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Die
Erfindung betrifft einen Kraftstoffeinspritzer beziehungsweise ein
Kraftstoffeinspritzventil eines (inneren) Verbrennungsmotors entsprechend dem
unabhängigen
Anspruch 1.
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In
den vergangenen Jahren wurden zahlreiche DI-Kraftstoffeinspritzer
vom Verwirbelungstyp vorgeschlagen und entwickelt, die für benzingetriebene
Motoren vom Direkteinspritztyp (direct injection DI, Direkteinspritzung)
geeignet sind. Ein derartiger DI-Kraftstoffeinspritzer
vom Verwirbelungstyp ist in der SAE-Handreichung 2000-01-1045 offenbart.
Bei DI-Kraftstoffeinspritzern vom Verwirbelungstyp kommt oftmals
ein Verwirbler zum Einsatz, der vor einem konisch oder halbkugelförmig endenden
Nadelventil angeordnet ist, um dem Kraftstoff einen Drehimpuls zu
verleihen. 14 zeigt eine einen L-Schnitt
aufweisende Öffnungsdüse, die
in der SAE-Handreichung 2000-01-1045 offenbart ist. Wie in 14 gezeigt
ist, ist eine Achse des Düsenloches (Öffnung) 4 der
einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüse mit einer
Achse 24 eines im Wesentlichen zylindrischen Düsenkörpers 6 identisch.
Die Spitze der einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüse (nachstehend als „vorstehender
Teil 20" bezeichnet) weist
Halbzylinderform auf und verfügt
darüber
hinaus über
ein Paar rechteckiger ebener Wandflächen (22a, 22b),
die sich zu der Öffnungsachse
parallel erstrecken, die wiederum identisch mit der Düsenkörperachse 24 ist.
Bei dem Kraftstoffeinspritzer mit einer einen L-Schnitt aufweisenden
Düse gemäß der SAE-Handreichung
2000-01-1045 wird dem Kraftstoff in der Öffnung durch den Verwirbler
ein Drehimpuls verliehen, damit der Kraftstoff in Umfangsrichtung
des Düsenloches
strömt
beziehungsweise sich dreht.
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Wie
in 13 gezeigt ist, wird Kraftstoff aus der Düsenöffnung der
einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüse unter
einem sogenannten Kraftstoffströmungswinkel
eingespritzt beziehungsweise eingesprüht (nachstehend der Einfachheit
halber als Strömungswinkel φ bezeichnet),
und zwar zwischen einer Ebene senkrecht zur Öffnungsachse und der Richtung
der Kraftstoffströmung
(Betrachtung vom Vertikalquerschnitt aus). Der Strömungswinkel φ basiert
sowohl auf der axialen Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
W in Richtung der Öffnungsachse
wie auch auf der umfänglichen Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
U in Richtung des Umfanges des Düsenloches 4 (genauer
der Strömungsrichtung
des sich drehenden oder verwirbelten Kraftstoffes) und wird durch
den nachfolgenden Ausdruck (1) festgelegt beziehungsweise dargestellt. φ = tan–1(W/U) (1)
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Zudem
basiert der Sprühwinkel α des Kraftstoffes
ebenfalls sowohl auf der axialen Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
W in Richtung der Öffnungsachse
und der umfänglichen Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
U in Umfangsrichtung des Düsenloches 4 und
wird durch den nachfolgenden Ausdruck (2) dargestellt. α = 2 tan–1(U/W) (2)
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Hieraus
ergibt sich eine Beziehung zwischen dem Strömungswinkel φ und dem
Sprühwinkel α gemäß dem nachfolgenden
Ausdruck (3). φ = 90° – (α/2) (3)
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15 zeigt
das Sprühmuster
des aus dem Düsenloch 4 eingespritzten
Kraftstoffes mit dem Strömungswinkel φ und dem
Sprühwinkel α. Wie sich
aus der Sprühform
gemäß 15 ergibt,
entstehen ein erster Kraftstoffsammelteil Xc und ein zweiter Kraftstoffsammelteil
Yc. In 15 ist eine Mehrzahl von Pfeilen
eingetragen, die die Richtung der Kraftstoffeinspritzung (das heißt die Strömungsrichtung
des verwirbelten Kraftstoffes) angeben. Wie sich aus der perspektivischen
Darstellung von 14 ergibt, wird unter der Annahme,
dass eine Bezugsebene eine Ebene senkrecht zur Öffnungsachse ist und einen Abschnitt
des vorstehenden Teiles 20 derart schneidet, dass die Höhe h des
vorstehenden Teiles 20, gemessen in Richtung der Öffnungsachse,
vergleichsweise am kleinsten ist, und ein Schnittpunkt zwischen einer
Mittelachse des Düsenloches
(das heißt
der Öffnungsachse)
und der Bezugsebene (h = 0) als Ursprung O gewählt wird, ein Winkel θ in einer
Umfangsrichtung von einer gerichteten Linie gemessen, die sich von
dem Ursprung O radial erstreckt und den Schnitt der Bezugsebene
und der rechteckigen Wandfläche 22a der
halbzylindrischen Öffnungsdüsenspitze
enthält.
Die Höhe
h des vorstehenden Teiles 20 wird in einer bestimmten Winkelposition
axial von der Bezugsebene aus gemessen. In der einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüse ist,
wie in dem in 16 gezeigten Kennwertediagramm
des Kraftstoffsprühwinkels
gezeigt ist, der Sprühwinkel α in Abhängigkeit
von dem Winkel θ veränderlich.
Das Sprühmuster,
das in dem Sprühabschnitt
von 15 gezeigt ist, wird nachstehend de tailliert anhand 17 bis 19 beschrieben. 17 zeigt
eine Entwicklungsform eines halbzylindrischen vorstehenden Teiles 20 (wobei
die Spitze der Öffnungsdüse zu der
Brennkammer hin weist) in einem θ-h-Koordinatensystem
entsprechend einem zylindrischen Koordinatensystem, in dem die θ-Achse einen
in Umfangsrichtung von der vorerwähnten gerichteten Linie aus gemessenen
Winkel θ bezeichnet,
während
die h-Achse die Höhe
h des vorstehenden Teiles 20 in einer bestimmten Winkelposition
angibt. Wie aus der Entwicklungsform des halbzylindrischen vorstehenden
Teiles 20 gemäß 17 in
der Darstellung in dem θ-h-Koordinatensystem
ersichtlich ist, wird der Kraftstoff aus dem Düsenloch unter einem Strömungswinkel φ, wie durch
die Pfeile P, Q und R angedeutet, eingespritzt beziehungsweise eingesprüht, wobei
jedoch ein Teil des Kraftstoffes tendenziell auf die rechteckige
ebene Wandfläche 22b der Öffnungsdüsenspitze
(siehe Pfeil Q in 17) prallt. Wie detailliert
anhand 18 und 19 beschrieben
wird, erzeugt derjenige Kraftstoff, der über eine erste Zone a des Düsenloches 4 eingespritzt
wird, einen Kraftstoffsprühnebel
in einem Winkelbereich A. Derjenige Kraftstoff hingegen, der über eine
zweite Zone b des Düsenloches 4 eingesprüht wird,
prallt an die rechteckige ebene Wandfläche 22b und strömt entlang
der Wandfläche.
Als Ergebnis hiervon entsteht ein zweiter Kraftstoffsammelteil Yc
(siehe 15) in einer Richtung, die im
Wesentlichen parallel zu der rechteckigen ebenen Wandfläche 22b ist, was
durch den Pfeil B angedeutet ist. Derjenige Kraftstoff, der durch
eine dritte Zone c des Düsenloches 4 tritt,
strömt
entlang der Innenumfangswandfläche
des halbzylindrischen vorstehenden Teiles 20 und wird anschließend über einen
Abschnitt f des Spitzenendes des vorstehenden Abschnittes 20 gesprüht, wodurch
sich ein Kraftstoffsprühnebel
in einem Winkelbereich F ergibt. Derjenige Kraftstoff, der durch
eine vierte Zone d des Düsenloches 4 gelangt,
strömt
entlang der Innenumfangswandfläche
des halbzylindrischen vorstehenden Teiles 20 und wird sodann
in einer Richtung, die durch einen Pfeil G angedeutet ist, ausgespritzt.
Bedingt durch den in der durch den Pfeil G angedeuteten Richtung
ausgespritzten Kraftstoff entsteht ein erster Kraftstoffsammelteil
Xc (siehe 15). Demgegenüber wird
kein Kraftstoff über
einen Abschnitt e des Spitzenendes des vorstehenden Teiles 20 gesprüht. Dampft
der Kraftstoff in dem ersten Kraftstoffsammelteil Xc aus, so ergibt
sich ein vergleichsweise fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch. Aus diesem
Grunde bringt die Anordnung einer Zündkerze in einer Position entsprechend
dem ersten Kraftstoffsammelteil Xc den Vorteil mit sich, dass der Kraftstoffverbrauch
sowie die Emissionen abnehmen. Dies bedeutet, dass es dadurch, dass
die Zündkerze
an einer Position platziert ist, die dem ersten Kraftstoffsammelteil
Xc besser entspricht, möglich wird,
der Zündkerze
die geringst mögliche
Menge an Kraftstoff, die im Modus der mageren oder ultramageren
schichtartigen Verbrennung benötigt
wird, zuzuführen.
Dies verbessert die Verbrennungsstabilität im Modus der schichtartigen
Verbrennung.
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Wie
vorstehend erläutert
wurde, ist es bei dem herkömmlichen
DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß Offenbarung
in der SAE-Handreichung 2000-01-1045 möglich, das Zündvermögen wegen
der Entstehung des ersten Kraftstoffsammelteiles Xc zu verbessern,
wobei jedoch gleichzeitig der zweite Kraftstoffsammelteil Yc in
einer Winkelposition ausgebildet wird, die von der Winkelposition
des ersten Kraftstoffsammelteiles Xc beabstandet ist, indem der
Kraftstoff auf die rechteckige ebene Wandfläche 22b der halbzylindrischen Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 20) auftrifft und hiervon abprallt.
Die beiden Kraftstoffsammelteile Xc und Yc bilden tendenziell ein
dichteres Kraftstoff-Luft-Gemisch, wodurch unverbrannte Kohlenwasserstoffe
(HCs) zunehmen. Der erste Kraftstoffsammelteil Xc bringt den Vorteil
eines verbesserten Zündvermögens mit
sich, während
der zweite Kraftstoffsammelteil Yc keineswegs den Vorteil eines
verbesserten Zündvermögens mit
sich bringt. Dies bedeutet, dass ausschließlich der zweite Kraftstoffsammelteil
Yc unverbrannte HC-Emissionen verursacht.
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Aus
der Druckschrift
US
5,533,482 A ist ein Kraftstoffeinspritzer vom hier in Rede
stehenden Typ bekannt.
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Aus
der Druckschrift
US
4,011,996 A ist ein druckbasierter Kraftstoffzerstäuber vom
Verwirbelungstyp bekannt, der eine Düsenspitze mit einer Mehrzahl
sägezahnförmiger Kerben
aufweist. Der Zerstäuber
kann voneinander getrennte Sprühgruppen
in einer vorbestimmten im Wesentlichen ebenen Ebene mittels der
Mehrzahl sägezahnförmiger Kerben
erzeugen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Kraftstoffeinspritzer
der hier in Rede stehenden Art zu verbessern, um auf diese Weise
eine übermäßig große AFR-Zone (air fuel ratio AFR,
Verhältnis
zwischen Luft und Kraftstoff) bei schichtartigen Verbrennungen zu
vermeiden, und um zudem den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu
verringern (das heißt,
die Emissionssteuerleistung zu verbessern).
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Die
Aufgabe wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch einen
Kraftstoffeinspritzer beziehungsweise ein Kraftstoffeinspritzventil
eines (inneren) Verbrennungsmotors gelöst, umfassend: einen Düsenkörper, der
ein Düsenloch,
das in einer Spitze des Düsenkörpers ausgebildet
ist, und einen Ventilsitz aufweist, der in dem Düsenkörper vor dem Düsenloch
ausgebildet ist; ein Nadelventil, das in einer Richtung einer Achse
des Düsenkörpers bewegt werden
kann, um das Düsenloch
zu öffnen
und zu schließen,
indem das Nadelventil von dem Ventilsitz weg bewegt wird, und das
Nadelventil auf dem Ventilsitz aufgesetzt wird; und einen Verwirbler
beziehungsweise eine Verwirbelungseinrichtung, die vor dem Ventilsitz
angeordnet ist, um über
das Düsenloch
einzuspritzendem Kraftstoff einen Drehimpuls zu verleihen und eine
Strömung
verwirbelten Kraftstoffes zu erzeugen; wobei ein vorstehender Teil
vorgesehen ist, dessen Innenumfangswand sich an eine Innenumfangswandfläche des
Düsenloches
anschließt,
wobei der vorstehende Teil an einer Kante eines Öffnungsendes des Düsenloches
derart ausgebildet ist, dass eine Höhe des vorstehenden Teils, gemessen
in einer Richtung einer Öffnungsachse des
Düsenloches,
entlang einer Umfangsrichtung des Düsenloches variiert; wobei der
vorstehende Teil umfasst: (i) einen ersten abgeschrägten Teil,
der eine abgeschrägte
Fläche
derart aufweist, dass eine Höhe
h1 der abgeschrägten
Fläche,
gemessen in der Öffnungsachsenrichtung,
derart dimensioniert ist, dass sie entlang einer Richtung der Strömung des verwirbelten
Kraftstoffes allmählich
zunimmt; (ii) einen zweiten abgeschrägten Teil, der eine abgeschrägte Fläche derart
aufweist, dass eine Höhe
h2 der abgeschrägten
Fläche,
gemessen in der Öffnungsachsenrichtung,
derart dimensioniert ist, dass sie entlang der Richtung der Strömung des
verwirbelten Kraftstoffes allmählich
abnimmt; und (iii) einen ebenen Teil, der zwischen dem ersten abgeschrägten Teil
und dem zweiten abgeschrägten
Teil ausgebildet ist und eine ebene Fläche derart aufweist, dass die
Höhe des
ebenen Teils, gemessen in der Öffnungsachsenrichtung,
konstant bleibt; wobei in einem θ-h-Koordinatensystem,
das einem zylindrischen Koordinatensystem entspricht, in dem eine Bezugsebene
als eine Ebene senkrecht zur Öffnungsachse
definiert ist und einen Abschnitt des vorstehenden Teiles so schneidet,
dass die Höhe
des vorstehenden Teiles am kleinsten wird, ein Schnittpunkt zwischen
der Öffnungsachse
und der Bezugsebene als ein Ursprung gewählt wird, eine Winkelposition
eines Punktes des Kantenabschnittes des Öffnungsendes des Düsenloches
in Bezug auf den Ursprung, der als Bezug dient, durch einen Winkel θ dargestellt
ist, der zwischen 0° und
360° liegt,
die Höhe
des vorstehenden Teiles in der Öffnungsachsenrichtung
in Bezug auf die Bezugsebene, die als ein Bezug dient, durch eine
Höhe h
dargestellt wird, eine θ-Achse,
die den Winkel θ darstellt,
als eine Abszissenachse dient, und eine h-Achse, die die Höhe h darstellt, als eine Ordinatenachse
dient, ein Gefälle der
abgeschrägten
Fläche
des ersten abgeschrägten Teiles
durch dh1/dθ definiert
ist, und ein Gefälle
der abgeschrägten
Fläche
des zweiten abgeschrägten Teiles
durch dh2/dθ definiert
ist; und der vorstehende Teil so dimensioniert ist, dass er die
Ungleichung |dh1/dθ|max < |dh2/dθ|max erfüllt,
wobei |dh1/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche
des ersten abgeschrägten Teiles
ist, und |dh2/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche des
zweiten abgeschrägten
Teiles ist.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung detaillierter anhand einiger Ausführungsbeispiele derselben
in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung beschrieben, die sich
wie folgt zusammensetzt.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Außenform eines rechentechnischen
Gitternetzes für
eine numerische Simulation zeigt, die zur Simulation des Verhaltens
des Kraftstoffes in der Nähe des Öffnungsendes
einer Öffnungsdüsenspitze
bei einem ersten Ausführungsbeispiel
eines DI-Kraftstoffeinspritzers eines benzingetriebenen DI-Motors
verwendet wird.
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2 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Entwicklungsform eines im Wesentlichen zylindrischen
hohlen vorstehenden Teiles 30 (Öffnungsdüsenspitze des Kraftstoffeinspritzers
des ersten Ausführungsbeispieles)
in einem θ-h-Koordinatensystem entsprechend
einem zylindrischen Koordinatensystem zeigt.
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3 ist
ein Vertikalquerschnitt, der das Simulationsergebnis des Verhaltens
des Kraftstoffes (Sprühmuster)
des Kraftstoffeinspritzers des ersten Ausführungsbeispiels mit der verbesserten
Form der Öffnungsdüsenspitze
zeigt.
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4 ist
ein Horizontalquerschnitt, der das Simulationsergebnis des Sprühmusters
des Querschnittes bezüglich
der Linie IV-IV von 3 zeigt.
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht, die die Beziehung zwischen einem Absolutwert |dh1/dθ|max eines Maximalwertes eines Gefälles beziehungsweise
Gradienten eines ersten abgeschrägten
Teiles und einem Absolutwert |dh2/dθ|max eines
Maximalwertes eines Gefälles
eines zweiten abgeschrägten Teiles
zeigt.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Öffnungsdüsenspitze in einem zweiten
nicht Teil der vorliegenden Erfindung seienden Beispiel eines DI-Kraftstoffeinspritzers
eines benzingetriebenen DI-Motors zeigt.
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7 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Entwicklungsform eines vorstehenden Teiles 40 (Öffnungsdüsenspitze
des Kraftstoffeinspritzers des zweiten Beispieles) in einem θ-h-Koordinatensystem zeigt.
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8 ist
eine erläuternde
Ansicht, die das Kraftstoffverhalten des aus dem Öffnungsende
der Öffnungsdüsenspitze
des Kraftstoffeinspritzers des zweiten Beispieles ausgespritzten
Kraftstoffes zeigt.
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9 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Entwicklungsform eines vorstehenden Teiles 50 (Öffnungsdüsenspitze
eines Kraftstoffeinspritzers eines dritten Ausführungsbeispieles) in dem θ-h-Koordinatensystem
zeigt.
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10 ist
eine erläuternde
Ansicht, die eine Entwicklungsform eines vorstehenden Teiles 60 (Öffnungsdüsenspitze
eines Kraftstoffeinspritzers eines vierten Ausführungsbeispieles) in dem θ-h-Koordinatensystem
zeigt.
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11 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Öffnungsdüsenspitze des DI-Kraftstoffeinspritzers
des vierten Ausführungsbeispieles
gemäß 10 zeigt.
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12 ist
eine Seitenansicht der Öffnungsdüsenspitze
des DI-Kraftstoffeinspritzers des vierten Ausführungsbeispieles bezüglich der
Richtung des Pfeiles E in 11.
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13 ist
eine erläuternde
Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Strömungswinkel φ und den
Sprühwinkel α zeigt.
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14 ist
eine perspektivische Ansicht, die die einen L-Schnitt aufweisende Öffnungsdüsenspitze
bei einem DI-Kraftstoffeinspritzer aus dem Stand der Technik zeigt.
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15 ist
eine erläuternde
Ansicht, die das Sprühmuster
des Horizontalquerschnitts des Kraftstoffeinspritzers mit einer
eine L-Schnittform aufweisenden Öffnungsdüsenspitze
aus dem Stand der Technik zeigt.
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16 ist
ein Graph, der die Kennkurve des Kraftstoffsprühwinkels α in Abhängigkeit von dem Winkel θ, der die
Winkelposition in Umfangsrichtung darstellt, bei einem Kraftstoffeinspritzer
aus dem Stand der Technik mit einer eine L-Schnittform aufweisenden Öffnungsdüsenspitze
zeigt.
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17 ist
eine erläuternde
Ansicht, die die Entwicklungsform des vorstehenden Teiles 20 (L-Schnitt
aufweisende Öffnungsdüsenspitze
des Kraftstoffeinspritzers aus dem Stand der Technik) in dem θ-h-Koordinatensystem
zeigt.
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18 ist
eine erläuternde
Ansicht, die das Kraftstoffverhalten des aus dem Öffnungsende
der einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüsenspitze eines herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzers ausgespritzten Kraftstoffes zeigt.
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19 ist
eine erläuternde
Ansicht, die die Form der herkömmlichen
einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüsenspitze
in dem θ-h-Koordinatensystem
zeigt.
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In
der Zeichnung und dort insbesondere in 1 bis 5 ist
ein erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzer
vom Verwirbelungstyp in einem benzingetriebenen DI-Motor mit Zylinderdirekteinspritzung dargestellt. 1 zeigt
ein rechentechnisches Gitternetz für eine numerische Simulation,
das zur Simulation oder Analyse des Kraftstoffverhaltens oder des Kraftstoffsprühmusters
mittels der dreidimensionalen Viskosfluidanalyse verwendet wird,
wobei ein DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
mit einer ersten speziellen Form der Öffnungsdüsenspitze (vorstehender Teil 30)
Verwendung findet. 2 zeigt die Entwicklungsform
eines vorstehenden Teiles 30 im θ-h-Koordinatensystem. Das einem
zylindrischen Koordinatensystem entsprechende θ-h-Koordinatensystem wird folgendermaßen bestimmt
oder festgelegt. Als erstes wird eine Bezugsebene als Ebene festgelegt,
die sich senkrecht zur Öffnungsachse
erstreckt und einen Abschnitt des vorstehenden Teiles 30 derart
schneidet, dass die Höhe
h des vorstehenden Teiles 30, gemessen in Richtung der Öffnungsachse,
vergleichsweise am kleinsten wird. Als zweites wird ein Schnittpunkt
zwischen einer Mittelachse des Düsenloches 4 (das
heißt
der Düsenkörperachse 24 oder
der Öffnungsachse)
und der Bezugsebene (h = 0) als Ursprung O gewählt. Als drittes wird eine Winkelposition
eines Punktes des sich umfänglich
erstreckenden Kantenteiles des Öffnungsendes
der Öffnungsdüse (vorstehender
Teil 30) bezüglich
des als Bezug dienenden Ursprunges O durch den Winkel θ dargestellt,
der in einem Bereich von 0° bis
360° liegt.
Als viertes wird die Höhe
des vorstehenden Teiles 30 in Richtung der Öffnungsach se
bezüglich
der als Bezug dienenden Bezugsebene durch die Höhe h dargestellt. Die Höhe h des
vorstehenden Teiles 30 ist entlang der Umfangsrichtung
des Düsenloches 4 veränderlich.
Im θ-h-Koordinatensystem
wird eine θ-Achse,
die einen Winkel θ darstellt,
der von einer vorbestimmten sich radial erstreckenden gerichteten Linie
zur Umfangsrichtung des Düsenloches 4 gemessen
wird, als Abszissenachse verwendet, wohingegen eine h-Achse, die
die Höhe
h des vorstehenden Teiles 30, dessen Höhe in Umfangsrichtung des Düsenloches 4 veränderlich
ist, darstellt, als Ordinatenachse verwendet wird. Dies bedeutet,
dass die fett gezeichnete Linie in 2 die Veränderung
der Höhe h
der Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 30) bei jeder Winkelposition (θ = 0° bis 360°) der Öffnungsdüsenspitze
angibt. Die Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 30) ist der Form nach im Wesentlichen ringförmig oder
im Wesentlichen hohlzylindrisch und durchgehend beziehungsweise
kontinuierlich in Umfangsrichtung des Düsenloches 4 ausgebildet.
Die Winkelposition des Kantenteiles des Öffnungsendes der Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 30), die θ = 0° entspricht, ist identisch zu
derjenigen der Öffnungsdüsenspitze,
die θ =
360° entspricht.
Dies bedeutet, dass der Winkel θ die
Relativpositionsbeziehung jedes Abschnittes des sich umfänglich erstreckenden
Kantenteiles des Öffnungsendes
der Öffnungsdüse 4 darstellt.
Der vorstehende Teil 30 des Kraftstoffeinspritzers des
ersten Ausführungsbeispieles
weist eine Innenumfangswand auf, die sich parallel zu der Öffnungsachse
und kontinuierlich mit der Innenumfangswandfläche des Düsenloches (Öffnung) 4 erstreckt.
Der vorstehende Teil 30 ist in einem Winkelbereich mit
0° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
ausgebildet. Wie 2 deutlich macht, ist der vorstehende
Teil 30 mit einem ersten abgeschrägten Teil 32 ausgebildet,
der eine abgeschrägte
Fläche 32a aufweist,
die ein konstantes Gefälle
beziehungsweise einen konstanten Gradienten (das heißt eine
moderate geradlinige Abschrägung (in
einem Winkelbereich von 0° ≤ θ ≤ 180°) in dem θ-h-Koordinatensystem
aufweist und sich von der Winkelposition θ = 0° zu der Winkelposition θ = 180° (oder θ ≒ 180°) moderat
unter einem Neigungswinkel schräg
nach oben erstreckt, der kleiner als der Strömungswinkel φ des aus
dem Düsenloch
(Öffnung) 4 eingespritzten
oder eingesprühten
Kraftstoffes ist. Wie im Detail erklärt wird, ist die Höhe h1 der
abgeschrägten
Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 des vorstehenden Teiles 30 in dem Winkelbereich
mit 0° ≤ θ ≤ 180°, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse
(Richtung der Düsenkörperachse 24), derart
dimensioniert, dass sie von 0 bis zu einer vorbestimmten Maximalhöhe hc entlang
der Strömungsrichtung
der verwirbelten Kraftstoffes (siehe die Strömungsrichtung des verwirbelten
Kraftstoffes gemäß 15)
allmählich
zunimmt. Der vorstehende Teil 30 ist ebenfalls mit einem
ebenen Teil 34 ausgebildet, der eine ebene Fläche aufweist,
die in einem Winkelbereich mit 180° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h- Koordinatensystem liegt, und in dem
die Höhe
eines ebenen Teiles 34 des vorstehenden Teiles 30 in
dem Winkelbereich mit 180° ≤ θ ≤ 360°, gemessen
in Richtung der Düsenkörperachse 24,
eine feste Konstante sowie derart dimensioniert ist, dass Gleichheit
zu einer vorbestimmten Maximalhöhe
hc gegeben ist. Zusätzlich zu
dem Vorgesagten ist der vorstehende Teil 30 mit einem zweiten
abgeschrägten
Teil 36 ausgebildet, der eine abgeschrägte Fläche 36a in der Winkelposition
mit θ =
0° (oder θ ≒ 0°) in dem θ-h-Koordinatensystem
(mit anderen Worten, in der Winkelposition θ = 360° (oder θ ≒ 360°)) in dem θ-h-Koordinatensystem) aufweist.
Die abgeschrägte
Fläche 36a ist
in einem zweiten abgeschrägten
Teil 36 ausgebildet, der sich im Wesentlichen parallel
zu der Düsenkörperachse 24 erstreckt.
Dies bedeutet mit Blick auf das θ-h-Koordinatensystem,
dass das Gefälle
dh2/dθ der abgeschrägten Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 derart gewählt
beziehungsweise dimensioniert ist, dass es im Wesentlichen infinit
ist. Mit anderen Worten, die Höhe
h2 der abgeschrägten
Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 des vorstehendem Teiles 30 ist, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse
(Richtung der Düsenkörperachse 24),
derart dimensioniert, dass sie von der vorbestimmtem Maximalhöhe hc entlang
der Strömungsrichtung
des verwirbelten Kraftstoffes allmählich auf 0 abnimmt. Das Sprühmuster
des aus dem DI-Kraftstoffeinspritzer
vom Verwirbelungstyp eingesprühten oder
eingespritzten Kraftstoffes des ersten Ausführungsbeispieles mit der spezifischen
Form des vorstehenden Teiles 30 wurde mittels dreidimensionaler Viskosfluidanalyse
analysiert oder vorhergesagt, wobei das rechentechnische Gitternetz
(rechentechnische Bereichsmodellierung) von 1 verwendet wurde. 3 und 4 zeigen
Simulationsergebnisse der dreidimensionalen Viskosfluidanalyse.
In 3 bezeichnen das Bezugszeichen 8 ein
konisch oder halbkugelförmig
endendes Nadelventil, das Bezugszeichen 10 einen Nadelventilsitz
und das Bezugszeichen 16 einen Verwirbler, der vor dem
Nadelventilsitz 10 angeordnet ist, um dem Kraftstoff einen Drehimpuls
zu verleihen, und um eine Wirbelströmung des Kraftstoffes, wie
in 15 durch Pfeile angedeutet ist, zu erzeugen. Das
Düsenloch 4 ist
in der Düsenkörperspitze
ausgebildet, und der Ventilsitz 10 ist in dem Düsenkörper vor
dem Düsenloch
ausgebildet. Das Nadelventil 8 kann in Richtung der Düsenkörperachse 24 derart
nach oben und nach unten bewegt werden, dass das Düsenloch
durch die Bewegung des Nadelventils 8 von dem Ventilsitz 10 weg und
durch Aufsetzen des Nadelventils 8 auf dem Ventilsitz 10 geöffnet beziehungsweise
geschlossen werden kann. Auf bekannte Weise wird die Axialposition
des Nadelventils 8 entsprechend einem Steuersignal aus
einer (nicht gezeigten) elektronischen Kraftstoffeinspritzsteuereinheit
elektronisch gesteuert. Wie aus den zwei verschiedenen Sprühwinkeln von 3 deutlich
wird, nämlich
dem rechts befindlichen Sprühwinkel
von 33° und
dem links befindli chen Sprühwinkel
von 20°,
erzeugt der DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
mit der ersten spezifischen Form des vorstehenden Teiles 30 ein
asymmetrisches Sprühmuster
an der Öffnungsdüsenspitze, was
von der asymmetrischen Öffnungsform
herrührt. Wie
aus dem Horizontalquerschnitt gemäß 4 ersichtlich
ist, ist bei dem DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
mit der ersten spezifischen Form des vorstehenden Teiles 30,
ein Kraftstoffsammelteil X ausgebildet. Demgegenüber ist ein vernachlässigbar
kleiner Kraftstoffsammelteil Y in einer Winkelposition ausgebildet,
die von dem Kraftstoffsammelteil X um einen Winkel von annähernd 90° versetzt
ist. Man beachte, dass der Kraftstoffsammelteil Y, der bei dem DI-Kraftstoffeinspritzer
des ersten Ausführungsbeispieles
mit der ersten spezifischen Form des vorstehenden Teiles 30 entsteht,
merklich kleiner als der zweite Kraftstoffsammelteil Yc ist, der
bei dem herkömmlichen
DI-Kraftstoffeinspritzer mit einer einen L-Schnitt aufweisenden Öffnungsdüse gegeben
ist. Dampft der Kraftstoff in dem Kraftstoffsammelteil X aus, so
bildet der Kraftstoffsammelteil X tendenziell ein dichteres Luft-Kraftstoff-Gemisch
aus. Wie aus dem Horizontalquerschnitt gemäß 4 deutlich wird,
wird zum Zwecke einer besseren Steuerung der schichtartigen Verbrennung
sowie mit Blick auf verringerte Emissionen bevorzugt, eine (nicht
gezeigte) Zündkerze
derart auf einem Zylinderkopf zu installieren oder zu montieren,
dass die Zündkerze
dafür geeignet
ist, mit einer Position in Ausrichtung befindlich zu sein, an der
der Kraftstoffsammelteil X entsteht. Wie vorstehend erläutert worden
ist, wird es entsprechend dem DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel möglich, den
Kraftstoffsammelteil Y, der zur Bildung unverbrannter Kohlenwasserstoffe
(HCs) führen kann,
effektiv zu verringern, wohingegen ein Kraftstoffsammelteil X entsteht,
der zur Vergrößerung der AFR-Zone
bei einer mageren oder ultramageren schichtartigen Verbrennung beiträgt. Hierdurch
wird ein Ausgleich zwischen einer verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und einer verbesserten Leistung mit Blick auf die Emissionssteuerung
(weniger unverbrannte Kohlenwasserstoffe) erreicht.
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Wie
vorstehend erläutert
wurde, ist bei dem DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
mit der ersten spezifizierten Form der Öffnungsdüsenspitze der vorstehende Teil 30 mit
dem ersten abgeschrägten
Teil 32 ausgebildet, der eine nach oben abgeschrägte Fläche 32a aufweist,
bei der die Höhe
h1 mit dem vorbestimmten Neigungswinkel in Strömungsrichtung des verwirbelten
Kraftstoffes des aus dem Düsenloch 4 heraus
eingespritzten Kraftstoffes allmählich
zunimmt, wohingegen der erste abgeschrägte Teil 32 keinen
nach oben abgeschrägten
Teil auf weist, dessen Neigungswinkel den Strömungswinkel φ des eingespritzten
Kraftstoffes übersteigt,
was von dem vorbestimmten Neigungswinkel des nach oben abgeschrägten Teiles 32a herrührt, der
kleiner als der Strömungswinkel φ in dem
Winkelbereich mit 0° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
ist. Aus diesem Grund besteht kein Risiko, dass der aus dem Düsenloch 4 eingespritzte
Kraftstoffsprühnebel
auf die geneigte Fläche 32a des
ersten geneigten Teiles 32 des vorstehenden Teiles 30 prallt.
Darüber
hinaus ist der Absolutwert des Gefälles der abgeschrägten Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 derart dimensioniert, dass er kleiner als derjenige
der abgeschrägten
Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 ist. Das Gefälle
der abgeschrägten
Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 wird als Änderungsrate
dh1/dθ der
Höhe h1
der abgeschrägten
Fläche 32a bezüglich des
Winkels θ betrachtet. Auf
gleiche Weise wird das Gefälle
der abgeschrägten
Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 als Änderungsrate
dh2/dθ der
Höhe h2
der abgeschrägten
Fläche 36a bezüglich des
Winkels θ betrachtet
beziehungsweise angesehen. Die erste notwendige Bedingung, bei der
der Absolutwert des Gefälles
der abgeschrägten
Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 derart dimensioniert ist, dass er kleiner als
derjenige der abgeschrägten
Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 ist, ist durch die nachfolgende Ungleichung festgelegt
beziehungsweise bestimmt (Vergleich zwischen der Ableitung dh1/dθ eines linksseitigen
Wendepunktes der Kurve von 5 und der
Ableitung dh2/dθ an
einem rechtsseitigen Wendepunkt der Kurve von 5 in dem θ-h-Koordinatensystem). |dh1/dθ|max < |dh2/dθ|max
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Hierbei
ist |dh1/dθ|max der Absolutwert des Maximalwertes (dh1/dθ)max des Gefälles der abgeschrägten Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32, wohingegen |dh2/dθ|max der
Absolutwert des Maximalwertes (dh2/dθ)max des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche 36a des
zweiten abgeschrägten Teiles 36 ist.
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Ferner
wird die zweite notwendige Bedingung, bei der der vorbestimmte Neigungswinkel
des nach oben abgeschrägten
Teiles 32a geringer als der Strömungswinkel φ in dem
Winkelbereich mit 0° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
ist, durch die nachfolgende Ungleichung festgelegt oder bestimmt. tan φ > tan(dh1/dθ)
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Hierbei
bezeichnet φ den
Strömungswinkel der
Kraftstoffströmung
des eingespritzten Kraftstoffnebels, während dh1/dθ das Gefälle des ersten abgeschrägten Teiles 32 bezeichnet.
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Dies
bedeutet, wie sich aus der ersten notwendigen Bedingung und der
zweiten notwendigen Bedingung, das heißt aus den vorgenannten beiden Ungleichungen,
ergibt, dass zum Zwecke der effektiveren Beseitigung des Kraftstoffsammelteiles
Y, der nicht erwünschte
unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HCs) erzeugen kann, bei gleichzeitiger
Bereitstellung eines Kraftstoffsammelteiles X, der zu einer Vergrößerung der
AFR-Zone für
eine magere oder ultramagere schichtartige Verbrennung beiträgt, der
Absolutwert |dh2/dθ|max des Maximalwertes des Gefälles des
zweiten abgeschrägten
Teiles 36 derart gewählt
wird, dass der Absolutwert |dh2/dθ|max möglichst
groß wird,
und dass zusätzlich
der Absolutwert |dh1/dθ|max des Maximalwertes des Gefälles des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 derart gewählt
wird, dass der Absolutwert |dh1/dθ|max möglichst
klein ist.
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In 6 bis 8 ist
ein DI-Kraftstoffeinspritzer 2 von Verwirbelungstyp gemäß einem
zweiten Beispiel gezeigt, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung
ist, und das eine zweite spezifizierte Form einer Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 40) aufweist. Auf dieselbe Weise wie
bei dem vorstehenden Teil 30 des Kraftstoffeinspritzers
des ersten Ausführungsbeispieles
weist der vorstehende Teil 40 des Kraftstoffeinspritzers
des zweiten Ausführungsbeispieles
eine Innenumfangswand 41 auf, die sich parallel zu der Öffnungsachse
(beispielsweise der Düsenkörperachse 24 eines
Düsenkörpers 6)
und kontinuierlich mit der Innenumfangsfläche des Düsenloches 4 erstreckt.
Der vorstehende Teil 40 ist ebenfalls in einem Winkelbereich
ausgebildet, der durch 0° ≤ θ ≤ 360° gegeben
ist. Dies bedeutet, dass der vorstehende Teil 40 an dem Öffnungsende
des Düsenloches 4 vorgesehen
ist, das zu der (nicht gezeigten) Brennkammer weist, und zwar derart,
dass der vorstehende Teil 40 entlang des gesamten Umfanges des
Kantenteiles des Öffnungsendes
des Düsenloches 4 ausgebildet
ist. Wie 6 und 7 deutlich machen,
ist der vorstehende Teil 40 mit einem ersten abgeschrägten Teil 42 ausgebildet,
der eine abgeschrägte
Fläche 42a aufweist,
die wiederum ein konstantes Gefälle
(das heißt
eine geradlinige Abschrägung)
in dem Winkelbereich mit 0° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
aufweist und sich von der Winkelposition mit θ = 0° zu der Winkelposition mit θ = 360° (oder θ ≒ 360°) unter einem
Neigungswinkel nach oben abschrägt,
der kleiner als der Strömungswinkel φ des aus
dem Düsenloch 4 eingespritzten
beziehungsweise eingesprühten
Kraftstoffes ist. Wie im Detail erklärt wird, ist die Höhe h1 der abgeschrägten Fläche 42a des
ersten abgeschrägten
Teiles 42 des vorstehenden Teiles 40 in dem Winkelbereich
mit 0° ≤ θ ≤ 360°, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse (der
Richtung der Düsenkörperachse 24)
derart dimensioniert, dass sie von 0 zu einer vorbestimmte Maximalhöhe hc entlang
einer Strömungsrichtung des
verwirbelten Kraftstoffes allmählich
zunimmt. Man beachte, dass der vorstehende Teil 40 des
Kraftstoffeinspritzers des zweiten Beispieles keinen ebenen Flächenteil
aufweist, wie dieser an dem vorstehenden Teil 30 des Kraftstoffeinspritzers
des ersten Ausführungsbeispieles
vorhanden ist. Zudem ist der vorstehende Teil 40 mit einem
zweiten abgeschrägten
Teil 44 ausgebildet, der eine abgeschrägte Fläche 44a in der Winkelposition
mit θ =
0° (oder θ ≒ 0°) in dem θ-h-Koordinatensystem
(mit anderen Worten, in der Winkelposition mit θ = 360° (oder θ ≒ 360°) in dem θ-h-Koordinatensystem) aufweist.
Dies bedeutet, dass in dem θ-h-Koordinatensystem
das Gefälle dh2/dθ der abgeschrägten Fläche 44a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 44 derart gewählt
oder dimensioniert wird, dass es im Wesentlichen infinit ist. Bei dem
DI-Kraftstoffeinspritzer von Verwirbelungstyp gemäß dem zweiten
Beispiel von 6 bis 8 wird Kraftstoff,
der durch eine Zone o (siehe 7 und 8)
des Düsenloches 4 tritt,
durch einen Abschnitt f (siehe 7) gespritzt,
das heißt,
mit Blick auf den gesamten Umfang des Spitzenendes des vorstehenden
Teiles 40, wodurch sich ein Kraftstoffsprühnebel in
einem Winkelbereich F ergibt. Demgegenüber wird Kraftstoff, der durch
eine Zone b (siehe 7 und 8) des Düsenloches 4 tritt,
durch eine Zone d (siehe 7) gesprüht und bildet beziehungsweise
erzeugt dort einen Kraftstoffsammelteil X, was durch den in Querrichtung
gemäß Darstellung durch
den Pfeil G herausgesprühten
Kraftstoff bedingt ist. Auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel
besteht bei dem Kraftstoffeinspritzer 2 des zweiten (nicht
zur Erfindung gehörenden)
Beispieles mit der zweiten spezifizierten Form der Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 40) nicht das Risiko, dass der aus dem
Düsenloch 4 eingespritzte Kraftstoffsprühnebel auf
die abgeschrägte
Fläche 42a des
ersten abgeschrägten
Teiles 42 des abgeschrägten
Teiles 40 prallt, wodurch die Entstehung eines unerwünschten
Kraftstoffsammelteiles Y verhindert wird. Bei dem Kraftstoffeinspritzer
des zweiten (nicht zur Erfindung gehörenden) Beispieles mit der zweiten
spezifizierten Form des vorstehenden Teiles 40 ist der
erste abgeschrägte
Teil 42 in dem Winkelbereich 0° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem ausgebildet.
Im Gegensatz zum Vorgesagten ist bei dem Kraftstoffeinspritzer des
ersten Ausführungsbeispieles
mit der ersten spezifizierten Form des vorstehendem Teiles 30 ein
erster abgeschrägter
Teil 32 in dem Winkelbereich mit 0° ≤ θ ≤ 180° in dem θ-h-Koordinatensystem ausgebildet.
Dies bedeutet, dass das Gefälle
(Neigungswinkel) der abgeschrägten Fläche 42a des
ersten abgeschrägten
Teiles 42 des vorstehenden Teiles 40 des zweiten
Beispieles derart ge wählt
oder dimensioniert ist, dass es kleiner als dasjenige der abgeschrägten Fläche 32a des
ersten abgeschrägten
Teiles 32 des vorstehendem Teiles 30 des ersten
Ausführungsbeispieles
ist. Dies führt
zu einem glatteren Horizontalquerschnitt des Kraftstoffsprühnebels,
als dies in 4 der Fall ist.
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9 zeigt
einen DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
mit einer dritten spezifizierten Form einer Öffnungsdüsenspitze (vorstehender Teil 50).
Der vorstehende Teil 50 ist in einem Winkelbereich ausgebildet,
der durch 180° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
gegeben ist. Wie 9 deutlich macht, ist der vorstehende
Teil 50 mit einem ersten abgeschrägten Teil 52 mit einer
abgeschrägten
Fläche 52a ausgebildet,
wobei ein konstantes Gefälle (das
heißt
eine geradlinige Abschrägung)
in einem Winkelbereich von 180° ≤ θ ≤ 360° in dem θ-h-Koordinatensystem
gegeben ist, und wobei eine nach oben gehende Abschrägung von
der ersten Winkelposition mit θ =
180° (oder θ ≒ 180°) zu der
zweiten Winkelposition gegeben ist, die in Strömungsrichtung des verwirbelten
Kraftstoffes relativ zu der ersten Winkelposition moderat um einen
Neigungswinkel verrückt
ist, der kleiner als der Strömungswinkel φ des aus
dem Düsenloch
(Öffnung) 4 eingespritzten oder
eingesprühten
Kraftstoffes ist. Wie detailliert erklärt wird, ist die Höhe h1 der
abgeschrägten
Fläche 52a des
ersten abgeschrägten
Teiles 52 des vorstehenden Teiles 50 in dem Winkelbereich
mit 180° ≤ θ ≤ 360°, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse (Richtung
der Düsenkörperachse 24)
derart dimensioniert, dass sie von 0 bis zu einer vorbestimmten
Maximalhöhe
hc der Strömungsrichtung
des verwirbelten Kraftstoffes allmählich zunimmt. Der vorstehende Teil 50 kann
ebenfalls mit einem ebenen Teil ausgebildet sein, der eine ebene
Fläche
aufweist, die zwischen der zweiten Winkelposition und einer dritten Winkelposition
entsprechend θ =
360° in
dem θ-h-Koordinatensystem
gelegen ist, und bei der die Höhe des
ebenen Teiles des vorstehenden Teiles 30, gemessen in Richtung
der Düsenkörperachse 24,
konstant gehalten und derart dimensioniert ist, dass sie gleich
der vorbestimmten Höhe
hc ist. Zusätzlich
zum Vorgesagten ist der vorstehende Teil 50 mit einem zweiten
abgeschrägten
Teil 54 ausgebildet, der eine abgeschrägte Fläche 54a in der Winkelposition
mit θ =
0° (oder θ ≒ 0°) in dem θ-h-Koordinatensystem
(mit anderen Worten in der Winkelposition mit θ = 360° (oder θ ≒ 360°) in dem θ-h-Koordinatensystem) aufweist. Die abgeschrägte Fläche 54a ist
in einem zweiten abgeschrägten
Teil 54 derart ausgebildet, dass sie sich im Wesentlichen
parallel zur Düsenkörperachse 24 erstreckt.
Dies bedeutet in dem θ-h-Koordinatensystem,
dass das Gefälle
dh2/dθ der
abgeschrägten
Fläche 54a des
zweiten abgeschrägten Teiles 54 derart gewählt oder
dimensioniert ist, dass es im Wesentlichen infinit ist. Der vorstehende
Teil 50 ist an dem Kantenteil des Öffnungsendes des Düsenloches 4 in
Richtung zu der (nicht gezeigten) Brennkammer hin vorgesehen. Der
vorstehende Teil 50 des Kraftstoffeinspritzers des dritten
Ausführungsbeispieles
gemäß 9 kann
einfach hergestellt werden, indem der vorstehende Teil 20 eines
herkömmlichen Kraftstoffeinspritzers
mit einer eine L-Schnittform aufweisenden Öffnungsdüse gemäß 14 bis 19 maschinell
bearbeitet wird. Die Form der Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 50) des Kraftstoffeinspritzers des dritten
Ausführungsbeispieles
gemäß 9 ist
aufgrund verringerter Herstellungskosten überlegen.
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Beim
ersten Ausführungsbeispiel,
beim zweiten (nicht zur Erfindung gehörigen) Ausführungsbeispiel und auch beim
dritten Ausführungsbeispiel
ist die abgeschrägte
Fläche
(32a; 42a; 52a) des ersten abgeschrägten Teiles
(32; 42; 52) als geradlinige Abschrägung in
dem θ-h-Koordinatensystem ausgebildet.
Anstelle hiervon kann die abgeschrägte Fläche des ersten abgeschrägten Teiles
(32; 42; 52) als krummlinige Abschrägung (siehe
die gekrümmte Doppelpunktlinie 32b von 2,
die gekrümmte Doppelpunktlinie 42b von 7 und
die gekrümmte Doppelpunktlinie 52b von 9)
ausgebildet, und zwar derart, dass der Maximalwert (dh1/dθ)max des Gefälles des ersten abgeschrägten Teiles
derart dimensioniert ist, dass er kleiner als der Strömungswinkel φ ist.
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10 bis 12 zeigen
einen DI-Kraftstoffeinspritzer vom Verwirbelungstyp gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
mit einer vierten spezifizierten Form einer Öffnungsdüsenspitze (vorstehender Teil 60).
Der vorstehende Teil 60 ist in einem Winkelbereich ausgebildet,
der in dem θ-h-Koordinatensystem
durch 0° ≤ θ ≤ 180° gegeben
ist, wobei der vorstehende Teil 60 an dem Kantenteil des Öffnungsendes
des Düsenloches 4 in
Richtung zu der (nicht gezeigten) Brennkammer vorgesehen ist. Wie
in 10 bis 12 gezeigt
ist, ist der vorstehende Teil 60 mit einem ersten abgeschrägten Teil 62 ausgebildet,
der eine abgeschrägte
Fläche 62a in
einem Winkelbereich mit 0° ≤ θ ≤ 180° in dem θ-h-Koordinatensystem
aufweist. Wie am besten in 11 und 12 zu
sehen ist, ist das Gefälle
(dh1/dθ)
der abgeschrägten
Fläche 62a des
ersten abgeschrägten Teiles 62 durch
eine Ebene Z spezifiziert, die bezüglich einer Ebene (das heißt der vorgenannten
Bezugsebene) senkrecht zur Mittelachse des Düsenloches 4, der Düsenkörperachse 24 oder
der Öffnungsachse
geneigt ist. Wie die krummlinige Abschrägung in dem Winkelbereich mit
0° ≤ θ ≤ 180° in dem θ-h-Koordinatensystem
deutlich macht, ist die abgeschrägte
Fläche 62a der
ersten abgeschrägten
Fläche 62 derart
ausgebildet und dimensioniert, dass sie im Wesentlichen sinusförmig krummlinig
ist. Wie detailliert beschrieben wird, ist die Höhe h1 der abgeschrägten Fläche 62a des
ersten abgeschrägten
Teiles 62 des vorstehenden Teiles 60 in dem Winkelbereich
mit 0° ≤ θ ≤ 180°, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse
(Richtung der Düsenkörperachse 24), derart
dimensioniert, dass sie von 0 bis zu einer vorbestimmten Maximalhöhe hc in
Strömungsrichtung des
verwirbelten Kraftstoffes allmählich
zunimmt. Der vorstehende Teil 60 ist zudem mit einem ebenen
Teil ausgebildet, der eine ebene Fläche aufweist, die in einem
Winkelbereich von annähernd
180° bis
360° in dem θ-z-Koordinatensystem
liegt, und in der die Höhe
des ebenen Teiles des vorstehenden Teiles 60, gemessen
in Richtung der Düsenkörperachse 24, konstant
gehalten und derart dimensioniert ist, dass sie gleich der vorbestimmtem
Maximalhöhe
hc ist. Bei dem Kraftstoffeinspritzer des vierten Ausführungsbeispieles
gemäß 10 bis 12 ist
der Neigungswinkel der gegenüber
der senkrecht zur Mittelachse des Düsenloches 4 geneigten
Ebene Z derart gewählt
oder dimensioniert, dass der Maximalwert (dh1/dθ)max des
Gefälles
des ersten abgeschrägten
Teiles 62 kleiner als der Strömungswinkel φ ist. Darüber hinaus
ist der vorstehende Teil 60 mit einem zweiten abgeschrägten Teil 64 ausgebildet,
der eine abgeschrägte
Fläche 64a in
einer Winkelposition mit θ =
0° (oder θ ≒ 0°) in dem θ-h-Koordinatensystem aufweist
(mit anderen Worten, in der Winkelposition mit θ = 360° (oder θ ≒ 360°) in dem θ-h-Koordinatensystem). Die geneigte Fläche 64a ist
an dem zweiten abgeschrägten
Teil 64 derart ausgebildet, dass sie sich im Wesentlichen
parallel zur Düsenkörperachse 24 erstreckt.
Dies bedeutet in dem θ-h-Koordinatensystem,
dass das Gefälle
dh2/dθ der
abgeschrägten Fläche 64a des
zweiten abgeschrägten
Teiles 64 derart gewählt
oder dimensioniert ist, dass es im Wesentlichen infinit ist. Wie
aus der Schrägschnittform der Öffnungsdüsenspitze
(vorstehender Teil 60) gemäß 11 und 12 ersichtlich
ist, ist es einfach, eine teilweise verjüngt geschnittene Öffnungsdüsenspitze
dadurch herzustellen, dass ein Teil einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Öffnungsdüsenspitze
durch die Ebene Z maschinell eingearbeitet oder geschnitten wird,
was die Herstellungskosten senkt.
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Aus
alledem ergibt sich, dass einen Kraftstoffeinspritzer in einem (inneren)
Verbrennungsmotor umfasst: einen Düsenkörper, der ein Düsenloch,
das in einer Spitze des Düsenkörpers ausgebildet
ist, und einen Ventilsitz aufweist, der in dem Düsenkörper vor dem Düsenloch
ausgebildet ist; ein Nadelventil, das in einer Richtung einer Achse
des Düsenkörpers bewegt
werden kann, um das Düsenloch
zu öffnen
und zu schließen,
indem das Nadelventil von dem Ventilsitz weg bewegt wird, und das
Nadelventil auf dem Ventilsitz aufgesetzt wird; und einen Verwirbler
beziehungsweise eine Verwirbelungseinrichtung, die vor dem Ventilsitz
angeordnet ist, um über
das Düsenloch
einzuspritzen dem Kraftstoff einen Drehimpuls zu verleihen und eine
Strömung
verwirbelten Kraftstoffes zu erzeugen; wobei ein vorstehender Teil
vorgesehen ist, dessen Innenumfangswand sich an eine Innenumfangswandfläche des
Düsenloches
anschließt,
wobei der vorstehende Teil an einem Kantenteil eines Öffnungsendes
des Düsenloches
derart ausgebildet ist, dass eine Höhe des vorstehenden Teiles,
gemessen in einer Richtung einer Öffnungsachse des Düsenloches,
entlang einer Umfangsrichtung des Düsenloches variiert; wobei der
vorstehende Teil umfasst: einen ersten abgeschrägten Teil, der eine abgeschrägte Fläche derart
aufweist, dass eine Höhe
h1 der abgeschrägten
Fläche,
gemessen in der Öffnungsachsenrichtung,
derart dimensioniert ist, dass sie entlang einer Richtung der Strömung des verwirbelten
Kraftstoffes allmählich
zunimmt; und einen zweiten abgeschrägten Teil, der eine abgeschrägte Fläche derart
aufweist, dass eine Höhe
h2 der abgeschrägten
Fläche,
gemessen in der Öffnungsachsenrichtung,
derart dimensioniert ist, dass sie entlang der Richtung der Strömung des
verwirbelten Kraftstoffes allmählich
abnimmt; wobei in einem θ-h-Koordinatensystem,
das einem zylindrischen Koordinatensystem entspricht, in dem eine
Bezugsebene als eine Ebene senkrecht zur Öffnungsachse definiert ist
und einen Abschnitt des vorstehenden Teiles so schneidet, dass die
Höhe des
vorstehenden Teiles am kleinsten wird, ein Schnittpunkt zwischen
der Öffnungsachse
und der Bezugsebene als ein Ursprung gewählt wird, eine Winkelposition
eines Punktes des Kantenteiles des Öffnungsendes des Düsenloches
in Bezug auf den Ursprung, der als Bezug dient, durch einen Winkel θ dargestellt
ist, der zwischen 0° und 360° liegt, die
Höhe des
vorstehenden Teiles in der Öffnungsachsenrichtung
in Bezug auf die Bezugsebene, die als ein Bezug dient, durch eine
Höhe h
dargestellt wird, eine θ-Achse, die den Winkel θ darstellt, als
eine Abszissenachse dient, und eine h-Achse, die die Höhe h darstellt,
als eine Ordinatenachse dient, ein Gefälle der abgeschrägten Fläche des
ersten abgeschrägten
Teiles durch dh1/dθ definiert
ist, und ein Gefälle
der abgeschrägten
Fläche
des zweiten abgeschrägten
Teiles durch dh2/dθ definiert
ist; und der vorstehende Teil so dimensioniert ist, dass er die
Ungleichung |dh1/dθ|max < |dh2/dθ|max erfüllt,
wobei |dh1/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des Gefälles der
abgeschrägten
Fläche
des ersten abgeschrägten
Teiles ist, und |dh2/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche
des zweiten abgeschrägten
Teiles ist.
-
Des
Weiteren ist einen Kraftstoffeinspritzer in einem benzingetriebenen
(inneren) Verbrennungsmotor vom Direkteinspritztyp vorgesehen, der
umfasst: einen Düsenkörper, der
ein Düsenloch,
das in einer Spitze des Düsenkörpers ausgebildet
ist, und einen Ven tilsitz aufweist, der in dem Düsenkörper vor dem Düsenloch
ausgebildet ist; ein Nadelventil, das in einer Richtung einer Achse
des Düsenkörpers bewegt
werden kann, um das Düsenloch
zu öffnen
und zu schließen,
indem das Nadelventil von dem Ventilsitz weg bewegt wird, und das
Nadelventil auf dem Ventilsitz aufgesetzt wird; und einen Verwirbler
beziehungsweise eine Verwirbelungseinrichtung, die vor dem Ventilsitz
angeordnet ist, um über
das Düsenloch
einzuspritzendem Kraftstoff einen Drehimpuls zu verleihen und eine
Strömung
verwirbelten Kraftstoffes zu erzeugen; ein im Wesentlichen hohlzylindrischer
vorstehender Teil, dessen Innenumfangswand sich parallel zu einer Öffnungsachse
des Düsenloches
erstreckt und an eine Innenumfangswandfläche des Düsenloches anschließt, wobei
der vorstehende Teil an einem Kantenteil eines Öffnungsendes des Düsenloches
derart ausgebildet ist, dass eine Höhe des vorstehenden Teiles,
gemessen in Richtung der Öffnungsachse
entsprechend der Düsenkörperachse,
in Umfangsrichtung des Düsenloches
veränderlich
ist, wobei der vorstehende Teil einen ersten abgeschrägten Teil
mit einer abgeschrägten
Fläche
derart aufweist, dass die Höhe
h1 der abgeschrägten Fläche, gemessen
in Richtung der Öffnungsachse, derart
dimensioniert ist, dass sie in Richtung der Strömung des verwirbelten Kraftstoffes
allmählich
zunimmt, wobei sich der erste abgeschrägte Teil von einer ersten Winkelposition
in eine zweite Winkelposition, die in Strömungsrichtung des verwirbelten
Kraftstoffes relativ zu der ersten Winkelposition moderat um ein
Gefälle
nach oben abschrägt,
das kleiner als ein Strömungswinkel φ des aus
der Düsenöffnung eingespritzten
Kraftstoffes ist, wobei der Strömungswinkel φ zwischen
einer Ebene senkrecht zu der Öffnungsachse
und einer Strömungsrichtung
des Kraftstoffes, betrachtet vom Querschnitt der Öffnungsachsenrichtung
aus, durch den Ausdruck φ =
tan–1 (W/U) festgelegt
ist, in dem W eine axiale Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
in Richtung der Öffnungsachse
und U eine umfängliche Kraftstoffströmungsgeschwindigkeitskomponente
in Umfangsrichtung des Düsenloches
bezeichnen, und einen zweiten abgeschrägten Abschnitt mit einer abgeschrägten Fläche derart,
dass die Höhe
h2 der abgeschrägten
Fläche,
gemessen in Richtung der Öffnungsachse,
derart dimensioniert ist, dass sie entlang der Strömungsrichtung
des verwirbelten Kraftstoffes allmählich abnimmt, wobei das Gefälle der
abgeschrägten
Fläche
des ersten abgeschrägten
Teiles durch dh1/dθ festgelegt
ist, und das Gefälle
der abgeschrägten
Fläche
des zweiten abgeschrägten
Teiles durch dh2/dθ festgelegt
ist, und zwar in einem θ-h-Koordinatensystem,
das einem zylindrischen Koordinatensystem entspricht, in dem eine
Bezugsebene als eine Ebene senkrecht zur Öffnungsachse definiert ist
und einen Abschnitt des vorstehenden Teiles so schneidet, dass die
Höhe des
vorstehenden Teiles am kleinsten wird, ein Schnittpunkt zwischen
der Öffnungsachse
und der Bezugsebene als ein Ursprung gewählt wird, eine Winkelposition eines
Punktes des Kantenteiles des Öffnungsendes
des Düsenloches
in Bezug auf den Ursprung, der als Bezug dient, durch einen Winkel θ dargestellt
ist, der zwischen 0° und 360° liegt, die
Höhe des
vorstehenden Teiles in der Öffnungsachsenrichtung
in Bezug auf die Bezugsebene, die als ein Bezug dient, durch eine
Höhe h
dargestellt wird, eine θ-Achse, die den Winkel θ darstellt, als
eine Abszissenachse dient, und eine h-Achse, die die Höhe h darstellt,
als eine Ordinatenachse dient; und der vorstehende Teil so dimensioniert
ist, dass er die Ungleichung |dh1/dθ|max < |dh2/dθ|max erfüllt,
wobei |dh1/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche
des ersten abgeschrägten
Teiles ist, und |dh2/dθ|max ein Absolutwert eines Maximalwertes des
Gefälles
der abgeschrägten
Fläche
des zweiten abgeschrägten
Teiles ist.