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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluideinspritzventil, das aufgebaut ist, um Strahlen jeweils von mehreren Einspritzöffnungen einzuspritzen, um Sprühgebilde stromabwärts auszubilden, die sich schließlich vereinigen, um ein geschlossenes integriertes Sprühgebilde auszubilden, und einen Zerstäuber unter Verwendung des Fluideinspritzventils.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In jüngster Zeit wurden an Fahrzeugmotoren für Automobile und dergleichen Untersuchungen und Entwicklungen aktiv durchgeführt, um das Abgas zur Zeit der Motorabkühlung zu verringern und die Verbrennung zu verbessern, durch atomisieren eines Sprühstrahls und dergleichen, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Beispielsweise ist das folgende Kraftstoffeinspritzventil bekannt. Speziell werden ein atomisiertes Sprühgebilde, das durch Kollision erhalten wird, und ein Führungssprühstrahl mit einer großen Durchdringungskraft ausgebildet. Der Führungssprühstrahl führt das atomisierte Sprühgebilde, um das Streuen des Sprühgebildes zu unterdrücken. Auf diese Weise befindet sich ein Abschnitt des Sprühgebildes, der eine höhere Kraftstoffsprühdichte aufweist, auf der Innenseite einer Zentrumsposition jedes Ansaugventils, speziell zwischen den Zentrumspositionen der Ansaugventile (vgl.
japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005-207236 ).
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Auch das folgende Kraftstoffeinspritzventil ist bekannt. Speziell werden die Sprühgebilde atomisiert, während eine Beeinflussung zwischen den Sprühgebilden vermieden wird. Zusätzlich strömen die Sprühgebilde nach vorne, während sich diese unter Wirkung des „Coandaeffekts“ gegenseitig anziehen. Folglich kann eine Abweichung einer Strömungsrichtung der Sprühgebilde vermieden werden (vgl.
japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2000-104647 ).
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei dem Kraftstoffeinspritzventil, das in der
japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005-207236 beschrieben ist, ist es allerdings erforderlich, dass ein Abstand von der Einspritzöffnung zur Position der Kollision kürzer vorgesehen ist, als eine Zerfallslänge (breakup length) jedes der Strahlen, um die Strahlen mittels Kollision zu atomisieren. In diesem Fall streuen die Strahlen (Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde) aufgrund der Atomisierung. Ferner wird ein Großteil der Energie der Strahlen durch die Kollision in eine Oberflächenspannung der gestreuten gesprühten Partikel umgewandelt. Somit wird die Durchdringungskraft herabgesetzt.
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Somit, selbst wenn das Sprühgebilde mit der verringerten Durchdringungskraft, das durch die Kollision gestreut wird, durch den Führungsstrahl mit der großen Durchdringungskraft geführt wird, der gleichzeitig mit dem Sprühgebilde mit der verringerten Durchdringungskraft eingespritzt wird, stimmen die Zeitverhalten der entfernten Endabschnitte der Sprühgebilde nicht miteinander überein. Folglich bewegt sich in dem Fall eines geringen Sprühbetrags bei einer kurzen Einspritzdauer der Führungsstrahl allein nach vorn, während das Sprühgebilde, das durch die Kollision gestreut wird, zurückgelassen wird.
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Gleichzeitig erzeugt, neben induzierten Wirbeln, die in
4 der
japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005-207236 dargestellt sind, ein induzierter Wirbel (vortex), der von dem Führungssprühstrahl erzeugt wird, einen Wirbelring (vortex ring) um einen Außenumfang des Führungssprühstrahls stromabwärts in einer bestimmen Einspritzrichtung, die durch die Balance der Scherkraft zwischen dem Außenumfang des Führungssprühstrahls und einer Atmosphäre bestimmt wird. Folglich wird das gestreute Sprühgebilde in den Wirbelring (vortex ring) eingebracht, und somit kann sich dieses nicht weiter stromabwärts in der Einspritzrichtung bewegen.
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Wie es oben beschrieben ist, sind für den Vorwärtsstrom des Führungssprühstrahls, während dieser das gestreute atomisierte Sprühgebilde führt, verschiedene Bedingungen erforderlich. Folglich ist das Kraftstoffeinspritzventil, das in der
japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005-207236 beschrieben ist, nicht für ein Einspritzsystem für einen Benzinmotor geeignet, der sich während eines gelegentlichen Betriebs oft in einem unbeständigen bzw. nicht stationären Zustand befindet. Folglich ist eine Technik zur einfacheren Verbesserung des Freiheitsgrads bezüglich der Gestaltung eines Sprühmusters und einer Form des integrierten Sprühgebildes wünschenswert.
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Ferner, bezüglich des Kraftstoffeinspritzventils, das in der
japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2000-104647 beschrieben ist, ist es schwierig, den Ausgleich bzw. die Balance zwischen den Sprührichtungen beizubehalten, selbst unter der Bedingung einer statischen Atmosphäre, bei welcher der „Coandaeffekt“ wirkt, um zu vermeiden, dass jeder der Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde zu stark aufgeweitet wird, und der „Coandaeffekt“ wird unterdrückt, um zu vermeiden, dass sich die Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde vereinen. Ferner werden in einem Ansaugkanal die Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde auch durch den Umgebungsdruck und die Temperatur, einen Ansaugluftstrom, eine Sprühvolumen(gewichts)-Strömungsrate und eine Sprühgeschwindigkeit beeinflusst. Folglich ist es extrem schwierig, die Beibehaltung der Balance der Sprührichtungen in dem Einspritzsystem für einen Benzinmotor zu realisieren, der sich während des gelegentlichen Betriebs oft in einem unbeständigen bzw. nicht stationären Zustand befindet.
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Speziell wird der „Coandaeffekt“, wie es in der
japanischen Patentanmeldung Nummer 2000-104647 beschrieben ist, dort nicht genutzt, um absichtlich ein kompaktes zusammengeführtes Sprühgebilde auszubilden. Somit werden die Sprühform und das Sprühmuster des integrierten Sprühgebildes und eine Einspritzbetragsverteilung in dem integrierten Sprühgebilde nicht im Besonderen festgelegt.
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Wie es oben beschrieben ist, weisen die Kraftstoffeinspritzventile, die in den
japanischen Patentanmeldungen, Veröffentlichungsnummern 2005-207236 und
2000-104647 , die oben zitiert sind, beschrieben sind, das folgende Problem auf. Speziell beschreiben die
japanischen Patentanmeldungen mit Veröffentlichungsnummern 2005-207236 und
2000-104647 keine Maßnahmen um sowohl eine Verbesserung einer Atomisierung der Sprühstrahlen als auch eine Verbesserung des Freiheitsgrads bezüglich der Gestaltung des Sprühgebildes, des Sprühmusters, der Durchdringungskraft des Sprühgebildes und der Einspritzbetragsverteilung, und folglich werden keine Richtlinien zur Bestimmung optimaler Sprühspezifikationen unter gegenwärtigen Bedingungen, wenn die Form des Ansaugkanals oder der Ansaugluftfluss für jede Motorspezifikation anders ist, bereitgestellt.
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und folglich hat diese als Aufgabe, ein Fluideinspritzventil bereitzustellen, das sowohl eine Atomisierung eines Fluidsprühstrahls als auch eine Verbesserung des Freiheitsgrads bezüglich der Gestaltung einer Sprühform, einer Durchdringungskraft, einer Einspritzbetragsverteilung und einer Sprührichtung erzielt, und einen Zerstäuber, der das Fluideinspritzventil verwendet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Fluideinspritzventil bereitgestellt, das enthält:
einen Ventilsitz, der in einem Fluiddurchgang vorgesehen ist;
ein Ventilelement, das aufgebaut ist, um mit dem Ventilsitz in Kontakt zu geraten und sich von diesem zu trennen, um eine Öffnung und ein Schließen des Fluiddurchgangs zu steuern; und
einen Einspritzöffnungskörper, der mehrere Einspritzöffnungen enthält, der stromabwärts bezüglich des Ventilsitzes vorgesehen ist, wobei das Fluideinspritzventil aufgebaut ist, um Strahlen entsprechend von den mehreren Einspritzöffnungen einzuspritzen, um Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde stromabwärts auszubilden, wobei sich die Sprühstrahlen bzw. Sprühgebilde schließlich vereinen, um ein integriertes geschlossenes Sprühgebilde auszubilden, wobei
wenigstens eine der mehreren Einspritzöffnungen eine Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Wandlungssprühstrahls ist, der unterschiedliche Längen einer langen Achse und einer kurzen Achse auf einer Ebene aufweist, die senkrecht auf einer Strömungsrichtung steht, wobei dieses dem Sprühgebildet nach dem Einspritzen des Strahls entspricht, wobei Richtungen der langen Achse und der kurzen Achse eines Querschnitts des Wandlungssprühstrahls sich aufgrund eines Achsenwandlungsphänomens ändern, wodurch sich der Wandlungssprühstrahl stromabwärts verformt;
die mehreren Einspritzöffnungen, mit Ausnahme der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung, Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen zum Ausbilden eines Koaleszenzsprühgebildes sind, das durch Vereinigung einzelner Sprühstrahlen unter Wirkung des Coandaeffekts ausgebildet wird, der zwischen den einzelnen Sprühstrahlen auf der stromabwärts gelegenen Seite einer Zerfallsposition wirkt, an der die entsprechenden Strahlen nach einem Auseinanderbrechen und Auflösen (rupture and breakup) in einzelne Sprühstrahlen zerfallen; und
bevor ein Zentrum und/oder ein Schwerpunkt einer Einspritzbetragsverteilung jedes der vereinigten einzelnen Sprühstrahlen sich zu einem Zentrum und/oder einem Schwerpunkt des Koaleszenzsprühgebildes vereinen, das Koaleszenzsprühgebilde und der Wandlungssprühstrahl sich unter Wirkung des Coandaeffekts vereinen, um ein integriertes Sprühgebilde auszubilden.
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Gemäß dem Fluideinspritzventil der vorliegenden Erfindung vereinigen sich das Koaleszenzsprühgebilde und der Wandlungssprühstrahl unter Wirkung des Coandaeffekts zur Ausbildung eines integrierten Sprühgebildes, bevor das Zentrum und/oder der Schwerpunkt der Einspritzbetragsverteilung jedes der vereinigten einzelnen Sprühstrahlen sich zum Zentrum oder zum Schwerpunkt des Koaleszenzsprühgebildes vereinen. Auf diese Weise können die Atomisierung des Fluidsprühstrahls und die Verbesserung des Freiheitsgrads bezüglich der Gestaltung einer Sprühform, einer Durchdringungskraft, einer Einspritzbetragsverteilung und einer Sprührichtung erzielt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Schnittansicht, welche ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine vergrößerte Ansicht, welche einen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils, das in 1 dargestellt ist, zeigt;
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3 ist eine Draufsicht, die eine Einspritzöffnungsplatte, die in 2 dargestellt ist, zeigt;
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4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche den fernen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils, das in 1 dargestellt ist, zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil der 2 darstellt;
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6A und 6B sind erläuternde Diagramme, welche das Verhalten von einzelnen Sprühgebilden darstellen;
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7A und 7B sind erläuternde Diagramme, welche das Verhalten der einzelnen Sprühgebilde und eines Wandlungssprühstrahls durch das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
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8A und 8B sind erläuternde Diagramme, welche das Verhalten von einzelnen Sprühgebilden und eines Wandlungssprühstrahls durch ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
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9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Verhalten von einzelnen Sprühgebilden und eines Wandlungssprühstrahls mittels eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel einer Benutzungsart des Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist ein Aufbaudiagramm, das ein weiteres Beispiel gemäß der Benutzungsart des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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12 ist eine Draufsicht der 11;
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13 ist ein Aufbaudiagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Benutzungsart des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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14 ist eine Draufsicht der 13.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen werden dieselben oder entsprechende Komponenten und Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Schnittansicht, welche ein Kraftstoffeinspritzventil 1 zeigt, und 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1, das in 1 dargestellt ist, zeigt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist an einer Ansaugleitung eines Verbrennungsmotors angebracht. Der Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist in einem Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors positioniert. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 spritzt Kraftstoff nach unten.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 enthält eine Solinoideinrichtung 2 und eine Ventileinrichtung 7. Die Solinoideinrichtung 2 erzeugt eine elektromagnetische Kraft. Die Ventileinrichtung 7 wird durch Anregen der Solinoideinrichtung 2 betätigt. Die Solinoideinrichtung 2 enthält ein Gehäuse 3, einen Kern 4, eine Wicklung 5 und einen Anker 6. Das Gehäuse bildet einen Jochabschnitt und einen Magnetkreis aus. Der Kern 4 ist ein fixierter Kern, der in dem Gehäuse 3 vorgesehen ist. Die Wicklung 5 umgibt den Kern 4. Der Anker 6 ist ein beweglicher Kern, der in der Wicklung 5 vorgesehen ist, der sich hin und her bewegen kann.
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Die Ventileinrichtung 7 enthält einen Ventilhauptkörper 9, einen Ventilsitz 10, eine Einspritzöffnungsplatte 11, eine Deckplatte 18 und ein Ventilelement 8 und eine Kompressionsfeder 14. Der Ventilkörper 9 weist eine zylindrische Form auf und ist an einen Außendurchmesserabschnitt eines entfernten Endabschnitts des Kerns 4 gepresst und geschweißt. Der Ventilsitz 10 ist in dem Ventilhauptkörper 9 vorgesehen. Die Einspritzöffnungsplatte 11 ist auf der stromabwärts gelegenen Seite des Ventilsitzes 10 vorgesehen. Die Abdeckplatte 18 ist in dem Ventilsitz 10 stromaufwärts bezüglich der Einspritzöffnungsplatte 11 vorgesehen. Das Ventilelement 8 ist auf der Innenseite des Ventilhauptkörpers 9 vorgesehen. Die Kompressionsfeder 14 ist stromaufwärts bezüglich des Ventilelements 8 vorgesehen.
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Das Ventilelement 8 enthält einen Stab 8a und eine Kugel 13. Der Stab 8a ist hohl und ist in den Anker 6 gepresst und an diesen geschweißt, um mit einer Innenfläche des Ankers 6 in Kontakt gehalten zu werden. Die Kugel 13 ist an einem entfernten Endabschnitt des Stabs 8a mittels Schweißens fixiert.
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Die Kugel 13 enthält abgeschrägte bzw. geschnittene Abschnitte 13a, einen ebenen Abschnitt 13b und einen gekrümmten Abschnitt 13c. Die geschnittenen Abschnitte 13a liegen parallel zu einer Z-Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1. Der ebene Abschnitt 13b, der eine ebene Form aufweist, liegt der Deckplatte 18 gegenüber. Der gekrümmte Abschnitt 13c wird mit dem Ventilsitz 10 im Linienkontakt gehalten.
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Ein Umfangsrandabschnitt der Einspritzöffnungsplatte 11 ist nach unten gebogen, um an eine entfernte Endfläche des Ventilsitzes 10 und eine Innenumfangsseitenfläche des Ventilhauptkörpers 9 geschweißt zu sein. Mehrere Einspritzöffnungen 12A zum Vereinen von Sprühstrahlen (im Folgenden einfach als „Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A“ bezeichnet) und mehrere Einspritzöffnungen 12B für Wandlungssprühstrahlen (im Folgenden einfach als „Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B“ bezeichnet), die in einer Plattendickenrichtung verlaufen, sind durch die Einspritzöffnungsplatte 11 ausgebildet.
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3 ist eine Draufsicht der Einspritzöffnungsplatte 11, betrachtet aus einer Richtung, die mit Pfeilen J, die in 2 gezeigt sind, gekennzeichnet ist).
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Die Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und die Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B, die entlang der Z-Achse, die eine zentrale Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist, nach unten ausgerichtet sind, sind gleichwinklig in der Einspritzöffnungsplatte 11 vorgesehen.
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Die Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und die Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B sind in zwei Einspritzöffnungsgruppen unterteilt. In den entsprechenden Einspritzöffnungsgruppen sind zentrale Achsenlinien der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B, das heißt, Richtungen der Stahlen, auf Ansaugventile des Motors ausgerichtet und liegen in zwei Richtungen vor, welche sich in einer horizontalen Richtung in 3 schneiden.
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Die Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B, die jeweils einen ovalen Querschnitt aufweisen, liegen einander gegenüber. Auf beiden Seiten von jeder der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B sind mehrere Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A vorgesehen, wobei jede einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
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Als nächstes wird eine Arbeitsweise des Kraftstoffeinspritzventils 1 beschrieben.
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Wenn ein Betriebssignal an einen Treiberschaltkreis für das Kraftstoffeinspritzventil 1 mittels einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors übertragen wird, beginnt ein Strom, durch die Wicklung 5 des Kraftstoffeinspritzventils 1 zu fließen, wodurch der Anker 6 zum Kern 4 angezogen wird.
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Als Folge davon bewegen sich der Stab 8a und die Kugel 13, welche eine integrale Struktur mit dem Anker 6 aufweisen, gegen eine elastische Kraft der Kompressionsfeder 14 nach oben. Anschließend trennt sich der gekrümmte Abschnitt 13c der Kugel 13 von der Ventilsitzoberfläche 10a, wodurch zwischen diesen eine Lücke entsteht, welche als Kraftstoffkanal fungiert. Anschließend wird das Einspritzen des Kraftstoffs zum Ansaugkanal begonnen.
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Auf der anderen Seite, wenn ein Betriebsstoppsignal zum Treiberschaltkreis für das Kraftstoffeinspritzventil 1 durch die Steuereinheit des Verbrennungsmotors übertragen wird, wird die Anregung der Wicklung 5 gestoppt. Anschließend verschwindet die Kraft zum Anziehen des Ankers 6 zum Kern 4. Der Stab 8a wird durch die elastische Kraft der Kompressionsfeder 14 zum Ventilsitz 10 gedrückt. Als Folge davon werden der gekrümmte Abschnitt 13c und die Ventiloberfläche 10a miteinander in Kontakt gebracht, wodurch die Lücke geschlossen wird. Zu dieser Zeit wird das Einspritzen des Kraftstoffs beendet.
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Spezifische Positionen und Strukturen der Einspritzöffnungsplatte 11, der Deckplatte 18, des Ventilsitzes 10 und der Kugel 13, die Strömungen durch Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und die Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B ausbilden, beispielsweise durch zusammengezogene Ströme in Flüssigfilmströme, werden mit Bezug auf spezifische Schnittansichten der 2, 4 und 5 beschrieben.
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Wenn das Ventilelement 8 geöffnet ist, tritt Kraftstoff durch die Durchgänge zwischen den geschnittenen Abschnitten 13a der Kugel 13 und der Innenoberfläche des Ventilsitzes 10, die parallel zur Z-Achse verlaufen, um zwischen dem gekrümmten Abschnitt 13c und dem Ventilsitzabschnitt 10a zur stromabwärts gelegenen Seite zu strömen, um einen Sitzabschnitt R1 zu erreichen.
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Stromaufwärts bezüglich des Sitzabschnitts R1 strömt der Kraftstoff parallel zur Z-Achse. Folglich wird ein Strom des Kraftstoffs entlang der Ventilsitzoberfläche 10a durch Trägheit ein Hauptstrom, nachdem dieser durch den Sitzabschnitt R1 getreten ist. Anschließend erreicht der Kraftstoff einen Punkt P1 an einem stromabwärts gelegenen Ende der Ventilsitzoberfläche 10a. Der Punkt P1 ist ein abschließendes Ende der Ventilsitzoberfläche 10a. Der Ventilsitz 10 weist eine Oberfläche auf, die sich in einer vertikalen Richtung von dem Punkt P1 zur stromabwärts gelegenen Seite erstreckt.
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Folglich wird der Hauptstrom des Kraftstoffs von dem Punkt P1 getrennt. Eine Linienverlängerung der Ventilsitzoberfläche 10a schneidet eine Umfangsseitenfläche der Deckplatte 18 an einem Punkt P2. Der Kraftstoff, der von dem Punkt P1 getrennt ist, strömt zum Punkt P2, um durch einen Ringdurchgang C zu treten (zwischen einer Innenumfangswandfläche des Ventilsitzes 10 und einer Umfangsseitenfläche eines Abschnitts großen Durchmessers der Deckplatte 18), und strömt anschließend in einen radialen Durchgang B (zwischen der Innenumfangswandfläche des Ventilsitzes 10 und einer Umfangsseitenfläche eines Abschnitts kleinen Durchmessers der Deckplatte 18), ohne die Strömungsrichtung entlang der radialen Richtung stark zu verändern.
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Wie es oben beschrieben ist, strömt der Hauptstrom des Kraftstoffs, der durch den Sitzabschnitt R1 tritt, in den Ringdurchgang C. Folglich wird der Strom in einen Zwischenraumdurchgang A (zwischen einer Bodenfläche der Kugel 13 und einer oberen Fläche der Deckplatte 18) unterdrückt.
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Eine gerade Linie, welche den Sitzabschnitt R1 und einen Punkt R2 an einem Einlass jedes der Einspritzöffnungen 12 verbindet, schneiden einander an einem dünnen Abschnitt 18b, welcher der Abschnitt des großen Durchmessers der Deckplatte 18 ist. Der dünne Abschnitt 18b blockiert den linearen Strom des Kraftstoffs von dem Sitzabschnitt R1 zum Einlass jeder der Einspritzöffnungen 12.
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Folglich strömt wenigstens ein Teil des Kraftstoffs, der in die Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und die Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B strömt, entlang des radialen Durchgangs B. Die Deckplatte 18 ist so vorgesehen, dass die abschließende Endfläche 18d in der Nähe der Einspritzöffnungen 12 auf der Seite des Innendurchmessers der Einspritzöffnungen 12 positioniert ist. Folglich schließt ein Vorwärtsstrom X (vgl. 5) des Kraftstoffs, der entlang des radialen Durchgangs B zur Seite des Innendurchmessers strömt, einen Strömungskanal eines rückwärtsgewandten Stroms Y, der von der Seite der Z-Achse (Zentrum) des Kraftstoffeinspritzventils 1 zu den Einspritzöffnungen 12 strömt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des rückwärtsgewandten Stroms bzw. Rückstroms Y verringert.
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Als Folge der Unterdrückung des Rückstroms Y wird die Geschwindigkeit des Vorwärtsstroms X, der von der Seite des Sitzabschnitts R1 in die Einspritzöffnungen 12 strömt, relativ vergrößert.
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Es wird eine erhebliche Änderung der Richtung des Stroms in den Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und den Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B veranlasst, nachdem wenigstens ein Teil des Vorwärtsstroms X sich entlang des radialen Durchgangs B nach vorn bewegt, und die Geschwindigkeit des Vorwärtsstroms X ist groß. Folglich wird der Kraftstoff auf der Seite der Z-Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 stark gegen die Wandflächen der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B gedrückt, betrachtet an den Querschnitten der Einspritzöffnungen 12.
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In 4 bezeichnet das Bezugszeichen L eine Länge jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B, und das Bezugszeichen D bezeichnet einen Durchmesser jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B.
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Danach bildet der Rückstrom Y bei einer geringen Geschwindigkeit an dem Einlass jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B einen Strom α entlang der Wandfläche jeder der Einspritzöffnungen 12 aus. Auf der anderen Seite bildet der Vorwärtsstrom X bei einer hohen Geschwindigkeit einen Kraftstrom β aus, in dem der Kraftstoff gegen die Wandfläche jeder der Einspritzöffnungen 12 gedrückt wird.
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Luft wird von jedem der Auslässe der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B zur Umgebung jeder der Einlässe der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B eingebracht, um an dem Kraftstoffstrom β zu wirken, wodurch der Kraftstoffstrom β von der Wandfläche der entsprechenden der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B getrennt wird, mit einem Punkt Q (ein äußerer Randabschnitt des Einlasses jeder der Einspritzöffnungen 12 für den Kraftstoff) als ein Ausgangspunkt.
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Der Kraftstoff β wir gegen die Wandoberfläche gedrückt, wenn sich dieser durch die entsprechende der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B bewegt. Eine Richtung des Flüssigkeitsfilms ändert sich in eine Richtung entlang der Wandfläche jeder der entsprechenden Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B, während dieser in einer Umfangsrichtung der Wandfläche jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B streut.
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Wenn die Länge L jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B bezüglich einer Höhe h des Zwischenraumdurchgangs A geeignet bzw. passend ist, wird der Kraftstoffstrom β gedrückt, bis ein Zustand eines dünnen Flüssigkeitsfilmstroms 1a in der entsprechenden der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnungen 12B erzielt wird.
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Anschließend beginnt der Flüssigkeitsfilmstrom 1a des eingespritzten Kraftstoffs zusammenzufallen, nachdem dieser einen bestimmten Weg zurückgelegt hat. Nachdem jeder der Flüssigkeitsfilmströme, die durch das Auseinanderfallen erhalten werden, in einen bandförmigen Zustand (ligament state) gebracht wurde, werden atomisierte Tröpfchen erzeugt.
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In einem Prozess der Atomisierung ist es wirkungsvoll, die Bänder (ligaments) effektiv auszudünnen, was einem Zustand vor dem Zerfallen entspricht, um kleine Tröpfchen zu erhalten. Um die Bänder zu verdünnen, ist es wirkungsvoll, eine Dicke des Flüssigkeitsfilms oder dünner Flüssigkeitssäulen zu verringern, was einem Zustand vor dem Band-Zerfall entspricht (ligament breakup). Ferner wurde auf der Grundlage herkömmlichen Wissens herausgefunden, dass die Ausbildung von Flüssigkeitsfilmen effektiver ist als die Ausbildung von Flüssigkeitssäulen.
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Ferner wurden verschiedene Flüssigkeitsfilmstromausbildungstechniken vorgeschlagen, welche das Anwenden eines Wirbelstroms (swirl flow) auf den Kraftstoffstrom vor dem Strömen in die Einspritzöffnungen enthalten, um die Flüssigkeitsfilmströme in den Einspritzöffnungen auszubilden.
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Als ein Resultat von Untersuchungen und Prüfungen bezüglich eines Qualitätsverhältnisses zwischen den oben dargelegten Flüssigkeitsfilmstromausbildungstechniken und dem Atomisierungsprozess und einer Sprühform, einer Durchdringungskraft und einer Einspritzbetragsverteilung eines vereinigten Sprühgebildes bzw. Koaleszenzsprühgebildes, das durch Vereinigung bzw. Koaleszenz mehrerer Sprühstrahlen ausgebildet wird, basierend auf den oben dargelegten Techniken und des Atomisierungsprozesses, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass das Koaleszenzsprühgebilde, das durch Vereinigung einzelner Sprühstrahlen erhalten wird, in die folgenden zwei Formen klassifiziert werden kann.
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Genauer gesagt kann in einer Form des Koaleszenzsprühgebildes jeder der einzelnen Sprühstrahlen identifiziert werden und eine Charakteristik jedes der einzelnen Sprühstrahlen kann kaum identifiziert werden (genauer gesagt weist das Koaleszenzsprühgebilde eine geschlossene Struktur auf, die vergleichsweise gleichförmig ist). In der anderen Form des Koaleszenzsprühgebildes können selbst die einzelnen Sprühstrahlen nicht identifiziert werden (genauer gesagt weist gemäß einem repräsentativen Beispiel des Koaleszenzsprühgebildes die Einspritzbetragsverteilung eine konische Form auf, welche in der Mitte einen Peak aufweist).
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In der letzteren Form des Koaleszenzsprühgebildes vereinigen sich die mehreren einzelnen Sprühstrahlen, um zu einem neuen individuellen Sprühgebilde zu werden, das sich wesentlich von der Ursprungsform unterscheidet. Ferner zeigt selbst die erstere Form des Koaleszenzsprühgebildes Charakteristika, welche für das Koaleszenzsprühgebilde kennzeichnend sind, wenngleich jeder einzelne Sprühstrahl identifiziert werden kann.
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Welche der oben genannten Formen des Koaleszenzsprühgebildes herauskommt, hängt davon ab, auf welcher Seite eines bestimmten Schwellwerts sich ein Sprühverhalten befindet. Wenn der Grad der Vereinigung der einzelnen Sprühstrahlen in dem Koaleszenzsprühgebilde größer wird, gerät die Einspritzbetragsverteilung näher an eine axiale Symmetrie und weist eine konische Form auf, welche einen spitzen Winkel hat.
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Folglich, selbst in dem Fall der ersteren Form des Koaleszenzsprühgebildes, wird die Sprühform und die Einspritzbetragsverteilung in einer Ebene senkrecht zur Sprührichtung ungefähr axialsymmetrisch. Somit ist es auf herkömmliche Weise schwierig, eine sogenannte „irreguläre Form“ der Schnittform des Sprühgebildes auszubilden.
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Aus dem oben genannten Grund ist das Festlegen eines Sprühziels (Einspritzposition, Einspritzrichtung und Sprühspezifikationen) zum Unterdrücken einer Anhaftung an dem Ansaugkanal und der Umgebung des Ansaugventils, welche irreguläre Durchgangsquerschnittsformen über nahezu den Durchgang aufweisen, unzureichend.
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Verschiedene Atomisierungstechniken werden, wie es oben beschrieben ist, mehr und mehr für das Kraftstoffeinspritzventil angewendet. Die oben dargelegten Techniken reihen sich ursprünglich in eine Technologieentwicklung zur Verringerung des Durchmessers der Einspritzöffnung und Vergrößerung der Anzahl der Einspritzöffnungen für die Atomisierung ein. Vorsicht ist geboten, um zu vermeiden, dass die Strahlen, die von benachbarten Einspritzöffnungen eingespritzt werden, miteinander wechselwirken (interfering), um eine Verschlechterung des atomisierten Zustands zu vermeiden.
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Speziell werden die Anordnungen der Einspritzöffnungen und die Einspritzöffnungsdaten (wie beispielsweise Durchmesser, Neigung und Länge) oder die Anordnung der Strahlen und Richtungen der Strahlen so bestimmt, dass sich die zentralen Achsenlinien der Einspritzöffnungen oder die Richtungen der Strahlen weiter voneinander trennen, im Verlauf des Stroms zur stromabwärts gelegenen Seite. Folglich ist es herkömmlich schwierig, beide Erfordernisse, das heißt, die Atomisierung und kompakte Sprühgebilde, zu erzielen.
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Ferner wird auch in Betracht gezogen, die Durchdringungskraft der Sprühstrahlen an einer bestimmten Position zum Zweck der Verringerung der Kollision der Sprühstrahlen gegen die Umgebung des Ansaugventils und Unterstützung der Mischung mit Luft rasch abzumildern. Allerdings existieren herkömmlich keine Mittel zum Realisieren der Abmilderung der Durchdringungskraft, ohne dass die Sprühform stark geändert wird.
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In einem Kanaleinspritzsystem bringt die Anhaftung des Kraftstoffes an dem Einspritzkanal keinen vorteilhaften Einfluss und keine vorteilhaften Wirkungen. Folglich ist die Unterdrückung der Anhaftung des Kraftstoffes die größte Herausforderung.
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Somit, selbst wenn die Atomisierung verbessert wird, um eine Rate der Anhaftung der Sprühstrahlen an dem Ansaugventil oder dem Ansaugkanal in der Umgebung des Ansaugventils zu verringern, können damit erhaltene Vorteile an dem Kanaleinspritzsystem kaum gefunden werden, da Seitenflächen der Sprühstrahlen an einem anderen Ansaugkanal anhaften, als Resultat der Streuung des gesamten Sprühgebildes.
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Selbst wenn die Atomisierung durch Einstellen einer Richtung jeder der Flüssigkeitsfilmströme auf einen großen Winkel gefördert wird oder wenn ein großer Wirbel an dem Außenumfang des atomisierten Sprühgebildes erzeugt wird, um die Sprühform stark zu ändern, um die Durchdringungskraft gering zu halten, wird schließlich ein Sprühgebilde mit einem großen Winkel erzeugt, was eine Wechselwirkung mit dem Ansaugventil oder dem Ansaugkanal zur Folge hat, wodurch eine Anhaftung des Kraftstoffs bewirkt wird.
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Auf der anderen Seite ist als Technik zum Unterdrücken des Streuens des gesamten Sprühgebildes eine Technik bekannt, bei der die Anordnung der Einspritzöffnungen und die Einspritzöffnungsdaten oder die Anordnung der Strahlen und die Richtungen der Strahlen so festgelegt werden, dass sich die zentralen Achsenlinien der Einspritzöffnungen oder die Richtungen der Strahlen unmittelbar unterhalb der Einspritzöffnungen schneiden. Allerdings ist keine Technik bekannt, welche Atomisierungserfordernisse, wie etwa das Verhältnis zu einer Zerfallslänge eines Flüssigkeitsfilmstroms (Länge von dem Auslass einer entsprechenden Einspritzöffnung zu einer Position, bei welcher der Flüssigkeitsfilmstrom im Wesentlichen als ein Sprühstrom nach dem Auseinanderbrechen und Zerfallen des Flüssigkeitsfilmstroms angesehen werden kann) berücksichtigt.
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Wenn die Streuung des gesamten Sprühgebildes unterdrückt werden soll, wird ein Winkel der zentralen Achsenlinie jeder der Einspritzöffnungen bezüglich einer vertikalen Linie (Z-Achse, die in 1 dargestellt ist) relativ klein, was bezüglich der Ausbildung eines dünnen Flüssigkeitsfilmstroms nachteilig ist. Folglich wird der Atomisierungsprozess langsamer. Als Folge davon wird es wahrscheinlicher, dass die Strahlen miteinander wechselwirken. Somit kann kein Atomisierungsniveau auf einem erwarteten Wert realisiert werden.
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Ferner wird in diesem Fall, wenn die Vereinigung der mehreren Sprühstrahlen sich so vollzieht, dass eine Sprühform herauskommt, die nahe bei der liegt, die in Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part II), Vol. 25, Nummer 156, Seiten 820 bis 826, „Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine", von Wakuri et al., beschrieben ist, wird als Resultat die Durchdringungskraft des Koaleszenzsprühgebildes größer als die der einzelnen Sprühstrahlen.
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In diesem Zusammenhang legt der Erfinder der vorliegenden Erfindung Wert auf eine Differenz zwischen einem Verhalten des einzelnen Sprühstrahls, der von einer einzelnen Sprühöffnung eingespritzt wird, und einem Verhalten des Koaleszenzsprühgebildes, das durch Vereinigung der mehreren einzelnen Sprühstrahlen, die von den mehreren Einspritzöffnungen eingespritzt werden, ausgebildet wird. Als ein Resultat hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Technik zur Steuerung der Form, der Durchdringungskraft, der Einspritzbetragsverteilung und der Richtung des Sprühgebildes des integrierten Sprühgebildes herausgefunden, durch geschickte Kombination der oben dargelegten Sprühverhalten und eines Achsenwandlungsphänomens, das eine Erkenntnis der Strömungstechnik ist.
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Die Erkenntnisse des Achsenwandlungsphänomens sind in den folgenden wissenschaftlichen Dokumenten beschrieben.
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[Wissenschaftliches Dokument 1]
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[Wissenschaftliches Dokument 2]
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[Wissenschaftliches Dokument 3]
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[Wissenschaftliches Dokumet 4]
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Auf dem Untersuchungsgebiet von Strahlen ist das Achsenwandlungsphänomen nicht beschränkt auf ein Beispiel dieser Ausführungsform, in der die Schnittform des Sprühgebildes oval ist, sondern das Achsenwandlungsphänomen tritt auf, solang wenigstens eine lange Achse sich im Wesentlichen liniensymmetrisch zu einer kurzen Achse des Ovals verhält. Ferner tritt das Achsenwandlungsphänomen nicht nur in einer Flüssigkeit sondern auch in einem Gas auf.
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In dem Fall eines Sprühgebildes, das einen ovalen Querschnitt mit einem großen Verhältnis der langen Achse zur kurzen Achse aufweist, können die Richtung der langen Achse und die Richtung der kurzen Achse geändert werden, um den Querschnitt zu verformen, solang die Richtung der langen Achse nicht segmentiert wird.
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Folglich ist in dieser Ausführungsform ein Winkel, in dem die Richtung der langen Achse und die Richtung der kurzen Achse des Sprühgebildes geändert werden, auf ungefähr 90° festgelegt.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1, das in 1 dargestellt ist, ist basierend auf der Erkenntnis der Technik zur Steuerung der Form, der Durchdringungskraft, der Einspritzbetragsverteilung und der Sprührichtungen des integrierten Sprühgebildes durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung realisiert. Die 6A und 6B sind erläuternde Diagramme, welche das Verhalten einzelner Sprühstrahlen 30A und 31A des Kraftstoffeinspritzventils 1 darstellen. Die 7A und 7B sind erläuternde Diagramme, welche das Verhalten der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A und eines Wandlungssprühstrahls 33A des Kraftstoffeinspritzventils 1 darstellen.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil 1 werden Strahlen 30 und 31, die aus den mehreren Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A eingespritzt werden, zu den einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A, die sich vereinen, um ein vereinigtes Sprühgebilde bzw. Koaleszenzsprühgebilde 40 auf der stromabwärts gelegenen Seite auszubilden. Ein Strahl 32, der einen ovalen Querschnitt aufweist, der von der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B eingespritzt wird, wird zu einem Wandlungssprühstrahl 32A mit Richtungen einer langen Achse und einer kurzen Achse, die sich aufgrund des Achsenwandlungsphänomens auf der stromabwärts gelegenen Seite ändern. Das Koaleszenzsprühgebilde 40 und er Wandlungssprühstrahl 32A bilden ein integriertes Sprühgebilde 50 unter Wirkung des Coandaeffekts aus.
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Bei dem Koaleszenzsprühgebilde 40 konvergiert ein Zentrum oder ein Schwerpunkt der Einspritzbetragsverteilung von jedem der vereinigten einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A zu einem Zentrum oder einem Schwerpunkt des Koaleszenzsprühgebildes 40.
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In 6A sind Schnittansichten der Strahlen 30 und 31, die von benachbarten Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A eingespritzt werden, Querschnitte, wenn ein Zusammenfallen zwischen den Strahlen 30 und 31 auftritt, die entlang der Linie E-E genommen sind.
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Ein Abstand zwischen den Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A und des Querschnitts E-E wird als eine Zusammenfalllänge a bezeichnet.
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Danach werden die Strahlen 30 und 31 entsprechend zu den einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A auf eine getrennte Weise. Anschließend geraten an einer Position, die sich von den Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A um den Abstand b entfernt befindet, Außenumfänge der zwei einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A in Kontakt miteinander (Querschnitt F-F). Der Abstand B von den Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A wird als ein Wechselwirkungsabstand bezeichnet.
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Die Einspritzbetragsverteilung des Kraftstoffs auf einer Ebene jedes der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A, die senkrecht auf der zentralen Achsenlinie jeder der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnungen 12A steht, kann beliebig festgelegt werden, um irgendeine Form anzunehmen, die von der Einspritzbetragsverteilung der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A abhängt, resultierend aus Merkmalen der Strahlen 30 und 31, beispielsweise eine ungefähr gleichförmige Verteilung, eine kegelförmige Gestalt (calderalike shape) oder eine konische Gestalt, welche am Zentrum ein Peak aufweist.
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Gleichzeitig geraten von einem Zustand, der als Querschnitte F-F dargestellt ist, die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A unter Wirkung des Coandaeffekts, der zwischen den zwei einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A aufgrund der Druckverteilung wirkt, näher aneinander, wodurch sie sich vereinen, wie es in dem Querschnitt G-G dargestellt ist. Anschließend wird eine Mitführung der Umgebungsluft um die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A bewirkt. Als Folge davon wird ein Luftstrom entlang der Richtung des stromabwärtsseitigen Stroms von einem bestimmten Abschnitt in den einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A induziert.
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Ein Niveau der Mitführung von Umgebungsluft ist nicht so hoch wie ein Niveau, bei dem die gesamte Form des Koaleszenzsprühgebildes 40, das durch Vereinigung der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A ausgebildet wird, stark geändert werden würde, aber befindet sich auf einem Niveau, das in 12(a) dargestellt ist, oder auf einem Niveau, das in 12(b) lediglich für Sprühmikropartikel dargestellt ist, die in Transactions of Japan Society of Mechanical Engineers (Series B), Vol. 62, No. 599, Seiten 2867 bis 2873, „Effekt of Ambient Gas Viscosity on the Structure of Diesel Fuel Spray", von Dan et al. beschrieben sind.
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Wenn die Bedingungen geeignet sind, Vereinigen sich die zwei einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A in dem Zustand des Koaleszenzsprühgebildes 40, dessen Querschnitt H-H in 6A dargestellt ist, noch weiter. Als Folge davon wird ein im Wesentlichen einzelnes geschlossenes (solid) Koaleszenzsprühgebilde 40 ausgebildet.
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In 6B sind Zustände der Mitführung der Umgebungsluft mittels einer großen Anzahl von spiralförmigen Pfeilen 60 auf eine übertriebene Weise zum besseren Verständnis dargestellt.
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Folglich stellen der Betrag und die Anzahl der spiralförmigen Pfeile 60 nicht den tatsächlichen Zustand der Mitführung von Umgebungsluft dar.
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Ein Luftstrom V entlang der Richtung des stromabwärts gerichteten Stroms von der bestimmen Position wird in den Sprühgebilden induziert.
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Als Folge davon nähert sich die Einspritzbetragsverteilung allmählich einem Peak an, ungefähr am Zentrum, wie es auf der rechten Seite der 6B dargestellt ist, speziell als Querschnitte F1-F1, G1a-G1a, G1b-G1b und H1-H1 dargestellt.
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Auf der anderen Seite, wenn ein Zusammenbruch in dem Strahl 32, der von der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B eingespritzt wird, auftritt, weist der Wandlungssprühstrahl 32A eine Querschnittsform auf, wie es in 7B dargestellt ist, die entlang der Linie E-E, die in 7A dargestellt ist, genommen ist.
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Der Strahl 32 wird zu dem individuellen bzw. gesonderten Wandlungsstrahl 32A. Wie es aus der 7B ersichtlich ist, wird der Wandlungsstrahl 32A, der den ovalen Querschnitt aufweist, so vorgesehen, dass dieser einem Paar von einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A, die entlang einer langen Achse des Querschnitts des Wandlungsstrahls 32A vorgesehen sind, gegenüberliegt.
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Danach weist der Wandlungsstrahl 32A einen sich etwas vergrößernden Querschnitt (sowohl entlang der Richtung der langen Achse als auch der Richtung der kurzen Achse) auf, während dieser dem Koaleszenzprühgebilde 40, das durch Vereinigung der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A ausgebildet wird, gegenüberliegt. Der Sprühstrahl 32A behält eine Strömungsrichtung ungefähr unmittelbar unterhalb der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B und strömt dann direkt zur stromabwärts gelegenen Seite.
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Anschließend, zu einer Zeit, bei der die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A sich weiter vereinen und der Coandaeffekt schwächer wird, beginnt die Verformung des Wandlungssprühstrahls 32A mit Änderungen sowohl entlang der Richtung der langen Achse als auch der Richtung der kurzen Achse (Querschnitt J-J).
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In dem Fall, in dem die Verformung des Wandlungssprühstrahls 32A mit Änderungen sowohl entlang der Richtung der langen Achse als auch entlang der Richtung der kurzen Achse auftritt, wird ein Abstand zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und den einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A kürzer, wenn der Coandaeffekt zwischen den einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A noch stark ist, bevor die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A sich wesentlich vereint haben. Als Folge davon werden der Wandlungssprühstrahl 32A und die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A schnell miteinander integriert.
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Weiter zur stromabwärts gelegenen Seite, das heißt, von dem Zustand, der als Querschnitt J-J dargestellt ist, zum Zustand, der als Querschnitt K-K dargestellt ist, fährt die Verformung des Wandlungssprühstrahls 32A mit Änderung sowohl entlang der Richtung der langen Achse als auch der Richtung der kurzen Achse fort. Der Wandlungssprühstrahl 32A und das Koaleszenzsprühgebilde 40, das durch die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A ausgebildet wird, geraten näher aneinander.
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Das oben dargelegte Phänomen tritt aus dem folgenden Grund auf. Ein Raum zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und dem Koaleszenzsprühgebilde 40 wird durch die Änderung entlang der Richtung der langen Achse und der Richtung der kurzen Achse des Wandlungssprühstrahls 32A kleiner (die ursprüngliche Richtung der langen Achse wird jetzt zur Richtung der kurzen Achse). Mit Verkleinerung des Raums tritt der Coandaeffekt zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und dem Koaleszenzsprühgebilde 40 auf.
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Anschließend, wie es als Querschnitt L-L dargestellt ist, verformen sich (bewegen sich) ein Endabschnitt des Wandlungssprühstrahls 32A und ein Endabschnitt des Koaleszenzsprühgebildes 40, die einander gegenüberliegen, wodurch diese miteinander wechselwirken.
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Als Folge davon, wie es als Querschnitt M-M dargestellt ist, können zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Kraftstoffeinspritzung und in einem bestimmten Abstand entfernt von der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnung 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B wechselseitige Wirkungen des Wandlungssprühstrahls 32A und des Koaleszenzsprühgebildes 40 auf ein bestimmtes Niveau eingestellt bzw. festgelegt werden, gemäß den Spezifikationen des integrierten Sprühgebildes 50. Als Folge davon wird an einer Position, die als Querschnitt M-M dargestellt ist, der Freiheitsgrad beim Festlegen bzw. Einstellen der Form, der Durchdringungskraft und der Einspritzbetragsverteilung des integrierten Sprühgebildes 50 verbessert.
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Als Folge der Verformung des Wandlungssprühstrahls 32A mit einer Änderung sowohl entlang der Richtung der langen Achse als auch der Richtung der kurzen Achse, fährt ein Austausch des Momentums zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und der Umgebungsluft weiter fort, wodurch die Durchdringungskraft verringert wird. Folglich wird durch die Wechselwirkung des Koaleszenzsprühgebildes 40 auch die Durchdringungskraft des Koaleszenzsprühgebildes 40 vermindert bzw. unterdrückt.
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Somit erstreckt sich in dem Fall des alleinigen Koaleszenzsprühgebildes 40 ein entferntes Ende des Koaleszenzsprühgebildes 40 so, wie es mit einer imaginären Linie W in 7A dargestellt ist. Auf der anderen Seite verkürzt sich das entfernte Ende des Koaleszenzsprühgebildes 40 aufgrund der Wechselwirkung mit dem Wandlungssprühstrahl 32A in dieser Ausführung. Ferner verringert sich als Resultat der Unterdrückung der Durchdringungskraft des Koaleszenzsprühgebildes 40 der Coandaeffekt in dem Koaleszenzsprühgebilde 40, sodass dieser nicht länger wirkt.
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Ferner verringert sich die Durchdringungskraft des Wandlungssprühstrahls 32A, wodurch sich eine starke Mischung mit der Umgebungsluft entwickelt. Als eine Folge verbessert sich die Atomisierung des Wandlungssprühstrahls 32A. Folglich wird eine Differenz zwischen einem Niveau der Atomisierung des Wandlungssprühstrahls 32A und dem des Koaleszenzsprühgebildes 40 kleiner.
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Speziell kann an einer bestimmen Position, die bezüglich der Koaleszenzsprühstrahl-Einbringöffnung 12A und der Wandlungssprühstrahl-Einbringöffnung 12B stromabwärts in einem bestimmten Abstand entfernt liegt, das integrierte Sprühgebilde 50 mit einer asymmetrischen Form, welche eine relativ nahezu gleichförmige Struktur aufweist, ausgebildet werden.
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Die Ausübung des Coandaeffekts zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und dem Koaleszenzsprühgebilde 40 kann, bevor sich die Richtung der langen Achse und die Richtung der kurzen Achse des Wandlungssprühstrahls 32A ändern, um den Wandlungssprühstrahl 32A zu verformen, zuverlässig durch Anwenden des folgenden Verfahrens unterdrückt werden.
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Speziell sollte eines der folgenden Verfahren angewendet werden, an einer Position, die sich um den gleichen Abstand entfern von der Koaleszenzsprühstrahl-Einbringöffnung 12A und der Wandlungssprühstrahl-Einbringöffnung 12B in der Hauptströmungsrichtung befindet. Genauer gesagt besteht eines der Verfahren darin, einen mittleren Partikeldurchmesser des Wandlungssprühstrahls 32A größer als den des Koaleszenzsprühgebildes 40 festzulegen. Ein weiteres Verfahren besteht darin, eine Zerfallslänge des Wandlungssprühstrahls 32A länger als die jedes der einzelnen Sprühstahlen 30A und 31A, welche das Koaleszenzsprühgebilde 40 ausbilden, festzulegen. noch ein weiteres Verfahren besteht darin, die Durchdringungskraft des Wandlungssprühstrahls 32A größer als die des Koaleszenzsprühgebildes 40 festzulegen.
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Für die Realisierung der oben dargelegten Verfahren können unterschiedliche Niveaus der zusammengezogenen Ströme unter Verwendung beispielsweise einer Differenz zwischen den Gestalten bzw. Formen der Koaleszenzsprühstrahl-Einbringöffnung 12A und der Wandlungssprühstrahl-Einbringöffnung 12B verwendet werden.
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Ferner kann durch Einstellen der Einspritzbeträge, der Querschnitte, der Einspritzrichtungen und der Atomisierungsniveaus des Wandlungsstrahls 32A und des Koaleszenzsprühstrahls 40 eine Sprührichtung relativ zur vorherigen Sprührichtung geändert werden, nachdem sich der Wandlungssprühstrahl 32A und der Koaleszenzsprühstrahl 40 unter Wirkung des Coandaeffekts vereinigt haben, um zu dem integrierten Sprühgebilde 50 zu werden.
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Ferner, selbst nachdem der Wandlungssprühstrahl 32A und der Koaleszenzsprühstrahl 40 als integriertes Sprühgebilde 50 integriert sind, wodurch das Momentum des Sprühgebildes signifikant verringert wird, kann die Richtung des Stroms des integrierten Sprühgebildes 50 entlang einer Krümmung geändert werden.
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Zusammenfassend werden die oben dargelegte Strömungsrichtung und Änderung der Form des integrierten Sprühgebildes 50 durch eine Verteilung des Momentums in dem integrierten Strömungsgebilde 50 bestimmt.
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In der ersten Ausführungsform wird der Wandlungssprühstrahl 32A mit dem ovalen Querschnitt, der andere Charakteristika als die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A, welche den Koaleszenzsprühstrahl 40 ausbilden, aufweist, verwendet, um den Freiheitsgrad der Charakteristika des Koaleszenzsprühstrahls 40 bereitzustellen, wie beispielsweise Sprühform, Durchdringungskraft, Einspritzbetragsverteilung und Sprührichtung, während die Charakteristika des kompakten Koaleszenzsprühgebildes 40, wie es in den 6A und 6B dargestellt ist, beibehalten werden.
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Genauer gesagt wird auf der stromabwärts gelegenen Seite des Koaleszenzsprühstrahls 40, wo der Coandaeffekt schwächer wird, der Wandlungssprühstrahl 32A mit der ovalen Querschnittsform, der um einen geringen Abstand von dem Koaleszenzsprühstrahl 40 entfernt positioniert ist, mit der Änderung der Richtung der langen Achse und der Richtung der kurzen Achse aufgrund des Achsenwandlungsphänomens verformt. Als Folge davon wirken der Wandlungssprühstrahl 32A und der Koaleszenzsprühstrahl 40 miteinander, was ein integriertes Sprühgebilde 40 zur Folge hat, das einen hohen Freiheitsgrad aufweist, der die gewünschten Charakteristika (Sprühform, Durchdringungskraft, Einspritzbetragsverteilung, Sprührichtung und dergleichen) erhält.
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Um das gewünschte integrierte Sprühgebilde 50 zu erhalten, sollten eine Zeit bzw. ein Timing, bei der der Wandlungssprühstrahl 32A und der Koaleszenzsprühstrahl 40 beginnen, miteinander zu bewirken, das heißt, eine Zeit, bei der die Richtung der langen Achse und die Richtung der kurzen Achse des Wandlungssprühstrahls 32A beginnen, sich zu ändern, und eine Zeit, bei der der Coandaeffekt in dem Koaleszenzsprühstrahl 40 beginnt, sich abzuschwächen (Querschnitt J-J, der in den 7A und 7B dargestellt ist), in Synchronisation gebracht werden.
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Ferner sollten die Formen der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnung 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B und der Abstand, die Differenz der Durchdringungskraft und eine Differenz der Streuung zwischen dem Wandlungssprühstrahl 32A und dem Koaleszenzsprühstrahl 40 eingestellt werden.
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In dem Fall der Saugrohreinspritzung (port injection) ist eine Dichte der Anzahl der Sprühpartikel auf der stromabwärts gelegenen Seite an der Zerfallslänge a entfernt von der Einspritzöffnung deutlich kleiner als die eines Benzin-zylinderinternen Einspritzsprühgebildes oder eines Dieselsprühgebildes (ungefähr 1/10 der des Benzinzylinderinternen Einspritzsprühgebildes oder kleiner und ungefähr 1/100 der des Dieselsprühgebildes oder kleiner). Die Sprühpartikel bewegen sich im Wesentlichen in derselben Richtung mit derselben Geschwindigkeit. Folglich kann angenommen werden, dass eine Kollision und Integration zwischen den Partikeln kaum auftritt.
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Ferner kann bei einem Niveau eines Kraftstoffdrucks von 0,3 MPa in dem Fall der Saugrohreinspritzung angenommen werden, dass ein Zusammenfallen des einzelnen Partikels nicht auftritt.
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Wie es oben beschrieben ist vereinigen sich gemäß dem Kraftstoffeinspritzventil 1 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Koaleszenzsprühgebilde 40, bevor die Einspritzbetragsverteilung der vereinigten einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A das Zentrum des Koaleszenzsprühgebildes 40 erreicht, und der Wandlungssprühstrahl 32A, der von der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B eingespritzt wird, unter Wirkung des Coandaeffekts, um das integrierte Sprühgebilde 50 auszubilden.
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Folglich kann wenigstens ein Teil der Sprühform, der Durchdringungskraft, der Einspritzbetragsverteilung und der Sprührichtung, die durch das Koaleszenzsprühgebilde, das durch ein allgemeines Sprühgebilde aus mehreren Einspritzöffnungen ausgebildet wird, nicht erhalten werden können, realisiert werden, während ein kompaktes atomisiertes Sprühgebilde aus mehreren Einspritzöffnungen mit dem Koaleszenzsprühgebilde 40 realisiert wird. Als Folge davon kann der Freiheitsgrad der Gestaltung von Sprühspezifikationen deutlich verbessert werden.
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Auf diese Weise kann die Kollision des integrierten Sprühgebildes 50 gegen das Einlassventil und die Wandoberfläche des Ansaugkanals auf der stromabwärts gelegenen Seite stark unterdrückt werden, verglichen mit den herkömmlichen Fällen.
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In dem Fall, in dem die Kollision des integrierten Sprühgebildes 50 gegen das Einlassventil bzw. Ansaugventil und die Wandfläche des Ansaugkanals nicht nur durch Änderung der Form des integrierten Sprühgebildes 50 vermieden werden kann, kann die Richtung des integrierten Sprühgebildes 50 unter Verwendung der Momentum-Verteilung des integrierten Sprühgebildes 50 in der Mitte geändert werden.
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Ferner können die Form, die Durchdringungskraft, die Einspritzbetragsverteilung und die Richtung des integrierten Sprühgebildes 50 so festgelegt werden, dass die Ausbildung einer homogenen Luft/Kraftstoff-Mischung gemäß einem Luftstrom in dem Ansaugkanal in einem Zustand, in dem das Ansaugventil geschlossen ist, beschleunigt wird.
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Ferner kann beispielsweise während des Einspritzens in einem Ansaughub das integrierte Sprühgebilde 50 einfacher einem Ansaugluftfluss folgen, der durch das Ansaugventil in einen Zylinder strömt, und folglich kann dieses in den Zylinder strömen, ohne Wechselwirkung mit dem Ansaugventil und der Wandfläche des Ansaugkanals in der Umgebung davon. Als Folge davon kann eine Verbesserung der Ladeeffizienz durch einen Ansaugluft-Kühleffekt in dem Zylinder realisiert werden.
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Selbst in diesem Fall kann eine Wechselwirkung mit dem Ansaugventil und der Wandfläche des Ansaugkanals in der Umgebung davon nicht nur durch Ändern der Form des integrierten Sprühgebildes 50 und dergleichen vermieden werden, wobei die oben dargelegte Einstellung so vorgenommen wird, dass die Richtung des integrierten Sprühgebildes 50 sich in der Mitte ändert. Als Folge davon kann das integrierte Sprühgebilde 50 dem Ansaugluftfluss folgen.
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Somit wird durch Steuern der Durchdringungskraft ohne Aufweiten des Winkels der einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A der Freiheitsgrad des gesamten Einspritzsystems erhöht. Ferner wird die Motorleistung verbessert.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird ein Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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8A und 8B sind Diagramme, welche das Verhalten des Koaleszenzsprühgebildes 40 und des Wandlungssprühstrahls bzw. Wandlungssprühgebildes 32A darstellen, welche in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der zweiten Ausführungsform miteinander wechselwirken.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform weisen die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A, die dem Wandlungssprühstrahl 32A gegenüberliegen, die ovale Schnittform auf, die entlang und gegenüber der kurzen Achse des Wandlungssprühstrahls 32A unmittelbar unterhalb der Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnung 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B vorgesehen sind, wie es in 8B dargestellt ist.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass die einzelnen Sprühstrahlen 30A und 31A entlang und gegenüber der langen Achse des Wandlungssprühstrahls 32A, der die ovale Querschnittsform aufweist, unmittelbar unter den Koaleszenzsprühstrahl-Einspritzöffnung 12A und der Wandlungssprühstahl-Einspritzöffnung 12B in der ersten Ausführungsform angeordnet sind.
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Der restliche Aufbau ist gleich dem des Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Ferner sind die Funktionen und Wirkungen des Kraftstoffeinspritzventils 1 gleich denen des Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
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Dritte Ausführungsform
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9 stellt ein Koaleszenzsprühgebilde 40, das mittels vier einzelner Sprühstrahlen 30A, 30A‘, 31A und 31A‘ ausgebildet wird, dar.
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Selbst in diesem Fall kann im Wesentlichen dasselbe Sprühverhalten wie in der ersten und zweiten Ausführungsform realisiert werden. Wenn die einzelnen Sprühstrahlen 30A, 30A‘, 31A und 31A‘ so angeordnet sind, wie es in 9 dargestellt ist, kann eine Länge des integrierten Sprühgebildes 50 in einer vertikalen Richtung der 9 vergrößert werden, im Vergleich mit der des integrierten Sprühgebildes 50 der ersten Ausführungsform.
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Wie es oben beschrieben ist, können durch verschiedenartige Kombination der Charakteristika (Schnittform, Einspritzmenge, Niveau des Partikeldurchmessers, Durchdringungskraft und dergleichen) und Anordnungen der einzelnen Sprühstrahlen 30A, 30A‘, 31A und 31A‘, welche das Koaleszenzsprühgebilde 40 ausbilden, die Charakteristika (Schnittform, Einspritzmenge, Niveau des Partikeldurchmessers, Durchdringungskraft und dergleichen) des Koaleszenzsprühgebildes 50 verschiedenartig eingestellt bzw. festgelegt werden.
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Um die oben dargelegte Einstellung bzw. Festlegung zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass die Charakteristika des Koaleszenzsprühgebildes 40 auf die folgende Weise selektiv sind. Speziell wird vermieden, dass die Einspritzbetragsverteilung des Koaleszenzsprühgebildes 40 den Grad der Konzentration derselben vergrößert, sodass sich eine konische Verteilung entwickelt, welche einen Peak am Zentrum aufweist, sodass die einzelnen Sprühstrahlen 30A, 30A‘, 31A und 31A‘, welche das Koaleszenzsprühgebilde 40 ausbilden, voneinander unterschieden bzw. identifiziert werden können.
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Selbst für den Wandlungssprühstrahl 32A ändern sich die Richtung der langen Achse und die Richtung der kurzen Achse auf der entsprechenden Ebene aufgrund des Achsenwandlungsphänomens unter den bestimmten Bedingungen. In dem Bereich, in dem der Querschnitt des Wandlungssprühstrahls 32A verformt werden kann, weist die Festlegung der Schnittform den Freiheitsgrad auf.
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Die Form und die Anordnung des integrierten Sprühgebildes 50, das heißt, die Verteilung des Momentums und der Richtung können festgelegt werden, wenn das individuelle Koaleszenzsprühgebilde 40 durch Kombination der oben dargelegten Elemente ausgebildet wird.
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Folglich kann die Änderung der Sprührichtung des integrierten Sprühgebildes 50 in der Umgebung der Position beginnen, die als Querschnitt M-M dargestellt ist. Wenn die Verteilung des Momentums und die Änderung der Richtung selbst auf der stromabwärts gelegenen Seite des Querschnitts M-M, wo das integrierte Sprühgebilde 50 ausgebildet wird, fortfahren, kann sich die Sprührichtung kontinuierlich ändern, wodurch eine Krümmung der Sprührichtung erzielt wird.
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Es ist ersichtlich, dass die Anzahl der einzelnen Sprühstrahlen 30A, 30A‘, 31A und 31A‘, welche das Koaleszenzsprühgebilde 40 ausbilden, nicht beschränkt ist.
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Ferner ist die Anzahl und Anordnung des Wandlungssprühstrahls 32A, das den ovalen Querschnitt aufweist, nicht beschränkt.
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Vierte Ausführungsform
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10 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem das Kraftstoffeinspritzventil 1, das den oben dargelegten Aufbau aufweist, an einem Drosselkörper 21 eines Ansaugkanals 20 angebracht ist.
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In diesem Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 bezüglich eines Drosselventils 22 stromabwärts vorgesehen. Ein entfernter Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist so ausgerichtet, um den Kraftstoff zur stromaufwärts gelegenen Seite des Ansaugluftstroms einzuspritzen.
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Das Koaleszenzsprühgebilde 40 und der Wandlungssprühstrahl 32A, die durch die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erzeugt werden, werden schließlich zum integrierten Sprühgebilde 50. Die Durchdringungskraft des integrierten Sprühgebildes 50 verringert sich plötzlich, unmittelbar bevor dieses das Drosselventil 22 und die Wandfläche des Drosselkörpers 21 erreicht.
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Folglich kann nach der Einspritzung des Kraftstoffs zur stromaufwärts gelegenen Seite eine räumliche Eingrenzung zum Ermöglichen der Erzeugung des Luft/Kraftstoff-Gemischs aus Kraftstoff und Luft, das heißt, eine räumliche Eingrenzung zwischen dem Ansaugventil 23 und dem integrierten Sprühgebilde 50, bereitgestellt werden.
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Als Folge davon, wenn der Kraftstoff in einer Richtung zur stromabwärts gelegenen Seite des Ansaugluftstroms eingespritzt werden kann, wenn eine Länge des Ansaugkanals 20 außerordentlich kurz ist, wird die Einspritzbetragsverteilung zwischen den Zylindern unausgeglichen oder eine Rate der Anhaftung des Sprühgebildes an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20 erhöht sich, was eine Verschlechterung des Zustands des Luft/Kraftstoff-Gemischs oder keine Verbesserung der Motorleistung zur Folge hat.
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11 ist ein Aufbaudiagramm, das ein Beispiel darstellt, in dem das oben dargelegte Kraftstoffeinspritzventil 1 an einem Ansaugleitungs-Sammelteil 25 der Ansaugleitung 20 angebracht ist, und 12 ist eine Draufsicht der 11.
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In diesem Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 an dem Ansaugleitungs-Sammelteil 25 angebracht. Eine stromabwärts gelegene Seite des Ansaugleitungs-Sammelteil 25 ist mit einem Gabelabschnitt 26 verbunden. Das Ansaugventil 23 ist an dem Gabelabschnitt 26 angebracht. Der entfernte Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist so ausgerichtet, dass der Kraftstoff zu den entsprechenden Ansaugventilen 23 eingespritzt wird.
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Das Koaleszenzsprühgebilde 40 und der Wandlungssprühstrahl 32A, die durch die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erzeugt werden, werden schließlich zum integrierten Sprühgebilde 50. Wie es oben beschrieben ist, wird die Durchdringungskraft des integrierten Sprühgebildes 50 plötzlich unmittelbar vor Erreichen des Ansaugventils 23 und der Innenwandfläche des Gabelabschnitts 26 vermindert bzw. unterdrückt.
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Ferner vereinigen sich die Sprühgebilde unter Wirkung des Coandaeffekts zwischen dem Koaleszenzsprühgebilde 40 und dem Wandlungssprühstrahl 32A. Folglich kann vermieden werden, dass das Sprühgebilde direkt an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20 anhaftet, wie es mit einer gestrichelten Linie in 12 dargestellt ist.
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Ferner, wie es aus den 11 und 12 hervorgeht, weist das integrierte Sprühgebilde eine solche Form auf, dass das integrierte Sprühgebilde 50 nicht direkt mit der Innenwandfläche des Gabelabschnitts 26 und der Ansaugventile 23 wechselwirkt.
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Wie es oben beschrieben ist, ist in diesem Beispiel lediglich ein Kraftstoffeinspritzventil 1 an dem Ansaugleitungs-Sammelteil 25 vorgesehen. Auf diese Weise kann ein Sprühgebilde mit einem großen Winkel ausgebildet werden, während die Anhaftung des Sprühgebildes an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20 unterdrückt wird, was die Umgebung der Ansaugventile 23 der entsprechenden Zylinder abdeckt bzw. einschließt, und die Durchdringungskraft des integrierten Sprühgebildes 50 in der Umgebung der Ansaugventile 23 vermindert bzw. unterdrückt wird.
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Das oben dargelegte System, das lediglich ein Kraftstoffeinspritzventil 1 für einen Mehrzylindermotor verwendet (sogenannte „Ein-Punkt-Einspritzung“), verringert die Kosten des Motors und ist folglich sehr nützlich.
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Speziell werden gegenwärtig verwendete Vergaser mehr und mehr durch das Kraftstoffeinspritzsystem in Nutzmotoren und kleinen Motoren ausgetauscht. Allerdings ist es schwierig, Kosten zu verringern. Folglich ist die Verwendung der Ein-Punkt-Einspritzung, die in den 11 und 12 dargestellt ist, äußerst nützlich.
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13 ist ein Aufbaudiagramm, das ein weiteres Beispiel zeigt, bei dem das oben dargelegte Kraftstoffeinspritzventil 1 an dem Ansaugleitungs-Sammelteil 25 des Ansaugkanals 20 angebracht ist, und 14 ist eine Draufsicht der 13.
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Selbst in diesem Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 an dem Ansaugkanal 20 angebracht, sodass der entfernte Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 zu dem Ansaugventilen 32 ausgerichtet ist.
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Das Koaleszenzsprühgebilde 40 und der Wandlungssprühstrahl 32A, die durch die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erzeugt werden, werden schließlich zum integrierten Sprühgebilde 50. Wie es oben beschrieben ist, weist die Richtung der Ausrichtung des integrierten Sprühgebildes 50 eine Krümmung auf, sodass eine direkte Kollision des integrierten Sprühgebildes 50 gegen die Wandfläche des Ansaugkanals 20 vermieden wird.
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Ferner vereinigen sich die Sprühgebilde unter Wirkung des Coandaeffekts zwischen dem Koaleszenzsprühgebilde 40 und dem Wandlungssprühstrahl 32A. Folglich kann vermieden werden, dass das Sprühgebilde an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20 direkt anhaftet, wie es mittels einer gestrichelten Linie in 14 dargestellt ist.
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Wie es oben beschrieben ist, kann in dem Ansaugkanal 20 in der Umgebung des Ansaugventils 23, der eine sogenannte irreguläre dreidimensionale Schnittform bezüglich eines normalen Fluiddurchgangs aufweist, die direkte Anhaftung des Kraftstoffsprühgebildes an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20 unterdrückt werden.
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Die 11 bis 14 stellen Beispiele dar, in denen ein Ansaugventil 23 für jeden Zylinder vorgesehen ist und ein einzelnes Kraftstoffansaugventil 1 für zwei Zylinder vorgesehen ist. Allerdings ist die vorliegende Erfindung auch für ein Beispiel anwendbar, in dem zwei Ansaugventile 23 für jeden Zylinder vorgesehen sind und ein einzelnes Kraftstoffeinspritzventil 1 für einen Zylinder verwendet wird.
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In dem Fall eines Benzinmotors, der zwei Ansaugventile 23 aufweist, wird, wenn zwei integrierte Sprühgebilde, die jeweils den Ansaugventilen 23 entsprechen, ausgebildet sind, der Freiheitsgrad bezüglich der Gestaltung jedes der zwei Sprühgebilde deutlich verbessert.
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Nach der Verbesserung des Freiheitsgrads der Gestaltung bzw. des Designs sollten die Spezifikationen des integrierten Sprühgebildes 50, wie beispielsweise die Unterdrückung der Anhaftung des Sprühgebildes an der Innenwandfläche des Ansaugkanals 20, die Ausbildung eines homogenen Luft/Kraftstoff-Gemischs durch Anpassen des Sprühgebildes und des Luftflusses und die Zylinderdirekteinspritzung durch das Sprühgebilde, das dem Ansaugluftfluss folg, gemäß einem Zweck bestimmt werden.
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In den oben dargelegten Ausführungsformen sind das Ein-Sprühgebilde-Muster, das in 10 dargestellt ist, und die Doppel-Sprühgebilde-Muster, die in den 11 bis 14 dargestellt sind, beschrieben. Allerdings können verschiedene Spezifikationen, wie beispielsweise Mehrfach-Sprühgebilde-Muster, welche ein Trippel-Sprühgebilde-Muster oder die Kombination der integrierten Sprühgebilde 50, die verschiedene Formen aufweisen, enthalten, realisiert werden.
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Das elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil wurde als Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß jeder der Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass andere Systeme als Antriebsquelle verwendet werden können. Speziell können ein piezoelektrisches Kraftstoffeinspritzventil oder ein mechanisches Kraftstoffeinspritzventil verwendet werden. Ferner ist auch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung für ein kontinuierliches Einspritzventil anstelle eines zeitlich gesteuerten Einspritzventils anwendbar ist.
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Die vorliegende Erfindung deckt einen großen Bereich von Verwendungsvorschlägen und erforderlichen Funktionen ab, die sich vom Kraftstoffeinspritzventil 1 unterscheiden, wie beispielsweise verschiedene Sprühgebilde, die verwendbar sind für: die allgemeine Industrie, in der landwirtschaftlichen Industrie, bei Ausstattungen, Heimverwendung und persönliche Verwendung, für die Zwecke des Anstreichens und Beschichtens, Pestizidsprühung, Reinigung, Befeuchtung, Verwendung für Sprinkleranlagen, antiseptisches Sprühen und Kühlen.
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Folglich kann ungeachtet der Antriebsquelle, der Düsenform und des Sprühfluids eine nicht-herkömmliche Sprühform realisiert werden, durch Einbeziehen des Fluideinspritzventils der vorliegenden Erfindung in die Sprühgeneratoren, die oben beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2005-207236 [0003, 0005, 0007, 0008, 0011, 0011]
- JP 2000-104647 [0004, 0009, 0010, 0011, 0011]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part II), Vol. 25, Nummer 156, Seiten 820 bis 826, „Studies on the Penetration of Fuel Spray of Diesel Engine“, von Wakuri et al. [0076]
- The Japan Society of Mechanical Engineers (Series B), Vol. 55, No. 514, Seiten 1542 bis 1545, “A Study of the Vortical Structures of Noncircular Jets”, von Toyoda et al. [0079]
- ILASS-Europe 2010, “An experimental investigation of discharge coefficient and cavitation length in the elliptical nozzles” (Sung Ryoul Kim) [0080]
- Seisan Kenkyu Vol. 50 No. 1, Seiten 69 bis 72, “Numerical Simulation of Complex Turbulent Jets: Origin of Axis-Switching” (Ayodeji O. DEMUREN) [0081]
- “Jet flow engineering”, MORIKITA PUBLISHING Co., Ltd, Seiten 41 bis 42 [0082]
- Transactions of Japan Society of Mechanical Engineers (Series B), Vol. 62, No. 599, Seiten 2867 bis 2873, „Effekt of Ambient Gas Viscosity on the Structure of Diesel Fuel Spray“, von Dan et al. [0094]
