-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor.
-
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
zur Verwendung in einem Motor mit Einspritzung innerhalb des Zylinders
umfassen eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die, wie in der offen
gelegten
japanischen Patentanmeldung
Hei 11-159421 dargelegt ist, so ausgelegt ist, dass gewährleistet
ist, dass die Randabschnitte des Ausgangs des Kraftstoffeinspritzlochs
eine schräge
Ebene bilden, die nicht senkrecht zur Körperachsenlinie der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
steht, sich die Rückhaltekraft
zum Zurückhalten
des Kraftstoffstroms in radialer Richtung des Einspritzlochs in
Umfangsrichtung ändert und
die Sprühreichweite
des Kraftstoffs, der von den Randabschnitten des Einspritzlochs
mit einer kleinen Rückhaltekraft
eingespritzt wurde, groß ist
und die Sprühreichweite
des Kraftstoffs, der von den Randabschnitten des Einspritzlochs
mit einer großen Rückhaltekraft
eingespritzt wurde, gering ist. In diesem Fall wird das Sprühen stabilisiert
und der Kraftstoff in Richtung von Zündkerzen zugeführt, was dazu
führt,
dass die Stabilität
der geschichteten Verbrennung gewährleistet ist.
-
Bei
der Einspritzung eines Kraftstoffs ist es für seine homogene Verbrennung
wichtig, dass der eingespritzte Kraftstoff während des Zeitraums bis zur
Zündung
ausreichend mit Luft gemischt wird. Um dies zu erreichen, ist es
notwendig, dass die Verteilung der Flussrate zwischen dem in Richtung
der Zündkerzen
der Verbrennungskammer gesprühten Kraftstoff
und dem in Richtung der Kolben gesprühten Kraftstoff nach der Einspritzung
einstellbar ist.
-
Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen im Stand der Technik sind jedoch
dafür vorgesehen,
die Stabilität
der Verbrennung zu verbessern, indem es, insbesondere während der
geschichteten Verbrennung, leicht gemacht wird, dass der Kraftstoff
die Zündkerzen
erreicht, und es sind keine Kraftstoffeinspritzeinrichtungen beschrieben,
die so ausgelegt sind, dass sich das Flussraten-Verteilungsverhältnis des
beim Luftansaughub, der während
der homogenen Verbrennung auftritt, eingespritzten und versprühten Kraftstoffs
zwischen dem Sprühen
des Kraftstoffs in Richtung der Kolben und dem Sprühen des
Kraftstoffs in Richtung der Zündkerzen
unterscheidet.
-
In
US 2001/0022170 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung für einen Verbrennungsmotor
beschrieben. In
EP 1108885 sind
eine Direkteinspritzungs-Kraftstoffeinspritzeinrichtung
und ein Verbrennungsmotor, der diese aufweist, beschrieben.
-
Vorzugsweise
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
bereitzustellen, durch die Sprühmuster
mit verschiedenen Flussraten-Verteilungsverhältnissen gebildet werden können, um
das Mischen eines versprühten
Kraftstoffs mit Luft zu beschleunigen und dadurch die Stabilität der homogenen
Verbrennung zu verbessern.
-
Die
vorliegende Erfindung sieht eine in Anspruch 1 dargelegte Kraftstoffeinspritzeinrichtung vor.
-
Die
Differenz zwischen dem Flussraten-Verteilungsverhältnis des
in Richtung der Kolben gesprühten
Kraftstoffs und jenem des in Richtung der Zündkerzen gesprühten Kraftstoffs
kann erzeugt werden, indem stromabwärts des Einspritzlochs der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
und außerhalb
von diesem eine Flussrückhalteeinrichtung
zum Zurückhalten
des Kraftstoffstroms bereitgestellt wird und bewirkt wird, dass
die Flussrückhalteeinrichtung
den Kraftstoffstrom an mindestens zwei Stellen zurückhält, um den
eingespritzten Kraftstoff in Teile mit einer hohen Sprühdichte
und in Teile mit einer niedrigen Sprühdichte zu unterteilen, um
eine Differenz der Beträge
der Aufteilungsanteile mit einer hohen Sprühdichte zu erzeugen.
-
Die
vorstehend beschriebene Flussrückhalteeinrichtung
kann implementiert werden, indem im Wesentlichen parallel zu dem
vorstehend erwähnten Einspritzloch
eine Wandfläche
zum Zurückhalten
des Kraftstoffstroms in radialer Richtung bereitgestellt wird oder
indem im Wesentlichen parallel zur Mittelachse des Einspritzlochs
mehrere Wandflächen
zum Begrenzen des Flusses des eingespritzten Kraftstoffs bereitgestellt
werden. Die Bildung dieser Wandflächen ermöglicht die Erzeugung mehrerer
Rückhaltebereiche,
in denen der Kraftstoffstrom in radialer Richtung oder in Fließrichtung
zurückzuhalten
ist, und mehrere Freisetzbereiche, in denen der Kraftstoff in radialer
Richtung fließen
kann.
-
Bei
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor
mit Einspritzung innerhalb des Zylinders wird es durch Zuweisen
unterschiedlicher Größen zu den
mehreren vorstehend erwähnten
Freisetzbereichen möglich, Sprühmuster
zu bilden, so dass während
des Sprühens
des von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffs die Dichteverteilung
des gesprühten
Kraftstoffs in einem Querschnitt senkrecht zur Körperachsenlinie der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in in etwa zwei Richtungen konzentriert wird und das Sprühmuster des
Kraftstoffs so festgelegt wird, dass gewährleistet wird, dass die Flussrate
des gesprühten
Kraftstoffs in einer der zwei Konzentrationsrichtungen größer ist als
die Flussrate des Kraftstoffs in der anderen Richtung.
-
Daher
kann bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
das Sprühen mit
einer Dichteverteilung, die zur Achse des Einspritzlochs asymmetrisch
ist, gebildet werden, und wenn diese Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in einem Verbrennungsmotor mit einer Einspritzung innerhalb des
Zylinders verwendet wird, können
die Flussraten-Verteilungsverhältnisse
des in Richtung der Zündkerzen
des Motors gesprühten
Kraftstoffs und des in Richtung der Kolben gesprühten Kraftstoffs entsprechend
dem jeweiligen Mischverhältnis
zwischen Kraftstoff und Luft optimiert werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
1 ist
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
der Umgebung des Einspritzlochs in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
3 ist
eine Vorderansicht der Umgebung des Einspritzlochs in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
bei Betrachtung aus der Richtung des Pfeils III in 2,
-
4 ist
eine weiter vergrößerte Vorderansicht
der in 3 dargestellten Umgebung des Einspritzlochs (die
Schraffur bezeichnet den Höckerabschnitt
in Frontalrichtung der Papierebene),
-
5 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Umgebung des Einspritzlochs gemäß einer anderen Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtungen
als Wandflächen
(die Schraffur bezeichnet den Höckerabschnitt in
Frontalrichtung der Papierebene),
-
6 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in 4 dargestellten Umgebung des Einspritzlochs in der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, und es ist darin eine Ausführungsform
dargestellt, bei der die Einrichtung zum Zurückhalten des Kraftstoffstroms
in radialer Richtung als eine Erweiterung des Einspritzlochs bereitgestellt
ist (die Schraffur bezeichnet den Höckerabschnitt in Frontalrichtung
der Papierebene),
-
7 ist
eine Schnittansicht, in der das durch die Verwendung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erhaltene Sprühmuster
skizzenhaft dargestellt ist,
-
8 ist
eine Schnittansicht einer Ausführungsform,
bei der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem Verbrennungsmotor angebracht ist,
-
9 ist
eine Schnittansicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
10 ist
eine weiter vergrößerte Ansicht der
in 9 dargestellten Umgebung des Einspritzlochs in
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
-
11 ist
eine vergrößerte Vorderansicht der
Umgebung des Einspritzlochs gemäß einer
Ausführungsform
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer Funktion, die jener
der in 5 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung
entspricht (die Schraffur bezeichnet den Höckerabschnitt in Frontalrichtung
der Papierebene), und
-
12 ist
eine Schnittansicht des Sprühzustands
von Kraftstoff.
-
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 ist
eine Schnittansicht des Aufbaus einer Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in 1 ist
eine normalerweise geschlossene elektromagnetische Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
bei der ein Ventilkörper 102 und ein
Sitzabschnitt 202 in festem Kontakt stehen, wenn einer
Spule 109 keine Leistung zugeführt wird. Ein Kraftstoff wird
von einer Kraftstoffzufuhröffnung
in einem Zustand zugeführt,
in dem eine in der Figur nicht dargestellte Kraftstoffpumpe einen
Druck ausübt, und
der Kraftstoffdurchgang 106 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
wird bis zu dem Punkt mit Kraftstoff gefüllt, an dem der Ventilkörper 102 und
der Sitzabschnitt 202 in festem Kontakt stehen. Wenn der
Spule 109 Leistung zugeführt wird und der Ventilkörper 102 den
Sitzabschnitt verlässt,
wird der Kraftstoff von einem Einspritzloch 101 eingespritzt.
In dieser Sequenz fließt
der Kraftstoff durch eine in einem Rotationselement 107 bereitgestellte
Rotationsnut zum Einspritzloch 101. Wenn der Kraftstoff
durch die Rotationsnut im Rotationselement 107 fließt, wird
auf den Kraftstoff eine Rotationskraft ausgeübt, um zu gewährleisten,
dass der Kraftstoff durch die Rotation von dem Einspritzloch 101 eingespritzt
wird.
-
2 ist
eine Schnittansicht, in der in vergrößerter Form die Umgebung des
offenen Endes des Einspritzlochs in der in 1 dargestellten
Kraftstoffeinspritzeinrichtung dargestellt ist, und 3 ist
eine Vorderansicht des entsprechenden Abschnitts bei Betrachtung
aus der Richtung des Pfeils III in 2. 2 entspricht
auch einer Schnittansicht des Abschnitts bei Betrachtung aus der
Richtung des Pfeils II-I in 3. Zusätzlich ist
eine Mittelachse 200 des Einspritzlochs, die durch die
Mitte des Einspritzlochs 101 hindurchtritt und in Achsenrichtung
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (nämlich in Richtung entlang der Ventilachsenmitte)
verläuft,
in 2 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
Diese Richtung der Mittelachse 200 des Einspritzlochs stimmt
mit der Antriebsrichtung des Ventilkörpers 102 überein.
Ferner sind ein Liniensegment, das durch die Mitte des Einspritzlochs 101 hindurchtritt
und orthogonal zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs verläuft, und
ein Liniensegment, das durch die Mitte des Einspritzlochs 101 tritt
und orthogonal zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs verläuft, in 3 durch
eine strichpunktierte Linie dargestellt.
-
Auf
dieser Ebene, die senkrecht zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs
ist und am oberen Ende des Einspritzlochs 101 vorhanden
ist, ist eine Aussparung 203 bereitgestellt, so dass am
offenen Ende des Einspritzlochs 101 ein Überhang
gebildet ist. Die Wandflächen 204a, 204b, 205a und 205b, welche
parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs verlaufen,
sind durch die Aussparung 203 am offenen Ende des Einspritzlochs
gebildet. Der Abstand zwischen den Wandflächen 204a und 205a ist auf
einen kleineren Wert gelegt als der Abstand zwischen den Wandflächen 204b und 205b.
-
4 ist
eine weitere vergrößerte Ansicht des
in 3 dargestellten offenen Endes des Einspritzlochs
und eine Ansicht der Umgebung des Einspritzlochs, worin die Art
dargestellt ist, in der der Kraftstoff von dem Einspritzloch eingespritzt
wird. Der schraffierte Abschnitt in dieser Ansicht hat die Form
eines Höckers
in Bezug auf die Aussparung 203.
-
Die
Wandflache in dem Bereich vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 und
die Wandfläche
in dem Bereich vom Punkt 407 bis zum Punkt 404 sind
außerhalb
der Innenwand 201 des Einspritzlochs in seiner radialen
Richtung bereitgestellt. Diese Anordnung der Wandflächen ermöglicht es,
dass das offene Ende des Einspritzlochs genau und einfach maschinell
hergestellt wird, weil, nachdem die Wandflächen, die parallel zur Mittelachse 200 des
Einspritzlochs angeordnet sind, stromabwärts in Bezug auf das Einspritzloch 101 maschinell
hergestellt worden sind, wenn das Einspritzloch von seinem stromaufwärts gelegenen
Ende her unter Verwendung eines Stempels oder dergleichen maschinell
hergestellt wird, Elemente zwischen der Innenwand des Einspritzlochs,
der Wandfläche
in dem Bereich vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 und
der Wandfläche
in dem Bereich vom Punkt 407 bis zum Punkt 404 verwendet
werden können.
-
Die
in den 1 bis 4 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist ein Beispiel einer verwirbelnden Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
bei der die Wandflächen
parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs, die in
den Bereichen vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 und
vom Punkt 407 bis zum Punkt 404 dargestellt sind,
stromaufwärts
in Bezug auf das Einspritzloch als ein Mittel zum Zurückhalten
des radialen Flusses von Kraftstoff und außerhalb von diesem bereitgestellt
sind.
-
Die
in den 1 bis 4 dargestellte Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ist eine verwirbelnde Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der der
Kraftstoff durch Rotation vom Einspritzloch 101 eingespritzt
wird. Der Druck in der Nähe
der Mitte des Einspritzlochs 101 wird durch die Rotation
des Kraftstoffs verringert, und der Kraftstoff rotiert in eine Membranform
und fließt entlang
der Innenwand 201 des Einspritzlochs nach unten. Dementsprechend
wird der Kraftstoff von der Außenfläche der
Innenwand 201 des Einspritzlochs eingespritzt, wobei seine
Geschwindigkeit der Komponente in Tangentialrichtung der Innenwand 201 (nämlich der
Komponente in Rotationsrichtung des Kraftstoffs) entspricht und
die Geschwindigkeit der Komponente in Abwärtsrichtung der Mittelachse 200 des
Einspritzlochs entspricht. Der Pfeil 403 in 3 bedeutet
die Rotationsrichtung des Kraftstoffs, und die Pfeile 408 bis 412 bezeichnen
die Kraftstoffeinspritzrichtung.
-
Von
allen Wandflächen,
die parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs verlaufen,
sind nur jene, die in den Bereichen vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 und
vom Punkt 407 bis zum Punkt 404 existieren, Rückhaltewandflächen, an
denen der Kraftstoffstrom in radialer Richtung des Einspritzlochs
zurückgehalten
wird. Weil sich der Kraftstoff an diesen Rückhaltewandflächen weiter
dreht, nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge an den Rückhaltewandflächen verglichen
mit der Kraftstoffeinspritzmenge in dem Bereich, in dem der Kraftstoffstrom
in radialer Richtung des Einspritzlochs nicht beschränkt ist,
ab. Wenn die Wände
insbesondere hoch genug sind, wird von den Bereichen vom Punkt 405 bis
zum Punkt 406 und vom Punkt 407 bis zum Punkt 404 fast kein
Kraftstoff eingespritzt.
-
Die
Kraftstoffeinspritzmenge an den Rückhaltewandflächen ist
durch das Verhältnis
zwischen der Geschwindigkeit des Kraftstoffs in seiner Rotationsrichtung
und der Geschwindigkeit in Richtung der Mittelachse des Einspritzlochs
und die Höhe
der Rückhaltewände bestimmt.
Falls die Höhe
der Rückhaltewände beispielsweise
größer ist
als die Strecke, über
die der Kraftstoff in Richtung der Mittelachse des Einspritzlochs
fließt,
während
er sich in dem Bereich vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 dreht,
wird aus dem Bereich vom Punkt 405 bis zum Punkt 406 fast
kein Kraftstoff eingespritzt.
-
In
den Bereichen vom Punkt 404 bis zum Punkt 405 und
vom Punkt 406 bis zum Punkt 407 wird jedoch ein
großer
Teil des Kraftstoffs eingespritzt, weil der Kraftstoffstrom in radialer
Richtung des Einspritzlochs nicht beschränkt wird.
-
Weil
die Ausbreitung des Sprühens
des Kraftstoffs, nachdem er eingespritzt worden ist, fast durch
die Größe der Freisetzbereiche
bestimmt ist, in denen der Kraftstoffstrom in radialer Richtung
des Einspritzlochs nicht beschränkt
ist, können
die Flussraten der vom Punkt 404 bis zum Punkt 405 und
vom Punkt 406 bis zum Punkt 407 eingespritzten
Kraftstoffe durch Ändern
des Abmessungsverhältnisses dieser
Bereiche eingestellt werden.
-
Hierbei
ist es, um zu gewährleisten,
dass der Kraftstoff, der von den vorstehend erwähnten Freisetzbereichen eingespritzt
worden ist, ein gleichmäßiges Sprühmuster
bildet, wünschenswert,
dass die Positionsbeziehung zwischen den Punkten 406 und 407,
welche die Freisetzbereiche bestimmt, in denen die Flussrate des
eingespritzten Kraftstoffs größer ist, derart
ist, dass der Winkel in dem Bereich vom Punkt 406 bis zum
Punkt 407, in dessen Mitte die Mittelachse 200 des
Einspritzlochs liegt, mindestens 180 Grad beträgt. Der Grund hierfür besteht
darin, dass, wenn die Abstände
zwischen den Punkten 405 und 406 und zwischen
den Punkten 407 und 404 in den Rückhaltebereichen
des Kraftstoffstroms in radialer Richtung des Einspritzlochs groß genug
sind, weil die Kraftstoffmengen, die durch Rotation entlang diesen Wandflächen ausfließen, zunehmen
und diese Kraftstoffmengen von den Anfangspunkten der Freisetzbereiche
(nämlich
den Punkten 406 und 404) herausfließen, die
Dichte des von diesen Punkten ausfließenden Kraftstoffs zunimmt
und die Dichteverteilung des gesprühten Kraftstoffs dazu neigt,
ungleichmäßig zu werden.
-
Wenn
die Anforderung erfüllt
ist, dass die Positionsbeziehung zwischen den Punkten 406 und 407,
welche den Freisetzbereich bestimmt, in dem die Flussrate des eingespritzten
Kraftstoffs größer ist, so
sein sollte, dass der Winkel in dem Bereich vom Punkt 406 bis
zum Punkt 407, in dessen Mitte die Mittelachse 200 des
Einspritzlochs liegt, mindestens 180 Grad beträgt, wird es möglich, die
Umfangsrichtung der Wandflächen
zu verringern, an denen der Kraftstoff in radialer Richtung des
Einspritzlochs fließt,
die Kraftstoffmengen zu steuern, welche von den Anfangspunkten der
Freisetzbereiche (nämlich den
Punkten 404 und 406) ausfließen und ein fast gleichmäßiges Sprühen des
von den Freisetzbereichen eingespritzten Kraftstoffs zu erreichen.
-
Wie
vorstehend beschrieben wurde, bewirkt der von den Punkten 406 und 404 eingespritzte
Kraftstoff, dass die Sprühdichte
erhöht
wird, und es ist bekannt, dass die Reichweite des versprühten Kraftstoffs
nach dem Einspritzen in diesem Abschnitt groß wird. Falls die Reichweite
des versprühten
Kraftstoffs entsprechend den jeweiligen Spezifikationen des Motors
sogar noch größer sein
muss, kann der Abschnitt, in dem sich dieser versprühte Kraftstoff
konzentriert, absichtlich so erzeugt werden, dass die Reichweite
des versprühten
Kraftstoffs teilweise vergrößert wird.
In diesem Fall sollten die Bereiche vom Punkt 405 bis zum
Punkt 406 und vom Punkt 407 bis zum Punkt 404,
d.h. die Bereiche, in denen der Kraftstoffstrom in radialer Richtung
des Einspritzlochs beschränkt
wird, vergrößert werden,
oder es sollte die Höhe
der Wandflächen
in diesen Bereichen vergrößert werden.
-
Bei
der in den 1 bis 4 dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtung
kann die Gleichmäßigkeit
des Sprühens
des Kraftstoffs entsprechend der jeweiligen Größe der Bereiche, in denen der
Kraftstoffstrom in radialer Richtung des Einspritzlochs freigegeben
wird, geändert
werden. Wenn es erwünscht ist,
dass der Kraftstoff besonders gleichmäßig ist, ist es jedoch möglich, das
Sprühen
des Kraftstoffs in etwa zwei Richtungen aufzuteilen, indem eine
Struktur wie sie in 5 dargestellt ist, verwendet
wird, und die Mengen des aufgeteilten versprühten Kraftstoffs voneinander
verschieden zu machen, während gleichzeitig
jedes der unterteilten Sprühmuster gleichmäßig gemacht
wird.
-
5 zeigt
ein Beispiel, in dem Wandflächen 501 und 502,
die fast parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs
verlaufen, stromabwärts
in Bezug auf dieses Einspritzloch und außerhalb von diesem als Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtungen
bereitgestellt sind, wobei es sich um eine Vorderansicht der Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtungen
bei Betrachtung vom offenen Ende des Einspritzlochs handelt. Die Wandflächen 501 und 502 sind
dort bereitgestellt, wo sie in Kontakt mit dem Kraftstoff kommen,
nachdem er nach dem Abwärtsfluss
entlang der Innenwand 201 des Einspritzlochs eingespritzt
wurde.
-
Der
Maximalwert dieses Abstands Cw zwischen der Innenwand 201 des
Einspritzlochs und der Wandfläche 501,
wodurch die Wandfläche 501 und der
eingespritzte Kraftstoff in Kontakt gebracht werden, ist durch das
Verhältnis
zwischen der Geschwindigkeit Vt des Kraftstoffs in seiner Rotationsrichtung und
der Geschwindigkeit Va des Kraftstoffs in Richtung der Mittelachse
des Einspritzlochs und die Höhe Hw
der Rückhaltewände festgelegt.
Mit anderen Worten muss Cw kleiner sein als mindestens Hw × Vt/Va.
Der Wert Vt/Va, der das Verhältnis
zwischen der Geschwindigkeit Vt des Kraftstoffs in seiner Rotationsrichtung
und der Geschwindigkeit Va des Kraftstoffs in Richtung der Mittelachse
des Einspritzlochs ist, kann auch anhand des Ausbreitungswinkels θ des Sprühens des
Kraftstoffs geschätzt
werden, und diese Beziehung kann als tanθ = Vt/Va dargestellt werden.
-
Hier
ist der Ausbreitungswinkel θ des
Sprühens
des Kraftstoffs der Winkel θ,
bei dem sich der Kraftstoff, der von dem Einspritzloch eingespritzt
wurde, in Ausfallsrichtung von der Mittelachse 200 des Einspritzlochs
ausbreitet. 12 ist eine Schnittansicht,
in der die Art, in der der Kraftstoff vom offenen Ende des Einspritzlochs
in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung aus 5 eingespritzt
wird, in IV-IV'-Querschnittsform
dargestellt ist. Beim eigentlichen Betrieb ist es möglich, diesen
Querschnitt des Sprühens
des Kraftstoffs zu photographieren, wie in 12 dargestellt
ist, indem schichtartiges Licht (in der Art eines Laserstrahls)
in den versprühten
Kraftstoff eingestrahlt wird, so dass es durch die Mittelachse 200 des Einspritzlochs
hindurchtritt, und das Kraftstoffsprühmuster photographiert wird,
und auf diese Weise den Ausbreitungswinkel θ des Sprühens des Kraftstoffs zu messen.
-
Bei
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung aus 5 wird der
Kraftstoff, der stromabwärts
geströmt ist,
während
er sich entlang der Innenwand 201 des Einspritzlochs dreht,
am offenen Ende des Einspritzlochs in Richtung der Pfeile 511 bis 516 eingespritzt. Dabei
Wechselwirken Abschnitte der Wandflächen 501 und 502,
welche als Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtungen
wirken, mit dem eingespritzten Kraftstoff, was dazu führt, dass
der Kraftstoff nicht in seine vorgesehene Richtung spritzt.
-
Der
Kraftstoff, der beispielsweise in 5 in Richtung
des Pfeils 511 eingespritzt wurde, spritzt ohne Wechselwirkung
zwischen dem Kraftstoff und der Wandfläche 502, weil der
Abstand L zwischen dem Einspritzpunkt 511a des Pfeils 511 und
der Wandfläche 502 ausreichend
groß ist.
Der Kraftstoff, der in Richtung der Pfeile 512 und 513 eingespritzt wurde,
wechselwirkt jedoch mit der Wandfläche 502 und spritzt
nicht in die vorgesehene Richtung, weil der Abstand zwischen den
Einspritzpunkten 512a und 513a und der Wandfläche 502 zu
kurz ist.
-
Ebenso
wechselwirkt der Kraftstoff in Richtung des Pfeils 515 mit
der Wandfläche 501 und spritzt
nicht in die vorgesehene Richtung.
-
Auf
diese Weise bewirkt das Vorhandensein der Wandflächen 501 und 502 als
die Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtung
eine Wechselwirkung zwischen dem Kraftstoff und den Wandflächen, was
zu einer Sprühverteilung
führt,
wie sie in 6 dargestellt ist.
-
Ferner
kann diese Form des offenen Endes des Einspritzlochs, wie in 11 dargestellt
ist, verwendet werden, um ähnliche
Ergebnisse zu erhalten wie jene, die in 5 dargestellt
sind. In 11 sind Wandflächen 501' und 502' parallel zur
Mittelachse des Einspritzlochs als Einrichtungen zum Zurückhalten
des Kraftstoffstroms nach dem Einspritzen bereitgestellt. Die Rückhaltebereiche,
in denen der Kraftstoffstrom zurückgehalten
wird, und die Freisetzbereiche, in denen der Kraftstoffstrom nicht
zurückgehalten
wird, können
entsprechend der jeweiligen Positionsbeziehung zwischen der Innenwand 201 des Einspritzlochs
und den Wandflächen 501' und 502' eingestellt
werden.
-
Kraftstofffreisetzbereiche α und β in 11 sind
durch den Abstand L vom Einspritzpunkt des Kraftstoffs, die Höhe Hw der
Wandflächen 501' und 502', die Geschwindigkeitskomponente
Vt des Kraftstoffs in seiner Rotationsrichtung und die Geschwindigkeitskomponente
Va des Kraftstoffs in Richtung der Mittelachse des Einspritzlochs
bestimmt.
-
Der
Einspritzpunkt 1102 an der Innenwand 201 des Einspritzlochs,
wie in 11 dargestellt ist, ist ein
Punkt, der sich genau an den Grenzen der Freisetzbereiche und der
Rückhaltebereiche
befindet, und der Kraftstoff, der von den Einspritzpunkten eingespritzt
worden ist, die sich in Richtung des Bereichs β von diesem Punkt befinden,
gelangt nicht in Wechselwirkung mit der Wandfläche 502'. Der Einspritzpunkt 1101 befindet
sich auch an den Grenzen der Freisetzbereiche und der Rückhaltebereiche,
und der Kraftstoff, der von den Einspritzpunkten eingespritzt worden
ist, die sich in Richtung des Bereichs α von diesem Punkt befinden,
gelangt nicht in Wechselwirkung mit der Wandfläche 501'.
-
An
diesen Einspritzpunkten, die sich an den Grenzen befinden, kann
die Positionsbeziehung zwischen der Wandfläche und dem Einspritzpunkt
durch den Abstand L von dem Einspritzpunkt des Kraftstoffs, die
Höhe Hw
der Wandflächen 501' und 502', die Geschwindigkeitskomponente
Vt des Kraftstoffs in Rotationsrichtung und die Geschwindigkeitskomponente
Va des Kraftstoffs in Richtung der Mittelachse des Einspritzlochs
bestimmt werden, und diese Beziehung kann als L = Hw × Vt/Va
dargestellt werden.
-
Die
Einspritzpunkte 1103 und 1104 sind auch Punkte,
die sich an den Grenzen der Freisetzbereiche und der Rückhaltebereiche
befinden. Diese Einspritzpunkte, die sich an den Grenzen befinden,
werden zu Tangentenpunkten, wenn eine Tangente von den Positionen,
die der Innenwand 201 des Einspritzlochs von allen Punkten
an den Wandflächen 501a und 502a am
nächsten
liegen (in 11 sind diese Positionen als
Punkte 1107 und 1108 dargestellt), zur Innenwand
des Einspritzlochs gezeichnet wird.
-
Auf
diese Weise können
die vier Grenzen zwischen den Freisetzbereichen und den Rückhaltebereichen
entsprechend der jeweiligen Positionsbeziehung zwischen der Wandfläche 501', der Wandfläche 502' und der Innenwand 201 des
Einspritzlochs und der jeweiligen Höhe der Wandflächen 501' und 502' eingestellt
werden. Dadurch können
die jeweiligen Größen der
Freisetzbereiche und der Rückhaltebereiche
eingestellt werden. Beispielsweise werden die Freisetzbereiche durch
Vergrößern der
Höhe der Wandflächen 501' und 502' verschmälert. Umgekehrt werden
die Freisetzbereiche verbreitert, indem die Wandflächen 501' und 502' von der Innenwand
des Einspritzlochs beabstandet werden.
-
6 zeigt
das offene Ende der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, wobei Abschnitte
der Wandflächen 205b, 205a, 204a und 204b,
die parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs in 2 verlaufen,
in Kontakt mit der Innenwand des Einspritzlochs gelangen und einen
Abschnitt davon bilden. Das heißt, dass
in 6 die Länge
der Innenwand 201' des
Einspritzlochs in Richtung der Mittelachse 200 des Einspritzlochs
von der Länge
des Einspritzlochs in Umfangsrichtung verschieden ist. In den Bereichen
vom Punkt 601 bis zum Punkt 602 und vom Punkt 603 bis zum
Punkt 604 ist die Innenwand des Einspritzlochs länger, wenn
sie in Richtung der Mittelachse 200 des Einspritzlochs
verläuft
(das heißt
in Längsrichtung
in Bezug auf die Papierebene in 6), und
sie wirkt als eine Einrichtung zum Zurückhalten des Kraftstoffstroms
in radialer Richtung. In den Bereichen vom Punkt 601 bis
zum Punkt 603 und vom Punkt 602 bis zum Punkt 604 ist
die Innenwand des Einspritzlochs kürzer, wenn sie in Richtung
der Mittelachse 200 des Einspritzlochs verläuft, und
sie bildet einen Freisetzbereich, in dem der Kraftstoffstrom in seiner
radialen Richtung nicht zurückgehalten
wird.
-
Hier
unterscheiden sich der Bereich vom Punkt 601 bis zum Punkt 603 als
der Freisetzbereich und der Bereich vom Punkt 602 bis zum
Punkt 604 in der Ausbreitung. Insbesondere sind mehrere
Bereiche, an denen die Länge
der Innenwand 201' des Einspritzlochs
in Richtung der Mittelachse 200 des Einspritzlochs gering
ist, in Umfangsrichtung des Einspritzlochs bereitgestellt, um zu
gewährleisten,
dass sich die Ausbreitungen dieser Umfangsbereiche mit einer geringeren
Länge der
Innenwand 201' des
Einspritzlochs in Richtung der Mittelachse 200 des Einspritzlochs
voneinander unterscheiden.
-
Die
Verwendung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit einer solchen
Konfiguration, wie in 6 dargestellt ist, erzeugt ähnliche
Ergebnisse, wie sie bei der Verwendung einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
erreicht werden, welche eine solche Form des offenen Endes des Einspritzlochs
aufweist, wie in 3 dargestellt ist. Bei einer
solchen Konfiguration kann die in 6 dargestellte
Form des offenen Endes des Einspritzlochs leicht erhalten werden,
indem Schneidoperationen, plastische Bearbeitungsoperationen und
dergleichen an einer allgemeinen Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ausgeführt
werden, bei der das offene Ende des Einspritzlochs nicht mit Wandflächen versehen
ist, die parallel zur Mittelachse 200 des Einspritzlochs
verlaufen.
-
7 ist
eine Skizze des durch den Kraftstoff, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
aus den 1 bis 6 eingespritzt
wurde, gebildeten Sprühmusters.
Diese Figur ist eine Ansicht des Sprühmusters bei Betrachtung strom abwärts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
und dieses Sprühmuster
weist den Querschnitt innerhalb einer Ebene senkrecht zur Mittelachse
des Einspritzlochs auf.
-
Alle
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die in den 1 bis 6 dargestellt
sind, haben eine Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtung,
welche den Kraftstoffstrom an mindestens zwei Orten zurückhält, und
weil die Größen der
Kraftstoffstrom-Rückhaltebereiche
an jedem Ort voneinander abweichen, ist die Verteilungsform des
Sprühens
an einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse 200 des
Einspritzlochs in in etwa zwei Richtungen unterteilt (701 und 702),
wie in 7 dargestellt ist, und die jeweiligen Verteilungsmengen
und Ausbreitungen des Sprühens
nehmen gleichzeitig verschiedene Formen an.
-
Die
Verteilungsform des Sprühens
kann entsprechend der jeweiligen Ausbreitung der Freisetzbereiche,
in denen der Kraftstoffstrom nicht beschränkt ist, geändert werden.
-
Insbesondere
kann die Verteilungsform des Sprühens
bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung aus 4 geändert werden,
indem die Höhe
Hw (in 2 dargestellt) der Wandflächen parallel zur Mittelachse 200 des
Einspritzlochs und die jeweiligen Breiten (Wa und Wb in 4)
geändert
werden. Falls die Höhe
Hw der Wandflächen
beispielsweise vergrößert wird,
ist die Ausbreitung des Sprühens
geringer, weil die Wirksamkeit der Wandflächen, an denen die Strömung des
Kraftstoffs in radialer Richtung zu beschränken ist, für den Kraftstoff, der bei einer
Rotation fließt,
zunimmt. Es ist durch Ändern
von Wa und Wb auch möglich,
die Ausbreitung der Freisetzbereiche, an denen die Kraftstoffströmung in
radialer Richtung nicht zu beschränken ist, zu ändern und
dadurch die Flussratenverteilung der in etwa in zwei Richtungen
geteilten Kraftstoffsprühungen
in den jeweiligen Richtungen einzustellen.
-
8 ist
eine Schnittansicht der internen Situation eines Motorzylinders,
welche auftritt, wenn die Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit dem
in den 1 bis 5 dargestellten offenen Ende
des Einspritzlochs am Ende des Lufteinlassventils eines Motors mit
Einspritzung innerhalb des Zylinders installiert wurde, der mit
zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen versehen ist, und
Kraftstoff während eines
Ansaughubs in die Verbrennungskammer eingespritzt wurde. Weil das
Einspritzen während
des Ansaughubs erfolgt, ist das Einlassventil 803 während der
Kraftstoffeinspritzung in einem offenen Zustand. Es ist ratsam,
dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so installiert wird, dass
von den Flussraten-Konzentrationsabschnitten des Sprühens, während derer
die Flussrate des Kraftstoffs in in etwa zwei Richtungen konzentriert
ist, nur der Abschnitt, der eine kleinere Flussrate aufweist, in
Richtung der Zündkerze 802 strömt, und
der Abschnitt, der eine größere Flussrate
aufweist, zum Kolben 804 strömt.
-
Indem
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung auf diese Weise installiert wird
und der Kraftstoff eingespritzt wird, kann, weil das Sprühen in Richtung
des Kolbens 804 unterhalb des Einlassventils 803 und
in Aufwärtsrichtung
des Einlassventils 803 unterteilt ist, verhindert werden,
dass die Kraftstoffdichteverteilung der Mischung innerhalb des Zylinders
während der
Zündung
zu mager wird oder die Kraftstoffdichteverteilung der Mischung auf
der Seite des Kolbens 804 zu dicht wird. Falls die Kraftstoffdichte
in der Nähe
der Zündkerze 802 zu
niedrig oder zu hoch ist, kann hierdurch eine Fehlzündung hervorgerufen
werden und dadurch bewirkt werden, dass die Mischung nicht zündet. Das
Sprühen
in Richtung der Zündkerze 802 ist
daher wirksam, um eine Fehlzündung
zu verhindern und eine verkleinerte Motorleistung und die Emission
nicht verbrannten Kraftstoffs zu unterdrücken.
-
Die
vorstehend beschriebene Wirkung kann nur erhalten werden, indem
eine Kraftstoffstrom-Rückhalteeinrichtung
stromabwärts
in Bezug auf das Einspritzloch bereitgestellt wird, und diese ist
nicht auf die in den 3, 4 und 5 beispielhaft
dargestellten Formen der offenen Enden des Einspritzlochs beschränkt. Die
vorstehend beschriebene Wirkung kann auch bei einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung
erhalten werden, welche die beispielsweise in den 9 und 10 dargestellten Formen
der offenen Enden des Einspritzlochs aufweist. Selbst für die in
den 9 und 10 dargestellten Formen der
offenen Enden des Einspritzlochs sind zwei Bereiche, in denen der
Kraftstoffstrom in radialer Richtung des Einspritzlochs nicht zurückgehalten
wird, in Umfangsrichtung des Einspritzlochs stromabwärts in Bezug
auf sein offenes Ende bereitgestellt, und diese Bereiche sind so bereitgestellt,
dass sich ihre Größen voneinander
unterscheiden. Wegen dieser Konfiguration konzentriert sich die
Sprühverteilung
in einem Querschnitt senkrecht zur Achse 200 des Einspritzlochs
des eingespritzten Kraftstoffsprays in in etwa zwei Richtungen,
und das Sprühen
kann auf ein Muster gelegt werden, bei dem eines der zwei Kraftstoffsprays
eine größere Flussrate
hat und das andere eine kleinere Flussrate hat.
-
Die
in den 9 und 10 dargestellten Formen der
offenen Enden des Einspritzlochs sind auch in der Hinsicht wirksam,
dass Änderungen
der Sprührichtung
und der Sprühdichte
des Kraftstoffs infolge der Erzeugung von Ablagerungen während der Karbonisation
des Kraftstoffs und von Schmiermitteln verringert werden, wenn die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem Motor mit Einspritzung innerhalb des
Zylinders montiert ist.
-
10 ist
eine weitere vergrößerte Ansicht des
in 9 dargestellten offenen Endes des Einspritzlochs,
und diese Ansicht zeigt auch die vorstehend erwähnten Ablagerungen 903 und 904 nur
an den mit Aussparungen versehenen Wandflächen 205b'' und 205a'' auf
der stromaufwärts
gelegenen Seite in Bezug auf die Strömungsrichtung (Rotationsrichtung)
des Kraftstoffs vom gesamten offenen Ende des Einspritzlochs.
-
Bei
der Form des offenen Endes des Einspritzlochs, wie in 9 dargestellt
ist, ist der Winkel an der Ecke 1005, an der die vorstehend
erwähnte mit
Aussparungen versehene Wandfläche 205a'' auf der stromaufwärts gelegenen
Seite und die Wandfläche 204b'' verbunden sind, spitz und ist
der Winkel an der Ecke 906, an der die Wandfläche 205b'' und die Wandfläche 204a'' verbunden sind, in etwa senkrecht.
Sowohl die Wandfläche 205a'', die mit der Ecke 905 verbunden
ist, als auch die Wandfläche 205b'', die mit der Ecke 906 verbunden
ist, sind an Stellen positioniert, wo sie nicht mit dem eingespritzten
Kraftstoff Wechselwirken, und Ablagerungen sammeln sich leicht auf
den Oberflächen
dieser Wandflächen,
wenn der Motor betrieben wird. Im Fall des in 4 dargestellten
offenen Endes des Einspritzlochs entsprechen die Wandflächen 205b und 205a den
Wandflächen 205b'' bzw. 205a'' in 10. Falls
im Fall des in 4 dargestellten offenen Endes
des Einspritzlochs Ablagerungen an den Wandflächen 205b und 205a haften,
Wechselwirken die Ablagerungen leicht mit dem eingespritzten Kraftstoff,
weil sich diese Ablagerungen ansammeln und in in etwa senkrechter
Richtung zu den Wandflächen 205b und 205a wachsen.
Daher kann durch die Bildung der Ecken zwischen den Wandflächen 205b'' und 204a'' und
zwischen den Wandflächen 205a'' und 204b'' in
einem in etwa senkrechten oder spitzen Winkel, wie in 10 dargestellt
ist, verhindert werden, dass Ablagerungen, die sich an den Wandflächen 205b'' und 205a'' ansammeln,
leicht mit dem spritzenden Kraftstoff Wechselwirken, und Änderungen
des Sprühmusters
infolge des Wachsens der Ablagerungen können daher unterdrückt werden.
-
Die
in den 9 und 10 dargestellten Formen der
offenen Enden des Einspritzlochs sind so ausgelegt, dass selbst
dann, wenn die Formen dieser offenen Enden durch plastische Bearbeitung
gebildet werden, die gewünschten
Sprühmuster
erhalten werden können.
Für die
in den 9 und 10 dargestellten Formen der
offenen Enden des Einspritzlochs sind die Wandflächen 204a'' und 204b'',
die sich stromabwärts
der Strömungsrichtung
(Rotationsrichtung) des Kraftstoffs befinden, in etwa in tangentialer
Richtung zum Umfang der Innenwand 201 des Einspritzlochs
an der Position, die der Innenwand 201 am nächsten gelegen
ist, ausgebildet.
-
Die
Wandflächen 204a'' und 204b'',
die sich stromabwärts
in Bezug auf die Rotationsrichtung des Kraftstoffs in 10 befinden,
entsprechen den Wandflächen 204a und 204b in 4.
Die Wandfläche 204a ist
jedoch an der Position, die der Innenwand 201 am nächsten liegt,
nicht in in etwa tangentialer Richtung zum Umfang der Innenwand 201 des Einspritzlochs
ausgebildet und hat einen Winkel.
-
Wenn
ein offenes Ende eines Einspritzlochs durch plastische Bearbeitung
gebildet wird, ist es im Allgemeinen, weil sich Ecken nicht leicht
bearbeiten lassen, einfacher, radiale Abschnitte mit einer Krümmung bereitzustellen.
An Wandflächen
in der Art der Wandfläche 204a,
welche das Sprühmuster
wegen der Wechselwirkung mit dem spritzenden Kraftstoff beeinflussen,
unterscheidet sich der Grad der Wechselwirkung mit dem spritzenden
Kraftstoff jedoch, weil das Vorhandensein radialer Abschnitte den
Abstand in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzpositionen im Außenbereich
der Innenwand 201 des Einspritzlochs ändert, entsprechend den jeweiligen
Abmessungen der radialen Abschnitte. Aus diesem Grund können Faktoren,
wie Abmessungsdifferenzen, die der Herstellung der radialen Abschnitte
zugeordnet sind, jedoch bewirken, dass sich das Sprühmuster von
Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu Kraftstoffeinspritzeinrichtung ändert.
-
Daher
wird es durch die Bildung der Wandflächen 204a'' und 204b'' in
in etwa tangentialer Richtung des Umfangs der Innenwand 201 des
Einspritzlochs, wie in 10 dargestellt ist, an der Position, die
der Innenwand 201 am nächsten
gelegen ist, unnötig,
Ecken an den Wandflächen
bereitzustellen, welche das Sprühmuster
wegen der Wechselwirkung mit dem spritzenden Kraftstoff beeinflussen,
und es wird auch möglich,
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu erhalten, welche das gewünschte Sprühmuster
erzeugt, selbst wenn das offene Ende des Einspritzlochs unter Verwendung
eines Verarbeitungsverfahrens, beispielsweise durch plastische Bearbeitung, bearbeitet
wird, wodurch die Herstellung dieses offenen Endes durch Bereitstellen
einer Krümmung
an jeder Ecke erleichtert wird.
-
Wie
vorstehend dargelegt wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung bereitgestellt werden, welche
es durch ein verhältnismäßig einfaches
Verfahren ermöglicht,
dass die Flussrate eines versprühten
Kraftstoffs in in etwa zwei Richtungen konzentriert wird und Unterschiede
zwischen jeweiligen Flussratenverteilungen gebildet werden, indem
das offene Ende des Einspritzlochs einer verwirbelnden Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
die mit einem einzigen Einspritzloch versehen ist, bearbeitet wird
und dann in Umfangsrichtung des offenen Endes des Einspritzlochs mehrere
Freisetzbereiche mit verschiedenen Größen, in denen der Kraftstoff
radial fließen
kann, bereitgestellt werden. Die vorstehend beschriebene Wirkung
kann erreicht werden, indem die Form des offenen Endes des Einspritzlochs
geändert
wird, und es kann daher, weil keine neuen Teile hinzugefügt werden
müssen,
eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung ohne erhebliche Kostenerhöhungen bereitgestellt werden,
die für
die jeweiligen Spezifikationen des Motors mit Einspritzung innerhalb
des Zylinders geeignet ist.
-
Durch
die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein ideales Sprühmuster
für den
vorgesehenen Motor mit Einspritzung innerhalb des Zylinders erhalten
werden.