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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, das in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, und insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil mit mehreren Kraftstoffeinspritzöffnungen, das imstande ist, verwirbelnde Kraftstoffstrahlen von den Kraftstoffeinspritzöffnungen einzuspritzen und dadurch die Zerstäubungsleistung zu verbessern.
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Ein in
JP-A-2003-336562 beschriebenes Kraftstoffeinspritzventil ist als konventionelle Technik zum Fördern der Zerstäubung von Kraftstoff, der aus mehreren Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzt wird, unter Verwendung von Verwirbelungsströmungen bekannt.
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Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist ein Ventilsitzelement, in welchem ein stromabwärtiges Ende eines Ventilsitzes, der mit einem Ventilelement zusammenwirkt, in einer vorderen Endfläche geöffnet ist, und eine Einspritzvorrichtungsplatte auf, die mit der vorderen Endfläche des Ventilsitzelements verbunden ist. Zwischen dem Ventilsitzelement und der Einspritzvorrichtungsplatte sind seitliche Durchgänge und Verwirbelungskammern ausgebildet, wobei die seitlichen Durchgänge mit dem stromabwärtigen Ende des Ventilsitzes in Verbindung stehen, und wobei stromabwärtige Enden der seitlichen Durchgänge zu den Verwirbelungskammern entlang tangentialer Richtungen geöffnet sind. Kraftstoffeinspritzöffnungen, durch welche Kraftstoff, der in den Verwirbelungskammern zum Verwirbeln gebracht wird, eingespritzt wird, sind als Löcher in der Einspritzvorrichtungsplatte ausgebildet. Jede Kraftstoffeinspritzöffnung ist von der Mitte der Verwirbelungskammer zur stromaufwärtigen Endseite des lateralen Durchgangs um einen vorgegebenen Abstand versetzt angeordnet.
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In diesem Kraftstoffeinspritzventil ist der Krümmungsradius einer Innenumfangsfläche jeder Verwirbelungskammer von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite in einer Richtung längs der Innenumfangsfläche der Verwirbelungskammer reduziert. Das heißt, die Krümmung ist von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite in der Richtung längs der Innenumfangsfläche der Verwirbelungskammer erhöht. Auch ist die Innenumfangsfläche der Verwirbelungskammer längs einer Evolventenkurve mit einem Grundkreis in der Verwirbelungskammer ausgebildet.
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Mit dieser Anordnung kann eine Kraftstoffzerstäubung von jeder Kraftstoffeinspritzöffnung wirksam gefördert werden.
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Andererseits ist ein in
JP-A-2008-280981 beschriebenes Kraftstoffeinspritzventil als konventionelle Technik zum Erhalt von Hochdispersionssprühnebeln unter Verwendung einer Verwirbelungskraft bekannt.
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Dieses Kraftstoffeinspritzventil weist eine Drosselblende mit mehreren Kraftstoffeinspritzöffnungen auf, durch welche Kraftstoff eingespritzt wird. Von den Kraftstoffeinspritzöffnungen werden gekrümmte Sprühnebel mit einer Verwirbelungskraft eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzöffnungen sind nahe beieinander angeordnet, um zu bewirken, dass die Sprühnebel miteinander kollidieren, so dass die Zerstäubung gefördert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In der in
JP-A-2003-336562 beschriebenen konventionellen Technik ist eine Seitenwand, die jeden seitlichen Durchgang bildet (eine Seitenwand, die mit einem stromaufwärtsseitigen Endbereich einer Verwirbelungskammer-Innenumfangswand längs der Kraftstoffverwirbelungsrichtung verbunden ist), mit der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer auf eine solche Weise verbunden, dass sie Linie bildet, die tangential zur Innenumfangswand ist, während die andere Seitenwand (eine Seitenwand, die mit einem stromabwärtsseitigen Endbereich der Verwirbelungskammer-Innenumfangswand längs der Kraftstoffverwirbelungsrichtung verbunden ist) so vorgesehen ist, dass sie die Innenumfangswand der Verwirbelungskammer schneidet. Daher hat ein Verbindungsbereich der zwei Wände, an welchen sich die andere Seitenwand und die Verwirbelungskammer-Innenumfangswand schneiden, eine Form mit einem scharfen vorstehenden Ende wie eine Messerschneide.
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An einem solchen Verbindungsbereich kann, wenn nur ein winziger Fehler beim Positionieren der Seitenwand des seitlichen Durchgangs oder der Verwirbelungskammer-Innenumfangswand auftritt, leicht ein Fehler beim Positionieren des Verbindungsbereichs der zwei Wände auftreten. Aufgrund eines solchen Fehlers beim Positionieren des Verbindungsbereichs kann möglicherweise eine abrupte einseitige Strömung zur Kraftstoffeinspritzöffnung auftreten, wodurch die einseitige Strömung die Symmetrie (Gleichförmigkeit) der Verwirbelungsströmung beeinträchtigt.
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In der in
JP-A-2008-280981 beschriebenen konventionellen Technik hat die Verwirbelungskammer, in welche Kraftstoff zum Verwirbeln gebracht wird, die Form eines vollständigen Kreises. In einer solchen Verwirbelungskammer wird lokal eine schnelle Strömung gebildet, so dass ein längs der Verwirbelungsströmungsrichtung gekrümmter Sprühnebel eingespritzt wird. Es gibt daher die Möglichkeit, dass die Symmetrie (Gleichförmigkeit) der Verwirbelungsströmung beeinträchtigt wird.
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Angesichts der vorstehenden Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzventil bereitzustellen, das dazu entworfen ist, es einer Verwirbelungsströmung zu ermöglichen, glatt bzw. störungsfrei längs einer Umfangsrichtung in einer Verwirbelungskammer zu fließen.
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Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt, das zumindest eine Verwirbelungskammer, die eine Innenumfangswand aufweist, die so ausgebildet ist, dass die Krümmung von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite einer Kraftstoffströmung allmählich zunimmt, zumindest einen Durchgang zum Verwirbeln, durch welchen Kraftstoff in die Verwirbelungskammer geleitet wird, und zumindest eine Kraftstoffeinspritzöffnung einschließt, die in die Verwirbelungskammer geöffnet ist, wobei der zumindest eine Durchgang zum Verwirbeln ein stromaufwärtiges Ende hat, das mit zwei Verwirbelungskammern versehen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verwirbelungsströmung glatt bzw. störungsfrei in der Verwirbelungskammer ausgebildet werden, um die Zerstäubung eines Sprühnebels zu fördern, der von der Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzt wird.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN ZEICHNUNGSANSICHTEN
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1 ist eine Längsschnittansicht, die den Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Längsschnittansicht, die einen Düsenkörper und Bereiche in der Nähe des Düsenkörpers in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine Draufsicht auf eine Drosselblende, die am unteren Ende des Düsenkörpers in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung positioniert ist;
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4 ist eine Draufsicht, die die Beziehungen zwischen Verwirbelungskammern, einem Durchgang zum Verwirbeln und Kraftstoffeinspritzöffnungen in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist eine Draufsicht, die die Position eines Dickenbildungsbereichs in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist eine Draufsicht, die einen Dickenbildungsbereich in einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist eine Schnittansicht längs der Linie X1 in 6, die eine Richtung zeigt, in welcher die Kraftstoffeinspritzöffnung geneigt ist; und
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8 ist eine Draufsicht, die Kraftstoffströmungen in den Verwirbelungskammern in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
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Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
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<Erste Ausführungsform>
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1 ist eine Längsschnittansicht, die den Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es wird auf 1 Bezug genommen. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist von einem solchen Aufbau, dass ein Düsenkörper 2 und ein Ventilelement 6 in einem dünnen Rohr 13 aus rostfreiem Stahl untergebracht sind und dass das Ventilelement 6 durch eine elektromagnetische Spule 11, die außerhalb des Rohrs 13 angeordnet ist, auf hin- und hergehende Weise betätigt (zum Öffnen/Schließen betätigt) wird. Dieser Aufbau ist nachstehend eingehend beschrieben.
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Der Aufbau beinhaltet ein Joch 10, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist und die elektromagnetische Spule 11 umgibt, einem Kern 7, der in der Mitte der elektromagnetischen Spule 11 angeordnet ist und an seinem einen Ende in magnetischem Kontakt mit dem Joch 10 gehalten wird, das Ventilelement 6, das um einen vorgegebenen Betrag angehoben werden kann, eine Ventilsitzfläche 3, die mit dem Ventilelement 6 in Kontakt ist, eine Kraftstoffeinspritzkammer 4, die es Kraftstoff, der durch eine Lücke zwischen dem Ventilelement 6 und der Ventilsitzfläche 3 fließt, hindurchzugehen erlaubt, und eine Drosselblende 20, die stromabwärts der Kraftstoffeinspritzkammer 4 vorgesehen ist und mehrere Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d aufweist (siehe 2 und 3).
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In der Mitte des Kerns 7 ist auch eine Feder 8 als elastisches Element vorgesehen, um das Ventilelement 6 gegen die Ventilsitzfläche 3 zu drücken. Die Federkraft der Feder 8 wird durch den Betrag des Drückens einer Federeinstellvorrichtung 9 in Richtung der Ventilsitzfläche 3 eingestellt.
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In einem Zustand, in dem der Spule 11 keine Energie zugeführt wird, werden das Ventilelement 6 und die Ventilsitzfläche 3 in engem Kontakt miteinander gehalten. Da ein Kraftstoffdurchgang geschlossen ist, verbleibt in diesem Zustand der Kraftstoff im Kraftstoffeinspritzventil 1 und es erfolgt keine Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d.
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Wenn der Spule 11 Energie zugeführt wird, wird das Ventilelement 6 durch elektromagnetische Kraft bewegt, bis das Ventilelement 6 mit einer unteren Endfläche des gegenüberliegenden Kerns 7 in Kontakt gebracht ist.
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Im Ventilöffnungszustand ist, da die Lücke zwischen dem Ventilelement 6 und der Ventilsitzfläche 3 gebildet ist, der Kraftstoffdurchgang geöffnet, um Kraftstoff aus den mehreren Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d einzuspritzen.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist einen Kraftstoffdurchgang 12 mit einem Filter 14 an einem Einlass auf. Der Kraftstoffdurchgang 12 beinhaltet einen Durchgangslochbereich, der sich durch die Mitte des Kerns 7 erstreckt, und ist ein Durchgang zum Leiten von Kraftstoff, der durch eine (nicht gezeigte) Kraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagt wird, zu den Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d durch das Innere des Kraftstoffeinspritzventils 1. Ein Außenbereich des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist mit einer Kunstharzform 15 bedeckt, so dass er elektrisch isoliert ist.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 wird durch Ändern der Position des Ventilelements 6 zwischen dem Ventilöffnungszustand und dem Ventilschließzustand durch Energiezuführung zur Spule 11 (Ausübung von Einspritzimpulsen) betätigt, wie vorstehend beschrieben, wodurch die Zufuhrmenge des Kraftstoffs gesteuert wird.
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Ein Ventilelement ist insbesondere entworfen, um ein Lecken von Kraftstoff im Ventilschließzustand beim Steuern der Zufuhrmenge von Kraftstoff zu verhindern.
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Bei dieser Art von Kraftstoffeinspritzventil wird eine Kugel (eine Kugellager-Stahlkugel gemäß JIS) mit einem hohen Rundheitsgrad und spiegelpoliert im Ventilelement 6 verwendet. Die Kugel ist bei der Verbesserung der Sitzleistung nützlich.
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Andererseits ist der Ventilsitzwinkel der Ventilsitzfläche 3, mit der die Kugel in engen Kontakt kommt, auf einen optimalen Winkel von 80 bis 100° eingestellt, so dass die Polierbarkeit gut ist und die Rundheit mit hoher Präzision erhalten werden kann, und eine Größenbedingung wird für die Ventilsitzfläche 3 so ausgewählt, dass die Sitzleistung der vorstehend beschriebenen Kugel extrem hoch aufrechterhalten werden kann.
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Die Härte des Düsenkörpers 2 mit der Ventilsitzfläche 3 wird durch Abschrecken erhöht. Ferner wird unnötiger Magnetismus aus dem Düsenkörper 2 durch eine Entmagnetisierungsbearbeitung entfernt.
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Der vorstehend beschriebene Aufbau des Ventilelements 6 ermöglicht eine Einspritzmengensteuerung, die frei von Kraftstoffleckage ist.
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2 ist eine Längsschnittansicht, die den Düsenkörper 2 und Bereiche in der Nähe des Düsenkörpers 2 im Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie in 2 gezeigt, befindet sich eine Oberseite 20a der Drosselblende 20 in Kontakt mit einer Unterseite 2a des Düsenkörpers 2, und der Kontaktbereich der Oberseite 20a der Drosselblende 20 ist am Düsenkörper 2 befestigt, indem sie an denselben an einer Außenumfangsposition lasergeschweißt ist.
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In dieser Beschreibung und den Ansprüchen ist die Oben-Unten-Richtung eine Richtung, die unter Bezugnahme auf 1 definiert ist, die Seite des Kraftstoffdurchgangs 12 in der Ventilaxialrichtung des Kraftstoffeinspritzventils 1 wird als obere Seite angenommen und die Seite der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d wird als untere Seite angenommen.
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Eine Kraftstoffeinlassöffnung 5 mit einem Durchmesser, der kleiner als der Durchmesser ∅S eines Sitzbereichs 3a der Ventilsitzfläche 3 ist, ist in einem unteren Endbereich des Düsenkörpers 2 vorgesehen. Die Ventilsitzfläche 3 hat die Form eines kreisförmigen Konus. Die Kraftstoffeinlassöffnung 5 ist in der Mitte des stromabwärtigen Endes der Ventilsitzfläche 3 ausgebildet. Die Ventilsitzfläche 3 und die Kraftstoffeinlassöffnung 5 sind so ausgebildet, dass die Mittelachse der Ventilsitzfläche 3 und die Mittelachse der Kraftstoffeinlassöffnung 5 mit der Mittelachse des Ventils zusammenfallen. Die Kraftstoffeinlassöffnung 5 bildet eine Öffnung in der Unterseite 2a des Düsenkörpers 2, die mit einem mittigen Loch (mittigen Öffnung) 25 in der Drosselblende 20 in Kontakt ist.
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Das mittige Loch 25 ist ein vertiefter Bereich, der in einer Oberfläche 20a der Drosselblende 20 vorgesehen ist. Der Durchgang 21a und 21b zum Verwirbeln verlaufen radial von dem mittigen Loch 25. Stromaufwärtige Enden der Durchgänge 21a und 21b zum Verwirbeln sind in einer Innenumfangsfläche des mittigen Lochs 25 geöffnet, um mit dem mittigen Loch 25 in Verbindung zu sein.
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Ein stromabwärtiges Ende des Durchgangs 21a zum Verwirbeln ist so verbunden, dass es mit Verwirbelungskammern 22a und 22b in Verbindung steht, während ein stromabwärtiges Ende des Durchgangs 21b zum Verwirbeln so verbunden ist, dass es mit Verwirbelungskammern 22c und 22d in Verbindung steht. Die Durchgänge 21a und 21b zum Verwirbeln sind jeweils ein Kraftstoffdurchgang, durch welchen den Verwirbelungskammern 22a und 22b oder den Verwirbelungskammern 22c und 22d Kraftstoff zugeführt wird. In diesem Sinne können die Durchgänge 21a und 21b zum Verwirbeln als Verwirbelungs-Kraftstoffzufuhr-Durchgänge 21a und 21b bezeichnet werden.
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Wandflächen der Verwirbelungskammern 22a, 22b, 22c und 22d sind so ausgebildet, dass die Krümmung von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite allmählich zunimmt (der Krümmungsradius kleiner wird). Die Krümmung kann von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite kontinuierlich erhöht oder schrittweise allmählich erhöht werden, so dass die Krümmung in einem vorgegebenen Bereich konstant ist. Typische Beispiele einer Kurve mit der Krümmung, die von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite kontinuierlich erhöht wird, sind eine Evolventenkurve (Form) und eine Spiralkurve (Form). Eine Spiralkurve ist in der Ausführungsform beschrieben. Dieselbe Beschreibung kann von einer beliebigen Kurve, wie etwa vorstehend beschrieben, gemacht werden, die die Krümmung aufweist, die von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite allmählich erhöht wird.
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Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d sind jeweils in den Mitten der Verwirbelungskammern 22a, 22b, 22c und 22d geöffnet.
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Der Düsenkörper 2 und die Drosselblende 20 sind so aufgebaut, dass die Positionierung relativ zueinander auf einfache Weise leicht durchgeführt werden kann, wodurch die dimensionale Präzision im Montagevorgang des Düsenkörpers 2 und der Drosselblende 20 verbessert wird.
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Die Drosselblende 20 wird durch Formpressen (Kunststoffbearbeitung) hergestellt, die hinsichtlich einer Massenproduktion vorteilhaft ist. Andere Verfahren als ein Formpressen, beispielsweise Elektroerodieren, Elektroformen und Ätzen, die eine Bearbeitung mit hoher Präzision ermöglichen, während sie vergleichsweise wenig Belastung verursachen, sind ebenfalls denkbar.
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Der Aufbau der Drosselblende 20 wird eingehend unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben. 3 ist eine Draufsicht auf die Drosselblende 20, die am unteren Ende des Düsenkörpers im Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Erfindung positioniert ist.
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In der Drosselblende 20 ist das mittige Loch 25 ausgebildet, das mit der Kraftstoffeinlassöffnung 5 in Verbindung steht, und die zwei Durchgänge 21a und 21b zum Verwirbeln sind mit dem mittigen Loch 25 verbunden. Die zwei Durchgänge sind so angeordnet, dass sie sich radial in entgegengesetzten Richtungen von dem mittigen Loch 25 zu den Außenumfangsseiten erstrecken. Die zwei Verwirbelungskammern 22a und 22b sind mit dem Durchgang 21a zum Verwirbeln verbunden und in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung platziert. Gleichermaßen sind die zwei Verwirbelungskammern 22c und 22d mit dem Durchgang 21b zum Verwirbeln verbunden und in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung platziert. Es gibt kein Problem bei der Strömung in den Durchgängen 21a und 21b zum Verwirbeln in dem Fall, in welchem der Außendurchmesser des mittigen Lochs 25 gleich der Dicke (Breite) der Durchgänge 21a und 21b zum Verwirbeln eingestellt ist.
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Das Verfahren zum Verbinden des Durchgangs 21a zum Verwirbeln und der Verwirbelungskammern 22a und 22b und das Verfahren zum Verbinden des Durchgangs 21b zum Verwirbeln und der Verwirbelungskammern 22c und 22d wird eingehend unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. Die Beziehungen zwischen diesen Verbindungen und den Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a, 23b, 23c und 23d werden ebenfalls im Detail beschrieben.
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4 ist eine vergrößerte Draufsicht, welche die Verbindungen zwischen dem Durchgang 21a zum Verwirbeln und den zwei Verwirbelungskammern 22a und 22b sowie die Beziehung mit der Kraftstoffeinspritzöffnung 23a zeigt. 5 ist eine ähnliche vergrößerte Draufsicht, zeigt aber eine Anordnung, in welcher ein teilweise kreisförmiger Bereich 29a mit gewünschter Dicke zwischen den zwei Verwirbelungskammern 22a und 22b vorgesehen ist, die in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung platziert sind, und die Positionsbeziehung zwischen dem teilweise kreisförmigen Bereich 29a und den Verwirbelungskammern 22a und 22b.
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Ein stromabwärtiges Ende S eines Durchgangs 21a zum Verwirbeln öffnet sich zu Einlassbereichen der Verwirbelungskammern 22a und 22b und steht mit diesen in Verbindung. Die Kraftstoffeinspritzöffnung 23a öffnet sich in der Mitte der Verwirbelungskammer 22a und die Kraftstoffeinspritzöffnung 23b öffnet sich in der Mitte der anderen Verwirbelungskammer 22b. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22a so ausgebildet, dass sie eine Spiralkurve auf einer Ebene (Abschnitt) zeichnet, die senkrecht zur Mittelachse des Ventils ist (siehe X in 2), das heißt, die Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22a ist spiralförmig und die Spiralmitte der Spiralkurve und die Mitte der Kraftstoffeinspritzöffnung 23a fallen zusammen.
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In dem Fall, in welchem die Verwirbelungskammer 22a einer Evolventenkurve entspricht, ist es bevorzugt, so aufzubauen, dass die Mitte des Grundkreises für die Evolventenkurve und die Mitte der Kraftstoffeinspritzöffnung 23a zusammenfallen. Die Mitte der Kraftstoffeinspritzöffnung 23a kann von der Spiralmitte der Spiralkurve oder der Mitte des Grundkreises für die Evolventenkurve versetzt platziert sein.
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Die andere Verwirbelungskammer 22b und Kraftstoffeinspritzöffnung 23b sind durch dasselbe Verfahren gestaltet.
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Es erfolgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf 4. Die Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22a hat ein Startende (stromaufwärtiges Ende) Ss und ein Abschlussende (stromabwärtiges Ende) Se. Ein teilweise kreisförmiger Bereich 27a ist, um zur Spiralkurve am Abschlussende (Abschlusspunkt) Sea tangential zu sein, am Abschlusspunkt Sea vorgesehen. Der teilweise kreisförmige Bereich 27a ist von einem Ende zum anderen Ende des Durchgangs 21a zum Verwirbeln und der Verwirbelungskammer 22a in Höhenrichtung (einer Richtung längs einer Verwirbelungsmittelachse) ausgebildet und bildet daher einen teilweise zylindrischen Bereich in einem vorgegebenen Winkelbereich in der Umfangsrichtung. Eine Seitenwand 21ae des Durchgangs 21a zum Verwirbeln ist so ausgebildet, dass sie tangential zur zylindrischen Fläche ist, die von dem teilweise kreisförmigen Bereich 27a gebildet wird.
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Die von dem teilweise kreisförmigen Bereich 27a gebildete zylindrische Fläche bildet eine Verbindungsfläche (Zwischenfläche), die das stromabwärtige Ende der Seitenwand 21ae des Durchgangs 21a zum Verwirbeln mit dem Abschlussende Sea der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22a verbindet. Das Vorsehen der Verbindungsfläche 27a ermöglicht das Vorsehen eines Dickenbildungsbereichs 26a an der Verbindung zwischen der Verwirbelungskammer 22a und dem Durchgang 21a zum Verwirbeln, wodurch ermöglicht wird, dass die Verwirbelungskammer 22a und der Durchgang 21a zum Verwirbeln durch die Wandfläche mit einer vorgegebenen Dicke verbunden werden. Das heißt, es ist keinerlei scharfe Form mit scharfer Kante, wie etwa einer Messerschneide, an der Verbindung zwischen der Verwirbelungskammer 22a und dem Durchgang 21a zum Verwirbeln ausgebildet.
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Im Ergebnis wird die Kollision zwischen dem Kraftstoff, der durch die Verwirbelungskammern 22a und 22b zirkuliert, und Kraftstoff, der vom Durchgang 21a zum Verwirbeln hereinfließt, abgeschwächt, um die Symmetrie von Verwirbelungen zu verbessern (siehe Pfeile A und B in 8).
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Ein Startende (Startpunkt) Ssa der Verwirbelungskammer 22a ist an einem Punkt 24a (einer Berührungsfläche auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammer) auf der Mittelachse X des Durchgangs 21a zum Verwirbeln positioniert. Die Kraftstoffeinspritzöffnung 23a ist auf einem Segment Y positioniert, das senkrecht zum Punkt 24a auf der Mittelachse X (einer Berührungsfläche auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammer) ist, wie später beschrieben.
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Die andere Verwirbelungskammer 22b ist so platziert, dass sie eine Symmetrie um die Mittelachse X des Durchgangs 21a zum Verwirbeln herstellt.
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Gleichermaßen ist ein teilweise kreisförmiger Bereich 27b, der so ausgebildet ist, dass er zur Spiralkurve am Abschlussende (Abschlusspunkt) Seb der Verwirbelungskammer 22b tangential ist, am Abschlusspunkt Seb vorgesehen. Der teilweise kreisförmige Bereich 27b ist von einem zum anderen Ende des Durchgangs 21a zum Verwirbeln und der Verwirbelungskammer 22b in Höhenrichtung (der Richtung längs der Verwirbelungsmittelachse) ausgebildet und bildet daher einen teilweise zylindrischen Bereich in einem vorgegebenen Winkelbereich in Umfangsrichtung. Eine Seitenwand 21ae des Durchgangs 21b zum Verwirbeln ist so ausgebildet, dass sie zu der zylindrischen Fläche, die von dem teilweise kreisförmigen Bereich 27b gebildet wird, tangential ist.
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Die zylindrische Fläche, die von dem teilweise kreisförmigen Bereich 27b gebildet wird, bildet eine Verbindungsfläche (Zwischenfläche), die das stromabwärtige Ende der Seitenwand 21ae des Durchgangs 21a zum Verwirbeln mit dem Abschlussende Seb der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22b verbindet. Das Vorsehen der Verbindungsfläche 27b ermöglicht das Vorsehen eines Dickenbildungsbereichs 26b an der Verbindung zwischen der Verwirbelungskammer 22b und dem Durchgang 21a zum Verwirbeln, wodurch es ermöglicht wird, dass die Verwirbelungskammer 22b und der Durchgang 21a zum Verwirbeln durch die Wandfläche mit vorgegebener Dicke verbunden werden. Das heißt, es ist keinerlei scharfe Form mit scharfer Kante, wie etwa einer Messerschneide, an der Verbindung zwischen der Verwirbelungskammer 22b und dem Durchgang 21a zum Verwirbeln ausgebildet.
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Wenn eine scharfe Kante ausgebildet ist, kollidieren der durch die Verwirbelungskammern 22a und 22b zirkulierende Kraftstoff und der vom Durchgang 21a zum Verwirbeln hereinfließende Kraftstoff miteinander, so dass sie die Symmetrie der Verwirbelungen beeinträchtigen (siehe Pfeile A' und B' in 8).
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Die zulässige Größe jedes Dickenbildungsbereichs 26a und 26b beträgt ungefähr 0,01 bis 0,1 mm, bevorzugt ungefähr 0,02 bis 0,06 mm.
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Diese Dicke ist so ausgebildet, dass sie die Kollision zwischen dem durch die Verwirbelungskammern 22a und 22b zirkulierenden Kraftstoff und dem vom Durchgang 21a zum Verwirbeln hereinfließenden Kraftstoff abmildert, wodurch glatte bzw. reibungslose Kraftstoffströmungen längs der Spiralwandflächen der Verwirbelungskammern 22a und 22b gebildet werden (siehe Pfeile A und B in 8).
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Die Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b sind jeweils in den Spiralmitten der Verwirbelungskammern 22a und 22b positioniert. Das Startende (Startpunkt) Ssa der Verwirbelungskammer 22a und das Startende (Startpunkt) Ssb der Verwirbelungskammer 22b sind auf dem Segment Y positioniert, das die Mitten der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23e und 23b verbindet.
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Die Schnittform des Durchgangs 21a zum Verwirbeln senkrecht zur Strömungsrichtung ist rechteckig (länglich). Der Durchgang 21a zum Verwirbeln ist so gestaltet, dass er eine Größe aufweist, die hinsichtlich eines Formpressens vorteilhaft ist, indem seine Höhe im Vergleich zu seiner Breite reduziert ist.
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Der rechteckige Bereich ist als Verengung (die minimale Schnittfläche) ausgebildet, so dass der Druckverlust in dem Kraftstoff, der in den Durchgang 21a zum Verwirbeln vom Sitzbereich 3a der Ventilsitzfläche 3 zum Durchgang 21a zum Verwirbeln über die Kraftstoffeinspritzkammer 4, die Kraftstoffeinlassöffnung 5 und das mittige Loch 25 der Drosselblende 20 fließt, wegen des Vorhandenseins der Verengung vernachlässigbar ist.
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Insbesondere sind die Kraftstoffeinlassöffnung 5 und das mittige Loch 25 der Drosselblende 20 so gestaltet, dass sie einen Kraftstoffdurchgang in einer solchen gewünschten Größe bilden, dass kein abrupter Biegedruckverlust verursacht wird.
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Im Ergebnis kann die Druckenergie im Kraftstoff in diesem Bereich des Durchgangs 21a zum Verwirbeln wirksam in Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie umgewandelt werden.
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Die in diesem rechteckigen Bereich beschleunigte Kraftstoffströmung wird unter Aufrechterhaltung ausreichender Verwirbelungsstärke, d. h. Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie, zu den stromabwärtigen Einspritzöffnungen 23a und 23b geführt.
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Der Durchmesser der Verwirbelungskammer 22a ist so festgelegt, dass der Einfluss eines Reibungsverlusts aufgrund der Kraftstoffströmung und eines durch die Innenwand verursachten Reibungsverlusts minimiert wird.
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Der optimale Wert des Durchmessers der Verwirbelungskammer 22a wird im Allgemeinen als das Vier- bis Sechsfache des hydraulischen Durchmessers betrachtet. Das Verfahren zum Einstellen dieses Werts wird ebenfalls in der vorliegenden Ausführungsform angewendet.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, fallen die Startenden (Startpunkte) Ssa und Ssb der Verwirbelungskammern 22a und 22b jeweils mit den Mitten der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b in der Position zusammen, wenn sie aus der Richtung der Mittelachse X des Durchgangs 21a zum Verwirbeln gesehen werden.
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Die Beziehungen zwischen dem Durchgang 21b zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammer 22c und der Kraftstoffeinspritzöffnung 23c und die Beziehungen zwischen dem Durchgang 21b zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammer 22d und der Kraftstoffeinspritzöffnung 23d sind die gleichen wie die vorstehend beschriebenen Beziehungen zwischen dem Durchgang 21a zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammer 22a und der Kraftstoffeinspritzöffnung 23a. Daher wird die Beschreibung für diese nicht wiederholt.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kraftstoffdurchgänge, die durch Kombinieren der Durchgänge 21 zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammern 22 und der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23 ausgebildet sind, an linken und rechten Positionen vorgesehen. Jedoch kann die Zahl der Kraftstoffdurchgänge weiter erhöht werden, um den Freiheitsgrad der Auswahl aus einer Vielfalt von Sprühnebelformen und Einspritzmengen zu erhöhen.
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Die Kraftstoffdurchgänge, die durch Kombinieren des Durchgangs 21a zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammern 22a und 22b und der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b ausgebildet sind, und die Kraftstoffdurchgänge, die durch Kombinieren des Durchgangs 21b zum Verwirbeln, der Verwirbelungskammern 22c und 22d und der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23c und 23d ausgebildet sind, in der Anordnung einander identisch. Daher erfolgt die Beschreibung auch nur über die Anordnung auf einer veranschaulichten Seite.
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Es werden die Wirkungen und Funktionen der Berührungsfläche 24a auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammern 22a und 22b (siehe 4) und ein Dickenbildungsbereich 28a (siehe 5) beschrieben.
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Die Berührungsfläche 24a auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammern 22a und 22b, die auf der Mittelachse X des Durchgangs 21a zum Verwirbeln positioniert ist, ist als scharfkantig geformter Bereich mit scharfer Spitze ausgebildet. Ein solcher scharfkantig geformter Bereich kann durch derzeit verfügbare Schweißtechniken so ausgebildet sein, dass er eine Dicke von weniger als 0,01 mm hat.
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Es wird auf 5 Bezug genommen. Wenn Kraftstoff vom mittigen Loch in den Durchgang 21a zum Verwirbeln fließt, ist eine Kraftstoffströmung (eine Geschwindigkeitsverteilung), in welcher die Geschwindigkeit nahe einer Mitte höher als diejenige in der Nähe der Innenumfangswand 21ae ist, an einem Mittelpunkt im Durchgang 21a zum Verwirbeln ausgebildet. Die Berührungsfläche 24a auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammern 22a und 22b, die auf der stromabwärtigen Seite des Durchgangs 21a zum Verwirbeln und auf der Mittelachse X angeordnet sind, teilt diese Strömung. Die durch die Berührungsfläche 24a auf der stromaufwärtigen Seite der Verwirbelungskammern haben Verteilungen, in welchen die Geschwindigkeit höher auf den Seiten der Innenumfangsfläche 22as und der Innenumfangsfläche 22bs in den Einlassbereichen der Verwirbelungskammern 22a und 22b ist. Daher fließt der Kraftstoff stromabwärts entlang der Innenumfangsflächen 22as und 22bs in den Verwirbelungskammern 22a und 22b, indem er glatt bzw. reibungslos beschleunigt wird. Aufgrund der Neigung der Geschwindigkeitsverteilung zur Wandseite wird die Kollision zwischen dem zirkulierenden Kraftstoff und der Strömung nahe der Innenumfangswand 21ae des Durchgangs 21a zum Verwirbeln abgemildert. Des Weiteren ziehen die Kraftstoffströmungen mit höherer Geschwindigkeit entlang der Innenumfangsflächen 22as und 22bs der Verwirbelungskammern 22a und 22b den durch die Verwirbelungskammern zirkulierenden Kraftstoff an. Daher fließt der zirkulierende Kraftstoff glatt in den Verwirbelungskammern 22a und 22b, während er beschleunigt wird, ohne abrupte Strömungen in Richtung der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b zu verursachen. Im Ergebnis können symmetrische Strömungen an den Auslassbereichen der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b gebildet werden.
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Der Dickenbildungsbereich 28a, der auf der stromabwärtigen Seite des Durchgangs 21a zum Verwirbeln positioniert ist, hat einen teilweise kreisförmigen Bereich 29a. Der teilweise kreisförmige Bereich 29a ist durch das gleiche Verfahren wie dasjenige zum Ausbilden der Verbindungsfläche ausgebildet, die das stromabwärtige Ende der Seitenwand 21ae des Durchgangs 21a zum Verwirbeln mit dem Abschlussende Sea der Innenumfangswand der Verwirbelungskammer 22a verbindet. Der Dickenbildungsbereich 28a ist zu einer Halbkreisform ausgebildet, die an den Einlassbereichen Ssa und Ssb der Verwirbelungskammern 22a und 22b beginnt. Selbst wenn ein Positionierungsfehler auftritt, so dass die Mittelachse X des Durchgangs 21a zum Verwirbeln, die durch die Mitte der Halbkreisform hindurchgeht, von dieser Mitte um mehrere Mikrometer abweicht, wird Kraftstoff in die Verwirbelungskammern 22a und 22b verteilt, so dass der resultierende Fehler in den Beträgen des in die Verwirbelungskammern 22a und 22b fließenden Kraftstoffs unbedeutend ist. Somit kann die Symmetrieeigenschaft von eingespritzten Sprühnebeln an den Auslassbereichen der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b im Bereich der Zielwerte für die Gestaltung liegen.
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Der Dickenbildungsbereich 28a ist so ausgebildet, dass er zwischen einem ersten Segment Y, das die Mitten der Verwirbelungskammern 22a und 22b verbindet (entsprechend dem Segment, das die Mitten der Kraftstoffeinspritzöffnungen verbindet) und einem vierten Segment Y1, das Punkte verbindet, an welchen ein zweites Segment X1 und ein drittes Segment X2 einschließlich der Kraftstoffeinspritzöffnungen der Verwirbelungskammern 22a und 22b und senkrecht zum ersten Segment Y jeweils die Wandflächen der Verwirbelungskammern 22a und 22b auf der Seite des Durchgangs 21a zum Verwirbeln schneiden, positioniert ist. Ferner wird, wenn der Abstand zwischen dem ersten Segment Y (entsprechend dem Segment, das die Mitten der Kraftstoffeinspritzöffnungen verbindet) und dem vierten Segment Y1, das die Schnittpunkte auf den Wandflächen der Verwirbelungskammern 22a und 22b auf der Seite des Durchgangs 21a zum Verwirbeln verbindet, Dw ist und wenn die Breite des Durchgangs 21a zum Verwirbeln Sw ist, die Position des Dickenbildungsbereichs 28a so bestimmt, dass die Beziehung zwischen dem Abstand und der Breite Sw > Dw ist.
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Auf diese Weise wird die Kraftstoffströmung mit höherer Geschwindigkeit im Durchgang 21a zum Verwirbeln präzise geteilt, so dass sie gleichmäßig in die Verwirbelungskammern 22a und 22b verteilt wird.
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Der Dickenbildungsbereich 28a wird durch Arbeitsvorgänge ausgebildet, die ein notwendiges Eckenabrunden oder -abfasen (um ungefähr 0,005 mm) einschließen. Der Dickenbildungsbereich 28a kann eine Größe von ungefähr 0,01 bis 0,1 mm, bevorzugt ungefähr 0,02 bis 0,06 mm, haben.
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<Zweite Ausführungsform>
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Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
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6 ist eine Draufsicht, die die Position eines Dickenbildungsbereichs im Kraftstoffeinspritzventil, wie in 5, zeigt. 7 ist eine Schnittansicht, die einen geneigten Zustand einer Kraftstoffeinspritzöffnung in einem Abschnitt längs der Richtung X1 in 6 zeigt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass jede Kraftstoffeinspritzöffnung in eine gewünschte Richtung in Bezug auf das Ventilaxialzentrum geneigt ist und dass diese Neigung von einer Verschiebung der Position eines Dickenbildungsbereichs in eine Richtung, die der Neigung entspricht, begleitet ist.
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Wie veranschaulicht, ist ein Dickenbildungsbereich 32a auf einer Y'-Achse positioniert, die mit Auslassmitten der Kraftstoffeinspritzöffnungen 30a und 30b zusammenfällt. Das heißt, die Y'-Achse befindet sich in einem Abstand von ΔY von der Einlass-Mittelachse Y. Mit anderen Worten sind, wie in 7 gezeigt, die Kraftstoffeinspritzöffnungen um einen Neigungswinkel θ geneigt. Der Neigungswinkel θ ist so entworfen, dass er gleich oder kleiner als 30° ist. ΔY ist so entworfen, dass er gleich oder kleiner als 0,1 mm ist.
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Durch Vorsehen dieser Entwurfsbedingungen wird die Gleichförmigkeit eines Kraftstoffflüssigkeitsfilms an den Auslassbereichen der Kraftstoffeinspritzöffnungen 30a und 30b aufrechterhalten. Im Ergebnis werden dieselben Funktionen und Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erhalten.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen weisen ebenfalls Anordnungen, Funktionen und Wirkungen auf, die nachstehend beschrieben sind.
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Der Durchmesser von jeder der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b ist ausreichend groß. Wenn der Durchmesser erhöht wird, kann die Größe des in der Kraftstoffeinspritzöffnung ausgebildeten Hohlraums ausreichend groß gemacht werden. Diese Anordnung hat die Wirkung, einen dünneren Film eines injizierten Kraftstoffs zu erzeugen, ohne einen Verlust der Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie zu verursachen.
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Da das Verhältnis des Einspritzöffnungsdurchmessers zur Plattendicke der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b (dasselbe wie die Höhe der Verwirbelungskammern in diesem Fall) reduziert ist, ist der Verlust der Verwirbelungsgeschwindigkeitsenergie extrem klein. Daher ist die Kraftstoffzerstäubungseigenschaft ausgezeichnet.
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Ferner ist die Druckbearbeitbarkeit verbessert, da das Verhältnis des Einspritzöffnungsdurchmessers zur Plattendicke der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23a und 23b niedrig ist.
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Diese Anordnung hat natürlich eine Kostenreduzierungswirkung und ist imstande, Größenschwankungen wegen der Verbesserung der Bearbeitbarkeit zu begrenzen, und verbessert daher bemerkenswert die Robustheit der Sprühnebelform und Einspritzmenge.
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Wie vorstehend beschrieben, hat jedes der Kraftstoffeinspritzventile gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwischen dem Durchgang 21 zum Verwirbeln und Einlassbereichen der Verwirbelungskammern 22a und 22b Bereiche, die den Durchgang und Kammern verbinden, und bildet dadurch gleichmäßig geteilte Strömung längs der Innenumfangsflächen in den Verwirbelungskammern aus und kann die Strömungen in stromabwärtigen Richtungen allmählich beschleunigen.
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Symmetrische (gleichförmig in der Umfangsrichtung um die Mittelachsen von Verwirbelungen) flüssige Filme, die durch eine ausreichende Verwirbelungsintensität dünner gemacht werden, können daher an den Auslässen der Kraftstoffeinspritzöffnungen 23 zur Förderung der Zerstäubung ausgebildet werden.
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Zwischen Kraftstoffsprühnebeln, die gleichmäßig zu Dünnfilmen und umgebende Luft ausgebildet werden, erfolgt aktiv ein Energieaustausch, um ein Zerkleinern zu fördern und gut zerstäubte Sprühnebel zu erzeugen.
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Gestaltungsmerkmale, die eine Druckbearbeitung erleichtern, sind bereitgestellt, um ein kostengünstiges Kraftstoffeinspritzventil mit verbesserten Kostenverbesserter Leistung zu erhalten.
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Es sollte ferner von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung zwar an Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ist, die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-336562 A [0002, 0008]
- JP 2008-280981 A [0006, 0010]
