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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Sprühnebels, der geeignet ist für ein Kraftstoffeinspritzventil für beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine (im Folgenden als ein „Motor” bezeichnet). Die Erfindung betrifft auch ein Fluideinspritzventil und eine Sprühnebelerzeugungsvorrichtung.
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BESCHREIBUNG VON VERWANDTEM STAND DER TECHNIK
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In den letzten Jahren wurde aktiv eine Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Motoren für Fahrzeuge wie beispielsweise Automobile durchgeführt, um Emissionen, während der Motor kalt ist, durch die Zerstäubung von Kraftstoffsprühnebel zu reduzieren und um einen Kraftstoffverbrauch durch Verbesserung der Verbrennbarkeit zu verbessern.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem eines Benzinverbrennungsmotors wird in zwei Systeme klassifiziert, ein Porteinspritzsystem bzw. ein Ansaugkanalinjiziersystem (engl.: port injection system) und ein Zylindereinspritzsystem (engl.: in-cylinder injection system).
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Die wichtigen drei Elemente, um das Verbrennungskonzept des Zylindereinspritzsystems herzustellen, sind die Sprühnebelspezifikationen (umfassend die Einspritzposition), die Luftflussbewegung im Zylinder und die Verbrennungskammerform.
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Nur nach dem Anpassen dieser drei Elemente wird es möglich, dass das Verbrennungskonzept hergestellt werden kann. Da jedoch der interne Druck des Zylinders und die Luftflussbewegung im Zylinder sich in Abhängigkeit von der Motordrehzahl oder der Motorlast verändern und der Kraftstoffeinspritzbetrag und das Einspritztiming entsprechend verändert werden, verändern sich auch das Sprühnebelprofil und das Sprühnebelverhalten in dem Zylinder entsprechend. Daher ist es eine schwierige Herausforderung diese drei Elemente anzupassen und zur selben Zeit das Anhaften des gesprühten Kraftstoffs an der Zylinderinnenwandoberfläche unter verschiedenen Betriebszuständen mit den Beschränkungen der Anordnung in dem Motorraum zu verhindern.
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Folglich sind in dem Porteinspritzsystem (engl.: port injection system) die Sprühnebelspezifikationen (umfassend die Einspritzposition), die Einlassluftstrombewegung und die Einlassportform die drei Elements zum Erreichen des optimalen Einspritzsystems, ähnlich zu den drei Elementen zum Erreichen des Verbrennungskonzepts des Zylindereinspritzsystems.
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Das Einspritzsystem mit einem gemeinsamen Port bzw. Anschluss weist einen Aufbau auf, in welchem in dem Fall von zwei Einlassventilen ein Sprühnebel in zwei Richtungen, die diesen entsprechen, verwendet wird, um den Kraftstoff, der auf die Einlassventile zielt, zu injizieren. Ferner wurde eine Entwicklung durchgeführt, um eine Sprühnebelform oder eine Sprühnebelrichtung zu erhalten, die so gerichtet ist, dass der Sprühnebel nicht an der Einlassportwandoberfläche anhaftet, indem die Zerstäubung des Sprühnebels verbessert wurde. Jedoch können die Einlassportform und die zugehörige Einlassluftstrombewegung nicht notwendigerweise aufgrund von Einschränkungen in der Anordnung des Motorraums optimiert werden. Daher wurde keine Technik zum Erreichen von sowohl der Verbesserung der Zerstäubung des Sprühnebels als auch der Sprühnebelform/Einspritzrichtungsziel (engl.: injection direction targeting) klar offenbart.
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Ferner gibt es viele mittlere oder große Motorräder, bei welchen das Kraftstoffeinspritzen, welches auf die Einlassventile zielt, aufgrund von Begrenzungen der Anordnung nicht durchgeführt werden kann. Es ist nicht notwendigerweise klar, welche Art von Einspritzsystemkonzept das optimale in diesem Fall ist. Daher wurde eine zukünftige Forschungsanstrengung erwartet.
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Ferner befinden sich kleine Motorräder, Außenbordmotoren und Mehrzweckmotoren in einer Übergangsperiode von dem Vergaser hin zu dem Porteinspritzsystem und viele von ihnen weisen einen Motor mit einem Einlassventil auf. In der Realität weisen sie aufgrund von Problemen, die der Anordnung zugeordnet sind, einen Einspritzaufbau auf, so dass das Einlassventil mit einem unidirektionalen Sprühnebel (einem Sprühnebel) anvisiert werden kann oder nicht. Jedoch ist es klar, dass der Schadstoffausstoß und die Kraftstoffverbrauchsverbesserung in der Zukunft mehr und mehr nachgefragt werden, weshalb die optimalen Spezifikationen bei reduzierten Systemkosten benötigt werden.
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Wie oben beschrieben wurde, sind Beispiele der Parameter, die zum Anpassen bei dem herkömmlichen Porteinspritzsystem eines Benzinmotors verwendet werden, in dem Fall der zwei Sprühnebelspezifikation (engl.: two-spray specification) der Sprühnebelwinkel, das Einspritzbetragsverteilungsbild in dem Querschnitt senkrecht zu der Einspritzrichtung, der Einspritzwinkel (schmaler Winkel) der beiden Sprühwinkel und ein entsprechender Tropfendurchmesser an einem bestimmten Punkt in dem Sprühnebel.
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Vor allem bildet die Querschnittsform von jedem Sprühnebel senkrecht zu der Einspritzrichtung eine im Wesentlichen kreisförmige oder eine im Wesentlichen elliptische Form. Während die Basisspezifikation der Einspritzbetragsverteilung davon eingestellt ist, um im Wesentlichen eine solide konisch geformte Verteilung aufzuweisen, die ein Maximum ungefähr im Zentrum aufweist, wird die Verbesserung der Zerstäubung, wenn nötig, versucht. Tatsächlich kann jedoch, wenn eine von beiden priorisiert wird, der jeweils andere nicht kontrolliert werden, da der Grad an Zerstäubung und der Sprühnebelwinkel miteinander korrelieren.
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Der Grund dafür, dass die Spitze der Einspritzbetragsverteilung ungefähr im Zentrum ausgebildet wird, ist der, dass die Einspritzrichtungen für die entsprechenden Öffnungen in die Richtung zeigen, in der sie sich sammeln. Aus diesem Grund neigt das Verteilungsverhältnis dazu in dem zentralen Abschnitt relativ hoch zu sein.
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Auch in dem Fall der Spezifikation mit einem Sprühnebel kann der betroffene Teil des gerade beschriebenen Inhalts angewendet werden.
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In Anbetracht dieser Probleme wurden verschiedene Vorschläge betreffend eine Düse oder einen Sprühnebel, wie beispielsweise in den Patentdokumente 1 bis 6, gemacht.
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PATENTDOKUMENTE
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- [Patentdokument 1] JP-A-2005-233145
- [Patentdokument 2] JP-A-2004-225598
- [Patentdokument 3] JP-A-2008-169766
- [Patentdokument 4] JP-A-2005-207236
- [Patentdokument 5] JP-A-2007-77809
- [Patentdokument 6] JP-A-2000-104647
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Jedoch zeigen diese Vorschläge keine Maßnahmen, um sowohl eine Zerstäubungsverbesserung des Sprühnebels als auch eine Verbesserung bei der Freiheit der Gestaltung der Sprühnebelform, des Sprühnebelmusters und der Einspritzbetragsverteilung zu erreichen, daher können sie nicht als die Richtlinien zum Ermitteln der optimalen Sprühnebelspezifizierung bei den tatsächlichen Umständen dienen, bei welchen die Einlassportformen und die Einlassflussbewegungen von einer Motorspezifikation zu einer anderen Motorspezifikation variieren.
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Betreffend dieses Problem wird jedes der obigen Patentdokumente im Folgenden diskutiert.
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Im Patentdokument 1 wird ein Luftbereich zwischen Flüssigkeitssäulen (engl.: liquid columns) sichergestellt, um die Beeinflussung von Flüssigkeitssäulen durch viele Löcher (engl.: multi-holes) zu reduzieren und die Dispersion zu Sprühnebel wird gefördert, um die Zerstäubung von Kraftstoff zu begünstigen.
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Die Zerstäubung wird durch Gestalten der Anordnung der Flüssigkeitssäulen jeweils wie ein Abschnitt einer kreisförmigen Konusoberfläche begünstigt. Jedoch ist es in der Realität notwenig, dass der Kraftstoff ungefähr in der Form von flüssigen Fäden oder Flüssigkeitströpfchen an dem Ort sein muss, an welchem die Flüssigkeitssäulen einander beeinflussen.
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Der Grund liegt darin, dass, falls die Flüssigkeitssäulen des Kraftstoffs einander beeinflussen, die Zerstäubung verschlechtert wird (siehe Absatz [0006] von Patentdokument 1).
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In anderen Worten zeigt die Veröffentlichung, dass die Öffnungen nur so angeordnet sind, dass der Ort, an welchem die Flüssigkeitssäulen einander beeinflussen, weiter flussabwärts angeordnet ist und sie offenbart keine Maßnahme, um das Sprühnebelmuster, welches aus einer Vielzahl an Sprühnebeln gebildet wird, oder die Form des Sprühnebels zu steuern.
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Demgemäß neigt der Sprühnebel unvermeidbar dazu sich auszubreiten, was den Freiheitsgrad bei der Gestaltung des Sprühnebels reduziert und Einschränkungen bei der Einlassportform und der Einlassventilanordnung, welche verwendet werden kann, treten auf.
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Gemäß Patentdokument 2 wird das Gravitätszentrum der Kraftstoffeinspritzbetragsverteilung weiter einwärts eingestellt als das Zentrum der Sprühnebelkontur der beiden Sprühnebel, so dass der Sprühnebel auf eine innere Position der beiden Einlassventile gerichtet wird. Dadurch wird der Betrag an Kraftstoff, der an der Zylinderbohrungswandoberfläche anhaftet, minimiert, wenn der Kraftstoff, der an der hinteren Fläche des Einlassventils anhaftet, mittels des Luftstroms weggeblasen wird.
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Jedoch wurde vor kurzem die Zerstäubungstechnologie der Jetströmung (engl.: jet flow) aus einem Kraftstoffeinspritzventil wesentlich weiter entwickelt. Daher wird abgesehen von dem Zerstäubungsgrad der Kraftstoff in einen ausreichend verteilten Sprühnebel zu dem Zeitpunkt gewandelt, wenn er das Einlassventil erreicht.
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Folglich ist sogar bei der Auslasshubeinspritzung der Betrag des vernebelten Kraftstoffs, der in dem Einlassport umher driftet größer als der Betrag des vernebelten Kraftstoffs, der an dem Einlassport und dem Einlassventil aufgrund der Luftstrombewegung in dem verschlossenen Einlassport anhaftet.
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Ferner kann eine vollständige Verdampfung und eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs in dem Zylinder nicht aufgrund des Zerstäubungseffekts erwartet werden, der erhalten wird, wenn der Kraftstoff durch die Flussleitung des Einlassventils allein verläuft und der Ausstoß von nicht verbranntem HC (Kohlenwasserstoff) kann nicht ausreichend reduziert werden.
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Vor allem unmittelbar nach dem Kaltstart sind die Temperaturen des Einlassports und des Einlassventils gering, so dass nicht erwartet werden kann, dass an diesen Orten der vernebelte Kraftstoff und der anhaftende Kraftstoff schnell verdampft werden.
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Abgasemissionsgesetze werden strenger. Aus diesem Grund muss das Anhaften von Kraftstoff an dem Einlassanschluss und dem Einlassventil reduziert werden, um den Ausstoß von unverbranntem HC zu reduzieren, sogar falls die Vernebelung des Kraftstoffsprühnebels besser wird. Je weniger der injizierte Kraftstoff an dem Einlassport und dem Einlassventil anhaftet, desto klarer wird die Beziehung zwischen dem Injizierbetrag und der Verbrennungsleistung in dem Zyklus, d. h., um so eindeutiger wird die Beziehung zwischen dem Einspritzbetrag und dem Abgas, dem Kraftstoffverbrauch und der abgegebenen Leistung. Im Ergebnis wird es möglich, das Injiziersystem als Ganzes umfassend die Steuerbarkeit zu optimieren.
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Daher ist es notwendig, dass der Sprühnebel so viel wie möglich zur vollständigen Verdampfung und vollständigen Verbrennung vernebelt wird. Jedoch umfasst Patentdokument 2 keine Beschreibung der Maßnahmen, um dies zu erreichen.
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Ferner ist die Einspritzbetragsverteilung darin nur so eine Einspritzbetragsverteilung, die schematisch mit einem Bild gezeigt wird, in welchem die unabhängigen Flüssigkeitssäulenjetströmungen von den Öffnungen einander moderat beeinflussen und miteinander integriert sind. Die Veröffentlichung zeigt keine Einspritzbetragsverteilung in dem Fall, in dem Flüssigkeitssäulenjetströmungen von den jeweiligen Öffnungen verteilt werden und in Sprühnebel gewandelt werden. Folglich sind die Einlassportform und die Einlassventilanordnung, die angewendet werden können, unklar.
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Im Patentdokument 3 ist die Anordnung der Öffnungen so gestaltet, dass die Sprühnebel der Öffnungen einander nicht beeinflussen, wodurch die Verneblung begünstigt wird und die Ablenkung der Einspritzbetragsverteilung reduziert wird.
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Diese Technik vermeidet jedoch nur die Beeinflussung zwischen den Sprühnebeln, wie in dem Fall von Patentdokument 1. Daher neigt das Sprühnebelmuster und die gesamte Sprühnebelform, die aus vielen Sprühnebeln geformt wird, unvermeidbar dazu sich zu verteilen und der Freiheitsgrad bei der Gestaltung von diesen ist gering, daher treten Begrenzungen bei der Einlassportform und der Einlassventilanordnung auf.
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Patentdokument 3 beschreibt auch, dass die Ablenkung der Einspritzbetragsverteilung auch reduziert wird, indem die Öffnungen innen vorgesehen werden. Jedoch kann so wenig im Vergleich zu dem Fall gesagt werden, in welchem keine Öffnungen innen vorgesehen sind und Patentdokument 3 weist keine Beschreibung der Maßnahme zum Zerstäuben der jeweiligen unabhängigen Flüssigkeitssäulenjetströmungen von den Öffnungen auf, während die Beeinflussung vermieden wird und um eine Einspritzbetragsverteilung mit verminderter Abweichung zu erhalten. Daher sind die Einlassportform und die Einlassventilanordnung, welche beispielsweise angewendet werden können, unklar.
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Patentdokument 4 beschreibt, dass ein zerstäubter Sprühnebel, der durch Kollision erhalten werden kann, und ein Führungssprühnebel mit einer hohen Eindringtiefe ausgebildet werden und der letztgenannte zieht den vorgenannten, um den Sprühnebel daran zu hindern, sich zu verstreuen. Das Patentdokument 4 beschreibt auch, dass bevorzugt wird, dass die Kraftstoffsprühnebelkonzentration höher in einem inneren Bereich als an der Einlassventilzentrumsposition sein sollte.
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Jedoch, um die Jetströmungen dazu zu bringen miteinander zu kollidieren, um sie zu zerstäuben, muss die Kollisionsposition an einer Position vor der Strecke sein, an welcher die Jetströmungen sich auflösen. In diesem Fall müssen die Jetströmungen (Sprühnebel) zur Zerstäubung verstreut werden und auch etwas von der Energie, die von den Jetströmungen einbehalten wird, wird in die Oberflächenspannung der Sprühnebelpartikel umgewandelt, die verstreut wurden, so dass die Eindringtiefe abnimmt.
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Daher, wenngleich der Sprühnebel mit einer verminderten Eindringtiefe, der durch Kollision verstreut wurde, von dem Führungssprühnebel mit einer starken Eindringtiefe, der gleichzeitig eingespritzt wurde, gezogen wird, decken sich die Verhaltensweisen dieser Sprühnebel an ihren spitzen Endabschnitten bei ihrem Timing nicht und in dem Fall eines kleinen Einspritzbetrags mit einer kurzen Einspritzdauer, rückt der Führungssprühnebel vor, während der Sprühnebel, der durch die Kollision verstreut wurde, zurückgelassen wird.
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Zusätzlich ist der anziehende Wirbel (engl.: attracting swirl), der von dem Führungssprühnebel erwirkt wird, nicht nur der in 4 von Patentdokument 4 gezeigte sondern auch ein ringförmiger Wirbel wird zur gleichen Zeit an dem äußeren Umfang des Führungssprühnebels an einer bestimmten Flussabwärtsposition in der Einspritzrichtung ausgebildet, der durch das Gleichgewicht zwischen den Scheerkräften des äußeren Umfangs des Führungssprühnebels und der Atmosphäre bestimmt wird. Folglich wird der verstreute Sprühnebel in den ringförmigen Wirbel aufgenommen, so dass der verstreute Sprühnebel nicht weiter flussabwärts in der Einspritzrichtung vorrücken kann.
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Folglich sind, damit der Führungssprühnebel vorrückt, während er den verstreuten, zerstäubten Sprühnebel zieht, verschiedene einschränkende Bedingungen notwendig. Daher ist diese Technik nicht geeignet für das Einspritzsystem des Benzinmotors, welcher einen großen Anteil an nicht stationären Betriebszuständen während der Übergangsbetriebszeit erfährt. Eine Technik, die den Freiheitsgrad beim Gestalten des Sprühnebelmusters und der gesamten Sprühnebelform einfacher verbessern kann, wird gewünscht.
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Patentdokument 5 wendet ein Sprühnebelmuster an, mit welchem das Einlassventilsystem vermieden wird und es einem großen Betrag an Kraftstoff gestattet wird, an dem Einlassventilschirmabschnitt anzuhaften und es verwendet die Zerstäubung zu dem Zeitpunkt, wenn der Kraftstoff durch das Einlassventil verläuft.
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Jedoch weist Patentdokument 5 die gleichen Probleme wie die auch Patentdokument 2 auf.
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Patentdokument 6 beschreibt, dass die Beeinflussung zwischen jedem der Sprühnebel vermieden wird, während der Kraftstoff zerstäubt wird und ferner jeder der Sprühnebel vorrückt, während sie aneinander mittels des Coanda-Effekts angezogen werden, wodurch Variationen der Sprühnebelvorrückrichtungen verhindert werden können.
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Jedoch ist es schwierig das Gleichgewicht der Sprühnebelrichtungen auf eine solche Weise zu halten, um den Coanda-Effekt auftreten zu lassen, so dass jeder der Sprühnebel sich nicht übermäßig verteilt und auf der anderen Seite den Coanda-Effekt zu begrenzen, so dass jeder der Sprühnebel sich sogar bei einem statischen Atmosphärenzustand (engl.: static atmosphere condition) nicht sammelt. Ferner wird innerhalb des Einlassports der Sprühnebel von dem Umgebungsluftdruck und der Temperatur, der Einlassluftstrombewegung, der Flussrate des Sprühnebelvolumens (Gewicht) und der Sprühnebelgeschwindigkeit beeinflusst. Daher ist es sehr schwierig solch ein Gleichgewicht bei einem Einspritzsystem für den Benzinmotor zu erhalten, der zu einem großen Grad einen nicht stationären Betriebszustand während der Übergangbetriebszeit erfährt.
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In anderen Worten spielt der Coanda-Effekt hier keine aktive Rolle, um einen kompakten konvergierenden Sprühnebel auszubilden und die Sprühnebelform, das Sprühnebelmuster und die Einspritzbetragsverteilung des gesamten Sprühnebels werden nicht speziell kontrolliert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Sprühnebels mittels eines Fluideinspritzventils zur Verfügung zu stellen, welches sowohl die Verbesserung bei der Zerstäubung des Kraftstoffnebels als auch die Verbesserung beim Freiheitsgrad der Gestaltung der Sprühnebelform, des Sprühnebelmusters und der Einspritzbetragsverteilung erreicht und es ist eine Aufgabe das Kraftstoffeinspritzventil und eine Kraftstofferzeugungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Die Erfindung stellt ein Verfahren des Erzeugens eines Sprühnebels mittels eines Fluideinspritzventils zur Verfügung. Das Fluideinspritzventil umfasst einen Ventilsitz mit einer Ventilsitzfläche an einem Mittelpunkt einer Fluidleitung, einen Ventilkörper zum Steuern des Öffnens/Schließens der Fluidleitung durch Aufsetzen/Anheben auf/von der Ventilsitzfläche und eine Öffnungsplatte, die flussabwärts von dem Ventilsitz angeordnet ist und mehrere Öffnungen aufweist. Das Fluideinspritzventil ist ausgebildet, um Flüsse in jeder der Öffnungen und Flüsse unmittelbar unterhalb jeder der Öffnungen im Wesentlichen zu Flüssigkeitsfilmflüssen zu machen. Das Verfahren gemäß der Erfindung des Erzeugens eines Sprühnebels mittels eines Fluideinspritzventils, umfasst: nicht notwendigerweise anpassen der Richtungen von Jetströmungen von jeder der Öffnungen in zentralen Achsenrichtungen der Öffnungen und nicht notwendigerweise Kreuzen bzw. Überschneiden der Jetstörmungen miteinander an einer Flussabwärtsposition davon; nachdem die Jetströmungen von jeder der Öffnungen zu Sprühnebeln an einer Flussabwärtsposition weiter entfernt als eine Auflöslänge (engl.: break-up length) werden; Erwirken, dass die Sprühnebel mittels des Coanda-Effekts, der auf mehrere Sprühnebel wirkt, konvergieren; und Zulassen des Konvergierens der Sprühnebel bis der Coanda-Effekt im Wesentlichen verloren geht.
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Gemäß dem Verfahren des Erzeugens eines Sprühnebels mittels eines Fluidseinspritzventils der Erfindung, driftet der Sprühnebel in dem Einlassport bei der Auslasshubeinspritzung und der Sprühnebel strömt in den Zylinder folgend der Einlassluftstrombewegung, die von dem Einlassventil bei der Einlasshubeinspritzung in den Zylinder strömt. Im Ergebnis entwickelt sich die Luft-Kraftstoffmischungsausbildung zu einem frühen Zeitpunk und es wird leicht ein einheitlicheres Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder zu bilden.
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Vor allem kann bei einem Porteinspritzsystem ein Sprühnebelaufbau, der bei einer breiteren Vielzahl an Einlassportformen und Einlassventilanordnungen angewendet werden kann, erhalten werden. Im Speziellen kann die Zerstäubung verbessert werden, während die Verteilung des gesamten Sprühnebels kompakt gehalten wird und zur selben Zeit kann das Anhaften des Sprühnebels an der Einlassportwandoberfläche und dem Einlassventil unabhängig vom Einspritzzeitpunkt und dergleichen verhindert werden.
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Die vorgenannten und weiteren Aufgaben, Eigenschaften, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Gesamtquerschnittsansicht, die ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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2 ist eine vergrößerte Ansicht des Spitzenabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils aus 1.
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3 ist eine Draufsicht, die eine Öffnungsplatte aus 2 zeigt.
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4 ist eine vergrößerte Ansicht des Spitzenabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils von 1.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht, die den Einspritzportabschnitt aus 2 zeigt.
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6A bis 6C zeigen veranschaulichende Ansichten, die Basisformen des Konvergierens des Sprühnebels in der ersten und zweiten Ausführungsform zeigen.
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7A bis 7D zeigen beispielhaften Ansichten, die zeigen wie Sprühnebel gemäß einer dritten Ausführungsform konvergieren.
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8A und 8B zeigen beispielhafte Ansichten, die zeigen wie Sprühnebel gemäß einer vierten Ausführungsform konvergieren.
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9A und 9D zeigen beispielhafte Ansichten, die zeigen wie Sprühnebel gemäß einer fünften Ausführungsform konvergieren.
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10A und 10D zeigen beispielhafte Ansichten, die zeigen wie Sprühnebel gemäß einer sechsten Ausführungsform konvergieren.
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11 ist eine darstellende Ansicht, die zeigt wie Sprühnebel gemäß einer siebten Ausführungsform konvergieren.
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12A und 12D zeigen beispielhafte Ansichten, die zeigen wie Sprühnebel gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform konvergieren.
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13 ist eine veranschaulichende Ansicht, die zeigt wie Sprühnebel gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform konvergiert.
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14 ist eine veranschaulichende Ansicht, die zeigt wie Sprühnebel gemäß einer zehnten bevorzugten Ausführungsform konvergieren.
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15A und 15C zeigen veranschaulichende Ansichten, die ein Sprühnebelsystem gemäß einer elften bevorzugten Ausführungsform zeigen.
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16 ist eine veranschaulichende Ansicht, die ein Sprühnebelsystem gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt.
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17 ist eine veranschaulichende Ansicht, die ein Sprühnebelsystem gemäß einer dreizehnten bevorzugten Ausführungsform zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Erste Ausführungsform
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Die erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt eine Gesamtquerschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils 1. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Spitzenabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils 1 aus 1. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 wird in eine Lufteinlassleitung einer Verbrennungskraftmaschine eingepasst und mit Druck beaufschlagter Kraftstoff wird von oben bereitgestellt.
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Die Spitze des unteren Abschnitts des Kraftstoffeinspritzventils 1 zeigt in das Innere des Einlassports des Verbrennungsmotors, um Kraftstoff nach unten einzuspritzen.
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Eine Spuleneinrichtung 2 zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft weist ein Gehäuse 3, das als Jochabschnitt eines Magnetschaltkreises dient, einen Kern 4, der als stationärer Eisenkern dient, eine Spule 5 und eine Armatur 6, die als beweglicher Eisenkern dient, auf.
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Die Spuleneinrichtung 7 weist einen Ventilsitz 10 auf, der in einer Ventilhaupteinheit 9 und an dem Spitzenabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 vorgesehen ist, eine Öffnungsplatte 11, die an der Flussabwärtsseite des Ventilssitzes 10 vorgesehen ist, eine Abdeckungsplatte 18, die innerhalb des Ventilsitzes 10 und an einer Flussabwärtsseite der Öffnungsplatte vorgesehen ist, einen Ventilkörper 8, von welchem der äußere Umfang in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Ventilhauptkörpers und des Ventilsitzes steht und eine Kompressionsfeder 14, die flussaufwärts des Ventilkörpers vorgesehen ist, auf.
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In dem Ventilkörper 8 ist die Armatur 6 an einer Flussaufwärtsseite einer hohlen Stange 8a vorgesehen und eine Kugel 13 ist an einer Flussabwärtsseite davon vorgesehen.
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Die Ventilhaupteinheit 9 ist pressgepasst und an den äußeren Durchmesserabschnitt der Spitze des Kerns 4 geschweißt. Die Stange 8a ist pressgepasst und an die innere Oberfläche der Armatur 6 geschweißt.
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Die Kugel 13 ist an der Flussabwärtsseite der Stange 8a angeschweißt und die Kugel 13 ist mit geschrägten Abschnitten 13a parallel zu der zentralen Achse Z des Kraftstoffeinspritzventils versehen.
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An der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist die Öffnungsplatte 11 an die Endfläche des Ventilsitzes 10 und der inneren Oberfläche der Ventilhaupteinheit 9 geschweißt. In der Öffnungsplatte 11 ist eine Vielzahl an Öffnungen 12 vorgesehen, um durch die Öffnungsplatte 11 in einer Plattendickenrichtung hindurchzudringen.
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In einem Zustand, in welchem kein elektrischer Strom durch die Spule 5 verläuft, wird der Ventilkörper 8 nach unten mittels der Kompressionsfeder 14 über die Stange 8a gedrückt, so dass eine Kugelfläche 13c in Kontakt mit einem Sitzabschnitt R1 der Ventilsitzfläche steht, was zu einem Zustand führt, in welchem die Kraftstoffflussleitung verschlossen ist.
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Wenn der Ventilkörper 8, der in die Armatur 6 integriert ist, beginnt sich nach oben zu bewegen, indem elektrischer Strom durch die Spule 5 passiert, bewegt sich die Kugelfläche 13c weg von der Ventilsitzfläche 10a, wodurch die Kraftstoffflussleitung ausgebildet wird. Wenn eine obere Fläche 6a der Armatur in Kontakt mit dem Kern 4 gerät, befindet sich der Ventilkörper 8 in einem vollständig geöffneten Hubzustand.
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3 zeigt eine Draufsicht der Öffnungsplatte 11, die entlang der Linie J-J in 2 gemacht wurde.
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In der Öffnungsplatte 11 sind zwölf Öffnungen, die nach außen in Richtung der Flussabwärtsseite in Bezug auf die Z-Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 gerichtet sind, in einer ringförmigen Form angeordnet.
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Die Öffnungen sind in zwei Einspritzportgruppen (zwei Sprühnebel) unterteilt, in welchen die zentralen Achsen des Einspritzports oder die Jetströmungsrichtungen jeweils nach links und nach rechts in 3 gerichtet sind, anvisierend Einlassventile der Verbrennungskraftmaschine.
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Als nächstes wird der Betrieb beschrieben.
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Wenn ein Betätigungssignal von einer Steuereinrichtung (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine an einen Antriebsschaltkreis des Kraftstoffeinspritzventils 1 gesendet wird, passiert elektrischer Strom durch die Spule 5 des Kraftstoffeinspritzventils, was dazu führt, dass die Armatur 6 in Richtung der Kernseite 4 gezogen wird. Im Ergebnis bewegt sich die Kugelfläche 13c des Ventilkörpers 8, die eine integrierte Struktur mit der Armatur 6 aufweist, weg von der Ventilsitzfläche 10a, wodurch ein Spalt dazwischen ausgebildet wird, und das Einspritzen von Kraftstoff beginnt.
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Wenn ein Betriebsanhaltesignal von der Steuereinrichtung der Verbrennungskraftmaschine an den Antriebsschaltkreis des Kraftstoffeinspritzventils 1 gesendet wird, wird der elektrische Strom, der durch die Spule 5 passiert, angehalten und der Ventilkörper 8 wird in Richtung der Ventilsitzseite mittels der Kompressionsfeder 14 gedrückt. Im Ergebnis werden die Kugelfläche 13c und die Ventilsitzfläche 10a in einen verschlossenen Zustand gebracht, so dass die Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
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Hier werden die detaillierten Positionen und Strukturen der Öffnungsplatte 11, der Abdeckungsplatte 18, des Ventilsitzes 10 und der Kugel 13, welche die Flüsse innerhalb der Öffnungen steuern, um Flüssigkeitsfilmflüsse durch beispielsweise Flusskontraktion (engl.: flow contraction) zu sein, unter Bezugnahme auf 2 und auf die detaillierten Querschnittsansichten von den 4 und 5 beschrieben.
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Wenn der Ventilkörper 8 geöffnet ist, rückt der Kraftstoff von der Leitung zwischen den geschrägten Abschnitten 13a der Kugel 13 und der inneren Oberfläche des Ventilsitzes 10 und parallel zu der Z-Achse in Richtung eines Flussabwärtsabschnitts durch den Spalt zwischen der Kugelfläche 13c und die Ventilsitzfläche 10a vor und erreicht einen Sitzabschnitt R1.
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Der Kraftstoff fließt parallel zu der Z-Achse in einem Flussaufwärtsbereich des Sitzabschnitts R1. Daher wird nach dem Passieren durch den Sitzabschnitt R1, der Kraftstofffluss, der entlang der Ventilsitzfläche fließt, aufgrund von Trägheit zu dem Hauptfluss des Kraftstoffs und der Kraftstoff erreicht einen Punkt P1 an dem Flussabwärtsende der Ventilsitzfläche 10a. An P1 beugt sich die Ventilsitzfläche in Richtung des inneren Ventilsitzumfangs, so dass der Hauptfluss des Kraftstoffs sich von dem Punkt P1 löst.
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Die Verlängerungslinie der Ventilsitzfläche schneidet eine Seitenfläche der Abdeckungsplatte an einem Punkt P2. Der Kraftstoff, der sich von dem Punkt P1 gelöst hat, rückt in Richtung des Punkts P2 fort, passiert durch eine ringförmige Leitung C und fließt in eine radiale Leitung B ohne eine nennenswerte Richtungsänderung in einer Radialrichtung zu durchlaufen.
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Wie oben beschrieben, fließt der Hauptfluss des Kraftstoffs, der durch den Sitzabschnitt R1 fließt, in die ringförmige Leitung C und daher wird der Kraftstofffluss in die Leitung A unterdrückt.
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Die gerade Linie, die den Sitzabschnitt R1 mit einem Punkt R2 an dem Einlass des Einspritzports 12 verbindet, schneidet einen dünnwandigen Abschnitt 18b der Abdeckungsplatte 18 und der dünnwandige Abschnitt 18b blockiert die lineare Einströmung des Kraftstoffs von dem Sitzabschnitt R1 in den Einspritzporteinlass.
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Aus diesem Grund bildet zumindest ein Teil des Kraftstoffs, der in die Öffnungen 12 fließt, einen Fluss entlang der Radialleitung B aus. Eine Anschlussendfläche 18d ist in der Nähe der Öffnungen 12 angeordnet. Die Anschlussendfläche 18d verschließt die Flussleitung des Rückflusses, welcher in die Öffnungen 12 von der Kraftstoffeinspritzventilzentralachsenseite fließt, um die Geschwindigkeit des Rückflusses zu reduzieren.
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Aufgrund der Unterdrückung des Rückflusses wird die Geschwindigkeit der vorderen Fläche der Strömung, die von der Sitzabschnittseite in die Öffnungen 12 fließt, relativ erhöht.
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Da zumindest ein Abschnitt der vorderen Fläche der Strömung (engl.: front face flow) gezwungen wird, seine Richtung in dem Einspritzport wesentlich zu verändern, nachdem er entlang der Radialleitung B vorgerückt ist und aufgrund dessen, dass die Geschwindigkeit der vorderen Fläche der Strömung schnell ist, wird der Kraftstoff stark gegen die innere Oberfläche des Einspritzports an der Kraftstoffeinspritzventilzentralachsenseite gedrückt, wenn im Querschnitt des Einspritzports betrachtet.
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Es sei angemerkt, dass in 4 L die Einspritzportlänge bezeichnet und D den Einspritzportdurchmesser bezeichnet.
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In dem Querschnitt des Einspritzports, der in 5 gezeigt ist, werden die Richtungen des Kraftstoffflusses und der Luftströmung mit Pfeilen angedeutet.
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An dem Einspritzporteinlass bildet der langsame Rückfluss einen Fluss α aus, der entlang der inneren Einspritzportoberfläche fließt, während der schnelle Fluss der vorderen Fläche einen Fluss β ausbildet, der den Kraftstoff drückt.
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Die Luft wird von dem Einspritzportauslass in die Umgebung des Einspritzporteinlasses eingeführt und die Luft wirkt auf den Kraftstofffluss β, um das Lösen des Kraftstoffflusses ab einem Punkt Q zu erwirken.
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Sowie der Kraftstofffluss in dem Einspritzport vorrückt, wird der Kraftstofffluss gedrückt und der Flüssigkeitsfilm verändert seine Richtung hin zu einer Richtung entlang der inneren Einspritzportoberfläche, während er sich in der Umfangsrichtung der inneren Einspritzportoberfläche ausbreitet.
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Wenn die Einspritzportlänge L geeignet in Bezug auf die Höhe h der Radialleitung ist, wird der Kraftstofffluss in den Zustand eines dünnen Flüssigkeitsfilmflusses in dem Einspritzport gedrückt.
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Anschließend bewegt sich ein eingespritzter Kraftstoffflüssigkeitsfilmfluss 1a eine vorgegebene Distanz und beginnt sich aufzuteilen und er durchläuft einen Flüssigkeitsfadenzustand (engl.: liquid thread state) oder dergleichen, wodurch zerstäubte Flüssigkeitströpfchen erzeugt werden.
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Um die Flüssigkeitstropfen bei dem Zerstäubungsvorgang zu verkleinern, ist es effektiv den Flüssigkeitsfaden (eng.: liquid thread) dünner zu machen, welches die Vorstufe ihres Spaltens ist. Um den Flüssigkeitsfaden dünner zu machen, ist es effektiv den Flüssigkeitsfilm oder die Flüssigkeitssäule dünner zu machen, welche die Vorstufe des Zerteilens des Flüssigkeitsfadens sind. Bisher war es ebenfalls bekannt, dass der Flüssigkeitsfilm vorteilhafter ist.
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Zusätzlich dazu wurden verschieden Techniken zum Ausbilden eines Flüssigkeitsfilmflusses vorgeschlagen, umfassend die Technik zum Ausbilden eines Flüssigkeitsfilmflusses in dem Einspritzanschluss, indem ein Wirbelfluss für den Kraftstofffluss vor dem Fließen in den Einspritzport vorgesehen wird.
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Die Erfinder haben diese Technik des Ausbildens des Flüssigkeitsfilmflusses und des Zerstäubungsvorgangs und die Beziehung dieser Techniken zu der Sprühnebelform, dem Sprühnebelmuster und den Ergebnissen der Kraftstoffbetragsverteilung des gesamten Sprühnebels, der durch mehrere Sprühnebel basierend auf diesen Techniken ausgebildet wird, studiert und erforscht. Als ein Ergebnis, im Gegensatz zu dem bekannten Wissen, das lehrt, dass „um eine feine Zerstäubung zu erhalten, sollte die Verteilung des Sprühnebels einen größeren Winkel aufweisen, um eine Kollision und Integration der Sprühnebelpartikel zu vermeiden”, haben die Erfinder herausgefunden, dass die Tatsache des geraden erwähnten Wissens nicht notwendigerweise Anwendung findet, d. h., bei einer Technik, bei welcher die Zerstäubung sich nicht verschlechtert, sogar wenn der Winkel des Sprühnebels schmäler gemacht wird und folglich haben die Erfinder einen kompakten zerstäubten Sprühnebel erreicht.
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Obwohl verschieden Zerstäubungstechniken, wie oben beschrieben, bei dem Kraftstoffeinspritzventil angewendet wurden, war der zuletzt verwendete technische Trend ursprünglich, den Einspritzportdurchmesser kleiner zu machen und die Anzahl der Öffnungen zur Zerstäubung zu erhöhen. Demgemäß wurde darauf Acht gegeben, dass die Jetströmungen der angrenzenden Öffnungen einander nicht beeinflussen und der Zerstäubungszustand sich nicht verschlechtert.
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In anderen Worten war es, aufgrund dessen, dass die Einspritzportanordnung und die Einspritzportspezifikationen oder die Jetströmungsanordnung und die Jetströmungsrichtung, verwendet wurden, so dass die Zentralachsen des Einspritzports oder die Jetströmungsrichtungen mehr und mehr getrennt werden sowie sie sich weiter flussabwärts befinden, schwierig sowohl die Anforderungen der Zerstäubung als auch des kompakten Sprühnebels zu erreichen.
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Hier weist bei dem Porteinspritzsystem die Anhaftung von Kraftstoff an dem Einlassport keinen begünstigenden Einfluss oder Effekt auf, so dass die Verhinderung davon ein Thema mit hoher Priorität ist.
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Daher, sogar wenn die Zerstäubung verbessert wurde, um die Rate des anhaftenden Sprühnebels an dem Einlassventil oder dem Einlassport in der Nähe des Einlassventils zu reduzieren, war es schwierig einen Vorteil bei dem Porteinspritzsystem zu erhalten, da der gesamte Sprühnebel sich ausbreitet und im Ergebnis die Sprühnebelseitenfläche an einem unterschiedlichen Abschnitt des Einlassports anhaftet.
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Auf der anderen Seite verwendet ein Porteinspritzsystem, bei dem das Ausbreiten des gesamten Sprühnebels verhindert wird, die Einspritzportanordnung und die Einspritzportspezifikationen oder die Jetströmungsanordnung und die Jetströmungsrichtungen, so dass die Zentralachsen des Einspritzports oder die Jetströmungsrichtungen einander unmittelbar flussabwärts der Öffnungen schneiden. Es zieht jedoch die Anforderungen der Zerstäubung, wie die Beziehung zu der Auflösungslänge, nicht in Betracht.
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Zusätzlich ist der Winkel der zentralen Achse des Einspritzports relativ klein, was unvorteilhaft beim Ausbilden eines dünnen Flüssigkeitsfilmflusses ist. Folglich wird der Zerstäubungsvorgang langsam und die Beeinflussung zwischen den Jetströmungen neigt dazu aufzutreten. Daher kann der Zerstäubungsgrad nicht umgesetzt werden, um einen erwarteten Wert abzudecken.
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Hier haben die Erfinder ihre Aufmerksamkeit auf den Unterschied zwischen dem Verhalten eines einzelnen Sprühnebels alleine und dem Verhalten eines einzelnen Sprühnebels unter einer Vielzahl an Sprühnebeln gelenkt und haben im Ergebnis ein neues Phänomen herausgefunden, welches dem zerstäubten Sprühnebel entstammt.
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D. h., die folgende Art des Ermittelns der der Einspritzportanordnung und der Einspritzportspezifikationen wird verwendet. Die Position und Form des gesamten Sprühnebels sowie die Einspritzbetragverteilung werden nicht durch dreidimensionales Studieren der Einspritzportanordnung und der Einspritzportspezifikationen von den zentralen Achsen des Einspritzports oder der Jetströmungsrichtungen ermittelt, sondern die Einspritzportanordnung und die Einspritzportspezifikationen werden angedacht, um die Eigenschaften des Verhaltens des gesamten Sprühnebels zu identifizieren und um die Eigenschaften zu steuern.
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6A zeigt Details des Grundverhaltens solch einer Ausführungsform.
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Jetströmungen 30, 31 von angrenzenden Öffnungen 12, 12 werden angeordnet, um einen Querschnitt E-E an der Auflösungslängenposition aufzuweisen. Dort wo die Auflösungslänge a beträgt, beginnen die Konturen der beiden Sprühnebel 30, 31 in Kontakt miteinander (Querschnitt F-F) an der Position mit einem Abstand b zu den Öffnungen 12, 12 zu gelangen, an welchen die Jetströmungen sich verbreiten und in Sprühnebel umgewandelt werden. Zum selben Zeitpunkt aufgrund des Coanda-Effekts, der zwischen den beiden Sprühnebeln wirkt, bewegen sich die Sprühnebel näher zueinander ausgehend von dem Querschnitt F-F, in welchem die beiden Sprühnebel dazu neigen aufeinander aufgrund der Druckverteilung zu zeigen, und anschließend nähern sich ab einem Querschnitt G-G die beiden Sprühnebel und konvergieren miteinander bis zu einem Querschnitt H-H. Wenn die beiden Sprühnebel miteinander konvergieren bis der Coanda-Effekt fast verloren ist, werden sie zu einem Sprühnebel 32.
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Die Standardspezifikationen der Öffnungen 12, welche einen notwendigen und ausreichenden Zerstäubungsgrad erreichen können, können aufgrund des Erfolgs oder des Versagens der Flüssigkeitsfilmflussausbildung ermittelt werden und das Niveau davon wird vorwiegen aus der Form des Einspritzports, der Größe, der Anordnung, der Richtung, des Einspritzportwinkels und dem Verhältnis L/D des Einspritzports (Einspritzportlänge/Einspritzportdurchmesser) ermittelt.
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Als nächstes kann die Auflösungslänge für jede Jetströmung mittels beispielsweise Simulation abgeschätzt werden und daher werden hauptsächlich die Form, Größer, Anordnung, Richtung, Einspritzportwinkel, Verhältnis L/D des Einspritzports und dergleichen von jeder der Öffnungen 12 oder die Form, Größe, Anordnung, Richtung, Geschwindigkeit und dergleichen von jeder der Jetströmungen auf eine solche Weise eingestellt, dass die angrenzenden Sprühnebel von dem Coanda-Effekt an einer Flussabwärtsposition der Auflösungslänge beeinflusst werden und miteinander konvergieren.
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Aus den Ergebnissen der Studien, die von den Erfindern durchgeführt wurden, wurde ergab sich, dass es für den Sprühnebel geeignet ist zu konvergieren, um die Sprühnebelkonturen dazu zu bringen einander in dem Bereich von der Position der Auflösungslänge a hin zu einer Position b bis ungefähr zweimal der Auflösungslänge (d. h. b ≤ 2a) zu beeinflussen, wobei jede der Öffnungen 12 der Bezugspunkt ist.
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Wenn hier die Zerstäubung mit kleineren Partikeln durchgeführt wird, ist die Anzahl an Sprühnebelpartikeln größer, so dass die Anzahl an Luftwirbeln, die um die Sprühnebelpartikel erzeugt wird, größer ist. Dies erwirkt, dass der statische Druck der Sprühnebelatmosphäre sich aufgrund der Energie der Wirbel senkt. Da jedoch so viele Orte auftreten, an welchen der statische Druck abnimmt, neigt der Coanda-Effekt dazu gleichmäßig zu wirken. Ferner, da die Sprühnebelpartikel klein sind, werden die Sprühnebelpartikel leichter von dem Coanda-Effekt beeinflusst.
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Im Ergebnis fährt das Konvergieren (die Integration) von jedem der Sprühnebel fort und das Konvergieren der Sprühnebel wird fortgesetzt bis der Coanda-Effekt letztlich im Wesentlichen verloren geht. Folglich kann ein kompakter zerstäubter Sprühnebel erreicht werden.
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In dem Fall der Porteinspritzung ist die Dichte der Sprühnebelpartikel flussabwärts der Auflösungslänge wesentlich geringer als in den Fällen des Benzin-in-Zylindereinspritzsprühnebels und des Dieselsprühnebels (im Bereich von ungefähr 1/10 oder geringer bei dem Benzin-in-Zylindereinspritzsprühnebel und ungefähr 1/100 oder geringer bei dem Dieselsprühnebel) und die Partikel bewegen sich ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit in der gleichen Richtung. Daher kann verstanden werden, dass fast keine Kollision und Integration der Partikel miteinander auftritt.
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Zusätzlich kann verstanden werden, dass das Aufteilen eines einzelnen Partikels nicht bei einem Kraftstoffdruckniveau von 0,3 MPa in dem Fall der Porteinspritzung auftritt.
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Hier ist es, um das oben beschriebe Sprühnebelverhalten zu erzeugen, möglich beispielsweise die Formen, Abmessungen, Anordnungen, Richtungen, Einspritzportwinkel und das Verhältnis LID des Einspritzports von jeder der Öffnungen 12 sowie der Formen der Düsen flussaufwärts der Öffnungsplatte oder die Formen, Abmessungen, Anordnungen, Richtungen und Geschwindigkeiten von jeder der Jetströmungen zu variieren.
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Wenn beispielsweise ein kompakterer konvergierter Sprühnebel benötigt wird, kann der Spaltabstand zwischen den Sprühnebeln kleiner gemacht werden, wie in Figur GB gezeigt, die dem kleineren Sprühnebelwinkel entspricht. Im Gegenzug, wenn ein leicht breiterer konvergierter Sprühnebel benötigt wird, kann der Spaltabstand zwischen den Sprühnebeln breiter gemacht werden, wie in 6C gezeigt, die dem breiteren Sprühnebelwinkel entspricht.
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Wie oben beschrieben, sieht die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung das folgende Verfahren des Erzeugens eines Sprühnebels mittels eines Fluideinspritzventils vor. Das Fluideinspritzventil umfasst einen Ventilsitz 10, welcher eine Ventilsitzfläche 10a an einem Mittelpunkt einer Fluidleitung aufweist, einen Ventilkörper 8 zum Steuern des Öffnens/Schließens der Fluidleitung durch Aufsetzen/Anheben auf die/von der Ventilsitzfläche und eine Öffnungsplatte 11, die flussabwärts des Ventilsitzes angeordnet ist und eine Vielzahl an Öffnungen 12 aufweist. Das Fluideinspritzventil ist ausgebildet, um Flüsse in jeder der Öffnungen und Flüsse unmittelbar unterhalb jeder der Öffnungen zu im Wesentlichen Flüssigkeitsfilmflüssen zu machen. Das Verfahren des Erzeugens eines Sprühnebels mittels eines Kraftstoffeinspritzventils umfasst: nicht notwendigerweise bzw. bevorzugt Anpassen der Richtungen der Jetströmungen 30, 31 von jeder der Öffnungen 12, 12 an die Zentralachsenrichtungen der Öffnungen und bevorzugt Schneiden der Jetströmungen miteinander an einer Flussabwärtsposition davon; nachdem die Jetströmungen von jeder der Öffnungen 12 zu Sprühnebeln an einer Flussabwärtsposition weiter flussabwärts als eine Auflösungslänge a werden, erwirken, dass die Sprühnebel mittels des Coanda-Effekts konvergieren, der auf mehrere Sprühnebel wirkt; und Zulassen des Konvergierens der Sprühnebel, um fortzufahren bis der Coanda-Effekt im wesentlichen verloren geht. Dies ermöglicht es sowohl eine Verbesserung bei der Zerstäubung eines Kraftstoffsprühnebels und eine Verbesserung im Freiheitsgrad der Gestaltung der Sprühnebelform, des Sprühnebelmusters und der Einspritzbetragsverteilung zu erhalten.
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Zweite bevorzugte Ausführungsform
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Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 6A beschrieben.
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In dieser Ausführungsform wird das Seitenverhältnis (ee1/ee2) der im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder der im Wesentlichen Halbmondform (engl.: crescent shape), welches die Querschnittsform der Jetströmungen unmittelbar unterhalb der Öffnungen sind, größer als 1 (bevorzugt größer als 1,5), wie in dem Querschnitt E-E in 6A gezeigt, eingestellt.
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Dadurch steigt der Bereich, in welchem die Sprühnebel aufeinander zeigen, an, was es dem Coanda-Effekt, der sich aus der Druckverteilung ergibt, gestattet, starker zu wirken und das Konvergieren davon fährt fort. Folglich kann ein kompakterer, zerstäubter Sprühnebel erhalten werden.
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Dritte bevorzugte Ausführungsform
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Die dritte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7A bis 7D beschrieben.
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7A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung der Öffnungen in einem Zwei-Sprühnebelsystem zeigt, welches entlang der zentralen Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 von der Flussaufwärtsseite aus davon betrachtet wird. Die Öffnungen 12b bis 12f entsprechen Sprühnebel auf einer Seite (engl.: one side spray) der beiden Sprühnebel und die Spezifikationen davon können sich voneinander unterscheiden.
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7B zeigt ein Beispiel der Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform unmittelbar unterhalb der Öffnungen in dem Beispiel der Einspritzportanordnung von 7A. Die Jetströmungen 12b1 bis 12f1, die aneinander angrenzen, befinden sich in einem nahen Zustand zueinander.
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7C zeigt ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform flussabwärts der Auflösungslänge. Sie zeigt einen Zustand, in welchem jeder der Sprühnebel 12b2 bis 12f2 sich simultan wie ein Kreis sammelt, da die Sprühnebel 12b2 bis 12f2 miteinander in einer Umfangsrichtung verbunden sind.
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7D zeigt ein Beispiel der Anordnung und der Sprühnebelform der Sprühnebel 12b3 bis 12f3 an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt wirkt und ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt verloren geht. Sie zeigt einen Zustand, in welchem jeder der Sprühnebel auf einer Seite der beiden Sprühnebel auf eine solide und feste Weise ausgebildet wird.
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In dieser dritten bevorzugten Ausführungsform sind die Sprühnebel 12b1 bis 12f1, von welchen jeder eine Querschnittsform in beispielsweise einer ellipsenförmigen Form oder einer Halbmondform unmittelbar unterhalb der Öffnungen aufweist, ausgebildet, um Sprühnebel 12b3 bis 12f3 zu sein, welche eine polygonale Querschnittsform an einer Position flussabwärts der Auflösungslänge aufweisen.
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Die Sprühnebel 12b3 bis 12f3, die eine polygonale Querschnittsform aufweisen, werden durch Verbinden von Verlängerungslinien der Hauptachsen der im Wesentlichen ellipsenförmigen Formen oder der Tangentenlinien der gekrümmten Abschnitte der im Wesentlichen halbmondförmigen Formen, welche die Sprühnebelquerschnittsformen sind, um die Seiten der im Wesentlichen polygonalen Form auszubilden, oder durch Gestatten, dass die Spitzenabschnitte der im Wesentlichen ellipsenförmigen Formen oder der im Wesentlichen halbmondförmigen Formen Scheitel der im Wesentlichen polygonalen Form sind, gebildet.
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Folglich, wenn die Sprühnebel 12b3 bis 12f3, die eine polygonale Querschnittform aufweisen, an einer Position flussabwärts von der Auflösungslänge ausgebildet werden, steigt der Druckunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren der polygonalen Querschnittsform (interne Drücke p1, p2 und p3 werden geringer als der äußere Druck p0) aufgrund des Eintrags der internen Luft mittels der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen leicht an. Dies gestattet es dem Coanda-Effekt stärker zu wirken und das Konvergieren verbessert sich. Folglich kann ein kompakterer, zerstäubter Sprühnebel 12g4 umgesetzt werden.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von den angrenzenden Öffnungen die gleichen wie die in 6 dargestellten sind. Zusätzlich müssen die beiden Sprühnebel nicht notwendigerweise symmetrisch in Bezug auf die X-Achse oder die Y-Achse sein.
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Vierte bevorzugte Ausführungsform
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Die vierte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 8A und 8B beschrieben.
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8A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung der Öffnungen bei einem Zwei-Sprühnebelsystem zeigt, das entlang der zentralen Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 von der Flussaufwärtsseite aus betrachtet wird. Die Öffnungen 12h bis 12l entsprechen dem Sprühnebel auf einer Seite der beiden Sprühnebel und die Spezifikationen davon können sich voneinander unterscheiden.
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8B zeigt ein Beispiel einer Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform unmittelbar unterhalb der Öffnungen in dem Beispiel der Einspritzportanordnung von 8A. Das Seitenverhältnis (engl: aspect ratio) der Querschnittsform von jeder der Jetströmungen 12h1 bis 12l1 unmittelbar unterhalb der Öffnungen ist eingestellt, um größer als 1,5 zu sein.
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In dieser vierten Ausführungsform wird das Seitenverhältnis von jeder der Jetströmungsformen 12h1 bis 12l1 unmittelbar unterhalb des Einspritzports größer gemacht, so dass der interne Druck p1 geringer als der äußere Druck p0 gemacht werden kann. Daher fährt das Konvergieren fort, da der Coanda-Effekt stärker wirkt. Folglich kann ein kompakterer, zerstäubter Sprühnebel erhalten werden.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von den angrenzenden Öffnungen die gleichen sind wie die, die in 6 dargestellt sind. Zusätzlich müssen die beiden Sprühnebel nicht notwendigerweise symmetrisch in Bezug auf die X-Achse oder die Y-Achse sein.
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Fünfte bevorzugte Ausführungsform
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Die fünfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 9A bis 9D beschrieben.
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9A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung der Öffnungen 12m bei dem Sprühnebelsystem auf einer Seite zeigt, wobei das System entlang der zentralen Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 von der Flussaufwärtsseite davon betrachtet wird.
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9B zeigt ein Beispiel der Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform unmittelbar unterhalb der Öffnungen in dem Beispiel der Einspritzportanordnung von 9A. Die Jetströmungen 12m1, die aneinander angrenzen, sind in einem nahen Zustand zueinander.
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9C zeigt ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform flussabwärts der Auflösungslänge. Sie zeigt einen Zustand, in welchem die Sprühnebel 12m2 auch gleichzeitig näher zu der Z-Achse gebracht werden, da die Sprühnebel 12m2 miteinander in einer Umfangsrichtung verbunden sind.
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9D zeigt ein Einspiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt wirkt und ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt aufhört. Sie zeigt einen Zustand, in welchem ein solider und kompakter Sprühnebel 12m4 mittels der Sprühnebel 12m3, welche an dem Ort erhalten werden, an welchem der Coanda-Effekt wirkt, ausgebildet wird.
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In dieser fünften Ausführungsform ist jede der Öffnungen 12m in Radialrichtung vorgesehen. Die Jetströmungen 12m1 unmittelbar unterhalb jeder der Öffnungen weisen eine Querschnittsform in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form auf und die Hauptachsenkomponenten davon oder die Tangentenlinienkomponenten der gekrümmten Abschnitte davon sind in einem im Wesentlichen gleichen Spalt entlang im Wesentlichen einer Umfangsrichtung angeordnet.
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Dadurch wirkt der Coanda-Effekt im Wesentlichen gleichmäßig über die Umfangsrichtung. Aufgrund des Unterschieds zwischen dem äußeren Druck p0 und den internen Drücken p1, p2 und p3, durchlaufen die Jetströmungen 12m1 unmittelbar unterhalb der Öffnungen auf ähnliche Weise die Querschnittsformen der Sprühnebel 12m2 und 12m3, um mit dem Konvergieren fortzufahren. Folglich kann ein kompakterer zerstäubter Sprühnebel 12m4 in einem System mit einem Sprühnebel erhalten werden.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von den angrenzenden Öffnungen die gleichen sind, wie die in 6 dargestellten. Zusätzlich muss die Jetströmungsanordnung nicht notwendigerweise symmetrisch in Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse sein.
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Sechste bevorzugte Ausführungsform
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Die sechste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 10A bis 10D beschrieben.
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10A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung der Öffnungen 12n in einem System mit einem Sprühnebel zeigen, welches entlang der zentralen Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 von einer Flussabwärtsseite aus davon betrachtet wird.
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10B zeigt ein Beispiel der Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform unmittelbar unterhalb der Öffnungen in dem Beispiel der Einspritportanordnung, die in 10A gezeigt ist.
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10C zeigt ein Beispiel der Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform flussabwärts der Auflösungslänge.
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10D zeigt ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt wirkt, und ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an dem der Coanda-Effekt verloren geht.
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In der sechsten bevorzugten Ausführungsform ist jede der Öffnungen 12n in Radialrichtung vorgesehen. Die Jetströmungen 12n1 unmittelbar unterhalb jeder der Öffnungen weisen eine Querschnittsform in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form auf und die Hauptachsenkomponenten davon oder die Tangentenlinienkomponenten der gekrümmten Abschnitte davon sind geformt, um in einer im Wesentlichen radialen Form oder in einer im Wesentlichen windmühlenartigen Form zu sein.
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Dadurch sind die gegenüberliegenden Flächen der angrenzenden Sprühnebel 12n2 an Orten näher zueinander, die näher zu dem Zentrum des gesamten Sprühnebels sind, so dass der Coanda-Effekt aufgrund des Unterschieds zwischen dem externen Druck p0 und den internen Drücken p1, p2 und p3 stärker wirkt.
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Zusätzlich erwirkt dies, dass all die Sprühnebel in Richtung des Zentrums gezogen werden, so dass das Konvergieren durch die Querschnittsformen, wie die Sprühnebel 12n2 und die Sprühnebel 12n3 fortfährt. Folglich kann ein kompakterer zerstäubter Sprühnebel 12n4 bei einem System mit einem Sprühnebel erhalten werden.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweise der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen der angrenzenden Öffnungen die gleichen wie die in 6 dargestellt sind. Zusätzlich muss die Jetströmungsanordnung nicht notwendigerweise symmetrisch in Bezug auf die X-Achse oder Y-Achse sein.
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Zusätzlich können durch Gestalten der Öffnungsplatte und der Komponenten flussaufwärts davon auf eine solche Weise, um dem Kraftstofffluss in jeder der Öffnungen 12n zu verwirbeln und um einen Flüssigkeitsfilm in dem Einspritzport auszubilden, die Hauptachsenkomponenten der im Wesentlichen halbmondförmigen Jetströmungsquerschnitte unmittelbar unterhalb der Öffnungen in im Wesentlichen eine Windmühlenform geändert werden.
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Siebte bevorzugte Ausführungsform
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Die siebte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
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11 ist eine veranschaulichende Ansicht, die zeigt, wie Sprühnebel gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform konvergieren. Die Querschnittsform von angrenzenden Sprühnebeln 33, 34 und 35 ist eine im Wesentlichen kreisförmige Form oder eine im Wesentlichen elliptische Form.
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An einem Ort, an dem der Unterschied zwischen dem externen Druck p0 dieser Sprühnebel und dem internen Druck p4 gering wird und der Coanda-Effekt fast verloren geht, zeigt die Einspritzbetragsverteilung in dem Querschnitt des konvergierten Sprühnebels eine im Wesentlichen konische Verteilung, welche eine Spitze im Wesentlichen in der Umgebung des Zentrums aufweist. Die Ausbreitung des konvergierten Sprühnebels liegt innerhalb der äußeren Hülle des virtuellen gesamten Sprühnebels, der durch Verbinden von virtuellen einzelnen Sprühnebelkonturen gebildet wird, die aus den Richtungen oder den äußersten Umfangsabschnitten der wesentlichen ellipsenförmigen Formen oder den im Wesentlichen halbmondförmigen Formen, die die Querschnittsformen von jeder der Jetströmungen sind, abgeschätzt werden.
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Dadurch befindet sich der konvergierte Sprühnebel in einem sehr stabilen Zustand, so dass es möglich wird einen kompakten zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der ein stabiles Verhalten zeigt, sogar mit Störungsfaktoren wie Veränderungen in den atmosphärischen Zuständen.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von den angrenzenden Öffnungen die gleichen sind, wie in 6 dargestellt.
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Hier wurde durch die gewissenhaften Studien, die von den Erfindern durchgeführt wurden, herausgefunden, dass es geeignet für das Konvergieren der Sprühnebel ist, dass ungefähr d2 ≤ 1/2d1 erfüllt ist, wobei d1 und d2 Durchmesser der jeweiligen kreisförmigen Formen sind, die einer äußeren Hülle und einer inneren Hülle der Sprühnebelkonturen entsprechen, wenn in einem Querschnitt senkrecht zu der Sprühnebelrichtung an einer Position betrachtet, an welcher die Sprühnebelkonturen damit beginnen einander zu beeinflussen, wenn sowohl die äußere Hülle als auch die innere Hülle als im Wesentlichen kreisförmig angenommen werden.
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Achte bevorzugte Ausführungsform
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Die achte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12A bis 12D beschrieben.
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12A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Anordnung der Öffnungen bei einem Zwei-Sprühnebelsystem zeigt, das entlang der zentralen Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 von der Flussaufwärtsseite davon betrachtet wird. Die Öffnungen 12o bis 12s entsprechen der einen Seite des Sprühnebels der beiden Sprühnebel und die Spezifikationen davon können sich voneinander unterscheiden.
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12B zeigt ein Beispiel der Jetströmungsanordnung und der Jetströmungsform unmittelbar unterhalb der Öffnungen in dem Beispiel der Einspritzportanordnung, die in 12A gezeigt ist.
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12C zeigt ein Beispiel der Sprühnebelanordnungen der Sprühnebelform flussabwärts der Auflösungslänge.
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12D zeigt ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, an welchem der Coanda-Effekt wirkt und ein Beispiel der Sprühnebelanordnung und der Sprühnebelform an einem Ort, von welchem der Coanda-Effekt aufhört.
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In dieser achten bevorzugten Ausführungsform weisen die Öffnungen 12o1 bis 12s1 eine Querschnittsform beispielsweise in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen oder in einer im wesentlichen halbmondförmigen Form auf und der Unterschied zwischen dem äußeren Druck und dem inneren Druck ist eingestellt, so dass die Hauptachsenkomponenten davon oder die Tangentenlinienkomponenten der gekrümmten Abschnitte davon nah zueinander gebracht werden, um in einer im Wesentlichen linearen Form oder in einer im Wesentlichen gekrümmten Form zu konvergieren.
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Dadurch können die Nebenachsenkomponenten der Sprühnebel 12o2 bis 12s2 in der Y-Achsenrichtung in der Nähe der X-Achse mittels des Coanda-Effekts gesammelt werden und das Konvergieren fährt von den Sprühnebeln 12o2 bis 12s2 hin zu den Sprühnebeln 12o3 bis 12s3 fort. Folglich wird es möglich, einen kompakteren zerstäubten Sprühnebel 12t4 zu erhalten.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von den angrenzenden Öffnungen die gleichen wie die in 6 dargestellten sind. Der Hauptzweck dieser bevorzugten Ausführungsform ist der, dass die Sprühnebel in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form konvergieren, so dass die Sprühnebel nicht entlang der X-Achsenrichtung sein müssen. Zusätzlich müssen in dem Fall von zwei Sprühnebeln die beiden Sprühnebel nicht symmetrisch zueinander in Bezug auf die Y-Achse sein.
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Neunte bevorzugte Ausführungsform
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Die neunte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 13 beschrieben.
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13 ist eine veranschaulichende Ansicht, die zeigt, wie Sprühnebel gemäß der siebten bevorzugten Ausführungsform konvergieren. Die Querschnittsform von angrenzenden Sprühnebeln 36, 37 und 38 weist eine im Wesentlichen ellipsenförmige Form auf. An einem Ort, an dem der Unterschied zwischen dem externen Druck und dem unmittelbaren Abschnittsdruck dieser Sprühnebel gering wird und der Coanda-Effekt fast aufhört, weist die Einspritzbetragsverteilung des Querschnitts des konvergierten Sprühnebels eine im Wesentlichen ellipsenförmige Verteilung auf. Das Ausbreiten des konvergierten Sprühnebels entlang seiner Nebenachse ist geringer als die Nebenachsenlänge des virtuellen gesamten Sprühnebels, der durch Verbinden virtueller einzelner Sprühnebelkonturen geformt wird, die aus den Richtungen der Jetströmungen in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form abgeschätzt werden.
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Dadurch befindet sich der konvergierte Sprühnebel in einem sehr stabilen Zustand, so dass es möglich wird einen kompakten zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der ein stabiles Verhalten zeigt, sogar mit Störungsfaktoren, wie Veränderungen in den atmosphärischen Zuständen.
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Es sei angemerkt, dass die Verhaltensweisen der Jetströmungen und der Sprühnebelströmungen von angrenzenden Öffnungen die gleichen wie denen in 6 dargestellten sind. Der Hauptzweck dieser bevorzugten Ausführungsform ist, dass die Sprühnebel in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen Form oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form konvergieren, so dass die Sprühnebel nicht entlang der X-Achsenrichtung auftreten müssen. Zusätzlich müssen in dem Fall von zwei Sprühnebeln die beiden Sprühnebel nicht symmetrisch zueinander in Bezug auf die Y-Achse sein.
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Hier wurde als ein Ergebnis gewissenhafter Studien, die von den Erfindern durchgeführt wurden, herausgefunden, dass es für das Konvergieren der Sprühnebel geeignet ist, dass ungefähr d4 ≤ 1/2d3 erfüllt ist, wobei d3 und d4 jeweils eine Hauptachsenlänge und eine Nebenachsenlänge einer Hülle von jeder der Sprühnebelkonturen sind, wenn in einem Querschnitt senkrecht zu einer Sprühnebelrichtung an einer Position betrachtet, an welcher die Sprühnebelkonturen damit beginnen aneinander zu beeinflussen, wobei von jeder Hülle angenommen wird, dass sie in einer im Wesentlichen ellipsenförmigen oder in einer im Wesentlichen halbmondförmigen Form ist.
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Zehnte bevorzugte Ausführungsform
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Die zehnte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 14 beschrieben.
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Der Coanda-Effekt verliert fast seinen Effekt bei einem konvergierten Sprühnebel 13, der mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erzeugt wird, wenn der Druckunterschied, der auf die Sprühnebelpartikel wirkt, im Wesentlichen verloren wird bzw. aufhört. Aus diesem Grund wird ein Sprühnebel 40 innerhalb des Bereichs, in welchem der Coanda-Effekt wirkt, plötzlich in einen Sprühnebel 41 gewandelt, welcher eine verringerte Wirkdistanz (engl.: penetratoin distance) aufweist. Im Ergebnis wird es möglich, einen kompakten zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der eine Sprühnebelwirkdistanzspezifikation gemäß einer vorgegebenen Länge aufweist.
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Hier gilt, wie oben beschrieben, je kleiner die zerstäubten Partikel sind, desto mehr kann das Konvergieren der mehreren Sprühnebel fortfahren. Jedoch, sowie der Coanda-Effekt seinen Effekt verliert, fällt die Bewegungsenergie der Partikel plötzlich ab. Daher wird es möglich, einen Sprühnebel auszubilden, der eine Wirkdistanz aufweist, welche plötzlich reduziert wird.
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Jedoch, da der Sprühnebel 41 die Energie zum Wirken gegen die Einlassluftstrombewegung verloren hat, wird es möglich einen kompakten zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der der Einlassluftstrombewegung folgen kann. In anderen Worten wird das Anhaften der Sprühnebel an der Einlassportwandoberfläche und dem Einlassventil wird unmittelbar vor dem Einlassventil unabhängig von dem Einspritzzeitpunkt minimiert. Im Ergebnis wird es möglich, einen zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der der Einlassluftbewegung in dem Einlassport gemäß der Einlassportform folgen kann.
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Elfte bevorzugte Ausführungsform
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Die elfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7A bis 7D, 9A bis 9D und 15A bis 15C beschrieben.
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15A zeigt ein Beispiel der Einspritzbetragsverteilung der beiden in 7 gezeigten Sprühnebel.
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15B zeigt ein Beispiel der Einspritzbetragsverteilung des einen in 9 gezeigten Sprühnebels.
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15C zeigt ein Beispiel der Einspritzbetragsverteilung der elften bevorzugten Ausführungsform.
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In dieser elften bevorzugten Ausführungsform werden bei dem Konvergenzphänomen der mehreren Sprühnebel 42, mehrere Abschnitte mit fast keinem Druckunterschied zwischen dem internen Druck p3 und dem externen Druck p0 des gesamten konvergierten Sprühnebels, wie in 15C gezeigt, vorgesehen.
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Daher geht an diesen Abschnitten die Kraft, die auf die Sprühnebelpartikel wirkt, im Wesentlichen verloren. Folglich konvergieren die Sprühnebel und zeigen stabile Verhaltensweisen. Als ein Ergebnis wird es möglich einen kompakten zerstäubten Sprühnebel zu erhalten, der es ermöglicht, die Einspritzbetragsverteilung des konvergierten Sprühnebels frei einzustellen, ohne die Spitze der Einspritzbetragsverteilung des konvergierten Sprühnebels zu steuern, um nahezu in dem Zentrum der Sprühnebelform zu sein.
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Dies ist auch auf andere Ausführungsformen anwendbar.
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Zwölfte bevorzugte Ausführungsform
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Die zwölfte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. Die Figur zeigt nur einen Zylinder bei einem Motor mit mehreren Zylindern.
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In dieser zwölften Ausführungsform ist die Sprührichtungslänge, bei welcher der Coanda-Effekt im Wesentlichen verloren geht oder die Sprührichtungslänge, bei welcher der Sprühnebel plötzlich damit beginnt seine Wirkdistanz zu verringern, ausgebildet, um gemäß einer Länge von dem Einspritzpunkt hin zu dem Einspritzventil 22 oder gemäß einer Länge von dem Einspritzpunkt hin zu der Einspritzportwandoberfläche, die auf den Spitzenendabschnitt des Sprühnebels 41 in dem Fall eines Porteinspritzsystems zeigt, einstellbar zu sein.
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Dadurch kann bei einem Einlassporteinspritzsystem eines tatsächlichen Motors das Anhaften der Sprühnebel an der Einlassportwandoberfläche und dem Einlassventil gemäß den Formen und Abmessungen von jedem des Einlassports verringert werden. Ferner wird es möglich einen kompakten zerstäubten Sprühnebel 39 mit Sprühnebelspezifikationen zu erhalten, so dass der Sprühnebel leicht der Einlassluftstrombewegung folgen kann.
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Dreizehnte bevorzugte Ausführungsform
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Die dreizehnte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
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Die Figur zeigt nur einen Zylinder in einem Motor mit mehreren Zylindern. Das Fluideinspritzventil ist an einem Drosselklappenkörper 24 angeordnet und der Spitzenabschnitt davon ist an einer Flussabwärtsseitenposition eines Drosselventils 24a des Drosselklappenkörper 24 eingepasst, um in Richtung einer Flussaufwärtsseite geneigt zu sein, so dass Kraftstoff in Richtung der Flussaufwärtsseite des Einlassluftstroms eingespritzt werden kann.
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Die dreizehnte bevorzugte Ausführungsform macht es möglich, plötzlich die Wirkdistanz des zerstäubten Sprühnebels unmittelbar vor der Drosselventilkörperwandfläche oder dem Drosselklappenkörper zu reduzieren. Im Ergebnis können Unterschiede hinsichtlich Raum und Zeit beim Ausbilden der Luft-Kraftstoff-Mischung durch temporäres Einspritzen des Kraftstoffs in Richtung eines sich flussaufwärts befindenden Ortes vorgesehen werden. Dies ermöglicht es solche Zustände zu verbessern, bei welchen, falls der Kraftstoff in einer Flussabwärtsrichtung eingespritzt wird, wie in dem Fall, in welchem der Einlassport sehr kurz ist, die Einspritzbetragsverteilung zwischen den Zylindern ungleich wird oder der Betrag der Sprühnebel, der an dem Einlassport anhaftet, ansteigt, was konsequenterweise zu schlechten Luft-Kraftstoff-Mischungsbindungszuständen führt und es verhindert, dass die Motorleistung sich verbessert.
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Ferner ist es durch Verwenden der Eigenschaften des Sprühnebels der Erfindung möglich, nur ein Kraftstoffeinspritzventil in dem Ansaugstutzen vorzusehen. Dadurch ist es, während das Anhaften der Sprühnebel an den Einlassports in der Umgebung der Einlassventile der Zylinder verhindert wird, möglich die Wirkdistanz zu reduzieren und einen Sprühnebel mit einem großen Winkel in der Umgebung der Einlassventile durchzuführen.
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In sogenannten Mehrzweckmotoren und kleinen Motoren wird der Vergaser momentan mittels des Kraftstoffeinspritzsystems ersetzt. Jedoch, da ein nennenswerter Anstieg der Kosten schwierig ist, ist solch ein System, das oben beschrieben wurde, das nur ein Kraftstoffeinspritzventil in einem Mehrzylindermotor verwendet (eine sogenannte Einspritzung an nur einem Punkt) sehr effektiv beim Verbessern des Kosten-/Leistungsverhältnisses des Motors. Es sei angemerkt, dass es auch möglich ist die oben beschriebenen vorteilhaften Effekte zu erhalten, sogar wenn das Kraftstoffeinspritzventil 1 getrennt von dem Drosselklappenkörper 24 eingepasst wird.
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In den vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen wurde das Zwei-Sprühnebelsystem und das Ein-Sprühnebelsystem hinsichtlich des Sprühnebelmusters beschrieben. Jedoch solange der Sprühnebel ein kompakter zerstäubter Sprühnebel ist, können verschiedene Spezifikationen verfügbar gemacht werden, umfassend Multisprühnebelsysteme, wie ein Drei-Sprühnebelsystem, Kombinationen von Sprühnebeln, welche verschiedene Querschnittsformen aufweisen, asymmetrische Sprühnebel, Kombinationen von Sprühnebeln, welche verschiedene Wirkdistanzen aufweisen, und Kombinationen von Sprühnebeln, die unterschiedliche zerstäubte Sprühnebel aufweisen.
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Obwohl das elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil hier beschrieben wurde, kann die Antriebsquelle von einem anderen Typ sein und es ist klar, dass die Erfindung bei kontinuierlichen Einspritzventilen anwendbar ist, nicht nur bei mechanischen oder sequentiellen Einspritzventilen.
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Ferner variieren zusätzlich zu dem Kraftstoffventil die Anwendungen und benötigten Funktionen stark, umfassend verschiedene Sprühnebel für industrielle Zwecke, landwirtschaftliche Zwecke, Ausrüstungszwecke, Heimgebrauchszwecke und individuelle Zwecke, wie beispielsweise Malen, Beschichten, Pestizidverteilung, Waschen, Befeuchtung, Sprinkler, Desinfektionssprühnebel und beim Kühlen. Daher ist es möglich, die Erfindung bei einer solchen Sprühnebelvorrichtung unabhängig von der Antriebsquelle, der Düsenkonfiguration und dem gesprühten Fluid anzuwenden, um eine Sprühnebelkonfiguration umzusetzen, die bisher nicht möglich war.
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Verschiedene Modifizierungen und Änderungen dieser Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen und es muss verstanden werden, dass diese nicht auf die hier beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-233145 A [0015]
- JP 2004-225598 A [0015]
- JP 2008-169766 A [0015]
- JP 2005-207236 A [0015]
- JP 2007-77809 A [0015]
- JP 2000-104647 A [0015]
