DE112017000305T5

DE112017000305T5 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE112017000305T5
Application number: DE112017000305.9T
Authority: DE
Inventors: Ryo KUSAKABE; Takuya Watai; Shirou Yamaoka; Kiyotaka Ogura
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2018-10-25
Also published as: WO2017145527A1; CN108700012A; JP2019116900A; JP6839796B2; CN108700012B; JP6725723B2; JPWO2017145527A1; US10989105B2; US20190040790A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der Kraftstoffsprühstrahlen an einem Einlassventil, einer Wandoberfläche in einem Motorzylinder oder einem Kolben kaum anhaften.In einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Ventilkörper 114 und einer Sitzfläche 601, um im Zusammenwirken das Einspritzen und Zurückhalten von Kraftstoff durchzuführen, und mit einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen 501 und 502, deren Einlassöffnungsflächen an der Sitzfläche 601 ausgebildet sind, sind eine erste Einspritzöffnung 501 und eine zweite, zur ersten Einspritzöffnung 501 nächstliegend angeordnete Einspritzöffnung 502 und 503, die die Mehrzahl der Einspritzöffnungen 501 und 502 bilden, so ausgelegt, dass die erste Einspritzöffnung 501 einen größeren Einspritzöffnungswinkel als die zweite Einspritzöffnung 502 hat, bei dem es sich um einen Winkel handelt, der durch eine Normalenrichtung 601a der Sitzfläche 601 und eine Mittelachse 119a der Einspritzöffnung ausgebildet ist (θ1 > θ2), und die zweite Einspritzöffnung 502 eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zur Mittelachse 119a der Einspritzöffnung hat als die erste Einspritzöffnung 501 (Einspritzöffnungsdurchmesser Da2 > Einspritzöffnungsdurchmesser Da1).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die sich zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor eignet.
Stand der Technik
Als Stand der Technik auf diesem technischen Gebiet ist ein in der WO 2013/008692 A (Patentliteratur 1) beschriebenes Kraftstoffeinspritzventil bekannt. Bei dem Kraftstoffeinspritzventil handelt es sich um ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen aufweist und Kraftstoff in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors einspritzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist Einspritzöffnungen mit großen Durchmessern zum Einspritzen des Kraftstoffs in Richtung auf einen ringförmigen Raum auf, der Bereiche mit starken, im Zylinder gebildeten Wirbelströmungen enthält, und Einspritzöffnungen mit kleinen Durchmessern zum Einspritzen des Kraftstoffs in Richtung auf einen Raum, der Bereiche mit schwachen, im Zylinder gebildeten Wirbelströmungen enthält (siehe Zusammenfassung). Ein Sprühstrahl aus der Einspritzöffnung mit dem großen Durchmesser verfügt über eine Eindringkraft zur Wirbelströmung, die größer als diejenige eines Sprühstrahls aus der Einspritzöffnung mit dem kleinen Durchmesser ist (siehe Zusammenfassung). Selbst wenn die Eindringtiefe für den Bereich der starken Wirbelströmung erhöht ist, ist die Fluidität von Luft hoch, und der eingespritzte Kraftstoff kann den Bereich nicht durchdringen, so dass es unmöglich zu verhindern ist, dass der Kraftstoff an einer Kolbenbüchse anhaftet (siehe Absatz 0037 der Beschreibung). Infolgedessen ist es bei dem Kraftstoffeinspritzventil der Patentliteratur 1 möglich, eine nachteilige Wirkung dadurch zu reduzieren, dass der Sprühstrahl eine erhöhte Eindringtiefe aufweist (siehe Zusammenfassung).
Literaturstellensliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: WO 2013/008692 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eines Verbrennungsmotors ist, um die Entstehung von unverbranntem Gas im Abgas zu unterbinden, ein Systemkraftstoffdruck erhöht, um Partikel des eingespritzten Kraftstoffs zu zerstäuben. Im Ergebnis ist es möglich, die Vermischung des eingespritzten Kraftstoffs mit der Luft zu fördern und die Entstehung von unverbranntem Gas zu unterbinden. Alternativ wird die Anhaftung des Kraftstoffsprühstrahls an einem Innenabschnitt eines Motorzylinders unterbunden. Infolgedessen können unverbrannte Partikel reduziert werden.
Wenn für die Zerstäubung ein hoher Kraftstoffdruck angerwendet wird, nimmt insbesondere die Eindringtiefe (die Wegstrecke) des Kraftstoffsprühstrahls zu, so dass der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl leicht an einem Einlassventil oder einer Wandoberfläche im Motorzylinder anhaften kann. Um die im Abgas enthaltenen unverbrannten Partikel zu reduzieren, ist es daher erforderlich, die Eindringtiefe des Sprühstrahls zu verkürzen.
Zum Beispiel ist wie bei dem Kraftstoffeinspritzventil der Patentliteratur 1 der Lochdurchmesser der Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Bereich, in dem die Wirbelströmung (Luftströmung) schwach ist, verkleinert, und der Lochdurchmesser der Einspritzöffnung zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Bereich, in dem die Luftströmung stark ist, ist vergrößert, so dass es möglich ist, dass eine sich aus der erhöhten Eindringtiefe ergebende nachteilige Wirkung verringert werden kann.
Jedoch löst sich die Kraftstoffströmung von einer Wandoberfläche der Einspritzöffnung selbst in dem Fall, in dem der Lochdurchmesser der Einspritzöffnung für eine Verringerung der Eindringtiefe verkleinert ist, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs aufgrund eines hohen Drucks des Kraftstoffs oder dergleichen hoch ist, und die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in einem Einspritzöffnungsauslass wird nicht gleichmäßig, so dass die Eindringtiefe des Sprühstrahls größer werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der Kraftstoffsprühstrahlen an einem Einlassventil, einer Wandoberfläche in einem Motorzylinder oder einem Kolben kaum anhaften.
Lösung für das Problem
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Ventilkörper und einer Sitzfläche, um im Zusammenwirken das Einspritzen und Zurückhalten von Kraftstoff durchzuführen, und eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen, deren Einlassöffnungsflächen an der Sitzfläche ausgebildet sind. Eine erste Einspritzöffnung und eine zweite, zur ersten Einspritzöffnung nächstliegend angeordnete Einspritzöffnung, die die Mehrzahl von Einspritzöffnungen bilden, sind so ausgelegt, dass die erste Einspritzöffnung einen größeren Einspritzöffnungswinkel als die zweite Einspritzöffnung hat, wobei es sich hier um einen Winkel handelt, der durch eine Normalenrichtung der Sitzfläche und eine Mittelachse der Einspritzöffnung gebildet ist, und die zweite Einspritzöffnung eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung als die erste Einspritzöffnung hat.
Darüber hinaus handelt es sich bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorstehenden Aufgabe um eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung, die einen Ventilkörper und eine Sitzfläche, um im Zusammenwirken das Einspritzen und Zurückhalten von Kraftstoff durchzuführen, und eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen aufweist, deren Einlassöffnungsflächen an der Sitzfläche ausgebildet sind. Die Mehrzahl der Einspritzöffnungen umfasst eine dritte Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Sprühstrahls, der zur Seite eines sich in einem Zylinder bewegenden Kolbens gerichtet ist, und zwei vierte Einspritzöffnungen, die in Positionen so angeordnet sind, dass sie die dritte Einspritzöffnung in einer Umfangsrichtung um eine Mitte der Sitzfläche herum zwischen sich einschließen, und die vierte Einspritzöffnung hat eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zu einer Mittelachse der Einspritzöffnung als die dritte Einspritzöffnung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine erste Einspritzöffnung und eine zweite Einspritzöffnung so ausgelegt, dass die erste Einspritzöffnung einen größeren Einspritzöffnungswinkel als die zweite Einspritzöffnung hat, bei dem es sich um einen Winkel handelt, der durch eine Normalenrichtung einer Sitzfläche und einer Mittelachse der Einspritzöffnung gebildet wird, und die zweite Einspritzöffnung hat eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung als die erste Einspritzöffnung. Infolgedessen ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Eindringtiefe von Kraftstoffsprühstrahlen, die von der ersten Einspritzöffnung her eingespritzt werden, verkürzt werden kann und die Kraftstoffsprühstrahlen kaum noch an einem Einlassventil, einer Wandoberfläche in einem Motorzylinder oder einem Kolben anhaften.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Fläche eines Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung bei einer vierten Einspritzöffnung so ausgelegt, dass sie größer als bei einer dritten Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Sprühstrahls ist, der zur Seite eines Kolbens gerichtet ist. Im Ergebnis ist es möglich, dass eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bereitgestellt werden kann, bei der die aus den jeweiligen Einspritzöffnungen eingespritzten Kraftstoffsprühstrahlen in geeigneter Weise angeordnet werden können und die Kraftstoffsprühstrahlen kaum an einem Einlassventil, einer Wandoberfläche in einem Motorzylinder oder einem Kolben anhaften.
Weitere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung, die ein Kraftstoffeinspritzsystem zeigt, das so ausgelegt ist, dass es eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung und eine ECU aufweist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer längsverlaufenden Querschnittsansicht gezeigt ist.
2 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung (Direkteinspritzungsmotor), bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Projektionsansicht von Kraftstoffsprühstrahlen, die aus Einspritzöffnungen eingespritzt werden, und zwar mit Blick in einer Richtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgehend von einem Querschnitt entlang III-III von 2 gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung, und zwar von der Spitze her betrachtet.
5 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung von Einspritzöffnungen des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung und ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts V der 4.
6 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang VI-VI der 5 zeigt.
7 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
8 ist eine Darstellung, die eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (einen Strömungsgeschwindigkeitsvektor) von Kraftstoff zeigt, der in die Einspritzöffnungen einströmt, die im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil ausgebildet sind.
9 ist eine Darstellung, die eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (einen Strömungsgeschwindigkeitsvektor) von Kraftstoff zeigt, der in eine erste Einspritzöffnung einströmt, die im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gebildet ist, und zwar gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung mit Blick von der Spitze her betrachtet.
11 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang XI-XI der 10 zeigt.
12 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung (Direkteinspritzungsmotor), der Kraftstoff direkt in einen Zylinder einspritzt, und zwar gemäß der Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (dritten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
14 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (vierten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
15 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (fünften Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
16 ist eine Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (sechsten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Spitze her betrachtet.
17 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (sechsten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang XVII-XVII der 16 zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend werden Funktionen und Anordnungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (Kraftstoffeinspritzventilen) gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 17 beschrieben.
Erste Ausführungsform
Zunächst wird eine Konfiguration und Funktionsweise einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der 1 beschrieben. 1 ist eine Darstellung, die ein Kraftstoffeinspritzsystem zeigt, das so ausgelegt ist, dass es eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung sowie eine ECU aufweist, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einer längsverlaufenden Querschnittsansicht gezeigt ist.
In 1 ist eine Mittelachse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 durch 100a gezeigt. Die Mittelachse 100a fällt mit einer Mittelachse eines Ventilkörpers 114 entlang einer Antriebsrichtung (Ventilöffnungs- bzw. Ventilschließrichtung) des Ventilkörpers 114 zusammen. In der folgenden Beschreibung ist eine Vertikalrichtung auf der Grundlage einer Vertikalrichtung in 1 definiert. Die Vertikalrichtung bezieht sich nicht auf eine Vertikalrichtung in einem Einbauzustand der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100.
Eine Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 wird durch eine Breite eines Einspritzimpulses gesteuert, der von einer Motorsteuereinheit (ECU) 154 her übertragen wird, und der Einspritzimpuls wird in eine Ansteuerungsschaltung 153 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 eingegeben. Die Ansteuerungsschaltung 153 bestimmt eine Ansteuerungsstromwellenform auf der Grundlage eines Befehls von der ECU 154 und liefert einen Ansteuerungsstrom der Ansteuerungsstromwellenform an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Zeitdauer, die auf dem Einspritzimpuls beruht. Die Ansteuerungsschaltung 153 kann als eine Komponente oder Substrat angebracht sein, die bzw. das mit der ECU 154 integriert ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Ansteuerungsschaltung 153 und die ECU 154 einstückig ausgelegt, und eine integrierte Vorrichtung wird als Ansteuerungsvorrichtung 150 bezeichnet. Die Ansteuerungsschaltung 153 und die ECU 154 können separat ausgelegt sein, oder die Ansteuerungsschaltung 153 und die ECU 154, die separat ausgelegt sind, können gemeinsam als Ansteuerungsvorrichtung 150 bezeichnet werden.
Als Nächstes werden Konfigurationen und grundsätzliche Funktionen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 sowie von deren Ansteuerungsvorrichtung 150 beschrieben.
Die ECU 154 empfängt von verschiedenen Sensoren Signale, die einen Zustand des Motors zeigen, und steuert den Einspritzzeitpunkt oder eine Breite des Einspritzimpulses, um eine Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit Betriebszuständen des Verbrennungsmotors zu steuern. Zusätzlich sind in der ECU 154 ein Analog/Digital-Wandler und ein E/A-Anschluss zum Empfangen von Signalen von den verschiedenen Sensoren enthalten. Der von der ECU 154 ausgegebene Einspritzimpuls wird über eine Signalleitung 151 in die Ansteuerungsschaltung 153 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 eingegeben. Die Ansteuerungsschaltung 153 steuert eine Spannung, die an eine Magnetspule 105 angelegt wird, und liefert der Magnetspule 105 einen Strom. Die ECU 154 steht mit der Ansteuerungsschaltung 153 über eine Kommunikationsleitung 152 in Verbindung und kann den von der Ansteuerungsschaltung 153 erzeugten Ansteuerungsstrom gemäß einem Kraftstoffdruck oder entsprechend den Betriebsbedingungen steuern, die der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 zugeführt werden, oder kann Einstellwerte des Stroms und der Zeit verändern.
Als Nächstes wird eine Konfiguration und Funktionsweise der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 beschrieben.
Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 der 1 handelt es sich üblicherweise um eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Bauart mit geschlossenem Ventil. In einem Zustand, in dem die Spule 105 nicht bestromt ist, wird der Ventilkörper 114 mittels einer Feder (ersten Feder) 110 vorgespannt und ist in enger Anlage an einem Ventilsitz 118, um in einen geschlossenen Zustand einzutreten (geschlossener Ventilzustand). In diesem geschlossenen Zustand befindet sich ein bewegbares Element 102 in enger Anlage am Ventilkörper 114, und zwar mittels einer Nullpunktfeder (zweiten Feder) 112. Darüber hinaus besteht in diesem geschlossenen Zustand in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 ein Spalt zwischen dem bewegbaren Element 102 und einem Magnetkern 107.
Der Kraftstoff wird von einem Kraftstoffzuführkanal 131 bereitgestellt, der in einem oberen Abschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 vorgesehen ist. Im geschlossenen Zustand gelangt eine Spitze des Ventilkörpers 114 in Kontakt mit dem Ventilsitz, und der Kraftstoff wird durch den Ventilkörper 114 und den Ventilsitz 118 zurückgehalten. Wenn das Ventil geschlossen ist, wirken eine Kraft von der Feder 110 und eine dem Kraftstoffdruck entstammende Kraft auf den Ventilkörper 114, und der Ventilkörper 114 wird in eine Schließrichtung gedrückt. Ein Magnetkreis zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft für das sich öffnende/schließende Ventil ist so ausgelegt, dass er einen Düsenhalter 101, den Magnetkern 107, das bewegbare Element 102 und ein Gehäuse 103 aufweist. Der Düsenhalter 101 ist ein zylindrisches Bauteil, das an der Außenumfangsseite des Magnetkerns (feststehenden Kerns) 107 und des bewegbaren Elements (bewegbaren Kerns) 102 angeordnet ist. Das Gehäuse 103 ist ein Bauteil, das einen Außenumfang der Spule 105 überdeckt.
Wenn die Spule 105 mit Strom versorgt wird, entsteht im Magnetkreis ein Magnetfluss, und eine magnetische Anziehungskraft entsteht zwischen dem bewegbaren Element 102, bei dem es sich um ein bewegliches Bauteil handelt, und dem Magnetkern 107, bei dem es sich um ein feststehendes Bauteil handelt. Wenn die auf das bewegbare Element 102 wirkende magnetische Anziehungskraft die Größe einer Summe aus einer Belastung durch die Feder 110 und die durch den Kraftstoffdruck auf den Ventilkörper 114 wirkende Kraft übersteigt, bewegt sich das bewegbare Element 102 nach oben (zur Seite des Magnetkerns 107 und in der Richtung der Ventilöffnung). Dabei bewegt sich der Ventilkörper 114 zusammen mit dem bewegbaren Element 102 nach oben und bewegt sich solange, bis eine obere Stirnfläche des bewegbaren Elements 102 an eine untere Stirnfläche des Magnetkerns 107 anstößt. Im Ergebnis wird der Ventilkörper 114 vom Ventilsitz 118 getrennt, und der der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 zugeführte Kraftstoff wird von einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen (Einspritzkanälen) 119 her eingespritzt.
Als Nächstes löst sich, wenn die obere Stirnfläche des bewegbaren Elements 102 an der unteren Stirnfläche des Magnetkerns 107 anstößt, der Ventilkörper 114 vom bewegbaren Element 102 und führt eine Überschwingung aus. Nach einer gewissen Zeit jedoch befindet sich der Ventilkörper 114 am bewegbaren Element 102 im Stillstand.
Wenn die Zufuhr des Stroms zur Spule 105 unterbrochen wird, geht der im Magnetkreis erzeugte Magnetfluss zurück und die magnetische Anziehungskraft reduziert sich. Wenn die magnetische Anziehungskraft kleiner wird als die Kraft, die einer Summe aus der Belastung durch die Feder 110 und der Fluidkraft entspricht, die vom Ventilkörper 114 und dem bewegbaren Element 102 durch den Kraftstoffdruck aufgenommen werden, bewegen sich das bewegbare Element 102 und der Ventilkörper 114 nach unten (zur Seite des Ventilsitzes 118 und in der Ventilschließrichtung). Wenn der Ventilkörper 114 am Ventilsitz 118 anstößt, trennt sich das bewegbare Element 102 vom Ventilkörper 114 und bewegt sich weiterhin nach unten. Nach einer konstanten Zeit jedoch befindet sich das bewegbare Element 102 am-Ventilkörper 114 im Stillstand. Andererseits befindet sich, nachdem der Ventilkörper 114 am Ventilsitz 118 angestoßen ist, der Ventilkörper 114 im Stillstand und die Kraftstoffeinspritzung stoppt.
Das bewegbare Element 102 und der Ventilkörper 114 können als ein und dasselbe Bauteil einstückig ausgebildet werden, oder können als separate Bauteile gebildet und dann durch ein Verfahren wie zum Beispiel Schweißen oder Verpressen verbunden werden. Ein Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116, das über eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen 119 verfügt und eine mit Boden versehene zylindrische Form (Napfform) hat, ist an den Düsenhalter 101 angeschlossen, und das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 hat einen Führungsabschnitt 120, um die Bewegung des Ventilkörpers 114 in radialer Richtung zu steuern. In 1 sind das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 und der Führungsabschnitt 120 einstückig ausgebildet, wobei sie aber auch separate Bauteile sein können. Der Ventilkörper 114 ist so ausgelegt, dass die Bewegung in radialer Richtung an zwei Stellen gesteuert wird, an dem Führungsabschnitt 120 und einem Innendurchmesserabschnitt des Magnetkerns 107, an dem ein Flanschabschnitt 130 des Ventilkörpers 114 gleitet, und ein Betrieb (eine Verschiebung) in Ventilöffnungs- bzw. Ventilschließrichtung ermöglicht ist.
Wenn es sich bei dem bewegbaren Element 102 und dem Ventilkörper 114 um ein und dasselbe Bauteil handelt, wird die Nullpunktfeder 112 unnötig. Jedoch ändert sich eine Wirkung der vorliegenden Erfindung bei der Blockierung und Einspritzung des Kraftstoffs nicht.
Als Nächstes wird eine Konfiguration dieser Ausführungsform und ein Problem der Kraftstoffeinspritzvorrichtung unter Verwendung der 2 bis 7 beschrieben.
2 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung (Direkteinspritzungsmotor), bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, und zwar gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Projektionsansicht von Kraftstoffsprühstrahlen, die von Einspritzöffnungen her eingespritzt werden, und zwar mit Blick in einer Richtung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ausgehend von einem Querschnitt entlang III-III von 2, gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Direkteinspritzungsmotor 200 gemäß dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass er eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100, ein Einlassventil 205, eine Zündkerze 203, ein Auslassventil 211, ein Ansaugrohr 207, ein Abgasrohr 212, einen Kolben 209 und einen den Kolben 209 enthaltenden Zylinder 220 aufweist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 ist an einem zylindrischen Bauteil angebracht, das den Zylinder 220 bildet. Insgesamt sind zwei Einlassventile 205 zur linken bzw. rechten Seite einer gedachten Ebene (in 2 gezeigter Querschnitt) 220b angebracht, die eine Mittelachse 220a des Zylinders 204 und die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 als Mitte enthält.
Bei dieser Ausführungsform ist das Einlassventil 205 am selben Querschnitt wie die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 angebracht. Zusätzlich verläuft die Mittelachse 100a der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 parallel zur gedachten Ebene 220b und liegt auf der gedachten Ebene 220b.
Zunächst wird die Funktionsweise des Direkteinspritzungsmotors 200 beschrieben.
Nachdem sich das Einlassventil 205 geöffnet hat, wird die Luft, die durch das Ansaugrohr 207 gelangt ist, zu einem Motorzylinder 208 geführt, und der Kraftstoff wird von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 entsprechend der Strömung der eingeleiteten Luft eingespritzt. Eingespritzte Kraftstoffstrahlen D1 bis D6 vermischen sich mit der Luft durch die Strömung der zum Motorzylinder 208 geführten Luft, um ein Luft/KraftstoffGemisch zu bilden. Danach wird zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der Kolben 209 dem oberen Totpunkt nähert, das Luft/Kraftstoff-Gemisch durch die Zündkerze 203 gezündet, so dass das Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrannt und eine Schubkraft erhalten wird.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 ist an einer Zylinderinnenwandoberfläche 210 im Zylinder 220 nahe dem Einlassventil 205 angebracht, um die Vermischung der eingeleiteten Luft und des Kraftstoffs zu fördern. Um eine Störwirkung in Bezug auf das Einlassventil 205 zu verhindern, ist ein Anbringungswinkel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 so angesetzt, dass die Mittelachse 100a der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 nach unten verläuft (zur Seite des Kolbens 209), und zwar in einem Bereich von 5 bis 30 Grad mit Bezug auf eine horizontale Achse 202 im Zylinder des Motors 200.
Durch Erhöhen des Winkels des Einlassventils 205, also durch Aufstellen des Einlassventils 205, kann der Anbringungswinkel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 erhöht werden. Weil aber der Druckverlust des Ansaugrohrs 207 ansteigt und die Wirbelströmung behindert ist, bei der es sich um die Strömung der in Axialrichtung des Kolbens 209 absinkende und aufsteigende Luft handelt, kann der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs eventuell abnehmen und der PN-Wert möglicherweise zunehmen. Infolgedessen ist es notwendig, den Winkel des Ansaugrohrs 207 zu verkleinern, und der Anbringungswinkel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 wird je nach der Beschränkung in Bezug auf den Winkel des Ansaugrohrs 207 bestimmt. Deshalb wird zur Verhinderung einer Störwirkung in Bezug auf das Ansaugrohr 207 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 vorzugsweise so angeordnet, dass der Winkel der Mittelachse 100a der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 in Bezug auf die horizontale Achse 202 im Motorzylinder klein wird.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, umfassen die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 eingespritzten Kraftstoffsprühstrahlen sechs Sprühstrahlen D1 bis D6. Des Weiteren werden bei dieser Ausführungsform die Sprühstrahlen D1 bis D6 in vier Sprühstrahlen unterschieden, und zwar einen ersten bis vierten Sprühstrahl. Ein Sprühstrahl D1 bildet den ersten Sprühstrahl. Die beiden Sprühstrahlen D2 und D3 bilden den zweiten Sprühstrahl. Ein Sprühstrahl D4 bildet den dritten Sprühstrahl. Die beiden Sprühstrahlen D5 und D6 bilden den vierten Sprühstrahl.
Der erste Sprühstrahl D1 wird so eingespritzt, dass er zur Seite der Zündkerze 203 gerichtet ist. Die zweiten Sprühstrahlen D2 und D3 sind auf eine linke bzw. rechte Seite in Bezug auf den ersten Sprühstrahl D1 aufgeteilt und werden in einer benachbarten Richtung der Einlassventile 205a und 205b eingespritzt. Das heißt, dass die Sprühstrahlen D2 und D3 der zweiten Sprühstrahlen diagonal in der benachbarten Richtung der Einlassventile 205a und 205b eingespritzt werden. Der dritte Sprühstrahl D4 wird in der Richtung des Kolbens 209 eingespritzt. Die vierten Sprühstrahlen D5 und D6 werden in einen Abschnitt an einer Kopffläche des Kolbens 209 eingespritzt, so dass die vierten Sprühstrahlen auf eine linke bzw. rechte Seite des dritten Sprühstrahls D4 aufgeteilt und über dem dritten Sprühstrahl D4 angeordnet sind. Das heißt, dass die vierten Sprühstrahlen den Sprühstrahl D5 und den Sprühstrahl D6 umfassen, die in einer Diagonalrichtung des Kolbens 209 gerichtet sind.
Genauer gesagt wird der Sprühstrahl D1 durch den Kraftstoff gebildet, der unterhalb (direkt unter) der Zündkerze 203 in der Umgebung der Zündkerze 203 eingespritzt wird. Deshalb wird der Sprühstrahl D1 verglichen mit den anderen Sprühstrahlen D2 bis D6 an einer Position eingespritzt, die der Zündkerze 203 am Nächsten liegt. Die Sprühstrahlen D2 und D3 werden durch den Kraftstoff gebildet, der auf der linken bzw. rechten Seite unterhalb des Sprühstrahls D1 eingespritzt wird, wobei die gedachte Ebene (in 2 gezeigter Querschnitt) 220b dazwischen liegt.
Dagegen wird der Sprühstrahl D4 durch den Kraftstoff gebildet, der über (direkt über) einem Mittenabschnitt der Kopffläche des Kolbens 209 in der Nähe der Kopffläche des Kolbens 209 eingespritzt wird. Deshalb wird der Sprühstrahl D4 im Vergleich zu den anderen Sprühstrahlen D1 bis D3, D5 und D6 an einer Position eingespritzt, die der Kopffläche des Kolbens 209 am Nächsten liegt. Die Sprühstrahlen D5 und D6 werden durch den Kraftstoff gebildet, der auf der linken bzw. rechten Seite über dem Sprühstrahl D4 eingespritzt wird, wobei die gedachte Ebene (in 2 gezeigter Querschnitt) 220b dazwischen liegt.
Insbesondere liegen bei dieser Ausführungsform die Sprühstrahlen D1 und D4 auf der gedachten Ebene 220b. Darüber hinaus werden der Sprühstrahl D2 und der Sprühstrahl D3 an zur gedachten Ebene 220b ebenensymmetrischen Positionen eingespritzt, und der Sprühstrahl D5 und der Sprühstrahl D6 werden an zur gedachten Ebene 220b ebenensymmetrischen Positionen eingespritzt.
Eine Mittelachse 206 des ersten Sprühstrahls D1, der zur Seite der Zündkerze 203 gerichtet ist, bildet einen Winkel von ungefähr 0 bis zu ein paar Dutzend Grad mit Bezug auf die Mittelachse 201 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100, ausgehend von einer Beziehung der Anbringungsposition der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 und der Anbringungsposition der Zündkerze 203.
Als Nächstes wird eine Konfiguration des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 anhand der 4 bis 7 beschrieben.
4 ist eine Draufsicht auf den Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung, von der Spitze her betrachtet. 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der Einspritzöffnungen des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung, und ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Abschnitt V der 4.
Wie in 4 gezeigt ist, sind die Mehrzahl der Einspritzöffnungen 119 an einer Spitzenfläche 116b des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind sechs Einspritzöffnungen 119 gebildet. Das heißt, dass die sechs Einspritzöffnungen 119 die Einspritzöffnungen 501 bis 506 umfassen, die in 5 gezeigt sind. Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 sind an Auslassabschnitten der Einspritzöffnungen 501 bis 506 gebildet. Bei den Senkbohrungsabschnitten 511 bis 516 handelt es sich um ausgesparte Abschnitte, die an der Spitzenfläche des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 gebildet sind, und Auslassflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 506 münden in Bodenflächen der ausgesparten Abschnitte 511 bis 516.
Die Einspritzöffnung 501 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D1, und die Einspritzöffnung 504 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D4. Die Einspritzöffnung 501 und die Einspritzöffnung 504 sind auf der vorstehend beschriebenen, gedachten Ebene 220b angeordnet. Das heißt, dass eine Mittelachse der Einspritzöffnung 501 und eine Mittelachse der Einspritzöffnung 504 parallel auf der gedachten Ebene 220b sind und auf der gedachten Ebene 220b liegen.
Die Einspritzöffnung 502 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D2, und die Einspritzöffnung 503 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D3. Die Einspritzöffnung 502 und die Einspritzöffnung 503 sind ebenensymmetrisch in Bezug auf die gedachte Ebene 220b angeordnet. Des Weiteren stellen die Einspritzöffnung 502 und die Einspritzöffnung 503 Einspritzöffnungen dar, die nächstliegend zur Einspritzöffnung 501 angeordnet sind.
Die Einspritzöffnung 505 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D5, und die Einspritzöffnung 506 ist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen des Sprühstrahls D6. Die Einspritzöffnung 505 und die Einspritzöffnung 506 sind ebenensymmetrisch in Bezug auf die gedachte Ebene 220b angeordnet. Des Weiteren handelt es sich bei der Einspritzöffnung 505 und der Einspritzöffnung 506 um Einspritzöffnungen, die nächstliegend zur Einspritzöffnung 504 angeordnet sind.
6 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang VI-VI der 5 zeigt.
Eine Sitzfläche 601, die den Ventilsitz 118 bildet, der den Ventilkörper 114 berührt und den Kraftstoff zurückhält, hat eine im Wesentlichen konische Form und berührt einen kugeligen Abschnitt 104a des Ventilkörpers 114, um den Kraftstoff zurückzuhalten. Die Einspritzöffnungen 119 umfassen die Mehrzahl von Einspritzöffnungen 501 bis 506 zur Bildung der Sprühstrahlen D1 bis D6. Die Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516, die Innendurchmesser aufweisen, die größer als die Durchmesser der Einspritzöffnungen sind, sind in den jeweiligen Spitzenabschnitten der Einspritzöffnungen 501 bis 506 ausgebildet.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 hat unter der Mehrzahl von Einspritzöffnungen 501 bis 506 in dieser Ausführungsform die erste Einspritzöffnung 501 und die beiden zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503, die die erste Einspritzöffnung 501 zwischen sich einschließen.
Ein Neigungswinkel der Einspritzöffnung mit Bezug auf eine Senkrechte (Normalenrichtung) 601a der Sitzfläche 601 (nachstehend als Einspritzöffnungswinkel θ bezeichnet) ist bei der ersten Einspritzöffnung 501 größer als bei den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503. Das heißt, dass hier zwischen einem Einspritzöffnungswinkel θ1 der ersten Einspritzöffnung 501 und einem Einspritzöffnungswinkel θ2 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 eine Beziehung θ1 > θ2 besteht.
Hierbei ist der Einspritzöffnungswinkel θ ein Winkel, der durch die Senkrechte 601a und eine Mittelachse 119a der Einspritzöffnung gebildet ist, und eine Neigungsrichtung der Mittelachse 119a der Einspritzöffnung in Bezug zur Senkrechten 601a ist hier nicht von Belang. Das heißt, dass der Neigungswinkel θ ein Absolutwert des Winkels ist, der durch die Senkrechte 601a und die Mittelachse 119a der Einspritzöffnung gebildet ist.
Zusätzlich sind die erste Einspritzöffnung 501 und die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 so ausgelegt, dass ein Lochdurchmesser (Durchmesser der Einspritzöffnung) jeder der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 größer als derjenige der ersten Einspritzöffnung 501 ist. Das heißt, dass zwischen einem Lochdurchmesser Do1 der ersten Einspritzöffnung 501 und einem Lochdurchmesser Do2 jeder der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 eine Beziehung Do1 < Do2 besteht.
7 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
Bei dieser Ausführungsform sind die erste Einspritzöffnung 501, die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sowie die anderen Einspritzöffnungen 504 bis 506 auf demselben Kreisumfang 700 angeordnet, wobei die Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 (die Mittelachse des Ventilkörpers 114 oder die Mittelachse 100a der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100) als Mittelpunkt dient. Das heißt, dass die Mitten 501b bis 506b von Einlassöffnungen 501c bis 506c der Einspritzöffnungen 501 bis 506 auf dem Kreisumfang 700 angeordnet sind. Die Mitten 501b bis 506b der Einlassöffnungen 501c bis 506c fallen mit den Schnittpunkten der Mittelachsen 119a der Einspritzöffnungen 501 bis 506 mit der Sitzfläche 601 zusammen.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 ist so ausgelegt, dass sie die erste Einspritzöffnung 501 mit einem kleinen Lochdurchmesser und die Mehrzahl von zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 mit großem Lochdurchmesser unter der Mehrzahl von Einspritzöffnungen 501 bis 506 aufweisen, und die erste Einspritzöffnung 501 und die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sind abwechselnd auf dem Kreisumfang 700 angeordnet. Das heißt, dass die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 benachbart zur ersten Einspritzöffnung 501 auf dem Kreisumfang 700 angeordnet sind. Zu dieser Zeit besteht eine Beziehung der Neigungswinkel θ1 und θ2 zwischen der ersten Einspritzöffnung 501 und den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503. Infolgedessen haben die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503, die nächstliegend zur ersten Einspritzöffnung 501 angeordnet sind, eine Konfiguration, bei der in Bezug auf die erste Einspritzöffnung 501 ein Lochdurchmesser groß und ein Neigungswinkel klein ist. Bei dieser Ausführungsform kann, obwohl die Konfiguration mit den beiden zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 beschrieben wird, eine Konfiguration verwendet werden, die entweder die Einspritzöffnung 502 oder die Einspritzöffnung 503 als zweite Einspritzöffnung hat.
Eine Mehrzahl von Kraftstoffdurchlässen 701, 702, 703 und 704, die getrennt voneinander in der Umfangsrichtung mit der Mittelachse 116a als Mittelpunkt angeordnet sind, sind im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 ausgebildet. Die Kraftstoffdurchlässe 701 bis 704 bilden Kraftstoffdurchlässe zum Führen des Kraftstoffs zu den Einspritzöffnungen 501 bis 506.
Hierbei wird eine Beziehung zwischen dem Einspritzöffnungsdurchmesser (Durchmesser der Einspritzöffnung) und der Eindringtiefe des Kraftstoffsprühstrahls anhand der 8 beschrieben. 8 ist eine Darstellung, die eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (einen Strömungsgeschwindigkeitsvektor) des Kraftstoffs zeigt, der in die im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gebildeten Einspritzöffnungen einströmt.
8 zeigt die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung, wenn der Lochdurchmesser der jeweiligen anderen Einspritzöffnungen 502 und 503 so eingestellt wird, dass er ungefähr dem Lochdurchmesser der ersten Einspritzöffnung 501 entspricht, die in den 5 und 6 gezeigt ist. In diesem Fall ist der Einspritzöffnungswinkel θ1, der durch die Senkrechte 601a der Sitzfläche 601 und die Mittelachse 119a der Einspritzöffnung gebildet ist, immer noch größer als die Einspritzöffnungswinkel der anderen Einspritzöffnungen 502 bis 506. In diesem Fall löst sich der Kraftstoff an einem Einlass 119c (501c) der Einspritzöffnung 501, und der Kraftstoff in der Einspritzöffnung 501 hat eine solche Strömung, dass er in Richtung zu einer Oberfläche beaufschlagt ist, die der Ablösungsseite gegenüberliegt. Insbesondere löst sich in 8 der Kraftstoff, der ausgehend von einem im Spitzenabschnitt des Ventilkörpers 114 gebildeten Volumen 801 her einströmt, von einer Einspritzöffnungs-Wandoberfläche 802 an einem Einlass 119c der Einspritzöffnung 501, und der durch die Einspritzöffnung 501 strömende Kraftstoff fließt so, dass er zur Seite einer Wandoberfläche 803 aufseiten des Sitzes (der Abschnitt, der den Ventilkörper 114 berührt) beaufschlagt ist. Deshalb wird die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffsprühstrahls am Einspritzöffnungsauslass 119b (501b) nicht gleichmäßig, und ein Höchstwert eines Geschwindigkeitsvektors in einer Richtung entlang der Mittelachse 119a im Einspritzöffnungsauslass 119b nimmt zu.
Wenn die Einspritzöffnung aufgrund der Ablösung des Kraftstoffs nicht mit dem Kraftstoff gefüllt ist, ist der Innendurchmesser der Einspritzöffnung erheblich reduziert. Deshalb berechnet sich, wenn ein Strömungsvolumen pro Zeiteinheit bei dem von der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoff mit Qo, eine Strömungsgeschwindigkeit des von der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs mit vo, und eine Querschnittsfläche der Einspritzöffnung mit Do definiert ist, die Strömungsgeschwindigkeit über die Beziehung der Formel (1). $vo = Qo/Do$
Gemäß der Formel (1) nimmt die Strömungsgeschwindigkeit vo zu, wenn der Einspritzöffnungsdurchmesser Do kleiner wird. Im Ergebnis nimmt eine Wegstrecke (Eindringtiefe) des Kraftstoffsprühstrahls zu, weil die Eindringkraft des Sprühstrahls stärker wird. Die Eindringtiefe nimmt zu, so dass die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 im Zylinder 220, am Kolben 209 und am Auslassventil 211 zunimmt. Weil der an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 oder am Kolben 209 anhaftende Kraftstoff schwer zu verdampfen ist, kann der PN-Wert zunehmen.
Insbesondere weil der Einspritzöffnungswinkel θ1 der Einspritzöffnung 501 wie vorstehend beschrieben groß ist, hat der ausgehend von der Einspritzöffnung 501 eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl Probleme dahin gehend, dass die Eindringtiefe leicht zunimmt und der Kraftstoffsprühstrahl leicht an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 anhaftet.
9 ist eine Ansicht, die eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (einen Strömungsgeschwindigkeitsvektor) des Kraftstoffs zeigt, der in die erste Einspritzöffnung einströmt, die im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Lochdurchmesser Do2 jeweils der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 so eingestellt, dass er größer als der Lochdurchmesser Do1 der ersten Einspritzöffnung 501 ist, so dass ein Verhältnis des ausgehend von den Einspritzöffnungen 502 und 503 eingespritzten Kraftstoffs erhöht sein kann und eine Menge an Kraftstoff, die von der Einspritzöffnung 801 her eingespritzt wird, relativ dazu abnimmt.
Wie in 9 gezeigt ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der ersten Einspritzöffnung 501 ab, wenn eine Menge des durch die erste Einspritzöffnung 501 strömenden Kraftstoffs abnimmt. Aus diesem Grund verringert sich die Ablösung des Kraftstoffs im Einspritzöffnungseinlass 119c, und der Kraftstoff strömt entlang Einspritzöffnungs-Wandoberflächen 802 und 803 über den gesamten Umfang der Einspritzöffnungen. Deshalb ist die Ablösung klein, und der Kraftstoff kann durch den gesamten Querschnitt (Querschnitt senkrecht zur Mittelachse 119a) der Einspritzöffnung 501 strömen. Deshalb nimmt der substanzielle Lochdurchmesser Do zu und die Strömungsgeschwindigkeit Vo sinkt.
Des Weiteren gleicht sich die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung am Auslass 119b der Einspritzöffnung 501 aus, so dass der Höchstwert des Strömungsgeschwindigkeitsvektors abnimmt. Deshalb kann die Eindringkraft des Sprühstrahls reduziert werden, und die Eindringtiefe verringert sich. Im Ergebnis kann die Anhaftung des Kraftstoffs an der Innenfläche der Zylinderinnenwand 210 reduziert und der PN-Wert klein gehalten werden.
Durch Erhöhung des Verhältnisses des Kraftstoffs, der im Vergleich zur ersten Einspritzöffnung 501 in die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 einströmt, kann die Eindringkraft der Sprühstrahlen D2 und D3 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verstärkt werden, und die Eindringtiefe der Sprühstrahlen D2 und D3 kann erhöht werden. Weil die Sprühstrahlen D2 und D3, die in Richtung der Einlassventile 205a und 205b gerichtet sind, nahe an den Einlassventilen 205a und 205b liegen, werden die Sprühstrahlen mühelos durch die Strömung der eintretenden Luft beeinflusst. Durch Sicherstellen der Eindringkraft der Sprühstrahlen D2 und D3 und Erhöhen der Eindringtiefe kann die Richtwirkung der Sprühstrahlen D2 und D3 sichergestellt und der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs verbessert werden, auch wenn die Luftströmung stark ist. Im Ergebnis werden Wirkungen der Verbesserung der Verbrennungseffizienz und der PN-Reduktion erhalten.
Verglichen mit dem Fall eines gleichmäßigen Laufs bei konstanter Motordrehzahl ist in einem Übergangszustand, bei dem ein Fahrzeug beschleunigt oder abbremst, die Luftströmung stark und der Sprühstrahl wird von der Luftströmung beeinträchtigt, so dass der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs eventuell abnehmen kann. Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 dieser Ausführungsform ist die Eindringkraft der Sprühstrahlen D2 und D3 auch im Übergangszustand erhöht, so dass der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs verbessert und der PN-Reduktionseffekt verstärkt werden kann.
Zusätzlich ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 bei dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass die Eindringtiefe der zu den Einlassventilen 205a und 205b gerichteten Sprühstrahlen D2 und D3 im Vergleich zu den anderen Sprühstrahlen am längsten ist, und die Eindringtiefe des in Richtung Zündkerze 203 gerichteten Sprühstrahls D1 kürzer ist als diejenige der Sprühstrahlen D2 und D3. Durch Anwenden der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 auf den Direkteinspritzungsmotor, der das Einlassventil 205, die Zündkerze 203, den Kolben 209 und den Zylinder 229 umfasst, kann der PN-Reduktionseffekt verstärkt werden.
Wenn ein durch den Sitz gebildeter Winkel θ601 (siehe 6) abnimmt, nimmt der Einspritzöffnungswinkel θ der Einspritzöffnung 801 zu. Deshalb ist die Konfiguration in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung effektiv, wenn der Winkel θ601 in einem Bereich von 150 Grad oder weniger liegt.
Wenn Lo/Do, bei dem es sich um ein Verhältnis der Länge Lo der Einspritzöffnung zum Lochdurchmesser Do der Einspritzöffnung handelt, groß ist, d.h. wenn die Länge Lo der Einspritzöffnung groß ist oder der Lochdurchmesser Do der Einspritzöffnung klein ist, wird der Kraftstoff in der Einspritzöffnung geradegerichtet und vom Einspritzöffnungsauslass her eingespritzt. Aus diesem Grund nimmt der Strömungsgeschwindigkeitsvektor in der Richtung entlang der Mittelachse 119a der Einspritzöffnung zu, und die Eindringtiefe verlängert sich. Wenn dagegen Lo/Do klein ist, wird der Kraftstoff vom Einspritzöffnungsauslass her eingespritzt, bevor die Strömung des Kraftstoffs in der Einspritzöffnung geradegerichtet ist. Aus diesem Grund kann der Strömungsgeschwindigkeitsvektor in der Richtung entlang der Mittelachse 119a der Einspritzöffnung kleiner werden, und die Eindringtiefe kann sich verkürzen.
Deshalb ist Lo1/Do1 der ersten Einspritzöffnung 501 so ausgelegt, dass dieser Wert kleiner ist als Lo2/Do2 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 (siehe 6). Im Ergebnis verkürzt sich die Eindringtiefe des ersten Sprühstrahls D1 und ist die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 unterbunden, so dass der PN-Reduktionseffekt verstärkt werden kann. Als Mittel zur Reduzierung des Wertes Lo/Do gibt es ein Verfahren der Herabsetzung von Lo1 der ersten Einspritzöffnung 501 durch Erhöhen der Tiefe des Senkbohrungsabschnitts 511 oder das Verfahren der Erhöhung des Lochdurchmesser Do1 der ersten Einspritzöffnung 501. Wenn jedoch der Lochdurchmesser Do1 der ersten Einspritzöffnung 501 vergrößert wird, nimmt auch die Menge an Kraftstoff zu, die durch die erste Einspritzöffnung 501 fließt. Aus diesem Grund ist es zur Reduzierung der Eindringtiefe wirksam, insbesondere die Tiefe des Senkbohrungsabschnitts 511 zu erhöhen.
Um den Höchstwert des Strömungsgeschwindigkeitsvektors in der Richtung entlang der Mittelachse 119a im Einspritzöffnungsauslass klein zu halten, kann es sich bei einer Querschnittsform jeweils der Einspritzöffnungen 501 bis 506 um eine Form handeln, die eine andere als eine Kreisform (perfekter Kreis) ist, zum Beispiel eine elliptische Form. Wenn die Querschnittsform der Einspritzöffnung eine andere Form hat als einen perfekten Kreis, kann der Lochdurchmesser Do1 der ersten Einspritzöffnung 501 nicht mit dem Lochdurchmesser Do2 der jeweiligen zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verglichen werden. Daher können, wenn die Querschnittsform der Einspritzöffnung eine andere Form als einen perfekten Kreis hat, die Formen der Einspritzöffnungen 501, 502 und 503 so bestimmt werden, dass eine Querschnittsfläche So1 der ersten Einspritzöffnung 501 kleiner als eine Querschnittsfläche So2 von jeweils den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 ist. Die Querschnittsflächen So1 und So2 sind Flächen von Querschnitten von Einspritzöffnungen senkrecht zur Mittelachse 119a einer jeweiligen Einspritzöffnung. Wenn man diese Konfiguration übernimmt, kann eine Wirkung der Verkürzung der Eindringtiefe des Sprühstrahls D1 in der ersten Einspritzöffnung 501 erhalten werden.
Die Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516, die Innendurchmesser haben, welche größer als die Lochdurchmesser der Einspritzöffnungen 501 bis 506 sind, sind jeweils an den stromabwärts befindlichen Bereichen der Einspritzöffnungen 501 bis 506 ausgebildet. Dadurch dass man die Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 vorsieht, ist es möglich, die Länge Lo der Einspritzöffnung zu reduzieren, während gleichzeitig die Dicke des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 sichergestellt wird, so dass man erreichen kann, dass sowohl die Druckbeständigkeit gegenüber dem Kraftstoffdruck als auch die Reduzierung der Eindringtiefe erzielt wird. Durch Bereitstellen der Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 ist es möglich, einen Einfluss der Luftströmung im Motor oder der Druckänderung auf den Sprühstrahl zu reduzieren, und der Kraftstoffsprühstrahl kann stabil in den Motorzylinder eingespritzt werden.
Ein Innendurchmesser Da2 der jeweiligen zweiten Senkbohrungsabschnitte 512 und 513 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 kann größer sein als ein Innendurchmesser Da1 des ersten Senkbohrungsabschnitts 511 der ersten Einspritzöffnung 501. Da der ausgehend von der ersten Einspritzöffnung 501 eingespritzte Kraftstoff eine Verwirbelungskomponente in radialer Richtung in Bezug auf die Mittelachse 119a der Einspritzöffnung hat, wie durch die Sprühstrahlen D1 bis D6 der 2 und 3 gezeigt ist, breitet sich der Kraftstoff radial ausgehend vom Einspritzöffnungsauslass aus und wird eingespritzt. Wenn der Innendurchmesser des Senkbohrungsabschnitts viel größer als der Lochdurchmesser der Einspritzöffnung ist, nimmt ein Effekt der Entfernung eines Kohlenstoffabscheidungsmaterials (Ablagerung) durch den eingespritzten Kraftstoff ab. Aus diesem Grund setzt sich die entstandene Ablagerung im Senkbohrungsabschnitt ab, und der Kraftstoff dringt durch den Ablagerungsbereich durch, so dass der PN-Wert möglicherweise zunimmt.
Wenn der Innendurchmesser des Senkbohrungsabschnitts viel kleiner ist als der Lochdurchmesser der Einspritzöffnung, stößt außerdem der aus der Einspritzöffnung eingespritzte Kraftstoff gegen den Senkbohrungsabschnitt, und die Eindringtiefe des Sprühstrahls oder eine Position eines Massenschwerpunkts des Sprühstrahls fluktuiert, so dass die Verbrennung unstabil wird oder der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs abnehmen und der PN-Wert zunehmen kann. Gemäß der Konfiguration der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Innendurchmesser Da1 des ersten Senkbohrungsabschnitts 511 der ersten Einspritzöffnung 501 so ausgelegt, dass er kleiner als der jeweilige Innendurchmesser Da2 der jeweiligen zweiten Senkbohrungsabschnitte 512 und 513 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 (Da1 < Da2) ist, so dass es möglich ist zu bewirken, dass der Innendurchmesser des Senkbohrungsabschnitts einen dem Einspritzöffnungsdurchmesser entsprechenden Wert annimmt, die Dauerhaltbarkeit sichergestellt werden kann und auch der PN-Reduktionseffekt erhalten werden kann.
Wenn die Form des Senkbohrungsabschnitts auf eine andere Form als eine Kreisform (perfekter Kreis) abgeändert wird, um die Ablagerungen zu reduzieren, ist die Querschnittsfläche des ersten Senkbohrungsabschnitts 511 zudem so ausgelegt, dass sie kleiner als die Querschnittsfläche der jeweiligen zweiten Senkbohrungsabschnitte 512 und 513 ist, so dass der vorstehend beschriebene PN-Reduktionseffekt erhalten werden kann.
Als Nächstes wird eine Strömung des Kraftstoffs in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 anhand der 1, 5 und 7 beschrieben.
Der vom stromaufwärts liegenden Bereich des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 her einströmende Kraftstoff gelangt durch die vier Kraftstoffdurchlässe 701 bis 704, die im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 vorgesehen sind, und wird aus den Einspritzöffnungen 501 bis 506 heraus eingespritzt. Die Positionen 501b bis 506b der Mittelachse 119a auf der Sitzfläche 601 in den Einspritzöffnungen 501 bis 506 (d.h. die Positionen der Mittelpunkte der Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 506) sind so angeordnet, dass Teile der Einlassöffnungsflächen 501c bis 506c der Einspritzöffnungen 501 bis 506 auf dem Kreisumfang 700 liegen. Noch bevorzugter ist es, wenn die Mittelpunkte 501b bis 506b der Einlassöffnungsflächen 501c bis 506c der Einspritzöffnungen 501 bis 506 auf demselben Kreisumfang liegen. Durch Anordnen der Einspritzöffnungen 501 bis 506 auf demselben Kreisumfang fließt der vom stromaufwärtigen Bereich her einströmende Kraftstoff gleichförmig in die Einspritzöffnungen 501 bis 506, so dass der Kraftstoff leicht in die Einspritzöffnungen 501 bis 506 einströmt. Das heißt, dass die vorstehend beschriebene Anordnung der Einspritzöffnungen 501 bis 506 eine Wirkung des Ausgleichs des Verhältnisses (Kraftstoffströmungs-Volumenverteilung) des Kraftstoffs hat, der in die Einspritzöffnungen 501 bis 506 einströmt.
Bei dieser Ausführungsform ändert sich die Strömungsvolumenverteilung der ersten Einspritzöffnung 501 und der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 dadurch, dass die Einspritzöffnungen 501 und 506 zum Ausgleich der Strömungsvolumenverteilung der Einspritzöffnungen 501 und 506 eingerichtet sind und dann der Lochdurchmesser der ersten Einspritzöffnung 501 und die Lochdurchmesser der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 geändert sind. Im Ergebnis ist es möglich, die Strömungsvolumenverteilung der ersten Einspritzöffnung 501 und zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sicher und genau zu ändern, und es ist möglich, die Eindringtiefe des von der ersten Einspritzöffnung 501 und den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 her eingespritzten Kraftstoffsprühstrahls sicher und genau zu ändern.
Bei der in 5 beschriebenen Konfiguration der ersten Ausführungsform ist der Einspritzöffnungswinkel θ1 der ersten Einspritzöffnung 501 größer als der Einspritzöffnungswinkel θ (Einspritzöffnungswinkel θ502 bis θ506 der Einspritzöffnungen 502 bis 506), bei dem es sich nicht um die Einspritzöffnung 501 handelt, und ist von den Einspritzöffnungen 501 bis 506 am größten. Die erste Einspritzöffnung 501 kann aber auch eine Konfiguration haben, bei der der Einspritzöffnungswinkel θ größer als derjenige der benachbarten zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 ist, und unter den Einspritzöffnungen 504 bis 506 kann eine Einspritzöffnung vorhanden sein, deren Einspritzöffnungswinkel θ größer als der Einspritzöffnungswinkel θ1 der ersten Einspritzöffnung 501 ist. Das bedeutet, dass das Größenverhältnis der Einspritzöffnungswinkel θ zwischen der ersten Einspritzöffnung und den Einspritzöffnungen wie vorstehend beschrieben angesetzt werden kann, was die Möglichkeit bietet, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung der ersten Einspritzöffnung 501 zu ändern. In diesem Fall handelt es sich bei den Einspritzöffnungen, welche eine Auswirkung auf die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung der ersten Einspritzöffnung 501 haben, um die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503, die zur ersten Einspritzöffnung 501 benachbart sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Einspritzöffnung mit dem großen Einspritzöffnungswinkel θ zwischen den benachbarten Einspritzöffnungen reduziert, so dass die Wirkung der Verkürzung der Eindringtiefe erzielt werden kann.
Um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern, kann eine Relation der Einspritzöffnungswinkel θ der Einspritzöffnungen 501 bis 506 von derjenigen in der Konfiguration von 2 abweichen, und zwar in dem Fall, in dem die Anbringungsposition der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 für eine schwache geschichtete Verbrennung eine Position nahe der Zündkerze ist, also für den Fall einer Anordnung wie unmittelbar zuvor beschrieben. Gemäß der Konfiguration in dieser Ausführungsform werden die Einspritzöffnungswinkel θ zwischen den benachbarten Einspritzöffnungen verglichen, und es wird der kleine Einspritzöffnungsdurchmesser im Falle des kleinen Einspritzöffnungswinkels θ eingestellt, so dass die Eindringtiefe sicher verkürzt werden kann, ohne dass dabei eine Abhängigkeit von der Anbringungsposition der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 besteht. Im Falle der wie unmittelbar zuvor beschriebenen Anordnung wird insbesondere die Eindringtiefe der Einspritzöffnung des in Kolbenrichtung orientierten Sprühstrahls verkürzt, so dass die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 unterbunden und der PN-Reduktionseffekt verstärkt werden kann.
Insbesondere unter den Bedingungen, bei denen die Motordrehzahl klein ist und das Luftströmungsvolumen im Motorzylinder klein ist, vermischt sich der Kraftstoffsprühstrahl nur schwer mit der Luft. Aus diesem Grund ist die Eindringtiefe verlängert, so dass die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 zunimmt und der PN-Wert größer wird. Zusätzlich ist unter den Bedingungen eines schnellen Leerlaufs, bei dem der Motor aus dem Kaltzustand heraus gestartet wird, die Temperatur im Motorzylinder niedrig. Aus diesem Grund verdampft der anhaftende Kraftstoff nur schwer, und wenn sich die Eindringtiefe verlängert, nimmt auch der PN-Wert durchaus zu.
Gemäß der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche durch Reduzierung der Eindringtiefe auch bei solchen Betriebsbedingungen des Motors zu unterbinden, bei denen der PN-Wert schnell zunimmt, wie vorstehend beschrieben. Deshalb kann der PN-Wert reduziert werden.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform kann am Motor so angebracht werden, dass die erste Einspritzöffnung 501 den zur Seite des Kolbens 209 gerichteten Sprühstrahl D4 einspritzt. Infolgedessen kann die Eindringtiefe des zur Seite des Kolbens 209 gerichteten Sprühstrahls D4 verkürzt werden, und die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 kann unterbunden werden. Im Ergebnis kann der PN-Wert reduziert werden.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mithilfe der 10 bis 12 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden für dieselben Komponenten und Konfigurationen wie in der ersten Ausführungsform dieselben Bezugszahlen verwendet.
10 ist eine Draufsicht auf ein Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung, von der Spitze her betrachtet. 11 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang XI-XI der 10 zeigt.
Diese Ausführungsform wird auf dieselbe Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 wie die in 1 angewendet, die die erste Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass eine dritte Einspritzöffnung 1104, die sich von der ersten Einspritzöffnung 501 unterscheidet, und zwei vierte Einspritzöffnungen 1105 und 1106 vorgesehen sind, die die dritte Einspritzöffnung 1104 zwischen sich einschließen, und ein Lochdurchmesser Do3 der jeweiligen vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 größer als ein Lochdurchmesser Do4 der dritten Einspritzöffnung 1104 ist. Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform sind die erste Einspritzöffnung 501, die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503, die dritte Einspritzöffnung 1104 und die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 so angeordnet, dass die einzelnen Einlassöffnungsflächen auf demselben Kreisumfang liegen.
Bei dieser Ausführungsform ist die Mehrzahl der im Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 ausgebildeten Einspritzöffnungen so ausgelegt, dass die dritte Einspritzöffnung 1104 der ersten Einspritzöffnung 501 entspricht, und die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 entsprechen. Das heißt, dass die dritte Einspritzöffnung 1104 und die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ausgelegt sind und auch dieselbe wie in der ersten Ausführungsform beschriebene Relation zwischen der ersten Einspritzöffnung 501 und den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 besteht.
Deshalb haben ein Einspritzöffnungswinkel θ3 der dritten Einspritzöffnung 1104 und ein Einspritzöffnungswinkel θ4 der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 dieselbe wie die in der ersten Ausführungsform beschriebene Relation des Einspritzöffnungswinkels θ1 und Einspritzöffnungswinkels θ2. Eine Einspritzöffnungslänge Lo3 der dritten Einspritzöffnung 1104 und eine Einspritzöffnungslänge Lo4 der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 haben dieselbe Relation wie sie bei der Einspritzöffnungslänge Lo1 und Einspritzöffnungslänge Lo2 besteht, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Ein Innendurchmesser Da3 des Senkbohrungsabschnitts 1114 der dritten Einspritzöffnung 1104 und ein Innendurchmesser Da4 der jeweiligen Senkbohrungsabschnitte 1115 und 1116 der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 haben dieselbe Relation wie sie für den Innendurchmesser Da1 des Senkbohrungsabschnitts 511 und den Innendurchmesser Da2 der jeweiligen Senkbohrungsabschnitte 512 und 513 besteht, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 ist so ausgelegt, dass sie die dritte Einspritzöffnung 1104 mit einem kleinen Einspritzöffnungsdurchmesser und die Mehrzahl der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 mit einem großen Einspritzöffnungsdurchmesser unter der Mehrzahl der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 aufweisen, und die dritte Einspritzöffnung 1104 und die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 sind abwechselnd auf demselben Kreisumfang angeordnet.
12 ist eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung (Direkteinspritzungsmotor), bei dem Kraftstoff direkt in einen Zylinder eingespritzt wird, gemäß der Ausführungsform (zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
Aufgrund einer geometrischen Konfiguration hat ein zur Seite eines Kolbens 209 gerichteter Sprühstrahl D4' einen kürzeren Abstand zum Kolben 209 als die in einer Diagonalrichtung zum Kolben 209 gerichteten Sprühstrahlen D5 und D6. Deshalb ist das Verhältnis der Anhaftung am Kolben 209 beim Sprühstrahl D4' größer als bei den Sprühstrahlen D5 und D6.
Indem man den Lochdurchmesser der jeweiligen vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 so auslegt, dass er größer als derjenige der dritten Einspritzöffnung 1104 ist, kann ein Verhältnis des durch die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 fließenden Kraftstoffs erhöht werden, und ein Verhältnis des durch die dritte Einspritzöffnung 1104 strömenden Kraftstoffs kann gesenkt werden. Infolgedessen nimmt die Ablösung des Kraftstoffs in einem Einspritzöffnungseinlass der dritten Einspritzöffnung 1104 ab, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der dritten Einspritzöffnung 1104 sinkt, und der Kraftstoff strömt entlang einer Wandoberfläche (siehe 802 der 9) der dritten Einspritzöffnung 1104 und wird von einem Einspritzöffnungsauslass her eingespritzt (siehe 119b der 9). Da die Ablösung des Kraftstoffs klein ist, fließt der Kraftstoff überall durch die Einspritzöffnung 1104 hindurch, so dass gemäß Formel (1) ein substanzieller Einspritzöffnungsdurchmesser Do zunimmt und eine Strömungsgeschwindigkeit Vo im Einspritzöffnungsauslass abnimmt. Deshalb ist, weil die Eindringkraft des Sprühstrahls herabgesetzt ist, die Eindringtiefe verkürzt. Im Ergebnis kann die Anhaftung des Kraftstoffs am Kolben 209 reduziert und der PN-Wert klein gehalten werden.
Zusätzlich kann die dritte Einspritzöffnung 1104 auf der zur ersten Einspritzöffnung 501 entgegengesetzten Seite gebildet sein, wobei das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil 116 oder eine Mittelachse eines Ventilkörpers 114 dazwischenliegt. Dadurch dass Sprühstrahlen gebildet werden, die symmetrisch zu einer gedachten Ebene 220b sind, welche durch die erste Einspritzöffnung 501 und die dritte Einspritzöffnung 1104 verläuft, ist es möglich, die Kraftstoffsprühstrahlen in den gesamten inneren Abschnitt eines Motorzylinders gleichmäßig einzuspritzen. Deshalb kann der Grad der Homogenität eines Luft/Kraftstoff-Gemischs verbessert und der PN-Wert klein gehalten werden.
Insbesondere bei einem Motor mit direkter Zylindereinspritzung, bei dem der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, kann, um die Temperatur im Zylinder klein zu halten oder den Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs zu verbessern, der Kraftstoff zum Zeitpunkt eines nach oben führenden Hubs (Kompressionshubs) des Kolbens 209 oder zu einem Zeitpunkt unmittelbar vor der in einer Zündkerze 203 stattfindenden Zündung eingespritzt werden. Der Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 und dem Kolben 209 wird kürzer, wenn sich die Position des Kolbens 209 dem oberen Totpunkt nähert. Aus diesem Grund kann der eingespritzte Kraftstoffsprühstrahl leicht am Kolben 209 anhaften und der PN-Wert kann möglicherweise zunehmen. Gemäß der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 nach der zweiten Ausführungsform ist sie, weil die Eindringtiefe des vierten Sprühstrahls D4' verkürzt werden kann, besonders effektiv für den Direkteinspritzungsmotor, bei dem der Kraftstoff nach dem Kompressionshub eingespritzt wird. Im Ergebnis ist es möglich, durch Kleinhalten der Verbrennungstemperatur sowohl eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz als auch eine PN-Reduktion zu realisieren.
Des Weiteren können die Lochdurchmesser der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 kleiner als die Lochdurchmesser der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sein. Ein Sprühstrahl D2 und ein Sprühstrahl D3, die diagonal in Richtung zu den Einlassventilen 205 oder 205b oder zu einer Zylinderinnenwandoberfläche 210 eingespritzt werden, haben eine längere Strecke vom Auslass der Einspritzöffnung bis zur Zylinderinnenwandoberfläche 210 als der Sprühstrahl D1. Aus diesem Grund ist die Menge der an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 anhaftenden Kraftstoffsprühstrahlen klein. Deshalb sind die Lochdurchmesser der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 so ausgelegt, dass sie größer als die Lochdurchmesser der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 sind, so dass ein Verhältnis des durch die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 strömenden Kraftstoffs erhöht ist und ein Verhältnis des durch die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 strömenden Kraftstoffs verringert werden kann. Infolgedessen kann die Eindringtiefe der Sprühstrahlen D3 und D4 der vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 verkürzt werden, und die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 kann noch stärker unterbunden werden, um dadurch einen PN-Reduktionseffekt zu verstärken.
Selbst wenn die erste Einspritzöffnung 501 und die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 nicht enthalten sind, kann mit der Konfiguration der jeweiligen dritten Einspritzöffnung 1104 und vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Effekt erzielt werden, gemäß dem die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 durch eine einzelne Konfiguration unterbunden wird. Insbesondere bei einem Motor mit großem Hubraum, zum Beispiel 2,4 Liter oder mehr, wird der Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 und der Zylinderinnenwandoberfläche 210, die der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 zugewandt ist, lang, weil der Innendurchmesser des Zylinders groß ist. Infolgedessen können, weil die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 relativ reduziert werden kann, die Konfigurationen der dritten Einspritzöffnung 1104 und vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 gemäß der zweiten Ausführungsform angewendet werden, ohne dabei die Konfigurationen der ersten Einspritzöffnung 501 und zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 zu übernehmen.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist die erste Einspritzöffnung 501 so ausgelegt, dass sie einen kleineren Lo/Do-Wert als die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 hat, so dass die Eindringtiefe des ersten Sprühstrahls D1 verkürzt werden und die Kraftstoffanhaftung an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 unterbunden werden kann, um einen PN-Reduktionseffekt zu erhöhen. Darüber hinaus ist die dritte Einspritzöffnung 1104 so ausgelegt, dass sie einen kleineren Lo/Do-Wert hat als die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106, so dass die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 unterbunden und der PN-Wert verringert werden kann.
Des Weiteren können die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 so ausgelegt sein, dass sie einen kleineren Lo/Do-Wert haben als die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, haben die zum Nahbereich der Seite der Einlassventile 205a und 205b gerichteten Sprühstrahlen D2 und D6 eine geringere Empfindlichkeit als die anderen Sprühstrahlen in Bezug auf PN, wenn die Eindringtiefe länger wird. Deshalb sind die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 so ausgelegt, dass sie einen kleineren Lo/Do-Wert haben als die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503, so dass die Eindringtiefe der in Diagonalrichtung des Kolbens 209 gerichteten Sprühstrahlen D3 und D5 klein gehalten und der PN-Wert reduziert werden kann.
Zusätzlich ist die Konfiguration in der zweiten Ausführungsform bei einem Verfahren zur Bildung des Luft/Kraftstoff-Gemischs mithilfe einer Luftströmung für einen Direkteinspritzungsmotor in der Bauart mit Sprühstrahlführung effektiv. Bei der Bauart mit Sprühstrahlführung ist der Motor ein Direkteinspritzungsmotor, bei dem der PN-Wert reduziert ist, indem der in den Kolben 209 eingespritzte Kraftstoff nicht anhaftet. Durch Verkürzen der Eindringtiefe des vierten Sprühstrahls D4' kann eine Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 unterbunden und der PN-Wert reduziert werden.
Unter den Verfahren zur Bildung des Luft/Kraftstoff-Gemischs eines Direkteinspritzungsmotors gibt es ein Luftführungsverfahren, bei dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch mithilfe der Strömung im Zylinder gebildet wird. Bei dem Luftführungsverfahren wird das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Nahbereich der Zündkerze 203 gebildet, indem der vom Ventil 205 her einströmende Luftstrom verwendet wird, ohne dass es hierbei zu einer Kollision des Sprühstrahls mit dem Kolben 209 kommt. Bei dem Luftführungsverfahren ist die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 gering, und der PN-Wert kann klein gehalten werden. Zusätzlich kann, was die Form einer oberen Stirnfläche (Kopffläche) 213 des Kolbens 209 bei dem Luftführungsverfahren anbelangt, ein Mittenabschnitt 213a des Kolbens 209 eine flache Form haben, wie in 2 gezeigt ist. Indem man den Mittenabschnitt 213a so ausbildet, dass er eine flache Form hat, kann der Kraftstoffsprühstrahl schwerlich am Kolben 209 anhaften, mithilfe der Luftströmung kann ein homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet werden, und der PN-Wert kann reduziert werden. Gemäß der Konfiguration der zweiten Ausführungsform kann die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 reduziert werden, weil die Eindringtiefe des Kraftstoffsprühstrahls D4' in der in Richtung des Kolbens 209 ausgerichteten Einspritzöffnung 1104 klein gehalten werden kann. Aus den obigen Gründen kann die Konfiguration der zweiten Ausführungsform für einen Direkteinspritzungsmotor verwendet werden, bei dem das Luftführungsverfahren übernommen wird.
Um den Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs zu verbessern, kann eine mehrstufige Einspritzung erfolgen, bei der die Kraftstoffsprühstrahlen während eines Verbrennungszyklus auf eine Mehrzahl von Teilen aufgeteilt werden, um die Vermischung des Kraftstoffs mit der Luft zu fördern. Bei der mehrstufigen Einspritzung kann der Kraftstoff während des Kompressionshubs des Kolbens 209 eingespritzt werden. Weil aber der Abstand zwischen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 und dem Kolben 209 kurz ist, haftet der Kraftstoffsprühstrahl D4' leicht am Kolben 209 an. Wenn eine mehrstufige Einspritzung durchgeführt wird, kann die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 unterbunden werden, indem die Eindringtiefe des Kraftstoffsprühstrahls D4' klein gehalten wird, und der PN-Wert kann noch stärker reduziert werden, indem sowohl die verringerte Kraftstoffanhaftung realisiert als auch der Grad der Homogenität des Luft/Kraftstoff-Gemischs verbessert wird.
Zusätzlich ist bei der Konfiguration in der zweiten Ausführungsform die Eindringtiefe der Sprühstrahlen D2 und D3, die zu den Einlassventilen 205a und 205b gerichtet sind, im Vergleich zu den anderen Sprühstrahlen am längsten, und die Eindringtiefen des in Richtung der Zündkerze 203 gerichteten Sprühstrahls D1 sowie des in Richtung des Kolbens 209 gerichteten Sprühstrahls D4' sind kürzer als diejenigen der Sprühstrahlen D2 und D3. Durch Konfiguration des Direkteinspritzungsmotors unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100, der Einlassventile 205a und 205b, der Zündkerze 203, des Kolbens 209 und des Zylinders 229 kann der PN-Reduktionseffekt verstärkt werden.
Auch bei dieser Ausführungsform kann die Querschnittsform der jeweiligen Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 eine andere Form als eine Kreisform (perfekter Kreis) annehmen, zum Beispiel eine elliptische Form. Wenn es sich bei der Querschnittsform der Einspritzöffnung um eine andere Form als einen perfekten Kreis handelt, können die Formen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 so festgelegt werden, dass anstelle des Einspritzöffnungsdurchmessers eine Querschnittsfläche der Einspritzöffnung die vorstehend beschriebene Beziehung erfüllt.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 13 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden für dieselben Komponenten und Konfigurationen wie in den anderen Ausführungsformen dieselben Bezugszahlen wie in den anderen Ausführungsformen verwendet.
13 ist eine vergrößerte Draufsicht au einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (dritten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung mit Blick von der Innenseite (Ventilkörperseite) her. In 13 erfolgt keine Beschreibung eines Ventilkörpers 114 zur Erläuterung einer Anordnung der Einspritzöffnungen.
13 ist eine Draufsicht, in der eine Sitzfläche 601, eine Mittelachse 116a eines Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 und Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf eine Ebene projiziert sind, die zur Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 und zu einer Mittelachse 100a der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 senkrecht liegt.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass Einspritzöffnungsmittellinien, die die Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 und Schnittpunkte (Mittenpositionen von Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen) der Sitzfläche 601 und Mittelachsen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 verbinden, durch die Bezugszahlen 1311 bis 1316 gezeigt sind. Bei dieser Ausführungsform liegen die Mittelpunkte der Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf einem Kreisumfang 700. Die Mittelpunkte der Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 müssen aber nicht unbedingt auf dem Kreisumfang 700 liegen. Die Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 sind jedoch vorzugsweise so angeordnet, dass die Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf dem Kreisumfang 700 liegen.
Die Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 fällt mit der Mittelachse der Sitzfläche 601 zusammen, die in einer im Wesentlichen konischen Form ausgebildet ist, und verläuft durch die Mitte der Sitzfläche 601.
Wenn die Einspritzöffnungsmittellinien 1311 bis 1316 der zueinander benachbarten Einspritzöffnungen verglichen werden, sind Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1303 und 1302, die durch die durch die erste Einspritzöffnung 501 verlaufende Einspritzöffnungsmittellinie 1311 und die Einspritzöffnungsmittellinien 1312 und 1313 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 gebildet werden, größer als die Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1304, 1305, 1306 und 1307, die durch die Einspritzöffnungsmittellinien der anderen zueinander benachbarten Einspritzöffnungen gebildet werden.
Durch diesen Effekt wird ein Abstand zwischen den Sprühstrahlen kurz und eine Störwirkung zwischen den Sprühstrahlen wird stark, weil Öffnungspositionen der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 und vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 mit größeren Lochdurchmessern als die erste Einspritzöffnung 501 einander angenähert werden. Infolgedessen nimmt eine Luftmenge zwischen den Sprühstrahlen ab, und es wird schwierig, Scherfestigkeit mit Luft zu erhalten, wenn der Kraftstoff eingespritzt wird. Deshalb können die Eindringtiefen der Sprühstrahlen D5 und D6 in den vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106, des Sprühstrahls D4' in der dritten Einspritzöffnung 1104, und in den zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verkürzt werden (siehe 12), die Kraftstoffanhaftung am Kolben 209 oder an der Zylinderinnenwandoberfläche 210 kann klein gehalten werden, und der PN-Wert kann reduziert werden. Die Konfiguration gemäß der dritten Ausführungsform kann in Kombination mit der Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mithilfe von 14 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden für dieselben Komponenten und Konfigurationen wie in den anderen Ausführungsformen dieselben Bezugszahlen wie in den anderen Ausführungsformen verwendet.
14 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (vierten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung mit Blick von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
14 ist eine Draufsicht, bei der eine Sitzfläche 601, eine Mittelachse 116a eines Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 sowie Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf eine Ebene projiziert werden, die senkrecht zur Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 und einer Mittelachse 100a einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 100 liegt.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, dass Einspritzöffnungsmittellinien, die die Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 und Schnittpunkte (Mittenpositionen von Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen) der Sitzfläche 601 und Mittelachsen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 verbinden, durch die Bezugszahlen 1311, 1412, 1413 und 1314 bis 1316 gezeigt sind. Bei dieser Ausführungsform befinden sich die Mittelpunkte der Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf einem Kreisumfang 700. Die Mittelpunkte der Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 müssen sich nicht unbedingt auf dem Kreisumfang 700 befinden. Die Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 sind jedoch vorzugsweise so angeordnet, dass die Einlassöffnungsflächen der Einspritzöffnungen 501 bis 503 und 1104 bis 1106 auf dem Kreisumfang 700 liegen.
Wenn die Einspritzöffnungsmittellinien 1311, 1412, 1413 und 1314 bis 1316 der zueinander benachbarten Einspritzöffnungen verglichen werden, sind Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1403 und 1402, die durch die durch die erste Einspritzöffnung 501 verlaufende Einspritzöffnungsmittellinie 1311 sowie durch die durch die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verlaufenden Einspritzöffnungsmittellinien 1412 und 1413 gebildet werden, kleiner als die Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1404 und 1407, die durch die Einspritzöffnungsmittellinien 1315 und 1316, welche durch die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 verlaufen, und die Einspritzöffnungsmittellinien 1412 und 1413 gebildet werden, welche durch die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verlaufen.
Bei der Konfiguration in der vierten Ausführungsform wird eine Störwirkung zwischen dem Sprühstrahl D1 der ersten Einspritzöffnung 501 und den Sprühstrahlen D2 und D3 der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 stark, und die Eindringtiefe des Sprühstrahls D1 kann verkürzt werden (siehe 12), indem man die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 nahe zur Seite der ersten Einspritzöffnung 501 verschiebt, also indem die Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1402 und 1403 kleiner gemacht werden. Im Ergebnis kann die Kraftstoffanhaftung an einer Zylinderinnenwandoberfläche 210 unterbunden werden, so dass der PN-Wert reduziert werden kann. Im Falle dieser Konfiguration können die Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel 1404 und 1407, die durch die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sowie die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 gebildet werden, vergrößert sein. In diesem Fall handelt es sich, obwohl die sprühstrahlbezogene Störwirkung zwischen den Sprühstrahlen D2 und D3 und den Sprühstrahlen D5 und D6 schwach wird, bei den Sprühstrahlen D5 und D6 in den vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 um Sprühstrahlen, die diagonal zum Kolben 209 eingespritzt werden. Aus diesem Grund ist die Empfindlichkeit gegenüber PN niedrig, auch wenn die Eindringtiefe verlängert ist. Deshalb kann gemäß der Konfiguration der vierten Ausführungsform die Gesamtmenge von Sprühstrahlen, die sich an den Kolben 209 und die Zylinderinnenwandoberfläche 210 anlegt, reduziert werden.
Die Konfiguration der Einspritzöffnungsposition in der vierten Ausführungsform kann in Kombination mit der Konfiguration der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 15 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden für dieselben Komponenten und Konfigurationen wie in den anderen Ausführungsformen dieselben Bezugszahlen wie in den anderen Ausführungsformen verwendet. 15 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß einer Ausführungsform (fünften Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung von der Innenseite (Ventilkörperseite) her.
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass eine erste Einspritzöffnung 501 auf einem Kreisumfang 1501 an einer Sitzfläche 601 mit einer Mittelachse 116a eines Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 als Mitte angeordnet ist, und zweite Einspritzöffnungen 502 und 503 auf einem Kreisumfang 1500 auf der Sitzfläche 601 mit der Mittelachse 116a des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 als Mitte angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Mitte einer Einlassöffnungsfläche der ersten Einspritzöffnung 501 auf dem Kreisumfang 1501 angeordnet ist, und die Mitten von Einlassöffnungsflächen der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 auf dem Kreisumfang 1500 liegen. In diesem Fall hat der Kreisumfang 1501 einen größeren Radius als der Kreisumfang 1500, und der Kreisumfang 1501 liegt näher an einer Außenumfangsseite des Einspritzöffnungs-Bildungsbauteils 116 als der Kreisumfang 1500.
In einer Konfiguration in der fünften Ausführungsform ist eine Einspritzöffnungsposition der ersten Einspritzöffnung 501 so ausgelegt, dass sie näher an der Außendurchmesserseite liegt als der Kreisumfang 1500, der durch Mittelachsen der zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 verläuft, so dass Kraftstoff, der von einem Volumen 801 (siehe 9) einer Spitze eines Ventilkörpers 114 her einströmt, mühelos in die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 einströmt, die näher an der Innenumfangsseite liegen als die erste Einspritzöffnung 501. Deshalb nimmt die in die Einspritzöffnung 501 einströmende Kraftstoffmenge ab. Infolgedessen nimmt die Ablösung von Kraftstoff von einer Einspritzöffnungs-Wandoberfläche 802 (siehe 8) ab, die Strömungsrate in einem Einspritzöffnungsauslass kann ausgeglichen werden, und ein Höchstwert eines Strömungsgeschwindigkeitsvektors kann reduziert werden. Deshalb kann die Eindringtiefe der ersten Einspritzöffnung 501 verkürzt und der PN-Wert klein gehalten werden. Die Konfiguration gemäß der fünften Ausführungsform kann in Kombination mit der Konfiguration gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Wenn die Konfiguration mit der Konfiguration in der zweiten Ausführungsform kombiniert wird, können die erste Einspritzöffnung 501 und die dritte Einspritzöffnung 504 auf dem Kreisumfang 1501 angeordnet werden, und die zweiten Einspritzöffnungen 502 und 503 sowie die vierten Einspritzöffnungen 1105 und 1106 können auf dem Kreisumfang 1500 angeordnet werden. Durch diese Konfiguration kann die Eindringtiefe der dritten Einspritzöffnung 1104 reduziert und die Kraftstoffanhaftung an einem Kolben 209 unterbunden werden, um so den PN-Wert zu reduzieren.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 16 und 17 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden für dieselben Komponenten und Konfigurationen wie in den anderen Ausführungsformen dieselben Bezugszahlen wie in den anderen Ausführungsformen verwendet.
16 ist eine vergrößerte Draufsicht auf einen Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform (sechsten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung mit Blick von der Spitze her betrachtet.
Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass Senkbohrungsabschnitte 1601 bis 1606 mit größeren Innendurchmessern als Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 von deren jeweils stromaufwärts liegenden Bereichen an den stromabwärts befindlichen Bereichen der Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 der Einspritzöffnungen 501 bis 506 ausgelegt sind. Das bedeutet, dass die stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 1601 bis 1606 an den stromabwärts befindlichen Bereichen der stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 ausgebildet sind, so dass mehrstufige (zweistufige) Senkbohrungsabschnitte 511 & 1601, 512 & 1602, 513 & 1603, 514 & 1604, 515 & 1605 und 516 & 1606 an den stromabwärts befindlichen Bereichen der Einspritzöffnungen 501 bis 506 gebildet werden.
Bei der Konfiguration der sechsten Ausführungsform sind die Innendurchmesser der stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 1601 bis 1606 größer ausgelegt als die Innendurchmesser der stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516, so dass leicht unterbunden werden kann, dass der von den Einspritzöffnungen 501 bis 506 her eingespritzte Kraftstoff an die stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitten 1601 bis 1606 anlegt. Da der von den Einspritzöffnungen 501 bis 506 her eingespritzte Kraftstoff einen Geschwindigkeitsvektor einer Drehrichtung mit Bezug auf eine Mittelachse 119a der Einspritzöffnung hat, hat der Kraftstoff einen Winkel β in Bezug auf die Mittelachse 119a der Einspritzöffnung.
17 ist eine Darstellung, die das Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil gemäß der Ausführungsform (sechsten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung zeigt, und ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt entlang XVII-XVII der 16 zeigt. In 17 ist der Ventilkörper 114 weggelassen.
Nachstehend wird die Einspritzöffnung 504 beschrieben. Dasselbe gilt jedoch auch für die anderen Einspritzöffnungen 501 bis 503, 505 und 506.
Wenn der Innendurchmesser des stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts 514 vergrößert ist, um die Kraftstoffanhaftung am stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitt 514 zu unterbinden, nimmt ein Abstand zwischen einem Kraftstoffsprühstrahl und einer Innenumfangsfläche 1604a des stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts 514 zu, und die Wirkung der Entfernung eines Kohlenstoffabscheidungsmaterials (Ablagerung) durch den eingespritzten Kraftstoff nimmt ab. Infolgedessen lagert sich die entstandene Ablagerung im stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitt 514 ab, und der Kraftstoff dringt vom Ablagerungsabschnitt kommend durch, so dass der PN-Wert möglicherweise zunimmt.
Gemäß dem Verfahren in der sechsten Ausführungsform ist der stromabwärts befindliche Senkbohrungsabschnitt 1604 vorgesehen, so dass die Anhaftung des Kraftstoffsprühstrahls an den stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitten 511 bis 816 und den stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitten 1601 bis 1606 unterbunden werden kann, während gleichzeitig der Abstand zwischen dem Kraftstoffsprühstrahl und dem stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitt 514 verkleinert ist. Deshalb verstärkt sich eine Wirkung dahingehend, den PN-Wert klein zu halten.
Zusätzlich können die Innendurchmesser der stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 1601 bis 1606 entsprechend den Innendurchmessern der stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 511 bis 516 oder den Innendurchmessern (Lochdurchmessern) der Einspritzöffnungen 501 bis 506 festgelegt werden. Wenn der Einspritzöffnungsdurchmesser oder der Innendurchmesser des stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts groß ist, vergrößert sich der Innendurchmesser des stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts 1604, so dass die Kraftstoffanhaftung am stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitt reduziert und der PN-Wert klein gehalten werden kann.
Auch bei dieser Ausführungsform kann es sich bei einer Querschnittsform der jeweils stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 511 bis 816 und der stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitte 1601 bis 1606 um eine andere Form als eine Kreisform (perfekter Kreis) handeln, zum Beispiel um eine elliptische Form. Wenn die zu den Mittelachsen des stromaufwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts und stromabwärts befindlichen Senkbohrungsabschnitts senkrechte Querschnittsform eine andere Form als einen perfekten Kreis hat, kann die Form jedes Senkbohrungsabschnitts so bestimmt werden, dass eine Querschnittsfläche jedes Senkbohrungsabschnitts anstelle des Innendurchmessers die vorstehend beschriebene Relation erfüllt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen enthalten. Die Ausführungsformen sind zum Beispiel im Einzelnen beschrieben, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass sie all diese Konfigurationen umfasst. Zusätzlich kann ein Teil der Konfigurationen einer bestimmten Ausführungsform durch die Konfigurationen anderer Ausführungsformen ersetzt werden, oder die Konfigurationen anderer Ausführungsformen können den Konfigurationen der bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich kann für einen Teil der Konfigurationen der einzelnen Ausführungsformen gelten, dass andere Konfigurationen hinzugefügt/entfernt/ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

100: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
101: Düsenhalter
102: bewegbares Element
103: Gehäuse
104: Spulenkörper
105: Spule
107: Magnetkern
110: Feder
112: Nullpunktfeder
113: Stabführung
114: Ventilkörper
116: Einspritzöffnungs-Bildungsbauteil
118: Ventilsitz
119: Einspritzöffnung
120: Führungsabschnitt
124: Einstellstift
153: Ansteuerungsschaltung
154: ECU
203: Zündkerze
205, 205a, 205b: Einlassventil
209: Kolben
211: Auslassventil
220: Zylinder
501: erste Einspritzöffnung
502, 503: zweite Einspritzöffnung
504 bis 506: Einspritzöffnung
1104: dritte Einspritzöffnung
1105, 1106: vierte Einspritzöffnung
511 bis 516: erster Senkbohrungsabschnitt
1114 bis 1116: Senkbohrungsabschnitt
1601 bis 1606: zweiter Senkbohrungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/008692 A [0002, 0003]

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Ventilkörper und einer Sitzfläche, um im Zusammenwirken das Einspritzen und Zurückhalten von Kraftstoff durchzuführen, und mit einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen, deren Einlassöffnungsflächen an der Sitzfläche gebildet sind, wobei eine erste Einspritzöffnung und eine zweite, zur ersten Einspritzöffnung nächstliegend angeordnete Einspritzöffnung, die die Mehrzahl der Einspritzöffnungen bilden, so ausgelegt sind, dass die erste Einspritzöffnung einen größeren Einspritzöffnungswinkel als die zweite Einspritzöffnung hat, wobei es sich um einen Winkel handelt, der durch eine Normalenrichtung der Sitzfläche und eine Mittelachse der Einspritzöffnung ausgebildet ist, und die zweite Einspritzöffnung eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung als die erste Einspritzöffnung hat.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Einspritzöffnung zwei Einspritzöffnungen aufweist, die an Positionen angeordnet sind, welche die erste Einspritzöffnung in einer Umfangsrichtung um eine Mitte der Sitzfläche herum zwischen sich einschließen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl der Einspritzöffnungen zusätzlich zur ersten Einspritzöffnung und zweiten Einspritzöffnung mindestens noch eine Einspritzöffnung aufweisen, und von allen Einspritzöffnungen, die in der Mehrzahl der Einspritzöffnungen enthalten sind, der Einspritzöffnungswinkel an der ersten Einspritzöffnung am größten ist, und die Fläche des Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung an der ersten Einspritzöffnung am kleinsten ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl der Einspritzöffnungen zusätzlich zur ersten Einspritzöffnung und zweiten Einspritzöffnung eine dritte Einspritzöffnung und zwei vierte Einspritzöffnungen aufweisen, die so angeordnet sind, dass sie die dritte Einspritzöffnung in der Umfangsrichtung um die Mitte der Sitzfläche herum zwischen sich einschließen, und die Fläche des Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung an der vierten Einspritzöffnung größer als die Fläche des Querschnitts senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung an der dritten Einspritzöffnung ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die dritte Einspritzöffnung auf der zur ersten Einspritzöffnung entgegengesetzten Seite angeordnet ist, wobei sich die Mitte der Sitzfläche zwischen diesen befindet.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung an einem Verbrennungsmotor in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung angebracht ist, in einem Zustand, bei dem ein von der ersten Einspritzöffnung eingespritzter Kraftstoffsprühstrahl zur Seite einer in einem Zylinder angeordneten Zündkerze gerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung an einem Verbrennungsmotor in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung angebracht ist, in einem Zustand, bei dem ein von der ersten Einspritzöffnung eingespritzter Kraftstoffsprühstrahl zur Seite eines sich in einem Zylinder bewegenden Kolbens gerichtet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Querschnitt senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung an der ersten Einspritzöffnung und zweiten Einspritzöffnung jeweils kreisförmig ausgebildet ist, ein erster Senkbohrungsabschnitt mit einem Innendurchmesser, der größer als ein Lochdurchmesser der ersten Einspritzöffnung ist, auf der stromabwärtigen Seite der ersten Einspritzöffnung gebildet ist, ein zweiter Senkbohrungsabschnitt mit einem Innendurchmesser, der größer als ein Lochdurchmesser der zweiten Einspritzöffnung ist, auf der stromabwärtigen Seite der zweiten Einspritzöffnung ausgebildet ist, und der Innendurchmesser des ersten Senkbohrungsabschnitts kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Senkbohrungsabschnitts ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl der Einspritzöffnungen zwei vierte Einspritzöffnungen umfassen, die auf der zur ersten Einspritzöffnung entgegengesetzten Seite mit Bezug auf die zwei zweiten Einspritzöffnungen und benachbart zu den zwei zweiten Einspritzöffnungen in der Umfangsrichtung um die Mitte der Sitzfläche herum angeordnet sind, und, wenn man sich eine erste Einspritzöffnungsmittellinie, die eine Mittelachse der ersten Einspritzöffnung und die Mitte der Sitzfläche verbindet, eine zweite Einspritzöffnungsmittellinie, die eine Mittelachse der zweiten Einspritzöffnung und die Mitte der Sitzfläche verbindet, und eine vierte Einspritzöffnungsmittellinie, die eine Mittelachse der vierten Einspritzöffnung und die Mitte der Sitzfläche verbindet, auf der Sitzfläche vorstellt, ein erster Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel, der durch die erste Einspritzöffnungsmittellinie und die zweite Einspritzöffnungsmittellinie ausgebildet ist, kleiner als ein zweiter Einspritzöffnungs-Mittellinienwinkel ist, der durch die zweite Einspritzöffnungsmittellinie und die vierte Einspritzöffnungsmittellinie ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung in der Bauart mit direkter Zylindereinspritzung, mit einem Ventilkörper und einer Sitzfläche, um in Zusammenwirkung das Einspritzen und Zurückhalten von Kraftstoff durchzuführen, und mit einer Mehrzahl von Einspritzöffnungen, deren Einlassöffnungsflächen an der Sitzfläche ausgebildet sind, wobei die Mehrzahl der Einspritzöffnungen eine dritte Einspritzöffnung zum Einspritzen eines Sprühstrahls, der zur Seite eines sich in einem Zylinder bewegenden Kolbens gerichtet ist, und zwei vierte Einspritzöffnungen umfassen, die an Positionen angeordnet sind, welche die dritte Einspritzöffnung in einer Umfangsrichtung um eine Mitte der Sitzfläche herum zwischen sich einschließen, und die vierte Einspritzöffnung eine größere Fläche eines Querschnitts senkrecht zu einer Mittelachse der Einspritzöffnung hat als die dritte Einspritzöffnung.