DE10343597A1

DE10343597A1 - Sprühmustersteuerung mit Winkelausrichtung in einem Kraftstoffeinspritzventil und Verfahren

Info

Publication number: DE10343597A1
Application number: DE10343597A
Authority: DE
Inventors: William A. Peterson Jun.
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2004-04-15
Also published as: JP2004270685A; US20050029367A1; FR2844833A1; US7159800B2; US6789754B2; US20040056114A1

Abstract

Kraftstoffdosierkomponenten eines Kraftstoffeinspritzventils, die das Zielen von Strahlen und das Verteilen von Kraftstoff gestatten, sollen so konfiguriert sein, dass sie eine nichtabgewinkelte oder gerade Öffnung mit einer parallel zu einer Längsachse der Kraftstoffdosierkomponenten verlaufenden Achse verwenden. Dosieröffnungen befinden sich um die Längsachse herum und definieren einen ersten gedachten Kreis, der größer ist als ein zweiter gedachter oder Lochkreis, der durch eine Projektion der Dichtungsfläche auf die Dosierscheibe definiert wird, so dass alle Dosieröffnungen außerhalb des zweiten gedachten Lochkreises in einem Quadranten des Kreises angeordnet sind. Ein Kanal ist zwischen der Sitzöffnung und der Dosierscheibe ausgebildet und gestattet es dem Kraftstoffeinspritzventil, ein Sprühmuster entlang der Längsachse zu erzeugen, das einen Strömungsquerschnitt auf einer quer zur Längsachse verlaufenden gedachten Ebene bildet. Das Kraftstoffeinspritzventil der bevorzugten Ausführungsformen kann auf eine Winkelposition um die Längsachse herum kalibriert werden, um ein gewünschtes Zielen eines Strömungsquerschnitts und eine gewünschte Strömungsquerschnittsverteilung und Zerstäubung des Kraftstoffeinspritzventils zu erreichen. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Zielen des Kraftstoffströmungsquerschnitts bereitgestellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die meisten modernen Kraftfahrzeug-Kraftstoffsysteme verwenden Kraftstoffeinspritzventile zur Bereitstellung einer genauen Dosierung von Kraftstoff zur Einleitung in jede Brennkammer. Darüber hinaus zerstäubt das Kraftstoffeinspritzventil den Kraftstoff während der Einspritzung, wobei es den Kraftstoff in eine große Anzahl von sehr kleinen Teilchen zerteilt, die Oberfläche des gerade eingespritzten Kraftstoffs vergrößert und dem Oxidationsmittel, in der Regel Umgebungsluft, gestattet, sich vor der Verbrennung gründlicher mit dem Kraftstoff zu vermischen. Die Dosierung und Zerstäubung des Kraftstoffes verringert Verbrennungsemissionen und erhöht die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Motors. Im Allgemeinen gilt somit, je größer die Dosier- und Zielgenauigkeit des Kraftstoffes und je stärker die Zerstäubung des Kraftstoffs, desto geringer sind die Emissionen bei größerer Kraftstoffwirtschaftlichkeit.

Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil verwendet in der Regel eine Elektromagnetanordnung zur Beaufschlagung einer Kraftstoffdosieranordnung mit einer Betätigungskraft. In der Regel handelt es sich bei der Kraftstoffdosieranordnung um ein kolbenartiges Verschlussglied, das sich zwischen einer geschlossenen Stellung, in der das Verschlussglied in einem Sitz angeordnet ist, um zu verhindern, dass Kraftstoff durch eine Dosieröffnung in die Brennkammer entweicht, und einer geöffneten Stellung hin und her bewegt, in der das Verschlussglied von dem Sitz abgehoben ist, um zu gestatten, dass Kraftstoff durch die Dosieröffnung zur Einleitung in die Brennkammer ausgetragen wird.

Das Kraftstoffeinspritzventil ist in der Regel stromaufwärts des Einlassventils im Ansaugkrümmer oder in der Nähe eines Zylinderkopfs angebracht. Wenn sich das Einlassventil an einem Einlasskanal des Zylinders öffnet, wird Kraftstoff zum Einlasskanal gespritzt. In einer bestimmten Situation kann es wünschenswert sein, den Kraftstoffstrahl auf den Einlassventilkopf oder -schaft zu zielen, während es in einer anderen Situation wünschenswert sein kann, den Kraftstoffstrahl auf den Einlasskanal anstatt auf das Einlassventil zu richten. In beiden Situationen kann das Zielen des Kraftstoffstrahls durch das Sprüh- oder Kegelmuster beeinflusst werden. Wenn das Kegelmuster eine große, divergierende Kegelform aufweist, kann der gespritzte Kraftstoff auf eine Fläche des Einlasskanals auftreffen, anstelle auf sein beabsichtigtes Ziel. Wenn, umgekehrt, das Kegelmuster eine enge Divergenz aufweist, zerstäubt der Kraftstoff möglicherweise nicht und könnte sich sogar wieder zu einem Flüssigkeitsstrom kombinieren. In beiden Fällen kann sich dadurch eine unvollständige Verbrennung ergeben, was zu einer Erhöhung unerwünschter Abgasemissionen führt.

Durch die Zylinderkopfkonfiguration, die Einlassgeometrie und den Einlasskanal, die für jede Motorausführung spezifisch sind, werden die Ziel- und Sprühmusteranforderungen verkompliziert. Infolgedessen ist es möglich, dass ein für ein bestimmtes Kegelmuster und ein spezielles Zielen des Kraftstoffstrahls ausgeführtes Kraftstoffeinspritzventil bei einer Motorkonfigurationsart besonders gut arbeitet, aber bei Installation in einer anderen Motorkonfigurationsart mit Emissions- und Fahrverhaltenproblemen behaftet ist. Da immer mehr Fahrzeuge unter Verwendung verschiedener Motorkonfigurationen (zum Beispiel: Reihen-Vierzylinder, Reihen-Sechszylinder, V6, V8, V12, W8 usw.) hergestellt werden, sind darüber hinaus die Emissionsvorschriften strenger geworden, was zu größeren Anforderungen an Dosierung, Zielen der Strahlen und Sprüh- oder Kegelmuster des Kraftstoffeinspritzventils für jede Motorkonfiguration führt.

Es wird angenommen, dass bekannte Dosieröffnungen, die in einem Winkel zu einer Längsachse eines Kraftstoffeinspritzventils ausgebildet sind (das heißt „abgewinkelte Dosieröffnungen" davon) und die in einem kreisförmigen Muster entlang der Längsachse angeordnet sind, eine größere Symmetrie und einen größeren Spielraum bei der Konfiguration des Kraftstoffeinspritzventils zum Betrieb mit verschiedenen Motorkonfigurationen gestatten, während ein akzeptables Maß an Kraftstoffzerstäubung erreicht wird (das quantitativ als mittlerer Sauterdurchmesser (SMD – Sauter-Mean-Diameter) bestimmbar ist). Es wird jedoch angenommen, dass die Herstellung von abgewinkelten Dosieröffnungen derzeit besondere Maschinen, geschultes Bedienpersonal und größere Unwirtschaftlichkeiten erfordert als nichtabgewinkelte Dosieröffnungen. Selbst wenn die abgewinkelten Dosieröffnungen konkurrenzfähig mit den nichtabgewinkelten Öffnungen hergestellt werden können, ist es immer noch möglich, dass die abgewinkelten Dosieröffnungen eine ungleichmäßige Kraftstoffverteilung aufweisen.

Es wäre es von Vorteil, ein Kraftstoffeinspritzventil zu entwickeln, bei dem nichtabgewinkelte Dosieröffnungen verwendet werden können, um das Zielen von Strahlen und die Verteilung von Strahlen von Kraftstoff zu steuern. Des Weiteren wäre es von Vorteil, ein Kraftstoffeinspritzventil zu entwickeln, bei dem eine stärkere Zerstäubung oder ein genaues Zielen so geändert werden kann, dass sie einem besonderen Zielen des Kraftstoffs und einem besonderen Kegelmuster von einer Motorkonfigurationsart zur Nächsten Rechnung tragen.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt das Zielen von Kraftstoff und das Verteilen von Kraftstoffstrahlen mit einem akzeptablen Maß an Kraftstoffzerstäubung und nichtabgewinkelten Dosieröffnungen bereit. Die vorliegende Erfindung gestattet es, dass sich ein Kraftstoffsprühmuster eines Einspritzventils einem Strömungsquerschnitt stromabwärts des Kraftstoffeinspritzventils nähert, so dass sich unabhängig von einer Drehausrichtung des Kraftstoffeinspritzventils um die Längsachse herum der Strömungsquerschnitt erreichen lässt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil enthält ein Gehäuse, einen Sitz, ein Verschlussglied und eine Dosierscheibe. Das Gehäuse weist einen Durchgang auf, der sich entlang einer Längsachse zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt. Der Sitz weist eine zum Einlass weisende Dichtungsfläche, die eine Sitzöffnung bildet, wobei eine Anschlusssitzfläche von der Dichtungsfläche beabstandet ist und zum Auslass weist, und eine erste Kanalfläche, die allgemein schräg zur Längsachse verläuft und zwischen der Sitzöffnung und der Anschlusssitzfläche angeordnet ist, auf. Das Verschlussglied ist im Durchgang angeordnet und grenzt an der Dichtungsfläche an, so dass es in einer Position einen Kraftstoffstrom durch die Sitzöffnung allgemein ausschließt. Ein magnetisches Stellglied ist in der Nähe des Verschlussglieds angeordnet, so dass das Stellglied bei Erregung das Verschlussglied von der Dichtungsfläche des Sitzes weg positioniert, um Kraftstoffstrom durch den Durchgang und am Verschlussglied vorbei zu gestatten. Die Dosierscheibe befindet sich nahe am Sitz und enthält eine zweite Kanalfläche, die der ersten Kanalfläche gegenüberliegt, so dass ein Strömungskanal gebildet wird. Die Dosierscheibe weist mindestens zwei Dosieröffnungen auf, die sich außerhalb des ersten gedachten Kreises befinden. Die mindestens zwei Dosieröffnungen befinden sich um die Längsachse herum, wobei zwischen benachbarten Dosieröffnungen ein im Wesentlichen gleicher bogenförmiger Abstand besteht. Jede Dosieröffnung erstreckt sich allgemein parallel zur Längsachse zwischen der zweiten Kanalfläche und einer von dieser beabstandeten Außenfläche, so dass bei Erregung des magnetischen Stellglieds zur Bewegung des Verschlussglieds ein Kraftstoffstrom durch die Dosieröffnungen ein Sprühmuster erzeugt, das eine orthogonal zur Längsachse verlaufende, gedachte Ebene schneidet, und einen Strömungsquerschnitt mit mehreren verschiedenen Radien aufweist, wobei einer der Radien des Strömungsquerschnitts einen maximalen Radius umfasst, der bei Drehung um die Längsachse einen kreisförmigen Bereich definiert, der größer ist als ein vom Strömungsquerschnitt abgedeckter Abschnitt, so dass ein Zielen des Sprühmusters die Ausrichtung der Dosieröffnungen um die Längsachse herum erfordert.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zielen eines Kraftstoffströmungsquerschnitts um eine Längsachse herum bereitgestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil enthält einen Durchgang, der sich entlang einer Längsachse zwischen einem Einlass und einem Auslass erstreckt, einen Sitz und eine Dosierscheibe. Der Sitz, weist eine zum Einlass weisende Dichtungsfläche auf, die eine Sitzöffnung bildet. Der Sitz weist eine von der Dichtungsfläche beabstandete und zum Auslass weisende Anschlusssitzfläche und eine erste Kanalfläche, die allgemein schräg zur Längsachse verläuft und zwischen der Sitzöffnung und der Anschlusssitzfläche angeordnet ist, auf. Das Verschlussglied ist im Durchgang angeordnet und grenzt an der Dichtungsfläche an, so dass es in einer Stellung einen Kraftstoffstrom durch die Sitzöffnung allgemein ausschließt, und in einer anderen, von der Dichtungsfläche beabstandeten Stellung angeordnet, um einen Kraftstoffstrom durch den Durchgang und durch die Sitzöffnung zu gestatten. Die Dosierscheibe weist mindestens zwei Dosieröffnungen auf. Jede Dosieröffnung verläuft zwischen einer zweiten Fläche und einer Außenfläche entlang der Längsachse, wobei die zweite Fläche zur ersten Kanalfläche weist. Das Verfahren kann zum Teil dadurch durchgeführt werden, dass man die mindestens zwei Dosieröffnungen außerhalb des ersten gedachten Kreises anordnet, wobei sich die Dosieröffnungen allgemein parallel zur Längsachse durch die zweite Fläche und die Außenfläche der Dosierscheibe erstrecken; dass man bei Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils einen Kraftstoffstrom durch die mindestens zwei Dosieröffnungen leitet, so dass ein eine orthogonal zur Längsachse verlaufende gedachte Ebene schneidender Kraftstoffströmungsweg einen Strömungsquerschnitt mit mehreren verschiedenen Radien um die Längsachse herum definiert, wobei einer der Radien einen maximalen Radius umfasst, der bei Drehung um die Längsachse einen kreisförmigen Bereich definiert, der größer ist als der Strömungsquerschnitt; und dass man den Strömungsquerschnitt um die Längsachse ausrichtet, um ein Zielen des Strömungsquerschnitts auf einen anderen Teil des kreisförmigen Bereichs einzustellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die hier mit aufgenommen sind und einen Teil dieser Schrift bilden, stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar und dienen zusammen mit der oben angeführten allgemeinen Beschreibung und der unten angeführten ausführlichen Beschreibung dazu, die Merkmale der Erfindung zu erläutern.
1 stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils dar.
2A stellt eine Nah-Querschnittsansicht eines Auslassendes des Kraftstoffeinspritzventils nach 1 dar.
2B stellt eine weitere Nah-Querschnittsansicht der bevorzugten Ausführungsform der Kraftstoffdosierkomponenten dar und zeigt insbesondere die verschiedenen Beziehungen zwischen verschiedenen Komponenten der Untergruppe.
2B und 2C stellen zwei Nahansichten zweier bevorzugter Ausführungsformen der Kraftstoffdosierkomponenten dar, die insbesondere die verschiedenen Beziehungen zwischen verschiedenen Komponenten der Kraftstoffdosierkomponenten zeigen.
2D stellt eine allgemein lineare Beziehung zwischen der Sprühkegelgröße δ der die Dosieröffnung verlassenden Kraftstoffstrahlen zu einer radialen Geschwindigkeitskomponente der Kraftstoffdosierkomponenten dar.
3 stellt eine perspektivische Ansicht des Auslassendes des Kraftstoffeinspritzventils nach 2A dar, das einen Strömungsquerschnitt bildet, wenn die Kraftstoffstrahlen eine orthogonal zur Längsachse verlaufende gedachte Ebene schneiden.
4 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der an einem Lochkreis angeordneten Dosierscheibe dar.
5 stellt eine Beziehung zwischen einem Verhältnis t/D jeder Dosieröffnung bezüglich der Sprühkegelgröße für eine bestimmte Konfiguration des Kraftstoffeinspritzventils dar.
6A, 6B und 6C stellen dar, wie sich die Form des Strömungsquerschnitts mit zunehmender Anzahl von Dosieröffnungen und, damit einhergehend, abnehmender Kegelgröße des konischen Sprühmusters einem kreisförmigen Bereich nähert.
7A und 7B stellen das Kraftstoffeinspritzventil mit einem Sprühmuster dar, das bei Betätigung einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzventils erzeugt wird.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1–7 stellen die bevorzugten Ausführungsformen dar. Insbesondere wird in 1 ein Kraftstoffeinspritzventil 100 mit einer bevorzugten Ausführungsform der Dosierscheibe 10 dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzventil 100 enthält: Ein Kraftstoffeinlassrohr 110, ein Einstellrohr 112, eine Filteranordnung 114, eine Spulenanordnung 120, eine Schraubenfeder 116, einen Anker 124, ein Verschlussglied 126, einen nichtmagnetischen Mantel 110a, eine erste Umspritzung 118, einen Körper 132, einen Körpermantel 132a, eine zweite Umspritzung 119, ein Spulenanordnungsgehäuse 121, ein Führungsglied 127 für das Verschlussglied 126, einen Sitz 134 und eine Dosierscheibe 10.
Das Führungsglied 127, der Sitz 134 und die Dosierscheibe 10 bilden einen Stapel, der am Auslassende des Kraftstoffeinspritzventils 100 über ein geeignetes Verbindungsverfahren, wie zum Beispiel Quetschen, Schweißen, Verkleben oder Vernieten, angekoppelt ist. Der Anker 124 und das Verschlussglied 126 sind zur Bildung einer Anker-/Verschlussgliedanordnung miteinander verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Fachmann die Anordnung aus einer einzigen Komponente herstellen könnte. Die Spulenanordnung 120 enthält einen Spulenkörper aus Kunststoff, auf den eine elektromagnetische Spule 122 aufgewickelt ist.
Die jeweiligen Abschlüsse der Spule 122 sind mit jeweiligen Anschlüssen 122a, 122b verbunden, die mit einer als ein integraler Teil der Umspritzung 118 gebildeten Umfassung 118a geformt sind und damit zusammenwirken, so dass ein elektrischer Verbinder zur Verbindung des Kraftstoffeinspritzventils mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Steuerschaltung gebildet wird, die das Kraftstoffeinspritzventil betätigt.
Das Kraftstoffeinlassrohr 110 kann ferromagnetisch sein und enthält eine Kraftstoffeinlassöffnung am freiliegenden oberen Ende. Die Filteranordnung 114 kann in der Nähe des offenen oberen Endes des Einstellrohrs 112 angebracht sein, um jegliches, eine bestimmte Größe überschreitendes Teilchenmaterial aus dem durch die Einlassöffnung eintretenden Kraftstoff herausfiltern, bevor der Kraftstoff in das Einstellrohr 112 eintritt.
Beim kalibrierten Kraftstoffeinspritzventil ist das Einstellrohr 112 axial zu einer axialen Stelle im Kraftstoffeinlassrohr 110 angeordnet worden, die die Vorspannfeder 116 auf eine bestimmte Vorspannkraft komprimiert, welche gegen das Anker-/Verschlussglied drückt, so dass das abgerundete Spitzenende des Verschlussglieds 126 auf den Sitz 134 angeordnet werden kann, um das mittlere Loch durch den Sitz zu schließen. Vorzugsweise sind die Rohre 110 und 112 zusammengequetscht, um ihre jeweilige axiale Positionierung nach Durchführung der Einstellkalibrierung zu behalten.
Nach dem Durchqueren des Einstellrohrs 112 tritt der Kraftstoff in einen Raum ein, der durch Zusammenwirken einander gegenüberliegender Enden des Einlassrohrs 110 und des Ankers 124 definiert wird und die Vorspannfeder 116 enthält. Der Anker 124 enthält einen Durchgang 128, der den Raum 125 mit einem Durchgang 113 im Körper 130 in Verbindung setzt, und das Führungsglied 127 enthält Kraftstoffdurchgangslöcher 127a, 127b. Dadurch wird gestattet, dass Kraftstoff aus dem Raum 125 durch die Durchgänge 113, 128 zu dem Sitz 134 strömen kann.
Der nichtferrogmagnetische Mantel 110a kann zum Beispiel durch eine hermetische Laserschweißung zusammenschiebbar an dem unteren Ende des Einlassrohrs 110 angebracht und damit verbunden sein. Der Mantel 110a weist einen röhrenförmigen Hals auf, der über einen röhrenförmigen Hals am unteren Ende des Kraftstoffeinlassrohrs 110 zusammenschiebbar ist. Des Weiteren weist der Mantel 110a eine Schulter auf, die sich vom Hals radial nach außen erstreckt. Der Körpermantel 132a kann ferromagnetisch sein und auf fluidddichte Weise, vorzugsweise auch durch eine hermetische Laserschweißung, mit dem nicht-ferromagnetischen Mantel 110a verbunden sein.
Das obere Ende des Körpers 130 passt eng in das untere Ende des Körpermantels 132a, und diese beiden Teile sind vorzugsweise durch Laserschweißen auf fluiddichte Weise miteinander verbunden. Der Anker 124 kann durch die Innenwand des Körpers 130 zur Ausführung einer axialen Hin- und Herbewegung geführt werden. Eine weitere Axialführung der Anker-/Verschlussgliedanordnung kann durch ein mittleres Führungsloch im Glied 127 vorgesehen werden, durch das sich das Verschlussglied 126 erstreckt.
Vor einer Erörterung der Kraftstoffdosierkomponenten nahe dem Auslassende des Kraftstoffeinspritzventils 100 sei darauf hingewiesen, dass die bevorzugten Ausführungsformen eines Sitzes und einer Dosierscheibe des Kraftstoffeinspritzventils 100 eine Auswahl des Zielens des Kraftstoffsprühmusters (das heißt der Kraftstoffstrahlentrennung) gestatten, ohne dass man auf abgewinkelte Öffnungen angewiesen ist. Des Weiteren gestatten die bevorzugten Ausführungsformen die Auswahl des Kegelmusters (das heißt ein eng oder breit divergierendes Kegelsprühmuster) auf Grundlage dessen, dass die bevorzugte Raumausrichtung der Innenwandflächen der Dosieröffnungen parallel zur Längsachse verläuft (das heißt, so dass die Längsachse der Wandflächen parallel zur Längsachse verläuft).
Es wird nunmehr auf eine Nahansicht der Kraftstoffdosierkomponenten des Kraftstoffeinspritzventils nach 2A Bezug genommen, das ein Verschlussglied 126, einen Sitz 134 und eine Dosierscheibe 10 enthält. Das Verschlussglied 126 enthält ein Glied 126a mit einer kugelförmigen Fläche, das an einem distal zum Anker liegenden Ende angeordnet ist. Das kugelförmige Glied 126a nimmt den Sitz 134 an der Sitzfläche 134a in Eingriff, so dass eine allgemeine Linienkontaktdichtung zwischen den beiden Gliedern gebildet wird. Die Sitzfläche 134a verjüngt sich radial nach unten und nach innen zur Sitzöffnung 135, so dass die Fläche 134a schräg zur Längsachse A-A verläuft. Die Dichtung kann als ein Dichtungskreis 140 definiert werden, der durch angrenzenden Eingriff des kugelförmigen Glieds 126a mit der Sitzfläche 134a gebildet wird, hier in den 2A und 3 gezeigt. Der Sitz 134 enthält eine Sitzöffnung 135, die sich allgemein entlang der Längsachse A-A der Dosierscheibe erstreckt, und wird durch eine allgemein zylindrische Wand 134b gebildet. Vorzugsweise befindet sich eine Mitte 135a der Sitzöffnung 135 allgemein auf der Längsachse A-A. Nach der Verwendung hierin bezeichnen die Begriffe „stromaufwärts" und „stromabwärts" den Kraftstoffstrom allgemein in einer Richtung vom Einlass durch den Auslass des Kraftstoffeinspritzventils, während sich die Begriffe „nach innen" und „nach außen" auf Richtungen auf die Längsachse A-A zu bzw. von ihr weg beziehen. Und die Längsachse A-A ist als die Längsachse der Dosierscheibe definiert, die bei den bevorzugten Ausführungsformen mit einer Längsachse des Kraftstoffeinspritzventils zusammenfällt.
Stromabwärts der kreisförmigen Wand 134b verjüngt sich der Sitz 134 entlang einem Teil 134c in Richtung einer ersten Dosierscheibenfläche 134e, die um eine Dicke „t" von einer zweiten Dosierscheibenfläche oder Außenfläche 134f beabstandet ist. Die Verjüngung des Teils 134c kann vorzugsweise linear oder bezüglich der Längsachse A-A krummlinig sein, wie zum Beispiel eine lineare Verjüngung 134 (2B) oder eine krummlinige Verjüngung 134c', die eine gekrümmte Verbundkuppel bildet (2C).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Verjüngung des Teils 134c linear verjüngt (2B) in einer nach unten und nach außen verlaufenden Richtung in einem Verjüngungswinkel β von der Sitzöffnung 135 weg zu einer Stelle radial an mindestens einer Dosieröffnung 142 vorbei. An dieser Stelle erstreckt sich der Sitz 134 längs der Längsachse und verläuft vorzugsweise parallel zu ihr, so dass vorzugsweise eine zylindrische Wandfläche 134d gebildet wird. Die Wandfläche 134d erstreckt sich nach unten und anschließend in einer allgemein radialen Richtung, so dass eine Unterseite 134e gebildet wird, die vorzugsweise senkrecht zur Längsachse A-A verläuft. Als Alternative dazu kann sich der Teil 134c bis zur Fläche 134e des Sitzes 134 erstrecken. Vorzugsweise beträgt der Verjüngungswinkel β ca. 10 Grad bezüglich einer quer zur Längsachse A-A verlaufenden Ebene. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Verjüngung, wie in 2C gezeigt, um eine krummlinige Verjüngung 134c' zweiter Ordnung, die sich für Anwendungen eignet, die möglicherweise eine strengere Kontrolle der konstanten Geschwindigkeit des Kraftstoffstroms benötigen. Im Allgemeinen wird jedoch angenommen, dass sich die lineare Verjüngung 134c für ihren beabsichtigten Zweck bei den bevorzugten Ausführungsformen eignet.
Die Innenfläche 144 der Dosierscheibe 10 nimmt nahe des Außenumfangs der Dosierscheibe 10 die Unterseite 134e entlang einer allgemein ringförmigen Kontaktfläche in Eingriff. Die Sitzöffnung 135 ist vorzugsweise vollständig innerhalb des Umfangs, das heißt eines durch eine gedachte Linie, die die Mitte jeder von mindestens zwei Dosieröffnungen 142 verbindet, definierten und um die Längsachse symmetrischen „Lochkreises" 150 angeordnet. Das heißt, eine gedachte Verlängerung der Fläche des Sitzes 135 erzeugt einen gedachten Öffnungskreis 151 (4A), der sich vorzugsweise im Lochkreis 150 von Dosieröffnungen befindet, der im gleichen bogenförmigen Abstand zwischen benachbarten Dosieröffnungen angeordnet ist.
Die gedachten Querschnittsverlängerungen der Verjüngung der Sitzfläche 134b konvergieren auf der Dosierscheibe zur Erzeugung eines gedachten Kreises 152 (2B und 4). Des Weiteren konvergieren die gedachten Verlängerungen zu einem Scheitel 139a, der sich im Querschnitt der Dosierscheibe 10 befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der gedachte Kreis 152 der Sitzfläche 134b im Lochkreis 150 der Dosieröffnungen. Der Lochkreis 150 befindet sich vorzugsweise vollständig außerhalb des gedachten Kreises 152. Es wird bevorzugt, dass sich alle der Dosieröffnungen 142 außerhalb des gedachten Kreises 152 befinden, so dass sich ein Rand jeder Dosieröffnung auf einem Teil der Grenze des gedachten Kreises befindet, aber nicht innerhalb des gedachten Kreises liegt. Vorzugsweise umfassen die mindestens zwei Dosieröffnungen 142 zwei bis sechs Dosieröffnungen, die gleichmäßig um die Längsachse beabstandet sind.
Zwischen der Sitzöffnung 135 des Sitzes 134 und der Innenfläche 144 der Dosierscheibe 10 ist ein allgemein ringförmiger Kanal 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit gebildet, der hier in 2A dargestellt wird. Insbesondere ist der Kanal 146 anfangs an einem Innenrand 138a zwischen der vorzugsweise zylindrischen Fläche 134b und der sich vorzugsweise linear verjüngenden Fläche 134c gebildet und schließt an einem Außenrand 138b in der Nähe der vorzugsweise zylindrischen Fläche 134d und der Anschlussfläche 134e ab. Wie in den 2B und 2C zu sehen, ändert sich die Querschnittsfläche des Kanals mit der Erstreckung des Kanals vom Innenrand 138a nahe des Sitzes zum Außenrand 138b außerhalb der mindestens einen Dosieröffnung 142, so dass der Kraftstoffstrom mit einer radialen Geschwindigkeit zwischen der Öffnung und der mindestens einen Dosieröffnung beaufschlagt wird.
Das heißt, es ist eine physikalische Darstellung einer besonderen Beziehung entdeckt worden, die es dem Kanal 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit gestattet, das durch den Kanal 146 strömende Fluid mit einer konstanten Geschwindigkeit zu beaufschlagen. In dieser Beziehung verjüngt sich der Kanal 146 von einer ersten zylindrischen Fläche, die durch das Produkt aus der Konstanten Pi (π), einer größeren Höhe h₁ mit entsprechendem radialen Abstand D₁ definiert wird, nach außen zu einer im Wesentlichen gleichen zweiten zylindrischen Fläche, die durch das Produkt aus der Konstanten Pi (π), einer geringeren Höhe h₂ mit entsprechend größerem radialen Abstand D₂ definiert wird. Vorzugsweise ist ein Produkt aus der Höhe h₁, dem Abstand D₁ und π ungefähr gleich dem Produkt aus der Höhe h₂, dem Abstand D₂ und π (das heißt D₁*h₁*π = D₂*h₂*π oder D₁*h₁ = D₂*h₂ ) , das durch eine Verjüngung gebildet wird, die entweder linear oder krummlinig sein kann. Es wird angenommen, dass die Höhe h2 insofern mit der Verjüngung in Beziehung steht, als mit größer werdender Höhe h₂ ein größerer Verjüngungswinkel β erforderlich wird und je kleiner die Höhe h2 ist, desto kleiner der erforderliche Verjüngungswinkel β sein kann. Zwischen der vorzugsweise linearen Wandfläche 134d und einer Innenfläche der Dosierscheibe 10 ist ein ringförmiger Raum 148, der vorzugsweise eine zylindrische Form mit einer Länge D₂ aufweist, gebildet. Wie in den 2A und 3 gezeigt, wird durch den Kanal 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit stromabwärts der Sitzöffnung 135 ein Stumpf gebildet, welcher vorzugsweise an einen durch den ringförmigen Raum 148 gebildeten rechtwinkligen Zylinder angrenzt.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Zylinder des ringförmigen Raums 148 nicht verwendet, und stattdessen wird ein Stumpf gebildet, der einen Teil des Kanals 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit bildet. Das heißt, die Kanalfläche 134c erstreckt sich über die ganze Strecke zu der an der Dosierscheibe 10 angrenzenden und in den 2B und 2C gestrichelt gezeigten Fläche 134e. Bei dieser Ausführungsform kann die Höhe h₂ durch Verlängerung des Abstands D₂ von der Längsachse A-A zu einer gewünschten, quer dazu liegenden Stelle und Messen der Höhe h₂ zwischen der Dosierscheibe 10 und der gewünschten Stelle des Abstands D₂ definiert werden. Es wird angenommen, dass die Kanalfläche bei dieser Ausführungsform dazu neigt, ein Sackvolumen des Sitzes zu vergrößern, was bei verschiedenen Kraftstoffeinspritzventilanwendungen unerwünscht sein kann. Vorzugsweise kann der gewünschte Abstand D₂ durch einen Schnittpunkt einer Querebene definiert werden, die die Kanalfläche 134c oder 134c' an einer Stelle schneidet, die sich mindestens 25 Mikrometer außerhalb des radial am weitesten außen liegenden Umfangs jeder Dosieröffnung 142 befindet.
Es wird angenommen, dass durch Bereitstellung einer konstanten Geschwindigkeit des durch den Kanal 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit strömenden Kraftstoffs eine Empfindlichkeit der Position der mindestens zwei Dosieröffnungen 142 bezüglich der Sitzöffnung oder der Längsachse beim Zielen und Verteilen der Strahlen auf ein Minimum reduziert wird. Das heißt, aufgrund von Herstellungstoleranzen kann es schwierig sein, eine akzeptable Konzentrizität der Anordnung von Dosieröffnungen 142 bezüglich der Sitzöffnung 135 oder der Längsachse zu erreichen. Somit wird angenommen, dass Merkmale der bevorzugten Ausführungsform eine Dosierscheibe für ein Kraftstoffeinspritzventil bereitstellen, von der angenommen wird, dass sie weniger empfindlich für Konzentrizitätsabweichungen zwischen der Anordnung von Dosieröffnungen 142 auf dem Lochkreis 150 und der Sitzöffnung 135 ist. Weiterhin ist in einem Labor festgestellt worden, dass die Kraftstoffeinspritzventile der bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zu bekannten nichtabgewinkelte Öffnungen verwendenden Kraftstoffeinspritzventilen unter den gleichen Betriebsparametern (z. B. Kraftstoffdruck, Kraftstoffart, Umgebungs- und Kraftstofftemperatur), die aber nicht wie die bevorzugten Ausführungsformen konfiguriert sind, eine bessere Kraftstoffzerstäubung von allgemein zwischen 10 und 15 Prozent (über Messungen des Sauterdurchmessers) für die Kraftstoffstrahlen der Kraftstoffeinspritzventile der bevorzugten Ausführungsformen erreicht haben. Des Weiteren lassen sich die Dosierkomponenten unter Verwendung erprobter Verfahren, wie zum Beispiel Ausschneiden, Gießen, Stanzen, Anprägen und Schweißen, herstellen, ohne dass auf spezielle Maschinen, Bediener oder Techniken zurückgegriffen werden muss.
Weiterhin ist nicht nur entdeckt worden, dass sich die Strömung auf einer allgemein konstanten Geschwindigkeit durch eine bevorzugte Konfiguration des Kanals 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit befindet, um an einer Kegelgröße δ als Funktion der radialen Geschwindigkeitskomponente des Kraftstoffstroms zu divergieren (2D), sondern auch, dass die Strömung durch die Dosieröffnungen 142 dazu neigt, mindestens zwei Wirbel in den Dosieröffnungen zu erzeugen. Die mindestens zwei in der Dosieröffnung erzeugten Wirbel können durch Modellierung einer bevorzugten Konfiguration der Kraftstoffdosierkomponenten durch Computational Fluid Dynamics bestätigt werden, von der angenommen wird, dass sie die wahre Beschaffenheit der Fluidströmung durch die Dosieröffnung darstellt. Wie in 4B gezeigt, neigen zum Beispiel von der Sitzöffnung 135 radial nach außen verlaufende Strömungslinien dazu, sich in der Nähe der Öffnung 142a allgemein nach innen zu krümmen, so dass mindestens zwei Wirbel 143a und 143b in einem Umfang der Dosieröffnung 142a gebildet werden, die, so die Annahme, die Zerstäubung des aus jeder der Dosieröffnungen 142 austretenden Kraftstoffstroms verbessern. Durch Bereitstellung von mindestens zwei Dosieröffnungen bildet, wie in 3 dargestellt, der Kraftstoffstrom durch die Dosierscheibe des Weiteren ein Sprühmuster 161, das eine orthogonal zur Längsachse A-A verlaufende gedachte Ebene 162 schneidet, so dass ein Strömungsquerschnitt 164 gebildet wird. Der Strömungsquerschnitt 164 weist mehrere ungleiche Radien auf, die sich von der Längsachse aus erstrecken, wie zum Beispiel R1, R2 und R3 (6A–6C). Der Strömungsquerschnitt 164 kann auch allgemein symmetrisch um die Längsachse A-A sein (6A–6C und 7A–7B).
Es ist entdeckt worden, dass durch Beaufschlagung des durch die Sitzöffnung 135 strömenden Kraftstoffs mit einer anderen radialen Geschwindigkeit eine Sprühkegelgröße δ, die sich aus einem Kraftstoffstrom durch die mindestens zwei Dosieröffnungen ergibt ( 7A), als eine allgemein lineare Funktion der radialen Geschwindigkeit in 2D geändert werden kann. Das heißt, eine Erhöhung einer radialen Geschwindigkeitskomponente des durch den Kanal strömenden Kraftstoffs führt zu einer Vergrößerung der Sprühkegelgröße δ, und eine Verringerung der radialen Geschwindigkeitskomponente des Kraftstoffstroms durch den Kanal führt zu einer Verkleinerung der Sprühkegelgröße δ. Bei einer hier in 2D gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird zum Beispiel durch Änderung einer radialen Geschwindigkeitskomponente des (zwischen der Öffnung 135 und den mindestens zwei Dosieröffnungen 142 durch den Kanal 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit) strömenden Kraftstoffs von ca. 8 Meter/Sekunde auf ca. 13 Meter/Sekunde die Sprühkegelgröße δ entsprechend von ca. 13 Grad auf ca. 26 Grad geändert. Die radiale Geschwindigkeit kann geändert werden, indem vorzugsweise die Konfiguration der Kraftstoffdosierkomponenten (einschließlich D₁, h₁, D₂ oder h₂ des Kanals 146 mit gesteuerter Geschwindigkeit) geändert wird, die Durchflussrate des Kraftstoffeinspritzventils geändert wird, oder durch eine Kombination aus beiden.
Darüber hinaus ist auch entdeckt worden, dass die Kegelgröße δ der Kraftstoffstrahlen mit dem Streckungsverhältnis t/D in Beziehung steht, wobei „t" gleich einer Durchgangslänge der Öffnung und „D" der größte diametrale Abstand zwischen den Innenflächen der Öffnung ist. Das Verhältnis t/D kann von 0,3 bis 1,0 oder darüber geändert werden. Mit zunehmendem oder abnehmendem Streckungsverhältnis wird die Kegelgröße δ dementsprechend schmaler oder breiter. Wenn der Abstand D konstant gehalten wird, wird die Kegelgröße δ mit größerer Dicke „t" schmaler. Umgekehrt, wenn die Dicke „t" bei konstantgehaltenem Abstand D kleiner ist, ist die Kegelgröße δ breiter. Insbesondere steht die Kegelgröße δ in linearer und umgekehrter Beziehung zu dem Streckungsverhältnis t/D, hier in 5 für eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt. Wenn sich das Verhältnis von ca. 0,3 auf ca. 0,7 ändert, ändert sich hier allgemein die Kegelgröße δ linear und umgekehrt von ca. 22 Grad bis auf ca. 8 Grad. Es wird somit angenommen, dass sich eine Kegelgröße δ erreichen lässt, indem entweder der Geschwindigkeitskanal 146 und der Raum 148 wie oben erörtert konfiguriert werden oder das Streckungsverhältnis t/D, während sich die Symmetrie des Strömungsquerschnitts 164 durch die Anzahl von gleichmäßig um die Längsachse beabstandeten Dosieröffnungen konfigurieren lässt. Obgleich die Durchgangslänge „t" (das heißt die Länge der Dosieröffnung entlang der Längsachse A-A) in der Darstellung nach 2B im Wesentlichen gleich der Dicke der Dosierscheibe 10 ist, sei darauf hingewiesen, dass sich die Dicke der Dosierscheibe von der Durchgangslänge „t" der Dosieröffnung 142 unterscheiden kann.
Die Dosierscheibe 10 weist mindestens zwei Dosieröffnungen 142 auf. Jede Dosieröffnung 142 weist eine Mitte auf, die sich allgemein auf einem gedachten „Lochkreis" 150, der hier in 4 gezeigt wird, befindet. Der Übersicht halber wird in den 3 und 4A jede Dosieröffnung als 142a, 142b, 142c usw. bezeichnet. Obgleich jede Dosieröffnung 142 vorzugsweise kreisförmig ist, so dass der Abstand D allgemein gleich dem Durchmesser der kreisförmigen Öffnung ist (das heißt zwischen diametralen Innenflächen der kreisförmigen Öffnung), können auch andere Öffnungskonfigurationen, wie zum Beispiel eine quadratische, rechteckige oder bogenförmige oder Schlitze, verwendet werden. Die Dosieröffnungen 142 sind in einer vorzugsweise kreisförmigen Konfiguration angeordnet, die bei einer bevorzugten Ausführungsform allgemein konzentrisch zu dem gedachten Kreis 152 sein kann. Ein gedachter Sitzöffnungskreis 151 (4A) wird durch eine gedachte Projektion der Öffnung 135 auf die Dosierscheibe gebildet, so dass sich der gedachte Sitzöffnungskreis 151 außerhalb des gedachten Kreises 152 befindet und vorzugsweise allgemein konzentrisch zu sowohl dem ersten als auch dem zweiten gedachten oder Lochkreis 150 ist. Die bevorzugte Konfiguration der Dosieröffnungen 142 und des Kanals gestattet, dass ein Kraftstoffströmungsweg „F", der sich radial von der Öffnung 135 des Sitzes in einer beliebigen Radialrichtung von der Längsachse weg zu der Dosierscheibe erstreckt, zu einer Dosieröffnung verläuft.
Neben dem Zielen von Strahlen unter Einstellung der radialen Geschwindigkeit und Bestimmung der Kegelgröße δ durch den Kanal mit gesteuerter Geschwindigkeit bzw. das Streckungsverhältnis t/D, kann des Weiteren bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform eine Raumausrichtung der nichtabgewinkelten Öffnungen 142 dazu verwendet werden, die Form des Kraftstoffsprühmusters durch Ändern des bogenförmigen Abstands "L" zwischen den Dosieröffnungen 142 entlang einem Lochkreis 150 zu gestalten. Die 6A–6C zeigen die Auswirkung der Anordnung der Dosieröffnungen 142 auf allmählich kleiner werdenden, gleichen, bogenförmigen Abständen zwischen benachbarten Dosieröffnungen 142, um eine akzeptable Symmetrie des Strömungsquerschnitts 164 bei entsprechenden Verkleinerungen der Kegelgröße δ zu erreichen. Diese Auswirkung lässt sich ausgehend von der Dosierscheibe 10 und weiter bis zu den Dosierscheiben 10a und 10b erkennen.
In 6A wird durch relativ große, gleiche, bogenförmige Abstände L₁ zwischen den Dosieröffnungen bezüglich einander ein breites Kegelmuster gebildet. Das Kegelmuster der Kraftstoffstrahlen schneidet eine (orthogonal zur Längsachse verlaufende) gedachte Ebene und definiert so einen allgemein symmetrischen Strömungsquerschnitt um die Längsachse herum. Der allgemein symmetrische Strömungsquerschnitt weist mehrere Radien R1, R2, R3 usw. auf, die sich von der Längsachse aus erstrecken und allgemein nicht gleich sind. In 6B wird durch Beabstandung der Dosieröffnungen 142 in einem kleineren, gleichen, bogenförmigen Abstand L₂ als die bogenförmigen Abstände L₁ in 6A ein relativ schmaleres Kegelmuster gebildet. In 6C wird durch Beabstandung der Dosieröffnungen 142 in noch kleineren, gleichen, bogenförmigen Abständen L₃ zwischen jeder Dosieröffnung 142 ein noch schmaleres Kegelmuster gebildet. Wie in den 6A–6C zu sehen, nimmt die Kreisförmigkeit der jeweiligen Strömungsquerschnitte zu und nähert sich einem Kreis. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass ein bogenförmiger Abstand ein linearer Abstand zwischen am nächsten gelegenen Innenwandflächen oder Rändern jeweiliger benachbarter Dosieröffnungen auf dem Lochkreis 151 sein kann. Vorzugsweise ist der lineare Abstand größer gleich der Dicke „t" der Dosierscheibe.
Die Einstellung der bogenförmigen Abstände kann auch in Verbindung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren verwendet werden, um die Sprühgeometrie eines Kraftstoffeinspritzventils unter Verwendung von nichtabgewinkelten Dosieröffnungen (das heißt Öffnungen mit einer allgemein geraden Bohrung, die allgemein parallel zur Längsachse A-A verläuft) individuell auf eine bestimmte Motorausführung abzustimmen, während das Kraftstoffeinspritzventil der bevorzugten Ausführungsformen unempfindlich gegenüber seiner Winkelausrichtung um die Längsachse sein kann.
Das Zielen des Kraftstoffeinspritzventils kann auch durch Winkeleinstellung der Dosierscheibe 10 bezüglich der Längsachse oder durch Winkeleinstellung des Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils bezüglich der Längsachse durchgeführt werden, um eine gewünschte Zielkonfiguration zu erreichen. Insbesondere kann ein Prüfeinspritzventil der bevorzugten Ausführungsformen mit einer besonderen Motorkonfiguration getestet werden, indem Kraftstoff durch die mindestens zwei Dosieröffnungen geleitet wird, so dass ein Kraftstoffstrom aus dem Einspritzventil eine orthogonal zur Längsachse verlaufende gedachte Ebene schneidet und einen Strömungsquerschnitt mit mehreren verschiedenen Radien um die Längsachse herum definiert. Einer der den Strömungsquerschnitt definierenden Radien (R1, R2, R3...) umfasst einen maximalen Radius R_max, der bei Drehung um die Längsachse einen gedachten kreisförmigen Bereich 170 definiert, der größer ist als ein von dem Strömungsquerschnitt des Kraftstoffs abgedeckter Abschnitt (z. B. der Kraftstoffströmungsquerschnitt wie 164, 166 oder 168). Der gedachte kreisförmige Bereich 170 weist unabgedeckte Abschnitte 163 auf, auf die der Kraftstoffstrom auf der im Abstand P beabstandeten gedachten Ebene nicht auftrifft. Wenn es sich bei dem durch den Strömungsquerschnitt abgedeckten Abschnitt nicht um einen gewünschten Zielabschnitt handelt, kann der Strömungsquerschnitt um die Längsachse ausgerichtet werden, um ein Zielen des Strömungsquerschnitts auf einen anderen Abschnitt des gedachten kreisförmigen Bereichs 170, wie zum Beispiel die nicht abgedeckten Abschnitte 163, einzustellen. Das heißt, wenn das Zielen des Strömungsquerschnitts eine Ausrichtung der Dosieröffnungen um die Längsachse herum erfordert, können entweder die Dosierscheibe oder das Kraftstoffeinspritzventil ausgerichtet werden. Insbesondere kann zur Neuausrichtung des Strömungsquerschnitts auf einen anderen winkelförmigen Abschnitt des gedachten kreisförmigen Bereichs 170 die Dosierscheibe winkelförmig um die Längsachse gedreht und dann am Körper oder am Sitz befestigt werden, um durch ein geeignetes Verfahren, wie zum Beispiel hermetisches Laserschweißen, Überlappschweißen oder Verkleben, eine hermetische Dichtung zu bilden. Als Alternative dazu kann die Dosierscheibe bezüglich eines Bezugspunkts am Körper des Kraftstoffeinspritzventils winkelförmig befestigt werden. Bei Installation in eine Kraftstoff-Verteilerleitung oder einen Kraftstoffverteiler kann das Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils um die Längsachse zu einem anderen Bezugspunkt an der Kraftstoff-Verteilerleitung oder Kraftstoffeinspritzventilaufnahme gedreht und dann in Position verriegelt werden, wodurch ein gewünschtes Zielen des Kraftstoffströmungsquerschnitts für die bestimmte Motorkonfiguration bereitgestellt wird. Anschließend können Kraftstoffeinspritzventile für diese bestimmte Motorkonfiguration durch eine oder eine Kombination der vorhergehenden Vorgehensweisen in die gewünschte Zielkonfiguration ausgerichtet werden. Und durch Neuausrichtung des Strömungsquerschnitts wie für eine bestimmte Motorkonfiguration erforderlich kann, wie oben beschrieben, ein gewünschtes Zielen der Kraftstoffstrahlen auf einen bestimmten Flächenteil, wobei der gedachte kreisförmige Bereich 170 durch den maximalen Radius R_max definiert wird, erreicht werden.
Im Betrieb befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil 100 anfangs in der in 1 gezeigten nichtspritzenden oder nicht betätigten Stellung. In dieser Stellung besteht zwischen der ringförmigen Endfläche 110b des Krafstoffeinlassrohrs 110 und der gegenüberliegenden ringförmigen Endfläche 124a des Ankers 124 ein Arbeitsspalt. Das Spulengehäuse 121 und das Rohr 12 berühren sich bei 74 und bilden eine Statorkonstruktion, die der Spulenanordnung 18 zugeordnet ist. Der nichtferromagnetische Mantel 110a gewährleistet, dass bei Erregung der elektromagnetischen Spule 122 der magnetische Fluss einem Weg folgt, der den Anker 124 enthält. Ausgehend vom unteren axialen Ende des Gehäuses 34, wo dieses durch eine hermetische Laserschweißung mit dem Körpermantel 132a verbunden ist, erstreckt sich der magnetische Kreis durch den Körpermantel 132a, den Körper 130 und die Öse zum Anker 124 und vom Anker 124 quer über den Arbeitsspalt 72 zum Einlassrohr 110 und zurück zum Gehäuse 121.
Wenn die elektromagnetische Spule 122 erregt ist, kann die Federkraft am Anker 124 überwunden werden, und der Anker wird zum Einlassrohr 110 hin angezogen, wodurch der Arbeitsspalt 72 verkleinert wird. Dadurch wird das Verschlussglied 126 vom Sitz 134 abgehoben und das Kraftstoffeinspritzventil geöffnet, so dass mit Druck beaufschlagter Kraftstoff im Körper 132 durch die Sitzöffnung und durch an der Dosierscheibe 10 ausgebildete Öffnungen strömt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass das Stellglied so angebracht sein kann, dass ein Teil des Stellglieds im Kraftstoffeinspritzventil und ein Teil außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet sein kann. Wenn die Spule nicht mehr erregt ist, schiebt die Vorspannfeder 116 das Verschlussglied in die geschlossene Stellung auf dem Sitz 134.
Wie beschrieben, sind die bevorzugten Ausführungsformen, einschließlich der Techniken oder des Verfahrens zur Erzeugung eines Sprühmusters, nicht auf das beschriebene Kraftstoffeinspritzventil beschränkt, sondern können in Verbindung mit anderen Kraftstoffeinspritzventilen verwendet werden, wie zum Beispiel das in der am 27. Februar 1996 eingereichten US-PS 5,494,225 angeführte Kraftstoffeinspritzventil oder die in der am 25. April 2002 veröffentlichten schwebenden US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002/0047054 A1 angeführten modularen Kraftstoffeinspritzventile, wobei hiermit auf diese beiden Schriften in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen offenbart worden ist, sind zahlreiche Modifikationen, Abänderungen und Änderungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wird. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern den durch die Ausdrucksweise der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definierten vollen Schutzbereich umfassen.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse mit einem sich zwischen einem Einlass und einem Auslass entlang einer Längsachse erstreckenden Durchgang; einen Sitz mit einer zum Einlass weisenden Dichtungsfläche, die eine Sitzöffnung bildet, einer von der Dichtungsfläche beabstandeten und zum Auslass weisenden Anschlusssitzfläche, und einer allgemein schräg zur Längsachse verlaufenden und zwischen der Sitzöffnung und der Anschlusssitzfläche angeordneten ersten Kanalfläche; ein im Durchgang angeordnetes Verschlussglied, das in einer Stellung an die Dichtungsfläche angrenzt, um Kraftstoffstrom durch die Sitzöffnung allgemein auszuschließen, und in einer anderen Stellung von der Dichtungsfläche des Sitzes weg positioniert ist, um Kraftstoffstrom durch den Durchgang am Verschlussglied vorbei zu gestatten; ein magnetisches Stellglied in der Nähe des Verschlussglieds, das, wenn es erregt ist, das Verschlussglied von der Dichtungsfläche des Sitzes weg positioniert, um Kraftstoffstrom durch den Durchgang und am Verschlussglied vorbei zu gestatten; und eine Dosierscheibe in der Nähe des Sitzes, so dass eine gedachte Projektion der Dichtungsfläche auf die Dosierscheibe einen ersten gedachten Kreis um die Längsachse herum definiert, wobei die Dosierscheibe eine zweite Kanalfläche aufweist, die der ersten Kanalfläche gegenüberliegt, wodurch ein Strömungskanal gebildet wird, wobei die Dosierscheibe mindestens zwei Dosieröffnungen aufweist, die sich mit einem im Wesentlichen gleichen, bogenförmigen Abstand zwischen benachbarten Dosieröffnungen außerhalb des ersten gedachten Kreises um die Längsachse erstrecken, wobei sich jede der Dosieröffnungen allgemein parallel zur Längsachse zwischen der zweiten Kanalfläche und einer Außenfläche der Dosierscheibe erstreckt, so dass bei Erregung des magnetischen Stellglieds zur Bewegung des Verschlussglieds ein Kraftstoffstrom durch die Dosieröffnungen ein Sprühmuster erzeugt, das eine orthogonal zur Längsachse verlaufende gedachte Ebene schneidet und einen Strömungsquerschnitt aufweist, der mehrere verschiedene Radien besitzt, wobei einer der Radien des Strömungsquerschnitts einen maximalen Radius umfasst, der bei Drehung um die Längsachse einen kreisförmigen Bereich definiert, der größer ist als ein durch den Strömungsquerschnitt abgedeckter Abschnitt, so dass das Zielen des Sprühmusters eine Ausrichtung der Dosieröffnungen um die Längsachse erfordert.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Außenfläche der Dosierscheibe von der zweiten Kanalfläche der Dosierscheibe um eine erste Dicke von mindestens 50 Mikrometern beabstandet ist und eine erste bogenförmige Beabstandung einen linearen Abstand zwischen am nächsten gelegenen Rändern benachbarter Dosieröffnungen um mindestens gleich ungefähr der ersten Dicke umfasst.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, bei dem die erste Dicke der Dosierscheibe eine Dicke umfasst, die aus einer Gruppe aus ungefähr 75, 100, 150 und 200 Mikrometern ausgewählt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, bei dem die erste Dicke der Dosierscheibe eine Dicke von ca. 125 Mikrometern umfasst.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die mindestens zwei Dosieröffnungen ein Streckungsverhältnis von zwischen ca. 0,3 und 1,0 umfassen, wobei das Streckungsverhältnis allgemein gleich ca. einer Länge jeder der Dosieröffnungen zwischen der zweiten Kanal- und der Außenfläche der Dosierscheibe geteilt durch ca. den größten Abstand senkrecht zur Längsachse zwischen beliebigen zwei diametralen Innenflächen jeder der Dosieröffnungen ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 5, bei dem das Streckungsverhältnis in einer umgekehrten und allgemein linearen Beziehung zu einem eingeschlossenen Winkel zwischen distalen Außengrenzen des Sprühmusters steht.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die erste Kanalfläche einen Innenrand, der in ungefähr einem ersten Abstand von der Längsachse und in ungefähr einer ersten Entfernung entlang der Längsachse bezüglich der Dosierscheibe angeordnet ist, und einen Außenrand, der in ungefähr einem zweiten Abstand von der Längsachse und in ungefähr einer zweiten Entfernung von der Dosierscheibe entlang der Längsachse angeordnet ist, umfasst, so dass ein Produkt aus dem ersten Abstand und der ersten Entfernung allgemein gleich einem Produkt aus dem zweiten Abstand und der zweiten Entfernung ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Projektion der Dichtungsfläche weiter an einem in der Dosierscheibe angeordneten gedachten Scheitel konvergiert und der Strömungskanal einen zweiten Teil umfasst, der sich von dem ersten Teil erstreckt, wobei der zweite Teil bei Erstreckung des Kanals entlang der Längsachse eine konstante Querschnittsfläche aufweist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 8, bei dem sich der zweite Abstand an einem Schnittpunkt einer quer zur Längsachse verlaufenden Ebene und der Kanalfläche befindet, so dass sich der Schnittpunkt mindestens 25 Mikrometer radial außerhalb des Umfangs einer Dosieröffnung befindet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem sich der Strömungsquerschnitt mindestens 50 Millimeter von einer Außenfläche der Dosierscheibe entlang der Längsachse befindet.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil des Strömungskanals einen allgemein kegelstumpfförmigen Kanal mit einer Konizität von ca. 10 Grad bezüglich einer quer zur Längsachse verlaufenden Ebene aufweist.
Verfahren zum Zielen eines Kraftstoffströmungsquerschnitts mit einem Kraftstoffeinspritzventil, das Folgendes aufweist: ein einen sich zwischen einem Einlass und einem Auslass entlang einer Längsachse erstreckenden Durchgang umschließendes Gehäuse, einen Sitz und eine Dosierscheibe in der Nähe des Auslasses, wobei der Sitz eine zum Einlass weisende Dichtungsfläche, die eine Sitzöffnung bildet, eine von der Dichtungsfläche beabstandete und zum Auslass weisende Anschlusssitzfläche und eine erste Kanalfläche, die allgemein schräg zur Längsachse verläuft und zwischen der Sitzöffnung und der Anschlusssitzfläche angeordnet ist, aufweist, und ein im Durchgang angeordnetes Verschlussglied, das in einer Stellung den Durchgang versperren und in einer anderen Stellung Kraftstoffstrom durch den Durchgang und die Sitzöffnung gestatten soll, wobei die Dosierscheibe mindestens zwei Dosieröffnungen enthält, wobei man bei dem Verfahren die Dosieröffnungen außerhalb des ersten gedachten Kreises anordnet, so dass benachbarte Dosieröffnungen in im Wesentlichen gleichen bogenförmigen Abständen beabstandet sind, wobei die Dosieröffnungen allgemein parallel zur Längsachse durch die zweite Fläche und die Außenfläche der Dosierscheibe verlaufen; und bei Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils Kraftstoff durch die mindestens zwei Dosieröffnungen leitet, so dass ein eine orthogonal zur Längsachse verlaufende gedachte Ebene schneidender Kraftstoffströmungsweg einen Strömungsquerschnitt mit mehreren verschiedenen Radien um die Längsachse definiert, wobei einer der Radien einen maximalen Radius umfasst, der bei Drehung um die Längsachse einen kreisförmigen Bereich definiert, der größer ist als der Strömungsquerschnitt; und den Strömungsquerschnitt um die Längsachse ausrichtet, um ein Zielen des Strömungsquerschnitts auf einen anderen Teil des kreisförmigen Bereichs einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem man beim Anordnen der Dosieröffnungen ein allgemein konisches Sprühmuster des Strömungswegs entlang der Längsachse als Funktion von einer ersten bogenförmigen Entfernung und einem Streckungsverhältnis der mindestens zwei Dosieröffnungen erzeugt, wobei eine Größe des konischen Sprühmusters durch einen eingeschlossenen Winkel des Außenumfangs des konischen Sprühmusters stromabwärts des Kraftstoffeinspritzventils definiert wird, und wobei das Streckungsverhältnis allgemein gleich ungefähr einer Länge jeder Dosieröffnung zwischen der zweiten Kanalfläche und der Außenfläche der Dosierscheibe geteilt durch ungefähr den größten Abstand senkrecht zur Längsachse zwischen beliebigen zwei diametralen Innenflächen jeder Dosieröffnung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem man beim Erzeugen: eine erste bogenförmige Entfernung vergrößert, um die Kegelgröße des allgemein konischen Sprühmusters zu vergrößern; und die erste bogenförmige Entfernung verkleinert, um die Kegelgröße des allgemein konischen Sprühmusters zu verkleinern.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der eingeschlossene Winkel zwischen ca. 10 und 25 Grad liegt und eine erste bogenförmige Entfernung einen Abstand umfasst, der mindestens ungefähr gleich dem Abstand zwischen der zweiten Fläche und der Außenfläche der Dosieröffnung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem man beim Erzeugen die Kegelgröße durch: Erhöhen des Streckungsverhältnisses zur Verkleinerung der Kegelgröße oder Verkleinern des Streckungsverhältnisses zur Vergrößerung der Kegelgröße ändert.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem man beim Leiten mindestens zwei Wirbel erzeugt, die sich in einem Umfang jeder der mindestens zwei Dosieröffnungen befinden, so dass die Zerstäubung des Strömungswegs außerhalb jeder der mindestens zwei Dosieröffnungen verbessert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem man beim Leiten des Kraftstoffes die erste Kanalfläche zwischen einem Innenrand in ungefähr einem ersten Abstand von der Längsachse und in ungefähr einer ersten Entfernung entlang der Längsachse bezüglich der Dosierscheibe und einem Außenrand in ungefähr einem zweiten Abstand von der Längsachse und in ungefähr einer zweiten Entfernung von der Dosierscheibe entlang der Längsachse konfiguriert, so dass ein Produkt aus dem ersten Abstand und der ersten Entfernung allgemein gleich einem Produkt aus der zweiten Entfernung und dem zweiten Abstand ist.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem sich der zweite Abstand an einem Schnittpunkt einer quer zur Längsachse verlaufenden Ebene und der Kanalfläche befindet, so dass der Schnittpunkt mindestens 25 Mikrometer radial außerhalb des Umfangs einer Dosieröffnung liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem man beim Leiten des Kraftstoffes Kraftstoff im Wesentlichen gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt auf der gedachten Ebene verteilt, der sich mindestens 50 Millimeter von einer Außenfläche der Dosierscheibe entlang der Längsachse befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem man beim Ausrichten: die Dosierscheibe um die Längsachse in einer gewünschten Winkelposition festlegt; die Dosierscheibe bezüglich eines Bezugspunkts des Körpers oder des Sitzes des Kraftstoffeinspritzventils festlegt; und das Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils in einer gewünschten Winkelposition festlegt.