DE10214096A1

DE10214096A1 - Fuel injection device for fuel injection system of internal combustion engine has number of injection orifices circumferentially spaced around conical valve seat and downstream of where contact section of needle sits upon valve seat

Info

Publication number: DE10214096A1
Application number: DE2002114096
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kato; Kenji Date
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2002357169A; JP3879909B2; DE10214096B4

Abstract

The fuel injection device has a number of injection orifices (121) circumferentially spaced around a conical valve seat and downstream of a position where a contact section (70a) of a needle (70) sits upon the valve seat or is moved away from it. A number of slots (715) extend on the outer face of the needle with a predetermined angle of inclination to its axis and serve for the swirling of fuel which enters between the contact section and valve seat before entering the injection orifices. The speed of the fuel in the circumferential direction on an upper circumference of each injection orifice inlet is less than that on its lower circumference so that fuel entering the injection orifices is additionally swirled, and an atomizing angle of the fuel sprayed from the injection orifices is changed in proportion to the amount of lift of the needle.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der ein Kraftstoffzerstäubungsmuster und die Einspritzrate variabel sind.The present invention relates to a Fuel injector where a Fuel atomization pattern and injection rate variable are.

Im Stand der Technik wurde bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der der Kraftstoff von einer Hochdrucklieferpumpe zu Zylindern eines Motors geliefert wird, eine Technologie zum Ändern des Kraftstoffzerstäubungsmusters in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen vorgeschlagen, wie sie in der Druckschrift JP-A-11-324 866 und in Japanese Society of Automobile Engineering (JSAE) Paper No. 20 005 054 offenbart ist.In the prior art, one Fuel injection device in which the fuel comes from a High pressure delivery pump is delivered to cylinders of an engine, a technology to change the fuel atomization pattern in Proposed compliance with engine operating conditions as described in JP-A-11-324 866 and in Japanese Society of Automobile Engineering (JSAE) Paper No. 20 005 054 is disclosed.

Bei einer in der Druckschrift JP-A-11-324 866 gezeigten Kraftstoffeinspritzdüse wird das Kraftstoffzerstäubungsmuster variabel gesteuert, indem das Volumen einer Wirbelausbildungskammer in Übereinstimmung mit der Änderung eines Ventilelementhubbetrags geändert wird. Schließlich ist ein relativ großer Hubbetrag des Ventilelementes erforderlich.In one shown in JP-A-11-324 866 Fuel injector becomes the fuel atomization pattern variably controlled by the volume of a Vortex training chamber in accordance with the change of a valve element stroke amount is changed. After all, is one relatively large stroke amount of the valve element required.

Jedoch ist der Hubbetrag der bei einem normalen Motor angewendeten Kraftstoffeinspritzdüse auf ein bestimmtes Maß beschränkt, so dass eine größere Änderung des Kraftstoffzerstäubungsmusters schwierig ist.However, the stroke amount is that of a normal engine applied fuel injector to a certain extent limited so that a major change in the Fuel atomization pattern is difficult.

Das JSAE-Papier Nr. 20 005 054 offenbart, dass das Zerstäubungsmuster weitgehend geändert werden kann, indem ein Verhältnis aus einem Auslassdurchmesser eines Einspritzlochs gegenüber einem Einlassdurchmesser von diesem geändert wird. Jedoch ist diese Technologie nur auf eine Einspritzdüse anwendbar, die ein einzelnes in einem Ventilkörper vorgesehenes Einspritzloch hat.JSAE paper No. 20 005 054 discloses that the Atomization patterns can be largely changed by using a Ratio from an outlet diameter of an injection hole is changed from an inlet diameter thereof. However, this technology is only applicable to one injector applicable, which is a single one provided in a valve body Has injection hole.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die eine Vielzahl an Einspritzlöchern hat, bei denen das Kraftstoffeinspritzmuster in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen so geändert werden kann, dass eine schädliche Abgasemission deutlich verringert ist.The object of the present invention is a Fuel injector to create a variety of Has injection holes where the fuel injection pattern in Changed in accordance with engine operating conditions that harmful emissions can become apparent is reduced.

Um diese Aufgabe zu lösen, besteht die Einspritzvorrichtung aus einem Ventilkörper, dessen axiales Ende eine konische Innenwand hat, die einen Ventilsitz bildet, und der eine Vielzahl an Einspritzlöchern hat, die am Umfang bei vorgegebenen Abständen an der konischen Innenwand vorgesehen sind; einem Ventilelement, das in dem Ventilkörper axial beweglich ist und einen Kontaktabschnitt hat, der an den Ventilsitz gesetzt wird und von diesem entfernt wird, so dass eine Strömungsmenge des durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tretenden Kraftstoffes in Übereinstimmung mit einem Hubbetrag von diesem variabel ist. In diesem Fall befinden sich die Einspritzlöcher stromabwärtig von einer Position, an der der Kontaktabschnitt an den Ventilsitz gesetzt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist des weiteren versehen mit einem Kreiskrafterzeugungsabschnitt, der an dem Ventilkörper und dem Ventilelement ausgebildet ist, um dem Kraftstoff eine in der Umfangsrichtung des Ventilelementes wirkende Kraft so zu verleihen, dass der durch den Ventilzwischenraum getretene Kraftstoff verwirbelt wird, bevor er in jeden Einlass der Einspritzlöcher eintritt.To solve this problem, the injection device consists of a valve body, the axial end of which is a conical inner wall which forms a valve seat and which has a variety of Has injection holes on the circumference at predetermined intervals are provided on the conical inner wall; a valve element, that is axially movable in the valve body and one Contact section that is placed on the valve seat and from this is removed so that a flow rate of through a valve gap between the contact portion and the Valve seat in accordance with a fuel Stroke amount of this is variable. In this case there are the injection holes downstream from a position where the Contact section is placed on the valve seat. The Fuel injection device is further provided with a circular force generating section attached to the valve body and the valve element is designed to fuel the one in the Force acting in the circumferential direction of the valve element lend that which has passed through the valve gap Fuel is swirled before entering each intake of the fuel Injection holes occurs.

Bei der vorstehend erwähnten Einspritzvorrichtung ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang von jedem Einlass der Einspritzlöcher geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit an einem unteren Umfang von diesem, so dass der in die Einspritzlöcher eintretende Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus jedem Auslass der Einspritzlöcher gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag des Ventilelementes verändert wird.In the injector mentioned above, the Flow rate of the fuel in the circumferential direction an axis of the valve element on an upper periphery of each Injection hole intake less than one Flow rate at a lower periphery of this, so that the fuel entering the injection holes continues in this is swirled and an atomization angle of out of everyone Injection holes sprayed fuel in Changed in accordance with the stroke amount of the valve element becomes.

Es wird bevorzugt, dass die Strömungsmenge des durch den Ventilzwischenraum tretenden Kraftstoffes so zunimmt, dass der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes fortlaufend kleiner wird und eine Eindringentfernung fortlaufend länger wird, wenn der Hubbetrag von dem Ventilelement größer wird.It is preferred that the flow rate through the Valve gap entering fuel increases so that the The atomization angle of the fuel continuously decreases and a penetration distance becomes longer if the Stroke amount of the valve element becomes larger.

Wenn beispielsweise bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der eine Piloteinspritzung separat von einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, der Hubbetrag des Ventilelementes so gesteuert wird, dass er für die Piloteinspritzung relativ gering wird, ist der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffs groß und die Eindringentfernung des Kraftstoffs ist kurz, so dass der in der Nähe eines oberen Endes einer Verbrennungskammer weitgehend zerstäubte Kraftstoff dazu dient, die Zündfähigkeit zu verbessern. Wenn andererseits der Hubbetrag des Ventilelements so gesteuert wird, dass er relativ groß für die Haupteinspritzung wird, ist der Zerstäubungswinkel gering und die Eindringentfernung des Kraftstoffs ist länger, so dass eine erforderliche Menge an Kraftstoff für die Haupteinspritzung tief in die Verbrennungskammer hinein verteilt wird und leicht und schnell durch eine Flamme der Piloteinspritzung gezündet wird, um eine optimale Motorleistung sicherzustellen.For example, in a fuel injector, where a pilot injection is separate from one Main injection is carried out, the stroke amount of the Valve element is controlled so that it for the Pilot injection becomes relatively low Atomization angle of the fuel large and that Penetration distance of the fuel is short, so that in the Near an upper end of a combustion chamber largely atomized fuel serves to increase the ignitability improve. On the other hand, when the stroke amount of the valve element is controlled so that it is relatively large for the Main injection, the atomization angle is low and the fuel penetration distance is longer, so a Amount of fuel required for the main injection deep is distributed into the combustion chamber and light and is quickly ignited by a flame of the pilot injection, to ensure optimal engine performance.

Des weiteren wird gemäß der vorstehend erwähnten Einspritzvorrichtung der in das Kraftstoffloch eintretende Kraftstoff weiter verwirbelt, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes an dem oberen Umfang des Einlasses von dem Kraftstoffloch zu derjenigen an seinem unteren Umfang verschieden ist. Demgemäss werden die zerstäubten Kraftstoffpartikel kleiner. Furthermore, according to that mentioned above Injector that enters the fuel hole Fuel continues to swirl as the flow rate of fuel at the top of the inlet from the Fuel hole to that at its lower circumference is different. Accordingly, the atomized Fuel particles smaller.

Vorzugsweise ist jedes Einspritzloch in der Mitte mit einem Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser versehen, dessen Durchmesser geringer als jeweils der Durchmesser des Einlasses und Auslasses von diesem ist. Durch diese Form des Einspritzloches strömt bei geringer Kraftstoffströmungsmenge der Kraftstoff so, dass er entlang der Innenfläche des Einspritzloches kriecht, so dass der Zerstäubungswinkel größer ist. Wenn jedoch die Strömungsmenge des Kraftstoffs groß ist, strömt der Kraftstoff derart, dass er von der Innenfläche des Kraftstoffloches entfernt ist, das sich von dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser zu seinem Auslass erstreckt, so dass der Zerstäubungswinkel kleiner ist.Preferably, each injection hole is centered with one Provide section with a small diameter, the Diameter less than the diameter of the inlet and outlet of this is. Through this form of Injection hole flows with a small amount of fuel flow Fuel so that it runs along the inside surface of the Injection hole creeps, making the atomization angle larger is. However, if the fuel flow is large, the fuel flows in such a way that it flows from the inner surface of the Fuel hole is removed from the section with the small diameter to its outlet, so that the Atomization angle is smaller.

Vorzugsweise ist ein konisches axiales Ende der Nadel den Einspritzlöchern zugewandt, wobei dazwischen ein eine Wirbelkammer bildender Umfangsraum sich befindet. Da der Kraftstoffdruck in der Wirbelkammer in Umfangsrichtung ausgeglichen ist, wird die Nadel koaxial zu dem Ventilkörper so gehalten, dass jede Kraftstoffzerstäubung von den Einspritzlöchern ohne eine Abweichung von der Kraftstoffeinspritzrate gleichmäßig ist.Preferably, a conical axial end of the needle is the Injection holes facing, with a one in between Whirl chamber forming circumferential space is located. Since the Circumferential fuel pressure in the swirl chamber is balanced, the needle becomes coaxial with the valve body held that any fuel atomization from the Injection holes without a deviation from the Fuel injection rate is even.

Die anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen zusammen mit den Anwendungsverfahren und der Funktion der zugehörigen Teile aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen hervor, die sämtlich einen Teil dieser Anmeldung bilden.The other features and advantages of the present invention go along with the application process and the function of the related parts from the detailed set out below Description, the appended claims and the drawings which all form part of this application.

Fig. 1 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht von einem Ventilabschnitt einer Einspritzeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 is a partial enlarged schematic cross-sectional view of a valve section of an injection device according to a first embodiment of the present invention.

Fig. 2 zeigt eine gesamte Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung. FIG. 2 shows an overall cross-sectional view of the injection device shown in FIG. 1.

Fig. 3 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Ventils der in Fig. 2 gezeigten Einspritzeinrichtung. FIG. 3 shows a sectional, enlarged, schematic cross-sectional view of an electromagnetic valve of the injection device shown in FIG. 2.

Fig. 4 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Düse der in Fig. 2 gezeigten Einspritzeinrichtung. FIG. 4 shows a fragmentary, enlarged, schematic cross-sectional view of a nozzle of the injection device shown in FIG. 2.

Fig. 5 zeigt eine andere Ansicht des Ventilabschnittes der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung zur Erläuterung einer Kraftstoffströmung. FIG. 5 shows another view of the valve section of the injection device shown in FIG. 1 to explain a fuel flow.

Fig. 6 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Einspritzlochs der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung zur Erläuterung einer Kraftstoffströmung. FIG. 6 shows a fragmentary, enlarged, schematic cross-sectional view of an injection hole of the injection device shown in FIG. 1 to explain a fuel flow.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Hubbetrag einer Nadel und einem Zerstäubungswinkel oder einem Strömungsmengenkoeffizienten im Vergleich zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und dem herkömmlichen Beispiel. Fig. 7 is a diagram showing a relationship between a lift amount of a needle and a spray angle or a flow rate coefficient in the comparison between the first embodiment and the conventional example.

Fig. 8 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Ventilabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 8 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of a valve section of an injection device according to a second embodiment of the present invention.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Hubbetrag einer Nadel und einem Zerstäubungswinkel oder einem Strömungsmengenkoeffizienten im Vergleich zwischen dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem herkömmlichen Beispiel. Fig. 9 is a diagram showing a relationship between a lift amount of a needle and a spray angle or a flow rate coefficient in the comparison between the second embodiment and the conventional example.

Fig. 10 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Ventilabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 is a partially enlarged schematic cross-sectional view of a valve section of an injection device according to a third embodiment of the present invention.

Fig. 11 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Einspritzloches der in Fig. 10 gezeigten Einspritzeinrichtung. FIG. 11 shows a fragmentary, enlarged, schematic cross-sectional view of an injection hole of the injection device shown in FIG. 10.

Fig. 12 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Düsenabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 12 is a partially enlarged schematic cross-sectional view showing a nozzle portion of an injection device according to a fourth embodiment of the present invention.

Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIII-XIII von Fig. 12; und Fig. 13 shows a cross sectional view taken along a line XIII-XIII of Fig. 12; and

Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-C-O-D-E von Fig. 13. FIG. 14 shows a cross-sectional view along a line BCODE of FIG. 13.

Eine Einspritzeinrichtung 1 als eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben. Die Einspritzeinrichtung 1 ist in einem (nicht gezeigten) Motorkopf eines Motors eingebaut, der dem direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors dient. Von einer Kraftstoffeinspritzpumpe abgegebener unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird bis zu einem vorbestimmten Druck in einer Druckspeicherkammer eines (nicht gezeigten) Druckspeicherrohrs gespeichert und wird zu der Einspritzeinrichtung 1 geliefert. Ein Abgabedruck der Kraftstoffeinspritzpumpe ist gemäß der Motordrehzahl, der Last, dem Einlasskraftstoffdruck, dem Einlassluftvolumen und der Kühlmitteltemperatur eingestellt.An injector 1 as a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention is described with reference to FIGS. 1 to 7. The injector 1 is installed in an engine head (not shown) of an engine that serves to inject fuel directly into each cylinder of the engine. High-pressure fuel discharged from a fuel injection pump is stored up to a predetermined pressure in a pressure storage chamber of a pressure storage pipe (not shown), and is supplied to the injector 1 . A delivery pressure of the fuel injection pump is set in accordance with the engine speed, the load, the intake fuel pressure, the intake air volume, and the coolant temperature.

In der Einspritzeinrichtung 1 ist gemäß Fig. 2 ein Ventilkörper 12 über eine Endstückdichtung 13 an einem Gehäuse 11 durch eine Haltemutter 14 befestigt. Ein Ventilelement 20 besteht, von der Seite eines Einspritzlochs 121 aus gesehen, in dieser Reihenfolge aus einer Nadel 70, einer Stange 23, einem Steuerkolben 24 und einem Steuerkolben 25. According to FIG. 2, a valve body 12 is fastened in the injection device 1 via an end piece seal 13 to a housing 11 by a retaining nut 14 . A valve member 20 is composed of a needle 70 , a rod 23 , a spool 24, and a spool 25, as viewed from the side of an injection hole 121 .

Die Nadel 70 wird durch den Ventilkörper 12 so gehalten, dass sie eine hin- und hergehende Bewegung in diesem ausführt. Die Nadel 70 wird an den Ventilsitz 12a, der in dem Ventilkörper 12 ausgebildet ist, über den Steuerkolben 24 und die Stange 23 durch eine erste Feder 15 als eine erste Vorspanneinrichtung gedrängt. Die erste Feder 15 ist in einer zweiten Steuerkammer 65 an der gleichen Achse wie der Steuerkolben 25 untergebracht. Eine zweite Feder 16 als eine zweite Vorspanneinrichtung sitzt um den Umfang der Stange 23 in dem Gehäuse 11 herum an der gleichen Achse wie die Stange 23 und drückt einen Federsitz 17 gegen die Endstückdichtung 13. Wenn der Federsitz 17 an die Endstückdichtung 13 gesetzt ist, bildet ein Abstand h1 zwischen einer unteren Endfläche des Federsitzes 17 und einem Absatzabschnitt der Nadel 70 einen ersten Hubbetrag. Des weiteren bildet, wenn der Federsitz 17 an der Endstückdichtung 13 gesetzt ist, eine um die untere Endfläche des Federsitzes 17 vorstehende Länge h2 einen zweiten Hubbetrag. Daher beträgt der maximale Hubbetrag der Nadel 70: h1 + h2.The needle 70 is held by the valve body 12 so as to make a reciprocating movement therein. The needle 70 is urged to the valve seat 12 a, which is formed in the valve body 12 , via the control piston 24 and the rod 23 by a first spring 15 as a first biasing device. The first spring 15 is accommodated in a second control chamber 65 on the same axis as the control piston 25 . A second spring 16 as a second biasing means sits around the circumference of the rod 23 in the housing 11 on the same axis as the rod 23 and presses a spring seat 17 against the end piece seal 13 . When the spring seat 17 is set on the end seal 13 , a distance h1 between a lower end surface of the spring seat 17 and a heel portion of the needle 70 forms a first stroke amount. Furthermore, when the spring seat 17 is set on the end seal 13 , a length h2 protruding around the lower end surface of the spring seat 17 forms a second stroke amount. Therefore, the maximum stroke amount of the needle is 70 : h1 + h2.

Wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist ein elektromagnetisches Ventil 30 an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 11 durch eine Mutter 31 befestigt. Das elektromagnetische Ventil 30 besteht aus einem Anker 32, einem Körper 33, einer Platte 34, einer Spule 35, einem ersten Steuerventil 40, einem zweiten Steuerventil 43, einer ersten Feder 42 und einer zweiten Feder 44.As shown in FIGS. 2 and 3, an electromagnetic valve 30 is fixed to an upper portion of the housing 11 by a nut 31 . The electromagnetic valve 30 consists of an armature 32 , a body 33 , a plate 34 , a coil 35 , a first control valve 40 , a second control valve 43 , a first spring 42 and a second spring 44 .

Das zweite Steuerventil 43 kann an einen an dem Körper 33 ausgebildeten Ventilsitz 33a durch die Vorspannkraft der zweiten Feder 44 gesetzt werden. Das zweite Steuerventil 43 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und hat ein in einer axialen Richtung durchdringendes Durchgangsloch. Das erste Steuerventil 40 wird durch eine Innenumfangswand des zweiten Steuerventils 43 so gehalten, dass es in diesem eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Das erste und das zweite Steuerventil 40 und 43 sind an der gleichen Achse angeordnet. Das erste Steuerventil 40 kann an der Platte 34 durch eine Vorspannkraft der ersten Feder 42 gesetzt werden. Der oberhalb des ersten Steuerventils 40 angeordnete Kern 41 wird zu einer Endfläche 32a des Ankers 32 entgegen der Vorspannkraft der ersten Feder 42 durch eine beim Anregen der Spule 35 ausgeübte Magnetanzugskraft angezogen. Die Magnetanzugskraft bewirkt ein Anheben des ersten Steuerventils 40 nach oben, bis das erste Steuerventil 40 mit einem Ende 43a des zweiten Steuerventils 43 in Kontakt gelangt. Wenn ein höherer Strom zu der Spule 35 geliefert wird, wird die den Kern 41 des ersten Steuerventils 40 anziehende Kraft stärker, so dass sowohl das erste als auch das zweite Steuerventil 40 und 43 entgegen der Summe der Vorspannkräfte der ersten und zweiten Feder 42 und 44 nach oben angehoben werden kann, und die nach oben gerichtete Bewegung von ihnen hält an, wenn das zweite Steuerventil 43 mit einem Anschlag 32b des Ankers 32 in Kontakt gelangt.The second control valve 43 can be placed on a valve seat 33 a formed on the body 33 by the biasing force of the second spring 44 . The second control valve 43 is formed in a cylindrical shape and has a through hole penetrating in an axial direction. The first control valve 40 is held by an inner peripheral wall of the second control valve 43 so as to make a reciprocating movement therein. The first and second control valves 40 and 43 are arranged on the same axis. The first control valve 40 can be set on the plate 34 by a biasing force of the first spring 42 . The core 41 arranged above the first control valve 40 is attracted to an end face 32 a of the armature 32 against the biasing force of the first spring 42 by a magnetic attraction force exerted when the coil 35 is excited. The magnetic attraction force causes the first control valve 40 to be lifted upwards until the first control valve 40 comes into contact with one end 43 a of the second control valve 43 . When a higher current is supplied to the coil 35 , the force attracting the core 41 of the first control valve 40 becomes stronger, so that both the first and second control valves 40 and 43 counter to the sum of the biasing forces of the first and second springs 42 and 44 can be raised upward, and the upward movement of them stops when the second control valve 43 comes into contact with a stop 32 b of the armature 32 .

Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, stehen eine Einlassdrossel 61 und eine Auslassdrossel 62 mit einer ersten Steuerkammer 60 jeweils in Verbindung. Die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 62 ist größer als jene der Einlassdrossel 61. Die Auslassdrossel 62 ist ein Kraftstoffkanal, der mit einer Niedrigdruckseite in Verbindung stehen kann. Die Einlassdrossel 61 ist in einem Einsatz 26 ausgebildet, der an dem Gehäuse 11 im Presssitz sitzt oder eng eingepasst ist, und sie steht mit einem Kraftstoffkanal 51 in Verbindung. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird über einen Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51 und die Einlassdrossel 61 zu der ersten Steuerkammer 60 geliefert. Die Auslassdrossel 62 ist in der Platte 34 ausgebildet, die sich zwischen dem Körper 33 und dem Gehäuse 11 befindet, und sie steht mit einer Kraftstoffkammer 63 in Verbindung.As shown in FIG. 3, an inlet throttle 61 and an outlet throttle 62 are connected to a first control chamber 60, respectively. The passage area of the outlet throttle 62 is larger than that of the inlet throttle 61 . The exhaust throttle 62 is a fuel passage that can communicate with a low pressure side. The inlet throttle 61 is formed in an insert 26 which is press-fitted or tightly fitted to the housing 11 , and is in communication with a fuel passage 51 . High pressure fuel is supplied to the first control chamber 60 via a fuel inflow passage 50 , the fuel passage 51, and the intake throttle 61 . The outlet throttle 62 is formed in the plate 34 located between the body 33 and the housing 11 and communicates with a fuel chamber 63 .

Eine Einlassdrossel 66 und eine Auslassdrossel 67 stehen jeweils mit einer zweiten Steuerkammer 65 in Verbindung. Die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 67 ist größer als jene der Einlassdrossel 66. Die Einlassdrossel 66 steht mit dem Kraftstoffkanal 51 in Verbindung und unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird über den Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51 und die Einlassdrossel 66 zu der zweiten Steuerkammer 65 geliefert. Die Auslassdrossel 67 steht mit einem Kraftstoffkanal 68 in Verbindung.An inlet throttle 66 and an outlet throttle 67 are each connected to a second control chamber 65 . The passage area of the outlet throttle 67 is larger than that of the inlet throttle 66 . The intake throttle 66 communicates with the fuel passage 51 , and fuel under high pressure is supplied to the second control chamber 65 via the fuel inflow passage 50 , the fuel passage 51, and the intake throttle 66 . The outlet throttle 67 is connected to a fuel channel 68 .

Wenn das erste Steuerventil 40 die Auslassdrossel 62 öffnet, wird der in der ersten Steuerkammer 60 unter hohem Druck stehende Kraftstoff über die Auslassdrossel 62, die Kraftstoffkammer 63 an einer Niedrigdruckseite, die Kraftstoffkanäle 64 und einen Kraftstoffausströmkanal 58 zu einem Kraftstoffbehälter 3 herausgelassen.When the first control valve 40 opens the outlet throttle 62, the properties in the first control chamber 60 under high pressure fuel via the outlet throttle 62, the fuel chamber 63 on a low pressure side, the fuel passages 64 and a fuel flow 58 is discharged to a fuel tank. 3

Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Steuerkolben 24 an dem Gehäuse 11 eng eingepasst. Der Steuerkolben 25 befindet sich an einer zu dem Einspritzloch entgegengesetzten. Seite von dem Steuerkolben 24 und ist an dem Einsatz 26 eng eingepasst und ist der ersten Steuerkammer 60 zugewandt. Ein unterer Abschnitt des Steuerkolbens 24 steht mit der Stange 23 in Kontakt. Ein Ende der ersten Feder 15 steht mit dem Einsatz 26 in Kontakt und das andere Ende von dieser ist durch den Steuerkolben 25 gehalten. Die Steuerkolben 24 und 25, die separat vorgesehen sind, können als ein Körper einstückig gestaltet sein. Des weiteren kann der Steuerkolben 24 mit der Stange 23 einstückig sein.As shown in FIG. 2, the spool 24 is closely fitted to the housing 11 . The control piston 25 is located opposite to the injection hole. Side of the control piston 24 and is closely fitted to the insert 26 and faces the first control chamber 60 . A lower portion of the spool 24 is in contact with the rod 23 . One end of the first spring 15 is in contact with the insert 26 and the other end thereof is held by the control piston 25 . The control pistons 24 and 25 , which are provided separately, can be designed as one body. Furthermore, the control piston 24 can be in one piece with the rod 23 .

Die Summe einer Fläche, an der die Steuerkolben 24 und 25 den Kraftstoffdruck von der ersten Steuerkammer 60 empfangen, und einer Fläche, an der die Steuerkolben 24 und 25 den Kraftstoffdruck von der zweiten Steuerkammer 65 empfangen, ist größer als die Querschnittsfläche eines Führungsabschnittes der Nadel 70, die in dem Ventilkörper 12 gleitet, das heißt, eine Querschnittsfläche einer Bohrung des Ventilkörpers 12, in der die Nadel 70 untergebracht ist. Von dem (nicht gezeigten) Druckspeicherrohr gelieferter unter Hochdruck stehender Kraftstoff wird über den im dem Gehäuse 11 ausgebildeten Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51, einen in der Endstückdichtung 13 ausgebildeten Kraftstoffkanal, einen in dem Düsenkörper 12 ausgebildeten Kraftstoffkanal 53, ein Kraftstoffauffangbecken 54 und einen Kraftstoffkanal 55 um die Nadel 70 herum zu einem durch die Nadel 70 und den Ventilsitz 12a ausgebildeten Ventilabschnitt 2 übertragen.The sum of an area where the control pistons 24 and 25 receive the fuel pressure from the first control chamber 60 and an area where the control pistons 24 and 25 receive the fuel pressure from the second control chamber 65 is larger than the cross-sectional area of a guide portion of the needle 70 that slides in the valve body 12 , that is, a cross-sectional area of a bore of the valve body 12 in which the needle 70 is housed. High-pressure fuel supplied from the pressure accumulator tube (not shown) is fed via the fuel inflow channel 50 formed in the housing 11 , the fuel channel 51 , a fuel channel formed in the end piece seal 13 , a fuel channel 53 formed in the nozzle body 12 , a fuel collecting basin 54 and a fuel channel 55 transferred around the needle 70 to a valve section 2 formed by the needle 70 and the valve seat 12 a.

Nachstehend ist ein detaillierter Aufbau des Ventilabschnittes 2 beschrieben. Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Nadel 70 in dem Ventilkörper 12 gleitfähig untergebracht. Ein Kontaktabschnitt 70a, der an einem Führungsende der Nadel 70 vorgesehen ist, kann an dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 sitzen.A detailed structure of the valve section 2 is described below. As shown in FIG. 4, the needle 70 is slidably housed in the valve body 12 . A contact portion 70 a, which is provided at a leading end of the needle 70 , can sit on the valve seat 12 a of the valve body 12 .

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, besteht der Ventilabschnitt 2 aus einer Wirbelkammer 18, den Einspritzlöchern 121 und einem Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71. Der Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 besteht aus einer zylindrischen Innenwand 12c und dem konischen Ventilsitz 12a, die an der Innenseite des Ventilkörpers 12 ausgebildet sind, einer ersten, einer zweiten und einer dritten abgeflachten konischen d. h. kegelstumpfartigen Seitenfläche 711, 712 und 713, einer zylindrischen Fläche 714 und einer konischen Fläche 716, die sämtlich an einer Außenumfangsfläche der Nadel 21 ausgebildet sind, und Nuten 715. Jede der Nuten 715 ist an der Außenumfangsfläche der Nadel 70, die sich von der ersten kegelstumpfartigen Seitenfläche 711 über die zylindrische Fläche 714 und die zweite kegelstumpfartige Seitenfläche 712 zu der dritten abgeflachten konischen Seitenfläche 713 erstreckt, ausgebildet. Jede der Nuten 715 ist um einen vorgegebenen Winkel β gegenüber der Achse L der Nadel 70 abgeschrägt. Ein Abschrägungswinkel der dritten abgeflachten konischen Seitenfläche 713, d. h. ein Winkel der dritten kegelstumpfartigen Seitenfläche 713 gegenüber der Achse L der Nadel 70 ist geringfügig kleiner als oder im wesentlichen gleich wie jener der konischen Fläche 716 an dem Führungsende der Nadel 70. Der Kontaktabschnitt 70a ist eine Grenze zwischen der dritten abgeschrägten konischen Seitenfläche 713 und der konischen Fläche 716.As shown in FIG. 1, the valve section 2 consists of a swirl chamber 18 , the injection holes 121 and a circular force generating section 71 . The circular force generating section 71 consists of a cylindrical inner wall 12 c and the conical valve seat 12 a, which are formed on the inside of the valve body 12 , a first, a second and a third flattened conical ie frustoconical side surface 711 , 712 and 713 , a cylindrical surface 714 and a conical surface 716 , which are all formed on an outer peripheral surface of the needle 21 , and grooves 715 . Each of the grooves 715 is formed on the outer peripheral surface of the needle 70 , which extends from the first frustoconical side surface 711 via the cylindrical surface 714 and the second frustoconical side surface 712 to the third flattened conical side surface 713 . Each of the grooves 715 is chamfered by a predetermined angle β with respect to the axis L of the needle 70 . A taper angle of the third flattened tapered side surface 713 , that is, an angle of the third frustoconical side surface 713 with respect to the axis L of the needle 70 is slightly less than or substantially the same as that of the tapered surface 716 at the leading end of the needle 70 . The contact portion 70 a is a boundary between the third tapered conical side surface 713 and the conical surface 716 .

Ein vorgegebener Zwischenraum ist zwischen der zylindrischen Fläche 714 und der zylindrischen Innenwand 12c vorgesehen. Die Gesamtquerschnittskraftstoffströmungsflächen der Nuten 715 sind größer als jene der Einspritzlöcher 121 und des weiteren größer als eine Kraftstoffströmungsfläche zwischen dem Ventilsitz 12a und dem Kontaktabschnitt 70 bei maximalem Hub der Nadel 70. Die Wirbelkammer 18 ist zwischen der konischen Fläche 716 und dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 vorgesehen. Der Innendurchmesser der Wirbelkammer 18 ist kleiner als der Außendurchmesser der Nadel 70. Jedes der Einspritzlöcher 121 dringt von dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 zu seiner Außenwand durch. Jedes der Einspritzlöcher 121 an der Kraftstoffeinlassseite ist zu dem Ventilsitz 12a an der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffströmung offen. Die Einspritzlöcher 121 sind in Umfangsrichtung an dem Ventilkörper 12 angeordnet. Der Innendurchmesser des Einspritzloches 121 ist zu der Außenwand des Ventilkörpers 12 an der Auslassseite hin kleiner, d. h. der Innendurchmesser von diesem an der Einlassseite ist größer als an der Auslassseite. Eine Abrundung ist zwischen dem Einspritzloch 121 an der Einlassseite und dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 vorgesehen, so dass eine Grenze zwischen dem Einspritzloch 121 und dem Ventilsitz 12a abgerundet ist.A predetermined gap is provided between the cylindrical surface 714 and the cylindrical inner wall 12 c. The total cross-sectional fuel flow areas of the grooves 715 are larger than that of the injection holes 121 and further larger than a fuel flow area between the valve seat 12 a and the contact portion 70 at maximum stroke of the needle 70 . The swirl chamber 18 is provided between the conical surface 716 and the valve seat 12 a of the valve body 12 . The inside diameter of the swirl chamber 18 is smaller than the outside diameter of the needle 70 . Each of the injection holes 121 penetrates from the valve seat 12 a of the valve body 12 to its outer wall. Each of the injection holes 121 on the fuel inlet side is open to the valve seat 12 a on the downstream side of the fuel flow. The injection holes 121 are arranged on the valve body 12 in the circumferential direction. The inside diameter of the injection hole 121 is smaller toward the outside wall of the valve body 12 on the outlet side, ie the inside diameter thereof is larger on the inlet side than on the outlet side. A rounding is provided between the injection hole 121 on the inlet side and the valve seat 12 a of the valve body 12 , so that a boundary between the injection hole 121 and the valve seat 12 a is rounded.

Ein Zwischenraum zwischen der Innenwand (zylindrische Innenwand 12c und Ventilsitz 12a) des Ventilkörpers 12 und der Außenumfangsfläche (erste bis dritte abgeschrägte konische Seitenfläche 711, 712 und 713 und die zylindrische Fläche 714) der Nadel 70, die die Nuten 715 hat, bilden einen Kraftstoffkanal, zu dem Kraftstoff von dem Kraftstoffauffangbecken 55 über einen Kraftstoffkanal 55 geliefert wird.A space between the inner wall (cylindrical inner wall 12 c and valve seat 12 a) of the valve body 12 and the outer peripheral surface (first to third tapered conical side surface 711 , 712 and 713 and the cylindrical surface 714 ) of the needle 70 , which has the grooves 715 , form a fuel passage to which fuel is supplied from the fuel pool 55 via a fuel passage 55 .

Nachstehend ist der Betrieb der Einspritzeinrichtung 1 beschrieben. Von der (nicht gezeigten) Kraftstoffeinspritzpumpe abgegebener Kraftstoff wird zu dem (nicht gezeigten) Speicherrohr geliefert. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, dessen Druck bis zu einem vorbestimmten Wert durch die Speicherkammer in dem Speicherrohr gespeichert ist, wird zu der Einspritzeinrichtung 1 geliefert. Der Strom zum Antreiben der Steuerventile 40 und 43, dessen Wert durch die Motorsteuereinheit (ECU) in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen gesteuert wird, wird zu der Spule 35 des elektromagnetischen Ventils 30 geliefert. Die durch den Strom an der Spule 35 ausgeübte elektromagnetische Anziehungskraft zieht das erste Steuerventil 40 entgegen der Vorspannkraft der ersten Feder 42 an. Dann wird die Auslassdrossel 62 geöffnet, so dass die erste Steuerkammer 60 über die Auslassdrossel 62 mit der Kraftstoffkammer 63 an der Niedrigdruckseite in Verbindung steht. Da die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 62 größer als jene der Einlassdrossel 61 ist, ist das Volumen des herausströmenden Kraftstoffs größer als jenes des hereinströmenden Kraftstoffs, so dass der Kraftstoffdruck der ersten Steuerkammer 60 abzunehmen beginnt. Die Druckabnahmegeschwindigkeit kann in angemessener Weise eingestellt werden, indem die Differenz der Durchtrittsbereiche oder Durchtrittsflächen zwischen der Auslassdrossel und der Einlassdrossel 62 und 61 und das Volumen der ersten Steuerkammer 60 eingestellt wird. Wenn der Druck in der ersten Steuerkammer 60 abgenommen hat und die Summe der Vorlastkraft der ersten Feder 12 und der von dem Kraftstoffdruck der ersten und zweiten Steuerkammer 60 und 65 aufgenommenen Kraft, die beide in einer Richtung zum Schließen des Einspritzloches 121 wirken, geringer als eine Kraft zum nach oben gerichteten Bewegen der Nadel 21 wird, beginnt die Nadel 21 damit, das Einspritzloch 121 zu öffnen, so dass die Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzlöchern 121 beginnt.The operation of the injector 1 is described below. Fuel discharged from the fuel injection pump (not shown) is delivered to the storage tube (not shown). The high-pressure fuel, the pressure of which is stored in the storage tube by the storage chamber up to a predetermined value, is supplied to the injector 1 . The current for driving the control valves 40 and 43 , the value of which is controlled by the engine control unit (ECU) in accordance with the engine operating conditions, is supplied to the coil 35 of the electromagnetic valve 30 . The electromagnetic attraction force exerted by the current on the coil 35 pulls the first control valve 40 against the biasing force of the first spring 42 . Then, the outlet throttle 62 is opened so that the first control chamber 60 is connected to the fuel chamber 63 on the low pressure side via the outlet throttle 62 . Since the passage area of the exhaust throttle 62 is larger than that of the intake throttle 61 , the volume of the outflowing fuel is larger than that of the inflowing fuel, so that the fuel pressure of the first control chamber 60 begins to decrease. The pressure decrease rate can be appropriately adjusted by adjusting the difference of the passage areas or passage areas between the exhaust throttle and the intake throttle 62 and 61 and the volume of the first control chamber 60 . When the pressure in the first control chamber 60 has decreased and the sum of the preload force of the first spring 12 and the force absorbed by the fuel pressure of the first and second control chambers 60 and 65 , both acting in a direction to close the injection hole 121 , is less than one force for upward movement of the needle 21, the needle 21 starts to open the injection hole 121, so that the fuel injection from the injection holes 121 begins.

Des weiteren wird, wenn ein höherer Strom zu der Spule 35 geliefert wird und die elektromagnetische Anziehungskraft noch mehr erhöht wird, das zweite Steuerventil 43 zusammen mit dem ersten Steuerventil 40 entgegen der Vorspannkräfte der ersten und der zweiten Feder 42 und 44 bewegt. Demgemäss wird, wenn der Kraftstoffdruck der zweiten Steuerkammer 65 verringert wird, die Nadel 70 um den zweiten Hubbetrag h2 zusätzlich zu dem ersten Hubbetrag h1 weiter angehoben, was den maximalen Hub ergibt.Further, when a higher current is supplied to the coil 35 and the electromagnetic attraction force is increased still further, the second control valve 43 is moved together with the first control valve 40 against the biasing forces of the first and second springs 42 and 44 . Accordingly, when the fuel pressure of the second control chamber 65 is reduced, the needle 70 is further raised by the second stroke amount h2 in addition to the first stroke amount h1, resulting in the maximum stroke.

Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wird die Lieferung des Antriebsstroms zu der Spule 35 angehalten und das zweite Steuerventil 43 wird auf den Ventilsitz 33a so gesetzt, dass der Kraftstoffkanal 70 geschlossen werden kann. Danach beginnt der Kraftstoffdruck der zweiten Steuerkammer 65 aufgrund des hohen Druckes des von der Einlassdrossel 66 strömenden Kraftstoffes anzusteigen. Des weiteren nimmt, wenn die Auslassdrossel 62 durch das erste Steuerventil 40 geschlossen ist, der Kraftstoffdruck der ersten Steuerkammer 60 zu, so dass die Nadel 70 mit einer abwärtigen Bewegung in der Richtung zum Schließen der Einspritzlöcher 121 beginnt. Demgemäss wird der Kontaktabschnitt 70a der Nadel 70 auf den Ventilsitz 12a gesetzt, so dass der Kraftstoffkanal zum Ende der Kraftstoffeinspritzung hin geschlossen wird.After a predetermined period of time, the supply of the drive current to the coil 35 is stopped and the second control valve 43 is placed on the valve seat 33 a so that the fuel passage 70 can be closed. Thereafter, the fuel pressure of the second control chamber 65 begins to rise due to the high pressure of the fuel flowing from the intake throttle 66 . Further, when the exhaust throttle 62 is closed by the first control valve 40 , the fuel pressure of the first control chamber 60 increases, so that the needle 70 starts moving downward in the direction of closing the injection holes 121 . Accordingly, the contact section 70 a of the needle 70 is placed on the valve seat 12 a, so that the fuel channel is closed towards the end of the fuel injection.

Der Betrieb der vorstehend erwähnten Einspritzeinrichtung 1 ist nachstehend beschrieben.The operation of the above-mentioned injector 1 is described below.

Wenn die Nadel 70 um den ersten Hubbetrag h1 angehoben ist, wird ein geringfügiger Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a der Nadel 70 und der Sitzfläche 12a des Ventilkörpers 12 errichtet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Strömungsgeschwindigkeit des in der Nut 715 Vn strömenden Kraftstoffes in eine Strömungsgeschwindigkeitskomponente Us in einer Umfangsrichtung der Nadel 70 und eine Strömungsgeschwindigkeitskomponente Ws in einer axialen Richtung von dieser aufgeteilt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Das Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis von Us gegenüber Ws hängt von dem Winkel β der Nut 715 gegenüber der Achse L der Nadel 70 ab.If the needle 70 is raised by the first stroke amount h1, a slight gap is established between the contact section 70 a of the needle 70 and the seat surface 12 a of the valve body 12 . At this time, the flow rate of the fuel flowing in the groove 715 Vn can be divided into a flow rate component Us in a circumferential direction of the needle 70 and a flow rate component Ws in an axial direction thereof, as shown in FIG. 5. The flow rate ratio of Us to Ws depends on the angle β of the groove 715 with respect to the axis L of the needle 70 .

Da die Kraftstoffströmungsfläche der Nut 715 unabhängig von dem Hubbetrag der Nadel 70 konstant ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit Vn in der Nut 715 zu, wenn die durch den Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a und dem Ventilsitz 12a strömende Kraftstoffmenge zunimmt. Des weiteren ist der Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a und dem Ventilsitz 12a proportional zu dem Hubbetrag der Nadel 70 vergrößert, jedoch ist der Zwischenraum zwischen der zylindrischen Innenwand 12c und der zylindrischen Fläche 714 der Nadel 70 unabhängig von dem Hubbetrag der Nadel 70 konstant.Since the fuel flow area of the groove 715 is constant regardless of the lift amount of the needle 70, the flow velocity increases Vn in the groove 715 when passing through the gap between the contact portion 70 a and the valve seat 12 a quantity of fuel flowing increases. Further, the gap between the contact portion 70 a and the valve seat 12 is a magnified in proportion to the lift amount of the needle 70, but the space between the cylindrical inner wall 12 c and the cylindrical surface 714 of the needle 70 independently of the lift amount of the needle 70 is constant ,

Zu diesem Zeitpunkt bleibt im Hinblick auf den Impulserhaltungssatz und auf das Gesetz der freien Verwirbelung ein Drehimpuls (Drall) rs × Us erhalten, wobei rs ein Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu einer Position ist, an der sich die Mitte des Kraftstoffströmungsauslasses der Nut 715 befindet, und Us die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 von der Kraftstoffzirkulationsströmung an dem Kraftstoffströmungsauslass der Nut 715 ist. Demgemäss wird die Formel rs × Us = ru × Uu = rd × Ud erfüllt, wobei ru der Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu dem oberen Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 an der Seite des Kraftstoffeinlasses 121a des Ventilkörpers 12 ist, Uu die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 der Wirbelströmung an dem oberen Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 ist, rd der Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu dem unteren Umfangsabschnitt 121d des Einspritzloches 121 an der Kraftstoffeinlassseite des Ventilkörpers 12 ist und Ud die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 einer Wirbelströmung an dem unteren Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 ist. Da rd kleiner als ru ist, ergibt sich Un = rs × Us/ru < Ud = rs × Us/rd, das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit Ud an dem unteren Umfangsabschnitt 121d ist größer als die Strömungsgeschwindigkeit Uu an dem oberen Abschnitt 121u. Demgemäss wird die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend der Differenz Ud - Uu in dem Einspritzloch 121 ausgebildet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Das heißt, dass das Einspritzloch 121 ebenfalls als eine Wirbelkammer dient.At this time, in terms of the conservation of momentum law and the law of free swirl, an angular momentum (swirl) rs × Us is preserved, where rs is a distance from the axis L of the needle 70 to a position where the center of the fuel flow outlet of the Groove 715 , and Us is the flow velocity component in the circumferential direction of the needle 70 from the fuel circulation flow at the fuel flow outlet of the groove 715 . Accordingly, the formula rs × Us = ru × Uu = rd × Ud is satisfied, where ru is the distance from the axis L of the needle 70 to the upper peripheral portion 121 u of the injection hole 121 on the side of the fuel inlet 121 a of the valve body 12 , Uu is the flow velocity component in the circumferential direction of the needle 70 of the swirl flow at the upper peripheral portion 121 u of the injection hole 121 , rd is the distance from the axis L of the needle 70 to the lower peripheral portion 121 d of the injection hole 121 on the fuel inlet side of the valve body 12 , and Ud Flow velocity component in the circumferential direction of the needle 70 of a swirl flow at the lower peripheral portion 121 u of the injection hole 121 . Since rd is smaller than ru, there results Un = rs × Us / ru <Ud = rs × Us / rd, that is, the flow rate Ud at the lower peripheral section 121 d is greater than the flow rate Uu at the upper section 121 u. Accordingly, the flow rate is formed in accordance with the difference Ud - Uu in the injection hole 121 , as shown in FIG. 6. That is, the injection hole 121 also serves as a swirl chamber.

Wie dies in dem JSAE-Papier Nr. 20 005 054 gezeigt ist, wird der Zerstäubungswinkel durch das Verhältnis aus dem Radius re des Einspritzloches 121 an der Seite des Kraftstoffauslasses 121b gegenüber einem Äquivalentbereichabstand d0 der Kraftstoffeinströmfläche bestimmt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand h zwischen dem Strömungseinlass der Einspritznadel 121 und der konischen Fläche 716 der Nadel 70 proportional zu dem Äquivalentflächenabstand d0 der Kraftstoffeinströmfläche, so dass der Zerstäubungswinkel von dem Wert des Verhältnisses re/h abhängig ist. Demgemäss sollte, um einen größeren Zerstäubungswinkel zu erhalten, der erste Hubbetrag h1 der Nadel auf einen kleineren Wert eingestellt werden. Wenn der Hubbetrag der Nadel den ersten Hubbetrag h1 überschreitet, wird der Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 121 eingespritzten Kraftstoffes verringert. Des weiteren wird, wenn das Einspritzloch 121 einen abgerundeten Abschnitt an seinem Einlass hat, der Kraftstoff gleichmäßig in das Einspritzloch 121 eingeleitet. Außerdem wird, da der Innendurchmesser des Einspritzloches 121 zu seinem Auslass hin schmaler wird, die Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit an dem Auslass des Einspritzloches 121 gemäß re/d0 bestimmt.As shown in JSAE paper No. 20 005 054, the atomization angle is determined by the ratio of the radius re of the injection hole 121 on the fuel outlet 121 b side to an equivalent range distance d0 of the fuel inflow area. According to the present exemplary embodiment, the distance h between the flow inlet of the injection needle 121 and the conical surface 716 of the needle 70 is proportional to the equivalent surface distance d0 of the fuel inflow surface, so that the atomization angle is dependent on the value of the ratio re / h. Accordingly, in order to obtain a larger atomization angle, the first stroke amount h1 of the needle should be set to a smaller value. When the stroke amount of the needle exceeds the first stroke amount h1, the atomization angle of the fuel injected from the injection hole 121 is reduced. Furthermore, when the injection hole 121 has a rounded portion at its inlet, the fuel is smoothly introduced into the injection hole 121 . In addition, since the inside diameter of the injection hole 121 becomes narrower toward its outlet, the fuel flow rate at the outlet of the injection hole 121 is determined according to re / d0.

Gemäß Fig. 7 ist, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 weiter zunimmt und den maximalen Hubbetrag h1 + h2 erreicht, der Wert aus re/h sehr gering, und der Zerstäubungswinkel bei maximalem Hub ist geringer als bei dem ersten Hubbetrag h1. Zu diesem Zeitpunkt ist aufgrund eines Wirbelströmungsverlustes bei der Wirbelkammer 18 und innerhalb des Einspritzlochs 121 ein Strömungsmengenkoeffizient des vorliegenden Ausführungsbeispiels geringer als bei der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, selbst wenn das Einspritzloch 121 in einem konisch geformten Sitzventil in ähnlicher Weise wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, jedoch keinen Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 wie die Nut 715 oder die Wirbelkammer 18 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat, so dass die Wirbelströmung nicht erzeugt wird., When the lift amount of the needle 70 continues to increase and reaches the maximum lift amount h1 + h2, the value of Re / h is very low as shown in FIG. 7, and the spray angle at maximum stroke is less than the first lifting amount h1. At this time, due to a swirl flow loss in the swirl chamber 18 and inside the injection hole 121, a flow amount coefficient of the present embodiment is smaller than that of the conventional fuel injection device, even if the injection hole 121 is provided in a conically shaped poppet valve in a similar manner to the present embodiment, however does not have a circular force generating section 71 like the groove 715 or the swirl chamber 18 according to the present exemplary embodiment, so that the swirl flow is not generated.

Gemäß dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel steht der Kraftstoffmengenkoeffizient in einer engen Wechselbeziehung zu der Kraftstoffeinspritzrate. Das Verhältnis aus re/d0 oder re/h bestimmt die Strömungsgeschwindigkeit des verwirbelten Kraftstoffes und den Strömungsmengenkoeffizienten und auch die Kraftstoffeinspritzrate. Des weiteren wird der Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 121 zu sprühenden Kraftstoffes durch die Kreiskraft des verwirbelten Kraftstoffes gesteuert. Das heißt, wenn der Verlust aufgrund des Wirbelns des Kraftstoffes in dem Einspritzloch 121 geringer ist, ist der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes geringer und, wenn der Verlust größer ist, wird der Zerstäubungswinkel größer.According to the above-mentioned first embodiment, the fuel amount coefficient is closely related to the fuel injection rate. The ratio of re / d0 or re / h determines the flow velocity of the swirled fuel and the flow quantity coefficient and also the fuel injection rate. Furthermore, the atomization angle of the fuel to be sprayed from the injection hole 121 is controlled by the circular force of the swirled fuel. That is, if the loss due to the swirling of the fuel in the injection hole 121 is smaller, the atomization angle of the fuel is smaller, and if the loss is larger, the atomization angle becomes larger.

Der die Nuten 715 an der Außenfläche der Nadel 70 aufweisende Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 bewirkt ein Wirbeln des Kraftstoffes in der Wirbelkammer 18. Die Kreiskraft des verwirbelten Kraftstoffes ist in Abhängigkeit von dem Hubbetrag der Nadel 70 variabel. Da des weiteren der Abstand oder Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz 12a und dem Kontaktabschnitt 70a, der ein Teil des Kraftstoffkanals ist, durch den Hubbetrag der Nadel 70 verändert wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge des in das Einspritzloch 121 tretenden Kraftstoffes dadurch verändert. Demgemäss wird der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 70 verändert. Des weiteren wird der in das Einspritzloch 121 eintretende Kraftstoff weiter verwirbelt, so dass die zerstäubten Kraftstoffpartikel kleiner werden, was dem Verringern von schädlichen Abgasemissionen des Motors dient.The circular force generating section 71 having the grooves 715 on the outer surface of the needle 70 causes the fuel to swirl in the swirl chamber 18 . The circular force of the swirled fuel is variable depending on the stroke amount of the needle 70 . Furthermore, since the distance or space between the valve seat 12 a and the contact portion 70 a, which is a part of the fuel passage, is changed by the amount of stroke of the needle 70 , the flow rate or flow amount of the fuel entering the injection hole 121 is changed thereby. Accordingly, the atomization angle of the fuel is changed in accordance with the stroke amount of the needle 70 . Furthermore, the fuel entering the injection hole 121 is further swirled so that the atomized fuel particles become smaller, which serves to reduce harmful exhaust gas emissions from the engine.

Da das Einspritzloch 121 in einer geneigten oder schrägen Form ausgebildet ist, ist nicht nur das Verhältnis aus re/h sehr gering, sondern ist auch der Kraftstoffströmungsverlust in der Achse in Richtung des Einspritzloches 121 sehr gering, so dass der Kraftstoff eine erwünschte Entfernung trotz des Wirbelverlustes des Kraftstoffs in dem Einspritzloch 121 erreichen kann.Since the injection hole 121 is formed in an inclined or oblique shape, not only is the ratio of re / h very small, but also the fuel flow loss in the axis toward the injection hole 121 is very small, so that the fuel is a desired distance despite the Vortex loss of the fuel in the injection hole 121 can reach.

Da des weiteren der Durchmesser der Wirbelkammer 18 und ihr Volumen sehr gering sind, kann die Wirbelströmung des Kraftstoffes schnell ausgebildet werden. Darüber hinaus wird die Wirbelkammer stromabwärtig von dem Kontaktabschnitt 70a ausgebildet, so dass der Zerstäubungswinkel des von dem Einspritzloch 121 gesprühten Kraftstoffes auf die Änderung des Hubbetrags der Nadel 70 ansprechend folgen kann. Darüber hinaus wird, da der Druck des Kraftstoffes in der Wirbelkammer in Umfangsrichtung ausgeglichen ist, die Nadel 70 koaxial zu dem Ventilkörper 12 gehalten. Daher ist jede Zerstäubung des Kraftstoffes aus den Einspritzlöchern 121, die in Umfangsrichtung bei vorgegebenen Abständen an der konischen Innenwand des Ventilkörpers 12 beabstandet sind, gleichmäßig ohne eine Abweichung der Kraftstoffeinspritzrate, so dass die Zerstäubungsschwankungen zwischen den Einspritzlöchern 121 geringfügig sind.Furthermore, since the diameter of the swirl chamber 18 and its volume are very small, the swirling flow of the fuel can be formed quickly. In addition, the swirl chamber is formed downstream of the contact portion 70 a, so that the atomization angle of the fuel sprayed from the injection hole 121 can follow the change in the amount of stroke of the needle 70 in response. In addition, since the pressure of the fuel in the swirl chamber is balanced in the circumferential direction, the needle 70 is kept coaxial with the valve body 12 . Therefore, each atomization of the fuel from the injection holes 121 , which are circumferentially spaced at predetermined intervals on the conical inner wall of the valve body 12 , is uniform without a deviation in the fuel injection rate, so that the atomization fluctuations between the injection holes 121 are small.

Anstelle der abgeschrägten Form des Einspritzloches 121 kann das Einspritzloch 121 in zylindrischer Form ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein größerer Durchmesser des Einspritzloches 121 im Hinblick auf die Wirbelverluste des Kraftstoffes zu bevorzugen. Instead of the tapered shape of the injection hole 121, the injection hole can be formed in a cylindrical shape 121st In this case, a larger diameter of the injection hole 121 is preferable in view of the swirl loss of the fuel.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Form der Innenwand des Ventilkörpers 12. Der Ventilkörper 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine zylindrische Innenwand 12d, deren Durchmesser gleich wie bei der zylindrischen Innenwand 12c des ersten Ausführungsbeispiels ist, und eine größere Innenwand 12e, deren Durchmesser größer als bei der zylindrischen Innenwand 12d ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel relativ gering ist, ist die zylindrische Innenwand 12d der zylindrischen Fläche 714 der Nadel 70 bei einem Zwischenraum zwischen ihnen zugewandt, der der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel 70 größer ist, ist die zylindrische Fläche 714 der vergrößerten Innenwand 12e zugewandt. Das heißt, der Abstand zwischen der Innenwand des Ventilkörpers 12 und der Außenfläche der Nadel 70 ändert sich schrittweise in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 70.An injection device according to a second exemplary embodiment is described below with reference to FIGS. 8 and 9. The second exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment only in the shape of the inner wall of the valve body 12 . The valve body 12 according to the second embodiment has a cylindrical inner wall 12 d, the diameter of which is the same as that of the cylindrical inner wall 12 c of the first embodiment, and a larger inner wall 12 e, the diameter of which is larger than that of the cylindrical inner wall 12 d. When the lift amount of the needle is relatively low, the cylindrical inner wall faces 12 d of the cylindrical surface 714 of the needle 70 with a space between them which is the same as in the first embodiment. When the stroke amount of the needle 70 is larger, the cylindrical surface 714 faces the enlarged inner wall 12 e. That is, the distance between the inner wall of the valve body 12 and the outer surface of the needle 70 gradually changes in accordance with the stroke amount of the needle 70 .

Gemäß Fig. 8 sind, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 geringer als L1 + L2 ist, der Zerstäubungswinkel und der Strömungsmengenkoeffizient des aus dem Einspritzloch 121 gesprühten Kraftstoffs die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Wenn jedoch der Hubbetrag der Nadel 70 größer als L1 + L2 ist, überschreitet die Impulsenergie der Strömungskomponente Wb des an der Außenseite der zweiten kegelstumpfartigen Fläche 712 in der Achsenrichtung der Nadel 70 strömenden Kraftstoffes eine Impulsenergie des durch die Nuten 715 tretenden Kraftstoffes. Demgemäss dominiert eine stromaufwärtige und stromabwärtige Kraftstoffströmung in der axialen Richtung der Nadel in Fig. 8, ohne dass dem Kraftstoff eine kreisartige Kraft mitgeteilt wird, so dass die Kraftstoffwirbelströmung in der Wirbelkammer 18 vermindert ist. Are shown in FIG. 8, when the lift amount of the needle is less than L1 + L2 70, the atomization and the flow rate coefficient of the sprayed from the injection hole 121 fuel, the same as in the first embodiment. However, when the stroke amount of the needle 70 is larger than L1 + L2, the pulse energy of the flow component Wb of the fuel flowing on the outside of the second frustoconical surface 712 in the axial direction of the needle 70 exceeds a pulse energy of the fuel passing through the grooves 715 . Accordingly, upstream and downstream fuel flow in the axial direction of the needle in FIG. 8 dominates without communicating a circular force to the fuel, so that the fuel swirl flow in the swirl chamber 18 is reduced.

Gemäß Fig. 9 ist, nachdem der Hubbetrag der Nadel L1 + L2 überschritten hat, der Zerstäubungswinkel α oder der Strömungsmengenkoeffizient des zweiten Ausführungsbeispiels im wesentlichen der gleiche wie bei dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel, bei dem der Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 wie beispielsweise die Nuten 715 nicht vorgesehen ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel 70 sich von L1 über L1 + L2 zu L3, der größer als L1 + L2 ist, ändert, ist die Änderung des Zerstäubungswinkels oder des Strömungsmengenkoeffizienten des zweiten Ausführungsbeispiels größer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel.Is shown in FIG. 9 after the lift amount of the needle has exceeded L1 + L2, the atomization angle α or the flow rate coefficient of the second embodiment is substantially the same as in the conventional embodiment in which the circular force generating portion such as the grooves 715 is not 71 are provided. When the stroke amount of the needle 70 changes from L1 via L1 + L2 to L3 that is larger than L1 + L2, the change in the atomizing angle or the flow rate coefficient of the second embodiment is larger than that of the first embodiment.

Wenn beispielsweise der Hubbetrag der Nadel 70 auf L1 bei einem Niedriglastbereich oder Mittellastbereich des Motors gesteuert wird, kann der Kraftstoff bei größerem Zerstäubungswinkel und bei einer kürzeren Eindringentfernung gesprüht werden. Demgemäss ist der Strömungsmengenkoeffizient geringer und ist die Einspritzperiode länger, so dass Geräusche und eine schädliche Abgasemission bei dem Motorbetrieb vermindert werden. Andererseits wird, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 auf L3 bei einem Hochlastbereich des Motors gesteuert wird, der Kraftstoff bei geringerem Zerstäubungswinkel und längerem Eindringentfernung gesprüht. Demgemäss ist der Strömungsmengenkoeffizient größer und der Kraftstoff wird über die gesamte Verbrennungskammer in einer kürzeren Zeitspanne zerstäubt, so dass von dem Motor abgegebener schwarzer Rauch vermindert wird und die Leistung des Motors zunimmt.For example, if the stroke amount of the needle 70 is controlled to L1 at a low load or medium load range of the engine, the fuel can be sprayed at a larger atomization angle and at a shorter penetration distance. Accordingly, the flow amount coefficient is lower and the injection period is longer, so that noise and harmful exhaust gas emission during engine operation are reduced. On the other hand, when the stroke amount of the needle 70 is controlled to L3 in a high load area of the engine, the fuel is sprayed at a lower atomization angle and longer penetration distance. Accordingly, the flow amount coefficient is larger and the fuel is atomized over the entire combustion chamber in a shorter period of time, so that black smoke emitted from the engine is reduced and the engine performance increases.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel durch die Form des Einspritzloches 122. Das Einspritzloch 122 von dem dritten Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 11 in der Mitte zwischen einem Einlass 122a an einer Seite einer Innenwand des Ventilkörpers 12 und einem Auslass 122b an einer Seite einer Außenwand des Ventilkörpers 12 mit einem Abschnitt 12c mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen, dessen Durchmesser am kleinsten ist. Das heißt, das Einspritzloch 122 ist in. der Form einer Handtrommel ausgebildet (konkav).An injection device according to a third exemplary embodiment is described below with reference to FIGS. 10 and 11. The third exemplary embodiment differs from the second exemplary embodiment in the shape of the injection hole 122 . The injection hole 122 of the third embodiment is shown in FIG. 11 in the middle between an inlet 122 a on a side of an inner wall of the valve body 12 and an outlet 122 b on a side of an outer wall of the valve body 12 with a portion 12 c with a small diameter provided with the smallest diameter. That is, the injection hole 122 is formed in the shape of a hand drum (concave).

Der Radius des Einspritzloches 122 an dem Einlass 122a ist mit ri bezeichnet, der Radius von diesem an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser ist mit rm bezeichnet, und sein Radius am Auslass 122b ist mit re bezeichnet. Der Durchmesser des Einspritzloches 122 ist vom Einlass 122a zum Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser kleiner und wird von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b hin größer. Das heißt, die Innenfläche des Einspritzloches 122 ist von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b hin mit einem Schrägungswinkel θ geneigt. Ein Verhältnis von rm gegenüber dem Abstand h zwischen einer Außenfläche der Nadel 10 und der Innenwand des Ventilkörpers 12 in der Nähe des Auslasses 122a hängt von dem erwünschten Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 122 gesprühten Kraftstoffes ab.The radius of the injection hole 122 at the inlet 122 a is denoted by ri, the radius thereof at the section 122 c with the small diameter is denoted by rm, and its radius at the outlet 122 b is denoted by re. The diameter of the injection hole 122 is smaller from the inlet 122 a to the section 122 c with the small diameter and becomes larger from the section 122 c with the small diameter to the outlet 122 b. That is, the inner surface of the injection hole 122 is inclined from the small diameter portion 122 c toward the outlet 122 b with a helix angle θ. A ratio of rm to the distance h between an outer surface of the needle 10 and the inner wall of the valve body 12 in the vicinity of the outlet 122a depends on the desired atomization angle of the fuel sprayed from the injection hole 122 .

Wenn sich die Nadel 70 um den ersten Hubbetrag bewegt, der gering ist, strömt der Kraftstoff so, dass er entlang der Innenfläche des Einspritzloches 122 sogar nach dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser kriecht, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes gering ist. Der an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zusammengedrückte Kraftstoff wird in dem sich allmählich vergrößernden Einspritzloch 122 entspannt, das sich zu dem Auslass 122b hin erstreckt, so dass der Zerstäubungswinkel größer wird. Des weiteren ist die Form des Einspritzloches 122 von dem Einlass 122a zu dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser so ausgebildet, dass sie einer Strömungsform des Kraftstoffes entspricht, so dass ein Verlust aufgrund der Änderung der Strömungsform des Kraftstoffes in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vermindert ist. Darüber hinaus wird, da der Schrägungswinkel θ auf 5° bis 15° eingestellt ist, ein Verlust aufgrund der Strömungsformerstreckung des von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b strömenden Kraftstoffes vermindert. Demgemäss nimmt der Strömungsmengenkoeffizient zu und der Einspritzwinkel α bei dem zweiten Hubbetrag, der größer als der erste Hubbetrag ist, kann angemessen eingestellt werden.When the needle 70 moves the first stroke amount, which is small, the fuel flows so that it crawls along the inner surface of the injection hole 122 even after the small diameter portion 122 c because the flow rate of the fuel is low. The c at the portion 122 with the small diameter compressed fuel is decompressed in the gradually increasing injection hole 122 b to the outlet 122 extends out so that the spray angle becomes larger. Furthermore, the shape of the injection hole 122 from the inlet 122a to the small diameter portion is formed to correspond to a flow shape of the fuel, so that a loss due to the change in the flow shape of the fuel is similar to that in the first embodiment is reduced. In addition, since the helix angle θ is set at 5 ° to 15 °, a loss due to the flow shape extension of the fuel flowing from the small diameter portion 122 c to the outlet 122 b is reduced. Accordingly, the flow amount coefficient increases, and the injection angle α at the second stroke amount that is larger than the first stroke amount can be appropriately adjusted.

Darüber hinaus ist bei dem zweiten Hubbetrag der Nadel 70 die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes in der axialen Richtung des Einspritzloches 122 hoch, so dass der Kraftstoff, dessen Strömungsform sich an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser verengt, aufgrund seiner Trägheit von der Innenfläche des Einspritzloches 122 weg von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b strömt.In addition, at the second stroke amount of the needle 70, the flow velocity of the fuel in the axial direction of the injection hole 122 is high, so that the fuel, the flow shape of which narrows at the portion 122 c with the small diameter, due to its inertia from the inner surface of the injection hole 122 flows away from the small diameter portion 122 c to the outlet 122 b.

Demgemäss wird der Zerstäubungswinkel des von dem Einspritzloch 122 gesprühten Kraftstoffes kleiner und die Eindringentfernung von diesem wird größer. Der Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser dient als Drossel.Accordingly, the atomization angle of the fuel sprayed from the injection hole 122 becomes smaller and the penetration distance therefrom increases. The section 122 c with the small diameter serves as a throttle.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht zusätzlich zu einem Vorteil, dass der Kraftstoff in das Einspritzloch aufgrund der Abrundung an dem Einlass 122a gleichmäßig eingeleitet wird, ein anderer Vorteil darin, dass das als Handtrommel ausgebildete Einspritzloch 122 dem Verringern des Verlustes aufgrund des Zusammenziehens und der Ausdehnung der Strömungsform und des weiteren dem Verringern des Strömungsmengenkoeffizienten und dem Erhöhen des Zerstäubungswinkels dient, da re/d0 größer ist.According to the third exemplary embodiment, in addition to an advantage that the fuel is introduced evenly into the injection hole due to the rounding off at the inlet 122a , another advantage is that the injection hole 122 designed as a hand drum reduces the loss due to the contraction and the expansion the flow shape and further serves to reduce the flow rate coefficient and increase the atomization angle since re / d0 is larger.

Wie dies vorstehend erwähnt ist, ist bei dem ersten Hubbetrag oder bei einem geringen Hubbetrag der Zerstäubungswinkel bei dem dritten Ausführungsbeispiel größer als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem zweiten Hubbetrag oder bei einem hohen Hubbetrag ist der Zerstäubungswinkel geringer und die Kraftstoffeindringentfernung ist größer, so dass der Strömungsmengenkoeffizient oder die Einspritzrate bei dem dritten Ausführungsbeispiel größer als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist. Demgemäss kann eine breite Vielfalt an Zerstäubungseigenschaften verwirklicht werden.As mentioned above, the first stroke amount or with a small stroke amount the atomization angle at the third embodiment larger than in the second Embodiment. With the second stroke amount or with one the atomizing angle is lower and the high stroke amount Fuel penetration distance is greater, so the Flow rate coefficient or the injection rate at the third embodiment larger than in the second Embodiment is. Accordingly, a wide variety can be found Atomizing properties can be realized.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 14 beschrieben. Die Einspritzeinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel hat ein einzelnes Einspritzloch 191.An injection device according to a fourth exemplary embodiment is described below with reference to FIGS. 12 to 14. The injector according to the fourth embodiment has a single injection hole 191 .

Ein Ventilkörper 19 ist an seinem axialen Erde mit einem Einspritzloch 191 versehen. Der Außenumfang einer Wirbeleinheit 80 sitzt im Presssitz in einer Innenwand des Ventilkörpers 19. Ein zylindrischer Abschnitt 721 einer Nadel 72 ist gleitfähig in eine Innenwand der Wirbeleinheit 80 eingeführt. Die Wirbeleinheit 80 ist an ihrem Außenumfang mit einer Vielzahl an Nuten 56 versehen, die sich in einer axialen Richtung des Ventilkörpers erstrecken. Die Nuten 56 bilden Kraftstoffkanäle, in die Kraftstoff von einem Kraftstoffkanal 53, der in dem Ventilkörper 19 ausgebildet ist, über das Kraftstoffauffangbecken 54 und den Kraftstoffkanal 55 geliefert wird. Des weiteren ist die Wirbeleinheit 80 an ihrer Innenwand mit einer Vielzahl an anderen Nuten 82 versehen, die sich jeweils senkrecht zu jeder der Nuten 56 zu der Nadel 72 hin erstrecken. Jede der Nuten 56 und jede der Nuten 82 ist als Ganzes in der Form eines Buchstabens L ausgebildet. Die Nadel 72 ist des weiteren mit einem Kontaktabschnitt 72a versehen, der auf den Ventilsitz 19a zu setzen ist oder von diesem zu entfernen ist, und mit einem Steuerende 72b zum Öffnen oder Schließen der Nuten 82 an einer Seite ihrer Innenwand versehen. Eine Wirbeleinheit 80 ist stromabwärtig von dem Kontaktabschnitt 72a vorgesehen.A valve body 19 is provided with an injection hole 191 on its axial ground. The outer circumference of a swirl unit 80 is press-fit in an inner wall of the valve body 19 . A cylindrical portion 721 of a needle 72 is slidably inserted into an inner wall of the swirl unit 80 . The swirl unit 80 is provided on its outer periphery with a plurality of grooves 56 which extend in an axial direction of the valve body. The grooves 56 form fuel channels into which fuel is supplied from a fuel channel 53 , which is formed in the valve body 19 , via the fuel collecting basin 54 and the fuel channel 55 . Furthermore, the swirl unit 80 is provided on its inner wall with a multiplicity of other grooves 82 , which each extend perpendicular to each of the grooves 56 towards the needle 72 . Each of the grooves 56 and each of the grooves 82 is formed as a whole in the shape of a letter L. The needle 72 is further provided with a contact portion 72 a, which is to be placed on or removed from the valve seat 19 a, and provided with a control end 72 b for opening or closing the grooves 82 on one side of its inner wall. A swirl unit 80 is provided downstream of the contact portion 72 a.

Die Wirbeleinheit 80, die Nadel 72 und der Ventilkörper 19 bilden einen Kreiskrafterzeugungsabschnitt 85. Ein Öffnungsbereich von jeder Nut 82, durch den der Kraftstoff zu der Wirbelkammer 82 strömt, ändert sich in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 72. Demgemäss wird ein Verhältnis aus einem Radius re von einem Auslass 191b des Einspritzloches 191 zu einer Öffnungslänge von einem Einlass der Wirbelkammer um den Hubbetrag der Nadel 72 zum Ändern des Zerstäubungswinkels in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel geändert. Anstelle des einzelnen Einspritzloches 191 kann eine Vielzahl an Einspritzlöchern am Umfang bei vorgegebenen Abständen an einer konischen Innenwand des Ventilkörpers 19 stromabwärtig von einer Position vorgesehen sein, an der der Kontaktabschnitt 72a an dem Ventilsitz 19a sitzt.The swirl unit 80 , the needle 72 and the valve body 19 form a circular force generating section 85 . An opening area of each groove 82 through which the fuel flows to the swirl chamber 82 changes in accordance with the stroke amount of the needle 72 . Accordingly, a ratio of a radius re of an outlet 191 b is changed to a opening length of an inlet of the vortex chamber to the lift amount of the needle 72 for changing the atomization angle in a manner similar to the first embodiment of the injection hole 191st Instead of the single injection hole 191 , a plurality of injection holes can be provided on the circumference at predetermined distances on a conical inner wall of the valve body 19 downstream from a position at which the contact section 72 a sits on the valve seat 19 a.

Die Einspritzeinrichtung gemäß einem der vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele kann nicht nur auf einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Art angewendet werden, sondern auch bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer beliebigen anderen Art, wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Speicher-Elektro-Hydraulik- Servoart und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der eine Nadel durch eine Magnetkraft oder mechanische Kraft direkt angetrieben wird.The injector according to one of the aforementioned Embodiments can not only on one Common rail type fuel injector applied be, but also in a fuel injector any other type, such as one Fuel injection device of a storage electro-hydraulic Servoart and a fuel injector, where one Needle by magnetic force or mechanical force directly is driven.

Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind eine Vielzahl an Einspritzlöchern 121, die in Umfangsrichtung bei vorgegebenen Abständen an einem konischen Ventilsitz 12a eines Ventilkörpers 12 beabstandet sind, stromabwärtig von einer Position angeordnet, an der ein Kontaktabschnitt 70a einer Nadel 70 auf den Ventilsitz gesetzt wird oder von diesem wegbewegt wird. Eine Vielzahl an Nuten 715, die sich jeweils an einer Außenfläche 711, 712, 713, 714 der Nadel bei einem vorbestimmten Neigungswinkel zu ihrer Achse erstrecken, dienen dem Verwirbeln des Kraftstoffes, der durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tritt, bevor er in die Einspritzlöcher eintritt. Die Strömungsgeschwindigkeit Uu des Kraftstoffs in der Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang 121u von jedem Einlass der Einspritzlöcher ist geringer als die Strömungsgeschwindigkeit Ud an seinem unteren Umfang 121d, so dass der in die Einspritzlöcher eingetretene Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus den Einspritzlöchern gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel verändert wird.In the fuel injection device , a plurality of injection holes 121 , which are circumferentially spaced at predetermined intervals on a conical valve seat 12 a of a valve body 12, are arranged downstream from a position at which a contact portion 70 a of a needle 70 is placed on the valve seat or from this is moved away. A plurality of grooves 715 , each extending on an outer surface 711 , 712 , 713 , 714 of the needle at a predetermined angle of inclination to its axis, serve to swirl the fuel that passes through a valve gap between the contact portion and the valve seat before it enters the injection holes. The flow velocity Uu of the fuel in the circumferential direction to an axis of the valve element at an upper periphery 121 u from each inlet of the injection holes is lower than the flow velocity Ud at its lower periphery 121 d, so that the fuel that has entered the injection holes is further swirled therein and a spray angle of the fuel sprayed from the injection holes is changed in accordance with the stroke amount of the needle.

Claims

1. Fuel injection device for spraying fuel with:
a valve body ( 12 , 19 ), the axial end of which has a conical inner wall ( 12 a, 19 a) which forms a valve seat, and which has a plurality of injection holes ( 121 , 122 ) which are circumferential at predetermined intervals on the conical Inner wall are provided;
a valve element ( 70 , 72 ) which is axially movable in the valve body and has a contact section ( 70 a, 72 a) which is placed on the valve seat and is removed therefrom, so that a flow rate through a valve gap between the contact section and the fuel entering the valve seat is varied in accordance with a stroke amount thereof, the injection holes being downstream from a position where the contact portion is set on the valve seat; and
a circular force generating section ( 71 , 85 ) formed on the valve body and the valve member for imparting a force to the fuel in the circumferential direction of the valve member so that the fuel passed through the valve gap is swirled before being injected into each inlet ( 121 a, 122 a) the injection holes enter,
wherein the flow rate (Uu) of the fuel circumferentially to an axis of the valve element at an upper periphery ( 121 u) of each inlet of the injection holes is less than a flow rate (Ud) at a lower periphery ( 121 d) thereof, so that the fuel entering the injection holes is further swirled therein and an atomization angle of the fuel sprayed from each outlet ( 121 b, 122 b) of the injection holes is changed in accordance with the stroke amount of the valve element.

2. The fuel injector according to claim 1, wherein the flow rate through the valve gap entering fuel increases so that the atomization angle of the fuel is getting smaller and smaller Penetration distance continuously increases as the stroke amount of the valve element becomes larger.

3. The fuel injector according to claim 1, wherein the flow rate through the valve gap entering fuel increases so that the atomization angle of the fuel gradually gets smaller and one Penetration distance gradually increases as the stroke amount of the valve element becomes larger.

4. Fuel injection device according to one of claims 1 to 3, wherein the circular force generating section ( 71 ) has a plurality of grooves ( 715 ), each on an outer surface ( 711 , 712 , 713 , 714 ) of the valve element at a predetermined angle of inclination to its axis extend, and has an inner wall ( 12 c, 12 a, 12 e, 12 d) of the valve body, which surrounds the outer surface of the valve element.

5. Fuel injection device according to one of claims 1 to 3, wherein the circular force generating section ( 85 ) is a swirl unit ( 80 ), the outer surface of which is press-fitted to an inner wall of the valve body ( 19 ) and the inner surface of which is in sliding contact with an outer surface of the valve element ( 12 ), the vortex unit being provided with a plurality of grooves ( 56 , 82 ) which are spaced apart in the circumferential direction and each extend in the axial direction first along their outer surfaces and then towards their inner surfaces in such a way that they essentially have a shape of a Form letter L.

6. The fuel injector according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the injection holes is provided in the center with a small diameter portion ( 122c ) whose diameter (rm) is smaller than each diameter (ri, re) from its inlet and outlet is.

7. The fuel injector according to claim 4, wherein
the outer surface of the valve member has a frustoconical side surface ( 711 ), a cylindrical surface ( 712 ), and another frustoconical side surface ( 713 , 714 ) which are axially arranged in this order, and
the inner wall of the valve body has a cylindrical inner wall ( 12 c) which faces the frustoconical side surface and the cylindrical surface, and the conical inner wall ( 12 a) which faces the other truncated conical side surface, so that the contact portion faces the other frustoconical side surface is located.

The fuel injector according to claim 7, wherein the valve member is provided on a downstream side of the other frusto-conical side surface, a conical surface ( 716 ) facing the injection holes and between them a peripheral space ( 18 ) forming a swirl chamber.