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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse mit mehreren
Einspritzlöchern.
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Eine
Dieselkraftmaschine hat ein Selbstzündungssystem. Insbesondere
wird ein Kraftstoff in eine Brennkammer der Kraftmaschine eingeführt, das
heißt
zugeführt,
und dann wird Luft mit dem Kraftstoff in der Brennkammer so verdichtet,
dass eine Temperatur in der Brennkammer ansteigt. Somit wird die
Luft mit dem Kraftstoff, der eine hohe Temperatur aufweist, selbst
gezündet.
Es ist ein Hauptziel für
die Dieselkraftmaschine, eine Erzeugung von toxischen Substanzen
in dem Abgas zu reduzieren. Insbesondere um eine Verbrennung durchzuführen, die
in geeigneter Weise die toxischen Substanzen reduziert, sind eine
Zerstäubung
und eine Sprühdurchdringung
des Kraftstoffes, der aus einer Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt
wird, für
die Dieselkraftmaschine sehr wichtig. Angesichts einer Reduzierung von
Rauch in dem Abgas, das aus der Dieselkraftmaschine ausgelassen
wird, sind des Weiteren die Zerstäubung und die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffes wichtig.
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Um
die Zerstäubung
des Kraftstoffes zu fördern
und um die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffes zu verstärken,
ist eine Kraftstoffeinspritzdüse
mit mehreren Einspritzlöchern
vorgesehen. Diese Düse hat
mehrere Einspritzlöcher
mit einem kleinen Durchmesser, die nahe aneinander so angeordnet
sind, dass die Einspritzlöcher
ein Kraftstoffspray vorsehen, das heißt einen Kraftstoffstrahl.
Insbesondere spritzt jedes Einspritzloch den Kraftstoff so ein,
dass ein Kraftstoffstrahl erzeugt wird. Dann werden die aus den
Einspritzlöchern
eingespritzten Kraftstoffstrahle so integriert, dass ein einziger
Kraftstoffstrahl erzeugt wird. Diese Düse ist zum Beispiel in der JP-H07-167016
A und in der JP-H09-088766 A offenbart.
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Da
mehrere Einspritzlöcher
bei der vorstehend genannten Düse
den Kraftstoffstrahlen, das heißt
sprühen,
kann ein Durchmesser von jedem Einspritzloch kleiner sein. Somit
wird der Kraftstoff zerstäubt,
das heißt
ein Kraftstoffstrahl wird zerstäubt, der
aus jedem Einspritzloch gesprüht
wird. Des Weiteren wird durch die Zusammenwirkung der Kraftstoffstrahlen,
die aus den Einspritzlöchern
eingespritzt werden, die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles erhalten.
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Die
vorstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzdüse mit mehreren Einspritzlöchern ist
zum Beispiel eine Düse
mit parallelen Mittelachsen, eine Diffusions-Düse oder eine Kollisions-Düse. Die
Düse mit
den parallelen Mittelachsen hat mehrere Einspritzlöcher, deren
Mittelachsen parallel zueinander sind. Die Diffusions-Düse hat mehrere
Einspritzlöcher,
deren Mittelachsen gespreizt sind, das heißt sie weiten sich auf. Die
Kollisions-Düse
hat mehrere Einspritzlöcher,
deren Mittelachsen geschlossen sind, das heißt sie verengen sich.
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Bei
der Düse
mit den parallelen Mittelachsen ist eine Zusammenwirkung zwischen
den Kraftstoffstrahlen gering, so dass der Kraftstoffspray wandert,
das heißt
eine Distanz wird kurz, die der Kraftstoffstrahl erreicht. Somit
wird die Luft in der Brennkammer der Kraftmaschine nicht ausreichend
mit dem Kraftstoffstrahl gemischt. Dementsprechend wird in dem Abgas
der Rauch erzeugt, wie dies in der 9B gezeigt
ist.
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Hierbei
ist eine andere Düse
mit parallelen Mittelachsen vorgesehen. Bei dieser Düse ist ein
Abstand zwischen zwei angrenzenden Einspritzlöchern (das heißt ein Einspritzlochabstand
L) kurz. Die Zusammenwirkung der Kraftstoffstrahlen ist groß, so dass
die Sprühdurchdringung
der Kraftstoffstrahlen erhalten wird. Jedoch ist bei dieser Düse eine
Kraftstoffkonzentration nahe der Mitte der Kraftstoffstrahlachse
erhöht,
so dass ein Teil des Kraftstoffstrahles mit einer hohen Kraftstoffkonzentration verbrennt. Dementsprechend
kann der Rauch bei der Verbrennung des Teiles des Kraftstoffstrahles
erzeugt werden, wie dies in der 9A gezeigt
ist.
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Bei
der Diffusions-Düse
ist die Kraftstoffsprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles kurz, da die Zusammenwirkung zwischen den Kraftstoffstrahlen klein
ist, die aus den Einspritzlöchern
gesprüht
werden. Dementsprechend kann der Rauch bei der Verbrennung des Teiles
des Kraftstoffstrahles erzeugt werden, wie dies in der 9B gezeigt ist.
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Bei
der Kollisions-Düse
treffen sich die Kraftstoffstrahlen aus den Einspritzlöchern, das
heißt
sie schneiden oder sie kreuzen sich gegenseitig. Daher wird die
Sprühdurchdringung
entlang der Kraftstoffeinspritzachse gering. Somit wird die Kraftstoffsprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles kurz. Des Weiteren wird die Zusammenwirkung der
Kraftstoffstrahlen stark, so dass die Kraftstoffkonzentration nahe
der Mitte der Kraftstoffstrahlachse erhöht ist. Dementsprechend kann
der Rauch bei der Verbrennung des Teiles des Kraftstoffstrahles
erzeugt werden, wie dies in der 9B gezeigt
ist.
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Hierbei
stellt VIIIA in den 8 bis 9B einen ersten Bereich (das
heißt
einen anfänglichen
Einspritzbereich) des Kraftstoffstrahles dar, direkt nachdem der
Kraftstoff aus der Düse
eingespritzt wurde. VIIIB stellt einen zweiten Bereich (das heißt einen Zerstäubungs-
und Verdampfungsbereich) des Kraftstoffstrahles dar, nachdem der
Kraftstoffstrahl in dem anfänglichen
Einspritzbereich VIIIA expandiert ist. Dann stellt VIIIC einen dritten
Bereich (das heißt
einen vorläufigen
Mischbereich) des Kraftstoffstrahles dar, nachdem der Kraftstoffstrahl
in dem Zerstäubungs-
und Verdampfungsbereich VIIIB expandiert ist. Dann stellt VIIID
einen vierten Bereich VIIID (das heißt einen Verbrennungsbereich)
dar, nachdem der Kraftstoffstrahl in dem vorläufigen Mischbereich VIIIC expandiert
ist.
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Bei
dem Stand der Technik haben die Sprühdurchdringung und die Zerstäubung des
Kraftstoffes eine Kompromissbeziehung. Dementsprechend ist es schwierig,
ein Gleichgewicht zwischen der Sprühdurchdringung und der Zerstäubung herzustellen. Angesichts
dieses Problemes ist eine neue Kraftstoffeinspritzdüse bei einem
Kraftstoffeinspritzventil für eine
Direkteinspritzkraftmaschine mit einem Selbstzündungssystem erforderlich.
Bei der neuen Kraftstoffeinspritzdüse wird die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles, der aus der neuen Einspritzdüse gestrahlt
wird, in geeigneter Weise so gesteuert, dass die in einer Brennkammer
vorhandene Luft von einem Auslass eines Einspritzloches der neuen
Einspritzdüse
zu einer Innenwand der Kammer mit dem Kraftstoffstrahl ausreichend
verbrennt. Des Weiteren endet eine Verbrennung der Luft mit dem
Kraftstoffstrahl im Wesentlichen bevor der Kraftstoffstrahl die
Innenwand der Kammer erreicht.
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Insbesondere
ist es für
eine neue Kraftstoffeinspritzdüse
erforderlich, die Zerstäubung
und die Sprühdurchdringung
eines Kraftstoffstrahles in geeigneter Weise so zu steuern, dass
die Verbrennung der Luft mit dem Kraftstoffstrahl hinreichend vollständig ist.
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Angesichts
des vorstehend beschriebenen Problemes ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzdüse vorzusehen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftstoffeinspritzdüse Folgendes
auf: einen Einspritzauslass mit einer Vielzahl Einspritzlöcher. Jedes
Einspritzloch hat einen Einspritzlochdurchmesser, der als D definiert
ist. Jedes Einspritzloch hat einen Auslassanschluss und eine Mittelachse.
Die Mittelachsen der Einspritzlöcher kreuzen
sich an einem Kreuzpunkt mit einem Kreuzwinkel. Ein Kreuzpunktabstand
zwischen dem entsprechenden Auslassanschluss der Einspritzlöcher und
dem Kreuzpunkt ist als X definiert. Der Kreuzwinkel der Mittelachsen
der Einspritzlöcher
ist als θ definiert.
Der Kreuzpunktabstand X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D,
und der Kreuzwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Düse werden
eine ausreichende Zerstäubung
des Kraftstoffes und eine ausreichende Sprühdurchdringung des Kraftstoffstrahles
erhalten. Somit kann die Sprühspitzenlänge des
zerstäubten
Kraftstoffstrahles so gesteuert werden, dass die Sprühspitzenlänge gemäß dem Innenwandabschnitt
zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer bestimmt
ist. Somit kann der Einspritzauslass den Kraftstoff zu der Innenwand
der Brennkammer derart einspritzen, dass Luft in der Brennkammer,
die zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer
vorhanden ist, vollständig
für die
Verbrennung genutzt wird, indem die Sprühdurchdringung eines Kraftstoffstrahles
gesteuert wird, der aus dem Einspritzauslass eingespritzt wird,
und dass die Verbrennung des aus dem Einspritzauslass eingespritzten
Kraftstoffes im Wesentlichen vollständig ist, bevor der Kraftstoffstrahl
die Innenwand der Brennkammer erreicht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kraftstoffeinspritzdüse einen Einspritzauslass
mit einer Vielzahl Einspritzlöcher. Jedes
Einspritzloch hat einen Einspritzlochdurchmesser, der als D definiert
ist. Jedes Einspritzloch hat einen Auslassanschluss und eine Mittelachse.
Die Mittelachsen der Einspritzlöcher
kreuzen sich an einem Kreuzpunkt mit einem Kreuzwinkel. Ein Kreuzpunktabstand
zwischen dem jeweiligen Auslassanschluss der Einspritzlöcher und
dem Kreuzpunkt ist als X definiert. Der Kreuzwinkel der Mittelachsen
der Einspritzlöcher
ist als θ definiert.
Der Kreuzpunktabstand X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D. Der
Kreuzwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°. Der
Einspritzlochdurchmesser D ist in einem Bereich zwischen 0,05 mm
und 0,1 mm. Der Einspritzauslass kann einen Kraftstoff mit einem Kraftstoffdruck
einspritzen, der gleich oder größer als
100 MPa ist. Der Einspritzauslass kann den Kraftstoff in eine Brennkammer
entlang einer Einspritzrichtung einspritzen. Die Brennkammer hat
eine Innenwand. Ein Innenwandabstand zwischen dem jeweiligen Auslassanschluss
der Einspritzlöcher
und der Innenwand der Brennkammer in der Einspritzrichtung des Einspritzauslasses
ist als S definiert. Der Innenwandabstand S ist in einem Bereich
zwischen 350D und 450D. Der Einspritzauslass kann den Kraftstoff zu
der Innenwand der Brennkammer derart einspritzen, dass Luft in der
Brennkammer, die zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand
der Brennkammer vorhanden ist, vollständig für eine Verbrennung genutzt
wird, indem eine Sprühdurchdringung eines
Kraftstoffstrahles gesteuert wird, der aus dem Einspritzauslass
eingespritzt wird, und dass die Verbrennung des aus dem Einspritzauslass
eingespritzten Kraftstoffes im Wesentlichen vollständig ist,
bevor der Kraftstoffstrahl die Innenwand der Brennkammer erreicht.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Düse werden
eine ausreichende Zerstäubung
des Kraftstoffes und eine ausreichende Sprühdurchdringung des Kraftstoffstrahles
erhalten. Somit kann die Sprühspitzenlänge des
zerstäubten
Kraftstoffstrahles so gesteuert werden, dass die Sprühspitzenlänge gemäß dem Innenwandabstand
zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer bestimmt
ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden, detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich. Zu den Zeichnungen:
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1A zeigt
eine schematische Ansicht eines Teiles einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß einem ersten
exemplarischen Ausführungsbeispiel,
und 1B zeigt eine ausschnittartige, vergrößerte Draufsicht
eines Teiles IB in der 1A;
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2A zeigt
eine ausschnittartige, vergrößerte Draufsicht
eines Einspritzauslasses mit mehreren Einspritzlöchern, und 2B zeigt
eine ausschnittartige, vergrößerte Draufsicht
eines Einspritzauslasses mit einem einzigen Einspritzloch;
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3A zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Einspritzlochfläche und
einer Sprühspitzenlänge, und 3B zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen der Einspritzlochfläche und
einer Sprühtropfengröße;
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4A zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Kreuzpunktwinkel und
der Sprühspitzenlänge, und 4B zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Kreuzpunktwinkel
und der Sprühtropfengröße;
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5A zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Kreuzpunktabstand und
der Sprühspitzenlänge, und 5B zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Kreuzpunktabstand
und der Sprühtropfengröße;
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6 zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Einspritzdruck
und der Sprühtropfengröße oder
zwischen dem Einspritzdruck und der Sprühspitzenlänge;
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7 zeigt
eine schematische Ansicht einer Brennkammer;
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8 zeigt
eine schematische Ansicht einer optimalen Einspritzung aus der Düse;
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9A und 9B zeigen
schematische Ansichten einer unangemessenen Einspritzung aus der
Düse;
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10 zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Kreuzpunktwinkel
und dem Kreuzpunktabstand;
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11 zeigt
eine Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß dem ersten
exemplarischen Ausführungsbeispiel;
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12A zeigt eine schematische Ansicht eines Teiles
einer Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß einem zweiten
exemplarischen Ausführungsbeispiel, 12B zeigt eine ausschnittartige, vergrößerte Draufsicht
eines Teiles XIIB in der 12A und 12C zeigt eine schematische Ansicht zum Beschreiben
von mehreren Einspritzlöchern
in der Düse;
und
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13A zeigt eine schematische Ansicht eines Teiles
einer Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß einem dritten
exemplarischen Ausführungsbeispiel, 13B zeigt eine ausschnittartige, vergrößerte Draufsicht
eines Teiles XIIIB in der 13A und 13C zeigt eine schematische Ansicht zum Beschreiben
von mehreren Einspritzlöchern
in der Düse.
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Eine
Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
ist in den 1 bis 11 gezeigt.
Zunächst
wird ein Konzept eines Aufbaus der Düse beschrieben.
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Wie
dies in der 11 gezeigt ist, dient die Düse zum Strahlen,
das heißt
zum Sprühen
eines Hochdruckkraftstoffes in einen Zylinder einer Dieselkraftmaschine.
Die Düse
hat einen Düsenkörper 1 und
eine Nadel 2. Die Düse
wird in einem Düsenhalter
(nicht gezeigt) montiert, und der Düsenhalter mit der Düse wird
in der Kraftmaschine angebracht.
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Der
Düsenkörper 1 hat
ein Führungsloch 3, um
darin die Nadel 2 einzufügen, ein Kraftstoffreservoir 4,
das in einem mittleren Abschnitt des Führungsloches 3 angeordnet
ist, einen Kraftstoffeinführungskanal 5,
der mit dem Kraftstoffreservoir 4 verbunden ist, und einen
Einspritzauslass 6 mit mehreren Einspritzlöchern 7 zum
Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes in den Zylinder der Kraftmaschine. Mehrere
Einspritzlöcher 7 sehen den
Einspritzauslass 6 vor, wie dies in den 1A und 1B gezeigt
ist.
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Das
Führungsloch 3 ist
von einem oberen Ende des Düsenkörpers 1 zu
einem unteren Ende des Düsenkörpers 1 so
ausgebildet, dass es einen konstanten Innendurchmesser aufweist.
Eine Öffnung
des Führungsloches 3,
das von dem oberen Ende des Düsenkörpers 1 mündet, hat
eine Umfangskante, die mit einer Fase versehen ist. Ein Ventilsitz 8 mit
einer runden, konischen Form ist an dem unteren Ende des Führungsloches 3 ausgebildet. Der
Einspritzauslass 6 ist an einer unteren Seite des Ventilsitzes 8 angeordnet.
Hierbei ist die untere Seite des Ventilsitzes 8 eine stromabwärtige Seite
des Kraftstoffes.
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Das
Kraftstoffreservoir 4 ist so ausgebildet, dass sich ein
Innendurchmesser des Führungsloches 3 über den
gesamten Umfang vergrößert. Das Kraftstoffreservoir 4 sieht
einen Raum mit einer Ringform vor, der an einem Außenumfang
der Nadel 2 angeordnet ist. Hierbei ist die Nadel 2 in
das Führungsloch 3 eingefügt. Ein
Teil des Führungsloches 3,
der an einer oberen Seite von dem Kraftstoffreservoir 4 angeordnet
ist, sieht ein Gleitloch 9 vor.
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Der
Kraftstoffeinführungskanal 5 ist
ein Kanal zum Einführen
des Hochdruckkraftstoffes von dem Düsenhalter (nicht gezeigt) zu
dem Kraftstoffreservoir 4. Der Kraftstoffeinführungskanal 5 ist
von dem oberen Ende des Düsenkörpers 1 zu
dem Kraftstoffreservoir 4 angeordnet.
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Eine
konische Spitze 11, das heißt ein unteres Ende des Ventilsitzes 8 oder
ein Ende des Ventilsitzes 8 ist an der unteren Seite des
Düsenkörpers 1 ausgebildet.
Ein Düsensack,
das heißt
ein Sackvolumen 12 ist im Inneren der konischen Spitze 11 ausgebildet.
Jedes Einspritzloch 7 des Einspritzauslasses 6 durchdringt
die konische Spitze 11. Insbesondere durchdringt jedes
Einspritzloch 7 die konische Spitze 11 schräg von einer
Innenwand der konischen Spitze 11, das heißt einer
Innenwand des Sackvolumens 12 zu einer Außenwand
der konischen Spitze 11. Hierbei liegt die Außenwand
der konischen Spitze 11 zu dem Inneren einer Brennkammer 13 frei,
wie dies in der 7 gezeigt ist.
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Die
Nadel 2 hat einen Gleitachsenabschnitt 14, eine
Druckaufnahmefläche 15,
eine Welle 16 und einen Ventilabschnitt 17. Der
Gleitachsenabschnitt 14 ist gleitbar an einer Innenfläche des
Gleitloches 9 des Düsenkörpers 1 gestützt, wobei
dazwischen ein vorbestimmter kleiner Zwischenraum ist. Die Druckaufnahmefläche 15 ist
an einem unteren Abschnitt des Gleitachsenabschnittes 14 ausgebildet.
Die Welle 16 erstreckt sich von der Druckaufnahmefläche 15 zu
der unteren Seite der Nadel 2. Die Welle 16 hat
einen kleinen Durchmesser. Der Ventilabschnitt 17 hat eine
runde, konische Form. Der Ventilabschnitt 17 gelangt mit
dem Ventilsitz 8 in Kontakt und trennt sich von diesem,
so dass der Einspritzauslass 6 geöffnet und geschlossen wird.
Der Gleitachsenabschnitt 14 ist gleitbar, das heißt entlang
einer axialen Richtung der Nadel 2 bewegbar. Insbesondere
bewegt sich der Gleitachsenabschnitt 14 zwischen dem Kraftstoffreservoir 4 und
einem oberen Abschnitt der Nadel 2 (das heißt eine
Niederdruckseite der Düse).
Der Gleitachsenabschnitt 14 ist in dem Führungsloch 3 bewegbar,
wobei eine Abdichtung zwischen der Nadel 2 und dem Gleitachsenabschnitt 9 aufrechterhalten
wird.
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Die
Druckaufnahmefläche 15 hat
eine abgeschrägte
Form, so dass eine obere Seite der Druckaufnahmefläche 15 größer ist
als eine untere Seite der Fläche 15.
Die Druckaufnahmefläche 15 ist
an einem unteren Abschnitt des Gleitachsenabschnittes 14 ausgebildet.
Die Druckaufnahmefläche 15 ist
dem Kraftstoffreservoir 4 zugewandt.
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Die
Welle 16 hat einen Außendurchmesser, der
kleiner ist als ein Durchmesser des Gleitachsenabschnittes 14.
Die Welle 16 ist in das Führungsloch 3 eingefügt und unter
dem Kraftstoffreservoir 4 angeordnet. Die Welle 16 und
das Führungsloch 3 sehen einen
Kraftstoffkanal 18 vor.
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Der
Ventilabschnitt 17, der an einem oberen Ende der Nadel 2 angeordnet
ist, hat mehrere Konusse mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln.
Der Ventilabschnitt 17 besteht aus mehreren Konussen. Eine
Lichtkante 19 ist an einer Grenze zwischen dem Ventilabschnitt 17 und
dem oberen Ende der Nadel 2 ausgebildet. Ein Spreizwinkel
des oberen Endes der Nadel 2, die über der Lichtkante 19 angeordnet
ist, ist kleiner als ein Spreizwinkel des Ventilsitzes 8.
Ein Spreizwinkel des Ventilabschnittes 17, der unter der Lichtkante 19 angeordnet
ist, ist größer als
der Spreizwinkel des Ventilsitzes 8.
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Wenn
der Ventilabschnitt 17 mit dem Ventilsitz 8 in
Kontakt gelangt, dann wird die Lichtkante 19 des Ventilabschnittes 17 so
an den Ventilsitz 8 gesetzt, dass der Kraftstoffkanal 18 und
der Einspritzauslass 6 nicht verbunden sind. Wenn der Ventilabschnitt 17 von
dem Ventilsitz 8 getrennt wird, dann wird die Lichtkante 19 des
Ventilabschnittes 17 von dem Ventilsitz 8 so entfernt,
dass der Kraftstoffkanal 18 und der Einspritzauslass 6 verbunden
sind. In diesem Fall wird der Hochdruckkraftstoff aus dem Einspritzauslass 6 gesprüht.
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Ein
Betrieb der Kraftstoffeinspritzdüse
wird folgendermaßen
beschrieben. Zunächst
wird der Hochdruckkraftstoff, der von einer Kraftstoffdruckbeaufschlagungseinrichtung
wie zum Beispiel eine Common-Rail (nicht gezeigt) zugeführt wird,
in den Kraftstoffeinführungskanal 5 eingeführt. Dann
wird der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 4 akkumuliert.
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Ein
Aktuator (nicht gezeigt) wie zum Beispiel ein Elektromagnetventil
oder ein piezoelektrischer Aktuator steuert die Nadel 2 derart,
dass eine nach unten gerichtete Kraft (das heißt eine Schließkraft) der
Nadel 2 reduziert wird. Eine nach oben gerichtete Kraft
(das heißt
eine Öffnungskraft)
der Druckaufnahmefläche 15,
die durch den Hochdruckkraftstoff in dem Kraftstoffreservoir 4 erzeugt
wird, wird größer als
die Schließkraft
der Nadel 2. In diesem Fall bewegt sich die Nadel 2 nach
oben. Somit wird die Lichtkante 19 des Ventilabschnittes 17 von
dem Ventilsitz 8 getrennt, und der Kraftstoffkanal 18 und
der Einspritzauslass 6 werden miteinander verbunden. Dementsprechend
wird der Hochdruckkraftstoff aus dem Einspritzauslass 6 in
die Kammer 13 gestrahlt.
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Wenn
der Aktuator die Steuerung der Nadel 2 stoppt, wird die
nach unten gerichtete Kraft der Nadel 2 vergrößert. Die
nach oben gerichtete Kraft der Druckaufnahmefläche 15 wird kleiner
als die Schließkraft
der Nadel 2. In diesem Fall bewegt sich die Nadel 2 nach
unten. Somit gelangt die Lichtkante 19 des Ventilabschnittes 17 mit
dem Ventilsitz 8 in Kontakt, und der Kraftstoffkanal 18 und
der Einspritzauslass 6 sind nicht miteinander verbunden.
Dementsprechend wird der Hochdruckkraftstoff nicht aus dem Einspritzauslass 6 in
die Kammer 13 gestrahlt, das heißt die Kraftstoffeinspritzung
aus dem Einspritzauslass 6 wird gestoppt.
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Der
Einspritzauslass 6 in der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß diesem
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist kein einziger Einspritzauslass mit nur einem Einspritzloch 7,
wie dies in der 2B gezeigt ist, sondern ein
Mehrfach-Einspritzauslass mit mehreren Einspritzlöchern 7,
wie dies in der 2A gezeigt ist. Gemäß der 2A hat
der Auslass 6 zwei Einspritzlöcher 7.
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Die 3A zeigt
eine Beziehung zwischen einer Einspritzlochfläche und einer Kraftstoffsprühspitzenlänge. Die 3B zeigt
eine Beziehung zwischen der Einspritzlochfläche und einer Sprühtropfengröße, das
heißt
Maße eines
Tropfens des Kraftstoffstrahles. IIIA stellt einen einzigen Einspritzauslass
dar, und IIIB stellt einen Mehrfach-Einspritzauslass dar. Hierbei
sind die Einspritzachsen der Einspritzlöcher 7 bei dem Mehrfach-Einspritzauslass
parallel zueinander. Gemäß den 3A und 3B ist die
Durchsatzrate des einzigen Einspritzauslasses IIIA gleich der Durchsatzrate
des Mehrfach-Einspritzauslasses IIIB.
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Bei
dem einzigen Einspritzauslass, wie er in der 3B gezeigt
ist, wird die Sprühtropfengröße kleiner,
wenn der Einspritzlochdurchmesser D kleiner wird, der ein Innendurchmesser
des Einspritzloches 7 gemäß der 2B ist.
Somit wird der Kraftstoffstrahl stärker zerstäubt, wenn die Fläche D klein wird.
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Wenn
jedoch der Einspritzlochdurchmesser D kleiner wird, wird die Sprühspitzenlänge kürzer, das
heißt
kleiner, wie dies in der 3A gezeigt
ist.
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Bei
dem Mehrfach-Einspritzauslass, wie er als IIIB in der 3B dargestellt
ist, wird der Kraftstoff zerstäubt,
das heißt
die Sprühtropfengröße des Kraftstoffstrahles
wird kleiner, der aus jedem Einspritzloch 7 eingespritzt
wird, wenn der entsprechende Einspritzlochdurchmesser D der Einspritzlöcher 7 kleiner
wird. Auch wenn der Einspritzlochdurchmesser D klein ist, ist die
Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles, der aus dem Mehrfach-Einspritzauslass eingespritzt wird,
ausreichend groß,
das heißt
die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles wird in ausreichender Weise dadurch erhalten,
dass die Kraftstoffstrahlen zusammenwirken, die aus den Einspritzlöchern 7 gestrahlt
werden.
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Um
sowohl die Zerstäubung
als auch die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles zu optimieren, hat der Mehrfach-Einspritzauslass
die folgenden Charakteristika.
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Wie
dies in den 1A und 1B gezeigt ist,
ist eine Einspritzlochfläche
von jedem Einspritzloch 7 als D definiert, ein Abstand
zwischen einem Auslass des Einspritzloches 7 und einem
Kreuzpunkt der Mittelachsen der Einspritzlöcher 7 ist als ein Kreuzpunktabstand
X definiert, und ein Kreuzpunktwinkel ist als θ definiert. Die Mittelachsen
der Einspritzlöcher 7 schneiden
sich an dem Kreuzpunkt mit dem Kreuzpunktwinkel θ und dem Kreuzpunktabstand
X. Bei diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Einspritzlochdurchmesser
D in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,1 mm. Der Kreuzpunktabstand
X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D. Der Kreuzpunktwinkel θ ist in
einem Bereich zwischen 1° und
10°.
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Wenn
der Einspritzlochdurchmesser D gleich oder kleiner als 0,1 mm ist,
dann ist die Sprühtropfengröße ausreichend
klein, so dass die ausreichende Zerstäubung des Kraftstoffstrahles
erhalten wird.
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Wenn
des Weiteren der Einspritzlochdurchmesser D gleich oder größer als
0,05 mm ist, dann wird das Verstopfen des Einspritzloches 7 durch Fremdpartikel
in dem Kraftstoff verhindern. Somit wird eine stabile und zuverlässige Kraftstoffeinspritzung
gewährleistet.
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Wenn
der Einspritzlochdurchmesser D in einem Bereich zwischen 0,05 mm
und 0,1 mm ist, dann werden somit sowohl die ausreichende Zerstäubung als
auch die stabile und zuverlässige
Kraftstoffeinspritzung erhalten.
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Der
aus dem Einspritzloch 7 eingespritzte Kraftstoffstrahl
wird diffundiert, wobei er sich mit dem Atmosphärengas in der Kammer 13 mischt.
Dementsprechend wird die Sprühdurchdringung
reduziert, wenn sich der Kraftstoffstrahl von dem Auslass des Einspritzloches 7 entfernt.
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Um
die Sprühdurchdringung
aufrechtzuerhalten, schneiden sich die Ausdehneinspritzlöcher 7 eingespritzten
Kraftstoffstrahle, wie dies in der 1A gezeigt
ist, und zwar auch dann, wenn der Kraftstoffstrahl ausreichend zerstäubt wird.
Um sowohl die ausreichende Sprühdurchdringung
als auch die ausreichende Zerstäubung
zu erhalten, werden der Kreuzpunktabstand X und der Kreuzpunktwinkel θ optimiert.
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Wenn
der Kreuzpunktabstand X kleiner als 10D ist, dann wird der Kreuzpunktwinkel θ der Mittelachsen
der Einspritzlöcher 7 größer. Somit
treffen sich die Kraftstoffstrahle aus den Einspritzlöchern 7, das
heißt
sie schneiden sich miteinander in einem großen Winkel, das heißt in einem
großen
Kreuzpunktwinkel θ.
Somit wird die Sprühdurchdringung entlang
einer Einspritzrichtung stark reduziert. Somit wird die Sprühspitzenlänge kurz.
Wenn insbesondere der Kreuzpunktabstand X kleiner als 10D ist, ist
der Kreuzpunktwinkel θ größer als
10°. Wie
dies in der 4A gezeigt ist, wird die Sprühdurchdringung
in diesem Fall klein, und daher wird die Sprühspitzenlänge ebenfalls klein. In den 4A und 4B bedeutet „geöffnet", dass sich die Mittelachsen
der Einspritzlöcher 7 aufweiten,
und „geschlossen" bedeutet, dass sich
die Mittelachsen der Einspritzlöcher 7 schneiden,
das heißt
dass der Kreuzpunktabstand X kleiner wird. In den 4A und 4B ist
der Einspritzlochabstand L konstant, und der Einspritzlochdurchmesser
D ist konstant.
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Wenn
der Kreuzpunktabstand X größer als 100D
ist, dann nähert
sich der Kreuzpunktwinkel θ an Null
an. Wenn hierbei der Kreuzpunktwinkel θ Null beträgt, dann werden die Mittelachsen
der Einspritzlöcher 7 zueinander
parallel. Somit wird die Zusammenwirkung zwischen den aus den Einspritzlöchern 7 eingespritzten
Kraftstoffstrahlen klein, so dass die Sprühspitzenlänge des Kraftstoffstrahles
kurz wird. Wenn insbesondere der Kreuzpunktabstand X größer als
100D ist, ist der Kreuzpunktwinkel θ der Mittelachsen der Einspritzlöcher 7 kleiner
als 1°.
Dementsprechend werden die Kraftstoffstrahle aus den Löchern 7 zerstäubt und
miniaturisiert, und dann werden die Kraftstoffstrahle mit der Luft
gemischt. Wie dies in der 5A gezeigt
ist, wird somit die Sprühdurchdringung
reduziert, und die Sprühspitzenlänge wird
kurz.
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Um
die Sprühdurchdringung
durch eine Zusammenwirkung der jeweiligen Kraftstoffstrahle aufrechtzuerhalten,
wird somit jeder Strahl gemäß einer Miniaturisierung
des Einspritzlochdurchmessers D miniaturisiert, der Kreuzpunktabstand
X wird so festgelegt, dass er in einem Bereich zwischen 10D und 100D
ist, und der Kreuzpunktwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°. In
diesem Bereich, das heißt
in dem optimalen Bereich ist die Sprühspitzenlänge groß, das heißt ausreichend lang. Dementsprechend
werden sowohl die Zerstäubung
als auch die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles erzielt. Somit wird die Verbrennung der Luft
mit dem Kraftstoffstrahl in der Kraftmaschine ausreichend vollständig.
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Insbesondere
wird die Sprühspitzenlänge des
zerstäubten
Kraftstoffstrahles so gesteuert, dass die Sprühspitzenlänge gemäß einem Innenwandabstand S
von dem Einspritzloch 7 und einer Innenwand 21 der
Kammer 13 in geeigneter Weise gesteuert wird. Somit wird
die Luft mit dem Kraftstoffstrahl, die in der Kammer 13 zwischen
dem Einspritzloch 7 und der Innenwand 21 der Kammer 13 vorhanden
ist, vollständig
genutzt, so dass die Verbrennung der Kraftstoffstrahle, die aus
den Einspritzlöchern 7 gesprüht werden,
vollständig
ist, bevor die Kraftstoffstrahle die Innenwand 21 der Kammer 13 erreichen.
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Bei
diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist der Kraftstoffdruck des in die Einspritzdüse eingeführten Kraftstoffes gleich oder
größer als
100 MPa. Insbesondere führt
eine Kraftstoffdruckhalteeinrichtung wie zum Beispiel eine Common-Rail
den Kraftstoff in den Kraftstoffeinführungskanal 5 der Düse zu. Der
Kraftstoffdruck des in den Kanal 5 eingeführten Kraftstoffes
ist gleich oder größer als
100 MPa.
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Wie
dies in der 6 gezeigt ist, ist die Sprühtropfengröße in diesem
Fall klein, und die Sprühspitzenlänge ist
lang, da die Einspritzenergie des Kraftstoffes erhöht ist,
der aus den Einspritzlöchern 7 gestrahlt
wird.
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Bei
diesem exemplarischen Ausführungsbeispiel
wird der Kraftstoffstrahl, der aus der Düse gestrahlt wird, in die Kammer 13 gesprüht, wie
dies in der 7 gezeigt ist. Die Brennkammer 13 ist
ein Raum, der von einem Zylinderkopf und einem Kolben der Kraftmaschine
umgeben ist. Der aus der Düse gestrahlte
Kraftstoff wird entlang einer Einspritzachse des Einspritzauslasses 6 gesprüht. Hierbei
ist die Einspritzachse eine Mittellinie des Kraftstoffstrahles, die
eine Mitte α zwischen
den Einspritzlöchern 7 mit dem
Kreuzpunkt der Mittelachsen der Einspritzlöcher 7 verbindet.
Wie dies in den 1A und 1B gezeigt
ist, ist die Mitte α zwischen
zwei angrenzenden Einspritzlöchern 7 angeordnet.
Ein Abstand zwischen zwei Einspritzlöchern 7 ist als L
definiert, und der Innenwandabstand S ist als ein Abstand von dem Auslass
des jeweiligen Einspritzloches 7 zu der Innenwand 21 der
Kammer 13 definiert.
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Der
Innenwandabstand S ist begrenzt, falls die Verbrennung in der Kraftmaschine
in ausreichender Weise vollständig
ist. Dies ist dadurch begründet, dass
der Kraftstoffstrahl mit dem Atmosphärengas diffundiert und gemischt
wird, wenn die Sprühspitzenlänge einen
vorbestimmten Abstand überschreitet,
das heißt
eine Begrenzung der Sprühspitzenlänge. Somit
wird eine Begrenzung des Innenwandabstandes S durch eine optimale
Verbrennung bestimmt, die durch die Begrenzung der Sprühspitzenlänge definiert
ist.
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Wenn
insbesondere der Einspritzlochdurchmesser D gleich oder kleiner
als 0,1 mm ist, dann ist der Kreuzpunktabstand X in einem Bereich
zwischen 10D und 100D, und der Kreuzpunkwinkel θ ist in einem Bereich zwischen
1° und 10°, wobei die
obere Begrenzung des Innenwandabstandes S 450D beträgt. In diesem
Fall wird die optimale Verbrennung erhalten.
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Wenn
andererseits die Sprühspitzenlänge viel
kürzer
ist, dann wird die Luft in der Kammer 13 nicht in ausreichender
Weise für
die Verbrennung genutzt. Daher hat der Innenwandabstand S eine untere
Begrenzung.
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Wenn
insbesondere der Einspritzlochdurchmesser D gleich oder kleiner
als 0,1 mm ist, dann ist der Kreuzpunktabstand X in einem Bereich
zwischen 10D und 100D, und der Kreuzpunktwinkel θ ist in einem Bereich zwischen
1° und 10°, wobei die
untere Begrenzung des Innenwandabstandes S 350D beträgt. In diesem
Fall wird die optimale Verbrennung erhalten.
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Wenn
der Innenwandabstand S in einem Bereich zwischen 350D und 450D ist,
wird die optimale Verbrennung somit erhalten.
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Der
optimale Bereich des Innenwandabstandes S hängt von einer Auslegung der
Kraftmaschine und einer Kraftmaschinenverdrängung ab. Wenn die Kraftmaschine
eine kleine Kraftmaschinenverdrängung
aufweist, dann ist der Innenwandabstand S kurz. Wenn die Kraftmaschine
eine große
Kraftmaschinenverdrängung
aufweist, dann ist der Innenwandabstand S lang. In beiden Fällen ist
es erforderlich, dass die Kraftmaschine einen vorläufigen Mischbereich
VIIIC an einer optimalen Position in der Kammer 13 bildet,
wie dies in der 8 gezeigt ist. Gemäß der 8 wird
der aus der Düse
gestrahlte Kraftstoff am Anfang in dem anfänglichen Einspritzbereich VIIIA
expandiert. Dann wird der Kraftstoffstrahl so zerstäubt und
verdampft, dass der Kraftstoffstrahl in dem Zerstäubungs-
und Verdampfungsbereich VIIIB expandiert wird. Dann wird der Kraftstoffstrahl
in dem vorläufigen
Mischbereich VIIIC expandiert. Schließlich wird der Kraftstoffstrahl
in dem Verbrennungsbereich VIIID verbrannt. Somit wird der Kraftstoffstrahl
vollständig
verbrannt, und zwar direkt bevor der Kraftstoffstrahl die Innenwand 21 der
Kammer 13 erreicht.
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Wenn
die Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles sehr viel länger
als der Innenwandabstand S ist, wie dies in der 9A gezeigt
ist, dann erreicht der Kraftstoffstrahl die Innenwand 21 der Kammer 13 und
trifft auf diese, bevor die Verbrennung des Kraftstoffstrahles vollständig ist.
Somit wird die Kraftstoffkonzentration inhomogen, so dass Rauch
in einem Abgas erzeugt wird, das aus der Dieselkraftmaschine ausgelassen
wird.
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Wenn
die Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles sehr viel kürzer
als der Innenwandabstand S ist, wie dies in der 9B gezeigt
ist, dann wird der Kraftstoffstrahl in nicht ausreichender Weise mit
der Luft in der Kammer 13 gemischt. Somit wird der Rauch
in dem Abgas erzeugt.
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Somit
wird die optimale Sprühdurchdringung,
das heißt
die optimale Sprühspitzenlänge auf der
Grundlage des Aufbaus der Kraftmaschine bestimmt, das heißt auf der
Grundlage des Innenwandabstandes S.
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Wie
dies in der 10 gezeigt ist, ist eine Beziehung
zwischen dem Kreuzpunktabstand und dem Kreuzpunktwinkel θ in einer
Richtung zu „D:KLEIN" definiert, wenn
der Innenwandabstand S in einem Bereich zwischen 350D und 450D ist,
und wenn der Innenwandabstand S vergleichsweise klein ist, das heißt wenn
die Kraftmaschine eine kleine Verdrängung aufweist. In diesem Fall
wird der Einspritzlochdurchmesser D so klein festgelegt, dass er
in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,1 mm ist. Des Weiteren wird
der Kreuzpunktabstand X so kurz festgelegt, dass er in einem Bereich
zwischen 10D und 100D ist. In diesem Fall wird der Kraftstoffstrahl
in einer Anfangsstufe zerstäubt,
nachdem der Kraftstoff gestrahlt wurde, in dem der Einspritzlochdurchmesser
D klein festgelegt wird. Somit ist die Sprühspitzenlänge kurz. Da jedoch der Kreuzpunktabstand
X kurz festgelegt wird, und da der Kreuzpunktwinkel θ groß festgelegt
wird, wird die ausreichende Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles erhalten. Wie dies in der 8 gezeigt
ist, wird somit der Kraftstoffstrahl zerstäubt, bevor der Kraftstoffstrahl
die Innenwand 21 der Kammer 13 erreicht, so dass
der Kraftstoffstrahl und die Luft gemischt werden. Somit wird ein
homogenes Gemisch der Luft und des Kraftstoffstrahles gebildet.
Dementsprechend wird die optimale Verbrennung in der Kammer 13 erhalten.
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Wenn
der Innenwandabstand S in einem Bereich zwischen 350D und 450D ist,
und wenn der Innenwandabstand S vergleichsweise groß ist, das heißt wenn
die Kraftmaschine eine große
Verdrängung
aufweist, dann wird eine Beziehung zwischen dem Kreuzpunktabstand
und dem Kreuzpunktwinkel θ in
einer Richtung zu „D:GROSS" definiert. In diesem
Fall wird der Einspritzlochdurchmesser D so groß festgelegt, dass er in einem
Bereich zwischen 0,05 mm und 0,1 mm ist. Des Weiteren wird der Kreuzpunktabstand
X so lang festgelegt, dass er in einem Bereich zwischen 10D und
100D ist. In diesem Fall wird die Sprühspitzenlänge des Kraftstoffstrahles vergrößert, in
dem der Einspritzlochdurchmesser D groß festgelegt wird, wie dies
in der 3A gezeigt ist. Da des Weiteren
der Kreuzpunktabstand X lang festgelegt ist, wird ein Verlust der
Sprühdurchdringung
reduziert, der durch das Auftreffen der Kraftstoffstrahle verursacht
wird; und daher wird die Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles vergrößert.
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Wie
dies in der 8 gezeigt ist, wird somit der
vorläufige
Mischbereich VIIIC an einer geeigneten Position so ausgebildet,
dass die optimale Verbrennung erhalten wird.
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Eine
Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß einem anderen
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist in den 12A bis 12C gezeigt.
Bei dieser Düse hat
der Einspritzauslass 6 drei Einspritzlöcher 7. Die Anzahl
der Einspritzlöcher,
das heißt
drei in diesem Fall, wird auf der Grundlage des Einspritzlochdurchmessers
D und des geforderten Einspritzdurchsatzes der Kraftmaschine bestimmt.
Jeder Einspritzlochabstand L zwischen zwei Einspritzlöchern 7 ist
konstant, so dass die Zusammenwirkung zwischen den eingespritzten
Strahlen aus den Einspritzlöchern 7 homogen
ist. Jede Mittelachse der Einspritzlöcher 7 kreuzt an einem
Punkt, so dass jeder Kreuzpunktabstand X konstant ist. Insbesondere
kreuzt jede Mittelachse der Einspritzlöcher 7 eine Einspritzachse,
die durch die Mitte α zwischen
den Einspritzlöchern 7 hindurch
tritt. Hierbei sieht die Mitte α eine
gewichtete Mitte zwischen den Einspritzlöchern 7 in diesem
Fall vor.
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Bei
dieser Düse
werden sowohl die Zerstäubung
als auch die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles optimiert. Da des Weiteren die Anzahl der
Einspritzlöcher 7 erhöht ist,
die den Einspritzauslass 6 bilden, kann der Einspritzlochdurchmesser
D verringert werden. Dementsprechend wird die Zerstäubung des
Kraftstoffstrahles stark verbessert.
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Darüber hinaus
wird die Zusammenwirkung zwischen den Kraftstoffstrahlen aus den
Einspritzlöchern 7 stark.
Dementsprechend wird die Sprühspitzenlänge des
Kraftstoffstrahles länger.
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Durch
Einstellen der Anzahl der Einspritzlöcher 7 werden somit
die Zerstäubung
des Kraftstoffes und die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles in geeigneter Weise gesteuert.
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Eine
Kraftstoffeinspritzdüse
gemäß einem weiteren
exemplarischen Ausführungsbeispiel
ist in den 13A bis 13C gezeigt.
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Bei
dieser Düse
hat der Einspritzauslass 6 vier Einspritzlöcher 7.
Die Anzahl der Einspritzlöcher, das
heißt
vier in diesem Fall, wird auf der Grundlage des Einspritzlochdurchmessers
D und der geforderten Einspritzdurchsatzrate der Kraftmaschine bestimmt.
Jeder Einspritzlochabstand L zwischen zwei Einspritzlöchern 7 ist
konstant, so dass die Zusammenwirkung zwischen den Einspritzstrahlen
aus den Einspritzlöchern 7 homogen
ist. Jede Mittelachse der Einspritzlöcher 7 kreuzt einen Punkt,
so dass jeder Kreuzpunktabstand X konstant ist. Insbesondere kreuzt
jede Mittelachse der Einspritzlöcher 7 eine Einspritzachse,
die durch die Mitte α zwischen
den Einspritzlöchern 7 hindurch
tritt. Hierbei sieht die Mitte α in
diesem Fall eine gewichtete Mitte zwischen den Einspritzlöchern 7 vor.
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Auch
wenn die Anzahl der Einspritzlöcher 7 erhöht ist,
werden somit die Zerstäubung
des Kraftstoffes und die Sprühdurchdringung
des Kraftstoffstrahles in geeigneter Weise gesteuert.
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Auch
wenn der Einspritzlochdurchmesser D in einem Bereich zwischen 0,05
mm und 0,1 mm ist, ist der Einspritzlochdurchmesser D vorzugsweise klein
festgelegt, umso den Kraftstoff kleiner zu zerstäuben. Daher kann der Einspritzlochdurchmesser D
in einigen Fällen
kleiner als 0,05 mm sein. In einigen Fällen kann des Weiteren der
Einspritzlochdurchmesser D größer als
0,1 mm sein. Zum Beispiel kann der Einspritzlochdurchmesser D 0,11
mm, 0,12 mm oder 0,13 mm betragen.
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Die
vorliegende Erfindung hat die folgenden Aspekte.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftstoffeinspritzdüse Folgendes
auf: einen Einspritzauslass mit einer Vielzahl Einspritzlöcher. Jedes
Einspritzloch hat einen Einspritzlochdurchmesser, der als D definiert
ist. Jedes Einspritzloch hat einen Auslassanschluss und eine Mittelachse.
Die Mittelachsen der Einspritzlöcher kreuzen
sich an einem Kreuzpunkt in einem Kreuzwinkel. Ein Kreuzpunktabstand
zwischen dem jeweiligen Auslassanschluss der Einspritzlöcher und
dem Kreuzpunkt ist als X definiert. Der Kreuzwinkel der Mittelachsen
der Einspritzlöcher
ist als θ definiert. Der
Kreuzpunktabstand X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D,
und der Kreuzwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Düse werden
eine ausreichende Zerstäubung
des Kraftstoffes und eine ausreichende Sprühdurchdringung des Kraftstoffstrahles
erhalten. Somit kann die Sprühspitzenlänge des
zerstäubten
Kraftstoffstrahles so gesteuert werden, dass die Sprühspitzenlänge gemäß dem Innenwandabstand
zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer bestimmt
wird. Somit kann der Einspritzauslass den Kraftstoff zu der Innenwand
der Brennkammer derart einspritzen, dass Luft in der Brennkammer,
die zwischen dem Auslassanschluss und der Innenwand der Brennkammer
vorhanden ist, vollständig
für eine Verbrennung
genutzt wird, indem die Sprühdurchdringung
eines Kraftstoffstrahles gesteuert wird, der aus dem Einspritzauslass
eingespritzt wird, und dass die Verbrennung des aus dem Einspritzauslass
eingespritzten Kraftstoffes im Wesentlichen vollständig ist,
bevor der Kraftstoffstrahl die Innenwand der Brennkammer erreicht.
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Alternativ
kann die Düse
des Weiteren eine Vielzahl Einspritzauslässe aufweisen. Jeder Einspritzauslass
hat eine Vielzahl Einspritzlöcher.
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Wenn
der Einspritzlochdurchmesser D alternativ vergleichsweise klein
in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 0,1 mm ist, dann kann der
Kreuzpunktabstand X kürzer
festgelegt werden, so dass er in einem Bereich zwischen 10D und
100D ist, und der Kreuzwinkel θ kann
kleiner festgelegt werden, so dass er in einem Bereich zwischen
1° und 10° ist. Wenn
der Einspritzlochdurchmesser D vergleichsweise groß in einem
Bereich zwischen 0,05 mm und 0,1 mm ist, dann kann der Kreuzpunktabstand
X länger
festgelegt werden, so dass er in einem Bereich zwischen 10D und
100D ist, und der Kreuzwinkel θ kann
größer festgelegt
sein, so dass er in einem Bereich zwischen 1° und 10° ist.
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In
dem vorstehend beschriebenen Fall wird die Sprühdurchdringung schnell reduziert,
da der Kraftstoff zerstäubt
wird, direkt nachdem der Kraftstoff eingespritzt wurde, wenn der
Einspritzlochdurchmesser D vergleichsweise klein ist. Somit wird der
Kreuzpunktabstand X kürzer
festgelegt, und der Kreuzwinkel θ wird
kleiner festgelegt, so dass die Zusammenwirkung zwischen den Kraftstoffstrahlen
aus den Einspritzlöchern
verstärkt
wird. Dementsprechend wird die Sprühspitzenlänge ausreichend lang, so dass
der vorläufige
Mischbereich in geeigneter Weise ausgebildet wird.
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Wenn
andererseits der Einspritzlochdurchmesser D vergleichsweise groß ist, dann
wird die Zerstäubung
des Kraftstoffstrahles vergleichsweise verspätet. Somit wird der Kreuzpunktabstand
X länger
festgelegt, und der Kreuzwinkel θ wird
größer festgelegt,
so dass die Zusammenwirkung zwischen den Kraftstoffstrahlen aus
den Einspritzlöchern
verringert wird. Dementsprechend wird ein Bereich mit einer hohen
Kraftstoffkonzentration ausgebildet, und die Sprühspitzenlänge wird ausreichend lang,
so dass der vorläufige
Mischbereich in geeigneter Weise ausgebildet wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Kraftstoffeinspritzdüse einen Einspritzauslass
mit einer Vielzahl Einspritzlöcher. Jedes
Einspritzloch hat einen Einspritzlochdurchmesser, der als D definiert
ist. Jedes Einspritzloch hat einen Auslassanschluss und eine Mittelachse.
Die Mittelachse der Einspritzlöcher
kreuzen an einem Kreuzpunkt in einem Kreuzwinkel. Ein Kreuzpunktabstand
zwischen dem jeweiligen Auslassanschluss der Einspritzlöcher und
dem Kreuzpunkt ist als X definiert. Der Kreuzwinkel der Mittelachsen
der Einspritzlöcher
ist als θ definiert.
Der Kreuzpunktabstand X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D. Der
Kreuzwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°. Der
Einspritzlochdurchmesser D ist in einem Bereich zwischen 0,05 mm
und 0,1 mm. Der Einspritzauslass kann einen Kraftstoff mit einem
Kraftstoffdruck einspritzen, der gleich oder größer als 100 MPa ist. Der Einspritzauslass
kann den Kraftstoff in eine Brennkammer entlang einer Einspritzrichtung einspritzen.
Die Brennkammer hat eine Innenwand. Ein Innenwandabstand zwischen
dem jeweiligen Auslassanschluss der Einspritzlöcher und der Innenwand der
Brennkammer in der Einspritzrichtung des Einspritzloches ist als
S definiert. Der Innenwandabstand S ist in einem Bereich zwischen
350D und 450D. Der Einspritzauslass kann den Kraftstoff zu der Innenwand
der Brennkammer derart einspritzen, dass Luft in der Brennkammer,
die zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer
vorhanden ist, vollständig
für die
Verbrennung genutzt wird, in dem eine Sprühdurchdringung des Kraftstoffstrahles
gesteuert wird, der aus dem Einspritzauslass eingespritzt wird,
und dass die Verbrennung des aus dem Einspritzauslass eingespritzten Kraftstoffes
im Wesentlichen vollständig
ist, bevor der Kraftstoffstrahl die Innenwand der Brennkammer erreicht.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Düse werden
eine ausreichende Zerstäubung
des Kraftstoffes und eine ausreichende Sprühdurchdringung des Kraftstoffstrahles
erhalten. Somit kann die Sprühspitzenlänge des
zerstäubten
Kraftstoffstrahles so gesteuert werden, dass die Sprühspitzenlänge gemäß dem Innenwandabstand
zwischen dem Einspritzauslass und der Innenwand der Brennkammer bestimmt
wird.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben ist, so ist klar, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten
Ausführungsbeispiele
und Aufbauten beschränkt
ist. Die Erfindung soll verschiedene Abwandlungen und äquivalente
Anordnungen abdecken. Während
die verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen bevorzugt sind,
sollen zusätzlich andere
Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehrerer, weniger oder
nur eines einzigen Elementes ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung
sein, der durch die Ansprüche
definiert ist.
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Eine
Kraftstoffeinspritzdüse
weist Folgendes auf: einen Einspritzauslass (6) mit einer
Vielzahl Einspritzlöcher
(7).
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Jedes
Einspritzloch (7) hat einen Einspritzlochdurchmesser, der
als D definiert ist, einen Auslassanschluss und eine Mittelachse.
Die Mittelachsen der Einspritzlöcher
(7) kreuzen sich an einem Kreuzpunkt in einem Kreuzwinkel.
Ein Kreuzpunktabstand zwischen dem jeweiligen Auslassanschluss der
Einspritzlöcher
(7) und dem Kreuzpunkt ist als X definiert. Der Kreuzwinkel
der Mittelachsen der Einspritzlöcher
(7) ist als θ definiert.
Der Kreuzpunktabstand X ist in einem Bereich zwischen 10D und 100D, und
der Kreuzwinkel θ ist
in einem Bereich zwischen 1° und
10°.