DE60022234T2

DE60022234T2 - Brennstoffeinspritzventil und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60022234T2
Application number: DE60022234T
Authority: DE
Inventors: Ayumu Niihari-gun Miyajima; Yoshio Higashiibaraki-gun Okamoto; Yuzo Kadomukai; Shigenori Togashi; Kiyoshi Niihari-gun Amo; Makoto Tsuchiura-shi Yamakado; Tohru Kitaibaraki-shi Ishikawa; Hiromasa Yokohama-shi Kubo; Hiroshi Shinagawa-ku Fuji
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: EP1571330B1; DE60036501T2; EP1036933B1; US20040089751A1; EP1036933A2; EP1036933A3; KR20000062925A; EP1571330A1; JP4055315B2; US7231902B2; US20030006316A1; US20050205051A1; EP1338789A1; DE60036501D1; US6453872B1; DE60003596D1; JP2000329036A; DE60003596T2; DE60022234D1; US6675766B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einspritzt, und bezieht sich auf eine Technik für das Bilden eines ausgezeichneten Kraftstoffsprühnebels im Hinblick auf die Zündeigenschaft und die Verbrennungseigenschaft.
2. STAND DER TECHNIK
Als Alternative zu einer Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzungseinrichtung, die Kraftstoff in einen Einlasskanal der Brennkraftmaschine einspritzt, ist eine Zylinderkraftstoffeinspritzungseinrichtung, die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt, bekannt.
JP-A-6-146886 (1994) beispielsweise offenbart einen solchen Motor mit Benzindirekteinspritzung. Nach dieser herkömmlichen Technik, die die Anbringungsposition eines Kraftstoffeinspritzventils und die Bildung eines Einlassstroms aus einem vertikalen Wirbel (Taumelströmung) in einer Brennkammer durch eine Einlassöffnung, die von einem Einlassöffnungsende nach oben verläuft, berücksichtigt, wird eine stabile Verbrennung mit einem Kraftstoff ausgeführt, der magerer als bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch ist, und die Kraftstoffeinsparung erhöht.
Jedoch berücksichtigt die obige herkömmliche Technik nicht unbedingt vollständig eine Sprühnebelform oder Sprühnebelstruktur, die sowohl die Zündeigenschaft (Zündungseigenschaft) als auch die Ver brennungseigenschaft verbessert (Verringerung der Abgabemenge an unverbrannten Gasen), was weiter unten erläutert wird.
Um einen von einem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Sprühnebel zu optimieren, müssen die folgenden Merkmale berücksichtigt werden. Das erste ist die Sprühnebelform, deren Einflussfaktoren der Streuwinkel des Sprühnebels und seine zurückgelegte Strecke sind. Das zweite ist der Sprühnebel-Teilchendurchmesser, und zwar insofern, als es erforderlich ist, die Teilchendurchmesserverteilung konstant zu halten und dabei die Anzahl von Teilchen mit großem Durchmesser so weit wie möglich zu verringern. Das dritte ist die Sprühnebelstruktur, die erforderlich ist, um die räumliche Verteilung der gesprühten Kraftstoffteilchen zu optimieren.
Als Ergebnis der experimentellen Analyse und der Untersuchung im Hinblick darauf, wie diese Sprühnebelmerkmale die Verbrennungseigenschaften der Brennkraftmaschine beeinflussen, stellt sich folgendes heraus. Um die Zündeigenschaft zu verbessern, ist es wirksam, die Kraftstoffteilchenverteilung um eine Zündeinheit herum zu erhöhen und die Verteilung des Luft-Kraftstoff-Gemischs mit einer eine Zündung ermöglichenden Dichte zu erhöhen. Zum anderen führt eine in Richtung des Kolbens verminderte Kraftstoffteilchenverteilung dazu, dass die unverbrannten Gaskomponenten (HC, CO) im Kraftstoff abnehmen, wodurch die Verbrennungseigenschaft verbessert wird. Ferner darf sich die Sprühnebelform bei einen Druckänderung im Zylinder nicht verändern, damit über einen weiten Bereich von einer niedrigen Motordrehzahl bis zu einer hohen Motordrehzahl eine Verbrennungsstabilität erhalten wird. Da die geometrische Positionsbeziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einer Zündeinheit festgelegt ist, ist es deshalb wichtig, die Ausdehnung des Kraftstoffsprühnebels konstant zu halten, um der Zündeinheit stets einen Kraftstoffsprühnebel mit einer korrekten Dichte zuzuführen.
Mit anderen Worten, ein durch eine herkömmliche Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzter Kraftstoffsprühnebel neigt dazu, sich auszubreiten, wenn der Druck in einem Zylinder niedrig ist, während er dazu neigt, zusammenzufallen, wenn der Druck im Zylinder hoch ist. Wenn die Anordnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und der Zündeinheit in Bezug auf einen Zustand, in dem ein vergleichsweise hoher Druck im Zylinder herrscht, festgelegt worden ist, neigt deshalb der Kraftstoff dazu, sich an einer oberen und seitlichen Zylinderfläche in dem Zylinder oder an einem Kolbenkopf niederzuschlagen, wenn der Druck in dem Zylinder abnimmt, während es andererseits, wenn ein Zustand, in dem ein vergleichsweise niedriger Druck im Zylinder herrscht, als Referenz gewählt worden ist, schwierig ist, einen zur Verbrennung geeigneten Kraftstoffsprühnebel für die Zündeinheit zu erhalten, wenn der Druck im Zylinder ansteigt.
Die US 5 533 482 offenbart eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Sprühen eines Kraftstoffwirbels, mit einem Düsenkörper mit einer Bohrung, einer mit der Bohrung verbundenen Mündung und einer Wand, die die Bohrung und die Mündung begrenzt. Die Bohrung zum Aufnehmen eines axial bewegbaren Ventilkörpers weist eine erste Mittelachse auf und die Mündung weist eine zweite Mittelachse auf. Ein Einlass öffnet sich zur Bohrung und ein Auslass öffnet sich zur Außenseite des Düsenkörpers. Die Wand umfasst einen ersten Umfangsrandbereich, der den Einlass der Mündung begrenzt, und einen zweiten Umfangsrandbereich, der den Auslass der Mündung begrenzt. Ein Sprühnebelkörper, der durch aus der Mündung abgegebenen Kraftstoff gebildet wird, weist eine dritte Mittelachse auf. Der erste Umfangsrandbereich ist so angeordnet, dass die erste Mittelachse innerhalb des Einlasses positioniert ist. Der zweite Umfangsrandbereich ist so umrissen, dass zumindest ein Teil des zweiten Umfangsrandbereichs außerhalb einer Ebene liegt, die normal zur zweiten Mittelachse ist.
Die DE 44 05 921 A1 beschreibt eine Kraftstoffeinspritzdüse mit einem die Düsenmündung vollständig oder teilweise umschließenden Ablenker, der die Aufgabe hat, einen aus der Düse austretenden rotationssymmetrischen Strahl derart abzulenken, dass der Brennraum des Motors gleichmäßig vom Kraftstoff erfasst wird. Ein die Düsenmündung umschließender Ringwall lenkt den Strahl an jeweiligen Abschnitten ab, so dass die jeweiligen Positionen des Brennraums mit Kraftstoff versorgt werden. Die Form des Ringwalls hängt von der Düsenausrichtung und den Dimensionen des Brennraums ab.
Die vorliegende Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffeinspritzventil und eine Brennkraftmaschine, in die das Kraftstoffeinspritzventil eingebaut ist, zu schaffen, wobei das Kraftstoffeinspritzventil die Zündeigenschaft der Brennkraftmaschine verbessert und einen Kraftstoffsprühnebel erzeugt, der geeignet ist, die abgegebene Menge von unverbrannten Gaskomponenten während der Verbrennung zu verringern.
Um das obige Ziel zu erreichen, werden ein Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach Anspruch 6 zur Verfügung gestellt. Es wird ein Kraftstoffsprühnebel erzeugt, dessen Form sich in Bezug auf eine Druckänderung im Zylinder kaum verändert. Zu diesem Zweck wird ein solcher Kraftstoffsprühnebel erzeugt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in Richtung der Zündeinheit konvergiert und der Gehalt an Kraftstoffteilchen in Richtung eines Kolbens gesenkt wird. In diesem Fall wird dem Sprühnebel aus Abschnitten, in denen der Gehalt an Kraftstoffteilchen gesenkt wird (oder in denen Kraftstoffmoleküle abgesaugt werden), Luft von außerhalb des Sprühnebels zugeführt. Dadurch kann ein Druckunterschied zwischen außerhalb und innerhalb des Sprühnebels verringert werden, was ein Zusammenfallen des Sprühnebels erschwert.
Genauer, an einer Auslassöffnung einer Einspritzöffnung, die an einem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen ist und zum Einspritzen von Kraftstoff dient, und durch Entfernen eines Teils einer die Einspritzöffnung bildenden Wandfläche ist die Beschränkung des Sprühnebelstroms aufgehoben und ein abgelenkter Sprühnebel wird gebildet, bei dem der Sprühnebel auf der Seite, wo die Beschränkung aufgehoben ist, fett ist und auf der Beschränkungsseite mager ist. In diesem Fall ist die Beschränkungskraft nicht-linear variiert.
In einer Brennkraftmaschine ist das obige Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise so angeordnet, dass auf der Seite der Zündeinheit ein fetter Sprühnebel und auf der Seite des Kolbens ein magerer Sprühnebel gebildet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines Magnet-Kraftstoffeinspritzventils;
2A und 2B zeigen vergrößerte Ansichten eines Düsenelements 7 des in 1 gezeigten Magnet-Kraftstoffeinspritzventils 1, wobei 2A eine vertikale Querschnittsansicht des Düsenelements 7 ist und 2B eine Draufsicht des Düsenelements 7 aus 2A bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist;
3A zeigt eine Ansicht eines Sprühnebels, wenn ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung Kraftstoff in seine Umgebung spritzt, 3B ist eine in der Querschnittsebene X-X in 3A aufgenommene und in Richtung des Pfeils N betrachtete seitliche Querschnittsansicht des Sprühnebels, und 3C ist eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine, in der das Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird und Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (in einen Zylinder) eingespritzt wird;
4A ist eine vergrößerte Ansicht einer Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzventils, während 4B eine schematische Darstellung der Form eines Kraftstoffabgabeabschnitts und einer Sprühnebel-Querschnittskonfiguration ist;
5A ist eine Fotografie, die einem vertikalen Querschnitt eines Sprühnebels entspricht, während das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung Kraftstoff in seine Umgebung spritzt, während 5B eine Fotografie ist, die einer in der Querschnittsebene X-X in 5A aufgenommenen und in Richtung des Pfeils N betrachteten seitlichen Querschnittsansicht eines Sprühnebels entspricht;
6A ist eine Fotografie, die einem vertikalen Querschnitt eines Sprühnebels entspricht, während das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung Kraftstoff in seine Umgebung spritzt, während die 6B und 6C Graphen sind, die Strömungsgeschwindigkeiten entlang der in 6A definierten Achsen zeigt;
7A, 7B, 7C und 7D zeigen vergrößerte Ansichten eines Düsenelements 7, wobei die 7A und 7C vertikale Querschnittsansichten der jeweiligen Düsenelemente 7 zeigen, 7B eine Draufsicht des in 7A gezeigten Düsenelements 7 bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist und 7D eine Draufsicht des in 7C gezeigten Düsenelements 7 bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist;
8A und 8B zeigten vergrößerte Ansichten eines Düsenelements 7, wobei 8A eine vertikale Querschnittansicht des Düsenelements 7 ist und 8B eine Draufsicht des in 8A gezeigten Düsenelements 7 bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist;
9A, 9B und 9C zeigen eine Brennkraftmaschine, worin 9A eine vertikale Querschnittsansicht ist, 9B eine schematische Ansicht der in 9A gezeigten Brennkammer bei Betrachtung in Richtung des Pfeils P ist und 9C eine schematische Ansicht des in Pfeils 9A gezeigten Kolbenkopfs bei Betrachtung in Richtung des Pfeils P ist;
10A und 10B zeigen eine Brennkraftmaschine, wobei 10A eine vertikale Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine ist und 10B eine schematische Ansicht ihres Kolbenkopfs bei Betrachtung in Richtung des Pfeils P ist;
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Brennkraftmaschine zeigt;
12A und 12B zeigen vergrößerte Ansichten eines Düsenelements 7 in einem Kraftstoffeinspritzventil, wobei 12A eine vertikale Querschnittsansicht davon ist und 12B eine Draufsicht von 12A bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist;
13 ist eine mit den 9A, 9B und 9C zusammenhängende Ansicht, die einen oberen Endabschnitt einer Einspritzöffnung und eine Draufsicht der Einspritzöffnung bei Betrachtung von der Seite der Auslassöffnung zeigt;
14 ist eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine zeigt; und
15A und 15B zeigen vergrößerte Ansichten eines Düsenelements 7 in einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei 15A eine vertikale Querschnittsansicht davon ist und 15B eine Draufsicht von 15A bei Betrachtung in Pfeilrichtung N ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 bis 6C wird die vorliegende Erfindung erläutert. Im Folgenden wird eine die Ventilachse (Ventilmittelachse) enthaltende und zu dieser parallele Ebene als vertikale Querschnittsebene bezeichnet, während eine zur Ventilachse senkrechte Ebene als seitliche Querschnittsebene bezeichnet wird.
Ein Magnet-Kraftstoffeinspritzventil 1 führt eine Kraftstoffeinspritzung durch Öffnen und Schließen seines Sitzabschnitts über EIN-AUS-Schaltsignale aus, die durch eine Steuereinheit berechnet werden. Ein Magnetkreis wird durch ein Joch 3, einen Kern 2, der einen Verschlusskörperabschnitt 2a, der das Ende des Jochs 3 schließt und öffnet, und einen säulenförmigen Abschnitt 2b, der sich durch den mittleren Abschnitt des Jochs 3 erstreckt, umfasst, und einen Anker 4, der durch einen Spalt getrennt dem Kern 2 gegenüberliegt, gebildet. In der Mitte des säulenförmigen Abschnitts 2b ist eine Bohrung 4A vorgesehen, die eine Feder 10 aufnimmt, die als elastisches Element wirkt, durch das ein Ventilkörper 40, der durch den aus einem magnetischen Werkstoff hergestellten Anker 4, einen Stab 5 und eine an den Stab 5 anschließende Kugel 6 gebildet ist, in der Weise gegen eine Sitzfläche 9 gedrückt wird, dass er in diese eingeführt wird. Die Sitzfläche 9 ist an einem Düsenelement 7 zusammen mit einer Einspritzöffnung 8 so ausgebildet, dass es sich an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzöffnung 8 befindet. Das obere Ende der Feder 10 ist mit dem unteren Ende einer Federeinstellvorrichtung 11 in Kontakt, die in der Mitte des Kerns 2 eingesetzt ist, um eine Stell-Last einzustellen. In einem zwischen dem säulenförmigen Abschnitt 2b des Kerns 2 und der Seite des Ventilkörpers 40 des Jochs 3 gebildeten Spalt ist ein Dichtungsring 12 vorgesehen, der mechanisch dazwischen befestigt ist, damit er ein Ausströmen von Kraftstoff zu einer Spule 14 hin verhindert. Die Spule 14, die den Magnetkreis erregt, ist um einen Spulenträger 13 gewickelt, dessen Außenumfang aus einem Kunststoff gegossen ist. Ein Anschluss 17 einer Spulen-Baueinheit 15, die durch die obigen Elemente gebildet ist, ist in eine an dem Verschlusskörperabschnitt (einem Flansch) 2a des Kerns 2 vorgesehene Bohrung eingesetzt. Der Anschluss 17 ist mit einem Anschluss einer nicht gezeigten Steuereinheit verbunden.
An dem Joch 3 ist durch Ausschneiden ein Kolbenaufnahmeabschnitt 18 gebildet worden, der den Ventilkörper 40 aufnimmt, wobei ferner ein Düsenaufnahmeabschnitt 20, dessen Durchmesser größer als jener des Kolbenaufnahmeabschnitts 18 ist, als Durchgangsloch bis zum oberen Ende des Jochs 3 vorgesehen ist, um einen Stopfen 19 und das Düsenelement 7 aufzunehmen. Auf der zum Anker 4 gerichteten Seite der Stange 5 ist ein hohler Abschnitt 5A vorgesehen, der den Durchgang von Kraftstoff ermöglicht. Der hohle Abschnitt 5A ist mit einer Kraftstoffaustrittsöffnung 5B versehen. Die axiale Verschiebung des Ventilkörpers 40 ist durch Kontakt des Außenumfangs des Ankers 4 mit dem Innenumfang des Dichtungsrings 12 geführt, wie auch die Kugel 6 oder die Umgebung des Endes der Stange 5 auf der Seite der Kugel 6 durch eine innere Umfangsfläche 23 eines Kraftstoffverwirbelungselements 22 geführt ist. Das Kraftstoffverwirbelungselement 22 ist in einen in dem Düsenelement 7 ausgebildeten mittleren hohlen Abschnitt eingesetzt und unter Kontakt mit einer Innenwand 21 von diesem an der stromaufwärtigen Seite der Sitzfläche 9 positioniert. Das Düsenelement 7 ist durch ein einteiliges Ele ment gebildet, das einen zylindrischen Seitenwandabschnitt (Umfangswandabschnitt) 72 und eine Endfläche (Unterseite) 71 umfasst. In diesem Fall bildet das Düsenelement 7 ein Gehäuse, das das Kraftstoffverwirbelungselement 22 und einen Teil des Ventilkörpers 40 aufnimmt.
Ferner ist der Hub (Ausmaß der Bewegung nach oben längs der Achse in 1) des Ventilkörpers 40 durch einen Spalt zwischen einer Aufnahmefläche 5C eines Schulterabschnitts der Stange 5 und dem Stopfen 19 festgelegt. Außerdem ist ein Filter 24 vorgesehen, das das Eindringen von Staub und Fremdstoffen in dem Kraftstoff oder in den Leitungen auf der Seite des Ventilsitzes zwischen der Kugel 6 und der Sitzfläche 9 verhindert.
Nun wird mit Bezug auf 2 das Düsenelement 7 mit einer Struktur, die eine L-förmig ausgeschnittene Endfläche umfasst, erläutert.
Die Einspritzöffnung 8 ist in der Weise ausgebildet, dass ihre Mitte mit der Achse (Ventilachse) J des Ventilkörpers 40 übereinstimmt und ihre Wandfläche parallel zur Achse J verläuft. An der oberen Endfläche 7A der Düse, an der eine Auslassöffnung der Einspritzöffnung 8 ausgebildet ist, ist der L-förmig ausgeschnittene Abschnitt ausgebildet, der durch eine zur Achse J senkrechte Fläche 7B und eine zur Achse J im Wesentlichen parallele Fläche A1 gebildet ist. In diesem Fall ist der L-förmig ausgeschnittene Abschnitt wie folgt gestaltet: die Breite der Einspritzöffnung 8 des ausgeschnittenen Abschnitts ist W, die Länge der Einspritzöffnung 8 an dem am tiefsten ausgeschnittenen Abschnitt ist L, während die Länge der Einspritzöffnung 8 des nicht ausgeschnittenen Abschnitts (des am wenigsten ausgeschnittenen Abschnitts) L'' ist und die obere Endfläche des Düsenelements 7 durch die zwei ebenen Flächen 7A und 7B, die zur Achse J senkrecht sind und so ausgebildet sind, dass sie die Ein spritzöffnung 8 umfassen, und eine Fläche A1, die zur Achse J parallel ist und diese beiden ebenen Flächen 7A und 7B verbindet, gebildet ist.
Vorzugsweise verändert der obige ausgeschnittene Abschnitt die Beschränkungskraft für einen Kraftstoffsprühnebel nicht-linear in Bezug auf die Umfangsrichtung der Einspritzöffnung 8. Es wird ferner vorgezogen, die Nichtlinearität der Beschränkungskraftänderung durch eine stufenartige Beschränkungskraftänderung zu verstärken, indem die Beschränkungskraftänderung mit dem obigen Stufenabschnitt nicht-linear gemacht wird. Deshalb besitzt das Kraftstoffeinspritzventil verallgemeinert die folgenden Strukturen:

(1) Zwei Schnittpunkte, die durch eine Querschnittsfläche, die die Mittelachse der Einspritzöffnung 8 enthält und parallel zur Mittelachse ist, und die durch den die Auslassöffnung der Einspritzöffnung 8 bildenden Umfang gebildet werden, sind in der Richtung entlang der Mittelachse beabstandet, wobei an dem die Auslassöffnung bildenden Umfang auf dem Weg von einem der Schnittpunkte zu dem anderen eine Stufe gebildet wird.
(2) In diesem Fall sind zwei Umfänge, die die Auslassöffnung auf dem Weg von den entsprechenden zwei Schnittpunkten zu den entsprechenden Stufenabschnitten hin bilden, im Wesentlichen parallel zueinander, bei Betrachtung aus einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der oben erwähnten Querschnittsfläche steht.
(3) Ferner sind die die Auslassöffnung bildenden Umfänge so ausgebildet, dass sie an den Stufenabschnitten in Richtung der Mittelachse variieren.
(4) Die Auslassöffnungsfläche der Einspritzöffnung 8 ist so ausgebildet, dass sie eine Stufe in Richtung der Mittelachse der Einspritzöffnung 8 enthält.
(5) An dem Auslassöffnungsabschnitt der Einspritzöffnung 8 ist eine Stufe vorgesehen, so dass die Länge einer die Einspritzöffnung 8 bildenden Kanalwand in der Umfangsrichtung der Einspritzöffnung 8 nicht-linear variiert.
(6) An der Auslassöffnung der Einspritzöffnung 8 ist ein Schlitz im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Einspritzöffnung 8 gebildet, wobei durch Entfernen einer Wandfläche auf einer Seite in Bezug auf den Schlitz die Stufe gebildet ist.
(7) Durch die Bildung einer Stufe an einer Endfläche einer Düse, wo die Auslassöffnung der Einspritzöffnung 8 gebildet ist, ist die Stufe an der Auslassöffnungsfläche gebildet.
(8) An dem die Auslassöffnung der Einspritzöffnung 8 bildenden Umfang ist eine Stufe so in Richtung der Mittelachse der Einspritzöffnung 8 gebildet, dass die Länge der die Einspritzöffnung 8 bildenden Kanalwandfläche in Umfangsrichtung der Einspritzöffnung 8 variiert und Kraftstoff eingespritzt wird, während ein Druck von 1,0 bis 20 MPa an einen Kraftstoffeinlassabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils angelegt ist.

Bei der in 2A gezeigten Struktur weist der darin gebildete Sprühnebel die folgenden Merkmale auf.

(a) An der ausgeschnittenen Seite der die Einspritzöffnung 8 bildenden Kanalwand ist der Verteilungsgrad des Sprühnebels (Verteilungsgrad des Luft-Kraftstoff-Gemischs) erhöht.
(b) Da die kinetische Energie des von der ausgeschnittenen Seite eingespritzten Sprühnebels hoch ist, werden die Teilchendurchmesser des Sprühnebels klein.

In Anbetracht der Vorteile der vorstehenden Punkte (a) und (b) ist die Zündeigenschaft des Kraftstoffs verbessert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit ist erhöht.
Bei der obigen Struktur schränkt „ausgeschnitten" wie etwa in Verbindung mit der ausgeschnittenen Fläche A1 keinesfalls deren Bearbeitungsverfahren ein, sondern bedeutet lediglich eine Form, in der ein Teil von dieser entfernt worden ist. Es können Bearbeitungsverfahren wie etwa die Pressformerei (plastische Verformung) unter Verwendung eines Formmaterials oder eines Gusserzeugnisses angewandt werden. Das Obige gilt auch für die folgenden Ausführungsformen. Ferner muss die Kugel 6 nicht unbedingt eine sphärische Form aufweisen, sondern kann auch eine konische Form oder eine Nadelform besitzen.
2B definiert einen Durchmesser d₀ der Einspritzöffnung 8, einen Sitzwinkel θ, einen Pfeil „ZÜNDKERZE", einen Pfeil „KOLBEN" und Linien K und M. Die Linie K repräsentiert eine Linie, die durch die Mitte der Einspritzöffnung 8 geht und parallel zur ausgeschnittenen Fläche A1 ist, während die Linie M eine Linie repräsentiert, die durch die Mitte der Einspritzöffnung 8 geht und senkrecht zur Linie K ist, und der Pfeil „ZÜNDKERZE" und der Pfeil „KOLBEN" parallel zur Linie M sind.
Ferner ist in 2A das Kraftstoffverwirbelungselement 22 mit Rillen 25 in axialer Richtung, die durch Legen in eine Ebene des äußeren Umfangsabschnitts des Kraftstoffverwirbelungselements 22 gebildet sind, und mit Rillen 26 in radialer Richtung versehen. Obwohl die Rillen 25 in axialer Richtung in einer Ebene gebildet sind, können andere Formen wie etwa ein ringförmiger Kanal verwendet werden. Die Rillen 25 in axialer Richtung und die Rillen 26 in radialer Richtung bilden Kanäle für Kraftstoff, der von dem Kraftstoffverwirbelungselement 22 nach oben eingeleitet wird, jedoch wird der durch die Rillen 25 in axialer Richtung gegangene Kraftstoff eingeleitet, während er durch die Rillen 26 in radialer Richtung von der axialen Mitte abgelenkt wird, und in einen Wirbel versetzt, der dazu dient, die Zerstäubung des Kraftstoffs zu fördern, wenn derselbe durch die an dem Düsenelement 7 vorgesehene Einspritzöffnung 8 eingespritzt wird. Hierbei lässt sich die durch das Kraftstoffverwirbelungselement 22 aufgebrachte Verwirbelungsstärke (Wirbelzahl S) durch die folgende Gleichung bestimmen. S = (Drehimpuls)/(Impuls in Richtung der Einspritzachse) × (Radius der Einspritzöffnung) = (2·d0.Ls)/n·ds2 – cos(θ/2))wobei

d₀:: Durchmesser der Einspritzöffnung
L_s:: Maß der Ablenkung durch die Rille (Abstand zwischen der axialen Ventilmitte und der Mitte der Rille (der Rillenbreite))
n:: Anzahl der Rillen
θ:: Ventilsitzwinkel
d_s:: äquivalenter strömungsdynamischer Durchmesser, der durch die Rillenbreite und die Rillenhöhe repräsentiert wird = 2·W·H/W + H

Wenn die Wirbelzahl S erhöht wird, wird die Zerstäubung gefördert und der Sprühnebel feinst verteilt.
Im Folgenden wird eine Arbeitsweise des Kraftstoffeinspritzventils 1 erläutert. Wenn ein elektrisches Signal an die Spule 14 angelegt wird, wird über den Kern 2, das Joch 3 und den Anker 4 ein Magnetfeld gebildet, wodurch der Anker 4 zur Seite des Kerns 2 hin angezogen wird. Wenn sich der Anker 4 bewegt, entfernt sich die Kugel 6 von der Sitzfläche 9, wodurch der Kraftstoffkanal geöffnet wird.
Der Kraftstoff fließt vom Filter 24 durch einen inneren Kanal des Kerns 2, einen äußeren Umfangsabschnitt des Ankers 4, den hohlen Abschnitt 5A, der im Anker 4 vorgesehen ist, um den Kraftstoffkanal und die Kraftstoffaustrittsöffnung 5B zu ermöglichen, in das Innere des Kraftstoffeinspritzventils 1 nach stromabwärts und wird dann unter Verwirbelung durch einen Spalt zwischen dem Stopfen 19 und der Stange 5 zum Sitzabschnitt, zu den Kraftstoffkanälen 25 in axialer Richtung und zu den Kraftstoffkanälen 26 in radialer Richtung geführt.
Nun wird mit Bezug auf 3A bis 6C eine durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhaltene Sprühnebelstruktur erläutert.
Die 5A und 5B sind ein Beispiel eines Ergebnisses einer Untersuchung, bei der ein durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingespritzter Sprühnebel fotografiert wurde. Die Versuchsbedingung bestand darin, dass der Kraftstoffdruck etwa 7 MPa über Atmosphärendruck betrug. Für das Fotografieren des Sprühnebels in einem vertikalen Querschnitt wurde dieser mit Laserstrahlen bestrahlt, wobei die flächigen Laserstrahlen so ausgerichtet waren, dass sie eine Ebene bildeten, die die Ventilkörperachse J enthielt, wobei ein Bild des Sprühnebels 2 bis 3 ms nach der Kraftstoffeinspritzung von einer Kamera fotografiert wurde. Ähnlich wurde für das Fotografieren des Sprühnebels in einem seitlichen Querschnitt das Fotografieren unter Ausrichten der flächigen Laserstrahlen in der Weise, dass sie eine X-X-Ebene senkrecht zur Ventil körperachse J bildeten, ausgeführt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, werden der vertikale und der seitliche Querschnitt des von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der Ausführungsform eingespritzten Sprühnebels in Richtung des Pfeils „ZÜNDKERZE" abgelenkt, wo das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündbarer Dichte fett ist, wohingegen der Sprühnebel in Richtung des Pfeils „KOLBEN" die Verteilung annimmt, die durch den Bereich 80A, wo das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündbarer Dichte mager ist, gezeigt ist.
Die 6A, 6B und 6C sind Diagramme, die ein Beispiel der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung eines von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingespritzten Sprühnebels zeigen. 6A zeigt ein Beispiel eines Sprühnebelquerschnitts, dessen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung gemessen wurde. 6B zeigt eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung längs der in 6A definierten Linie m, während 6C eine Strömungsgeschwindigkeitsverteilung längs der in 6A definierten Linie k zeigt. Die Versuchsbedingung war dieselbe wie bei den 5A und 5B. Die Abszissen in den 6A und 6B repräsentieren Messpunkte auf den Linien m bzw. k, während deren Ordinaten unter der Annahme, dass die maximale Strömungsgeschwindigkeit 1 beträgt, keine Dimension besitzen. Wie in 6B gezeigt ist, besitzt der Sprühnebel auf der Seite „ZÜNDKERZE" eine höhere Verteilung und auf der Seite „KOLBEN" eine niedrigere Verteilung. Wie in 6C gezeigt ist, ist ferner die Verteilung über der Linie k im Wesentlichen symmetrisch.
Wie in 3A gezeigt ist, wird der von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 eingespritzte Sprühnebel um einen Ablenkwinkel β zur Seite des Pfeils „ZÜNDKERZE" hin abgelenkt, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündbarer Dichte auf der Ablenkungsseite fett ist, während das Luft-Kraftstoff-Gemisch hinsichtlich der entzündbaren Dichte auf der Seite des Pfeils „KOLBEN" mager ist. Die Beziehung zwischen einem Sprühwinkel α1 auf der Seite „ZÜNDKERZE" und einem Sprühnebel α2 auf der Seite „KOLBEN" in Bezug zu der Mittelachse der Einspritzöffnung 8 lautet α1 > α2, wodurch sich die durch einen Bereich 80 gezeigte Verteilung ergibt. Ferner ist die Ausdehnungsweite des Sprühnebels, der in Richtung des Pfeils „ZÜNDKERZE", also zu der Seite hin, wo der Auslass der Einspritzöffnung 8 ausgeschnitten ist, eingespritzt worden ist, größer als die Ausdehnungsweite des Sprühnebels, der zu der Seite hin, wo der Auslass der Einspritzöffnung 8 nicht ausgeschnitten ist, eingespritzt worden ist. Hierbei nimmt ein vertikaler Querschnitt des Sprühnebels in einer die Ventilachse J enthaltenden und zu J parallelen Ebene einen Bereich 80A ein, der durch netzförmige Schraffierungen angegeben ist. Hierbei ist der Ablenkwinkel β durch die folgende Gleichung bestimmt. β = (α1 – α2)/2
Ferner ist, wie in 3B gezeigt ist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündbarer Dichte bezüglich des Sprühnebels, wenn er in Richtung des Pfeils als seitlicher X-X-Querschnitt betrachtet wird, hinsichtlich der entzündbaren Dichte fett auf der Seite des Pfeils „ZÜNDKERZE" und mager auf der Seite des Pfeils „KOLBEN", wobei im Extremfall ein Zustand eintritt, in dem keine Kraftstoffteilchen vorhanden sind. Wie durch den Bereich 80A gezeigt ist, wird nämlich eine Verteilung beobachtet, bei der ein Teil des Sprühnebels auf der Seite des Pfeils „KOLBEN" abgeschnitten ist. Ferner ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter einem Anbringungswinkel γ in Bezug auf die Brennkraftmaschine 60 und unter der Annahme der in 3C gezeigten Pfeilrichtungen „ZÜNDKERZE" und „KOLBEN" angebracht, wobei das Luft-Kraftstoff-Gemisch um die an der Brennkraftmaschine 60 vorgesehene Zündeinheit 65 herum konvergiert wird, wohingegen das Luft-Kraftstoff-Gemisch um einen Hohlraum 69A an dem Kolben 69, der sich auf- und abbewegend in dem Zylinder 68 angeordnet ist, mager wird und eine Verteilung gebildet wird, wie sie durch den Bereich 80 mit einem Winkel au des oberen Stücks des Sprühnebels gezeigt ist. Der Sprühnebel ist nämlich zur Zündeinheit 65 hin groß und zu dem Hohlraum 69A des Kolbens 69 hin klein, wobei ferner die Dichte des entzündbaren Luft-Kraftstoff-Gemischs auf der Seite der Zündeinheit 65 fett ist und auf der Seite des Hohlraums 69A des Kolbens 69 mager ist und im weiteren die Ausdehnungsweite des Sprühnebels auf der Seite der Zündeinheit 65 groß ist und auf der Seite des Hohlraums 69A des Kolbens 69 klein ist. Hierbei ist der Winkel αu des oberen Stücks des Sprühnebels so definiert, dass die Richtung des Pfeils θ als positiv angenommen wird. In 3C wird angenommen, dass in der Brennkammer 67 außer dem Sprühnebel kein anderer Gasstrom vorhanden ist und dass der Druck in dem Zylinder 68 im Wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck ist.
Ein Vergleich hinsichtlich des Kraftstoffabgabeabschnitts und der Sprühnebel-Einspritzbedingung wird in einem Ausschnitt (Ausschnitt A-B) von einem Querschnitt A-A bis zu einem Querschnitt B-B und an einem weiteren Ausschnitt (Ausschnitt B-C) von dem Querschnitt B-B bis zu einem Querschnitt C-C, die in den 4A und 4B gezeigt sind, erläutert. In dem Ausschnitt A-B wird kein Sprühnebel eingespritzt, da der Kraftstoff durch alle Umfänge der Einspritzöffnung 8 daran gehindert wird. Andererseits wird in dem Ausschnitt B-C Kraftstoff wie gezeigt in Form eines Halbkreises abgegeben, weshalb der Sprühnebel in Richtung „ZÜNDKERZE" eingespritzt wird, jedoch in Richtung „KOLBEN" nicht eingespritzt wird, wobei der Sprühnebel dort, wo er wie gezeigt abgeschnitten ist, eine Hufeisenform aufweist. Wenn der Druck in der Brennkammer infolge der Bewegung des Kolbens 69 variiert, gleichen sich die Drücke innerhalb und außerhalb des Sprühnebels aus, weshalb der Sprühnebel nur schwerlich zusammenfällt und stattdessen seine Gestalt konstant beibehält.
Obwohl die Stufe (L' – L) im Hinblick auf den Innendurchmesser des Zylinders, also den Hubraum des Motors, und den Anbringungswinkel des Kraftstoffeinspritzventils zu bestimmen ist, ist diese Stufe (L' –L) auf wenigstens größer als Null und vorzugsweise, um eine wesentliche Änderung der Sprühnebelstruktur (des Spreizwinkels, der Ausdehnungsweite und der räumlichen Verteilung) zu erhalten, im Bereich 0 < (L' – L)/d₀ ≤ 1 festgelegt worden, bei einer Brennkraftmaschine mit einem üblichen Hubraum von 2 bis 3 Liter und einem üblichen Kraftstoffeinspritzventil-Anbringungswinkel von 10° bis 50°.
Obwohl der vorspringende Abschnitt 7A an der oberen Endfläche des Düsenelements 7 an dem Auslassabschnitt der Einspritzöffnung 8 ausgebildet ist, ist dieser nicht notwendigerweise vorgesehen, wobei bei der Struktur ohne den vorspringenden Abschnitt 7A die Länge der Einspritzöffnung 8 L'' annimmt, wenn kein Ausschnitt (oder Abschnitt mit dem kleinsten Ausschnitt) vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Beziehung hinsichtlich der Länge der Einspritzöffnung 8 gegeben durch L' > L'' > L. Jedoch kann durch das Vorsehen des vorspringenden Abschnitts 7A eine große Stufe (L' – L) lediglich unter einer Gewichtszunahme des vorspringenden Abschnitts 7A gebildet werden und ein größerer Sprühwinkel α1 (der in 3A definiert ist) verwirklicht werden.
Ferner kann der Sprühnebelquerschnitt Ws (der in 3B definiert ist) durch Abgleich der Einspritzöffnungsbreite W eingestellt werden, insofern, dass Ws durch Verkleinern von W verkleinert und durch Vergrößern von W vergrößert werden kann, wobei W in einem Bereich O < W ≤ d₀ festgelegt werden kann.
Wie oben erläutert wurde, kann das Maß der Ablenkung des Sprühnebels (der Winkel α1 oder β, die in 3A gezeigt sind) durch Einstellen der Größe der Stufe (L' – L) eingestellt werden. Ferner kann durch Einstellen des Bereichs (des Bereichs für das Kürzen der Kanalwand) des Entfernens der Kanalwand der Einspritzöffnung 8 in Bezug auf ihre Umfangsrichtung die Breite Ws des seitlichen Querschnitts des Sprühnebels eingestellt werden.
Das Düsenelement 7 kann wie in den 7A bis 7D gezeigt gebildet sein.
In dem in den 7A und 7B gezeigten Düsenelement 7' ist um den Umfangsabschnitt des Unterseitenabschnitts (Endflächenabschnitts) 71 des Düsenelements 7' ein dicker Abschnitt 7C vorgesehen. In diesem Fall werden durch den dicken Abschnitt 7C nämlich die Vibrationsgeräusche, die hervorgerufen werden, wenn die Kugel 6 auf der Sitzfläche 9 sitzt, verringert.
Ferner kann, wie in den 7C und 7D gezeigt ist, durch Vorsehen eines im Wesentlichen ringförmigen dicken Abschnitts 7F mit einer Dicke von (B2 – B1), der in einem Abstand B1 von der Mitte der Einspritzöffnung 8 ausgebildet ist, das Vibrationsgeräusch verringert werden.
Ferner kann das Düsenelement 7 wie in den 8A und 8B gezeigt gebildet sein.
Ein Düsenelement 7''' ist nur durch einen Unterseitenabschnitt 71' eines Gehäuses, das das Kraftstoffverwirbelungselement 22 und einen Teil des Ventilkörpers 40 aufnimmt, und durch einen von einem Seitenwandabschnitt 72' getrennten Körper gebildet. Der Seitenwandabschnitt 72' bildet einen Düsenführungskörper, der das Dü senelement 7''' führt. Das Düsenelement 7''' ist entlang einem Verbindungsabschnitt 7D mit dem Seitenwandabschnitt (Düsenführungskörper) 72' verschweißt. Bei der vorliegenden Struktur ist nämlich ein Abschnitt, der in Abhängigkeit vom Hubraum und dem Anbringungswinkel eines Einspritzventils sorgfältig zu variieren ist, nur auf den Unterseitenabschnitt 71' des Gehäuses konzentriert, wodurch sein Wirkungsgrad erhöht wird.
Mit Bezug auf die 9A bis 9C wird eine Brennkraftmaschine erläutert.
Der sich auf- und abbewegend in dem Zylinder 68 angeordnete Kolben 69 bewegt sich in dem Zylinder 68 in Antwort auf die Drehung einer nicht gezeigten Kurbelwelle auf und ab. An dem oberen Abschnitt des Zylinders 68 ist ein Zylinderkopf 63 angebracht, der zusammen mit dem Zylinder 68 eine geschlossene Kammer bildet. In dem Zylinderkopf 63 ist ein Einlasskanal 62 ausgebildet, der Luft von außen über eine Ansaugluftmenge-Steuereinheit 61, die ein Drosselventil und einen Einlasskanal, der in dem Zylinder 68 verbranntes Verbrennungsgas in eine Auslasseinheit führt, umfasst.
Auf der Seite des Einlasskanals 62 des Zylinderkopfs 63 sind Einlassventile 64 vorgesehen, an deren Mitte die Zündeinheit 65 vorgesehen ist, während auf der gegenüberliegenden Seite der Einlassventile 64 jeweils Auslassventile 66 vorgesehen sind. Die Einlassventile 64 und die Auslassventile 66 sind in der Weise angeordnet, dass sie sich in die Brennkammer 67 erstrecken. Hierbei ist das Kraftstoffeinspritzventil 1 in der Nähe eines Verbindungsabschnitts des Einlasskanals 62 in den Zylinderkopf 63 angebracht, wobei die Achse des Kraftstoffeinspritzventils 1 so festgelegt ist, dass sie leicht nach unten zur Brennkammer 67 gerichtet ist (so dass sie in Bezug auf den Ort der Zündeinheit 65 in die Gegenrichtung weist). Sein Anbringungswinkel γ beträgt gewöhnlich etwa 10° bis 50°.
Das Bezugszeichen 69 bezeichnet den Kolben, während das Bezugszeichen 69A einen an dem Kolben 69 vorgesehenen Hohlraum (eine Vertiefung) angibt. Der Hohlraum 69A ist in der radialen Richtung des Kolbens 69 über einen Bereich von der Seite der Auslassventile 66 unterhalb der Anbringungsposition der Zündeinheit 65 bis zu der Seite der Einlassventile 64 (annähernd die Stelle der Einspritzöffnung 8) vorgesehen. Die Einspritzöffnung 8 ist zu dem an dem Kolben 69 vorgesehenen Hohlraum 69A gerichtet. Ein leerer Pfeil 81 in der Zeichnung zeigt den Strom der Ansaugluft an, während ein schraffierter Pfeil 83 den Strom des Abgases anzeigt.
Der Kraftstoff für die Brennkraftmaschine 60 wird durch eine Pumpe mit Druck beaufschlagt und dem Kraftstoffeinspritzventil 1 zugeführt und synchron mit der Steuerung der Ansaugluft und direkt durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 hindurch in die Brennkammer 67 eingespritzt, wobei er unmittelbar vor seiner Zündung wie durch den Bereich 80 gezeigt verteilt ist. Das Durchmischen des durch das Einspritzen zerstäubten Kraftstoffs mit dem über den Ansaugluftkanal 62 eingeleiteten Luftstrom (Taumelströmung) 82 wird in der Brennkammer 67 gefördert.
Die Taumelströmung 82 streicht über den Zylinderkopf 63 in Richtung der Auslassventile 66, ändert seine Strömungsrichtung unterhalb der Auslassventile 66 in Richtung des Kolbens 69 und wird entlang der gekrümmten Seite des Hohlraums 69A in Richtung des Kraftstoffeinspritzventils 1 eingeleitet, um den Sprühnebel nach oben zu tragen. Der in Richtung der Zündeinheit 65 abgelenkte Sprühnebel wird durch die Taumelströmung 82 weiter zur Zündeinheit 65 gerichtet. Zum anderen ist der in Richtung des Hohlraums 69A gerich tete Sprühnebel mager gemacht, wodurch ein überschüssiger Kraftstoffsprühnebel in Richtung des Kolbens 69 vermieden wird. Dementsprechend kann der Niederschlag des Kraftstoffsprühnebels auf dem Kolben 69 verringert werden. Anschließend wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch während eines Kompressionshubs komprimiert und durch die Zündeinheit 65 stabil gezündet, wodurch eine stabile Verbrennung verwirklicht wird, die die abgegebene Menge an unverbranntem Gas stark verringert. Durch das Abschneiden eines Teils des Sprühnebels wird ein Druckunterschied zwischen innerhalb und außerhalb des Sprühnebels verhindert, wodurch sich die Sprühnebelkonfiguration als Reaktion auf eine Druckänderung in dem Zylinder 68 kaum ändert und folglich ein Sprühnebel geliefert werden kann, der in einem weiten Motordrehzahlbereich die gewünschte Verbrennungsstabilität zeigt.
Bei dem Motor mit Benzindirekteinspritzung wird in der Brennkammer eine Taumelströmung erzeugt, weshalb eine Verbrennung von magerem Luft-Kraftstoff-Gemisch ausgeführt werden kann, ohne die Zylinderkopfkonfiguration eines herkömmlichen Motors wesentlich zu modifizieren.
Gemäß den Kraftstoffeinspritzventilen der obigen jeweiligen Ausführungsformen wird an einer Auslassöffnung der Einspritzöffnung durch das Entfernen eines Teils einer die Einspritzöffnung bildenden Wandfläche eine Beschränkung für einen Sprühnebelstrom aufgehoben und ein abgelenkter Sprühnebel gebildet, in dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündbarer Dichte auf der Seite der aufgehobenen Beschränkung fett und auf der Beschränkungsseite mager ist. Aus diesem Grund wird der Sprühnebelstrom kaum gestört, wie dies geschieht, falls ein Teil der Einspritzöffnung abgeschirmt ist. Das obige Merkmal ist besonders vorteilhaft, wenn das Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff einspritzt, während auf diesen eine Verwirbelungskraft ausgeübt wird, da fast keine aufgebrachte Verwirbelungsenergie verloren geht.
Ferner können die Kraftstoffeinspritzventile gemäß den jeweiligen Ausführungsformen verwirklicht werden, indem ein Teil der die Einspritzöffnung bildenden Wand an ihrer Auslassöffnung ausgeschnitten wird, indem an dem Auslassöffnungsabschnitt des Einspritzventils eine Stufe vorgesehen wird, so dass die Länge der Einspritzöffnung in ihrer Umfangsrichtung variiert, oder indem eine Vertiefung an der oberen Endfläche der Düse, die einen Teil der die Einspritzöffnung bildenden Wandfläche mit einschließt, gebildet wird. Wenn diese Ausführungsformen aus einem anderen Blickwinkel betrachtet werden, ist ein Teil der die Einspritzöffnung bildenden Wandfläche so vorgesehen, dass er sich im Vergleich zu ihrem anderen Abschnitt zur stromabwärtigen Seite (zum oberen Ende des Düsenkörpers) hin erstreckt.
Mit Bezug auf die 10A und 10B wird eine Brennkraftmaschine erläutert.
In einer in 10A gezeigten Brennkraftmaschine 60' ist ein Hohlraum 69B derart vorgesehen, dass die Taumelströmung 82 von der Stelle unmittelbar unterhalb der Zündeinheit 65 nach oben steigt. Der Hohlraum 69B ist an dem Kolben 69' in dessen radialer Richtung über einen Bereich, der von den Auslassventilen 66 anstatt der Anbringungsposition (Mittelposition des Zylinders 68) der Zündeinheit 65 bis in die Nähe der Anbringungsposition der Zündeinheit 65 führt, ausgebildet. Die Taumelströmung 82 streicht über den Zylinderkopf zu den Auslassventilen 66, ändert seine Strömungsrichtung unterhalb der Auslassventile 66 in Richtung des Kolbens, streicht dann entlang der gekrümmten Seite des Hohlraums 69A und zieht eine Strömung nach sich, die zur Zündeinheit 65 gerichtet ist, derart, dass der Sprühnebel an der Stelle unmittelbar unterhalb der Zündeinheit 65 nach oben getragen wird. Durch die durch den Hohlraum 69B induzierte Taumelströmung 82 kann die Eigenschaft des Luft-Kraftstoff-Gemischs 80 entzündbarer Dichte, in Richtung der Zündeinheit 65 zu konvergieren, verstärkt werden.
Die Gestalt des Hohlraums kann angenähert einer ovalen Form entsprechen, wie in 10B durch eine gestrichelte Linie 69C gezeigt ist.
Mit Bezug auf 11 wird eine weitere Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
Bei einer Brennkraftmaschine 60'', die in 11 gezeigt ist, ist ein glatter Kolben 69 ohne Hohlraum vorgesehen. Durch Einstellen korrekter Sprühnebelwinkel α1, α2, β und αu und der Sprühnebelbreite Ws durch Einstellen von L, L', L'', d₀ und W, wie in Verbindung mit 2A bis 3C erläutert wurde, kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch 80 entzündbarer Dichte ohne Verwendung einer Taumelströmung oder einer vergleichsweise schwachen Taumelströmung die Zündeinheit 65 erreichen.
Nun wird mit Bezug auf die 12A und 12B ein Kraftstoffeinspritzventil erläutert. In dem in den 12A und 12B gezeigten Düsenelement 7 ist an dem Auslassabschnitt der Einspritzöffnung 8 ein Element 73 vorgesehen, das einen Teil eines Sprühnebels abschirmt. Ungeachtet der Konfigurationen des Sprühnebels an der stromaufwärtigen Seite (Abschnitt oberhalb des Elements 73 in den 12A und 12B) kann ein Teil des Sprühnebels durch das Element 73 erzwungen abgeschnitten sein. Demgemäß wird erwartet, dass die Entwurfsfreiheit für die Düse größer wird. Das Element 73 muss nicht unbedingt ein eigener Körper sein.
Ferner kann, wie in 13 gezeigt ist, durch Vorsehen eines vorspringenden Abschnitts 7E innerhalb der Einspritzöffnung 8 ein Teil des Sprühnebels durch Abschirmen eines Teils des Kraftstoffs abgeschnitten werden. Vorzugsweise wird zur Bildung des vorspringenden Abschnitts 7E plastisches Verformen wie etwa die Pressformerei angewandt.
Mit Bezug auf 14 wird eine weitere Brennkraftmaschine erläutert.
Bei einer Brennkraftmaschine 60''' ist ein Hohlraum 69C vorgesehen, der eine Taumelströmung 83 leitet, die sich gegenüber der in Verbindung mit den 9A bis 9C erläuterten Ausführungsform in die entgegengesetzte Richtung dreht. Der sich von der Ausführungsform der 9A bis 9C unterscheidende Punkt der vorliegenden Ausführungsform ist der, dass dann, wenn die Taumelströmung 83 durch den Hohlraum 69C geleitet, nach oben gebracht und zur Zündeinheit 65 gelenkt wird, eine Bewegung des Luft-Kraftstoff-Gemischs 80 in Richtung der Auslassventile 66 verhindert wird, da die Taumelströmung 83 dem Luft-Kraftstoff-Gemisch 80 entgegenwirkt, wodurch ein Kraftstoffniederschlag auf der Wandfläche des Zylinders 68 verhindert werden kann. Ferner wird ebenso ein Kraftstoffniederschlag auf der Kolbenseite wirksam verhindert, da die Taumelströmung 83 zwischen dem Luft-Kraftstoff-Gemisch 80 und dem Hohlraum 69C hindurchgeht.
Mit Bezug auf die 15A und 15B wird nun ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
In dem in den 15A und 15B gezeigten Düsenelement 7 ist an dem Auslassabschnitt der Einspritzöffnung 8 ein Wandabschnitt 7G mit einer vorspringenden Form vorgesehen, der teilweise eine Ausbreitung eines Sprühnebels verhindert. In der vorliegenden Ausführungsform wird durch den Wandabschnitt 7G mit einer vorspringenden Form, der eine Breite W2 und eine Höhe (L' – L) besitzt und in einem Abstand C1 vom Umfang der Einspritzöffnung 8 entfernt ist, ein Sprühnebel abgelenkt und ein Teil des Sprühnebels abgeschnitten. Das Maß der Ablenkung des Sprühnebels (die Winkel α1 oder β, die in 3A gezeigt sind) und die Ausdehnung Ws im seitlichen Querschnitt des Sprühnebels (die in 3B gezeigt ist) kann über die Breite W2 und die Höhe (L' – L) eingestellt werden. Vorzugsweise wird der Wandabschnitt 7G mit einer vorspringenden Form beispielsweise durch plastisches Verformen wie etwa Pressformerei und Zerspanarbeit gebildet werden. Ferner ist der Wandabschnitt 7G mit einer vorspringenden Form nicht unbedingt einteilig mit dem Düsenelement ausgebildet, sondern kann durch Anschweißen oder Presspassung eines separaten Elements an das Düsenelement 71 gebildet werden. Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass der Umfang der Einspritzöffnung 8 von dem Wandabschnitt 7G mit einer vorspringenden Form entfernt angeordnet ist, eine Endbearbeitung des Umfangsabschnitts der Einspritzöffnung 8, die ein wichtiger Vorgang bei der Düsenherstellung ist, vergleichsweise einfach ausgeführt werden, wodurch ihre Produktivität gesteigert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Entfernen eines Teils der die Einspritzöffnung bildenden Wandfläche an ihrem Auslassabschnitt die Beschränkung des Sprühnebelstroms auf der Seite, wo der Teil des Wandabschnitts entfernt ist, aufgehoben, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dieser freigegebenen Richtung konvergiert, wobei ferner hinsichtlich des Sprühnebels in der entgegengesetzten Richtung der Sprühnebelstrom durch die die Einspritzöffnung bildende Wandfläche beschränkt wird, wodurch der Gehalt an Kraftstoffteilchen gesenkt wird und folglich ein abgelenkter Sprühnebel gebildet wird, der nur schwerlich zusammenfällt, da der Druckunterschied zwischen innerhalb und außerhalb des Sprühnebels verringert wird.
Ferner wird in einer Brennkraftmaschine ein Sprühnebel derart gebildet, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in Richtung der Zündeinheit konvergiert und die Kraftstoffteilchen in Richtung des Kolbens dürftiger gemacht werden, wodurch die Zündeigenschaft der Brennkraftmaschine verbessert wird und die Menge an ausgestoßenen unverbrannten Gaskomponenten verringert wird.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (1) mit einem Düsenelement (7) mit einer Einspritzöffnung (8), einem stromaufwärts der Einspritzöffnung (8) angeordneten Ventilsitz, einem Ventilkörper (40), der einen Kraftstoffkanal zusammen mit dem Ventilsitz öffnet und schließt, und einer Einrichtung zur Ansteuerung des Ventilkörpers (40), und ein Sprühnebel-Beschränkungselement (7G) ist an einem Auslassabschnitt der Einspritzöffnung (8) ausgebildet, erstreckt sich in einer Richtung weg von einer Endfläche (7B) des Düsenelements (7) und eine Innenwandfläche des Sprühnebel-Beschränkungselements (7G), das der Einspritzöffnung (8) zugewandt ist, ist um einen Abstand (C1) vom Auslass der Einspritzöffnung (8) versetzt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stufe am Auslassöffnungsabschnitt der Einspritzöffnung (8) vorgesehen ist, so dass die Länge der die Einspritzöffnung (8) bildenden Durchgangswand einschließlich eines durch das Beschränkungselement (7G) gebildeten Wandabschnitts nichtlinear in der Umfangsrichtung der Einspritzöffnung (8) variiert.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprühnebel derart eingespritzt wird, dass durch Variieren der Länge der Sprühnebelbeschränkung (7G) in Umfangsrichtung der Einspritzöffnung (8) ein Sprühwinkel in Bezug auf die Mittelachse der Einspritzöffnung vergrößert wird und eine Sprühnebel-Ausdehnungsweite auf der kürzeren Beschränkungsseite gegenüber der längeren Beschränkungsseite erhöht wird und in einem Bereich, wo ein Sprühnebel, der die kürzeste Ausdehnungsweite aufweist, eine Sprühnebel- Querschnittsfläche senkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung (8) erreicht, einen mageren Abschnitt an einem Abschnitt enthält.
Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffkanal eine Verwirbelungskraft auf der stromaufwärtigen Seite des Ventilsitzes auf den Kraftstoff ausübt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzventil (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil (1) Kraftstoff direkt in einen Zylinder (68) einspritzt, einer den Kraftstoff mit Druck beaufschlagenden und denselben dem Kraftstoffeinspritzventil (1) zuführenden Pumpe und einer Steuereinheit, die die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil (1) steuert.
Brennkraftmaschine mit einem Zylinder (68), einem Kolben (69), der sich in dem Zylinder (68) auf und ab bewegt, einer Lufteinlasseinrichtung, die Luft in den Zylinder (68) einlässt, einer Ausstoßeinrichtung, die verbranntes Gas aus dem Zylinder (68) auslässt, einem Kraftstoffeinspritzventil (1), das direkt in den Zylinder (68) Kraftstoff einspritzt, und einer Zündeinheit (65), die ein Gasgemisch aus Luft, die in den Zylinder (68) durch die Lufteinlasseinrichtung zugeführt wurde, und aus Kraftstoff, der in den Zylinder (68) durch das Kraftstoffeinspritzventil (1) eingespritzt wurde, zündet, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (1) eine Einspritzöffnung (8), einen stromaufwärts der Einspritzöffnung (8) angeordneten Ventilsitz, einen Ventilkörper (40), der einen Kraftstoffkanal zusammen mit dem Ventilsitz öffnet und schließt, und eine Einrichtung zur Ansteuerung des Ventilkörpers (40) umfasst, worin als das Kraftstoff einspritzventil (1) das Kraftstoffeinspritzventil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3 verwendet wird und das Kraftstoffeinspritzventil (1) derart angeordnet ist, dass auf der Seite der Zündeinheit (65) ein Sprühnebel mit einem größeren Sprühwinkel gebildet wird und auf der Seite des Kolbens (69) ein magerer Abschnitt des Sprühnebels gebildet wird.
Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder (68) durch eine Einspritzöffnung (8) unter Verwendung eines Kraftstoffeinspritzventils (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Sprühnebel derart eingespritzt wird, dass durch Variieren einer Länge (L'-L) und/oder einer Breite (W2) der Sprühnebel-Beschränkung (7G) das Maß der Ablenkung und/oder eine Ausdehnung W_s in seitlicher Richtung des Sprühnebels eingestellt werden kann.