DE112016002869T9

DE112016002869T9 - Kraftstoffeinspritzdüse

Info

Publication number: DE112016002869T9
Application number: DE112016002869.5T
Authority: DE
Inventors: Shinya Sano; Kazufumi SERIZAWA; Atsushi Utsunomiya; Toshiaki Hijima
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2018-05-17
Also published as: US20180180009A1; WO2016208138A1; DE112016002869T5; US10364785B2; JP6254122B2; JP2017008866A

Abstract

Ein Düsenkörper (1) hat eine Sackkammer (6), welche innerhalb gebildet ist, zum Sammeln von druckbeaufschlagtem Kraftstoff. Wenn eine Nadel (2) beginnt, sich nach oben zu bewegen, wird Kraftstoff durch einen Drosselabschnitt (x), welcher durch ein oberes Ende der Sackkammer (6) und einen konischen Abschnitt (9) begrenzt wird, reguliert. Eine Öffnungsfläche des Drosselabschnittes (x) ist eine Drosselöffnungsfläche S1. Eine Hälfte einer Fläche, welche durch den Drosselabschnitt (x), die Nadel (2), eine Innenwand der Sackkammer (6) und die erstreckte untere Endlinie (L3) in einem Querschnitt der Sackkammer (6), aufgenommen entlang der Sackmittellinie (L1), umgeben ist, ist eine Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2. Ein Abhebebetrag, wenn die Drosselöffnungsfläche S1 gleich zu einer Fläche ist, welche durch ein Multiplizieren der Einspritzlochfläche S3 mit der Anzahl der Einspritzlöcher berechnet wird, ist ein vorbestimmter Abhebebetrag L. Ein Viskositätskoeffizient von Kraftstoff ist ϱ. Dann ist ein Indexwert Sa in Übereinstimmung mit einer Gleichung wie untenstehend berechnet wird, eingestellt, um 0,5 oder größer zu sein.Dies ermöglicht es nicht nur, einen Strömungsratenkoeffizienten in der Sackkammer (6) zu vergrößern, sondern auch, einen Strom von Kraftstoff in der Sackkammer (6) zu stabilisieren.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung ist auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-126865 basiert, welche am 24. Juni 2015 eingereicht wurde, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme mit eingebunden ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff.
STAND DER TECHNIK
Eine Kraftstoffeinspritzdüse eines konischen Einführtyps, die in beispielsweise Patentliteratur 1 offenbart ist, hat einen konischen Abschnitt, welcher an einem Spitzenende einer Nadel vorgesehen ist, und eine Sackkammer (sac chamber) in einem Düsenkörper axial überlappt.
FRÜHERE TECHNIKLITERATUR
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP-A-2010-174819
Hierin nachstehend wird eine Beschreibung unter der Annahme gegeben werden, dass eine Nadel sich in einer axialen Richtung bewegt und sich nach oben bewegt, um eine Kraftstoffeinspritzung zu starten. In einem Niedrig-Anhebezustand, in dem ein Anhebebetrag der Nadel klein ist unmittelbar nachdem eine Einspritzung gestartet wird, entwickelt sich eine starke Turbulenz in einem Kraftstoffstrom in einer Sackkammer. Solch eine Turbulenz kann unerwünschterweise einen Strömungsratenkoeffizienten in der Sackkammer verringern, welcher ein Maß einer Rate ist, bei welcher Kraftstoff von der Sackkammer in ein Einspritzloch eingeführt bzw. zugeführt wird. Wenn ein Strömungsratenkoeffizient in der Sackkammer klein wird, wird eine Sprühdurchdringungskraft (spray penetration force) schwach. Der Begriff „eine Sprühdurchdringungskraft“, auf welche hierin Bezug genommen ist, repräsentiert eine Kraft, mit welcher zerstäubter Kraftstoff, welcher von dem Einspritzloch eingespritzt wird, weit weg getragen wird. Wenn eine Sprühdurchdringungskraft schwach wird, kann vernebelter Kraftstoff nicht weit weg getragen werden. Wenn ein Abhebebetrag zunimmt, ändert sich eine Strömung des Kraftstoffs, welcher durch die Sackkammer strömt, mit einer Varianz in dem Abhebebetrag. Genauer ändert sich Kraftstoff, welcher entlang des konischen Abschnitts in dem Niedrigabhebezustand geströmt ist, um entlang einer inneren Wand der Sackkammer zu strömen, wenn der Abhebebetrag zunimmt. Aus diesem Grund kann eine Strömung von Kraftstoff in der Sackkammer unstabil werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzdüse eines konischen Einführtyps herzustellen, welche in der Lage ist, einen Strömungsratenkoeffizienten in einer Sackkammer zu erhöhen und eine Strömung von Kraftstoff in der Sackkammer zu stabilisieren.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung fanden, dass eine Strömung von Kraftstoff in einer Sackkammer durch ein Steuern einer Drosselöffnungsfläche S1 und einer Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 gesteuert werden kann. Genauer fanden die Erfinder der vorliegenden Offenbarung, dass Gleichung (1) wie untenstehend, welche die Drosselöffnungsfläche und die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche nutzt, proportional zu einem Strömungsratenkoeffizienten in der Sackkammer ist. $Strömungsratenkoeffizient im Sack \propto \frac{ρ}{2} \int_{h = 0}^{h = L} {(\frac{S_{1}}{S_{2} - S_{1}})}^{2} d h$
Ein Einstellen eines Indexwerts Sa, welcher in Übereinstimmung mit obiger Gleichung (1) berechnet ist, auf 0,5 oder größer ermöglicht es nicht nur, einen Strömungsratenkoeffizienten in der Sackkammer zu erhöhen, sondern ermöglicht es auch, eine Strömung von Kraftstoff in der Sackkammer zu stabilisieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine Kraftstoffeinspritzdüse einen Düsenkörper 1 auf, welcher einen Ventilsitz 5 hat, welcher in einer konischen Form ist und innerhalb einer Sackkammer 6 gebildet ist, welche innerhalb gebildet ist, um druckbeaufschlagten Kraftstoff zu sammeln, welcher durch ein Inneres des Ventilsitzes und ein Einspritzloch 3 hindurchgetreten ist, um druckbeaufschlagten Kraftstoff, welcher der Sackkammer zugeführt wird, zu einer Außenseite einzuspritzen. Die Kraftstoffeinspritzdüse weist ferner eine Nadel 2 auf, welche einen Sitzabschnitt 8 hat, welche zum Abschneiden der Zufuhr von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in die Sackkammer ist, wenn sie auf den Ventilsitz gesetzt ist, und einen konischen Abschnitt 9, welcher in einer konischen Form ist mit einer Grenze an dem Sitzabschnitt, wobei der konische Abschnitt in die Sackkammer eingeführt ist, wobei die Nadel in einer linearen Richtung innerhalb des Düsenkörpers angetrieben wird. Die Nadel muss sich in einer Richtung nach oben bewegen, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird. Die Nadel muss sich in einer Richtung nach unten bewegen, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Ein nach oben gerichteter Bewegungsbetrag der Nadel ist ein Abhebebetrag. Eine Richtung entlang welcher die Nadel sich bewegen muss, ist eine axiale Richtung h. Eine axiale gerade Linie, welche eine Mitte der Sackkammer passiert, ist eine Sackmittellinie L1. Eine Öffnungsfläche eines Drosselabschnitts x, die zwischen einem oberen Ende der Sackkammer und dem konischen Abschnitt begrenzt ist, ist eine Drosselöffnungsfläche S1. Eine gerade Linie, welche durch ein Erstrecken einer Mittelachse des Einspritzloches in die Sackkammer gezogen wird, ist eine erstreckte Einspritzlochlinie L2. Ein Ort, an dem das Einspritzloch sich in die Sackkammer öffnet ist eine Einspritzlocheinlass 3a. Eine gerade Linie, welche ein unteres Ende des Einspritzlocheinlasses passiert und parallel zu dem Einspritzloch erstreckte Linie ist eine erstreckte untere Endlinie L3. Eine Hälfte einer Fläche, welche durch den Drosselabschnitt, die Nadel, eine Innenwand der Sackkammer und die erstreckte untere Endlinie in einem Querschnitt der Sackkammer, aufgenommen entlang der Sackmittellinie, umgeben ist, ist eine Injektionsloch-Stromaufwärtsfläche S2. Eine Passagenfläche des Einspritzloches ist eine Einspritzfläche S3. Ein Abhebebetrag, wenn die Drosselöffnungsfläche gleich zu einer Fläche ist, welche durch ein Multiplizieren der Einspritzlochfläche mit der Anzahl der Einspritzlöcher berechnet wird, ist ein vorbestimmter Abhebebetrag L. Ein Viskositätskoeffizient von Kraftstoff ist ein Koeffizient ϱ. Ein Indexwert Sa wird in Übereinstimmung mit einer Gleichung wie untenstehend berechnet. Der Indexwert Sa erfüllt eine Ungleichung von Sa ≥ 0,5. $S_{a} = \frac{ρ}{2} \int_{h = 0}^{h = L} {(\frac{S_{1}}{S_{2} - S_{1}})}^{2} d h$
Figurenliste
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gefertigt ist. In den Zeichnungen:
Die obigen und andere Aufgaben, Konfigurationen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden deutlicher werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, genommen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnen, in welchen:

1 eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts einer Kraftstoffeinspritzdüse entlang einer Sackmittellinie ist;
2 eine Ansicht ist, welche verwendet wird, um einen Hauptabschnitt der Kraftstoffeinspritzdüse;
3A eine Ansicht ist, welche verwendet wird, um eine Drosselöffnungsfläche zu beschreiben; 3B eine Ansicht ist, welche verwendet wird, um eine Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche zu beschreiben, und 3C eine Ansicht ist, welche verwendet wird, um eine Einspritzlochfläche zu beschreiben;
4A und 4B Ansichten sind, welche verwendet werden, um einen Betrieb zu beschreiben, wenn ein Indexwert Sa geringer ist als 0,5; und
5A und 5B Ansichten sind, welche verwendet werden, um einen Betrieb in dem Fall zu beschreiben, in dem der Indexwert Sa auf 0,5 oder größer eingestellt ist.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hierin nachstehend werden Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung gemäß den Zeichnungen beschrieben werden. Es sollte anerkannt werden, dass die Ausführungsformen, welche untenstehend beschrieben sind, lediglich ein Beispiel sind und die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen untenstehend beschränkt ist.
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 bis 5B beschrieben werden. Eine Maschine, welche an einem Automobil angebracht ist, weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird für eine Dieselmaschine verwendet und weist eine gemeinsame Kraftstoffleitung (common rail) auf, um Kraftstoff unter hohem Druck darin anzusammeln. In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind Injektoren zum Einspritzen von Kraftstoff unter hohem Druck von einem Direkteinspritztyp, welche an jeweiligen Zylindern der Maschine angebracht sind und Kraftstoff direkt in die angebrachten Zylinder einspritzen.
Der Injektor weist eine Kraftstoffeinspritzdüse auf. Die Kraftstoffeinspritzdüse hat einen Düsenkörper 1 und eine Nadel 2. Der Düsenkörper 1 wird mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff von der gemeinsamen Kraftstoffleitung versorgt. Die Nadel 2 wird linear innerhalb des Düsenkörpers 1 angetrieben. Hierin nachstehend wird auf einen Betrag einer nach oben gerichteten Bewegung der Nadel 2 Bezug genommen als ein Anhebebetrag und auf eine Bewegungsrichtung der Nadel 2 wird als eine axiale Richtung h Bezug genommen.
Ein Antriebssystem der Nadel 2 ist nicht auf ein beliebiges bestimmtes System beschränkt. Beispiele eines anwendbaren Antriebssystems der Nadel 2 weisen auf, sind jedoch nicht auf einen elektromagnetischen Ventilinjektor, einen Piezoinjektor und einen elektromagnetisch betriebenen Injektor beschränkt. In dem elektromagnetischen Ventilinjektor wird die Nadel 2 durch einen hydraulischen Druck betrieben bzw. angetrieben, welcher durch ein elektromagnetisches Ventil gesteuert wird. In dem Piezoinjektor wird die Nadel 2 durch einen hydraulischen Druck angetrieben, welcher durch einen Piezoaktuator gesteuert wird. In dem elektromagnetisch angetriebenen Injektor wird die Nadel 2 direkt durch einen elektromagnetischen Aktuator betrieben.
Die Kraftstoffeinspritzdüse wird nun genau beschrieben werden. Ein Düsenloch 4, ein Ventilsitz 5 und eine Sackkammer 6 sind innerhalb des Düsenkörpers 1 vorgesehen. Kraftstoff unter hohem Druck wird dem Düsenloch 4 zugeführt. Der Ventilsitz 5 ist von einer konischen Form. Die Sackkammer 6 ist von der Form einer kugelförmigen Oberfläche, in welcher druckbeaufschlagter Kraftstoff, welcher durch das Innere des Ventilsitzes 5 hindurchgetreten ist, gesammelt wird. Der Ventilsitz 5 ist an einem unteren Ende des Düsenloches 4 gebildet. Eine konische Oberfläche des Ventilsitzes 5 ist gebildet, um im Durchmesser von oben nach unten kleiner zu werden.
Die Sackkammer 6 ist in einer Kombination einer zylindrischen Oberfläche 6a, welche sich von einem unterem Ende des Ventilsitzes 5 nach unten erstreckt, und einer halbkugeligen Oberfläche 6b gebildet, welche an ein unteres Ende der zylindrischen Oberfläche 6a gekoppelt ist. Genauer ist ein Schwellabschnitt bzw. Ausbauchungsabschnitt 7 in einer halbkugeligen Form, der einer Verbrennungskammer der Maschine ausgesetzt ist, an einer Außenoberfläche des Düsenkörpers 1 an einem unteren Ende vorgesehen, und die Sackkammer 6 ist in dem Inneren des Schwellabschnitts 7 vorgesehen.
Der Düsenkörper 1 ist mit einem oder mehr als einem Einspritzloch 3 vorgesehen, von welchem druckbeaufschlagter Kraftstoff, welcher der Sackkammer 6 zugeführt wird, zu einer Außenseite des Düsenkörpers 1 eingespritzt wird. Das Folgende wird eine Konfiguration beschreiben, in der mehrere Einspritzlöcher 3 als ein spezifisches Beispiel gebildet sind.
Jedes Einspritzloch 3 ist vorgesehen, um durch den Schwellabschnitt 7 von der Innenseite zu der Außenseite hindurch zu treten. Genauer ist das Einspritzloch 3 ein Loch, welches diagonal von einer Innenwandoberfläche der Sackkammer 6 zu einer Außenwandoberfläche des Schwellabschnitts 7 hindurchtritt, und durch ein Schneiden mit einer Bohrklinge (drill blade), durch ein Elektrofunken-Bearbeiten, Laserstrahlbearbeiten oder dergleichen gebohrt ist. 1 zeigt eine Konfiguration, in der die Einspritzlöcher 3 kreisförmige Löcher sind, von welchen jedes als ein Beispiel einen konstanten Durchmesser hat. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass eine Form der Einspritzlöcher 3 nicht auf die Form beschränkt ist, welche in 1 gezeigt ist.
Die Nadel 2 ist in einer Schaftform bzw. Wellenform, welche sich in einer Oberseiten-Unterseiten-Richtung erstreckt. Die Nadel 2 ist abgestützt, um in der Oberseiten-Unterseiten-Richtung an einer Mitte des Düsenloches 4 angetrieben zu werden. Die Nadel 2 ist mit einem ringförmigen Sitzabschnitt 8 vorgesehen. Der Sitzabschnitt 8 ist auf dem Ventilsitz 5 gesetzt, um eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in dieser Kammer 6 abzuschneiden.
Der Sitzabschnitt 8 ist an einer Grenze zwischen zwei konischen Oberflächen gebildet, von welchen jede eine unterschiedliche Spreizung bzw. einen unterschiedlichen Ausbreitungswinkel hat. Genauer ist ein Ausbreitungswinkel einer konischen Oberfläche über dem Sitzabschnitt 8 kleiner als ein Ausbreitungswinkel des Ventilsitzes 5, wohingegen ein Ausbreitungswinkel einer konischen Oberfläche unter dem Sitzabschnitt 8 größer ist als der Ausbreitungswinkel des Ventilsitzes 5. In der folgenden Beschreibung wird auf einen konischen Abschnitt unter dem Sitzabschnitt 8 Bezug genommen als der konische Abschnitt 9. Das heißt, dass die Nadel 2 mit dem konischen Abschnitt 9 in einer konischen Form gebildet ist, welche im Durchmesser von dem Sitzabschnitt 8 zu der Unterseite kleiner wird, und mit dem Sitzabschnitt 8 platziert an der Grenze gebildet ist.
Die Kraftstoffeinspritzdüse ist von einem konischen Einführtyp. Genauer wird ein Teil des konischen Abschnitts 9 in die Sackkammer 6 eingeführt. Der konische Abschnitt überlappt die Sackkammer 6 in der axialen Richtung h. Das heißt, dass ein Aussparungsabschnitt 10, welcher an einem unteren Ende des konischen Abschnitts 9 vorgesehen ist, unter einer Grenzlinie 11 zwischen dem Ventilsitz 5 und der Sackkammer 6 platziert ist. Die Form des Aussparungsabschnitts 10 ist nicht auf eine beliebige bestimmte Form beschränkt. Wie in 2 gezeigt ist, kann der Aussparungsabschnitt 10 in einer Form einer flachen Oberfläche rechtwinklig zu der axialen Oberfläche h gebildet sein. Unterschiedlich von der Form, welche in 2 gezeigt ist, kann der Aussparungsabschnitt 10 in einer Form einer konischen Oberfläche gebildet sein, welche einen größeren Ausbreitungswinkel hat als derjenige des anderen konischen Abschnitts 9.
Das Folgende ist eine ergänzende Beschreibung des konischen Einführtyps. In einer Kraftstoffeinspritzdüse des konischen Einführtyps ist der Aussparungsabschnitt 10 unter der Grenzlinie 11 platziert, wenn der Sitzabschnitt 8 auf den Ventilsitz 5 gesetzt ist, und der konische Abschnitt 9 und die Sackkammer 6 überlappen einander in der axialen Richtung h. Der konische Abschnitt 9 kann die Sackkammer 6 in der axialen Richtung h überlappen, wenn die Nadel 2 auf das Maximale angehoben ist. Alternativ kann der konische Abschnitt 9 aus der Sackkammer 6 herauskommen, wenn die Nadel 2 auf das Maximale angehoben ist.
In einem Zustand, in dem die Nadel 2 sich nach oben bewegt und der Sitzabschnitt 8 nicht auf den Ventilsitz 5 gesetzt ist, ist eine Zuführseite des druckbeaufschlagten Kraftstoffs mit den Einspritzlöchern 3 verbunden und Kraftstoff wird von den Einspritzlöchern 3 eingespritzt. Umgekehrt ist in einem Zustand, in dem die Nadel 2 sich nach unten bewegt und der Sitzabschnitt 8 auf den Ventilsitz 5 gesetzt ist, die Kommunikation zwischen der Zufuhrseite von druckbeaufschlagtem Kraftstoff und dem Einspritzloch 3 blockiert und die Einspritzung von Kraftstoff wird gestoppt.
Die Kraftstoffeinspritzdüse der vorliegenden Ausführungsform wird nun genauer beschrieben werden. Die axiale Abmessung der zylindrischen Oberfläche 6a ist eine Sacklänge 1. Der Durchmesser der zylindrischen Oberfläche 6a ist eine Durchmesserabmessung ϕds. Eine axiale gerade Linie, welche die Mitte der Sackkammer 6 passiert, d. h. eine axiale gerade Linie, welche die Mitte eines Zylinders passiert, welcher die zylindrische Oberfläche 6a bildet, ist eine Sackmittellinie L1. Eine gerade Linie, welche durch ein Erstrecken der Mittelachse des Einspritzloches 3 in die Sackkammer 6 gezogen wird, ist eine erstreckte Einspritzlochlinie L2. Ein Ort, an dem das Einspritzloch 3 sich in die Sackkammer 6 öffnet, ist ein Einspritzlocheinlass 3a. Eine gerade Linie, welche ein unteres Ende des Einspritzloches 3a passiert und parallel zu der erstreckten Einspritzlochlinie L2 ist eine erstreckte untere Endlinie L3.
Zusätzlich ist die Öffnungsfläche eines Drosselabschnitts x, definiert zwischen dem oberen Ende der Sackkammer 6 und dem konischen Ende 9, eine Drosselöffnungsfläche S1. Eine Hälfte einer Fläche, welche durch den Drosselabschnitt x, die Nadel 2, die Innenwand der Sackkammer 6 und die erstreckte untere Endlinie L3 in dem Querschnitt der Sackkammer 6 aufgenommen entlang der Sackmittellinie L1 (siehe 1) umgeben ist, ist eine Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2. Die Durchtrittsfläche des Einspritzloches 3 ist eine Einspritzlochfläche S3 (siehe 3A bis 3C).
Ein Abhebebetrag der Nadel 2 ist, wenn die Drosselöffnungsfläche S1 gleich zu einer Fläche ist, welche durch ein Multiplizieren der Einspritzlochfläche S3 mit der Anzahl der Einspritzlöcher 3 berechnet wird, ein vorbestimmter Abhebebetrag L. Wie beschrieben wurde, kann die Anzahl der Einspritzlöcher eins sein. Ein Viskositätskoeffizient von Kraftstoff ist ein Koeffizient ϱ.
Die Drosselöffnungsfläche S1 ist eine Fläche, welche mit dem Abhebebetrag variiert. Genauer wird, wenn der Abhebebetrag zunimmt, der Abstand von dem oberen Ende der Sackkammer 6 zu dem konischen Abschnitt 9 größer. Demzufolge wird die Drosselöffnungsfläche S1 größer.
Die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 wird nun spezifisch beschrieben werden. 1 zeigt einen Querschnitt der Sackkammer 6, aufgenommen entlang der Sackmittellinie L1. In dem Querschnitt der 1 ist die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 auf beiden Seiten über die Sackmittellinie hinweg gegenwärtig. 2 zeigt eine Hälfte des Querschnitts der Sackkammer 6, welche in 1 gezeigt ist, wenn der Querschnitt entlang der Sackmittellinie in zwei unterteilt ist. In dem Querschnitt, welcher in 2 gezeigt ist, ist die Fläche, welche durch den Drosselabschnitt x, die Nadel 2, die Innenwand der Sackkammer 6 und die erstreckte untere Linie L3 umgeben ist, die Einströmloch-Stromaufwärtsfläche S2.
Die Kraftstoffeinspritzdüse der vorliegenden Ausführungsform ist von einem Weitwinkel-Einspritztyp. In einer Kraftstoffeinspritzdüse des Weitwinkel-Einspritztyps ist ein Einspritzwinkel Θ1 auf einem Bereich von 60° bis 85° eingestellt. Das spezifische Beispiel, welches in 1 gezeigt ist, wird nun beschrieben werden. Das Folgende wird eine Konfiguration genauer beschreiben, in der zwei Einspritzlöcher 3 einander durch die Sackmittellinie L1 dazwischen gegenüberliegen. Das heißt, dass in einer Kraftstoffeinspritzdüse des Weitwinkel-Einspritztyps ein Winkel, welcher zwischen der erstreckten Einspritzlochlinie L2 eines Einspritzloches 3 und der erstreckten Einspritzlochlinie L2 des anderen Einspritzloches 3 durch die Sackmittellinie L2 gebildet ist, 120°-170° ist.
Zusätzlich ist als ein spezifisches Beispiel das eine Einspritzloch 3 in solch einer Art und Weise gebildet, dass die Einspritzerstreckungslinie L2 rechtwinklig zu einer Linie normal zu der halbkugeligen Oberfläche 6b wird. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass die Konfiguration des Einspritzloches 3 nicht auf die Konfiguration wie obenstehend beschränkt ist.
Ein Strom von Kraftstoff in der Sackkammer 6 kann durch ein Steuern der Drosselöffnungsfläche S1 und der Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 gesteuert werden. Ein Strömungsratenkoeffizient in der Sackkammer 6 ist proportional zu der obigen Gleichung (1). In der Kraftstoffeinspritzdüse der vorliegenden Ausführungsform erfüllt ein Indexwert Sa, welcher in Übereinstimmung mit Gleichung (3) wie untenstehend berechnet wird, eine Ungleichung von Sa ≥ 0,5. $S_{a} = \frac{ρ}{2} \int_{h = 0}^{h = L} {(\frac{S_{1}}{S_{2} - S_{1}})}^{2} d h$
Genauer ist der Indexwert Sa auf 0,5 oder größer durch ein Erhöhen der Durchmesserabmessung ϕds und ein Verringern der Sacklänge l eingestellt. Eine Konfiguration für solch eine Einstellung wird nun genauer beschrieben werden. Die Drosselöffnungsfläche S1 wird durch ein Erhöhen der Durchmesserabmessung ϕds erhöht. Ferner wird die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 durch ein Verringern der Sacklänge l verringert. Der Indexwert Sa ist demnach auf 0,5 oder größer eingestellt.
In der obigen Gleichung (3) zeigt h = 0 eine axiale Position der Nadel 2 an, wenn eine Einspritzung gestoppt ist, und h = L zeigt eine axiale Position der Nadel 2 an, wenn der Abhebebetrag den vorbestimmten Abhebebetrag L erreicht.
Durch Bezugnahme auf die 4A und 4B und 5A und 5B wird das Folgende Operationen in dem Fall vergleichen, in dem der Indexwert Sa eingestellt ist, um geringer als 0,5 zu sein und in dem Fall, in dem der Indexwert Sa auf 0,5 oder größer eingestellt ist.
4A zeigt eine Operation in einem Niedrigabhebezustand in dem Fall, in dem der Indexwert Sa eingestellt ist, um geringer als 0,5 zu sein. Wenn die Drosselöffnungsfläche S1 klein ist, gewinnt Kraftstoff, welcher in die Sackkammer 6 strömt, eine Kraft. Demzufolge entwickelt sich eine starke Turbulenz in einem Strom von Kraftstoff in der Sackkammer 6 und der ein Strömungsratenkoeffizient in der Sackkammer 6 wird verringert.
4B zeigt eine Operation in einem Hoch-Abhebezustand in einem Fall, in dem der Indexwert Sa eingestellt ist, um geringer als 0,5 zu sein. Wenn die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 groß ist, ändert sich ein Strom b1 von Kraftstoff, welcher in die Sackkammer 6 strömt, um entlang der Innenwand der Sackkammer 6 zu gehen. Demnach wird eine Strömung von Kraftstoff in der Sackkammer 6 unstabil.
5A zeigt eine Operation in einem Niedrig-Abhebezustand in dem Fall, in dem der Indexwert Sa auf 0,5 oder größer eingestellt ist. Wenn die Drosselöffnungsfläche S1 groß ist, kann eine Kraft des Kraftstoffs, welcher in die Sackkammer 6 strömt, abgeschwächt werden. Demnach kann eine Turbulenz von Kraftstoff in der Sackkammer 6 begrenzt werden und ein Strömungsratenkoeffizient in der Sackkammer 6 kann erhöht werden.
5B zeigt eine Operation in einem Hoch-Abhebezustand in dem Fall, in dem der Indexwert Sa auf 0,5 oder größer eingestellt ist.
Wenn die Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 klein ist, ändert sich ein Strom b2 von Kraftstoff, welcher in die Sackkammer 6 strömt wenig. Das heißt, dass ein Strom von Kraftstoff in die Sackkammer 6 stabil wird.
(Erster Effekt der ersten Ausführungsform)
Wie beschrieben wurde, kann durch ein Einstellen des Indexwertes Sa, welcher in Übereinstimmung mit Gleichung (3) obenstehend berechnet wird, auf 0,5 oder größer der Strömungsratenkoeffizient in der Sackkammer 6 erhöht werden. Ferner kann ein Strom von Kraftstoff in der Sackkammer 6 stabilisiert werden. Demnach kann die erste Ausführungsform eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einer starken Sprüh-Durchdringungskraft vorsehen, welche stetig verbleibt, auch wenn ein Abhebebetrag variiert.
(Zweiter Effekt der ersten Ausführungsform)
Durch ein Einstellen des Indexwertes Sa, welcher in Übereinstimmung mit Gleichung (3) obenstehend berechnet wird, auf 0,5 oder größer kann das Sackvolumen verringert werden. Das Sackvolumen ist das Volumen zwischen dem Düsenkörper 1 und der Nadel 2 in der Sackkammer 5. Verschuldet durch die Fähigkeit des Verringerns des Sackvolumens kann Kraftstoff, welcher in der Sackkammer 6 verbleibt, nachdem eine Einspritzung gestoppt ist, verringert werden. Demnach kann die erste Ausführungsform einen Effekt des Verringerns von HC in einem Emissionsgas erlangen, welches erzeugt wird, wenn Kraftstoff, welcher in der Sackkammer 6 verbleibt, in die Verbrennungskammer durch die Einspritzlöcher 3 leckt.
(Andere Ausführungsformen)
Es sollte anerkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsform, welche obenstehend beschrieben ist, beschränkt ist und Ausführungsformen wie folgt ebenso eingesetzt werden können.
In der obigen Ausführungsform ist die Sackkammer 6 durch ein Kombinieren der zylindrischen Oberfläche 6a und der halbkugeligen Oberfläche 6b gebildet. Es wird festgehalten, dass eine Form der Sackkammer 6 nicht auf die Form, welche obenstehend beschrieben ist, beschränkt ist. Genauer kann die zylindrische Oberfläche 6a in einer anderen Form sein oder die halbkugelige Oberfläche 6b kann in einer anderen Form sein, während die zylindrische Oberfläche 6a aufrechterhalten wird, wie sie ist.
Die obige Ausführungsform hat den Weitwinkel-Einspritztyp mit einem Einspritzwinkel Θ1 eingestellt auf 60° bis 85° als ein Beispiel beschrieben. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass der Einspritzwinkel Θ1 nicht auf den Bereich, welcher obenstehend spezifiziert ist beschränkt ist. Der Einspritzwinkel Θ1 kann eingestellt sein auf weniger als 60° oder größer als 85°.
Die obige Ausführungsform hat einen Fall beschrieben, in dem die vorliegende Offenbarung auf eine Kraftstoffeinspritzdüse angewandt wird, welche für eine Dieselmaschine verwendet wird. Eine Dieselmaschine ist eine Kompressionszündungsmaschine mit interner Verbrennung. Kraftstoff, welcher von der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, ist nicht auf Leichtöl beschränkt. Kraftstoff, welcher von der Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, können andere Typen von Kraftstoff sein, welche für eine Kompressionszündung geeignet sind, wie beispielsweise Dimethylether.
Die obige Ausführungsform hat einen Fall beschrieben, in dem die vorliegende Offenbarung auf eine Kraftstoffeinspritzdüse angewandt wird, welche für eine Dieselmaschine verwendet wird. Es wird festgehalten, dass die vorliegende Offenbarung auf eine Kraftstoffeinspritzdüse angewandt werden kann, welche für eine Benzinmaschine verwendet wird.
Die Kraftstoffeinspritzdüse kann von einem Rundherum-Einspritztyp sein, welcher konfiguriert ist, um Kraftstoff um die Kraftstoffeinspritzdüse rundherum einzuspritzen. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzdüse von einem Doppelseiten-Einspritztyp sein, welcher konfiguriert ist, um Kraftstoff zu beiden Seiten der Kraftstoffeinspritzdüse einzuspritzen. Ferner kann die Kraftstoffeinspritzdüse von einem Einseiten-Einspritztyp sein, welcher konfiguriert ist, um Kraftstoff zu nur einer Seite der Kraftstoffeinspritzdüse einzuspritzen.
Während das Obige die vorliegende Offenbarung gemäß den Ausführungsformen beschrieben hat, sollte verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und die Strukturen, welche obenstehend beschrieben sind, beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung weist verschiedene Modifikationen und Abänderungen innerhalb des äquivalenten Umfangs auf. Zusätzlich sind verschiedene Kombinationen und Ausführungsformen sowie andere Kombinationen und Ausführungsformen, welche ferner ein Element allein und mehr oder weniger als ein Element aufweisen, ebenso innerhalb des Umfangs und der Idee der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015126865 [0001]
JP 2010174819 A [0004]

Claims

Kraftstoffeinspritzdüse, die Folgendes aufweist: einen Düsenkörper (1), welcher einen Ventilsitz (5) hat, welcher in einer konischen Form ist und innerhalb einer Sackkammer (6) gebildet ist, welche innen gebildet ist, um druckbeaufschlagten Kraftstoff, welcher durch ein Inneres des Ventilsitzes hindurchgetreten ist, zu sammeln, und ein Einspritzloch (3), um druckbeaufschlagten Kraftstoff, welcher der Sackkammer zugeführt wird, zu einer Außenseite einzuspritzen; und eine Nadel (2), welche einen Sitzabschnitt (8) hat, welcher zum Abschneiden der Zufuhr von druckbeaufschlagtem Kraftstoff in die Sackkammer ist, wenn er auf den Ventilsitz gesetzt ist, und einen konischen Abschnitt (9), welcher in einer konischen Form ist mit einer Grenze an dem Sitzabschnitt, wobei der konische Abschnitt in die Sackkammer eingeführt ist, wobei die Nadel in einer linearen Richtung innerhalb des Düsenkörpers angetrieben wird, wobei die Nadel sich in einer Richtung nach oben bewegen muss, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird, die Nadel sich in einer Richtung nach unten bewegen muss, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, ein nach oben gerichteter Bewegungsbetrag der Nadel ein Abhebebetrag ist, eine Richtung entlang welcher die Nadel sich bewegen muss, eine axiale Richtung (h) ist, eine axiale gerade Linie, welche eine Mitte der Sackkammer passiert, eine Sackmittellinie (L1) ist, eine Öffnungsfläche eines Drosselabschnittes (x), welcher zwischen einem oberen Ende der Sackkammer und dem konischen Abschnitt definiert ist, eine Drosselöffnungsfläche S1 ist, eine gerade Linie, welche durch ein Erstrecken einer Mittelachse des Einspritzloches in die Sackkammer gezogen wird, ein erstreckte Einspritzlochlinie (L2) ist, ein Ort, an dem sich das Einspritzloch in die Sackkammer öffnet, ein EinspritzlochEinlass (3a) ist, eine gerade Linie, welche ein unteres Ende des Einspritzloch-Einlasses passiert und parallel zu dem Einspritzloch erstreckte Linie eine erstreckte untere Endlinie (L3) ist, eine Hälfte einer Fläche, welche durch den Drosselabschnitt, die Nadel, eine Innenwand der Sackkammer und die erstreckte untere Endlinie in einem Querschnitt der Sackkammer, aufgenommen entlang der Sackmittellinie, umgeben ist, eine Einspritzloch-Stromaufwärtsfläche S2 ist, eine Durchtrittsfläche des Einspritzloches eine Einspritzfläche S3 ist, ein Abhebebetrag, wenn die Drosselöffnungsfläche gleich zu einer Fläche ist, welche durch ein Multiplizieren der Einspritzlochfläche mit der Anzahl der Einspritzlöcher berechnet wird, ein vorbestimmter Abhebebetrag L ist, ein Viskositätskoeffizient von Kraftstoff ein Koeffizient ϱ ist, ein Indexwert Sa in Übereinstimmung mit einer Gleichung wie untenstehend berechnet wird, $S_{a} = \frac{ρ}{2} \int_{h = 0}^{h = L} {(\frac{S_{1}}{S_{2} - S_{1}})}^{2} d h$
und der Indexwert von Sa eine Ungleichung von Sa ≥ 0,5 erfüllt.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1, wobei die Sackkammer eine zylindrische Oberfläche (6a) hat, welche sich nach unten von einem untere Ende des Ventilsitzes erstreckt, und eine halbkugelartige Oberfläche (6b), welche an einem unteren Ende der zylindrischen Oberfläche gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzdüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Winkel (Θ1), welcher zwischen einer unteren Endseite der Sackmittellinie und der erstreckten Einspritzlochlinie gebildet ist, in einem Bereich von 60° bis 85° eingestellt ist.