DE112016003344T5

DE112016003344T5 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE112016003344T5
Application number: DE112016003344.3T
Authority: DE
Inventors: Noritsugu Kato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-04-19
Also published as: US20180202405A1; US10890152B2; JP6365450B2; WO2017018193A1; US20190345907A1; US10408180B2; CN107850029B; CN107850029A; JP2017025835A

Abstract

Bei einer Kombination aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern (13), bei welcher, wenn die Einspritzlöcher verschoben sind, so dass deren Mittelachsen (Ac1) bei den Einlassöffnungen (131) zusammenfallen, ein Zwischen-Einspritzlochwinkel, der durch die Mittelachsen (Ac1) gebildet ist, minimiert ist, ist der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern (13) als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände (133) bei den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen (Ac1) der beiden Einspritzlöcher (13) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und wenn Kraftstoff von den Einspritzlöchern (13) eingespritzt wird, ist ein Kraftstoffdurchschnittsdruck in dem Kraftstoffdurchlass (100) als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher sind derart ausgebildet, dass diese eine Beziehung: yamin ≥ θa1 + θa2 + 0.5 × P^0.6 erfüllen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2015-146636 , welche am 24. Juli 2015 angemeldet wurde und deren Offenbarung hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine einspritzt und zuführt.
Allgemeiner Stand der Technik
Herkömmlich ist es bekannt, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Mehrzahl von Einspritzlöchern besitzt, die jeweils eine kegelförmige Gestalt aufweisen, so dass deren Innenwand ausgehend von einer Einlassöffnung hin zu einer Auslassöffnung von einer Mittelachse zunehmend entfernt liegt. Patentliteratur 1 beschreibt beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit sechs Einspritzlöchern, die jeweils eine kegelförmige Innenwand besitzen.
Da bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Patentliteratur 1 der Durchmesser der Innenwand des Einspritzlochs hin zu der Auslassöffnung zunimmt, breitet sich ein von dem Einspritzloch eingespritzter Kraftstoffstrahl aus, so dass dieser von der Mittelachse des Einspritzlochs zunehmend entfernt ist. Folglich kann eine Zerstäubung des Kraftstoffstrahls erreicht werden.
Wenn ein durch Mittelachsen der Mehrzahl von Einspritzlöchern gebildeter Winkel klein ist oder wenn eine Strecke bzw. ein Abstand zwischen Auslassöffnungen der Einspritzlöcher kurz ist, können Strahlen des von den Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffes aufgrund des Coanda-Effekts zueinander angezogen werden. Dies kann die Stabilität der Strahlgestalt gegenüber Variationen des atmosphärischen Drucks oder der Umgebungstemperatur verschlechtern. Zusätzlich kann eine Zerstäubung des Kraftstoffstrahls durch eine Kollision zwischen den durch den Coanda-Effekt beeinflussten Kraftstoffstrahlen verhindert werden. Folglich kann bzw. können eine Zunahme eines unverbrannten Kraftstoffes und/oder eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit auftreten.
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Patentliteratur 1 sind sechs Einspritzlöcher vorgesehen, ein durch die Mittelachsen der Einspritzlöcher gebildeter Winkel ist relativ klein und ein Abstand zwischen den Auslassöffnungen der Einspritzlöcher ist relativ kurz. Aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern ist bei einer Kombination, bei welcher, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen bei den Einlassöffnungen zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern klein eingestellt. Alternativ ist aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern bei einer Kombination, bei welcher der Abstand zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, ein Zwischen-Einspritzlochwinkel klein eingestellt, welcher durch die Mittelachsen gebildet ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen bei den Einlassöffnungen zusammenfallen. Andererseits ist ein Kegelwinkel groß eingestellt, welcher durch eine Kontur einer Innenwand des Einspritzlochs in einem Querschnitt entlang einer virtuellen Ebene einschließlich der Mittelachse des Einspritzlochs gebildet ist. Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Patentliteratur 1 kann der von dem Einspritzloch eingespritzte Kraftstoffstrahl daher in hohem Maße durch den Coanda-Effekt beeinflusst werden.
Der Einfluss des Coanda-Effekts nimmt üblicherweise mit einer Zunahme des Drucks des eingespritzten Kraftstoffes zu. Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Patentliteratur 1 kann daher ein höherer Druck des eingespritzten Kraftstoffes eine weitere Zunahme des unverbrannten Kraftstoffes und/oder eine weitere Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit hervorrufen.
Literatur des Standes der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2012-246897 A
Kurzfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitzustellen, welche in der Lage ist, den Einfluss des Coanda-Effekts auf einen Strahl eines eingespritzten Kraftstoffes zu reduzieren.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Düsenteil.
Der Düsenteil umfasst einen Düsenzylinderabschnitt, welcher intern einen Kraftstoffdurchlass bildet, einen Düsenbodenabschnitt, welcher ein Ende des Düsenzylinderabschnitts verschließt, und eine Mehrzahl von Einspritzlöchern, welche zwischen einer Oberfläche des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt und einer Oberfläche des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt eine Verbindung vorsehen und Kraftstoff in den Kraftstoffdurchlass einspritzen.
Jedes Einspritzloch umfasst eine bei der Oberfläche des Düsenbodenabschnitts auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Einlassöffnung, eine bei der Oberfläche des Düsenbodenabschnitts auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Auslassöffnung und eine Einspritzlochinnenwand, die mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung verbunden ist und eine kegelförmige Gestalt besitzt, um ausgehend von der Einlassöffnung hin zu der Auslassöffnung von einer Mittelachse des Einspritzlochs zunehmend entfernt zu sein. Somit breitet sich der Strahl des von dem Einspritzloch eingespritzten Kraftstoffes aus, um von der Mittelachse des Einspritzlochs zunehmend entfernt zu sein. Folglich kann eine Zerstäubung des Kraftstoffstrahls erreicht werden.
Bei der vorliegenden Offenbarung ist bei einer Kombination aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern, bei welcher, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen bei den Einlassöffnungen zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch jeweilige Konturen der Innenwände der Einspritzwände bei den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen mit den Mittelachsen der beiden Einspritzlöcher gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und wenn Kraftstoff von dem Einspritzloch eingespritzt wird, ist der Durchschnittsdruck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher sind derart ausgebildet, dass diese eine Beziehung: yamin ≥ θa1 + θa2 + 0.5 × P^0.6 erfüllen (Gleichung 1).
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern bei der Kombination, bei welcher der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, basierend auf der Gleichung 1 auf einen Wert eingestellt, welcher durch den Coanda-Effekt weniger wahrscheinlich beeinflusst wird, in Abhängigkeit des Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass, welcher während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angenommen wird. Somit kann der Einfluss des Coanda-Effekts auf die Strahlen des von den beiden Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffes reduziert werden, falls der Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in dem angenommenen Bereich liegt. Dies ermöglicht es, die Stabilität der Strahlgestalt gegenüber Variationen des atmosphärischen Drucks oder der Umgebungstemperatur zu verbessern. Zusätzlich ist es möglich, eine Kollision zwischen den Kraftstoffstrahlen aufgrund des Coanda-Effekts zu unterdrücken und die Zerstäubung des Kraftstoffstrahls zu fördern. Daher ist es möglich, unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Bei einer weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist bei einer Kombination aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern, bei welcher ein Abstand zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen bei den Einlassöffnungen zusammenfallen, ein Zwischen-Einspritzlochwinkel, der durch die Mittelachsen gebildet wird, als ydmin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Innenwände der Einspritzlöcher bei den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen mit den Mittelachsen der beiden Einspritzlöcher gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, sind als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und wenn Kraftstoff von dem Einspritzloch eingespritzt wird, ist der Kraftstoffdurchschnittsdruck in dem Kraftstoffdurchlass als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher sind derart ausgebildet, dass diese eine Beziehung: ydmin ≥ θd1 + θd2 + 0.5 × P^0.6 erfüllen (Gleichung 2).
Wie vorstehend beschrieben, ist bei der vorliegenden Offenbarung der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den Einspritzlöchern bei der Kombination, bei welcher der Abstand zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, basierend auf der Gleichung 2 auf einen Wert eingestellt, welcher durch den Coanda-Effekt weniger wahrscheinlich beeinflusst wird, in Abhängigkeit eines angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Somit kann der Einfluss des Coanda-Effekts auf den Strahl des von den beiden Einspritzlöchern eingespritzten Kraftstoffes reduziert werden, falls der Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem angenommenen Bereich liegt. Dies ermöglicht es, die Stabilität der Strahlgestalt gegenüber Variationen des atmosphärischen Drucks oder der Umgebungstemperatur zu verbessern. Zusätzlich ist es möglich, die Kollision zwischen den Kraftstoffstrahlen aufgrund des Coanda-Effekts zu unterdrücken und die Zerstäubung des Kraftstoffstrahls zu fördern. Daher ist es möglich, unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Figurenliste
Die Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlicher, die mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen ausgeführt ist.

1 ist eine Schnittansicht, welche eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 ist eine Ansicht, welche einen Zustand darstellt, in welchem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.
3A ist eine Schnittansicht, welche ein Einspritzloch der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Umgebung des Einspritzlochs darstellt.
3B ist eine Ansicht von 3A in der Richtung eines Pfeils IIIB betrachtet.
4 ist eine Ansicht von 3B in der Richtung eines Pfeils IV betrachtet.
5 ist eine Ansicht von 3B in der Richtung des Pfeils IV betrachtet, welche einen Zustand zeigt, in welchem ein Kraftstoffstrahl von dem Einspritzloch eingespritzt wird.
6 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) und der Einflussrate des Coanda-Effekts zeigt.
7A ist eine Schnittansicht, welche ein Einspritzloch einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Umgebung des Einspritzlochs darstellt.
7B ist eine Ansicht von 7A in der Richtung eines Pfeils VIIB betrachtet.
8A ist eine Schnittansicht, welche ein Einspritzloch einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Umgebung des Einspritzlochs darstellt.
8B ist eine Ansicht von 8A in der Richtung eines Pfeils VIIIB betrachtet.
9A ist eine Schnittansicht, welche ein Einspritzloch einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Umgebung des Einspritzlochs darstellt.
9B ist eine Ansicht von 9A in der Richtung eines Pfeils IXB betrachtet.
10A ist eine Schnittansicht, welche ein Einspritzloch einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Umgebung des Einspritzlochs darstellt.
10B ist eine Ansicht von 10A in der Richtung eines Pfeils XB betrachtet.
11 ist eine Ansicht, welche einen Zustand darstellt, in welchem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf eine Verbrennungskraftmaschine angewendet wird.

Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend ist eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Bei den Ausführungsformen sind den im Wesentlichen gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und auf eine sich wiederholende Beschreibung ist verzichtet.
(Erste Ausführungsform)
1 stellt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 wird beispielsweise auf einen Ottomotor (nachfolgend einfach als „Maschine“ bzw. „Motor“ bezeichnet) 80 als eine Verbrennungskraftmaschine angewendet und diese spritzt Ottokraftstoff als Kraftstoff in die Maschine 80 ein und führt diesen zu (siehe 2).
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Maschine 80 einen zylindrischen Zylinderblock 81, einen Kolben 82, einen Zylinderkopf 90, ein Einlassventil 95, ein Auslassventil 96 und dergleichen. Der Kolben 82 ist vorgesehen, um sich in dem Zylinderblock 81 hin und her bewegen zu können. Der Zylinderkopf 90 ist vorgesehen, um ein offenes Ende des Zylinderblocks 81 zu verschließen. Eine Verbrennungskammer 83 ist durch die Innenwand des Zylinderblocks 81, eine Wandoberfläche des Zylinderkopfs 90 und den Kolben 82 gebildet. Das Volumen der Verbrennungskammer 83 nimmt mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 82 zu und ab.
Der Zylinderkopf 90 besitzt einen Einlasskrümmer 91 und einen Auslasskrümmer 93. Ein Einlassdurchlass 92 ist in dem Einlasskrümmer 91 vorgesehen. Der Einlassdurchlass 92 besitzt ein Ende, welches hin zu der Atmosphärenseite geöffnet ist, und das andere Ende steht mit der Verbrennungskammer 83 in Verbindung. Der Einlassdurchlass 92 führt die von der Atmosphärenseite angesaugte Luft (nachfolgend als „Einlass“ bezeichnet) hin zu der Verbrennungskammer 83.
In dem Auslasskrümmer 93 ist ein Auslassdurchlass 94 vorgesehen. Der Auslassdurchlass 94 besitzt ein Ende, welches mit der Verbrennungskammer 83 in Verbindung steht, und das andere Ende ist hin zu der Atmosphärenseite offen. Der Auslassdurchlass 94 führt die Luft (nachfolgend als „Auslass“ bezeichnet), welche ein in der Verbrennungskammer 83 erzeugtes Verbrennungsgas enthält, hin zu der Atmosphärenseite.
Das Einlassventil 95 ist in dem Zylinderkopf 90 vorgesehen, um sich durch eine Rotation eines Nockens einer angetriebenen Welle, welche in Zusammenhang mit einer nicht dargestellten Antriebswelle rotiert, hin und her bewegen zu können. Das Einlassventil 95 kann sich hin und her bewegen, um zwischen der Verbrennungskammer 83 und dem Einlassdurchlass 92 eine Öffnung und einen Verschluss vorzusehen. Das Auslassventil 96 ist in dem Zylinderkopf 90 vorgesehen, um sich durch eine Rotation eines Nockens hin und her bewegen zu können. Das Auslassventil 96 kann sich hin und her bewegen, um zwischen der Verbrennungskammer 83 und dem Auslassdurchlass 94 eine Öffnung und einen Verschluss vorzusehen.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist zwischen dem Einlassventil 95 und dem Auslassventil 96 des Zylinderkopfs 90 montiert, das heißt, diese ist bei einer Position entsprechend der Mitte der Verbrennungskammer 83 montiert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist derart vorgesehen, dass deren Achse im Wesentlichen parallel zu der Achse der Verbrennungskammer 83 ist oder im Wesentlichen mit dieser zusammenfällt. Bei der ersten Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mittig in der Maschine 80 montiert. Eine nicht dargestellte Zündkerze ist bei dem Zylinderkopf 90 vorgesehen. Die Zündkerze ist bei einer Position vorgesehen, bei welcher ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet werden kann, während der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 eingespritzte Kraftstoff nicht direkt an der Zündkerze haftet. Wie vorstehend beschrieben ist, entspricht die Maschine 80 einem Direkteinspritz-Ottomotor.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist derart vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 bei einem Abschnitt der Verbrennungskammer 83 auf einer Seite axial gegenüberliegend zu dem Kolben 82 freiliegend sind. Kraftstoff, welcher durch eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe auf einen Kraftstoffeinspritzdruck komprimiert wird, wird hin zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 geführt. Konische Strahlen Fo werden von den Einspritzlöchern 13 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in die Verbrennungskammer 83 eingespritzt. Wenn die Strahlen Fo von den Einspritzlöchern 13 eingespritzt werden, wird zwischen den Strahlen Fo ein Unterdruck Vc erzeugt. Folglich werden die Strahlen Fo zueinander angezogen. Dieses Phänomen ist als der Coanda-Effekt bekannt.
Nun ist mit Bezug auf 1 eine Grundkonfiguration der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 beschrieben.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 umfasst einen Düsenteil 10, ein Gehäuse 20, eine Nadel 30, einen beweglichen Kern 40, einen stationären Kern 41, eine Feder 43 als eine ventilsitzseitige Vorspannkomponente, eine Spule 44 und dergleichen.
Der Düsenteil 10 ist aus einem Metall, wie beispielsweise martensitischem Edelstahl, hergestellt. Der Düsenteil 10 ist gehärtet, so dass dieser eine vorbestimmte Härte aufweist. Wie in 1 gezeigt ist, besitzt der Düsenteil 10 einen Düsenzylinderabschnitt 11, einen Düsenbodenabschnitt 12, ein Einspritzloch 13 und einen Ventilsitz 14.
Der Düsenzylinderabschnitt 11 besitzt eine zylindrische Gestalt. Der Düsenbodenabschnitt 12 schließt ein Ende des Düsenzylinderabschnitts 11. Jedes Einspritzloch ist ausgebildet, um eine Oberfläche 121 (Innenwand) des Düsenbodenabschnitts 12 auf einer Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt 11 mit einer Oberfläche 122 (Außenwand) des Düsenbodenabschnitts 12 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt 11 zu verbinden (siehe 3A). In dem Düsenzylinderabschnitt 12 sind eine Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 vorgesehen. Bei der ersten Ausführungsform sind sechs Einspritzlöcher 13 vorgesehen (siehe 3B). Der Ventilsitz 14 ist bei dem Düsenbodenabschnitt 12 auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt 11 ringförmig um die Einspritzlöcher 13 herum ausgebildet. Die Einspritzlöcher 13 sind später detailliert beschrieben.
Das Gehäuse 20 besitzt einen Düsenhalter 26, eine erste zylindrische Komponente 21, eine zweite zylindrische Komponente 22, eine dritte zylindrische Komponente 23, einen Einlassteil 24, einen Filter 25 und dergleichen.
Der Düsenhalter 26 ist in einer zylindrischen Gestalt mit einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferrittischem Edelstahl, ausgebildet. Ein Endabschnitt des Düsenzylinderabschnitts 11 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenbodenabschnitt 12 ist mit der Innenseite eines Endes des Düsenhalters 26 verbunden. Der Düsenhalter 26 ist beispielsweise durch Schweißen mit dem Düsenteil 10 verbunden. Daher hält der Düsenhalter 26 den Düsenteil 10.
Die erste zylindrische Komponente 21, die zweite zylindrische Komponente 22 und die dritte zylindrische Komponente 23 sind jeweils in einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt ausgebildet. Die erste zylindrische Komponente 21, die zweite zylindrische Komponente 22 und die dritte zylindrische Komponente 23 sind in dieser Reihenfolge angeordnet, um koaxial zueinander zu sein, und diese sind miteinander verbunden.
Die erste zylindrische Komponente 21 und die dritte zylindrische Komponente 23 sind aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferrittischem Edelstahl, hergestellt und magnetisch stabilisiert. Die erste zylindrische Komponente 21 und die dritte zylindrische Komponente 23 weisen jeweils eine relativ geringe Härte auf. Die zweite zylindrische Komponente 22 ist aus einem nicht-magnetischen Material, wie beispielsweise austenitischem Edelstahl, hergestellt. Die Härte der zweiten zylindrischen Komponente 22 ist höher als die Härte von sowohl der ersten als auch der dritten zylindrischen Komponente 21 und 23.
Die erste zylindrische Komponente 21 ist derart vorgesehen, dass die Außenwand bei dem Endabschnitt davon auf einer Seite entgegengesetzt zu der zweiten zylindrischen Komponente 22 bei der Innenwand bei dem Endabschnitt des Düsenhalters 26 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenteil 10 eingepasst ist.
Der Einlassteil 24 ist in einer zylindrischen Gestalt mit einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferrittischem Edelstahl, ausgebildet. Der Einlassteil 24 ist derart vorgesehen, dass ein Ende davon mit dem Endabschnitt der dritten zylindrischen Komponente 23 auf einer Seite entgegengesetzt zu der zweiten zylindrischen Komponente 22 verbunden ist.
In dem Gehäuse 20 ist ein Kraftstoffdurchlass 100 vorgesehen. Der Kraftstoffdurchlass 100 steht mit den Einspritzlöchern 13 in Verbindung. Das heißt, der Düsenzylinderabschnitt 11 bildet innen einen Kraftstoffdurchlass 100. Eine nicht dargestellte Leitung ist mit dem Einlassteil 24 auf einer Seite entgegengesetzt zu der dritten zylindrischen Komponente 23 verbunden. Folglich strömt Kraftstoff von einer Kraftstoffzuführquelle (Kraftstoffpumpe) über die Leitung in den Kraftstoffdurchlass 100. Der Kraftstoffdurchlass 100 führt den Kraftstoff hin zu den Einspritzlöchern 13.
Der Filter 25 ist in dem Einlassteil 24 vorgesehen. Der Filter 25 sammelt Fremdstoffe in dem Kraftstoff, welcher in den Kraftstoffdurchlass 100 strömt.
Die Nadel 30 ist in einer Stabform mit einem Metall, wie beispielsweise martensitischem Edelstahl, ausgebildet. Die Nadel 30 ist gehärtet, so dass diese eine vorbestimmte Härte aufweist. Die Härte der Nadel 30 ist im Wesentlichen gleich der Härte des Düsenteils 10 eingestellt.
Die Nadel 30 ist in dem Gehäuse 20 aufgenommen, um sich in der axialen Richtung des Gehäuses 20 in dem Kraftstoffdurchlass 100 hin und her bewegen zu können. Die Nadel 30 besitzt einen Sitzabschnitt 31, einen Abschnitt 32 mit großem Durchmesser und dergleichen.
Der Sitzabschnitt 31 ist bei dem Endabschnitt der Nadel 30 auf einer Seite nahe an dem Düsenteil 10 ausgebildet, während dieser mit dem Ventilsitz 14 in Kontakt gebracht werden kann.
Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ist in der Umgebung des Sitzabschnitts 31 bei einem Endabschnitt der Nadel 30 auf einer Seite nahe an dem Ventilsitz 14 ausgebildet. Der Außendurchmesser des Abschnitts 32 mit großem Durchmesser ist größer eingestellt als der Außendurchmesser des Endabschnitts der Nadel 30 auf der Seite nahe an dem Ventilsitz 14. Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser ist derart ausgebildet, dass dessen Außenwand auf der Innenwand des Düsenzylinderabschnitts 11 des Düsenteils 10 gleitet. Dies ermöglicht eine Führung einer axialen Hin- und Herbewegung des Endabschnitts der Nadel 30 auf der Seite nahe an dem Ventilsitz 14. Der Abschnitt 32 mit großem Durchmesser besitzt Einschnitte bzw. Ausnehmungen 33, um bei einer Mehrzahl von Positionen von dessen Außenwand in der Umfangsrichtung ausgenommen zu sein. Folglich kann der Kraftstoff zwischen den Ausnehmungen 33 und der Innenwand des Düsenzylinderabschnitts 11 strömen.
Die Nadel 30 öffnet oder schließt die Einspritzlöcher 13 über eine Separation (Lösen) des Sitzabschnitts 31 von dem Ventilsitz 14 oder einen Kontakt (in Anlage Bringen) des Sitzabschnitts 31 mit (auf) dem Ventilsitz 14. Nachfolgend ist die Richtung, in welcher sich die Nadel 30 von dem Ventilsitz 14 löst, als eine Ventilöffnungsrichtung bezeichnet und die Richtung, in welcher die Nadel 30 mit dem Ventilsitz 14 in Kontakt kommt, ist als eine Ventilschließrichtung bezeichnet.
Der bewegliche Kern 40 ist in einer zylindrischen Gestalt mit einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferritischem Edelstahl, ausgebildet. Der bewegliche Kern 40 ist magnetisch stabilisiert. Die Härte des beweglichen Kerns 40 ist relativ gering und etwa gleich der Härte der ersten zylindrischen Komponente 21 oder der dritten zylindrischen Komponente 23 des Gehäuses 20.
Der bewegliche Kern 40 besitzt einen ersten zylindrischen Abschnitt 401 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 402. Der erste zylindrische Abschnitt 401 und der zweite zylindrische Abschnitt 402 sind integral ausgebildet, um koaxial zueinander zu sein. Der erste zylindrische Abschnitt 401 ist derart vorgesehen, dass die Innenwand bei einem Ende davon bei der Außenwand bei dem Endabschnitt der Nadel 30 auf der Seite entgegengesetzt dem Ventilsitz 14 eingepasst ist. Bei der ersten Ausführungsform ist der bewegliche Kern 40 durch Verschweißen mit der Nadel 30 verbunden. Der bewegliche Kern 40 kann sich daher zusammen mit der Nadel 30 in dem Gehäuse 20 axial hin und her bewegen.
Der zweite zylindrische Abschnitt 402 ist mit dem anderen Ende des ersten zylindrischen Abschnitts 401 verbunden. Der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 402 ist größer eingestellt als der Außendurchmesser des ersten zylindrischen Abschnitts 401.
Der erste zylindrische Abschnitt 401 besitzt einen Radiallochabschnitt 403, der sich radial erstreckt, um zwischen der Innenwand und der Außenwand eine Verbindung vorzusehen. Dies ermöglicht eine Zirkulation von Kraftstoff zwischen der Innenseite und der Außenseite des ersten zylindrischen Abschnitts 401 (des beweglichen Kerns 40) über den Radiallochabschnitt 403.
Der bewegliche Kern 40 besitzt einen Vorsprungabschnitt 404, welcher vorgesehen ist, um in einer Richtung nach radial außen von der Außenwand des Endabschnitts des zweiten zylindrischen Abschnitts 402 auf einer Seite entgegengesetzt zu dem ersten zylindrischen Abschnitt 401 ringförmig vorzustehen. Die Außenwand des Vorsprungabschnitts 404 kann bei der Innenwand der zweiten zylindrischen Komponente 22 des Gehäuses 20 gleiten. Somit wird die axiale Hin- und Herbewegung des beweglichen Kerns 40 durch die Innenwand der zweiten zylindrischen Komponente 22 geführt. Das heißt, die axiale Hin- und Herbewegung der Nadel 30 und des beweglichen Kerns 40 in dem Kraftstoffdurchlass 100 wird durch die Innenwand des Düsenzylinderabschnitts 11 und die Innenwand der zweiten zylindrischen Komponente 22 geführt. Der bewegliche Kern 40 besitzt eine gestufte Oberfläche 405, welche in einer ringförmigen und ebenen Gestalt bei dem zweiten zylindrischen Abschnitt 402 ausgebildet ist.
Der stationäre Kern 41 ist in Wesentlichen in einer zylindrischen Gestalt mit einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferritischem Edelstahl, ausgebildet. Der stationäre Kern 41 ist magnetisch stabilisiert. Die Härte des stationären Kerns 41 ist relativ gering und in etwa gleich der Härte des beweglichen Kerns 40. Der stationäre Kern 41 ist auf der entgegengesetzten Seite des Ventilsitzes 14 von dem beweglichen Kern 40 vorgesehen. Der stationäre Kern 41 ist in dem Gehäuse 20 vorgesehen, so dass dessen Außenwand mit den jeweiligen Innenwänden der zweiten und dritten zylindrischen Komponenten 22 und 23 verbunden ist. Die Endfläche des stationären Kerns 41 auf der Seite nahe dem Ventilsitz 14 kann mit der Endfläche des beweglichen Kerns 40 auf der Seite nahe an dem stationären Kern 41 in Kontakt gebracht werden.
Ein zylindrisches Anpassrohr 42 ist durch Einpressen bei dem stationären Kern 41 vorgesehen.
Die Feder 43 entspricht beispielsweise einer Spiralfeder und diese ist zwischen dem Anpassrohr 42 in dem stationären Kern 41 und der gestufte Oberfläche 405 des beweglichen Kerns 40 vorgesehen. Ein Ende der Feder 43 steht mit dem Anpassrohr 42 in Kontakt. Das andere Ende der Feder 43 steht mit der gestuften Oberfläche 405 in Kontakt. Die Feder 43 kann den beweglichen Kern 40 zusammen mit der Nadel 30 hin zu dem Ventilsitz 14, das heißt, in der Ventilschließrichtung, vorspannen. Die Vorspannkraft der Feder 43 wird durch eine Position des Anpassrohrs 42 mit Bezug auf den stationären Kern 41 angepasst.
Die Spule 44 besitzt im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt und diese ist vorgesehen, um die radial äußeren Seiten insbesondere der zweiten zylindrischen Komponente 22 und der dritten zylindrischen Komponente 23 des Gehäuses 20 zu umgeben. Ein zylindrischer Halter 45 ist radial außerhalb der Spule 44 vorgesehen, um die Spule 44 zu bedecken. Der Halter 45 ist aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise ferritischem Edelstahl, hergestellt. Die Innenwand des Halters 45 ist bei einem Ende des Halters 45 mit der Außenwand des Düsenhalters 26 verbunden und bei dem anderen Ende davon mit der Außenwand der dritten zylindrischen Komponente 23 verbunden.
Wenn elektrische Leistung bzw. Strom hin zu der Spule 44 geführt wird, erzeugt die Spule 44 eine magnetische Kraft. Wenn die Spule 44 eine magnetische Kraft erzeugt, wird über den stationären Kern 41, den beweglichen Kern 40, die erste zylindrische Komponente 21, den Düsenhalter 26, den Halter 45 und die dritte zylindrischen Komponente 23 ein Magnetkreis gebildet. Folglich wird zwischen dem stationären Kern 41 und dem beweglichen Kern 40 eine magnetische Anziehungskraft erzeugt und der bewegliche Kern 40 wird zusammen mit der Nadel 30 hin zu dem stationären Kern 41 angezogen. Folglich bewegt sich die Nadel 30 in der Ventilöffnungsrichtung und der Sitzabschnitt 31 löst sich von dem Ventilsitz 14, was zu der Ventilöffnung führt. Folglich werden die Einspritzlöcher 13 geöffnet. Wenn die Spule 44 bestromt wird, ist es auf diese Art und Weise möglich, den beweglichen Kern 40 zu dem stationären Kern 41 anzuziehen und die Nadel 30 hin zu der Seite entgegengesetzt zu dem Ventilsitz 14 zu bewegen.
Wenn der bewegliche Kern 40 durch die magnetische Anziehungskraft hin zu dem stationären Kern 41 angezogen wird (in der Ventilöffnungsrichtung), kollidiert die Endfläche des beweglichen Kerns 40 auf der Seite nahe an dem stationären Kern 41 mit der Endfläche des stationären Kerns 41 auf einer Seite in der Nähe des beweglichen Kerns 40. Folglich wird eine Bewegung des beweglichen Kerns 40 in der Ventilöffnungsrichtung beschränkt.
Wenn die Bestromung der Spule 44 in einem Zustand gestoppt wird, in welchem der bewegliche Kern 40 hin zu dem stationären Kern 41 angezogen wird, sind die Nadel 30 und der bewegliche Kern 40 durch die Vorspannkraft der Feder 43 hin zu dem Ventilsitz 14 vorgespannt. Folglich bewegt sich die Nadel 30 in der Ventilschließrichtung und der Sitzabschnitt 31 kommt mit dem Ventilsitz 14 in Kontakt, was zu dem Schließen des Ventils führt. Folglich werden die Einspritzlöcher 13 geschlossen.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die radial äußeren Seiten der dritten zylindrischen Komponente 23 und der Spule 44 durch einen aus Harz hergestellten Formabschnitt 46 eingeformt. Ein Konnektorabschnitt 47 ist ausgebildet, um von dem Formabschnitt 46 nach radial außen vorzustehen. Ein Anschluss 471 zum Zuführen von elektrischer Leistung zu der Spule 44 ist bei dem Konnektorabschnitt 47 eingeformt (insert-molded).
Kraftstoff, welcher von dem Einlassabschnitt 24 einströmt, strömt über den Filter 25, das Innere des stationären Kerns 41 und des Anpassrohrs 42, die Feder 43, das Innere des beweglichen Kerns 40, den Radiallochabschnitt 403, den Raum zwischen der Nadel 30 und der Innenwand des Gehäuses 20 und den Raum zwischen der Nadel 30 und der Innenwand des Düsenzylinderteils 11, das heißt, den Kraftstoffdurchlass 100, und dieser wird daher in die Einspritzlöcher 13 geführt. Die Umgebung des beweglichen Kerns 40 und der Nadel 30 wird während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit dem Kraftstoff gefüllt. Zusätzlich strömt der Kraftstoff während des Betriebs der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 durch den Radiallochabschnitt 403 des beweglichen Kerns 40. Folglich können sich der bewegliche Kern 40 und die Nadel 30 gleichmäßig in der axialen Richtung in dem Gehäuse 20 hin und her bewegen.
Das Einspritzloch 13 der ersten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 3A bis 6 detailliert beschrieben.
Wie in 3A gezeigt ist, besitzt das Einspritzloch 13 eine Einlassöffnung 131, eine Auslassöffnung 132 und eine Einspritzlochinnenwand 133. Die Einlassöffnung 131 ist bei einer Oberfläche 121 des Düsenbodenabschnitts 12 auf der Seite in der Nähe des Düsenzylinderabschnitts 11 vorgesehen. Die Auslassöffnung 132 ist bei einer Oberfläche 122 des Düsenbodenabschnitts 12 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt 11 vorgesehen. Ein Abschnitt der Oberfläche 121, in welchem die Einlassöffnung 131 ausgebildet ist, besitzt eine kegelförmige Gestalt, um sich ausgehend von einer Seite in der Nähe des Düsenzylinderabschnitts 11 hin zu der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt 11 der Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 anzunähern. Ein Abschnitt der Oberfläche 122, bei welchem die Auslassöffnung 132 ausgebildet ist, besitzt eine gekrümmte Oberflächengestalt. Die Einspritzlochinnenwand 133 ist mit der Einlassöffnung 131 und der Auslassöffnung 132 verbunden und besitzt eine kegelförmige Gestalt, um ausgehend von der Einlassöffnung 131 hin zu der Auslassöffnung 132 von der Mittelachse Ac1 zunehmend entfernt zu sein. Bei der ersten Ausführungsform ist jedes der Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet, dass die Mittelachse Ac1 die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 schräg schneidet.
Wie in 3B gezeigt ist, sind bei der ersten Ausführungsform sechs Einspritzlöcher 13 bei gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 vorgesehen. Mit anderen Worten, die sechs Einspritzlöcher 13 sind bei einem Intervall von 60° in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 vorgesehen. Zur Erläuterung ist angenommen, dass die jeweiligen sechs Einspritzlöcher 13 den Einspritzlöchern 51, 52, 53, 54, 55 und 56 entsprechen.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Einspritzlöcher 51, 52, 53, 54, 55 und 56 ausgebildet, um in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 in dieser Reihenfolge angeordnet zu sein (siehe 3B). Mit anderen Worten, die Einspritzlöcher 51 und 54, 52 und 55, und 53 und 56 sind jeweils bei dem Düsenbodenabschnitt 12 vorgesehen, um einander mit Bezug auf die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 gegenüberzuliegen (siehe 3A und 3B).
Bei der ersten Ausführungsform sind die Größen der Einlassöffnungen 131 der Einspritzlöcher 51 bis 56 im Wesentlichen gleich. Die Größen der Auslassöffnungen 132 er Einspritzlöcher 51 und 53 sind gleich. Die Größen der Auslassöffnungen 132 der Einspritzlöcher 52 und 55 sind gleich und diese Größe ist kleiner als die Größe der Auslassöffnung 132 des Einspritzlochs 51 oder 53. Die Größen der Auslassöffnungen 132 der Einspritzlöcher 54 und 56 sind gleich und diese Größe ist kleiner als die Größe der Auslassöffnung 132 des Einspritzlochs 52 oder 55.
Kegelwinkel, welche durch die Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der Einspritzlöcher 51 und 53 gebildet sind, sind gleich. Kegelwinkel, welche durch die Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der Einspritzlöcher 52 und 55 gebildet sind, sind gleich, und dieser Kegelwinkel ist kleiner als der Kegelwinkel des Einspritzlochs 51 oder 53. Kegelwinkel, welche durch die Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der Einspritzlöcher 54 und 56 gebildet sind, sind gleich, und dieser Kegelwinkel ist kleiner als der Kegelwinkel des Einspritzlochs 52 oder 55.
Wie in 3A und 3B gezeigt ist, ist bei der ersten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern bei einer Kombination (bei der ersten Ausführungsform einer Kombination der Einspritzlöcher 51 und 52, 52 und 53, 53 und 54, 54 und 55, 55 und 56 oder 56 und 51), bei welcher ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 und 52, 52 und 53, 53 und 54, 54 und 55, 55 und 56 oder 56 und 51) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch 13 eingespritzt wird, ist der Durchschnittsdruck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind ausgebildet, um die folgende Beziehung zu erfüllen. $γ amin \geq θ a 1 + θ 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
4 zeigt eine Gestaltbeziehung zwischen den Einspritzlöchern 51 und 52 mit der Kombination der Einspritzlöcher 51 und 52 als ein Beispiel aus den Kombinationen der beiden Einspritzlöcher 13, welche ermöglicht, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist. Wenn die Einspritzlöcher 51 und 52 versetzt bzw. verschoben sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, entspricht ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel yamin. Die Einspritzlöcher 51 und 52 sind ausgebildet, um die Beziehung der Gleichung 1 zu erfüllen.
Aus der Gleichung 1 ist yamin - (θa1 + θa2) ≥ 0.5 × P^0.6 angegeben.
Der angenommene Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform beträgt beispielsweise etwa 20 MPa. Bei der ersten Ausführungsform entspricht P daher 20 [MPa] und 0.5 × P^0.6 entspricht etwa 3,0.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Kegelwinkel der Einspritzlöcher 51 bis 56 jeweils beispielsweise auf etwa 14 bis 18 [Grad] eingestellt. Da die 3A, 3B und 4 schematischen Abbildungen entsprechen, ist der Kegelwinkel jedes Einspritzlochs nicht exakt dargestellt.
Bei der ersten Ausführungsform sind sämtliche Kombinationen der Einspritzlöcher 51 und 52, 52 und 52, 53 und 54, 54 und 55, 55 und 56, und 56 und 51 derart gebildet, dass diese die Beziehung von Gleichung 1 erfüllen.
Wie in 3A und 4 gezeigt ist, ist der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den Einspritzlöchern 51 und 54 größer als yamin.
Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, ist bei der ersten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination, bei welcher ein Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist (bei der ersten Ausführungsform eine Kombination der Einspritzlöcher 51 und 52 oder 52 und 53), wenn die Einspritzlöcher 13 versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel als ydmin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac 1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 und 52 oder 52 und 53) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, sind als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch 13 eingespritzt wird, ist ein durchschnittlicher Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind derart ausgebildet, dass diese die folgende Beziehung erfüllen. $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
4 zeigt eine Gestaltbeziehung zwischen den Einspritzlöchern 51 und 52 bei der Kombination der Einspritzlöcher 51 und 52 als ein Beispiel aus den Kombinationen der beiden Einspritzlöcher 13, wobei ermöglicht wird, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist. Wenn die Einspritzlöcher 51 und 52 versetzt bzw. verschoben sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, entspricht ein Zwischen-Einspritzlochwinkel, welcher durch die Mittelachsen Ac1 gebildet wird, ydmin. Die Einspritzlöcher 51 und 52 sind derart ausgebildet, dass diese die Beziehung der Gleichung 2 erfüllen.
Aus der Gleichung 2 ist ydmin - (θa1 + θa2) ≥ 0.5 × P^0.6 vorgegeben.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Einspritzlöcher 51 und 52 sowie 52 und 53 derart ausgebildet, dass diese die Beziehung der Gleichung 2 erfüllen.
Bei der ersten Ausführungsform ist yamin gleich ydmin (siehe 4). Wie in den 3A und 4 gezeigt ist, ist der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den Einspritzlöchern 51 und 54 größer als ydmin.
Wie in 5 gezeigt ist, wird bei der ersten Ausführungsform, wenn der Kraftstoff beispielsweise von den Einspritzlöchern 51 und 52 eingespritzt wird, zwischen den jeweiligen Strahlen Fo ein Unterdruck Vc erzeugt und die Strahlen Fo werden daher durch den Coanda-Effekt zueinander angezogen. Bei der ersten Ausführungsform sind die Einspritzlöcher 51 und 52 jedoch jeweils derart ausgebildet, dass diese die Gleichungen 1 und 2 erfüllen. Insbesondere ist der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 (Einspritzlöcher 51, 52) basierend auf den Gleichungen 1 und 2 auf einen Wert eingestellt, welcher durch den Coanda-Effekt weniger wahrscheinlich beeinflusst wird, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1. Daher ist es möglich, den Einfluss des Coanda-Effekts auf die von den beiden Einspritzlöchern 13 (Einspritzlöcher 51, 52) während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 eingespritzten Kraftstoffstrahlen Fo zu reduzieren.
6 zeigt eine Beziehung zwischen yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) und der Einflussrate des Coanda-Effekts in der ersten Ausführungsform, das heißt, in dem Fall, bei welchem der angenommene Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 etwa 20 MPa beträgt. 6 zeigt die Versuchsergebnisse der Kraftstoffeinspritzung von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 durch das graphische Darstellen einer Mehrzahl von Kreisen.
Im Allgemeinen nimmt der Einfluss des Coanda-Effekts zu, wenn der Druck des eingespritzten Kraftstoffes (Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100) höher ist. Wenn der Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 beispielsweise etwa 4 MPa beträgt, ist der Einfluss des Coanda-Effekts beinahe zu vernachlässigen. In 6 ist die Einflussrate des Coanda-Effekts (nachfolgend geeignet als „Coanda-Einflussrate“ bezeichnet) als ein Verhältnis aus dem „Winkel θ_20MPa, bei welchem der Strahl Fo bei P von 20 MPa angezogen wird (sich ausbreitet)“, zu dem „Winkel θ_4MPa, bei welchem der Strahl Fo bei P von 4 MPa angezogen wird (sich ausbreitet)“ definiert und das Verhältnis ist entlang der Ordinate graphisch dargestellt.
Wie in 6 gezeigt ist, beträgt die Coanda-Einflussrate etwa 1,0 bis 1,1, wenn yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) größer als 3,0 ist. Wenn yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) andererseits 3,0 oder kleiner ist, beträgt die Coanda-Einflussrate 0,8 bis 1,3, was zeigt, dass die Coanda-Einflussrate dazu neigt, zuzunehmen, wenn yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) abnimmt. Mit anderen Worten, wenn yamin - (θa1 + θa2) oder ydmin - (θd1 + θd2) größer als 3,0 ist, ist der Effekt des Coanda-Effekts auf den Strahl Fo gering. Bei der ersten Ausführungsform ist das Einspritzloch 13 derart ausgebildet, dass yamin - (θa1 + θa2) und ydmin - (θd1 + θd2) jeweils 0.5 × P^0.6 oder mehr entsprechen, das heißt, etwa 3,0 oder mehr. Folglich besitzt der Coanda-Effekt einen geringen Einfluss auf den von dem Einspritzloch 13 eingespritzten Strahl Fo.
Wie vorstehend beschrieben ist, besitzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform den Düsenteil 10. Der Düsenteil 10 umfasst den Düsenzylinderabschnitt 11, welcher intern den Kraftstoffdurchlass 100 bildet, den Düsenbodenabschnitt 12, welcher ein Ende des Düsenzylinderabschnitts 11 verschließt, und die Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56), welche zwischen der Oberfläche 121 des Düsenzylinderabschnitts 12 auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt 11 und der Oberfläche 122 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt 11 eine Verbindung vorsehen und den Kraftstoff in den Kraftstoffdurchlass 100 einspritzen.
Das Einspritzloch 13 besitzt die Einlassöffnung 131, welche bei der Oberfläche 121 des Düsenbodenabschnitts 12 auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt 11 ausgebildet ist, die Auslassöffnung 132, welche bei der Oberfläche 122 des Düsenbodenabschnitts 12 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt 11 ausgebildet ist, und die Einspritzlochinnenwand 133, welche mit der Einlassöffnung 131 und der Auslassöffnung 132 verbunden ist und eine kegelförmige Gestalt besitzt, um ausgehend von der Einlassöffnung 131 hin zu der Auslassöffnung 132 von der Mittelachse Ac1 zunehmend entfernt zu sein. Somit breitet sich der von dem Einspritzloch 13 eingespritzte Kraftstoffstrahl Fo aus, um von der Mittelachse Ac1 des Einspritzlochs 13 zunehmend entfernt zu sein. Folglich kann die Zerstäubung des Kraftstoffstrahls erreicht werden.
Aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern ist bei einer Kombination, bei welcher ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac 1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, die durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac 1 der beiden Einspritzlöcher 13 gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch 13 eingespritzt wird, ist der durchschnittliche Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 sind derart ausgebildet, dass diese die folgende Beziehung erfüllen $γ amin \geq θ a 1 + θ a 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Bei der ersten Ausführungsform ist aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination, bei welcher ein Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher 13 versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel als ydmin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, sind als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch 13 eingespritzt wird, ist der durchschnittliche Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 als P [MPa] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 sind derart ausgebildet, dass diese die folgende Beziehung erfüllen. $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie vorstehend beschrieben ist, sind bei der ersten Ausführungsform der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, und der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, basierend auf den Gleichungen 1 und 2 auf Werte eingestellt, welche durch den Coanda-Effekt jeweils weniger wahrscheinlich beeinflusst werden, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1. Somit können, falls der Druck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 in dem angenommenen Bereich liegt, der Einfluss des Coanda-Effekts auf die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1, der Einfluss des Coanda-Effekts auf die von den beiden Einspritzlöchern 13 eingespritzten Kraftstoffstrahlen Fo reduziert werden. Dies ermöglicht es, die Stabilität der Strahlgestalt gegenüber Variationen des atmosphärischen Drucks und der Umgebungstemperatur zu verbessern. Zusätzlich ist es möglich, eine Kollision zwischen den Kraftstoffstrahlen aufgrund des Coanda-Effekts zu unterdrücken und eine Zerstäubung des Kraftstoffstrahls zu fördern. Daher ist es möglich, unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Bei der ersten Ausführungsform besitzt der Düsenteil 10 sechs Einspritzlöcher 13. Im Allgemeinen neigt eine größere Anzahl an Einspritzlöchern dazu, den durch die Mittelachsen der Einspritzlöcher gebildeten Winkel zu reduzieren oder den Abstand zwischen den Auslassöffnungen der Einspritzlöcher zu reduzieren, was zu der Gefahr einer Zunahme des Coanda-Effekts auf den eingespritzte Kraftstoffstrahl führt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den Einspritzlöcher 13 bei der ersten Ausführungsform basierend auf den Gleichungen 1 oder 2 auf einen Wert eingestellt, welcher durch den Coanda-Effekt weniger wahrscheinlich beeinflusst wird, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1. Somit ist es möglich, den Einfluss des Coanda-Effekts auf die von den Einspritzlöchern 13 eingespritzten Strahlen Fo zu reduzieren, auch wenn der Düsenteil 10 viele Einspritzlöcher 13 besitzt.
Bei der ersten Ausführungsform besitzt der Düsenteil 10 den Ventilsitz 14, welcher um die Einlassöffnungen 131 des Düsenbodenabschnitts 12 herum ringförmig ausgebildet ist. Ferner umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 das Gehäuse 20, die Nadel 30, den beweglichen Kern 40, den stationären Kern 41, die Spule 44 und die Feder 43.
Das Gehäuse 20 besitzt eine zylindrische Gestalt und dieses ist mit dem Düsenzylinderabschnitt 11 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenbodenabschnitt 12 verbunden. Die Nadel 30 ist in dem Gehäuse 20 vorgesehen, so dass ein Ende davon (Sitzabschnitt 31) mit dem Ventilsitz 14 in Kontakt gebracht werden kann und sich in der axialen Richtung hin und her bewegen kann, und wenn sich das eine Ende von dem Ventilsitz 14 löst oder mit diesem in Kontakt kommt, werden die Einspritzlöcher 13 geöffnet oder geschlossen. Der bewegliche Kern 40 ist derart vorgesehen, dass sich dieser zusammen mit der Nadel 30 in dem Gehäuse 20 hin und her bewegen kann. Der stationäre Kern 41 ist auf der entgegengesetzten Seite des beweglichen Kern 40 zu dem Ventilsitz 14 in dem Gehäuse 20 vorgesehen. Wenn die Spule 44 bestromt wird, kann diese den beweglichen Kern 40 hin zu dem stationären Kern 41 anziehen, um die Nadel 30 hin zu der Seite entgegengesetzt zu dem Ventilsitz 14 zu bewegen. Die Feder 43 kann die Nadel 30 und den beweglichen Kern 40 hin zu dem Ventilsitz 14 vorspannen.
Die wie vorstehend beschrieben konfigurierte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 entspricht einem Beispiel einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, auf welche die vorliegende Offenbarung angewendet wird.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bei der Maschine 80 in der Mitte montiert. Da die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffstrahls durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit der vorstehenden Konfiguration gefördert wird, ist es möglich, ein Anhaften des Kraftstoffstrahls an den Wandoberflächen des Zylinderblocks 81, des Zylinderkopfs 90 und des Kolbens 82, welche die Verbrennungskammer 83 der Maschine 80 bilden, zu unterdrücken. Daher ist es möglich, ein Benetzen solcher Wandoberflächen mit dem Kraftstoff zu unterdrücken.
(Zweite Ausführungsform)
7A und 7B stellen einen Teil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der Einspritzlöcher 51, 53, 54 und 56.
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Einspritzlöcher 56, 52, 54, 53, 55 und 51 derart ausgebildet, dass diese in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 in dieser Reihenfolge angeordnet sind (siehe 7B). Mit anderen Worten, die Einspritzlöcher 56 und 53, 52 und 55, und 54 und 51 sind bei dem Düsenbodenabschnitt 12 jeweils derart vorgesehen, dass diese einander mit Bezug auf die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 gegenüberliegen (siehe 7A und 7B).
Bei einem Vergleich der Anordnung der Einspritzlöcher 13 der ersten Ausführungsform mit der Anordnung der Einspritzlöcher 13 der zweiten Ausführungsform sind Positionen der Einspritzlöcher 51 und 56 vertauscht und Positionen der Einspritzlöcher 53 und 54 sind ebenso vertauscht (siehe 3B und 7B).
Wie in den 7A und 7B gezeigt ist, ist bei der zweiten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination (in der zweiten Ausführungsform eine Kombination der Einspritzlöcher 56 und 52, 52 und 54, 54 und 53, 53 und 55, oder 55 und 51), bei welcher ein durch die Mittelachsen Ac1 ausgebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac 1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 56 und 52, 52 und 54, 54 und 53, 53 und 55 oder 51 und 56) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ amin \geq θ a 1 + θ a 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie in 7 gezeigt ist, ist bei der zweiten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination, bei welcher ein Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist (bei der zweiten Ausführungsform eine Kombination der Einspritzlöcher 53 und 55 oder 55 und 51), wenn die Einspritzlöcher 13 versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, ein Zwischen-Einspritzlochwinkel, welcher durch die Mittelachsen Ac1 gebildet ist, als ydmin [Grad] dargestellt, und Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac 1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 53 und 55 oder 55 und 51) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie vorstehend beschrieben ist, sind bei der zweiten Ausführungsform ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, und der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, basierend auf den Gleichungen 1 und 2 auf Werte eingestellt, welcher durch den Coanda-Effekt jeweils weniger wahrscheinlich beeinflusst werden, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Daher ist es möglich, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
(Dritte Ausführungsform)
8A und 8B stellen einen Teil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der Einspritzlöcher 51, 52 und 56.
Bei der dritten Ausführungsform sind die Einspritzlöcher 56, 51, 53, 54, 55 und 52 derart ausgebildet, dass diese in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 in dieser Reihenfolge angeordnet sind (siehe 8B). Mit anderen Worten, die Einspritzlöcher 56 und 54, 51 und 55 und 53 und 52 sind jeweils in dem Düsenbodenabschnitt 12 vorgesehen, um einander mit Bezug auf die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 gegenüberzuliegen (siehe 8A und 8B).
Bei einem Vergleich der Anordnung der Einspritzlöcher 13 der ersten Ausführungsform mit der Anordnung der Einspritzlöcher 13 der zweiten Ausführungsform sind Positionen der Einspritzlöcher 51, 52 und 56 unterschiedlich, während Positionen der Einspritzlöcher 53, 54 und 55 gleich sind (siehe 3B und 8B).
Wie in 8A und 8B gezeigt ist, ist bei der dritten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination (bei der dritten Ausführungsform eine Kombination der Einspritzlöcher 56 und 51, 51 und 53, 53 und 54, 54 und 55, 55 und 52, oder 52 und 56), bei welcher ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 56 und 51, 51 und 53, 53 und 54, 54 und 55, 55 und 52, oder 52 und 56) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ amin \geq θ a 1 + θ a 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie in 8A und 8B gezeigt, ist bei der dritten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination, bei welcher ein Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist (bei der dritten Ausführungsform eine Kombination der Einspritzlöcher 51 und 53), wenn die Einspritzlöcher 13 versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel als ydmin [Grad] dargestellt, und Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 und 53) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, sind als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und die Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51 bis 56) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie vorstehend beschrieben ist, sind bei der dritten Ausführungsform ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, und der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, basierend auf den Gleichungen 1 und 2 auf Werte eingestellt, welche durch den Coanda-Effekt jeweils weniger wahrscheinlich beeinflusst werden, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Daher ist es ebenso wie bei der ersten Ausführungsform möglich, unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
(Vierte Ausführungsform)
9A und 9B stellen einen Teil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Gestalt der Einspritzlöcher 13.
Bei der vierten Ausführungsform sind sechs Einspritzlöcher 51 ausgebildet, um in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 bei gleichem Intervallen angeordnet zu sein (siehe 9B). Mit anderen Worten, sämtliche Einspritzlöcher 13 besitzen bei der vierten Ausführungsform die gleiche Größe.
Wie in 9 gezeigt, ist bei der vierten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination (bei der vierten Ausführungsform jede aus sechs Kombinationen der benachbarten Einspritzlöcher 51 und 51), bei welcher ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 als yamin [Grad] dargestellt, Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (benachbarte Einspritzlöcher 51 und 51) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, sind als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt, und die sechs Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ amin \geq θ a 1 + θ a 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Wie in 9A und 9B gezeigt, ist bei der vierten Ausführungsform aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern 13 bei einer Kombination, bei welcher ein Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, bei einer Kombination (bei der vierten Ausführungsform jede aus sechs Kombinationen der benachbarten Einspritzlöcher 51 und 51), wenn die Einspritzlöcher 13 versetzt sind, so dass deren Mittelachsen Ac1 bei den Einlassöffnungen 131 zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen Ac1 gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel als ydmin [Grad] dargestellt, und Kegelwinkel, welche durch die jeweiligen Konturen der Einspritzlochinnenwände 133 in den Querschnitten entlang der virtuellen Ebenen einschließlich der Mittelachsen Ac1 der beiden Einspritzlöcher 13 (benachbarte Einspritzlöcher 51 und 51) gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, sind als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt, und die sechs Einspritzlöcher 13 (Einspritzlöcher 51) sind derart ausgebildet, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen. $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6}$
Bei der vierten Ausführungsform ist θa1 = θa2 vorgegeben.
Wie vorstehend beschrieben ist, sind bei der vierten Ausführungsform ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, und der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern 13 bei der Kombination, bei welcher der Abstand D zwischen den Auslassöffnungen 132 minimiert ist, basierend auf den Gleichungen 1 und 2 auf Werte eingestellt, welche durch den Coanda-Effekt jeweils weniger wahrscheinlich beeinflusst werden, in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Daher ist es ebenso wie bei der ersten Ausführungsform möglich, unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
(Fünfte Ausführungsform)
10A und 10B stellen einen Teil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Anzahl der Einspritzlöcher 13 und dergleichen.
Bei der fünften Ausführungsform sind fünf Einspritzlöcher 51 ausgebildet, um in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 bei gleichen Intervallen bzw. Abständen angeordnet zu sein (siehe 10B). Mit anderen Worten, bei der fünften Ausführungsform sind fünf Einspritzlöcher 13 bei einem Intervall von 72° in der Umfangsrichtung des Düsenbodenabschnitts 12 ausgebildet.
Die fünfte Ausführungsform ist abgesehen von dem vorstehend beschriebenen Punkt gleich der vierten Ausführungsform.
Bei der fünften Ausführungsform ist es ebenso wie bei der vierten Ausführungsform möglich, den Einfluss des Coanda-Effekts auf den eingespritzten Kraftstoffstrahl zu reduzieren und somit unverbrannten Kraftstoff zu reduzieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
(Sechste Ausführungsform)
11 stellt eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hinsichtlich einer Montageposition der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bei der Maschine 80.
Wie in 11 gezeigt, ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bei der sechsten Ausführungsform bei dem Einlasskrümmer 91 auf der Seite nahe an dem Zylinderblock 81 mit Bezug auf den Einlassdurchlass 92 montiert. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist derart vorgesehen, dass deren Achse mit Bezug auf die Achse der Verbrennungskammer 83 geneigt ist oder mit der Achse der Verbrennungskammer 83 eine verdrehte Beziehung besitzt. Bei der fünften Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1, wie benannt, seitlich bei der Maschine 80 montiert.
Zwischen dem Einlassventil 95 und dem Auslassventil 96 des Zylinderkopfs 90 ist eine Zündkerze 97 vorgesehen, das heißt, diese ist bei einer Position entsprechend der Mitte der Verbrennungskammer 83 vorgesehen. Die Zündkerze 97 ist bei einer Position vorgesehen, bei welcher ein brennbares Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet werden kann, während der von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 eingespritzte Kraftstoff nicht direkt an der Zündkerze haftet.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist derart vorgesehen, dass eine Mehrzahl von Einspritzlöchern 13 bei einem Abschnitt auf einer radial äußeren Seite der Verbrennungskammer 83 freiliegend sind. Bei der sechsten Ausführungsform wird, wenn eine Mehrzahl von Strahlen Fo von den Einspritzlöchern 13 eingespritzt werden, zwischen den Strahlen Fo ebenso ein Unterdruck Vc erzeugt. Folglich werden die Strahlen Fo zueinander angezogen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 bei der sechsten Ausführungsform seitlich bei der Maschine 80 montiert. Da die Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffstrahls durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 mit der vorstehenden Konfiguration gefördert wird, ist es möglich, ein Benetzen der Wandoberflächen des Zylinderblocks 81, des Zylinderkopfs 90 und des Kolbens 82, welche die Verbrennungskammer 83 der Maschine 80 bilden, mit dem Kraftstoff zu unterdrücken.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden mit einem Beispiel beschrieben, bei welchem jedes der Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet ist, dass die Mittelachse Ac1 die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 schräg schneidet. Andererseits kann bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, falls die Einspritzlöcher 13 ausgebildet sind, um die Beziehung der Gleichung 1 oder 2 zu erfüllen, zumindest eines der Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet sein, dass die Mittelachse Ac1 mit der Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 eine verdrehte Beziehung besitzt. Andererseits kann ein Einspritzloch 13 derart ausgebildet sein, dass dessen Mittelachse Ac1 die Achse A×1 des Düsenzylinderabschnitts 11 nicht schneidet.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden mit einem Beispiel beschrieben, bei welchem, wenn der Kraftstoff von dem Einspritzloch 13 eingespritzt wird, der durchschnittliche Druck P [MPa] des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 gleich 20 [MPa] ist. Andererseits kann P bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung niedriger oder höher als 20 sein, falls die Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet sind, dass diese die Beziehung der Gleichung 1 oder 2 erfüllen. Mit anderen Worten, die Gestalt des Einspritzlochs 13 kann in Abhängigkeit des angenommenen Drucks des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass 100 während der Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung geeignet eingestellt sein.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden mit einem Beispiel beschrieben, bei welchem der Kegelwinkel (θa1, θa2, θd1, θd2) des Einspritzlochs 13 auf etwa 14 bis 18 [Grad] eingestellt ist. Der Kegelwinkel des Einspritzlochs 13 kann bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung andererseits kleiner als 14 [Grad] oder größer als 18 [Grad] sein, falls die Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet sind, dass diese die Beziehung der Gleichung 1 oder 2 erfüllen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können bei dem Düsenbodenabschnitt 12 sieben oder mehr Einspritzlöcher 13 ausgebildet sein, falls die Einspritzlöcher 13 derart ausgebildet sind, dass diese die Beziehung der Gleichung 1 oder 2 erfüllen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden mit einem Beispiel beschrieben, bei welchem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf einen Direkteinspritz-Ottomotor angewendet wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung andererseits beispielsweise auf eine Dieselmaschine oder einen Saugrohreinspritz-Ottomotor angewendet werden. In einem solchen Fall kann das Anhaften des Kraftstoffstrahls an den Wandoberflächen der eine Verbrennungskraftmaschine bildenden Komponenten, wie eines Zylinderblocks und eines Kolbens, ebenso durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der vorliegenden Offenbarung unterdrückt werden. Daher ist es möglich, ein Benetzen solcher Wandoberflächen mit dem Kraftstoff zu unterdrücken.
Wie vorstehend beschrieben ist, soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein und diese kann in dem Schutzumfang verschiedenartig ausgeführt sein, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015146636 [0001]
JP 2012246897 A [0008]

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung, aufweisend: einen Düsenteil (10) mit einem Düsenzylinderabschnitt (11), welcher intern einen Kraftstoffdurchlass (100) bildet, einem Düsenbodenabschnitt (12), welcher ein Ende des Düsenzylinderabschnitts verschließt, und einer Mehrzahl von Einspritzlöchern (13, 51, 52, 53, 54, 55, 56), welche zwischen einer Oberfläche (121) des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt und einer Oberfläche (122) des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt eine Verbindung vorsehen und Kraftstoff in den Kraftstoffdurchlass einspritzen, wobei jedes der Einspritzlöcher eine bei der Oberfläche (121) des Düsenbodenabschnitts auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Einlassöffnung (131), eine bei der Oberfläche (122) des Düsenbodenabschnitts auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Auslassöffnung (132) und eine Einspritzlochinnenwand (133), die mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung verbunden ist und eine kegelförmige Gestalt besitzt, um ausgehend von der Einlassöffnung hin zu der Auslassöffnung von einer Mittelachse (Ac1) zunehmend entfernt zu sein, umfasst, und bei einer Kombination aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern aus den Einspritzlöchern, bei welcher, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass Mittelachsen der Einspritzlöcher bei den Einlassöffnungen zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, der Zwischen-Einspritzlochwinkel zwischen den beiden Einspritzlöchern als yamin [Grad] dargestellt ist, Kegelwinkel, welche durch jeweilige Konturen der Einspritzlochinnenwände bei Querschnitten entlang virtueller Ebenen einschließlich der Mittelachsen der beiden Einspritzlöcher gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Zwischen-Einspritzlochwinkel minimiert ist, als θa1 und θa2 [Grad] dargestellt sind, und wenn Kraftstoff von den Einspritzlöchern eingespritzt wird, ein Durchschnittsdruck des Kraftstoffes in dem Kraftstoffdurchlass als P [MPa] dargestellt ist, und die Einspritzlöcher derart ausgebildet sind, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen: $γ amin \geq θ a 1 + θ a 2 + 0.5 \times P^{0.6} .$
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, aufweisend: einen Düsenteil (10) mit einem Düsenzylinderabschnitt (11), welcher intern einen Kraftstoffdurchlass (100) bildet, einem Düsenbodenabschnitt (12), welcher ein Ende des Düsenzylinderabschnitts verschließt, und einer Mehrzahl von Einspritzlöchern (13, 51, 52, 53, 54, 55, 56), welche zwischen einer Oberfläche (121) des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt und einer Oberfläche (122) des Düsenbodenabschnitts auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt eine Verbindung vorsehen und Kraftstoff in den Kraftstoffdurchlass einspritzen, wobei jedes der Einspritzlöcher eine bei der Oberfläche (121) des Düsenbodenabschnitts auf der Seite nahe an dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Einlassöffnung (131), eine bei der Oberfläche (122) des Düsenbodenabschnitts auf der Seite entgegengesetzt zu dem Düsenzylinderabschnitt ausgebildete Auslassöffnung (132) und eine Einspritzlochinnenwand (133), die mit der Einlassöffnung und der Auslassöffnung verbunden ist und eine kegelförmige Gestalt besitzt, um ausgehend von der Einlassöffnung hin zu der Auslassöffnung von einer Mittelachse (Ac1) zunehmend entfernt zu sein, umfasst, und bei einer Kombination aus sämtlichen Kombinationen von zwei Einspritzlöchern aus den Einspritzlöchern, bei welcher ein Abstand (D) zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, wenn die Einspritzlöcher versetzt sind, so dass Mittelachsen der Einspritzlöcher bei den Einlassöffnungen zusammenfallen, ein durch die Mittelachsen gebildeter Zwischen-Einspritzlochwinkel als ydmin [Grad] dargestellt ist, Kegelwinkel, welche durch jeweilige Konturen der Einspritzlochinnenwände in Querschnitten entlang virtueller Ebenen einschließlich der Mittelachsen der beiden Einspritzlöcher gebildet sind, welche ermöglichen, dass der Abstand (D) zwischen den Auslassöffnungen minimiert ist, als θd1 und θd2 [Grad] dargestellt sind, und wenn Kraftstoff von den Einspritzlöchern eingespritzt wird, der Kraftstoffdurchschnittsdruck in dem Kraftstoffdurchlass als P [MPa] dargestellt ist und die Einspritzlöcher derart ausgebildet sind, dass diese die nachfolgende Beziehung erfüllen: $γ dmin \geq θ d 1 + θ d 2 + 0.5 \times P^{0.6} .$
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Düsenteil fünf oder mehr Einspritzlöcher aufweist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Düsenteil einen Ventilsitz (14) besitzt, der um die Einlassöffnungen herum bei dem Düsenbodenabschnitt ringförmig ausgebildet ist, und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ferner aufweist: ein zylindrisches Gehäuse (20), welches auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Düsenbodenabschnitt mit dem Düsenzylinderabschnitt verbunden ist; eine Nadel (30), welche in dem Gehäuse vorgesehen ist, so dass ein Ende mit dem Ventilsitz in Kontakt gebracht werden kann und so dass sich diese in der axialen Richtung hin und her bewegen kann und die Einspritzlöcher öffnet oder schließt, wenn sich das eine Ende von dem Ventilsitz löst oder mit diesem in Kontakt kommt; einen beweglichen Kern (40), welcher derart vorgesehen ist, dass sich dieser zusammen mit der Nadel in dem Gehäuse hin und her bewegen kann; einen stationären Kern (41), der in dem Gehäuse auf einer entgegengesetzten Seite des beweglichen Kerns zu dem Ventilsitz vorgesehen ist; eine Spule (44), welche den beweglichen Kern hin zu dem stationären Kern anziehen kann, um die Nadel hin zu einer Seite entgegengesetzt zu dem Ventilsitz zu bewegen, wenn die Spule bestromt wird; und eine ventilsitzseitige Vorspannkomponente (43), welche die Nadel und den beweglichen Kern hin zu dem Ventilsitz vorspannen kann.