5 ein
Diagramm, das einen Abriss einer Gruppenlochdüse gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt, und insbesondere Teil (a) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die
eine Beziehung mit einer Innenverbrennungsmaschine zeigt, Teil (b)
im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse zeigt, und Teil (c) eine Draufsicht,
die die Spezifikationen der Gruppenlochdüse zeigt;
-
6 ein
charakteristisches Diagramm, das eine Änderung einer Quetschungsgeschwindigkeit
nahe einem TDC einer Maschine zeigt;
-
7(a) ein charakteristisches Diagramm,
das eine Testbedingung zeigt;
-
7(b) ein charakteristisches Diagramm,
das eine Beziehung zwischen einem Rauchen und NOx gemäß dem
Stand der Technik zeigt;
-
7(c) ein charakteristisches Diagramm,
das Effekte der vorliegenden Erfindung zusammen mit Vergleichsbeispielen
zeigt;
-
8 ein
charakteristisches Diagramm, das eine Konsistenz zwischen einem
theoretischen Wert und einem tatsächlichen Messungswert
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
9 ein
Diagramm, das Einflüsse der Spezifikationen der Gruppenlochdüse
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und insbesondere
Teil (a) ein charakteristisches Diagramm, das einen Effekt über
eine Eindringungskraft zeigt, Teil (b) ein charakteristisches Diagramm,
das einen Effekt über einen Sprühstoßwinkel zeigt,
und Teil (c) ein charakteristisches Diagramm, das einen Effekt über
einen Durchschnittspartikeldurchmesser zeigt; und
-
10 ein
Diagramm, das Probleme einer Gruppenlochdüse eines Stands
der Technik zeigt, und insbesondere Teil (a) ein charakteristisches
Diagramm, das eine Rauchcharakteristik bei dem Fall zeigt, bei dem die
Gruppenlochdüse des Stands der Technik für eine
Maschine A verwendet ist, und Teil (b) ein charakteristisches Diagramm,
das eine Rauchcharakteristik bei dem Fall zeigt, bei dem die Gruppenlochdüse
des Stands der Technik für eine Maschine B verwendet ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist am meisten dadurch charakterisiert, dass
eine Charakteristik einer Innenverbrennungsmaschine, die einen Kolben,
der in einem Zylinder, der in einer zylindrischen Form gebildet ist,
frei verschoben wird, und eine Verbrennungskammer, die zwischen
einem Zylinderkopf und dem Kolben gebildet ist, hat, wobei die Verbrennungskammer
durch eine Höhlung, die in einer oberen Oberfläche
des Kolbens vorgesehen ist, definiert ist, durch eine Quetschungsgeschwindigkeit
klassifiziert ist, und dadurch, dass Spezifikationen einer Gruppenlochdüse,
die ein Gruppeneinspritzungsloch hat, das aus mehreren Einspritzungslöchern
besteht, und die Kraftstoff von dem Gruppeneinspritzungsloch in
die Verbrennungskammer einspritzt, gemäß der Charakteristik
der Maschine optimiert sind.
-
Ein
Auswahlverfahren einer Gruppenlochdüse gemäß der
vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Bei S10 von 1 werden erstens Spezifikationen
einer Innenverbrennungsmaschine, wie zum Beispiel eine Gesamtverdrängung
Vtotal, die Zahl von Zylindern N, eine Zylinderverdrängung Vcyl, eine Hublänge S, ein Verdichtungsverhältnis
Vcav/(Vcav + Vcyl),
ein Bohrungsdurchmesser φDBor,
ein Lippendurchmesser φDRip, eine
Durchschnittskolbengeschwindigkeit VMps,
eine Verwirbe lungswinkelgeschwindigkeit ωsw,
ein effektiver Durchschnittsdruck IMEP, eine Abgasmenge QEX und ein Ausgangsdrehmoment Opmax, festgestellt.
Dann werden bei S20 Kraftstoffeinspritzungsbedingungen, wie zum
Beispiel ein Kraftstoffeinspritzungsdruck PINJ (oder
ein maximaler Einspritzungsdruck Omax), ein Sprühstoßeindringungsstandard LPen, eine maximale Sprühstoßgeschwindigkeit
VFL und ein Einspritzungslochdurchmesser
DE gemäß den Maschinenspezifikationen
festgestellt. Dann wird bei S30 eine Maschinencharakteristik (die
im Detail später erwähnt ist) bestimmt. Das heißt,
es wird bestimmt, ob ein maximaler Wert eines Absolutwerts einer
Quetschungsgeschwindigkeit VSQ, die durch
einen Ausdruck (6) (der später beschrieben ist) festgestellt
wird, das heißt eine maximale Quetschungsgeschwindigkeit
max|VSQ| gleich oder höher als
ein vorbestimmter Schwellenwert (beispielsweise 40 m/s) ist. Die
Sprühstoßteilungszahl n der Gruppenlochdüse
kann somit basierend auf dem Resultat der Bestimmung festgestellt
werden. Spezifikationen der Gruppenlochdüse werden festgestellt,
um die Zahl n einzustellen, um relativ klein zu sein (bei S40),
wenn die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ|
gleich oder höher als ein Schwellenwert ist. Die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse werden festgestellt, um die Zahl n
einzustellen, um relativ groß (bei S60) zu sein, wenn die
maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ|
niedriger als der Schwellenwert ist. Bedingungen der Auswahl der
Zahl n können durch einen Ausdruck (8) oder (9) erhalten
werden (der im Folgenden beschrieben ist). Wenn die Sprühstoßteilungszahl
n festgestellt ist, können Spezifikationen der Einspritzungswinkel θ1, θ2, θ3 (die im Folgenden detaillierter erläutert
sind) der Gruppenlochdüse (bei S50, S80 oder S90) gemäß der
Sprühstoßteilungszahl n festgestellt werden.
-
Ein
Fall, bei dem die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| gleich oder höher als 40 m/s ist,
ist in 2 als eine Gruppenlochdüse 10 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Ein Fall, bei dem die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| niedriger als 40 m/s ist, ist in 3 als
eine Gruppenlochdüse 10A gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Ein Fall, bei dem die Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| niedriger als 40 m/s ist, und ein Schlitzabschnitt
(der bei S70 bestimmt wird) an der oberen Oberfläche des
Kolbens gebildet ist, ist in 4 als eine
Gruppenlochdüse 10B gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Ein Fall, bei dem die Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| gleich oder höher als 40 m/s
ist und ein Taschenabschnitt in einer inneren peripheren Wand der
Höhlung, die in der oberen Oberfläche des Kolbens
vorgesehen ist, gebildet ist, ist in 5 als eine
Gruppenlochdüse 10C gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Im Folgenden sind jeweilige Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
-
Die
Gruppenlochdüse 10 gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist
im Detail unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
In 2 ist ein Teil (a) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht,
die eine Beziehung mit einer Innenverbrennungsmaschine zeigt, ein
Teil (b) im Wesentlichen eine Teilquerschnittsansicht, die Spezifikationen
der Gruppenlochdüse zeigt, und ein Teil (c) eine Draufsicht,
die die Spezifikationen der Gruppenlochdüse zeigt.
-
Gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 2(a) gezeigt ist, hat die Innenverbrennungsmaschine
eine Verbrennungskammer, die durch einen Raum, der durch einen Höhlungsabschnitt 32,
der in einer oberen Oberfläche 31 eines Kolbens 30 gebildet
ist, und eine untere Oberfläche 21 eines Zylinderkopfes 20 definiert
ist, vorgesehen ist. Der Kolben 30 wird in einem Zylinder 40,
der im Wesentlichen in einer zylindrischen Form gebildet ist, frei
verschoben. Die Gruppenlochdüse 10, die ein Gruppeneinspritzungsloch
vorsieht, das aus mehreren Einspritzungslöchern 101, 102 besteht,
ist in der Innenverbrennungsmaschine angeordnet. Ein Kraftstoff,
der von den mehreren Einspritzungslöchern 101, 102 des
Gruppeneinspritzungslochs eingespritzt wird, bildet einen einzelnen
Strom eines Sprühstoßes.
-
Wenn
der Kolben 30 steigt und der Kraftstoff von der Gruppenlochdüse 10 in
einem Zustand eingespritzt wird, bei dem eine Luft in dem Höhlungsabschnitt 32 verdichtet
wird, verursachen die Luft in dem komprimierten Zustand und Hochtemperaturzustand
und der Kraftstoff eine Verbrennungsreaktion und explodieren, um
eine Treibkraft zu erzeugen. Aufgrund der Verbrennung und der Explosion
startet der Kolben 30 das Sinken. Zu dieser Zeit wird eine
umgekehrte Quetschung, die von dem Höhlungsab schnitt 32 hin
zu der oberen Kolbenoberfläche 31 geleitet wird,
erzeugt. Ein Quetschungsbereich 34 ist in 2(a) gezeigt.
-
Ein
Saugventil 22 und ein Abblaseventil (nicht gezeigt) sind
an dem Zylinderkopf 20 vorgesehen, um eine Saugluft von
einem Saugrohr (nicht gezeigt) und ein Abgas zu einem Abblaserohr
(nicht gezeigt) zu regeln. Zwei Saugventile 22 sind in
zwei Positionen des Zylinderkopfes 20 angeordnet, und ein
Verwirbelungssteuerungsventil (nicht gezeigt) oder dergleichen ist
an einem der zwei Saugrohre vorgesehen. Somit können Einströmungsgeschwindigkeiten
der Luft, die in den Zylinder 40 eingeleitet wird, differenziert
werden, wenn sich die zwei Saugventile 22 öffnen
und der Kolben 30 sinkt, wodurch eine starke Verwirbelung
in dem Zylinder 40 erzeugt wird. Wenn ferner der Kolben 30 steigt
und das Innere des Höhlungsabschnitts 32 in den
verdichteten Zustand gebracht wird, wird eine starke Verwirbelung,
die sich entlang einer Umfangsrichtung mit einer Winkelgeschwindigkeit ωSW dreht, in dem Höhlungsabschnitt 32 erzeugt.
-
Es
ist bekannt, dass eine folgende Beziehung (Ausdruck (4)) zwischen
der Quetschungsgeschwindigkeit V
SQ und Spezifikationen
der Maschine eingerichtet ist. In dem Ausdruck (4) stellt D
Bor einen Bohrungsdurchmesser des Zylinders
dar, D
Rip ist ein Durchmesser einer Öffnung
des Höhlungsabschnitts
32, der in der oberen Oberfläche
31 des
Kolbens
30 gebildet ist, V
CAV ist
ein Volumen des Höhlungsabschnitts
32, H(t) ist
ein Abstand zwischen der unteren Oberfläche
21 des
Zylinderblocks
20 und der oberen Oberfläche
31 des
Kolbens
30 zu einer Zeit t, und dH(t)/dt ist eine zeitliche
Differenziation des Abstandes H(t) zu einer Zeit t. Ausdruck
(4):
-
Da
das Volumen V
CAV des Höhlungsabschnitts
32 fest
ist und das Volumen, das sich aufgrund des Sinkens des Kolbens
30 erhöht,
bei dem oberen Totpunkt (TDC; TDC = Top Dead Center) minimiert ist,
wird eine folgende Beziehung (Ausdruck (5)) eingerichtet. Ausdruck
(5):
-
Daher
erfüllt die Quetschungsgeschwindigkeit V
SQ eine
folgende Beziehung (Ausdruck (6)). Ausdruck
(6):
-
Die
Verdrängung (H(t) und die zeitliche Differenziation dH(t)/dt
derselben zu der Zeit t erfüllen außerdem eine
folgende Beziehung (Ausdruck (7)). Ausdruck
(7):
-
Die
maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ|
kann daher ohne weiteres aus dem Bohrungsdurchmesser DBor und
dem Lippenöffnungsdurchmesser DRip festgestellt
werden (das heißt max|VSQ| = (DBor 2 – DRip 2)/4DRip).
Die Verbrennungskammercharakteristik der Maschine kann somit klassifiziert
werden.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die maximale Quetschungsgeschwindigkeit
max|V
SQ| 40 m/s oder höher. Bei
einer solchen Maschine können Spezifi kationen der Gruppenlochdüse
10 festgestellt
werden, um einen folgenden Ausdruck (8) zu erfüllen. Ausdruck
(8):
-
Bei
der Gruppenlochdüse 10 gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gruppeneinspritzungsloch
durch Bohren der mehreren Einspritzungslöcher 101, 102 in
eine Spitze eines Düsenbasiskörpers 100 im
Wesentlichen in der Form eines Rohrs gebildet, dessen Spitze blockiert
ist. Ein Nadelventilglied 110, das innerhalb des Düsenbasiskörpers 100 steigt
und sinkt, öffnet und schließt das Gruppeneinspritzungsloch. Das
Gruppeneinspritzungsloch steuert somit eine Ausführung
und ein Stoppen einer Einspritzung des Hochdruckkraftstoffs, der
sich in einer Kraftstoffspeicherungskammer 120 unter Druck
ansammelt, von den Einspritzungslöchern 101, 102 über
einen Kraftstoffströmungsdurchgang 121 und eine
Sackkammer 122. Der Kraftstoffströmungsdurchgang 121 wird
gebildet, wenn das Düsenventilglied 120 steigt.
-
Die
Einspritzungslöcher 101, 102, die das
Gruppeneinspritzungsloch bilden, sind in Winkeln θ101 und θ102 hinsichtlich
der axialen Mitte der Gruppenlochdüse jeweils gebohrt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Differenz θ1 zwischen dem Winkel θ101 und
dem Winkel θ102 größer
als null eingestellt, derart, dass die zentralen Achsen der Einspritzungslöcher 101, 102 einen
Konvergenzwinkel dazwischen bilden. Es ist kein Verdrehungswinkel
zwischen den Einspritzungslöchern 101, 102 vorgesehen,
so dass die Einspritzungslöcher 101, 102 auf
der gleichen virtuellen Ebene gebildet sind und ein Winkel θ2, der in 2(b) gezeigt ist,
null ist. Mit einem solchen Aufbau bilden der Kraftstoff, der von
dem Einspritzungsloch 101 eingespritzt wird, und der Kraftstoff,
der von dem Einspritzungsloch 102 eingespritzt wird, einen
einzigen Strom eines Sprühstoßes, der in den Höhlungsabschnitt 32 eingespritzt
wird.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die
Sprühstoßteilungszahl n des Gruppeneinspritzungslochs
den vorhergehenden Ausdruck (8). Mehrere Reihen der Gruppeneinspritzungslöcher
sind mit einem Winkel θ3 dazwischen
gebildet, wie es 2(c) gezeigt ist.
Die Sprühstoßteilungszahl n ist eingestellt, um relativ
klein zu sein, wenn die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| 40 m/s oder höher ist.
-
Als
Nächstes ist eine Gruppenlochdüse 10A gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Detail unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel unterscheidet sich
von dem im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiel
dahingehend, dass ein Höhlungsabschnitt 32A einen
Lippenöffnungsdurchmesser φDRipA
hat, der größer als derselbe des ersten Ausführungsbeispiels
ist, und die Spezifikationen der Gruppenlochdüse, die für
den größeren Lippenöffnungsdurchmesser φDRipA passend sind, ausgewählt sind.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sprühstoßteilungszahl
n auf einen Bereich eingestellt, der einen folgenden Ausdruck (9)
erfüllt. Ausdruck
(9):
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Differenz θ1A zwischen einem Winkel θ101A und einem Winkel θ102A
auf gleich oder größer als null eingestellt, derart,
dass ein Einspritzungsloch 101A und ein Einspritzungsloch 102A einen
Konvergenzwinkel dazwischen bilden oder parallel zueinander sind.
Es ist kein Verdrehungswinkel zwischen den Einspritzungslöchern 101A, 102A vorgesehen,
so dass die Einspritzungslöcher 101A, 102A auf
der gleichen virtuellen Ebene gebildet sind und ein Winkel θ2A, der in 3(b) gezeigt ist,
null ist. Mit einem solchen Aufbau bilden der Kraftstoff, der von
dem Einspritzungsloch 101A eingespritzt wird, und der Kraftstoff,
der von dem Einspritzungsloch 102A eingespritzt wird, einen
einzelnen Strom eines Sprühstoßes, der in den
Höhlungsabschnitt 32A eingespritzt wird.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die
Sprühstoßteilungszahl n des Gruppeneinspritzungslochs
den vorhergehenden Ausdruck (9). Mehrere Reihen der Gruppeneinspritzungslöcher
sind mit einem Winkel θ3A dazwischen,
wie in 3(c) gezeigt ist, gebildet.
Die Sprühstoßteilungszahl n ist eingestellt, um
relativ groß zu sein, wenn die maximale Quetschungsgeschwindigkeit
max|VSQ| niedriger als 40 m/s ist.
-
Die
Gruppenlochdüse 10B gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist als Nächstes im Detail unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Schlitzabschnitt 35B durch
Aushölen eines Teils einer äußeren Peripherie
eines Lippenöffnungsabschnitts 33B an einer oberen
Oberfläche 31B eines Kolbens 30B gebildet.
Die Spezifikationen der Gruppenlochdüse 10B, die
für die Maschine verwendet sind, deren Quetschungsgeschwindigkeit
VSQB weiter geschwächt ist, sind
somit optimiert. Ein Öffnungsdurchmesser φDCav des Schlitzabschnitts 35B ist
größer als der Lippenöffnungsdurchmesser φDRip und kleiner als der Bohrungsdurchmesser φDBor gebildet.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Differenz θ1B zwischen einem Winkel θ101B und einem Winkel θ102B kleiner
als null eingestellt, derart, dass ein Einspritzungsloch 101B und
ein Einspritzungsloch 102B einen Divergenzwinkel dazwischen
bilden. Ein Verdrehungswinkel ist zwischen den Einspritzungslöchern 101B, 102B vorgesehen,
so dass ein Winkel θ2B, der in 4(b) gezeigt ist, gleich oder größer
als null ist. Mit einem solchen Aufbau wird, während der
Kraftstoff, der von dem Einspritzungsloch 101E eingespritzt wird,
und der Kraftstoff, der von dem Einspritzungsloch 102B eingespritzt
wird, einen einzelnen Strom eines Sprühstoßes
bilden, der Kraftstoff von den Einspritzungslöchern 101B, 102B in
den Höhlungsabschnitt 32B mit einem breiten Sprühstoßwinkel
eingespritzt.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfüllt die
Sprühstoßteilungszahl n des Gruppeneispritzungslochs
den vorhergehenden Ausdruck (9). Mehre Reihen der Gruppeneinspritzungslöcher
sind mit einem Winkel θ3B dazwischen,
wie in 4(c) gezeigt ist, gebildet.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ferner die
Sprühstoßteilungszahl n eingestellt, um relativ
groß zu sein, da die maximale Quetschungsgeschwindigkeit
max|VSQ| niedriger als 40 m/s ist,
-
Düsenspezifikationen ähnlich
zu denselben des vorliegenden Ausführungsbeispiels können
auf einen Fall angewandt sein, bei dem eine Ventilausnehmung in
einem Abschnitt der oberen Kolbenoberfläche, die zu dem
Saugventil oder dem Abblaseventil gewandt ist, anstatt des Schlitzabschnitts 35B gebildet
ist.
-
Als
Nächstes ist die Gruppenlochdüse 10C gemäß dem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
im Detail unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die maximale
Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| 40 m/s
oder höher. Statt des Höhlungsabschnitts 32 des ersten
Ausführungsbeispiels ist ein Taschenabschnitt 32C in
einer inneren peripheren Wand einer Höhlung, die in einer
oberen Oberfläche 31C eines Kolbens 30C gebildet
ist, vorgesehen. Mit einem solchen Aufbau wird eine Vortexströmung,
die in den Taschenabschnitt 32C beschränkt ist,
gestärkt, wodurch das Mischen zwischen der verdichteten
Luft und dem Kraftstoff verbessert ist und die Verbrennungseffizienz
weiter verbessert ist. Spezifikationen ähnlich zu denselben
des ersten Ausführungsbeispiels können auf die
Gruppenlochdüse 10C des vorliegenden Ausführungsbeispiels
angewandt sein, da die maximale Quetschungsgeschwindigkeit max|VSQ| 40 m/s oder höher ist.
-
6 ist
ein charakteristisches Diagramm, das eine Änderung der
Quetschungsgeschwindigkeit VSQ nahe dem
TDC in sowohl einer Maschine A (E/G A) als auch einer Maschine B
(E/G B) zeigt, die unterschiedliche Charakteristika haben. Was in
einem späteren Stadium die Verbrennung beeinflusst, ist
die umgekehrte Quetschung, die nahe dem ATDC-10-Grad (10 Grad nach
dem TDC) eine Spitze hat. Der charakteristischste Punkt der vorliegenden
Erfindung liegt in dem Aufbau eines Klassifizierens der Charakteristik
der Maschine gemäß dem maximalen Wert des Absolutwerts
der Ge schwindigkeit der umgekehrten Quetschung und des Feststellens
der Spezifikationen der Gruppenlochdüse gemäß der
Klassifikation.
-
Als
Nächstes sind Effekte der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf 7 erläutert. 7(a) ist ein charakteristisches Diagramm,
das eine Ausgangscharakterisik einer Maschine zeigt, die zum Bestätigen der
Effekte der vorliegenden Erfindung verwendet ist. Ein Verbrennungstest
wurde unter Bedingungen a und b, die in 7(a) gezeigt
sind, durchgeführt.
-
7(b) ist ein charakteristisches Diagramm,
das eine Kompromissbeziehung zwischen NOx und einer Rauchcharakteristik
von Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt. Das Vergleichsbeispiel 1
ist ein Fall, bei dem eine herkömmliche Mehreinspritzungslochdüse,
die kein Gruppeneinspritzungsloch bildet, verwendet ist. Das Vergleichsbeispiel
2 ist ein Fall, bei dem eine herkömmliche Gruppenlochdüse
verwendet ist. Es versteht sich aus 7(b) von
selbst, dass die Verbrennungseffizienz des Vergleichsbeispiels 2
verbessert ist und die Rauchcharakteristik desselben verglichen
mit dem Vergleichsbeispiel 1 leicht verbessert ist. Es versteht
sich ferner von selbst, dass die Erzeugung von NOx und die Erzeugung
des Rauchs eine Widerspruchsbeziehung haben und es schwierig ist,
sowohl NOx als auch den Rauch zu der gleichen Zeit zu reduzieren.
-
7(c) zeigt Effekte der vorliegenden Erfindung.
In 7(c) zeigt ein „ARBEITSBEISPIEL
1” ein Resultat eines Verwendens der Gruppenlochdüse
gemäß der vorliegenden Erfindung unter der Bedingung
a. „ARBEITSBEISPIEL 2” zeigt ein Resultat eines
Verwendens der Gruppenlochdüse gemäß der
vorliegenden Erfindung unter der Bedingung b. Ein „VERGLEICHSBEISPIEL
3” zeigt ein Testresultat eines Verwendens einer herkömmlichen
Düse unter der Bedingung a. Ein „VERGLEICHSBEISPIEL
4” zeigt ein Testresultat eines Verwendens einer herkömmlichen
Düse unter der Bedingung b. Es wird aus 7(c) herausgefunden,
dass die Kraftstoffeinspritzung, die eine passende Rauchcharakteristik
liefert, um die Erzeugung der Partikelstoffe zu hemmen, während
NOx gehemmt wird, unter Verwendung der Gruppenlochdüse
gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert werden
kann, deren Spe zifikationen gemäß der Quetschungsgeschwindigkeit
der Maschine unter den beiden Bedingungen a, b optimiert sind.
-
8 zeigt
ein Resultat einer Verifikation der Effekte der vorliegenden Erfindung. 8(a) zeigt eine Abweichung zwischen einem
tatsächlichen Messungswert und einem theoretischen Wert
(Berechnungswert) eines Rauchmeritums bei dem Fall, bei dem die
Gruppenlochdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung auf die Maschine A angewandt ist. 8(b) zeigt
eine Abweichung zwischen einem tatsächlichen Messungswert
und einem theoretischen Wert eines Rauchmeritums bei dem Fall, bei
dem die Gruppenlochdüse gemäß der vorliegenden
Erfindung auf die Maschine B angewandt ist. Es wird herausgefunden,
dass die Rauchcharakteristika unter Verwendung der Gruppenlochdüse
gemäß der vorliegenden Erfindung in beiden Fällen
der Maschinen A und B verbessert werden können.
-
9 zeigt
Unterschiede von Eigenschaften des Sprühstoßes
bei dem Fall, bei dem die Gruppenlochdüse gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet ist und die Spezifikationen derselben
variiert sind. Wie in 9(a) gezeigt
ist, ist die Eindringungskraft hoch, wenn das Gruppeneinspritzungsloch
gebildet ist, um den Konvergenzwinkel und/oder den Verdrehungswinkel
zu liefern. Die Eindringungskraft ist niedrig, wenn das Gruppeneinspritzungsloch
gebildet ist, um den Divergenzwinkel zu liefern. Wie in 9(b) gezeigt ist, ist der Sprühstoßwinkel
breit, wenn das Gruppeneinspritzungsloch gebildet ist, um den Divergenzwinkel
und/oder den Verdrehungswinkel zu liefern. Der Sprühstoßwinkel
ist schmal, wenn das Gruppeneinspritzungsloch gebildet ist, um den
Konvergenzwinkel zu liefern. Wie in 9(c) gezeigt
ist, ist ein Partikeldurchmesser des Sprühstoßes
(SMD) klein, wenn das Gruppeneinspritzungsloch gebildet ist, um
den Konvergenzwinkel und/oder den Verdrehungswinkel zu liefern.
Der Partikeldurchmesser des Sprühstoßes ist groß,
wenn das Gruppeneinspritzungsloch gebildet ist, um den Divergenzwinkel
zu liefern.
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
begrenzt sein, kann jedoch auf viele andere Weisen implementiert
sein, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die
beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2001-227346
A [0004]
- - JP 2001-221050 A [0004]
- - JP 2004-27955 A [0007]