DE102014103915A1

DE102014103915A1 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE102014103915A1
Application number: DE201410103915
Authority: DE
Inventors: Hiroki Watanabe; Tomohiro Hayashi; Nobuhisa Kakehashi; Jun Kondo; Kazufumi SERIZAWA; Masamitsu Saito; Hiroki Tanada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2014-10-02
Also published as: JP2014196703A; JP6100584B2

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzdüse weist einen Ventilsitz (10), ein Kontaktteil (13), ein Einspritzloch (11) und eine Mehrzahl von kegelstumpfförmigen Oberflächen (21a, 21b) auf. Ein Winkel (θ2) zwischen einer Erzeugenden (50) von Einer der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21a) und der Achse (α) der Nadel (2) ist kleiner als ein Winkel (θ1) zwischen einer Erzeugenden (52) einer Anderen der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21b), die von dem Spitzenende (21d) der Nadel (2) weiter weg als die Eine der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21b) positioniert ist. Das Spitzenende (21d) der Nadel (2) ist näher zu dem Spitzenende (3a) des Düsenkörpers (3) als zu dem Einlass (11a) des Einspritzlochs (11) in der Axialrichtung des Düsenkörpers (3) positioniert, wenn sich die Nadel (2) in einer maximalen Hubposition befindet.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff.
Ein Kraftstoffeinspritzventil zum Zuführen von Kraftstoff zu einer internen Verbrennungsmaschine ist aus dem Stand der Technik bekannt. Solch ein Kraftstoffeinspritzventil kann eine Kraftstoffeinspritzdüse (nachstehend als „Düse” bezeichnet) zum Einspritzen des Kraftstoffs und einen Aktuator zum Öffnen und Schließen der Düse aufweisen. Die Düse kann einen zylindrischen Düsenkörper und eine Nadel beinhalten, welche in einer Axialrichtung gleitend innerhalb des Düsenkörpers eingehaust ist. Eine Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil wird durch die Bewegung der Düse (Nadel) in dem Düsenkörper in Axialrichtung gestartet und beendet.
Ein Ventilsitz ist an einer inneren Wand des Düsenkörpers ausgebildet und ein Kontaktteil ist an der Nadel in der Nähe zu einem Spitzenende dessen ausgebildet. Das Kontaktteil sitzt auf dem Ventilsitz auf bzw. schlägt an dieses an und trennt sich von dem diesem, um die Düse zu öffnen und zu schließen. Eine Mehrzahl von Einspritzlöchern ist an der inneren Wand des Düsenkörpers näher zu einem Spitzenende des Düsenkörpers als zu dem Ventilsitz ausgebildet. Der Kraftstoff in dem Düsenkörper wird durch die Einspritzlöcher zu einem Äußeren des Düsenkörpers ausgestoßen oder abgegeben bzw. dosiert, wenn sich das Kontaktteil von dem Ventilsitz trennt.
Für eine Kraftstoffeinspritzdüse ist es ideal, ein konsistentes Sprühmuster bzw. Sprühbild beizubehalten. Insbesondere ist es ideal eine konsistente Penetrationskraft des Sprays bzw. des Kraftstoffnebels beizubehalten, welche die Fähigkeit des Sprays ist, einen Raum zu penetrieren bzw. zu durchdringen. Es ist ebenso wichtig, die Menge des Kraftstoffs, die durch jedes der jeweiligen Einspritzlöcher eingespritzt wird, beizubehalten. Außerdem ist es ebenso erforderlich, dass die Menge des Kraftstoffs, die eingespritzt wird, für eine gleiche Einspritzbedingung bzw. für einen gleichen Einspritzzustand die gleiche ist. Um die Konsistenz des Sprühmusters zu erhalten ist eine Sackkammer innerhalb des Düsenkörpers ausgebildet. Die Sackkammer kann ein Raum mit einer gegebenen bzw. vorgegebenen Kapazität sein, der zwischen einem spitzen Ende des Düsenkörpers und dem Ventilsitz definiert ist. Das Einspritzloch ist derart ausgebildet, dass sich dieses in die Sackkammer öffnet. Der Kraftstoff fließt in die Sackkammer durch einen Raum zwischen dem Kontaktteil und dem Ventilsitz und wird dann durch das Einspritzloch eingespritzt.
Zusätzlich zu dem vorhergehend Gesagten ist es ebenso bevorzugt, eine Sackkammer mit einer Kapazität vorzusehen, die so klein wie möglich ist, da, nachdem die Kraftstoffeinspritzdüse geschlossen wurde, der Kraftstoff, der in der Sackkammer und in dem Einspritzloch verbleibt, eine Quelle sein kann, die nicht verbranntes Gas (HC) erzeugt.
Außerdem, wenn ein Raum zwischen einem Einlass des Einspritzlochs und ein Spitzenende des Düsenkörpers in der Sackkammer groß ist, so wie dies beispielsweise in dem Patentdokument 1 ( JP H08-144895 A ) beschrieben ist, wird ein Kraftstofffluss in der Nähe zu dem Einlass des Einspritzlochs durch einen drallbehafteten Fluss bzw. einen verwirbelten Fluss beeinflusst, welcher in der Sackkammer erzeugt wird, wenn sich die Nadel in der maximalen Hubposition befindet. Wenn der Kraftstofffluss durch den verwirbelten Fluss beeinflusst wird, kann die Penetrationskraft bzw. die Eindringkraft des Sprays verringert sein, und der Effekt einer Rauchverminderung kann im Ergebnis verschlechtert sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in eine interne Verbrennungsmaschine vorzusehen, die dazu geeignet ist, sowohl eine Verringerung der Sackkammerkapazität als auch eine Verbesserung der Penetrationskraft des Sprays zur gleichen Zeit zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Kraftstoffeinspritzdüse einen zylindrischen Düsenkörper und eine Nadel.
Die Kraftstoffeinspritzdüse beinhaltet ferner einen Ventilsitz, ein Einspritzloch und eine Mehrzahl von kegelstumpfförmigen Oberflächen.
Ein Ventilsitz ist an einer inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers positioniert. Das Kontaktteil ist an der Nadel vorgesehen und derart konfiguriert, dass dieses auf dem Ventilsitz aufsitzt und sich von diesem trennt.
Das Einspritzloch erstreckt sich entlang einer Achse des Einspritzlochs und weist einen Einlass an der inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers auf, welcher näher zu einem Spitzenende des Düsenkörpers als zu dem Ventilsitz ist. Das Einspritzloch tritt durch den zylindrischen Düsenkörper hindurch, um es Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffpassage zu erlauben, durch das Einspritzloch zu einem äußeren des zylindrischen Düsenkörpers ausgestoßen zu werden, wenn das Kontaktteil der Nadel sich von dem Ventilsitz trennt.
Das Spitzenende der Nadel ist näher zu dem Spitzenende des zylindrischen Düsenkörpers als zu dem Einlass des Einspritzlochs in der Axialrichtung des zylindrischen Düsenkörpers positioniert, wenn sich die Nadel in einer maximalen Hubposition befindet, bei der ein Abstand zwischen dem Kontaktteil und dem Ventilsitz maximal wird.
Ein Winkel zwischen der Erzeugenden von einer der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen und der Achse der Nadel ist kleiner oder gleich einem Winkel zwischen der Erzeugenden einer anderen der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen, welche ferner weg bzw. weiter weg von dem Spitzenende der Nadel als die eine der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen positioniert ist.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Kapazität der Sackkammer reduziert werden, da das Spitzenende der Nadel tief in einen Raum zwischen dem Einlass des Einspritzlochs und dem Spitzenende des Düsenkörpers eintritt bzw. eindringt. Ferner, da der Raum in der Sackkammer zwischen dem Einlass des Einspritzlochs und dem Spitzenende des Düsenkörpers reduziert werden kann, ist es möglich die Erzeugung eines drallbehafteten bzw. verwirbelten Flusses zu unterdrücken.
Ferner kann die kegelstumpfförmige Oberfläche der Nadel die innere Wand (eine Sackwand) des Düsenkörpers annähernd bzw. fast erreichen, welche die Sackkammer definiert. Daher kann der Kraftstofffluss begradigt werden und zu dem Einlass des Einspritzlochs geleitet bzw. geführt werden, welches an der inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers ausgebildet ist, wenn der Kraftstoff durch einen Raum zwischen der Nadel und der Sackwand fließt. Im Ergebnis, sogar wenn in der Sackkammer der verwirbelte Fluss erzeugt wird, kann vermieden werden, dass der verwirbelte Fluss den Kraftstofffluss in der Nähe zu dem Einlass des Einspritzlochs beeinflusst, und auf diese Weise kann die Penetrationskraft des Sprays verbessert werden.
Das heißt, dass es möglich ist, sowohl eine Verringerung der Kapazität der Sackkammer als auch eine Verbesserung der Penetrationskraft des Sprays zur gleichen Zeit zu erzielen.
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und der beiliegenden Zeichnung verstanden werden.
Es zeigt/es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, welche eine Kraftstoffeinspritzdüse einer ersten Ausführungsform darstellt;
2 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse in einer Querschnittsebene in der ersten Ausführungsform darstellt;
3 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil einer Kraftstoffeinspritzdüse in einem Referenzbeispiel darstellt;
4 ein beispielhaftes Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs und von Effekten der Kraftstoffeinspritzdüse in der ersten Ausführungsform;
5 ein Diagramm, welches ein Vergleich der Penetrationskräfte der Sprays zwischen der ersten Ausführungsform und dem Referenzbeispiel zeigt;
6 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse in der Querschnittsebene der ersten Ausführungsform darstellt;
7 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse in einer Querschnittsebene eines Vergleichsbeispiels darstellt;
8 ein beispielhaftes Diagramm zum Beschreiben eines Betriebs und von Effekten der Kraftstoffeinspritzdüsen der ersten Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels;
9 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse in einer Querschnittsebene einer zweiten Ausführungsform darstellt; und
10 eine teilweise Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffeinspritzdüse in einer Querschnittsebene in einer Modifikation darstellt.
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend Bezugnehmend auf die 1 bis 8 beschrieben werden.
Bei den Ausführungsformen kann ein Teil, der/das einer Sache entspricht, die in einer vorausgegangenen Ausführungsform beschrieben wurde, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sein, und eine redundante Erläuterung dieses Teils kann weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben ist, kann eine andere nachfolgende Ausführungsform auf die anderen Teile der Konfiguration angewandt werden. Die Teile können kombiniert werden, sogar falls es nicht explizit beschrieben wird, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, sogar falls es nicht explizit beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass die Kombination nicht schädlich ist.
(Erste Ausführungsform)
Eine Konfiguration einer Kraftstoffeinspritzdüse 1 (nachstehend vereinfacht „Düse 1” bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungsform wird nachstehend in Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben werden.
Die Düse 1 zum Einspritzen von Kraftstoff bildet ein Kraftstoffeinspritzventil zusammen mit einem Aktuator (nicht näher dargestellt), welches die Düse 1 öffnet oder schließt. Das Kraftstoffeinspritzventil ist beispielsweise mit einer internen Verbrennungsmaschine (nicht näher dargestellt) verbunden und spritzt Kraftstoff unter Hochdruck direkt mit einem Druck von über 100 MPa in einen Zylinder.
Der Aktuator steuert einen Ventilkörper (d. h. eine Nadel 2 wie nachstehend beschrieben) der Düse 1 durch beispielsweise das Erhöhen und Vermindern eines Gegendrucks, welcher auf den Ventilkörper angewandt wird, an. Der Gegendruck wird durch das Öffnen und Schließen einer Gegendruckkammer (nicht näher dargestellt) erhöht und vermindert. Die Gegendruckkammer wird durch das Verwenden einer magnetischen Kraft geöffnet und geschlossen, welche erzeugt wird, wenn eine Spule (nicht näher dargestellt) erregt wird.
Das Kraftstoffeinspritzventil bildet eine Kraftstoffversorgungseinrichtung der Art einer Druckakkumulation zusammen mit einer Kraftstoffversorgungspumpe (nicht näher dargestellt) und einem Druckakkumulationscontainer (nicht näher dargestellt). Die Kraftstoffversorgungspumpe setzt den Kraftstoff unter Druck und stößt diesen aus, und der Druckakkumulationscontainer akkumuliert den Kraftstoff unter Hochdruck, welcher von der Kraftstoffversorgungspumpe ausgestoßen wird. Das Kraftstoffeinspritzventil spritzt den Kraftstoff unter Hochdruck, welcher von dem Druckakkumulationscontainer verteilt wird, in den Zylinder ein.
Sowie dies in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Düse 1 einen zylindrischen Düsenkörper 3 (nachstehend „Düsenkörper 3” bezeichnet) mit einer zylindrischen Form, welche sich in einer Axialrichtung erstreckt. Die Nadel 2 dient als ein Ventilkörper und ist in der Axialrichtung beweglich in dem Düsenkörper 3 eingehaust. Genauer gesagt ist ein Hauptteil der Nadel 2 gleitend innerhalb einer Kraftstoffpassage 6 eingehaust, sowie dies nachstehend beschrieben ist. Die Düse 1 startet und stoppt das Einspritzen des Kraftstoffs in dem die Nadel 2 in der Axialrichtung innerhalb des Düsenkörpers 3 bewegt wird.
Die Nadel 2 beinhaltet einen gleitenden Schaft 2a bzw. einen Schiebeschaft 2a, welcher gleitend in den Düsenkörper 3 in der Axialrichtung eingepasst ist, und ein Spitzenendteil 2b mit einer konischen Form. Das Spitzenendteil 2b dient im Wesentlichen als ein Ventilteil. Ein säulenartiges Teil 2c ist zwischen dem Schiebeschaft 2a und dem Spitzenendteil 2b ausgebildet.
Der Düsenkörper 3 weist ein geschlossenes Spitzenende 3a auf, und ein Kraftstoffreservoir 4 ist im Inneren des Düsenkörpers 3 durch das teilweise Vergrößern des Innenraums des Düsenkörpers 3 in einer Radialrichtung ausgebildet. Das Kraftstoffreservoir 4 speichert den Kraftstoff, der eingespritzt werden soll, temporär.
Der Düsenkörper 3 weist eine Gleitkammer 5, welche den Schiebeschaft 2a gleitend hält und die Kraftstoffpassage 6, die das Spitzenendteil 2b aufnimmt, und das säulenartige Teil 2c, der Nadel 2, d. h. den Hauptteil der Nadel 2, auf. Die Gleitkammer 5 ist als eine Innenregion des Düsenkörpers 3 von dem Kraftstoffreservoir 4 zu einer Basisendseite 3b, welche dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 entgegengesetzt ist, definiert. Die Kraftstoffpassage 6 ist als ein kreisförmiger zylindrischer Bereich des Düsenkörpers 3 von dem Kraftstoffreservoir 4 zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 definiert. Ein Kraftstoffpfad 7 ist mit dem Kraftstoffreservoir 4 verbunden und führt den Kraftstoff von dem Druckakkumulationscontainer zu dem Kraftstoffreservoir 4 ein.
Die Düse 1 weist einen Ventilsitz 10 und ein Einspritzloch 11 wie nachstehend beschrieben auf.
Der Ventilsitz 10 ist ein Teil der inneren Wand des Düsenkörpers 3 in der Nähe zu dem Spitzenende 3a davon und ein Kontaktteil 13 ist an dem Spitzenendteil 2b der Nadel 2 ausgebildet und sitzt auf dem Ventilsitz 10 auf und trennt sich von diesem.
Die innere Wand des Düsenkörpers 3 beinhaltet eine Sitzoberfläche 15a, eine zylindrische Oberfläche 15b und eine hemisphärische Oberfläche 15c, welche das Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 mit einer hemisphärischen Form abschließt.
Die Sitzoberfläche 15a ist koaxial mit einer Achse β des Düsenkörpers 3 ausgerichtet, und ein Durchmesser der Sitzoberfläche 15a verringert sich graduell entlang der Achse β des Düsenkörpers 3 in Richtung des Spitzenendes 3a des Düsenkörpers 3. Ein Kantenteil der Sitzoberfläche 15a in der Nähe zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 bildet einen kreisförmigen Grat 17 aus. Der Ventilsitz 10 ist an der Sitzoberfläche 15a ausgebildet.
Die zylindrische Oberfläche 15b ist koaxial mit der Achse β ausgerichtet und weist einen Durchmesser auf, der gleich dem des kreisförmigen Grats 17 ist. Die zylindrische Oberfläche 15b erstreckt sich kontinuierlich in Richtung des Spitzenendes 3a des Düsenkörpers 3 von dem kreisförmigen Grat 17. Die hemisphärische Oberfläche 15c weit einen Durchmesser auf, der gleich der der zylindrischen Oberfläche 15b ist, und welche sich kontinuierlich von der zylindrischen Oberfläche 15b in Richtung des Spitzenendes 3a des Düsenkörpers 3 erstreckt, sodass ein Vorsprung ausgebildet wird. Eine Sackkammer 19 ist zwischen dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 und dem Ventilsitz 10 innerhalb des Düsenkörpers 3 definiert.
Eine äußere Peripherieoberfläche des Spitzenendteils 2b der Nadel 2 weist drei unterschiedliche kegelstumpfförmige Oberflächen 21a, 21b und 21c auf, welche kontinuierlich in dieser Reihenfolge von einem Spitzenende 21d der Nadle 2 ausgebildet sind. Ein Winkel (d. h., ein Winkel θ₁, wie nachstehend beschrieben) zwischen einer Erzeugenden 52 der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21b und einer Achse α der Nadel 2 ist größer als ein Winkel zwischen einer Erzeugenden 54 der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21c und der Achse α der Nadel 2. Eine Gratlinie 23, welche die kegelstumpfförmigen Oberflächen 21b und 21c verbindet, bildet einen Kreis aus, welcher senkrecht zu der Achse α steht. Die Gratlinie 23 dient als das Kontaktteil 13 und der Ventilsitz 10 weist eine kreisförmige Form (d. h. eine ringförmige Form) auf.
Ein Einlass 11a des Einspritzlochs 11 öffnet sich an der inneren Wand des Düsenkörpers 3, welcher die Sackkammer 19 definiert, und dieser ist näher zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 als zu dem Ventilsitz 10 positioniert. Genauer gesagt öffnet sich der Einlass 1la des Einspritzlochs 11 an der zylindrischen Oberfläche 15b. Nachstehend wird ein Teil der zylindrischen Oberfläche 15b, an der der Einlass 11a des Einspritzlochs 11 ausgebildet ist, als eine „Sackwand 25” bezeichnet. Das Einspritzloch 11 erstreckt sich entlang der Achse α und tritt durch den Düsenkörper 3 hindurch. Ein Auslass 11b des Einspritzlochs 11 öffnet sich an einer äußeren Wand des Düsenkörpers 3, welcher die Sackkammer 19 definiert. Der Kraftstoff wird von einem Inneren zu einem Äußeren des Düsenkörpers 3 durch das Einspritzloch 11 geführt, wenn sich das Kontaktteil 13 von dem Ventilsitz 10 trennt. In anderen Worten wird ein Raum zwischen dem Kontaktteil 13 und dem Ventilsitz 10 gebildet, wenn sich das Kontaktteil 13 von dem Ventilsitz 10 trennt, und auf diese Weise wird Kraftstoff von der Kraftstoffpassage 6 in das Einspritzloch 11 durch den Raum eingeführt, und zu dem Äußeren des Düsenkörpers 3 abgegeben. Das heißt, dass das Einspritzloch 11 durch den Düsenkörper 3 hindurchtritt, um es dem Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffpassage 6 zu ermöglichen, durch das Einspritzloch 11 zu dem Äußeren des Düsenkörpers 3 ausgestoßen zu werden, wenn sich das Kontaktteil 13 der Nadel 2 von dem Ventilsitz 10 trennt.
(Merkmale der ersten Ausführungsform)
Die Düse 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine spezifische Spitzenendform der Nadel 2 auf und eine spezifische Positionsbeziehung auf, wenn sich die Nadel 2 in ihrer maximalen Hubposition befindet.
Die spezifische Spitzenendform ist eine Form eines Teils des Spitzenendteils 2b zwischen dem Kontaktteil 13 und dem Spitzenende 21d der Nadel 2. Die spezifische Spitzenendform ist durch die beiden gegenstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b ausgebildet. So wie dies vorstehend beschrieben ist, sind die kegelstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b kontinuierlich von dem Spitzenende 21d der Nadel 2 in dieser Reihenfolge ausgebildet und koaxial miteinander ausgerichtet. Ein Winkel zwischen einer Erzeugenden 50 von einer der kegelstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b und der Achse α der Nadel 2 ist kleiner als ein Winkel zwischen einer Erzeugenden 52 der Anderen der kegelstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b, welche weiter weg von dem Spitzenende 21d als die Eine der kegelstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b positioniert ist. Das heißt, wenn ein Winkel θ₁ zwischen einer Erzeugenden 52 der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21b und der Achse α der Nadel 2 und ein Winkel θ₂ zwischen einer Erzeugenden 50 der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21a und der Achse α definiert sind, erfüllen die Winkel θ₁ und θ₂ einen Ausdruck: θ₁ > θ₂.
Ein Teil mit der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21a der Nadel 2 weist eine kegelstumpfförmige Form auf und das Spitzenende 21d der Nadel 2 bildet eine ebene Oberfläche aus.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 1 weist die spezifische Positionsbeziehung auf, wenn sich die Nadel 2 bei der maximalen Hubposition befindet. Gemäß der spezifischen Positionsbeziehung ist das Spitzenende 21d der Nadel 2 näher zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 als zu dem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 positioniert, wenn sich die Nadel 2 in ihrer maximalen Hubposition befindet, das heißt, dass sich das Kontaktteil 13 von dem Ventilsitz 10 trennt und ein Abstand zwischen dem Kontaktteil 13 und dem Ventilsitz 10 maximal wird.
In anderen Worten ist eine Position des Spitzenendes 21d (die ebene Oberfläche) näher zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 als der Einlass 11a des Einspritzlochs 11 in der Axialrichtung des Düsenkörpers 3.
(Effekte der ersten Ausführungsform)
Nachstehend wird ein Betrieb und Effekte der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die 3 bis 8 beschrieben werden.
Als Nächstes wird eine Düse J gemäß einem Referenzbeispiel in Bezug auf 3 beschrieben werden.
Gemäß der Düse J des Referenzbeispiels bilden eine konische Oberfläche 21aj und eine kegelstumpfförmige Oberfläche 21bj ein Spitzenendteil 2b einer Nadel 2. Die konische Oberfläche 21aj und die kegelstumpfförmige Oberfläche 21bj sind kontinuierlich von einem Spitzenende 21b der Nadel 2 in dieser Reihenfolge ausgebildet. Das heißt, dass die konische Oberfläche 21aj näher zu dem Spitzenende 21d der Nadel 2 gelegen ist, als die kegelstumpfförmige Oberfläche 21bj. Ein Winkel zwischen einer Erzeugenden 56 der konischen Oberfläche 21aj und einer Achse α der Nadel 2 ist größer als ein Winkel zwischen einer Erzeugenden 58 der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21bj und der Achse α der Nadel 2.
Wenn sich die Nadel 2 bei der maximalen Hubposition befindet, ist das Spitzenende 21d der Nadel 2 ferner weg von einem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 als zu einem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 positioniert.
In anderen Worten, da das Spitzenende 21d nicht tief in eine Sackkammer 19 der Düse J eindringt bzw. eintritt, wenn sich die Nadel 2 in ihrer maximalen Hubposition befindet, weist die Sackkammer 19 der Düse J eine große Kapazität auf. Insbesondere weist die Sackkammer 19 einen großen Raum S zwischen dem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 und dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 auf. Im Ergebnis kann der Kraftstoff, der in die Sackkammer 19 eingeführt wird, leicht einen drallbehafteten Fluss erzeugen, welcher ein Kraftstofffluss ist, der temporär in dem Raum S drallt bzw. verwirbelt und welcher durch das Einspritzloch 11 abgegeben wird. Wenn der drallbehaftete bzw. verwirbelte Fluss den Kraftstofffluss in den Einlass 11a des Einspritzlochs 11 beeinflusst, kann die Penetrationskraft des Sprays verringert sein. Im Ergebnis kann der Effekt einer Rauchverringerung verschlechtert sein.
Wobei bei der Düse 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Spitzenende 21d der Nadel 2 tief in einen Raum S zwischen dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 und dem Einlass 11a eindringt, wenn sich die Nadeln 2 in ihrer maximalen Hubposition befindet. Daher kann das Spitzenende 21d der Nadel 2 näher zu dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 als zu dem Einspritzloch 11 positioniert sein, und auf diese Weise kann eine Kapazität der Sackkammer 19 reduziert sein. Ferner, da der Raum S zwischen dem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 und dem Spitzenende 3a des Düsenkörpers 3 auf Grund des Spitzenendteils 2b der Nadel 2 verringert ist, kann die Erzeugung des verwirbelten Flusses unterdrückt werden.
Außerdem, da sich das Spitzenende 21d der Nadel 2 in Richtung des Spitzenendes 3a des Düsenkörpers 3 erstreckt, kann ein Abstand zwischen der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21a und dem Einlass 11a mehr verkürzt werden, wie derjenige der Düse J, indem die kegelstumpfförmige Oberfläche 21a nahe an die Sackwand 25 gebracht bzw. positioniert wird. Daher kann der Kraftstofffluss begradigt werden und in Richtung des Einlasses 11a des Einspritzlochs 11 geführt werden, wenn der Kraftstoff durch einen Raum zwischen der Nadel 2 und der Sackwand 25 fließt (siehe 4).
Daher, sogar wenn der verwirbelte Fluss in der Sackkammer 19 erzeugt wird, kann vermieden werden, dass der verwirbelte Fluss den Kraftstofffluss nahe zu dem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 beeinflusst wird, und auf diese Weise kann die Penetrationskraft des Sprays verbessert werden.
Das heißt, dass es zur gleichen Zeit möglich ist sowohl eine Verringerung in der Kapazität der Sackkammer 19 zu erreichen als auch eine Verbesserung der Penetrationskraft des Sprays.
So wie dies in 5 gezeigt ist, welches ein Korrelationsdiagramm zwischen einem Zeitpunkt, nachdem die Kraftstoffeinspritzung gestartet ist, und der Penetrationskraft des Sprays, ist die Penetrationskraft des Sprays bei der vorliegenden Ausführungsform größer als die des Referenzbeispiels.
Als ein Verfahren zum Erhöhen der Penetrationskraft des Sprays ist es bekannt, ein Verhältnis L/D einer Einspritzlochlänge L des Einspritzlochs 11 entlang der Achse γ des Einspritzlochs 11 zu einem Einspritzlochdurchmesser D des Einspritzlochs 11 in einer Radialrichtung des Einspritzlochs 11 zu vergrößern. Allerdings, wenn das Verhältnis L/D vergrößert wird, kann es schwierig werden, eine Verkokung abzubauen und abzugeben, welche an der Innenseite des Einspritzlochs 11 als ein Antimon-Phänomen erzeugt wird, d. h. der Widerstand gegen Verkokung kann verschlechtert sein. Allerdings, gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Penetrationskraft des Sprays auf Grund der spezifischen Form der Nadel 2 vergrößert werden. Das heißt, da die Penetrationskraft des Sprays ohne das Erhöhen des Verhältnisses L/D beibehalten werden kann, kann vermieden werden, dass der Widerstand gegen Verkokung verschlechtert wird. Allerdings, sogar wenn das Verhältnis L/D auf einen kleinen Wert eingestellt wird, wird die Penetrationskraft beibehalten, und auf diese Weise kann der Widerstand gegen Verkokung verbessert werden.
Die Düse 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird mit einer Düse H gemäß einem Vergleichsbeispiel, so wie dies in 7 gezeigt ist, verglichen. Die Düse H beinhaltet eine Nadel 2 mit einem Spitzenende mit einer hemisphärischen Form.
So wie dies in 6 und 7 gezeigt ist, ist eine Ebene 60 als eine Ebene definiert, welche senkrecht auf die Achse α der Nadel 2 steht und welche den Einlass 11a des Einspritzlochs 11 kreuzt. Ferner ist ein ringförmiger Raum A als ein Raum auf der Ebene 60 zwischen einer äußeren Wand der Nadel 2 und den inneren Wänden der Sackkammer 19 (d. h. des Düsenkörpers 3) definiert.
8 zeigt ein Korrelationsdiagramm zwischen dem Hubbetrag der Nadel 2 und einem Bereich des ringförmigen Raums A (d. h., ein schattierter Bereich des ringförmigen Raums A, so wie dies in den 6 und 7 gezeigt ist). Wenn ein Bereich des ringförmigen Raums A klein ist, wird der Abstand zwischen der Nadel 2 und dem Einlass 11a schmäler bzw. kleiner, welches den Begradigungseffekt verbessert.
So wie dies in 8 gezeigt ist, wenn der Hubbetrag der Nadel 2 klein ist, ist der Bereich des ringförmigen Raums A des Vergleichsbeispiels kleiner als der des Referenzbeispiels. Daher kann der Begradigungseffekt des Vergleichsbeispiels größer sein als der des Referenzbeispiels. Allerdings, da der Bereich des ringförmigen Raums A des Vergleichsbeispiels mit dem Anwachsen des Hubbetrags der Nadel 2 exponentiell anwächst, kann sich der Begradigungseffekt signifikant verschlechtern.
Auf der anderen Seite, da eine Änderung der Fläche des ringförmigen Raums A mit dem Anwachsen des Hubbetrags niedriger als der des Vergleichsbeispiels ist, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Begradigungseffekt erhalten werden, bis die Nadel 2 die maximale Hubposition erreicht.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Düse 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird in Bezug auf 9 hauptsächlich in Bezug auf Gegenstände beschrieben werden, welche sich zu der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Gemäß der zweiten Ausführungsform weist ein Einspritzloch 11 ein gerades Teil 11c und ein angeschrägtes Teil 11d auf. Das gerade Teil 11c beinhaltet einen Einlass 11a eines Einspritzlochs 11 und ein Durchmesser des geraden Teils 11c ist entlang einer Achse γ des Einspritzlochs 11 konstant. Der angeschrägte Teil 11d beinhaltet einen Auslass 11b des Einspritzlochs 11, welcher an einer äußeren Wand des Düsenkörpers 3 ausgebildet ist. Der angeschrägte Teil 11d ist mit dem geraden Teil 11c von der äußeren Wand des Düsenkörpers 3 verbunden und ein Durchmesser des angeschrägten Teils 11d wächst graduell entlang der Achse γ des Einspritzlochs 11 in Richtung des Auslasses 11b an.
Damit kann sich das Kraftstoffspray im Vergleich mit der ersten Ausführungsform einfacher in einer Verbrennungskammer verteilen bzw. zerstreuen, und auf diese Weise kann eine Verbrennungsstabilität des Kraftstoffs erreicht werden. Ferner kann ein Widerstand gegen Verkokung durch das Verkürzen einer Länge des geraden Teils 11c verbessert werden.
(Verschiedene Modifikationen)
Die Düse 1 ist nicht notwendigerweise auf eine Konfiguration der ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt, und eine Vielzahl von Modifikationen können auf die Düse 1 angewandt werden.
Beispielsweise ist das Spitzenendteil 2b der Nadel 2 gemäß der Düse 1 der ersten und zweiten Ausführungsformen durch die kegelstumpfförmigen Oberflächen 21a und 21b ausgebildet. Allerdings, so wie dies in 10 gezeigt ist, kann das Spitzenendteil 2b einer Nadel 2 nur durch eine konische Oberfläche 21e ausgebildet sein. In diesem Fall erfüllen die Winkel θ₁ und θ₂ der ersten Ausführungsform den Ausdruck θ₁ = θ₂. Sogar mit dieser Konfiguration, da ein Abstand zwischen der Nadel 2 und dem Einlass 11a des Einspritzlochs 11 klein wird, kann der Begradigungseffekt beibehalten werden.
Ferner kann das Kontaktteil 13 bei der Düse 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf der kegelstumpfförmigen Oberfläche 21b ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 08-144895 A [0006]

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in eine interne Verbrennungsmaschine, die Kraftstoffeinspritzdüse aufweisend: einen zylindrischen Düsenkörper (3) mit einer Kraftstoffpassage (6); eine Nadel (2), die in einer Axialrichtung des zylindrischen Düsenkörpers (3) gleitend innerhalb der Kraftstoffpassage (6) aufgenommen ist, und die eine Achse (α) aufweist; ein Ventilsitz (10), welcher an einer inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers (3) positioniert ist; ein Kontaktteil (13), welches an der Nadel (2) vorgesehen ist, und welches derart konfiguriert ist, dass dieses auf dem Ventilsitz (10) aufsitzt und sich von diesem trennt; ein Einspritzloch (11), welches sich entlang einer Achse (γ) des Einspritzlochs (11) erstreckt, und welches einen Einlass (11a) an einer inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers (3) näher zu einem Spitzenende (3a) des zylindrischen Düsenkörpers (3) als zu dem Ventilsitz (10) aufweist, wobei das Einspritzloch (11) durch den zylindrischen Düsenkörper (3) hindurch tritt, um es Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffpassage (6) zu ermöglichen, das dieser durch das Einspritzloch (11) zu einem Äußeren des zylindrischen Düsenkörpers (3) ausgestoßen wird, wenn sich das Kontaktteil (13) der Nadel (2) von dem Ventilsitz (10) trennt; und eine Mehrzahl von kegelstumpfförmigen Oberflächen (12a, 12b), welche an der Nadel (2) zwischen dem Kontaktteil (3) und einem Spitzenende (21d) der Nadel (2) ausgebildet sind, und welche miteinander koaxial in der Axialrichtung des zylindrischen Düsenkörpers (3) ausgerichtet sind, wobei das Spitzenende (21d) der Nadel (2) in der Axialrichtung des zylindrischen Düsenkörpers (3) zu dem Spitzenende (3a) des zylindrischen Düsenkörpers (3) näher als zu dem Einlass (11a) des Einspritzlochs (11) positioniert ist, wenn sich die Nadel (2) in einer maximalen Hubposition befindet, bei der ein Abstand zwischen dem Kontaktteil (13) und dem Ventilsitz (10) maximal wird, und ein Winkel (θ₂) zwischen einer Erzeugenden (50) von Einer der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21a) und der Achse (α) der Nadel (2) kleiner oder gleich als ein Winkel (θ₁) zwischen einer Erzeugenden (52) einer Anderen der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21b) ist, welche von dem Spitzenende (21d) der Nadel (2) weiter weg positioniert ist, als die Eine der Mehrzahl der kegelstumpfförmigen Oberflächen (21a).
Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in eine interne Verbrennungsmaschine, die Kraftstoffeinspritzdüse aufweisend: einen zylindrischen Düsenkörper (3) mit einer Kraftstoffpassage (6); eine Nadel (2), die in einer Axialrichtung des zylindrischen Körpers (3) gleitend innerhalb der Kraftstoffpassage (6) aufgenommen ist; einen Ventilsitz (10), welcher an einer inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers (3) positioniert ist; ein Kontaktteil (13), welches an der Nadel (2) vorgesehen ist, und welches derart konfiguriert ist, dass dieses auf dem Ventilsitz (10) aufsitzt und sich von diesem trennt; ein Einspritzloch (11), welches sich entlang einer Achse (γ) des Einspritzlochs (11) erstreckt, und welches einen Einlass (11a) an der inneren Wand des zylindrischen Düsenkörpers (3) näher zu einem Spitzenende (3a) des zylindrischen Düsenkörpers (3) als zu dem Ventilsitz (10) aufweist, wobei das Einspritzloch (11) durch den zylindrischen Düsenkörper (3) hindurch tritt, um es Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffpassage (6) zu ermöglichen, durch das Einspritzloch (11) zu einem Äußeren des zylindrischen Düsenkörpers (3) ausgestoßen zu werden, wenn sich das Kontaktteil (13) der Nadel (2) von dem Ventilsitz (10) trennt; und eine konische Oberfläche (21e), welche an der Nadel (2) zwischen dem Kontaktteil (13) und einem Spitzenende (21d) der Nadel (2) ausgebildet ist, wobei das Spitzenende (21d) der Nadel (2) in der Axialrichtung des zylindrischen Düsenkörpers (3) näher zu dem Spitzenende (3a) des zylindrischen Düsenkörpers (3) als zu dem Einlass (11a) des Einspritzlochs (11) positioniert ist, wenn sich die Nadel (2) in einer maximalen Hubposition befindet, bei der ein Abstand zwischen dem Kontaktteil (13) und dem Ventilsitz (10) maximal wird.
Kraftstoffeinspritzdüse gemäß Anspruch 1 oder 2, das Einspritzloch (11) aufweisend: ein gerades Teil (11c) mit einem Einlass (11a) des Einspritzlochs (11) und einem konstanten Durchmesser entlang der Achse (γ) des Einspritzlochs (11); und ein angeschrägtes Teil (11d), welches mit dem geraden Teil (11c) verbunden ist, und welches einen Auslass (11b) des Einspritzlochs (11) aufweist, welches an einer äußeren Wand des zylindrischen Düsenkörpers (3) ausgebildet ist, und welches einen Durchmesser aufweist, welcher entlang der Achse (γ) des Einspritzlochs (11) in Richtung des Auslasses (11b) graduell anwächst.