DE112011105496T5

DE112011105496T5 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: DE112011105496T5
Application number: DE201111105496
Authority: DE
Inventors: Hideharu Ehara; Tohru Ishikawa; Yoshihito Yasukawa; Eiji Ishii; Motoyuki Abe
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2014-04-24
Also published as: JPWO2013018135A1; US9103311B2; WO2013018135A1; CN103703242A; US20150337782A1; US20140151468A1; US9528481B2; CN103703242B; JP5853023B2

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, welches in einem Verbrennungsmotor verwendet wird und bei welchem die Kraftstoffsprühnebelstrecke verkürzt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil enthält eine kegelförmige Ventilsitzfläche, an der ein Ventilkörper anliegt, um den Kraftstoff abzusperren, und eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen, die eine an der Ventilsitzfläche gebildete Einlassöffnung haben, wobei von der Vielzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzte Kraftstoffsprühnebel einen ersten Kraftstoffsprühnebel, der von einem von mindestens einer Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffsprühnebel gebildet ist, und einen zweiten Kraftstoffsprühnebel umfassen, der von einer Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln gebildet ist, die an einem äußeren Umfang des ersten Kraftstoffsprühnebels eingespritzt werden, und eine Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den ersten Kraftstoffsprühnebel einspritzt, dergestalt ausgebildet ist, dass eine Ebene, welche eine Öffnungsachse einschließt, die eine Mitte eines Einlasses mit der Mitte eines Auslasses der Kraftstoffeinspritzöffnung verbindet und parallel zu einer Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils ist, eine Ebene, welche eine gerade Linie einschließt, die durch die Mitte des Einlasses der Kraftstoffeinspritzöffnung und einen Kegelscheitelpunkt verläuft, der die Ventilsitzfläche bildet, sowie die Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, so schneidet, dass sie einen Neigungswinkel bilden, der größer als 0° ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil, welches in einem Verbrennungsmotor, wie etwa einem Benzinmotor verwendet wird, bei welchem der Kraftstoffaustritt verhindert wird, indem ein Ventilkörper an einem Ventilsitz zur Anlage gebracht wird und die Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, indem der Ventilkörper von dem Ventilsitz getrennt wird.
Stand der Technik
Ein Kraftstoffeinspritzventil, bei welchem ein Kraftstoffsprühnebel durch Erzeugung einer Driftströmung im Kraftstofffluss durch Dezentralisieren einer Mittelachsenrichtung einer Öffnung relativ zu einer Mittelachse eines Düsenkörpers verteilt wird, ist bekannt (siehe PTL 1). Da bei diesem Kraftstoffeinspritzventil die Mittelachsenrichtung der Öffnung in Bezug auf die Mittelachse des Düsenkörpers außermittig angeordnet ist, ist die Form eines Einlassabschnitts der Düse, der an einer Innenwandoberfläche des Düsenkörpers erscheint, elliptisch, und somit kann eine Driftströmung in einem in die Öffnung eintretenden Kraftstofffluss erzeugt werden, verglichen mit einem Fall, in welchem die Form des Einlassabschnitts einem perfekten Kreis nahe kommt. Der Kraftstoff, in welchem eine Driftströmung erzeugt wurde, erzeugt einen Wirbelfluss in der Öffnung und somit kann die Form des Kraftstoffsprühnebels an einem Auslassabschnitt der Öffnung ausgebreitet werden.
Liste der Druckschriften
Patentliteratur

PTL 1: JP 2007-107459 A

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Feinstaub, wie etwa HC (Kohlenwasserstoff) und Russ, der im Abgas enthalten ist, entsteht, wenn Kraftstoff, der an die Wandoberfläche innerhalb eines Zylinders oder ein Lufteinlassventil und dergleichen geprallt ist und daran anhaftet, in einem unverbrannten Zustand verbleibt, in welchem sich die Flammen nur mit Schwierigkeiten ausbreiten können, und somit lokal angereichert wird. Um ein derartiges Phänomen zu unterdrücken, ist es erforderlich, den Kraftstoffsprühnebel selbst zu verkürzen, so dass der Kraftstoffsprühnebel nicht an die Wandoberfläche innerhalb des Zylinders prallt, und den strukturellen Freiheitsgrad der Form des Kraftstoffsprühnebels zu erhöhen, um es zu möglichen, dass der Kraftstoffsprühnebel so angelegt wird, dass der Kraftstoffsprühnebel nicht gegen das Lufteinlassventil und dergleichen prallt.
Bei dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß PTL 1 wird eine Driftströmung in dem Kraftstofffluss erzeugt, indem die Mittelachsenrichtung der Öffnung relativ zur Mittelachse des Düsenkörpers außermittig angeordnet wird, und dadurch kann der Sprühnebel erweitert werden. PTL 1 beschreibt jedoch nicht in ausreichendem Maße die Auswirkungen, welche die Dezentralisierung auf den Kraftstofffluss oder den Kraftstoffsprühnebel hat. Ferner untersucht PTL 1 die Anordnung des Kraftstoffsprühnebels innerhalb des Zylinders nicht in ausreichendem Maße und der Kraftstoffsprühnebel kann gegen die Innenwand innerhalb des Zylinders oder das Lufteinlassventil und dergleichen prallen und an diesem anhaften, da sich der Kraftstoffsprühnebel an dem Kraftstoffeinspritzventil zentriert ausbreitet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, bei welchem der strukturelle Freiheitsgrad der Form des Kraftstoffsprühnebels hoch ist und die Strecke des Kraftstoffsprühnebels kurz ist, um so die Kraftstoffmenge zu reduzieren, die an dem Lufteinlassventil oder der Wandoberfläche innerhalb des Zylinders anhaftet, wenn Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, wird bei dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung die Strecke des Kraftstoffsprühnebels (Eindringtiefe) unterdrückt und das Anhaften von Kraftstoff an dem Lufteinlassventil oder der Wandoberfläche innerhalb des Zylinders wird verhindert, indem die folgenden Techniken an einer Kraftstoffeinspritzdüse angewandt werden, die leicht zu einer Erhöhung der Strecke des Kraftstoffsprühnebels (Eindringtiefe) führen kann.
Das heißt, dass ein Kraftstoffeinspritzventil geschaffen wird, welches enthält: eine kegelförmige Ventilsitzfläche, an der ein Ventilkörper anliegt, um den Kraftstoff zu setzen; und eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen, die eine an der Ventilsitzfläche gebildete Einlassöffnung haben, wobei von der Vielzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzte Kraftstoffsprühnebel einen ersten Kraftstoffsprühnebel, der von einem von mindestens einer Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffsprühnebel gebildet ist, und einen zweiten Kraftstoffsprühnebel umfassen, der von einer Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln gebildet ist, die an einem äußeren Umfang des ersten Kraftstoffsprühnebels eingespritzt werden, und wobei eine Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den ersten Kraftstoffsprühnebel einspritzt, dergestalt ausgebildet ist, dass eine Ebene, welche eine Öffnungsachse einschließt, die eine Mitte eines Einlasses mit einer Mitte eines Auslasses der Kraftstoffeinspritzöffnung verbindet und die parallel zu einer Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils ist, eine Ebene, welche eine gerade Linie, die durch die Mitte des Einlasses der Kraftstoffeinspritzöffnung und einen Kegelscheitelpunkt, der die Ventilsitzfläche bildet, verläuft, sowie die Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, so schneidet, dass sie einen Neigungswinkel bilden, der größer als 0° ist.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß vorliegender Erfindung kann ein Kraftstoffeinspritzventil geschaffen werden, bei welchem die Ausgestaltung des Kraftstoffsprühnebels vergrößert werden kann und das Anhaften von Kraftstoff an dem Lufteinlassventil oder dergleichen innerhalb des Zylinders beseitigt werden kann, während es gleichzeitig ermöglicht, die Strecke des Kraftstoffsprühnebels zu verkürzen, wodurch ein Verbrennungsmotor mit einer verbesserten Abgasleistung verwirklicht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine senkrechte Querschnittsansicht parallel zu einer Mittelachse eines Kraftstoffeinspritzventils, welche eine Ausführungsform eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine vergrößerte senkrechte Querschnittsansicht der Umgebung einer Düsenspitze eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine Kraftstoffeinspritzöffnung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine Ansicht, die eine Kraftstoffsprühnebelform des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht, welche die Seitenflächen von virtuellen Kegeln erläutert, die durch die Richtung der Achsen der Kraftstoffeinspritzöffnungen in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
7 ist eine Kurve zur Erläuterung einer Auswirkung eines Drallwinkels der Kraftstoffeinspritzöffnung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Ansicht, die einen Aufbau der Kraftstoffeinspritzöffnungen eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
9 ist eine Ansicht, die eine Kraftstoffsprühnebelform des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
Erste Ausführungsform
Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die 1 bis 7 erläutert.
1 ist eine senkrechte Querschnittsansicht parallel zu einer Mittelachse eines Kraftstoffeinspritzventils, welche ein Beispiel eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils als ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine vergrößerte senkrechte Querschnittsansicht eines unteren Endteils des Düsenkörpers in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2 und ist eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus (Positionsbeziehung der Einlässe und Auslässe und dergleichen) von Kraftstoffeinspritzöffnungen. 4 ist eine vergrößerte Ansicht einer der Kraftstoffeinspritzöffnungen aus 3 und ist eine vergrößerte Ansicht zur Erläuterung des Flusses nahe der Kraftstoffeinspritzöffnung und ihre Auswirkungen. 5 ist eine Ansicht, welche die Richtungen von Kraftstoffeinspritzöffnungsachsen (auch als Öffnungsachsen bezeichnet) und eine Form des Kraftstoffsprühnebels erläutert, die gebildet wird, wenn Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform eingespritzt wird. 6 ist eine Ansicht, welche die Seitenflächen von virtuellen kegeln erläutert, die durch die Richtungen der Kraftstoffeinspritzöffnung Achsen in dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der ersten Ausführungsform gebildet werden. 7 ist eine Kurve zur Erläuterung einer Auswirkung eines Teilwinkels der Kraftstoffeinspritzöffnung in in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein in 1 gezeigtes elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 100 ist ein Beispiel eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils für einen Benzinmotor mit Direkteinspritzung in den Zylinder. Die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung werden jedoch auch bei einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil für einen Benzinmotor mit Saugrohreinspritzung oder einem Kraftstoffeinspritzventil wirksam, welches von einem Piezoelement oder einem magnetostriktiven Element angetrieben wird.
<< Erläuterung des grundsätzlichen Betriebs eines Einspritzventils >>
In 1 wird Kraftstoff von einem Kraftstoffzulieferanschluss 112 in das Kraftstoffeinspritzventil zugeliefert. Das in 1 gezeigte elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil 100 ist ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisch betätigtes Kraftstoffeinspritzventil und ist dergestalt konfiguriert, dass dann, wenn eine Spule 108 nicht mit elektrischer Leistung versorgt wird, ein Ventilkörper 101 durch eine Feder 110 beaufschlagt wird, so dass er gegen ein Sitzelement 102 gepresst wird, so dass der Kraftstoff abgeschlossen ist. Dabei ist bei einem Kraftstoffeinspritzventil für die Zylindereinspritzung der Druck des zugelieferten Kraftstoffs im Bereich von 1 MPa bis 35 MPa.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Umgebung von Kraftstoffeinspritzöffnungen 201, die an der Spitze des Ventilkörpers 101 vorgesehen sind. Wenn das Kraftstoffeinspritzventil im geschlossenen Zustand ist, liegt der Ventilkörper 101 an einer Ventilsitzfläche 203 an, welche eine kegelförmige Oberfläche aufweist, mit der ein Sitzelement 102 versehen ist, das mit dem Ventilkörper 104 durch Schweißung oder dergleichen verbunden ist, so dass dadurch die Abdichtung des Kraftstoffs aufrechterhalten bleibt. Dabei ist ein Kontaktteil auf der Seite des Ventilkörpers 101 durch eine sphärische Fläche 202 gebildet und der Kontakt zwischen der Ventilsitzfläche 203, welche eine kegelförmige Oberfläche ist, und der sphärischen Fläche 202 tritt in einem annähernd linearen Kontaktzustand auf. Wenn die in 1 gezeigte Spule 108 mit elektrischer Leistung versorgt wird, wird in einem Kern 107, einem Joch 109 und einem Anker 106, welche eine Magnetschaltung des elektromagnetischen Ventils bilden, eine magnetische Flussdichte erzeugt und eine magnetische Anziehungskraft wird zwischen dem Kern 107 und dem Anker 106 erzeugt, wenn ein Luftraum vorliegt. Wenn die magnetische Anziehungskraft größer wird als die Vorspannkraft der Feder 110 und die Kraft des vorstehend genannten Kraftstoffdrucks, wird der Ventilkörper 101 von dem Anker 106 auf die Seite des Kerns 107 angezogen, während er von einem Führungselement 103 und einer Ventilkörperführung 105 geführt wird, wodurch er in einen geöffneten Zustand eintritt.
Wenn der Ventilkörper 101 in einen geöffneten Zustand eintritt, wird zwischen der Ventilsitzfläche 203 und der sphärischen Oberfläche 202 des Ventilkörpers 101 ein Spalt erzeugt und die Einspritzung von Kraftstoff wird begonnen. Sobald die Einspritzung von Kraftstoff begonnen wird, wird die Energie, die als Kraftstoffdruck vorhanden war, in kinetische Energie umgewandelt, so dass Kraftstoff bis zu den Kraftstoffeinspritzöffnungen 201 eingespritzt wird.
<< Erläuterung der Öffnungsanordnung >>
Nachfolgend werden die in dem Sitzelement 102 gebildeten Kraftstoffeinspritzöffnungen 201 und die Auswirkungen von Kraftstoff, der durch diese fließt, sowie die Kraftstoffsprühnebelform und deren Auswirkungen in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 erläutert.
3 ist eine Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Sitzelements 102 ohne den Ventilkörper 101 entlang der Linie A-A zur Erläuterung der Verwendung der Einlässe und Auslässe der in der Ventilsitzfläche 203 angeordneten Kraftstoffeinspritzöffnungen 201 und dergleichen im Detail.
Ein Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a und ein Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a in der Ventilsitzfläche 203 sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in der folgenden Beziehung gebildet sind. Eine Ebene, die eine gerade Linie 303a, die einen Mittelpunkt 302a des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses 304a mit einem Scheitelpunkt 301 der Ventilsitzfläche 203 verbindet, sowie die Mittelachse 204 in der senkrechten Richtung des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, schneidet eine Ebene, die eine gerade Linie 307a einschließt, die den Mittelpunkt 302a des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses 304a mit einem Mittelpunkt 306a des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses 305a verbindet und die parallel zu der Mittelachse 204 in senkrechter Richtung des Kraftstoffeinspritzventils ist, und bildet einen Winkel, der größer als 0° ist (dabei einen Drallwinkel 308a bildend). Die Mittelachse 200 in der senkrechten Richtung des Kraftstoffeinspritzventils ist gleich der Mittelachse des Düsenkörpers 104. In der vorstehenden Erläuterung wurden 302a bis 307a als ein repräsentatives Beispiel erläutert, aber in der vorliegenden Ausführungsform sind 302b bis 307b, 302c bis 307c, 302d des 307d, 302e bis 307e und 302f bis 307f ebenfalls insofern gleich, als eine Ebene, die eine gerade Linie, die einen Mittelpunkt des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses mit einem Scheitelpunkt der Ventilsitzfläche verbindet, sowie die Mittelachse in senkrechter Richtung des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, eine Ebene, die eine gerade Linie, die den Mittelpunkt des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses mit einem Mittelpunkt des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses verbindet, einschließt und zu der Mittelachse in senkrechter Richtung des Kraftstoffeinspritzventils parallel ist, so schneidet, dass sie einen Winkel bilden, der größer als 0° ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird Kraftstoff dergestalt eingespritzt, dass die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304b und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305b einschließt, die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304d und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305d einschließt, und die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304f und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305f einschließt, einen ersten Kraftstoffsprühnebel bilden, und die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a einschließt, die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304c und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305c einschließt und die Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304e und den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305e einschließt, einen zweiten Kraftstoffsprühnebel bilden. Der zweite Kraftstoffsprühnebel wird so eingespritzt, dass er den ersten Kraftstoffsprühnebel am äußeren Umfang des ersten Kraftstoffsprühnebels umgibt. Mit anderen Worten bildet der zweite Kraftstoffsprühnebel einen Umriss-Kraftstoffsprühnebel des zweiten Kraftstoffsprühnebels.
In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl der erste Kraftstoffsprühnebel als auch der zweite Kraftstoffsprühnebel als eine Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln gebildet, die von einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzt werden, und jeder Kraftstoffsprühnebel wird unabhängig in der Umfangsrichtung verteilt. Dabei kann dadurch, dass den Kraftstoffeinspritzöffnungen, welche die Kraftstoffsprühnebel einspritzen, welche den ersten Kraftstoffsprühnebel bilden, ein Drallwinkel verliehen wird, die Kraftstoffsprühnebelstrecke (Eindringtiefe) verkürzt werden und das Anhaften von Kraftstoff an dem Lufteinlassventil oder der Wandoberfläche innerhalb des Zylinders kann unterdrückt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird allen Kraftstoffeinspritzöffnungen ein Drallwinkel verliehen. Obgleich der Drallwinkel nur für die Kraftstoffeinspritzöffnung erläutert wurde, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a aufweist, wird auch den Kraftstoffeinspritzöffnungen ein Drallwinkel verliehen, welche die Kraftstoffeinspritzöffnungeinlässe 304b, 304d, 304f aufweisen, für welche die Kraftstoffeinspritzstrecke zu verkürzen ist, und die betrieblichen Auswirkungen davon sind gleich wie bei der Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffeinspritzöffnungeinlass 304a enthält.
<< Erläuterung des Flusses und der Auswirkungen >>
Die betrieblichen Auswirkungen, die erzielt werden, indem die Kraftstoffeinspritzöffnungen wie vorstehend beschrieben aufgebaut werden, werden nachfolgend unter Bezug auf die 4 bis 7 erläutert. 4(a) ist eine vergrößerte Ansicht einer Kraftstoffeinspritzöffnung und erläutert den Kraftstofffluss in den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a und den Kraftstofffluss zu dem Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a (nicht dargestellt, jedoch in Richtung nach oben links). 4(b) erläutert zum Vergleich mit 4(a) den Fluss im Fall einer Kraftstoffeinspritzöffnung, die nicht den Aufbau der vorliegenden Erfindung aufweist. 5 ist eine Ansicht, die einen Kraftstoffsprühnebel erläutert, der von dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingespritzt wird. 6 ist eine Ansicht, welche die virtuellen Kegeloberflächen erläutert, die von den Achsen der Kraftstoffeinspritzöffnungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet werden. 7 ist eine Kurve zur Erläuterung der Auswirkungen des Drallwinkels auf die Kraftstoffsprühnebelstrecke.
In 4(a) ist in dem Fall, dass die Ebene, die eine gerade Linie 303a, die den Scheitelpunkt 301 (nicht dargestellt, jedoch in der Richtung nach unten rechts) der Ventilsitzfläche 203 mit dem Mittelpunkt 302a des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses 304a verbindet sowie die Mittelachse in der senkrechten Richtung des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, die Ebene, die die gerade Linie 307a einschließt, die den Mittelpunkt 302a des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses 304a mit einem Mittelpunkt 306a (nicht dargestellt, jedoch in der Richtung nach oben links) des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses 305a verbindet und die parallel zu der Mittelachse 204 in senkrechter Richtung des Kraftstoffeinspritzventils ist, so schneidet, dass sie den Drallwinkel 308a bilden, wie bei dem Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a, der Kraftstofffluss wie folgt. Ein Kraftstofffluss 410, der in Richtung des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses 304a fließt, erzeugt einen Fluss 411, der in Richtung der geraden Linie 307a in dem Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a gedreht ist, und anschließend fließt der Kraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a (nicht dargestellt) als ein Fluss 412 innerhalb der Kraftstoffeinspritzöffnung. Wenn der Kraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a gedreht wird, wird er in das Innere der Kraftstoffeinspritzöffnung gedrückt, was seine Fließgeschwindigkeitsverteilung verändert, so dass eine Fließgeschwindigkeitsverteilung 410', die keine Abweichungen aufweist, zu einer Fließgeschwindigkeitsverteilung 412' wird, die Abweichungen aufweist. Dieser mit Abweichungen behaftete Fluss wird aus dem Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a eingespritzt und bildet einen Kraftstoffsprühnebel 501a, wie in 5 gezeigt. Wenn der Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 201 eingespritzt wird, hat der Kraftstoff, dessen Fließgeschwindigkeitsverteilung bedingt durch die vorstehend beschriebene Drehung Abweichungen aufweist, eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung 413, deren Fließgeschwindigkeitsverteilung bedingt durch die Drehung im Vergleich zu einem Fall, in welchem der Fluss nicht gedreht ist und die Fließgeschwindigkeitsverteilung keine Abweichungen hat (422', was weiter unten erläutert wird) abgewichen ist. Somit kann der Kraftstoff ohne weiteres ausgebreitet werden, nachdem er aus der Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzt wurde, so dass eine große Menge Luft um den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass 305a in dem Sprühnebel mitgerissen wird, um den Scherwiderstand zwischen der Luft und dem Kraftstoff zu erhöhen, wodurch die Strecke des Kraftstoffsprühnebels verkürzt werden kann.
Wenn beispielsweise, wie etwa bei der in 4(b) gezeigten Kraftstoffeinspritzöffnung 404, eine Ebene, die eine gerade Linie 403, die den Scheitelpunkt 301 (nicht dargestellt, jedoch in der Richtung nach unten rechts) der Ventilsitzfläche 203 mit dem Mittelpunkt 402 des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses verbindet sowie die Mittelachse in der senkrechten Richtung des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, einer Ebene, die eine gerade Linie 407 einschließt, die den Mittelpunkt 402 des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses mit einem Mittelpunkt (nicht dargestellt, jedoch in der Richtung nach oben links) des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses verbindet und die parallel zu der Mittelachse 204 in senkrechter Richtung des Kraftstoffeinspritzventils ist, entspricht (mit anderen Worten, wenn der Drallwinkel 0° ist), wird eine Fließgeschwindigkeitsverteilung 420' des Kraftstoffs 420, der einströmt, ein Fluss 422, der innerhalb der Kraftstoffeinspritzöffnung fließt, wobei sich seine Fließgeschwindigkeitsverteilung 422' jedoch nicht verändert. In diesem Fall werden in dem Kraftstofffluss keine Abweichungen erzeugt und somit kann sich der eingespritzte Kraftstoff nicht ohne weiteres verteilen und eine große Luftmenge um den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass wird nach dem Einspritzen nicht in dem Sprühnebel mitgerissen. Daher ist der Scherwiderstand zwischen der Luft und dem Kraftstoff klein und die Strecke des Kraftstoffsprühnebels wird lang.
7 veranschaulicht eine Beziehungskurve 701, bei der der Drallwinkel auf der horizontalen Achse dargestellt ist und die Kraftstoffsprühnebelstrecke auf der senkrechten Achse dargestellt ist. Die in der vorliegenden Erfindung erzielten Auswirkungen haben ihre Ursache in einem Phänomen, welches durch die Kraftstofffließgeschwindigkeit hervorgerufen wird, da die Fließgeschwindigkeitsverteilung bedingt durch die Drehung am Einlass der Kraftstoffeinspritzöffnungen abweicht. Daher wird auch mit einem Unterschied auf dem Niveau einer Abweichung in der Öffnungsposition der Öffnung der Kraftstoffeinspritzöffnung ein sehr kleiner Drallwinkel in der Kraftstoffeinspritzöffnung strukturell gebildet, aber die Auswirkungen können nicht mit einer kleinen Störung erzielt werden, die durch einen derartigen sehr kleinen Drallwinkel erzeugt wird. Daher gibt es einen Bereich 702, in welchem sich die Kraftstoffsprühnebelstrecke nicht verändert, und die Kraftstoffsprühnebelstrecke wird wie bei 703 verkürzt, nachdem der Drallwinkel ein bestimmtes Niveau übersteigt. Es versteht sich, dass dieser Drallwinkel vorzugsweise 5° oder mehr beträgt.
Die vorstehende Erläuterung ist auf den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass 304a gerichtet, aber dieselben betrieblichen Auswirkungen werden auch in den Kraftstoffeinspritzöffnungseinlässen 304b bis 304f erzielt und die Kraftstoffsprühnebelstrecke kann auch in den Kraftstoffsprühnebeln 501b bis 501f aus den Kraftstoffeinspritzöffnungsauslässen 305b bis 305f erreicht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die geraden Linien 307a bis 307f, welche in den Kraftstoffeinspritzöffnungen die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses verbinden, wie nachstehend beschrieben aufgebaut. Die geraden Linien 307a, 307c und 307e, welche in den Kraftstoffeinspritzöffnungen die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses verbinden, sind entlang einer virtuellen Kegelfläche 602 angeordnet, welche mit ihrem Scheitelpunkt auf der Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils gebildet ist. Die geraden Linien 307b, 307d und 307f, welche in den Kraftstoffeinspritzöffnungen die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses verbinden, sind entlang einer virtuellen Kegelfläche 601 angeordnet, die mit ihrem Scheitelpunkt auf der Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils gebildet ist. Somit sind die geraden Linien, welche in den Kraftstoffeinspritzöffnungen die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses verbinden, entlang einer virtuellen Kegelfläche von zwei vorstehend genannten virtuellen Kegelflächen angeordnet. Dadurch können verschiedene Kraftstoffsprühnebelformen gebildet werden, um eine hervorragende Ausgestaltung beim Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei virtuelle Kegelflächen vorhanden, aber die geraden Linien, welche in den Kraftstoffeinspritzöffnungen die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses verbinden (nachfolgend auch als Kraftstoffeinspritzöffnungsachsen oder einfach Öffnungsachsen bezeichnet) können auch entlang einer virtuellen Kegelfläche von drei oder mehr virtuellen Kegelflächen angeordnet sein. Ferner können die Scheitelpunkte der virtuellen Kegelflächen 601 und 602 in geeigneter Weise von der Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils versetzt sein und dadurch kann die Ausgestaltung des Kraftstoffsprühnebels weiter verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Drallwinkel 308b und 308f sowie 308c und 308e für das Paar der Kraftstoffsprühnebel 501b und 501f und das Paar der Kraftstoffsprühnebel 501c und 501e relativ zu einer Symmetrieachse 502 der Kraftstoffsprühnebel in 5 so eingestellt, dass sie gleich sind. Dadurch ist jede Kraftstoffsprühnebelstrecke annähernd gleich und somit wird die Symmetrie der Kraftstoffsprühnebelform weiter verbessert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind unter Berücksichtigung eines Falles, in dem Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor eingespritzt wird, die Drallwinkel 308a bis 308f so eingestellt, dass sie proportional zu den Abständen zu der oberen und unteren Oberfläche und den Seitenflächen in dem Zylinder innerhalb des Verbrennungsmotors sind. Dabei kann dann, wenn der Abstand zu einem Bauteil in dem Verbrennungsmotor kurz ist, die Kraftstoffsprühnebelstrecke der entsprechenden Kraftstoffeinspritzöffnung relativ zu anderen Öffnungen weiter verkürzt werden, indem der Drallwinkel der entsprechenden Kraftstoffeinspritzöffnung erhöht wird. Dies erzielt einen weiteren Vorteil insofern, als der Kraftstoff eingespritzt werden kann, ohne dass der Kraftstoffsprühnebel auf die Bauteile innerhalb des Verbrennungsmotors trifft.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Fall erläutert, in dem die Kraftstoffeinspritzöffnungen 201 eine zylindrische Form haben. Dieselben betrieblichen Auswirkungen können jedoch erreicht werden und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform gehen nicht verloren, auch wenn die Kraftstoffeinspritzöffnungen linear sind oder zu dem Auslass gekrümmt sind und erweitert oder verengt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kraftstoffeinspritzöffnungseinlässe 304a bis 304f in der Sitzfläche in annähernd gleichen Intervallen in gleichen Abständen von der Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils gebildet. Die betrieblichen Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform gehen jedoch auch dann nicht verloren, wenn die Abstände der Kraftstoffeinspritzöffnungseinlässe von der Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils unterschiedlich sind oder die Intervalle zwischen den Kraftstoffeinspritzöffnungen verschieden sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen 6. Dieselben betrieblichen Auswirkungen können jedoch erzielt werden und die Auswirkungen gehen auch dann nicht verloren, wenn die Anzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen unterschiedlich ist. In ähnlicher Weise gehen die durch die vorliegende Erfindung erzielten betrieblichen Auswirkungen auch dann nicht verloren, wenn eine unterschiedliche Kraftstoffsprühnebelform mit derselben Anzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen gebildet wird.
Zweite Ausführungsform
Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 ist eine senkrechte Querschnittsansicht, die den Aufbau von Kraftstoffeinspritzöffnungen des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In 8 sind Elemente, denen dieselben Bezugszeichen wie in 3 zugeordnet sind, mit der gleichen oder einer entsprechenden Funktion wie in der ersten Ausführungsform ausgestattet und auf Erläuterungen derselben wird verzichtet. 9 ist eine Ansicht, die eine in der vorliegenden Ausführungsform gebildete Kraftstoffsprühnebelform veranschaulicht.
Als Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform wird ein Kraftstoffsprühnebel 901a, der einer geraden Linie 307a' entspricht, welche die Mitte des Einlasses und die Mitte des Auslasses einer Kraftstoffeinspritzöffnung verbindet, auf der Seite der Mitte eingespritzt, und Kraftstoffsprühnebel 901b bis 901g, die jeweils geraden Linien 307b' bis 307g' entsprechen, welche die Mitte des Einlasses und die Mitte des Auslasses der anderen Kraftstoffeinspritzöffnungen verbinden, werden so eingespritzt, dass sie den äußeren Rand umgeben. Mit anderen Worten bilden die Kraftstoffsprühnebel 901b bis 901g einen Umriss-Kraftstoffsprühnebel des Kraftstoffsprühnebels 901a.
Bei diesen Aufbau ist der Kraftstoffsprühnebel 901a von den Kraftstoffsprühnebeln 901b bis 901g umgeben und somit können Fälle auftreten, bei welchen die Kraftstoffsprühnebelstrecke verlängert sein kann, da der Kraftstoffsprühnebel nicht ohne weiteres Luftwiderstand erhält. Gemäß vorliegender Ausführungsform ist jedoch eine Mitte 302a' des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses von einer Ebene getrennt, die eine Symmetrieachse 903 der Kraftstoffsprühnebel und die Mittelachse 204 des Kraftstoffeinspritzventils (welche in einer die Papieroberfläche durchdringenden Ausrichtung verläuft) einschließt. Dabei bildet eine Ebene, die eine gerade Linie 303a', welche einen Mittelpunkt 302a' des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses mit dem Scheitelpunkt 301 der Ventilsitzfläche 203 verbindet, sowie die Mittelachse 204 in senkrechtet Richtung des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, einen Drallwinkel 308a' mit einer Ebene, welche eine gerade Linie 307a' einschließt, die den Mittelpunkt 302a' des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses mit einem Mittelpunkt 306a' des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses verbindet und parallel zu der Mittelachse 204 in der senkrechten Richtung des Kraftstoffeinspritzventils ist. Somit kann die Kraftstoffsprühnebelstrecke durch denselben Mechanismus wie bei der ersten Ausführungsform verkürzt werden. Da die Anzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen größer als bei der ersten Ausführungsform ist, kann der Durchmesser der Kraftstoffeinspritzöffnungen reduziert werden, wenn eine derjenigen bei der ersten Ausführungsform entsprechende Kraftstoffflussmenge eingespritzt trittst wird, und die Zerstäubung des Kraftstoffsprühnebels kann verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform bildet der Kraftstoffsprühnebel 901a einen ersten Kraftstoffsprühnebel und die Kraftstoffsprühnebel 901b, 901c, 901d, 901e, 901f und 901g bilden einen zweiten Kraftstoffsprühnebel. In der vorliegenden Ausführungsform ist der erste Kraftstoffsprühnebel durch einen einzelnen Kraftstoffsprühnebel gebildet, der aus einer Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzt wird, und der zweite Kraftstoffsprühnebel ist aus einer Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln gebildet, die aus einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzt werden, und jeder Kraftstoffsprühnebel wird unabhängig in der Umfangsrichtung verteilt. Indem dabei der Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den Kraftstoffsprühnebel 901a einspritzt, welcher den ersten Kraftstoffsprühnebel bildet, ein Drallwinkel verliehen wird, kann die Kraftstoffsprühnebelstrecke (Eindringtiefe) des Kraftstoffsprühnebels 901a verkürzt werden und das Anhaften von Kraftstoff an dem Lufteinlassventil oder der Wandoberfläche innerhalb des Zylinders kann unterdrückt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Fall erläutert, bei welchem die Kraftstoffeinspritzöffnungen eine zylindrische Form haben. Diese betrieblichen Auswirkungen können jedoch erzielt werden und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform gehen nicht verloren, wenn die Kraftstoffeinspritzöffnungen linear oder zu dem Auslass gekrümmt und erweitert oder verengt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kraftstoffeinspritzöffnungseinlässe in der Sitzfläche in annähernd gleichen Intervallen in gleichen Abständen von der Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils gebildet. Die betrieblichen Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform gehen jedoch auch dann nicht verloren, wenn die Abstände der Kraftstoffeinspritzöffnungseinlässe von der Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils unterschiedlich sind oder die Intervalle zwischen den Kraftstoffeinspritzöffnungen verschieden sind. In der vorliegenden Ausführungsform gehen die durch die vorliegende Erfindung erzielten betrieblichen Auswirkungen auch dann nicht verloren, wenn eine unterschiedliche Kraftstoffsprühnebelform als die der vorliegenden Ausführungsform gebildet wird.
Bezugszeichenliste

101: Ventilkörper
102: Sitzelement
103: Führungselement
104: Düsenkörper
105: Ventilkörperführung
106: Anker
107: Magnetkern
108: Spule
109: Joch
110: Vorspannfeder
111: Verbinder
112: Kraftstoffzulieferöffnung
201: Kraftstoffeinspritzöffnung
202: sphärische Oberfläche des Ventilkörpers
203: Ventilsitzfläche
204: Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils in senkrechter Richtung
301: Scheitelpunkt der Ventilsitzfläche
302a bis 302f: Mittelpunkt des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses
303a bis 303f: gerade Linie, die die Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils mit der Mitte des Kraftstoffeinspritzöffnungseinlasses verbindet
304a bis 304f: Kraftstoffeinspritzöffnungseinlass
305a bis 305f: Kraftstoffeinspritzöffnungsauslass
306a bis 306f: Mittelpunkt des Kraftstoffeinspritzöffnungsauslasses
307a bis 307f: gerade Linie, die die Mitte des Einlasses mit der Mitte des Auslasses der Kraftstoffeinspritzöffnung verbindet
308a bis 308f: Drallwinkel
410, 420: Kraftstofffluss vor dem Einströmen in die Kraftstoffeinspritzöffnung
411, 421: Kraftstofffluss am Einlass der Kraftstoffeinspritzöffnung
412, 422: Kraftstofffluss innerhalb der Kraftstoffeinspritzöffnung
501a bis 501f, 901a, bis 901g: Kraftstoffsprühnebel
502: Symmetrieachse der Kraftstoffsprühnebel
601, 602: virtuelle Kegelfläche
701: Verhältnislinie zwischen dem Drallwinkel und der Kraftstoffsprühnebelstrecke

Claims

Kraftstoffeinspritzventil, enthaltend: eine kegelförmige Ventilsitzfläche, an der ein Ventilkörper anliegt, um den Kraftstoff zu setzen; und eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen, die eine an der Ventilsitzfläche gebildete Einlassöffnung haben, wobei von der Vielzahl der Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzte Kraftstoffsprühnebel einen ersten Kraftstoffsprühnebel, der von einem von mindestens einer Kraftstoffeinspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffsprühnebel gebildet ist, und einen zweiten Kraftstoffsprühnebel umfassen, der von einer Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln gebildet ist, die an einem äußeren Umfang des ersten Kraftstoffsprühnebels eingespritzt werden, und wobei eine Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den ersten Kraftstoffsprühnebel einspritzt, dergestalt ausgebildet ist, dass eine Ebene, welche eine Öffnungsachse einschließt, die eine Mitte eines Einlasses mit der Mitte eines Auslasses der Kraftstoffeinspritzöffnung verbindet und die parallel zu einer Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils ist, eine Ebene, welche eine gerade Linie, die durch die Mitte des Einlasses der Kraftstoffeinspritzöffnung und einen Kegelscheitelpunkt verläuft, der die Ventilsitzfläche bildet, sowie die Mittelachse des Kraftstoffeinspritzventils einschließt, so schneidet, dass sie einen Neigungswinkel bilden, der größer als 0° ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, bei welchem der zweite Kraftstoffsprühnebel entlang einer virtuellen Kegelfläche eingespritzt wird.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 2, bei welchem der zweite Kraftstoffsprühnebel dergestalt eingespritzt wird, dass jeder von den Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzte Sprühnebel in einer Umfangsrichtung verteilt ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, bei welchem der erste Kraftstoffsprühnebel eine Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln enthält, welche aus einer Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen eingespritzt werden.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 4, bei welchem die Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln, welche den ersten Kraftstoffsprühnebel bildet, dergestalt eingespritzt wird, dass sie in einer Umfangsrichtung entlang einer virtuellen Kegelfläche verteilt werden, die von der einen virtuellen Kegelfläche verschieden ist.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 3, bei welchem die Mitte der Einlassöffnung der Kraftstoffeinspritzöffnung, welche den ersten Sprühnebel einspritzt, berührungsfrei von einer Symmetrieebene getrennt ist, welche den zweiten Sprühnebel halbiert.