DE102012213086A1

DE102012213086A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE102012213086A1
Application number: DE201210213086
Authority: DE
Inventors: Yoshio Okamoto; Yoshihito Yasukawa; Noriyuki Maekawa; Nobuaki Kobayashi; Takahiro Saito
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US20130026256A1; CN102900581A; JP2013024176A; JP5537512B2; CN102900581B; US8882003B2

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdüse weist einen Verwirbelungsgenerator auf, der sich stromabwärts eines Ventilsitzes befindet. Ein Kraftstoffeinspritzloch 23 ist mit einer stromabwärtigen Seite des Verwirbelungsgenerator verbunden. Der Verwirbelungsgenerator beinhaltet eine Verwirbelungskammer 22, die eine eingerollte oder Spiralform aufweist und das im Boden der Verwirbelungskammer 21 gebohrte Kraftstoffeinspritzloch 23 und einen Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 hat, der mit der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammer 22 verbunden ist, um Kraftstoff in die Verwirbelungskammer 22 einzuleiten. Der Boden der Verwirbelungskammer 22 ist mit einer Stufenhöhe 24 versehen, um einen Ebenenunterschied herzustellen, bei dem der Boden der Verwirbelungskammer 22 niedriger als ein Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 ist, und die Stufenhöhe 24 ist an einer Position ausgebildet, an der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 in die Verwirbelungskammer 22 fließt, auf Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer 22 dreht.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Kraftstoffeinspritzdüse, die mehrere Kraftstoffeinspritzlöcher aufweist und verwirbelten Kraftstoff von jedem der Kraftstoffeinspritzlöcher einspritzt, um die Zerstäubungsleistung zu verbessern.
[Hintergrund der Erfindung]
Als konventionelle Technologie zum Einspritzen von verwirbeltem Kraftstoff aus mehreren Kraftstoffeinspritzlöchern zur Förderung der Kraftstoffzerstäubung ist eine Kraftstoffeinspritzdüse bekannt, die in der Patentliteratur 1 ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-364496 ) angegeben ist.
Diese Kraftstoffeinspritzdüse hat ein Gehäuse für die Einspritzdüse, eine am Gehäuse vorgesehene Injektions- bzw. Spritzdüse zum Spritzen von in das Gehäuse gefülltem Kraftstoff nach außen, einen im Gehäuse vorgesehenen beweglichen Ventilstopfen zum Einspritzen von Kraftstoff von der Spritzdüse, wenn die Einspritzdüse offen ist, und einen im Gehäuse vorgesehenen Aktor zum Antreiben des Ventilstopfens; in der Kraftstoffeinspritzdüse ist die Spritzdüse mit mehreren Verwirbelungsgeneratoren zum Erzeugen unabhängiger Wirbel aus Kraftstoff, der aus dem Inneren des Gehäuses fließt, und mehreren Kraftstoffeinspritzlöcher (Düsenausflussöffnungen) versehen, die sich auf der Ausflussseite von jedem der Verwirbelungsgeneratoren befinden, um verwirbelten Kraftstoff in jede vorgegebene Richtung zu spritzen.
In dieser Kraftstoffeinspritzdüse ist die Mittelachse jedes Kraftstoffeinspritzlochs bezüglich der Mittelachse der Spritzdüse auswärts geneigt, um zu gestatten, dass von jedem Einspritzloch gespritzte Kraftstoffsprühnebel teilweise miteinander kollidieren, und die Einspritzdüse fördert wirksam die Zerstäubung des Kraftstoffs, der von jedem Einspritzloch gespritzt wird.
[Zusammenfassung der Erfindung]
Um, wie in der konventionellen Technik gezeigt, von einem Kraftstoffeinspritzloch (einer Düsenausflussöffnung) verwirbelten Kraftstoff ausreichend stabil einzuspritzen (wobei die Verwirbelungsstärke in Umfangsrichtung gleichförmig ist), der sich in einer Verwirbelungskammer (einem Verwirbelungsloch) dreht, die mit einem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass (einer Kraftstoff leitenden Nut) verbunden ist, der mit dem stromabwärtigen Ende eines Ventilsitzes verbunden ist, ist eine innovative Gestaltung für die Formen der Verwirbelungskammer und des Strömungsdurchlasses notwendig, um eine in Umfangsrichtung (in Verwirbelungsrichtung) gleichförmige Verwirbelung im Auslassabschnitt des Kraftstoffeinspritzlochs herzustellen.
Insbesondere ist es, wenn der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass eine geringe Höhe und einen rechteckigen Querschnitt hat, der senkrecht zur Strömungsrichtung hat, schwierig, eine gleichmäßige Verwirbelungsstärke in der Verwirbelungskammer und im Kraftstoffeinspritzloch aufrechtzuerhalten.
In einem solchen Fall tritt der Kraftstoff, der näher an der Mitte der Verwirbelungskammer im Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass ist, in das Kraftstoffeinspritzloch ohne ausreichendes Drehen in der Verwirbelungskammer im Vergleich zu dem Kraftstoff ein, der näher am Außenumfang ist; dies ist die Hauptursache einer ungleichförmigen Verwirbelungsstärke in Umfangsrichtung. Die Ungleichförmigkeit der Verwirbelungsstärke in Umfangsrichtung verringert die Zerstäubungsleistung des Kraftstoffsprühens.
Die konventionelle Technik verbessert durchaus die Gleichförmigkeit des verwirbelten Stroms, indem sie in der Verwirbelungskammer eine ausreichende Höhe vorsieht und ein konisch zulaufendes rundes Loch bereitstellt, das zum Einlass des Kraftstoffeinspritzlochs stromabwärts gerichtet ist. Bei diesem Verfahren wird jedoch Kraftstoff gezwungen, mehrere Male in der Verwirbelungskammer zu zirkulieren, was einen Verlust der Verwirbelungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes erhöht, wobei die Sorge bewirkt wird, dass die Zerstäubungsleistung wegen des Verlustes verringert wird.
Angesichts des Vorstehenden ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, und es ist ihre Aufgabe, eine Kraftstoffeinspritzdüse bereitzustellen, die die Zerstäubungsleistung mit einem einfachen Aufbau verbessern kann.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist eine Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung einen Verwirbelungsgenerator auf, der sich stromabwärts von einem Ventilsitz befindet, auf dem ein Ventilstopfen sitzt, und von welchem sich der Ventilstopfen anschließend daran entfernt, und ein Kraftstoffeinspritzloch, das mit einer stromabwärtigen Seite des Verwirbelungsgenerators verbunden ist. Der Verwirbelungsgenerator schließt eine Verwirbelungskammer ein, die eine eingerollte oder Spiralform hat und das am Boden der Verwirbelungskammer gebohrte Kraftstoffeinspritzloch und einen Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass aufweist, der mit einer stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammer zum Einleiten von Kraftstoff in die Verwirbelungskammer verbunden ist. Darüber hinaus ist der Boden der Verwirbelungskammer mit einer Stufenhöhe versehen, um einen Ebenenunterschied herzustellen, bei dem der Boden der Verwirbelungskammer niedriger als der Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses ist; und die Stufenhöhe ist an einer Position ausgebildet, an der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, auf Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer dreht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet es die im Verwirbelungsgenerator ausgebildete Stufenhöhe, dass der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließende Kraftstoff glatt bzw. störungsfrei auf den Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer dreht, so dass eine stabile symmetrische Verwirbelung ohne Verlust im Kraftstoffeinspritzloch erzeugt werden kann.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Querschnittsansicht des gesamten Aufbaus einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts eines Düsenkörpers in der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Ansicht einer Drosselscheibe von unten, die sich im unteren Endabschnitt des Düsenkörpers in der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der ersten Ausführungsform befindet.
4 veranschaulicht einen Ebenenunterschied in der ersten Ausführungsform; sie ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Verwirbelungskammer, einem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass und einem Kraftstoffeinspritzloch zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht längs A-A der 4, die eine Beziehung zwischen der Verwirbelungskammer, dem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass und dem Kraftstoffeinspritzloch auf dieselbe Weise veranschaulicht.
6 ist ein schematisches Diagramm, das das Erscheinungsbild einer Strömung (eines Geschwindigkeitsvektors) in der Verwirbelungskammer gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein schematisches Diagramm, das das Erscheinungsbild einer Strömung (eines Geschwindigkeitsvektors) in der Verwirbelungskammer gemäß einer konventionellen Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des unteren Endabschnitts eines Düsenkörpers in einer Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Verwirbelungsscheibe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Drosselscheibe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[Beschreibung der Ausführungsformen]
In der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftstoffdurchlass einen Verwirbelungsgenerator auf, der aus einem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass und einer Verwirbelungskammer besteht, und der Verwirbelungsgenerator ist mit einem Einlass eines Kraftstoffeinspritzlochs zusammengeschlossen und verbunden. Auf der Bodenfläche der Verwirbelungskammer ist eine Stufenhöhe an der Auslassseite des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses vorgesehen, das heißt, dort, wo der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, auf den Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer dreht. Die Stufenhöhe ist vorgesehen, um einen Ebenenunterschied herzustellen, bei dem der Boden der Verwirbelungskammer niedriger als ein Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses ist; und die Stufenhöhe ist an einer Position ausgebildet, an der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, auf Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer dreht.
Der Stufenhöhenabschnitt ist so vorgesehen, dass er von einem Endpunkt der Seitenwand der Verwirbelungskammer längs der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzloch unter Beibehaltung eines Abstands von der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs verläuft und sich mit einer Anfangspunktseite der Seitenwand (der Innenumfangswand) der Verwirbelungskammer verbindet. Der Abstand zwischen dem Stufenhöhenabschnitt und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs muss nicht gleichmäßig beabstandet sein. Wenn beispielsweise der Querschnitt der Verwirbelungskammer, der senkrecht zur Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse ist, eine eingerollte oder Spiralform hat, kann der Stufenhöhenabschnitt längs einer Linie ausgebildet sein, die vom Endpunkt TE der Seitenwand (der Umfangswandfläche) 22sw der Verwirbelungskammer zur Mitte O der Einrollung oder Spirale verläuft, oder er kann auf dem Bodenabschnitt außerhalb der Linie ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Abstand zwischen der Stufenhöhe und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs stromabwärts breiter als am Endpunkt TE der Seitenwand (der Umfangswandfläche) 22sw der Verwirbelungskammer gemacht werden.
Vorausgesetzt, dass keine Stufenhöhe vorhanden ist, ändert der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, seine Strömungsrichtung in der Nähe eines Abschnitts, an dem die Seitenwand der Verwirbelungskammer und die Seitenwand des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses verbunden sind, in Richtung des Kraftstoffeinspritzlochs, ohne die Richtung beizubehalten, in die vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass geleitet wird. Aus diesem Grund kollidiert der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt und seine Strömungsrichtung zum Kraftstoffeinspritzloch hin ändert, in einem großen Winkel mit der Strömung, die von hinter dem Endpunkt der Seitenwand der Verwirbelungskammer fließt. Als Ergebnis wird eine ungleichmäßige Strömung ohne ausreichendes Drehen in der Verwirbelungskammer zum Kraftstoffeinspritzloch hin induziert, so dass nicht nur die Kraftstoffströmung nicht genügend Verwirbelungsenergie erhalten kann, sondern auch, dass sie den sich in der Verwirbelungskammer drehenden Kraftstoff in das Kraftstoffeinspritzloch saugt; dies bewirkt, dass der Kraftstoffsprühnebel in Umfangsrichtung (die Verwirbelungsrichtung) ungleichmäßig ausgebildet wird.
Die Kraftstoffströmung, die vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt und ihre Strömungsrichtung zum Kraftstoffeinspritzloch hin ändert, wird als erste Kraftstoffströmung bezeichnet; und die Kraftstoffströmung, die sich in der Verwirbelungskammer dreht und von hinter dem Endpunkt der Seitenwand (der Umfangswand) der Verwirbelungskammer fließt, wird als zweite Kraftstoffströmung bezeichnet.
Ein Abschnitt, an dem die Seitenwand (die Umfangswand, die längs der eingerollten oder Spiralform ausgebildet ist, wenn die Verwirbelungskammer eine eingerollte oder Spiralform hat) der Verwirbelungskammer und die Seitenwand des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses verbunden sind, weist eine substanzielle Dicke aufgrund einer Herstellungsbegrenzung oder von Bedenken wegen der Festigkeit auf. Somit ist es schwierig, den Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, zu veranlassen, auf die zweite Kraftstoffströmung in Tangentenrichtung zu treffen. Mit anderen Worten wird die erste Kraftstoffströmung erzeugt. Je dicker die Dicke des Verbindungsabschnitts zwischen der Seitenwand der Verwirbelungskammer und der Seitenwand des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses ist, desto größer ist der Kollisionswinkel des Kraftstoffs, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt, zu dem Kraftstoff, der sich in der Verwirbelungskammer dreht.
Das Vorsehen der Stufenhöhe veranlasst die zweite Kraftstoffströmung, längs des Stufenhöhenabschnitts zu fließen, ohne mit der ersten Kraftstoffströmung zu kollidieren, was es der unter der ersten Kraftstoffströmung fließenden zweiten Kraftstoffströmung erlaubt, weiter in die Verwirbelungsrichtung zu fließen. Ferner induziert die weiter in die Verwirbelungsrichtung fließende zweite Kraftstoffströmung die erste Kraftstoffströmung, die über der zweiten Kraftstoffströmung fließt und zum Kraftstoffeinspritzloch hin gerichtet ist, in die Verwirbelungsrichtung zu fließen. Infolgedessen kann die erste Kraftstoffströmung so zurückgeholt werden, dass sie in die Verwirbelungsrichtung fließt.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Abstand zwischen der Stufenhöhe und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs stromabwärts breiter als am Endpunkt der Seitenwand (der Umfangswand) der Verwirbelungskammer. Dies erlaubt es, dass die Richtung der Strömungslinie der zweiten Kraftstoffströmung parallel zur Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs ist, ohne sie zwangsweise zum Kraftstoffeinspritzloch hin zu ändern, oder erlaubt es vielmehr, dass die zweite Kraftstoffströmung eine größere Krümmung als die Krümmung der Kante des Einlasses zieht. Somit kann die erste Kraftstoffströmung, die über der zweiten Kraftstoffströmung zum Kraftstoffeinspritzloch hin fließt, in Verwirbelungsrichtung induziert und die Strömung der ersten Kraftstoffströmung in Verwirbelungsrichtung zurückgeholt werden.
Von oben wird ein Flüssigkeitsfilm, der durch ausreichend Verwirbelungsstärke in einen Dünnfilm verwandelt worden ist, in Umfangsrichtung am Auslass des Kraftstoffeinspritzlochs gleichmäßig ausgebildet, was die Zerstäubung des Kraftstoffsprühnebels fördert.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 10 beschrieben.
[Beispiel 1]
Eine erste Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 7 detailliert beschrieben.
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der ersten Ausführungsform und die Querschnittsansicht parallel zur Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse. 2 ist eine vertikale Querschnittsansicht der Umgebung der Kraftstoffeinspritzlöcher, die insbesondere eine stromabwärtige Endseite der Kraftstoffeinspritzdüse in 1 vergrößert. 3 zeigt eine Drosselscheibe, von ihrer Auslassseite her gesehen. 4 ist eine Teildraufsicht auf die Drosselscheibe, die eine Beziehung zwischen einem Durchlass zur Verwendung bei der Erzeugung einer Verwirbelung, einer Verwirbelungskammer und einem Kraftstoffeinspritzloch zeigt. 5 ist eine Querschnittsansicht längs A-A der 4. 6 zeigt Geschwindigkeitsvektoren einer Strömung in der Verwirbelungskammer. 7 zeigt Geschwindigkeitsvektoren einer Strömung in der Verwirbelungskammer, wenn kein Ebenenunterschied vorgesehen ist.
In 1 beinhaltet eine Kraftstoffeinspritzdüse 1 ein Magnetjoch 6, das eine elektromagnetische Spule 9 umgibt; einen sich in der Mitte der elektromagnetischen Spule 9 befindenden stationären Kern 7, der einen Flansch 7a aufweist, der mit der Innenfläche des Jochs 6 in Berührung ist; einen Ventilstopfen 3 als bewegliches Element, das imstande ist, sich innerhalb eines vorgegebenen Betätigungsbereichs zu bewegen; einen Ventilsitz 10, auf dem der Ventilstopfen 3 während einer Ventilschließung sitzt; eine Kraftstoffeinspritzkammer 2, die Kraftstoff durchleitet, der durch einen Spalt zwischen dem Ventilstopfen 3 und dem Ventilsitz 10 während einer Ventilöffnung fließt; und eine Drosselscheibe 20 mit mehreren Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b, die stromabwärts der Kraftstoffeinspritzkammer 2 vorgesehen sind.
Eine Feder 8 ist in der Mitte des stationären Kerns 7 als elastisches Element (ein Druckelement) zum Drücken des Ventilstopfens 3 auf den Ventilsitz 10 vorgesehen.
Wenn der elektromagnetischen Spule 9 keine Energie zugeführt wird, sitzt der Ventilstopfen 3 auf dem Ventilsitz 10, um es in einem Ventilschließungszustand zu halten. Da in diesem Zustand ein Kraftstoffdurchlass zwischen dem Ventilstopfen 3 und dem Ventilsitz 10 verschlossen ist, bleibt der Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzdüse 1, und es wird kein Kraftstoff von den mehreren Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b eingespritzt.
Wenn andererseits der elektromagnetischen Spule 9 Energie zugeführt wird, wird der Ventilstopfen 3 von einer elektromagnetischen Kraft bewegt, bis ein Flansch 3a des Ventilstopfens 3 mit einem Anschlag 12 zur Begrenzung des Hubbetrags des Ventilstopfens in Kontakt kommt. Dadurch begibt sich die Einspritzdüse in einen Ventilöffnungszustand. Anstelle des Anschlags 12 und des Flansches 3a kann eine Oberseite eines Ankers 13 als beweglicher Kern, der mit dem Ventilstopfen 3 integriert ist, mit einer Unterseite des stationären Kerns 7 in Berührung kommen.
In diesem Ventilöffnungszustand wird ein Spalt zwischen dem Ventilstopfen 3 und dem Ventilsitz 10 gebildet, somit wird der Kraftstoffdurchlass geöffnet, um Kraftstoff aus den mehreren Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b einzuspritzen.
Ein im stationären Kern 7 vorgesehener Kraftstoffdurchlass 5 dient dazu, den von einer Kraftstoffpumpe (in der Figur nicht gezeigt) mit Druck beaufschlagten Kraftstoff in die Kraftstoffeinspritzdüse 1 einzuleiten.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 arbeitet wie vorstehend beschrieben, das heißt, durch Steuern des Ein/Ausschaltens der Energiezufuhr (Einspritzimpuls) zur elektromagnetischen Spule 9 bewegt sich der Ventilstopfen 3 zwischen einer Ventilöffnungsposition und einer Ventilschließungsposition, so dass der Betrag der Kraftstoffzufuhr gesteuert wird.
Hinsichtlich der Steuerung der Kraftstoffzufuhr ist der Ventilstopfen besonders gestaltet, um ein Kraftstoffleck im Ventilschließungszustand zu verhindern.
Diese Art von Kraftstoffeinspritzdüse verwendet eine Kugel 3b von hoher Rundheit und einer Hochglanzspiegelausführung (einer Stahlkugel entsprechend einer JIS-Norm für ein Kugellager) im Ventilstopfen 3, um die Sitzwirksamkeit effizient zu verbessern.
Die den Ventilsitz 10 bildende Oberfläche, mit der die Kugel 3b in Kontakt kommt, hat einen optimalen Winkel (80° bis 100°), so dass sie eine gute Zerreibbarkeit aufweist und es der Kugel 3b erlaubt, von hochgenauer Rundheit zu sein, so dass die Kugel 3b auf dem Ventilsitz 10 unter Aufrechterhaltung einer hohen Sitzleistung sitzen kann.
Ein Düsenkörper 4 mit dem Ventilsitz 10 wird zur Verbesserung seiner Härte gehärtet und durch eine Entmagnetisierungsbehandlung wird überflüssiger Magnetismus entfernt.
Ein solcher Aufbau des Ventilstopfens 3 erlaubt es, den Betrag der Kraftstoffeinspritzung ohne Kraftstoffleck zu steuern. Darüber hinaus erzielt er eine gute Kostenleistung.
Ein Aufbau eines Endseitenabschnitts der Einspritzdüse auf einer stromabwärtigen Seite des Düsenkörpers 4 (in der Umgebung der Kraftstoffeinspritzlöcher) wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Eine Drosselscheibe 20 ist an einem unterseitigen Ende des Düsenkörpers 4 durch Laserschweißen befestigt. Die Drosselscheibe 20 ist anstelle von mehreren Auslassöffnungen als Kraftstoffeinspritzlöcher (23a, 23b) mit mehreren Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässen (21a, 21b), Verwirbelungskammern (22a, 22b) und Stufenhöhenabschnitten (24a 24b) versehen, wie nachstehend beschrieben.
Ein unterer Endabschnitt des Düsenkörpers 4A ist mit einem Kraftstoffeinspeisungsloch 11 versehen, das einen kleineren Durchmesser als einen Sitzdurchmesser Ds des Ventilsitzes 10 hat.
Das Kraftstoffeinspeisungsloch 11 steht mit mehreren Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässen 21a und 21b in Verbindung, die in der Drosselscheibe 20 vorgesehen sind.
Die Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe (21a, 21b) stehen jeweils mit den Verwirbelungskammern (22a, 22b) in Verbindung. Die Böden der Verwirbelungskammern (22a, 22b) stehen jeweils mit den Kraftstoffeinspritzlöchern (23a, 23b) in Verbindung. Die Stufenhöhenabschnitte (24a, 24b) sind jeweils in den Verwirbelungskammern (22a, 22b) vorgesehen. Die Stufenhöhenabschnitte (24a, 24b) sind nämlich so ausgebildet, dass die Böden der Verwirbelungskammern (22a, 22b) einen Schritt tiefer als die Böden der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe (21a, 21b) liegen.
Die Seitenwände (die Umfangswand) 22sw der Verwirbelungskammern 22a und 22b, die jeweils eine Ausbreitung der Verwirbelungskammer in radialer Richtung (der Richtung senkrecht zur Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse) begrenzen, sind in einer eingerollten Form oder Spiralform ausgebildet und die jeweiligen Mitten der Verwirbelungskammern 22a und 22b (die Mitte jeder eingerollten Form oder jeder Spiralform) sind jeweils mit den Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b versehen.
Die Stufenhöhenabschnitte (24a, 24b) sind mit den Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässen (21a, 21b), den Verwirbelungskammern (22a, 22b) und den Kraftstoffeinspritzlöchern (23a, 23b) in einer Einzelstückkonstruktion der Drosselscheibe 20 integriert.
Eine solche Anordnung erlaubt es, dass die Düsenkörper 4 und die Drosselscheibe 20 leicht positioniert werden, und verbessert die dimensionale Genauigkeit, wenn sie zusammengesetzt werden.
Die Drosselscheibe 20 wird durch Pressformen (plastisches Formen) hergestellt, das bei einer hochvolumigen Produktion von Vorteil ist. Neben diesem Verfahren kann auch ein Verfahren mit hoher Verarbeitungsgenauigkeit ohne große Beanspruchung, wie etwa funkenerosives Abtragen, Elektroformen und Ätzen, angewendet werden.
Die vorliegende Ausführungsform ist mit zwei Verwirbelungskammern für Kraftstoff versehen. Jedoch kann ihre Zahl erhöht werden, um die Freiheit bei der Variation einer Sprühnebelform oder des Einspritzungsbetrags zu erhöhen.
Als Nächstes wird der Aufbau der Drosselscheibe 20 unter Bezugnahme auf 3 bis 7 eingehend beschrieben.
3 zeigt den Aufbau in 2 von unten gesehen (von der Auslassseite der Kraftstoffeinspritzlöcher 23a und 23b).
Mehrere (zwei in der vorliegenden Ausführungsform) Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe 21a und 21b sind mit einem stromabwärtigen Ende des Kraftstoffeinspeisungslochs 11, das im Düsenkörper 4 vorgesehen ist, verbunden. Das Kraftstoffeinspeisungsloch 11 ist stromabwärts vom Ventilsitz 10 in der Mitte des Ventilkörpers 4 positioniert.
Der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21a steht mit der Verwirbelungskammer 22a in tangentialer Richtung in Verbindung und das Kraftstoffeinspritzloch 23a ist in der Mitte der Verwirbelungskammer 22a gebohrt.
Die Verwirbelungskammer 22a ist in einer eingerollten Form oder einer Spiralform ausgebildet und die Mitte der Verwirbelung, nämlich die Mitte der eingerollten Form oder Spiralform, fällt mit der Mitte des Kraftstoffeinspritzlochs 23a zusammen. In der nachstehenden Beschreibung ist angenommen, dass die Verwirbelungskammer 22a die Spiralform hat.
Der Stufenhöhenabschnitt 24a ist in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen der Verwirbelungskammer 22a und des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21a vorgesehen, um einen Ebenenunterschied einer Höhe (hs) zwischen dem Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21a und dem Boden der Verwirbelungskammer 22a bereitzustellen, auf welchem ein Einlass des Kraftstoffeinspritzlochs 23a vorgesehen ist.
Auf die gleiche Art und Weise steht der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21b mit der Verwirbelungskammer 22b in tangentialer Richtung in Verbindung und das Kraftstoffeinspritzloch 23b ist in der Mitte der Verwirbelungskammer 22b gebohrt.
Die Verwirbelungskammer 22b ist in einer eingerollten Form oder Spiralform ausgebildet und die Mitte der Verwirbelung, nämlich die Mitte der eingerollten Form oder Spiralform, fällt mit der Mitte des Kraftstoffeinspritzlochs 23b zusammen. In der nachstehenden Beschreibung ist angenommen, dass die Verwirbelungskammer 22b eine Spiralform hat.
Ebenso wie beim Stufenhöhenabschnitt 24a ist der Stufenhöhenabschnitt 24b in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen der Verwirbelungskammer 22b und dem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21b ausgebildet, um einen Ebenenunterschied der Höhe (hs) zwischen dem Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21b und dem Boden der Verwirbelungskammer 22b bereitzustellen, auf dem ein Einlass des Kraftstoffeinspritzlochs 23b vorgesehen ist.
Die Kraftstoffeinspritzlöcher 23a und 23b (die Richtung der Kraftstoffströmung) in der vorliegenden Ausführungsform ist abwärts parallel zur Achse der Einspritzdüse gerichtet, aber sie kann in eine gewünschte Richtung geneigt werden, um Sprühnebel zu verteilen (um jeden Sprühnebel voneinander entfernt zu halten, um eine Interferenz zu verhindern).
Die Gestaltung der Verwirbelungskammer 22b mit dem Stufenhöhenabschnitt 24b wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. Der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21a und die Verwirbelungskammer 22a sowie der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21b und die Verwirbelungskammer 22b bilden jeweils einen Verwirbelungsgenerator im Kraftstoffdurchlass, und jeder Verwirbelungsgenerator steht mit jedem der Kraftstoffeinspritzlöcher 23a und 23b in Verbindung. Die Verwirbelungsgeneratoren mit den Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b sind in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse symmetrisch. Somit wird in der nachstehenden Beschreibung nicht zwischen den Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässen 21a und 21b, den Verwirbelungskammern 22a und 22b und den Kraftstoffeinspritzlöchern 23a und 23b unterschieden; sie sind einfach als der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 bzw. die Verwirbelungskammer 22 bzw. das Kraftstoffeinspritzloch 23 beschrieben.
Der Querschnitt des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21, der senkrecht zur Strömungsrichtung ist, ist rechteckig und so gestaltet, dass er von vorteilhaften Dimensionen zum Pressformen ist. Insbesondere ist für eine bessere Bearbeitbarkeit eine Höhe HS im Vergleich zu einer Breite W des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses kleiner gemacht.
Da der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21, an dem die Kraftstoffströmungen vom Kraftstoffeinspeisungsloch 11 einströmen, in seinem rechteckigen Querschnitts-Abschnitt verschmälert ist (der eine minimale Querschnittsfläche im Kraftstoffdurchlass der Einspritzdüse aufweist), kann der Druckverlust des Kraftstoffs vom Ventilsitz 10 zum Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 durch die Kraftstoffeinspritzkammer 2 und das Kraftstoffeinspeisungsloch 11 ignoriert werden.
Insbesondere ist das Kraftstoffeinspeisungsloch 11 dazu gestaltet, bevorzugte Dimensionen als Kraftstoffdurchlass zu haben, um einen Schnellbiegedruckverlust zu verhindern.
Somit wird die Druckenergie des Kraftstoffs im Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 wirksam in Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie umgewandelt.
Die im rechteckigen Querschnitts-Abschnitt beschleunigte Strömung wird in das Kraftstoffeinspritzloch 23 stromabwärts des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 unter Aufrechterhaltung ausreichender Verwirbelungsstärke, das heißt, Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie, eingeleitet.
Die Verwirbelungsstärke (Verwirbelungszahl S) des Kraftstoffs kann in Gleichung (1) gezeigt werden. [Gleichung 1]
[Gleichung 2]

ds = 2·W·HS / W + HS Gleichung (2)

Es ist zu beachten, dass d für einen Durchmesser des Kraftstoffeinspritzlochs, LS für einen Abstand zwischen der Mittellinie des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 und der Mitte der Verwirbelungskammer 22 und n für die Anzahl der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe steht. In der vorliegenden Ausführungsform ist n 1.
Darüber hinaus steht ds für einen hydraulischen Durchmesser des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses, wie in Gleichung 2 gezeigt, worin W für die Breite des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses und HS für die Höhe des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 steht.
Hinsichtlich der Dimensionen der Verwirbelungskammer 22 wird ein Durchmesser DS so bestimmt, dass er die Wirkung von Reibungsverlust an der Kammerinnenwand und von Reibungsverlust, der von der Kraftstoffströmung verursacht wird, minimiert. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Verwirbelungskammer 22 eine Spiralform aufweist, hat der Durchmesser DS einen Wert, der den zweifachen Abstand zwischen einem Endpunkt (Anfangspunkt der Verwirbelung) TS der Spiralkurve und einer Mitte O der Spirale (4) beträgt. Dieser DS ist gleich dem Durchmesser des Bezugskreises der Spirale.
Die optimale Größe von DS soll ungefähr das Vier- bis Sechsfache des hydraulischen Durchmessers ds betragen, somit ist dieser ebenfalls in der vorliegenden Ausführungsform übernommen.
Der Stufenhöhenabschnitt 24 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen einer Seitenwand 22sw der Verwirbelungskammer 22 und einer Seitenwand 21sw des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 ausgebildet.
Dieser Verbindungsabschnitt hat eine Dicke 25, die so gestaltet ist, dass sie ungefähr 0,1 Millimeter oder kleiner ist. Diese Länge ist vorteilhaft für Pressarbeiten, um die Formlebensdauer zu verlängern. Die Dicke ist aufgrund einer Herstellungsbegrenzung oder Bedenken wegen der Festigkeit notwendig.
Der Stufenhöhenabschnitt 24 verläuft gerade von einem Endpunkt (einer Stelle der Dicke 25) TE der Verwirbelungskammer 22 und verbindet sich glatt mit der Seitenwand 22sw der Verwirbelungskammer 22 durch eine gebogene Oberfläche mit einer Krümmung R. Mit anderen Worten, eine Wand, die den Stufenhöhenabschnitt 24 bildet, hat eine geradlinige Wand 24s, die gerade verläuft, und eine gebogene Wand 24r mit einer Krümmungslinie R. Wenn ein erster Punkt 23c durch einen Punkt definiert wird, an dem ein geradliniges Segment, das durch die Mitte des Kraftstoffeinspritzlochs 23 parallel zur geradlinigen Wand 24s hindurchgeht, das Kraftstoffeinspritzloch 23 kreuzt; und wenn ein zweiter Punkt 24c durch einen Punkt definiert wird, an dem eine senkrechte Linie vom ersten Punkt 23c die geradlinige Wand 24s kreuzt. In diesem Fall überschreitet die geradlinige Wand 24s den zweiten Punkt 24c.
Der Stufenhöhenabschnitt 24 wird detaillierter beschrieben. Im Boden der Verwirbelungskammern 22 hat ein Teil des Bodens in der Umgebung eines Verbindungsabschnitts zwischen der Verwirbelungskammer 22 und dem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 die gleiche Ebene wie der Boden der Verwirbelungserzeugung, der andere Boden der Verwirbelungskammer 22 befindet sich eine Stufe tiefer als der Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21. Um eine solche Unterschiedsebene der Böden zu bilden, ist der Stufenhöhenabschnitt 24 so vorgesehen, dass er von einem Endpunkt TE der Seitenwand 22sw der Verwirbelungskammer 22 längs der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 unter Beibehaltung eines Abstands von der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 verläuft und sich mit einer Anfangspunktseite SE der Seitenwand (der inneren Umfangswand) 22sw der Verwirbelungskammer 22 verbindet. Die Seitenwand 22sw der Verwirbelungskammer 22 und die Wand des Stufenhöhenabschnitts 24 umgeben zusammen den Einlass des Kraftstoffeinspritzlochs 23. Der Abstand zwischen dem Stufenhöhenabschnitt 24 und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 muss nicht gleichförmig beabstandet sein. Wenn beispielsweise der Querschnitt der Verwirbelungskammer 22, der senkrecht zur Mittelachse der Kraftstoffeinspritzdüse ist, eine eingerollte oder Spiralform hat, kann der Stufenhöhenabschnitt längs einer Linie ausgebildet sein, die vom Endpunkt TE der Seitenwand (der Umfangswandfläche) 22sw der Verwirbelungskammer zur Mitte O der Einrollung oder Spirale hin verläuft, oder er kann auf dem Bodenabschnitt außerhalb der Linie ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Abstand zwischen der Stufenhöhe und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 stromabwärts breiter als am Endpunkt TE der Seitenwand (der Umfangswandfläche) 22sw der Verwirbelungskammer gemacht werden. Ein Abstand w₁ vom Endpunkt TE, ein Abstand w₂ von einem Punkt 24d und ein Abstand w₃ von einem Punkt 24e weisen die folgende Beziehung auf: w₂ < w₁ < w₃.
Durch Bereitstellen der Stufenhöhe 24 ist das meiste des Bodens der Verwirbelungskammer 22 um eine Stufe niedriger als die Böden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 und eines Teils der Verwirbelungskammer 22. Eine Seitenwand des vertieften Abschnitts der Verwirbelungskammer 22 wird von der Stufenhöhe 24 und dem unteren Teil der Seitenwand der Verwirbelungskammer 22 gebildet. Durch Bereitstellen der Stufenhöhe 24 fließt eine zweite Kraftstoffströmung (die Strömung hinter dem Endpunkt TE der Seitenwand 22sw der Verwirbelungskammer) längs des Stufenhöhenabschnitts 24, ohne mit einer ersten Kraftstoffströmung (der Kraftstoffströmung, die vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer fließt und ihre Richtung zum Kraftstoffeinspritzloch wendet) zu kollidieren. Die unter der ersten Kraftstoffströmung fließende zweite Kraftstoffströmung setzt ihr Fließen in Verwirbelungsrichtung fort, so dass die zweite Kraftstoffströmung die erste Kraftstoffströmung, die über der zweiten Kraftstoffströmung fließt, in Richtung des Kraftstoffeinspritzlochs 23 induziert, so dass sie in Verwirbelungsrichtung fließt. Infolgedessen kann die erste Kraftstoffströmung auch wiedergewonnen werden, um in die Verwirbelungsrichtung zu fließen.
Wie vorstehend beschrieben, hat ein Abschnitt 24e einen Abstand w3, wobei ein Abstand w zwischen der Stufenhöhe 24 und der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 stromabwärts breiter als am Endpunkt TE der Seitenwand (der Umfangswand) der Verwirbelungskammer 22 wird. Dadurch kann eine Richtung der Strömungslinie der zweiten Kraftstoffströmung parallel zur Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs 23 sein, ohne die Richtung zum Kraftstoffeinspritzloch 23 hin zwangsweise zu ändern, oder vielmehr kann die zweite Kraftstoffströmung eine Krümmung ziehen, die größer als die Krümmung der Kante des Einlasses ist. Somit kann die über der zweiten Kraftstoffströmung zum Kraftstoffeinspritzloch 23 hin fließende erste Kraftstoffströmung so induziert werden, dass sie in Verwirbelungsrichtung fließt, und die Strömung der ersten Kraftstoffströmung in Verwirbelungsrichtung kann wiedergewonnen werden.
Infolgedessen wird ein flüssiger Film, der durch ausreichende Verwirbelungsstärke in einen Dünnfilm verwandelt worden ist, am Auslass des Kraftstoffeinspritzlochs gleichmäßig in Umfangsrichtung ausgebildet, was die Zerstäubung des Kraftstoffsprühnebels fördert.
Die Krümmung R ist so gestaltet, dass sie ungefähr 0,1 bis 0,2 Millimeter beträgt, und es wird eine ruhige Strömung gebildet, ohne irgendeine Verwirbelung nahe der Wand der Verwirbelungskammer zu erzeugen.
Die Höhe des Stufenhöhenabschnitts 24 ist so gestaltet, dass sie ungefähr die halbe Höhe HS des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses 21 (ungefähr 0,07 Millimeter) beträgt.
Der Durchmesser D des Kraftstoffeinspritzlochs 23 ist ausreichend groß. Der Durchmesser D ist ein ausreichend großer Durchmesser, um im Kraftstoffeinspritzloch 23 einen Hohlraum zu bilden. Das heißt, dies trägt dazu bei, dass der Einspritzungskraftstoff eine Strömung in Form eines Dünnfilms ohne Verlust der Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie wird. Darüber hinaus ist eine Länge L des Kraftstoffeinspritzlochs 23 dieselbe wie eine Höhe H der Verwirbelungskammer 22 und ein Verhältnis L/D der Länge L zu einem Durchmesser D des Kraftstoffeinspritzlochs ist klein, so dass der Verlust der Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie extrem klein ist. Dies macht die Zerstäubungsleistung des Kraftstoffs überlegen.
Weiterhin ist das Verhältnis des Durchmessers des Kraftstoffeinspritzlochs 23 zum Durchmesser des Einspritzlochs klein, so dass die Bearbeitbarkeit der Pressarbeit verbessert werden kann.
Ein solcher Aufbau verringert nicht nur die Kosten, sondern verbessert auch die Bearbeitbarkeit, die eine Variation in den Dimensionen verhindert, somit wird die Robustheit einer Sprühnebelform und der Einspritzungsbetrag dramatisch verbessert.
6 und 7 veranschaulichen die Kraftstoffströmung in der Verwirbelungskammer 22 und zeigen dabei das Strömungserscheinungsbild unter Verwendung der Länge und der Richtung der Geschwindigkeitsvektoren.
6 veranschaulicht die Kraftstoffströmung, wenn der Stufenhöhenabschnitt 24 vorgesehen ist, und 7 veranschaulicht die Kraftstoffströmung, wenn kein Stufenhöhenabschnitt vorgesehen ist.
Wird zuerst die in 7 gezeigte Strömung betrachtet, wird eine Verwirbelungsströmung hinter der Dicke 25 erzeugt, dadurch wird der Druck in diesem Bereich niedriger als seine Umgebung gemacht, somit wird, wie in einem Geschwindigkeitsvektor 27 gezeigt, der vom in die Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 in die Verwirbelungskammer 22 strömende Kraftstoff steil zum Kraftstoffeinspritzloch 23 gelenkt und kollidiert mit einer zirkulierenden Strömung in einem großen Winkel.
Aufgrund dieser Kollision wird eine starke, ungleichmäßige Strömung in der Verwirbelungskammer 22 erzeugt und fließt unmittelbar in das Kraftstoffeinspritzloch 23.
Im Ergebnis wird auf der linken Seite des Kraftstoffeinspritzloch 23s in der Figur eine stärkere Strömung erzeugt als auf der rechten Seite.
Die Simulation dieser Strömung ist in einer fetten Linie (einer gestrichelten Linie mit abwechselnd langen und kurzen Strichen) in der Figur als Pfeil 28 gezeigt und gibt eindeutig die Bildung einer asymmetrischen Strömung bezüglich der Mitte des Kraftstoffeinspritzlochs 23 (der Verwirbelungsmitte der Spirale) an.
Dies bewirkt, dass der Hohlraum (der Leerraum), der sich im Kraftstoffeinspritzloch 23 gebildet hat, asymmetrisch ist. Somit wird die Verteilung des flüssigen Films des Einspritzungskraftstoffs am Auslass des Kraftstoffeinspritzlochs 23 ungleichmäßig.
Wenn andererseits die Strömung in 6 betrachtet wird, wird der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 in die Verwirbelungskammer 22 fließt und sich in der Verwirbelungskammer 22 dreht, von der Wand des Stufenhöhenabschnitts 24 geführt. Dadurch ist es möglich, die Kollision der Strömung, die sich in der Verwirbelungskammer 22 dreht, und der Strömung, die vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 in die Verwirbelungskammer 22 fließt (wobei die Strömungsrichtung der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass 21 in die Verwirbelungskammer 22 fließenden Strömung durch die Wirkung des verringerten Drucks, der von der Dicke 25 erzeugt wird, steil zum Kraftstoffeinspritzloch 23 gerichtet ist), zu verhindern; somit wird die zum Kraftstoffeinspritzloch 23 hin fließende Verwirbelungsströmung nicht gleichmäßig ausgebildet.
Auf die gleiche Weise wird, wie im Pfeil 26 in der Figur gezeigt, eine (sogar in Umfangsrichtung) symmetrische Strömung in der Umgebung des Kraftstoffeinspritzlochs 23 gebildet.
Dies bewirkt, dass der im Kraftstoffeinspritzloch 23 gebildete Hohlraum selbst dann symmetrisch ist, wenn der Verwirbelungskraftstoff in das Kraftstoffeinspritzloch fließt. Somit kann am Auslass des Kraftstoffeinspritzlochs 23 die Verteilung des flüssigen Films des Kraftstoffs gleichmäßig ausgebildet werden.
Durch gleichmäßiges Ausbilden der Verteilung des flüssigen Films des Kraftstoffs in Umfangsrichtung ist es gleichzeitig möglich, den Film im Vergleich zum konventionellen Beispiel dünner zu machen. Das Sprühen des Kraftstoffs in der Form eines solchen Dünnfilms erlaubt einen aktiven Energieaustausch mit der umgebenden Luft, wodurch eine Desintegrierung des Kraftstoffs zur Herstellung eines gut zerstäubten Sprühnebels gefördert wird.
[Beispiel 2]
Es wird nachstehend eine zweite Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzdüse gemäß der vorliegenden Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben. 8 ist auf die gleiche Weise wie 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Umgebung des Kraftstoffeinspritzlochs auf der stromabwärtigen Endseite. 9 ist eine Draufsicht, die eine Verwirbelungsscheibe 30 veranschaulicht, und 10 ist eine Draufsicht, die eine Drosselscheibe 40 veranschaulicht.
Ein Unterschied zur Kraftstoffeinspritzdüse in der ersten Ausführungsform (Beispiel 1) besteht darin, dass die Drosselscheibe 20 in 2 mit der Verwirbelungsscheibe 30 und die Drosselscheibe 40 als zweiteiliger Aufbau hergestellt ist.
Die Verwirbelungsscheibe 30 ist durch ein dünnes Scheibenelement aus einer Stahlscheibe konfiguriert, die Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe (31a, 31b) und bodenlose oberseitige Verwirbelungskammern (32a, 32b) aufweist.
Die Drosselscheibe 40 ist ein dünnes Scheibenelement aus einer Stahlscheibe, die bodenbildende unterseitige Verwirbelungskammern (42a, 42b) und Kraftstoffeinspritzlöcher (43a, 43b) aufweist.
Durch Kombinieren der Verwirbelungskammern (32a, 32b) und der Verwirbelungskammer werden jeweils die fertiggestellten Verwirbelungskammern ausgebildet. Die Verwirbelungskammern 42a und 42b, die sich stromabwärts der Verwirbelungskammern 32a und 32b befinden, sind so gestaltet, dass sie etwas größer als die Verwirbelungskammern 32a und 32b sind.
Da die Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe 31a und 31b der Verwirbelungsscheibe 30 jeweils einen minimalen Bereich im Kraftstoffdurchlass der Kraftstoffeinspritzdüse haben, wie vorstehend beschrieben, sollten sie insbesondere ohne Variation hergestellt werden.
Die Pressarbeit der Verwirbelungsscheibe 30 wird durch den zweiteiligen Aufbau erleichtert, so dass die Herstellung stabil und die Variation bei einzelnen Stücken verringert wird, somit kann eine hoch robuste Spritzdüse erzielt werden.
Die Verwirbelungsscheibe 30 ist mit den Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässen 31a und 31b versehen, die mit den oberseitigen Verwirbelungskammern 32a und 32b in Verbindung stehen, die einen Spiralbogen aufweisen; das Strömungserscheinungsbild ist das gleiche wie dasjenige in der ersten Ausführungsform.
In der Drosselscheibe 40 ist ein Teil der Seitenwand der Verwirbelungskammern 42a und 42b eine Wand, die Stufenhöhenabschnitte 41a und 41b auf dieselbe Art und Weise wie im Stufenhöhenabschnitt 24 (24a und 24b) in der ersten Ausführungsform bildet. Die Drosselscheibe 40 hat eine spiralförmige Wandfläche (auf die gleiche Weise wie der Spiralbogen der Verwirbelungsscheibe 30), deren Krümmung von der Wand, die jeden der Stufenhöhenabschnitte 41a und 41b bildet, allmählich größer wird.
Darüber hinaus sind die Kraftstoffeinspritzlöcher 43a und 43b im mittigen Abschnitt (der Verwirbelungsmitte) des Spiralbogens ausgebildet.
Es wird wieder auf 8 Bezug genommen. Die Verwirbelungsscheibe 30 und die Drosselscheibe 40 sind in dieser Reihenfolge am unteren Endpunkt des Düsenkörpers 4 angebracht und am Düsenkörper 4 durch Schweißen des Außenumfangsbereichs mit einem Laser befestigt.
In dieser Ausführungsform sind die Verwirbelungskammern 42a und 42b der Drosselscheibe 40 bevorzugt ein wenig größer als die Verwirbelungskammern 32a und 32b der Verwirbelungsscheibe 30, wie vorstehend beschrieben, hergestellt. Dies kann eine Versetzung aufgrund einer Hitzeverformung zum Zeitpunkt des Laserschweißens absorbieren.
Darüber hinaus wird, da jene fertiggestellten Verwirbelungskammern ursprünglich jeweils einen zweiteiligen Aufbau haben, zum Zeitpunkt des Laserschweißens weniger Hitze zur Verwirbelungsscheibe 30 übertragen, somit wird die Hitzeverformung der Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlässe 31a und 31b verringert; infolgedessen kann ein genaueres Sprühen erreicht werden.
Weiterhin kann der statische Einspritzungsbetrag der Kraftstoffeinspritzdüse mit der Verwirbelungsscheibe 30 eingestellt werden, die eine minimale Durchgangsfläche hat. Das heißt, eine Strömungsgeschwindigkeit kann durch Auswählen und Einpassen einer Scheibe von bereits hergestellten Scheiben eingestellt werden.
Des Weiteren kann die Verwirbelungsscheibe 30 aus nicht-metallischem Material oder als ein Körper mit dem Düsenkörper hergestellt sein, um zu erlauben, dass innovative Ideen wie diese zur Verbesserung der Produktivität angewendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, sieht die Kraftstoffeinspritzdüse gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Stufenhöhe (Ebenenunterschiedsbereich) in der Verwirbelungskammer vor, so dass, wenn Verwirbelungskraftstoff von jedem der mehreren Kraftstoffeinspritzlöcher eingespritzt werden soll, ein Dünnfilm des Einspritzungskraftstoffs unter Aufrechterhaltung seiner Symmetrie zur Förderung der Zerstäubung gleichmäßig ausgebildet werden kann.
Diese Stufenhöhe befindet sich in der Umgebung des Verbindungsabschnitts zwischen der Verwirbelungskammer und dem Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass und bildet einen Ebenenunterschied zwischen der Bodenfläche des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses und der Bodenfläche der Verwirbelungskammer mit dem Kraftstoffeinspritzloch.
Der in die Verwirbelungskammer fließende Kraftstoff wird von der Wand des Stufenhöhenabschnitts geleitet und es wird verhindert, dass er mit dem sich in der Verwirbelungskammer drehenden Kraftstoff kollidiert. Somit wird eine Verwirbelungsströmung gleichförmig in Umfangsrichtung in der Verwirbelungskammer und dem Kraftstoffeinspritzloch ausgebildet und es wird gefördert, dass der Kraftstoff in Form eines sehr dünnen Films vorliegt.
Das Sprühen des Kraftstoffs in der Form eines solchen gleichförmigen dünnen Films erlaubt einen aktiven Energieaustausch mit der umgebenden Luft, wobei die Desintegration zur Erzeugung eines gut zerstäubten Sprühnebels gefördert wird.
Darüber hinaus ist die Spezifikation dazu ausgelegt, Pressarbeiten zu vereinfachen, so dass eine kostengünstige Kraftstoffeinspritzdüse mit überlegenem Kosten-Leistungs-Verhältnis erzielt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-364496 [0002]

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse mit: einem Verwirbelungsgenerator, der sich stromabwärts von einem Ventilsitz (10) befindet, auf dem ein Ventilstopfen (3) sitzt, und von welchem sich der Ventilstopfen anschließend daran entfernt, und einem Kraftstoffeinspritzloch (23), das mit einer stromabwärtigen Seite des Verwirbelungsgenerators verbunden ist, wobei der Verwirbelungsgenerator eine Verwirbelungskammer (22) einschließt, die eine eingerollte oder Spiralform und das am Boden der Verwirbelungskammer gebohrte Kraftstoffeinspritzloch (23) hat, und einen Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass aufweist, der mit einer stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammer (22) zum Einleiten von Kraftstoff in die Verwirbelungskammer (22) verbunden ist; wobei der Boden der Verwirbelungskammer (22) mit einer Stufenhöhe (24) versehen ist, um einen Ebenenunterschied herzustellen, bei dem der Boden der Verwirbelungskammer (22) niedriger als der Boden des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses ist und die Stufenhöhe (24) an einer Position ausgebildet ist, an der Kraftstoff, der vom Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlass in die Verwirbelungskammer (22) fließt, auf Kraftstoff trifft, der sich in der Verwirbelungskammer (22) dreht.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei eine Wand (22sw), die die Stufenhöhe bildet, von einem Endpunkt einer Innenumfangswand der Verwirbelungskammer (22), die eine eingerollte oder Spiralkurve aufweist, entlang einer Kante eines Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs (23) unter Beibehaltung eines Abstands von der Kante des Einlasses des Kraftstoffeinspritzlochs (23) verläuft.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen der Stufenhöhe (24) und der Kante des Einlasses einen Abstand (w₁) am Endpunkt und einen Abstand (w₃) an einer vom Endpunkt entfernten Position in einer Verlaufsrichtung der Stufenhöhe (24) einschließt, wobei der Abstand w₃ breiter als der Abstand w₁ ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 3, wobei die Stufenhöhe (24) mit einer Anfangspunktseite der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer (22) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 4, wobei ein endseitiger Abschnitt der mit der Anfangspunktseite der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer (22) verbundenen Stufenhöhe (24) mit einer kurvenlinigen Wand versehen ist, die eine gegebene Krümmung aufweist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 5, wobei die Stufenhöhe (24) einen geradlinigen Teil zwischen dem Endpunkt der Verwirbelungskammer (22) und der kurvenlinigen Wand aufweist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei eine Höhe der Stufenhöhe (24) kleiner als eine Höhe des Verwirbelungserzeugungs-Verwendungsdurchlasses (21) ist.