DE60308757T2

DE60308757T2 - Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE60308757T2
Application number: DE60308757T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Fuchu-cho Aki-gun Yamashita; Noriyuki Fuchu-cho Aki-gun Ohta; Fumihiko Fuchu-cho Aki-gun Saito; Keiji Fuchu-cho Aki-gun Araki
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: EP1371843A1; DE60308757D1; EP1371843B1; US6983733B2; US20040011326A1; JP2004011613A; JP3912194B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung, bei dem sich ein Ende eines Injektors in einem Brennraum befindet, so daß ein aus dem Injektor gesprühter Kraftstoffnebel örtlich in der Nähe einer Elektrode einer Zündkerze verteilt wird.
2. Beschreibung der zugehörigen Technik
Herkömmlicherweise ist ein Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung bekannt, der mit einer Zündkerze und einem Injektor zum Einspeisen von Kraftstoff direkt in einen Brennraum versehen ist, um durch Schichtladungsverbrennung eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs zu erreichen. Bei dieser Art von Motor ist es notwendig, Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs bei gleichzeitiger Minimierung der Verteilung des Kraftstoffs zu beschleunigen und einen Zustand aufrechtzuerhalten, unter dem ein zündfähiges Gemisch mit einem entsprechenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis örtlich um eine Elektrode der Zündkerze herum verteilt wird.
Verfahren zum Erreichen dieser Ziele werden zum Beispiel in den Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 1998-54246 und 2001-248443 offenbart, bei denen der Kraftstoff direkt in die Nähe einer Elektrode einer Zündkerze eingespritzt wird, so daß der Kraftstoff kaum mit Zylinderwänden oder einem Kolben in einem Brennraum in Kontakt kommen würde.
Diese Beispiele aus dem Stand der Technik haben jedoch das Problem, daß der in Richtung zur Elektrode der Zündkerze gesprühte Kraftstoff dazu neigt, Tröpfchen um die Elektrode herum zu bilden und daran hängenzubleiben. Die an der Elektrode und ihrer Umgebung haftenden Kraftstofftröpfchen könnten einen Leckstrom verursachen, der zu einem Zündaussetzer führt. Ein weiteres Problem der Beispiele aus dem Stand der Technik besteht darin, daß das Gemisch um die Elektrode herum übermäßig fett werden könnte. Herkömmlicherweise war es erwünscht, diese Probleme zu lösen, weil sie zu einer Verringerung der Motorleistung, einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs oder einem Anstieg in der Emissionsmenge führen würden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Angesichts der obigen Ausführungen ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung bereitzustellen, der das Anhaften von Kraftstofftröpfchen an einer Elektrode einer Zündkerze und die Bildung eines übermäßig fetten Gemisches um die Elektrode herum verhindern kann, während es gleichzeitig möglich ist, den Kraftstoff zu verdampfen und zu zerstäuben.
Im Kontext dieser Beschreibung wird die Richtung, in der sich ein Kolben hin- und herbewegt, als vertikale Richtung bezeichnet, wobei angenommen wird, daß sich oben bzw. unten ein Brennraum und eine Kurbelwelle befinden. Die Richtung der Längsachse eines senkrecht zur vertikalen Richtung ausgerichteten Injektors wird außerdem als horizontale Richtung bezeichnet.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung eine Zündkerze, die ungefähr in der Mitte der Decke eines Brennraums vorgesehen ist, und einen Injektor, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Düse aufweist, die sich in einem oberen Umfangsbereich des Brennraums befindet, wobei in der Düse des Injektors eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet sind. Bei diesem Direkteinspritzmotor wird Kraftstoff von der Düse des Injektors direkt in die Nähe einer Elektrode der Zündkerze eingespritzt, und die Richtungen der Achslinien der einzelnen Düsenöffnungen sind so eingestellt, daß die Mittelpunkte der aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen nicht auf der Zündkerze liegen, sondern um die Elektrode herum, in einem leichten Abstand davon, verteilt sind.
Diese erfindungsgemäße Konstruktion trägt dazu bei, die Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs zu beschleunigen, wenn der Kraftstoff durch die Vielzahl von Düsenöffnungen eingespritzt und in Form feiner Partikel verteilt wird. Da die Mittelpunkte der aus den Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen nicht auf der Zündkerze liegen, kann die Menge der an der Elektrode und ihrer Umge bung haftenden Kraftstofftröpfchen verringert werden. Da ferner die Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen dort, wo die fettesten Massen von Kraftstoffnebel vorhanden sind, um die Elektrode herum, in einem leichten Abstand davon, verteilt sind, ist es möglich, die Bildung eines übermäßig fetten Gemisches an der Elektrode zu verhindern und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Elektrode herum auf ein zündfähiges Niveau entsprechend zu regulieren.
Der so konstruierte Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung dient dazu, einen Anstieg der Motorleistung, eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verringerung der Emissionsmenge zu erreichen.
Die internationale Anmeldung WO 02/0950201 wird als der am nächsten kommende Stand der Technik angesehen. Ihre Konstruktion unterscheidet sich jedoch von der vorliegenden Erfindung gemäß den im unabhängigen Anspruch 1 beschriebenen Merkmalen. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Düsenöffnungen längs einer Geraden auf der Düse angeordnet, und die aus zwei auf derselben Geraden liegenden Öffnungen kommenden Kraftstoffstrahlen werden zu entgegengesetzten Seiten der Elektrode, nämlich links und rechts von der Mitte der Elektrode, gelenkt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen besser ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Direkteinspritzmotors mit Fremdzündung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie ein Kraftstoffsprühstrahl in den Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung eingespritzt wird;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Injektors, der bei dem Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
4 ist eine vergrößerte Ansicht einer Düsenöffnungsfläche des in 3 dargestellten Injektors;
5 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie einzelne, aus dem Injektor ausgestoßene Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß der ersten Ausführungsform verteilt werden;
6A und 6B sind schematische Darstellungen, die jeweils zeigen, wie die Düsenöffnungen angeordnet sind und wie die aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verteilt werden;
7A und 7B sind schematische Darstellungen, die jeweils zeigen, wie die Düsenöffnungen angeordnet sind und wie die aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verteilt werden;
8A und 8B sind schematische Darstellungen, die jeweils zeigen, wie die Düsenöffnungen angeordnet sind und wie die aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung verteilt werden;
9A und 9B sind schematische Darstellungen, die jeweils zeigen, wie die Düsenöffnungen angeordnet sind und wie die aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung verteilt werden;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Injektors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
11 ist eine vergrößerte Ansicht von Düsenöffnungsbereichen des in 10 dargestellten Injektors; und
12 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie einzelne, aus dem Injektor ausgestoßene Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung gemäß der sechsten Ausführungsform verteilt werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nun anhand spezieller Ausführungsformen von Direkteinspritzmotoren mit Fremdzündung beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Direkteinspritzmotors mit Fremdzündung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneter Zylinderkopf oben auf einem Zylinderblock 2 angebracht ist, ein mit dem Bezugszeichen 3 bezeichneter Kolben in eine in dem Zylinderblock 2 ausgebildete Zylinderbohrung 4 eingepaßt ist und ein mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneter Brennraum zwischen einer Oberseite des Kolbens 3 und einer Unterseite des Zylinderkopfes 1 ausgebildet ist. In der Unterseite des Zylinderkopfes 1 ist ein Hohlraum ausgebildet, um eine Decke des Brennraums 5 zu bilden.
Bei dieser Ausführungsform sind jeweils zwei Ansaugkanäle 6, 7 und zwei Auslaßkanäle 8, 9, die in den Brennraum 5 in jedem Zylinder münden, in dem Zylinderkopf 1 ausgebildet. Die Einlaßventile 10 und 11 sind in den Ansaugkanälen 6 und 8 vorgesehen, während die Auslaßventile 12 und 13 in den Auslaßkanälen 8 bzw. 9 vorgesehen sind. Diese Einlaßventile 10, 11 und Auslaßventile 12, 13 werden durch nicht dargestellte Nockenwellen betätigt.
Ein Injektor 14 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 und eine Zündkerze 16 sind in den Zylinderkopf 1 eingepaßt. Ein stromabwärtiges Ende des Injektors 14 befindet sich in einem oberen Umfangsbereich des Brennraums 5, während sich ein Ende der Zündkerze 16 ungefähr in der Mitte der Decke des Brennraums 5 befindet. 1 zeigt einen Zustand, in dem der Injektor 14 gerade einen Kraftstoffsprühstrahl 15 in den Brennraum 5 eingespritzt hat.
Der Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung gemäß dieser Ausführungsform ist ein Viertaktmotor, der nach einem Viertaktverfahren arbeitet, das vier aufeinanderfolgende Takte umfaßt: einen Ansaugtakt, einen Verdichtungstakt, einen Verbrennungstakt und einen Auslaßtakt. Die Einlaßventile 10, 11 werden geöffnet, und der Kolben 3 bewegt sich nach unten, um bei dem Ansaugtakt Luft in den Brennraum 5 anzusaugen. Die Einlaßventile 10, 11 werden geschlossen, und der Kolben 3 bewegt sich nach oben, um bei dem Verdichtungstakt die Luft in dem Brennraum 5 zu verdichten. Ein verdichtetes Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 5 wird verbrannt, um den Kolben 3 aufgrund eines durch die Verbrennung in dem Brennraum 5 bei dem Verbrennungstakt erzeugten hohen Druckes nach unten zu treiben. Die Auslaßventile 12, 13 werden geöffnet, so daß verbrannte Gase aus dem Brennraum 5 entweichen können, wenn sich der Kolben 3 bei dem Auslaßtakt nach oben bewegt. In den Bereichen einer Schichtladungsverbrennung (z.B. ein Bereich mit mittlerer Geschwindigkeit und mittlerer Last) wird der Kraftstoff zu einem entsprechenden Zeitpunkt während des Verdichtungstaktes so von dem Injektor 14 eingespritzt, daß der Kraftstoff örtlich um die Zündkerze 16 herum verteilt wird, während er entzündet und verbrannt wird.
Wenngleich der bei dieser Ausführungsform gebildete Kraftstoffsprühstrahl 15 wie eine einzige Masse von Kraftstoffnebel aussieht, wie in 1 dargestellt, ist der Kraftstoffsprühstrahl 15 tatsächlich ein Cluster von Kraftstoffnebelströmen, die aus einer Vielzahl von Düsenöffnungen austreten, wie in 2 dargestellt. Der Aufbau des Injektors 14 und des durch den Injektor 14 gebildeten Kraftstoffsprühstrahls 15 werden nun näher erläutert.
2 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie der Kraftstoffsprühstrahl 15 in dem Brennraum 5 gebildet wird. Wie oben angemerkt, ist der aus dem Injektor 14 ausgestoßene Kraftstoffsprühstrahl 15 ein Cluster von Kraftstoffnebelströmen, die aus der Vielzahl von Düsenöffnungen (acht Öffnungen, wie später ausführlich beschrieben wird) austreten. Drei Kraftstoffstrahlen 31e, 32e, 35e sind in 2 zu sehen. Bei diesem Mehr-Strahl-Sprühen ist der bei jedem Kraftstoffstrahl versprühte Kraftstoffnebel auf seiner Sprühachse zentriert. Zum Beispiel wird der Kraftstoffstrahl 35e wie dargestellt um seine Sprühachse 35d herum versprüht.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Injektors 14, der mit einem Gelenk 20 an einem stromaufwärtigen Ende und einem Verbindungselement 22 nahe bei dem stromaufwärtigen Ende versehen ist. Der durch eine Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) mit Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dem Injektor 14 durch das Gelenk 20 zugeführt, während ein Steuersignal zum Steuern des Injektors 14 von einem Steuergerät (nicht dargestellt) durch das Verbindungselement 22 zugeführt wird. Der Injektor 14 hat an seinem stromabwärtigen Ende eine zylindrische Düse 24, die in den Brennraum 5 ragt. An einem Mittelteil einer äußersten Stirnfläche der Düse 24 ist eine Düsenöffnungsfläche 26 ausgebildet, in der die obengenannten Düsenöffnungen ausgebildet sind. Ferner enthält der Injektor 14 in seinem Innenraum einen Elektromagneten 23 zum Betätigen eines Ventils (nicht dargestellt), das die Düsenöffnungen öffnet und schließt, um den durch das Gelenk 20 eingeleiteten Kraftstoff einzuspritzen. Der Elektromagnet 23 betätigt das Ventil, um die Düsenöffnungen zu öffnen, wenn das durch das Verbindungselement 22 dem Injektor 14 zugeführte Steuersignal EIN ist.
4 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14, betrachtet in Richtung des in 3 gezeigten Pfeils A. Die Düsenöffnungsfläche 26 von 4 ist so dargestellt, daß ihre Richtungen nach oben und nach unten mit denen in 1 übereinstimmen.
Die oben genannten acht Öffnungen, die in 4 mit 31 bis 38 numeriert sind, sind wie dargestellt in der Düsenöffnungsfläche 26 ausgebildet. Der Kraftstoff wird aus den einzelnen Öffnungen 31–38, die zur besseren Erläuterung kollektiv auch als Öffnungen 30 bezeichnet werden, eingespritzt, um einzelne Kraftstoffstrahlen zu erzeugen, die zusammen den Kraftstoffsprühstrahl 15 bilden. Da die äußerste Stirnfläche der Düse 24 des Injektors 14 einschließlich der Düsenöffnungsfläche 26 leicht konvex geformt ist, sind die Mittelachsen der Kraftstoffstrahlen insgesamt radial von den einzelnen Öffnungen 30 gerichtet. Die Achslinien der einzelnen Öffnungen 30 in der Düsenöffnungsfläche 26 sind also so angeordnet, daß die Kraftstoffstrahlen einzeln zu einer Mittelachse des gesamten Kraftstoffsprühstrahls 15 geneigt sind. In 4 sind die Richtungen der Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 30 durch daran angebrachte Pfeile dargestellt. Die Länge jedes Pfeils gibt den Grad der Neigung der relevanten Öffnungen 30 an, d.h. je länger der Pfeil, desto größer der Neigungswinkel.
Wie in 4 dargestellt, sind die Öffnungen 31 und 32 in der linken Hälfte der Düsenöffnungsfläche 26 vertikal angeordnet, und die Öffnungen 33 und 34 sind in der rechten Hälfte der Düsenöffnungsfläche 26 vertikal angeordnet. Die Öffnungen 35–38 sind in einem unteren Teil der Düsenöffnungsfläche 26 horizontal ausgerichtet. Die Achslinien der Öffnungen 31, 32 und 35 sind bei Ansicht von vorn in relativ großen Winkeln nach links geneigt, während die Achslinien der Öffnungen 33, 34 und 38 in relativ großen Winkeln nach rechts geneigt sind. Außerdem ist die Achslinie der Öffnung 36 bei Ansicht von vorn in einem relativ kleinen Winkel nach links geneigt, während die Achslinie der Öffnung 37 in einem relativ kleinen Winkel nach rechts geneigt ist. Wenn die Achslinien der Öffnungen 30 auf diese Weise angeordnet sind, erstrecken sich die Mittelachsen der aus den einzelnen Öffnungen 30 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in Richtungen, die dadurch bestimmt werden, daß die Winkel der zusätzlichen Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 30 zu den Neigungswinkeln von Radien eines normalen radialen Musters addiert werden.
5 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus dem Injektor 14 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen verteilt werden, wenn sie die Nähe einer Elektrode 17 der Zündkerze 16 unmittelbar vor der Zündung erreichen. In 5 ist die Düsenöffnungsfläche 26 zum besseren Verständnis vergrößert, und eine durch abwechselnde lange und zwei kurze gestrichelte Linien dargestellte Ebene 90 ist eine imaginäre vertikale Ebene, in der die Zündkerze 16 liegt. Die Bezugszeichen 16' und 17' bezeichnen die Lage der Zündkerze 16 bzw. der Elektrode 17 (durch gestrichelte Linien dargestellt) in der imaginären Ebene 90.
Die aus den Düsenöffnungen 30 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen bewegen sind insgesamt in Richtung zu der Zündkerze 16, während sie sich um ihre jeweiligen Mittelachsen 31d–38d herum ausbreiten, die kollektiv auch als Mittelachsen 30d bezeichnet werden. Die Mittelachsen 30d der einzelnen Kraftstoffstrahlen treffen die imaginäre Ebene 90, die die Zündkerze 16 schneidet, an ihren jeweiligen Verteilungsmittelpunkten 31a–38a. Diese Mittelpunkte 31a–38a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 30a bezeichnet werden, liegen nicht auf der Zündkerze 16, sondern befinden sich um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 31a und 32a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf einer Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Analog dazu sind die Mittelpunkte 33a und 34a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der entgegengesetzten Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Die Mittelpunkte 35a–38a der Kraftstoffstrahlenverteilung sind unterhalb der Elektrode 17 horizontal ausgerichtet.
Eine Zone 30b eines fetten Gemisches, dargestellt durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90, ist ein Bereich, in dem ein relativ fettes Gemisch an jedem Zündpunkt verteilt ist. Die um die Mittelpunkte 30a der Kraftstoffstrahlenverteilung gebildete Zone 30b eines fetten Gemisches umgibt die Zündkerze 16, schließt diese aber nicht ein, wie dargestellt. Auf der Außenseite der Zone 30b eines fetten Gemisches ist eine Zone 30c eines zündfähigen Gemisches gebildet, in der ein etwas magereres Gemisch als das Gemisch in der Zone 30b eines fetten Gemisches erzeugt wird. Das Gemisch in der Zone 30c eines zündfähigen Gemisches ist mit einem entsprechenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis leicht zu entzünden. Ein noch magereres Gemisch wird weiter außerhalb der Zone 30c eines zündfähigen Gemisches verteilt. Es sei jedoch angemerkt, daß die Grenzen der einzelnen Zonen nicht so klar sind wie in 5 dargestellt. In Wirklichkeit wird das Gemisch in übereinanderliegenden Schichten gebildet, die um die einzelnen Mittelpunkte 30a der Kraftstoffstrahlenverteilung zentriert sind, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich nach außen ansteigt. Die Grenzen der einzelnen Zonen sind in 5 nur zur Erläuterung dargestellt, und dies gilt auch für die folgenden Erläuterungen.
Da die Verteilung der Kraftstoffdichten am Zündpunkt wie oben beschrieben gesteuert wird, befindet sich die Elektrode 17 der Zündkerze 16 in der Zone 30c eines zündfähigen Gemisches, so daß die Menge der an der Elektrode 17 haftenden Kraftstofftröpfchen kleiner ist als dann, wenn sich die Elektrode 17 in der Zone 30b eines fetten Gemisches befindet. Ferner wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Elektrode 17 herum entsprechend auf ein zündfähiges Niveau reguliert, so daß das Gemisch um die Elektrode 17 herum nicht übermäßig fett werden würde.
Es sei angemerkt, daß solange die Mittelpunkte 30a der Kraftstoffstrahlenverteilung nicht auf der Zündkerze 16 liegen, sondern um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon, die Düsenöffnungen 30 in der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14 anders als bei der ersten Ausführungsform angeordnet sein können. Außerdem müssen die Düsenöffnungen 30 nicht unbedingt streng vertikal oder horizontal angeordnet sein.
Weitere spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen Elemente, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden, und es wird auf eine Beschreibung dieser Elemente verzichtet. Im Kontext der folgenden Erläuterung bezeichnen Zonen eines fetten Gemisches Bereiche, in denen ein relativ fettes Gemisch verteilt ist, und Zonen eines zündfähigen Gemisches bezeichnen Bereiche, in denen ein Gemisch verteilt ist, das etwas magerer ist als das Gemisch in der Zone 30b eines fetten Gemisches, aber mit einem entsprechenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis leicht zu entzünden ist.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
6A ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung der in einer Düsenöffnungsfläche 26 eines Injektors 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Öffnungen 41–46 zeigt, und 6B ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus den einzelnen Öffnungen 41–46 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung in einer imaginären Ebene 90 verteilt sind. Wie leicht festzustellen ist, entsprechen die 6A und 6B den 4 und 5, in denen jeweils die erste Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 6A dargestellt, sind sechs Öffnungen 41–46, die kollektiv auch als Öffnungen 40 bezeichnet werden, in der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14 ausgebildet. Die Öffnungen 41–43 sind in der linken Hälfte der Düsenöffnungsfläche 26 vertikal angeordnet, und die Öffnungen 44–46 sind in der rechten Hälfte der Düsenöffnungsfläche 26 vertikal angeordnet. Die Achslinien der Öffnungen 41–43 sind bei Ansicht von vorn nach links geneigt, während die Achslinien der Öffnungen 44–46 nach rechts geneigt sind, wie durch die Pfeile in 6A dargestellt. Wenn die Achslinien der Öffnungen 40 auf diese Weise angeordnet sind, erstrecken sich die Mittelachsen der aus den einzelnen Öffnungen 40 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in Richtungen, die dadurch bestimmt werden, daß die Winkel der zusätzlichen Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 40 zu den Neigungswinkeln der Radien eines normalen radialen Musters addiert werden.
Die aus den einzelnen Öffnungen 40 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen werden wie in 6B gezeigt verteilt, wenn sie die imaginäre Ebene 90 erreichen, die die Zündkerze 16 schneidet. Wie in 6B dargestellt, liegen die Mittelpunkte 41a–46a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 40a bezeichnet werden, nicht auf der Zündkerze 16, sondern um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 41a–43a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf einer Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet.
Analog dazu sind die Mittelpunkte 44a–46a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der entgegengesetzten Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet.
Infolgedessen werden die durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90 dargestellten Zonen 40b eines fetten Gemisches auf beiden Seiten der Zündkerze 16 gebildet, und eine Zone 40c eines zündfähigen Gemisches umgibt die Zonen 40b eines fetten Gemisches. Wie bei der ersten Ausführungsform wird ein noch magereres Gemisch weiter außerhalb der Zone 40c eines zündfähigen Gemisches verteilt.
Da die Verteilung der Kraftstoffdichten am Zündpunkt wie oben beschrieben gesteuert wird, liegt die Elektrode 17 der Zündkerze 16 in der Zone 40c eines zündfähigen Gemisches, so daß die Menge der an der Elektrode 17 haftenden Kraftstofftröpfchen kleiner ist als dann, wenn sich die Elektrode 17 in einer der Zonen 40b eines fetten Gemisches befindet. Ferner wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Elektrode 17 herum auf ein zündfähiges Niveau entsprechend reguliert, so daß das Gemisch um die Elektrode 17 herum nicht übermäßig fett werden würde.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
7A ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung der in einer Düsenöffnungsfläche 26 eines Injektors 14 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Öffnungen 51–56 zeigt, und 7B ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus den einzelnen Öffnungen 51–56 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung in einer imaginären Ebene 90 verteilt sind. Wie leicht festzustellen ist, entsprechen die 7A und 7B den 4 und 5, in denen jeweils die erste Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 7A dargestellt, sind sechs Öffnungen 51–56, die kollektiv auch als Öffnungen 50 bezeichnet werden, in der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14 ausgebildet. Die Öffnungen 51–56 sind auf einer vertikalen Mittellinie der Düsenöffnungsfläche 26 angeordnet. Die Achslinien der Öffnungen 51, 53 und 55 sind bei Ansicht von vorn nach rechts geneigt, die Achslinien der Öffnungen 52 und 54 sind nach links geneigt, wie durch die Pfeile in 7A dargestellt, und eine Achslinie der Öffnung 56 ist in keine Richtung geneigt. Wenn die Achslinien der Öffnungen 50 auf diese Weise angeordnet sind, erstrecken sich die Mittelachsen der aus den einzelnen Öffnungen 50 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in Richtungen, die dadurch bestimmt werden, daß die Winkel der zusätzlichen Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 50 zu den Neigungswinkeln der Radien eines normalen radialen Musters addiert werden.
Die aus den einzelnen Öffnungen 50 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen werden wie in 7B gezeigt verteilt, wenn sie die imaginäre Ebene 90 erreichen, die die Zündkerze 16 schneidet. Wie in 7B dargestellt, liegen die Mittelpunkte 51a–56a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 50a bezeichnet werden, nicht auf der Zündkerze 16, sondern um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 52a und 54a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf einer Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Analog dazu sind die Mittelpunkte 51a, 53a und 55a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der entgegengesetzten Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Die Mittelpunkte 55a und 56a der Kraftstoffstrahlenverteilung sind im allgemeinen unterhalb der Elektrode 17 nebeneinander angeordnet. Bei dieser Anordnung der Kraftstoffstrahlen dient die Kraftstoffverteilung um den Mittelpunkt 55a herum dazu, die horizontale und vertikale Kraftstoffstrahlenverteilung miteinander zu verbinden.
Infolgedessen sind die durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90 dargestellten Zonen 50b eines fetten Gemisches auf beiden Seiten und unterhalb der Zündkerze 16 ausgebildet, und eine Zone 50c eines zündfähigen Gemisches umgibt die Zonen 50b eines fetten Gemisches. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird ein noch magereres Gemisch weiter außerhalb der Zone 50c eines zündfähigen Gemisches verteilt.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
8A ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung der in einer Düsenöffnungsfläche 26 eines Injektors 14 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Öffnungen 61–65 zeigt, und 8B ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus den einzelnen Öffnungen 61–65 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung in einer imaginären Ebene 90 verteilt sind. Wie leicht festzustellen ist, entsprechen die 8A und 8B den 4 und 5, in denen jeweils die erste Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 8A dargestellt, sind fünf Öffnungen 61–65, die kollektiv auch als Öffnungen 60 bezeichnet werden, in der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14 ausgebildet. Die Öffnungen 61–65 sind auf einer horizontalen Mittellinie der Düsenöffnungsfläche 26 nebeneinander angeordnet. Die Achslinien der Öffnungen 61 und 65 sind bei Ansicht von vorn nach oben geneigt, eine Achslinie der Öffnung 63 ist nach unten geneigt, wie durch die Pfeile in 8A dargestellt, und die Achslinien der Öffnungen 62 und 64 sind in keine Richtung geneigt. Der Neigungswinkel der Öffnungen 61 und 65 ist größer als der Neigungswinkelung der Öffnung 63. Wenn die Achslinien der Öffnungen 60 auf diese Weise angeordnet sind, erstrecken sich die Mittelachsen der aus den einzelnen Öffnungen 60 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in Richtungen, die dadurch bestimmt werden, daß die Winkel der zusätzlichen Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 60 zu den Neigungswinkeln der Radien eines normalen radialen Musters addiert werden.
Die aus den einzelnen Öffnungen 60 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen werden wie in 8B gezeigt verteilt, wenn sie die imaginäre Ebene 90 erreichen, die die Zündkerze 16 schneidet. Wie in 8B dargestellt, liegen die Mittelpunkte 61a–65a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 60a bezeichnet werden, nicht auf der Zündkerze 16, sondern um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 61a und 65a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der linken bzw. rechten Seite der Elektrode 17 angeordnet, und die Mittelpunkte 62a–64a der Kraftstoffstrahlenverteilung sind insgesamt horizontal unterhalb der Elektrode 17 angeordnet.
Infolgedessen ist eine durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90 dargestellte Zone 60b eines fetten Gemisches auf beiden Seiten und unterhalb der Zündkerze 16 verteilt, und eine Zone 60c eines zündfähigen Gemisches umgibt die Zone 60b eines fetten Gemisches. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist ein noch magereres Gemisch weiter außerhalb der Zone 60c eines zündfähigen Gemisches verteilt.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
9A ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung der in einer Düsenöftnungsfläche 26 eines Injektors 14 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Öffnungen 67–69 zeigt, und 9B ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus den einzelnen Öffnungen 67–69 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen unmittelbar vor der Zündung in einer imaginären Ebene 90 verteilt sind. Wie leicht festzustellen ist, entsprechen die 9A und 9B den 4 und 5, in denen jeweils die erste Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 9A dargestellt, sind drei Öffnungen 67–69, die kollektiv auch als Öffnungen 66 bezeichnet werden, in der Düsenöffnungsfläche 26 des Injektors 14 ausgebildet. Die Öffnungen 67 und 68 sind in einer oberen Hälfte der Düsenöffnungsfläche 26 nebeneinander angeordnet, und die Öffnung 69 befindet sich auf einer vertikalen Mittellinie der Düsenöffnungsfläche 26 in ihrer unteren Hälfte. Die Achslinien der Öffnungen 67 und 68 sind bei Ansicht von vorn nach links bzw. rechts geneigt, wie durch die Pfeile in 9A dargestellt. Wenn die Achslinien der Öffnungen 66 auf diese Weise angeordnet sind, erstrecken sich die Mittelachsen der aus den einzelnen Öffnungen 66 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in Richtungen (links und rechts), die dadurch bestimmt werden, daß die Winkel der zusätzlichen Neigung der Achslinien der einzelnen Öffnungen 66 zu den Neigungswinkeln der Radien eines normalen radialen Musters addiert werden.
Die aus den einzelnen Öffnungen 66 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen werden wie in 9B gezeigt verteilt, wenn sie die imaginäre Ebene 90 erreichen, die die Zündkerze 16 schneidet. Wie in 9B dargestellt, liegen die Mittelpunkte 67a–69a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 66a bezeichnet werden, nicht auf der Zündkerze 16, sondern um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 67a und 68a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der linken bzw. rechten Seite der Elektrode 17 angeordnet, und der Mittelpunkt 69a der Kraftstoffstrahlenverteilung befindet sich unterhalb der Elektrode 17.
Infolgedessen sind durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90 dargestellte Zonen 66b eines fetten Gemisches auf beiden Seiten und unterhalb der Zündkerze 16 verteilt, und eine Zone 66c eines zündfähigen Gemisches umgibt die Zonen 66b eines fetten Gemisches. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist ein noch magereres Gemisch weiter außerhalb der Zone 66c eines zündfähigen Gemisches verteilt.
SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Während der Injektor 14 der vorhergehenden Ausführungsformen Kraftstoff aus der einzigen Düsenöffnungsfläche 26 einspritzt, kann der Injektor 14 auch eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzflächen aufweisen. Dies wird mit Hilfe einer Vielzahl von Injektoren 14 oder mit Hilfe eines Mehrdüseninjektors 14a gemäß 10 erreicht.
10 ist eine perspektivische Ansicht des Injektors 14a gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Der Injektor 14a hat zwei Düsen 24, 24a, die in den Brennraum 5 ragen. Düsenöffnungsflächen 26, 26a sind jeweils in einem Mittelteil der äußersten Stirnflächen der Düse 24 bzw. 24a ausgebildet. Düsenöffnungen sind in den Düsenöffnungsflächen 26, 26a ausgebildet. Der Injektor 14a spritzt den durch ein Gelenk 20 von den einzelnen Düsenöffnungsflächen 26, 26a eingeleiteten Kraftstoff ein, wenn ein eingebauter Elektromagnet (nicht dargestellt) betätigt wird.
11 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der Düsenöffnungsflächen 26, 26a des Injektors 14a bei Betrachtung in Richtung des in 10 gezeigten Pfeils B. Die Düsenöffnungsflächen 26, 26a von 11 sind so dargestellt, daß ihre Richtungen nach oben und nach unten mit denen von 1 übereinstimmen.
Fünf Düsenöffnungen 71–75, die kollektiv auch als Öffnungen 70 bezeichnet werden, sind in der Düsenöffnungsfläche 26 ausgebildet. Ebenso sind fünf Düsenöffnungen 81–85, die kollektiv auch als Öffnungen 80 bezeichnet werden, in der Düsenöffnungsfläche 26a ausgebildet. Der Kraftstoff wird aus den einzelnen Öffnungen 70, 80 eingespritzt, um Kraftstoffstrahlen zu erzeugen, die zusammen zwei Kraftstoffsprühstrahlen 15 bilden. Da die äußersten Stirnflächen der einzelnen Düsen 24, 24a des Injektors 14a einschließlich der Düsenöffnungsflächen 26, 26a leicht konvex geformt sind, sind die Mittelachsen der Kraftstoffstrahlen insgesamt radial von den einzelnen Öffnungen 70, 80 gerichtet.
Wie in 11 dargestellt, sind die Öffnungen 71, 72 und 74 auf einer vertikalen Mittellinie der Düsenöffnungsfläche 26 angeordnet. Analog dazu sind die Öffnungen 81, 82 und 84 auf einer vertikalen Mittellinie der Düsenöffnungsfläche 26a angeordnet. Die Öffnungen 73–75 sind in einem unteren Teil der Düsenöffnungs fläche 26 horizontal ausgerichtet. Analog dazu sind die Öffnungen 83–85 in einem unteren Teil der Düsenöffnungsfläche 26a horizontal ausgerichtet.
12 ist eine schematische Darstellung, die zeigt, wie die aus dem Injektor 14a ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen verteilt werden, wenn sie die Nähe der Elektrode 17 der Zündkerze 16 unmittelbar vor der Zündung erreichen. In 12 sind die Düsenöffnungsflächen 26, 26a zum besseren Verständnis vergrößert, und eine durch abwechselnde lange und zwei kurze gestrichelte Linien dargestellte Ebene 90 ist eine imaginäre vertikale Ebene, in der die Zündkerze 16 liegt. Die Bezugszeichen 16' und 17' bezeichnen die Lage der Zündkerze 16 bzw. der Elektrode 17 (durch gestrichelte Linien dargestellt) in der imaginären Ebene 90.
Die aus den Düsenöffnungen 70 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen bewegen sind insgesamt in Richtung zu der Zündkerze 16, während sie sich um ihre jeweiligen Mittelachsen 71d–75d herum ausbreiten, die kollektiv auch als Mittelachsen 70d bezeichnet werden. Ebenso bewegen sich die aus den Düsenöffnungen 80 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen insgesamt in Richtung zu der Zündkerze 16, während sie sich um ihre jeweiligen Mittelachsen 81d–85d herum ausbreiten, die kollektiv auch als Mittelachsen 80d bezeichnet werden. Die Mittelachsen 70d der einzelnen, aus den Düsenöffnungen 70 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen treffen die imaginäre Ebene 90, die die Zündkerze 16 schneidet, an ihren jeweiligen Verteilungsmittelpunkten 71a–75a. Ebenso treffen die Mittelachsen 80d der einzelnen, aus den Düsenöffnungen 80 ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen die imaginäre Ebene 90, die die Zündkerze 16 schneidet, an ihren jeweiligen Verteilungsmittelpunkten 81a–85a. Die Mittelpunkte 71a–75a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 70a bezeichnet werden, und die Mittelpunkte 81a–85a der Kraftstoffstrahlenverteilung, die kollektiv auch als Mittelpunkte 80a bezeichnet werden, liegen nicht auf der Zündkerze 16, sondern befinden sich um die Elektrode 17 herum, in einem leichten Abstand davon. Insbesondere sind die Mittelpunkte 71a, 72a und 74a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf einer Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Analog dazu sind die Mittelpunkte 81a, 82a und 84a der Kraftstoffstrahlenverteilung auf der entgegengesetzten Seite der Elektrode 17 vertikal angeordnet. Die Mittelpunkte 73a–75a und 83a–85a der Kraftstoffstrahlenverteilung sind unterhalb der Elektrode 17 horizontal ausgerichtet.
Infolgedessen ist eine durch die Schraffur in der imaginären Ebene 90 dargestellte Zone 70b eines fetten Gemisches auf beiden Seiten und unterhalb der Zündkerze 16 verteilt, und eine Zone 70c eines zündfähigen Gemisches umgibt die Zone 70b eines fetten Gemisches. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist ein noch magereres Gemisch weiter außerhalb der Zone 70c eines zündfähigen Gemisches verteilt.
Gemäß der oben genannten zweiten bis sechsten Ausführungsform befindet sich die Elektrode 17 der Zündkerze 16 in der Zone eines zündfähigen Gemisches (40c, 50c, 66c, 70c), und daher ist die Menge der an der Elektrode 17 haftenden Kraftstofftröpfchen kleiner als dann, wenn sich die Elektrode 17 in der Zone eines fetten Gemisches (40b, 50b, 60b, 66b, 70b) befindet, wie bei der ersten Ausführungsform. Ferner wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Elektrode 17 herum entsprechend auf ein zündfähiges Niveau reguliert, so daß das die Elektrode 17 umgebende Gemisch nicht übermäßig fett werden würde.
In dem Fall, wo der Kraftstoff aus den Düsenöffnungsflächen 26, 26a der Vielzahl von Düsen 24, 24a gesprüht wird, wie bei der sechsten Ausführungsform, wird die Menge des pro Motortakt aus den einzelnen Düsen 24, 24a eingespritzten Kraftstoffs zwischen diesen aufgeteilt, so daß die aus jeder Düsenöffnungsfläche 26, 26a an jedem Einspritzpunkt eingespritzte Menge an Kraftstoff verringert wird. Diese dient zur weiteren Beschleunigung der Zerstäubung des Kraftstoffs. Wenn der Kraftstoff mit einer bestimmten Zeitverzögerung eingespritzt wird, verteilt sich der aus den einzelnen Düsen 24, 24a eingespritzte Kraftstoff während unterschiedlicher Zeiträume bis zu jedem Zündpunkt, was einen Unterschied in der Kraftstoffdichte am Zündpunkt zwischen den aus den beiden Düsen 24, 24a austretenden Kraftstoffsprühstrahlen 15 ergibt. Wenn der Kraftstoff zum Beispiel mit einer bestimmten Zeitverzögerung nach dem Einspritzen aus den Öffnungen 70 der Düse 24 aus den Öffnungen 80 der Düse 24a eingespritzt wird, werden relativ breit verteilte Massen von Kraftstoffnebel unterschiedlicher Kraftstoffdichte an dem Zündpunkt gebildet, der den aus den Öffnungen 70 austretenden Kraftstoffsprühstrahl 15 enthält, der magerer geworden ist, und den aus den Öffnungen 80 austretenden Kraftstoffsprühstrahl 15, der immer noch fett bleibt. Wenngleich dies in 10 nicht dargestellt ist, so ist doch ein geeignetes Mittel zum Steuern der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte für die Düsen 24, 24a für den Motor der vorliegenden Erfindung vorgesehen.
Diese Art von Mehrdüsensystem macht es möglich, die Kraftstoffverteilung im Brennraum 5, insbesondere um die Zündkerze 16 herum, und ihren Kraftstoffsprühstrahl 15 fein zu regeln, indem die Kraftstoffeinspritzintervalle entsprechend festgelegt werden. Dies erlaubt die Bildung eines Gemisches mit einer für die Motorbetriebsbedingungen optimierten Verteilung der Kraftstoffdichte. Da ferner die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zwischen verschiedenen Gruppen von Öffnungen 70, 80 aufgeteilt wird, gibt es bei den Kraftstoffeinspritzintervallen keine Untergrenze. Im Gegensatz zu einem normalen System mit zeitlich aufgeteilter Kraftstoffeinspritzung, bei dem Kraftstoff mehr als einmal mit einer bestimmten Zeitverzögerung aus derselben Düse eingespritzt wird, wird der Kraftstoff bei dem erfindungsgemäßen Mehrdüsensystem mit einer Zeitverzögerung aus verschiedenen Düsen eingespritzt. Es sei angemerkt, daß ein spezielles Teil zum Steuern der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte für den Motor der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, wenngleich dies in 12 nicht dargestellt ist. Dadurch wird es möglich, die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzpunkten mit einem großen Freiheitsgrad von einem relativ langen Intervall bis null Intervall festzulegen.
Als Alternative zu der obengenannten Struktur der sechsten Ausführungsform können anstelle des Zweidüseninjektors 14a zwei Injektoren 14 bereitgestellt werden, die jeweils eine einzige Düsenöffnungsfläche 26 aufweisen. Als weitere Alternative können ein Mehrdüseninjektor mit drei oder mehr Düsen oder drei oder mehr Injektoren 14 mit jeweils einer einzigen Düsenöffnungsfläche 26 anstelle des Zweidüseninjektors 14a verwendet werden. Außerdem können die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzpunkten nach Bedarf festgelegt werden, ohne die Möglichkeit von null Intervallen auszuschließen.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die obengenannten Anordnungen der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlenverteilung oder der Düsenöffnungsmuster der ersten bis sechsten Ausführungsform begrenzt ist. Verschiedene Alternativen und Variationen der Ausführungsformen sind möglich, solange die Mittelpunkte der Verteilung der aus den einzelnen Düsenöffnungen austretenden Kraftstoffstrahlen nicht auf der Zündkerze liegen, sondern um ihre Elektrode herum. Ferner müssen die Düsenöffnungen nicht unbedingt schräg ausgebildet sein, um die Achslinien der einzelnen Düsenöffnungen auf vorgegebene Neigungswinkel einzustellen. Es ist möglich, den Achslinien der Düsenöffnungen die gewünschten Neigungswinkel zu geben, indem die Düsenöffnungen sorgfältig angeordnet werden und die Richtung der Achslinie jeder Düse entsprechend festgelegt wird, wie zum Beispiel bei der sechsten Ausführungsform.
Nach den obigen Erläuterungen möchten wir die vorliegende Erfindung wie folgt zusammenfassen.
Gemäß der Erfindung umfaßt ein Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung eine Zündkerze, die ungefähr in der Mitte der Decke eines Brennraums vorgesehen ist, und einen Injektor, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Düse aufweist, die sich in einem oberen Umfangsbereich des Brennraums befindet, wobei in der Düse des Injektors eine Vielzahl von Öffnungen ausgebildet sind. Bei diesem Direkteinspritzmotor wird Kraftstoff von der Düse des Injektors direkt in die Nähe einer Elektrode der Zündkerze eingespritzt, und die Richtungen der Achslinien der einzelnen Düsenöffnungen sind so eingestellt, daß die Mittelpunkte der aus den einzelnen Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen nicht auf der Zündkerze liegen, sondern in einem leichten Abstand von der Elektrode um diese herum verteilt sind.
Diese erfindungsgemäße Konstruktion trägt zur Beschleunigung der Verdampfung und Zerstäubung des Kraftstoffs bei, wenn der Kraftstoff durch die Vielzahl von Düsenöffnungen eingespritzt und in Form feiner Partikel verteilt wird. Da die Mittelpunkte der aus den Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen nicht auf der Zündkerze liegen, ist es möglich, die Menge der an der Elektrode und ihrer Umgebung haftenden Kraftstofftröpfchen zu reduzieren. Da ferner die Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen dort, wo die fettesten Massen von Kraftstoffnebel vorhanden sind, in einem leichten Abstand von der Elektrode um diese herum verteilt sind, ist es möglich, die Bildung eines übermäßig fetten Gemisches an der Elektrode zu verhindern und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis um die Elektrode herum auf ein zündfähiges Niveau zu regulieren.
Der so konstruierte Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung dient dazu, eine Erhöhung der Motorleistung, eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verringerung der Emissionsmenge zu erreichen.
Bei einem Merkmal der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der aus den Düsenöffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen in wenigstens einer insgesamt vertikalen Linie auf einer Seite der Zündkerzenelektrode verteilt.
Gemäß diesem Merkmal der Erfindung können vertikal langgestreckte Schichten eines fetten Gemisches neben der Zündkerzenelektrode gebildet werden, so daß sich eine beim Zünden des Gemisches durch die Zündkerzenelektrode erzeugte Flamme rasch seitwärts ausbreitet, was zu einer zufriedenstellenden Verbrennung führt.
Wenigstens ein Teil der Düsenöffnungen kann in wenigstens einer insgesamt vertikalen Linie angeordnet sein. Wenn die Düsenöffnungen auf diese Weise angeordnet sind, ist es möglich, wenigstens einen Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in einer insgesamt vertikalen Linie auf einer Seite der Zündkerzenelektrode anzuordnen, indem die Düsenöffnungen einfach so ausgebildet werden, daß ihre Achslinien vertikal geneigt sind. Dadurch können die Düsenöffnungen leichter so ausgebildet werden, daß eine zufriedenstellende Verbrennung erreicht wird.
Bei einem weiteren Merkmal der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in wenigstens einer insgesamt horizontalen Linie unterhalb der Zündkerzenelektrode verteilt.
Gemäß diesem Merkmal der Erfindung können unterhalb der Zündkerzenelektrode horizontal langgestreckte Schichten eines fetten Gemisches gebildet werden, so daß sich eine beim Zünden des Gemisches durch die Zündkerzenelektrode erzeugte Flamme rasch nach unten ausbreitet, was zu einer zufriedenstellenden Verbrennung führt.
Wenigstens ein Teil der Düsenöffnungen kann in wenigstens einer insgesamt horizontalen Linie angeordnet sein. Wenn die Düsenöffnungen auf diese Weise angeordnet sind, ist es möglich, wenigstens einen Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in einer insgesamt horizontalen Linie unterhalb der Zündkerzenelektrode zu verteilen, indem die Düsenöffnungen einfach so ausgebildet werden, daß ihre Achslinien horizontal geneigt sind. Dadurch können die Düsenöffnungen leichter so ausgebildet werden, daß eine zufriedenstellende Verbrennung erreicht wird.
Bei einem weiteren Merkmal der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in wenigstens einer insgesamt vertikalen Linie auf einer Seite der Elektrode verteilt, und wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen ist in wenigstens einer insgesamt horizontalen Linie unterhalb der Elektrode verteilt.
Gemäß diesem Merkmal der Erfindung ist es möglich, vertikal langgestreckte Schichten eines fetten Gemisches neben der Zündkerzenelektrode und horizontal langgestreckte Schichten eines fetten Gemisches unterhalb der Zündkerzenelektrode zu bilden, so daß sich eine beim Zünden des Gemisches durch die Zündkerzenelektrode erzeugte Flamme rasch seitwärts und nach unten ausbreitet, was zu einer zufriedenstellenden Verbrennung führt.
Die Düsenöffnungen können so ausgebildet sein, daß wenigstens ein Teil der Düsenöffnungen in wenigstens einer insgesamt vertikalen Linie angeordnet ist und wenigstens ein Teil der Düsenöffnungen in wenigstens einer insgesamt horizontalen Linie angeordnet ist. Wenn die Düsenöffnungen auf diese Weise angeordnet sind, ist es möglich, wenigstens einen Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in einer insgesamt vertikalen Linie auf einer Seite der Zündkerzenelektrode und wenigstens einen Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in einer insgesamt horizontalen Linie unterhalb der Zündkerzenelektrode zu verteilen, indem die Düsenöffnungen einfach so ausgebildet werden, daß ihre Achslinien vertikal oder horizontal geneigt sind. Dadurch können die Düsenöffnungen leichter so ausgebildet werden, daß eine zufriedenstellende Verbrennung erreicht wird.
Ein Injektor mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen in der Düse ist für jeden Zylinder des Motors vorgesehen, und die Vielzahl von Düsenöffnungen sind so angeordnet, daß wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in wenigstens einer insgesamt vertikalen Linie auf einer Seite der Elektrode verteilt sind und wenigstens ein Teil der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen in wenigstens einer insgesamt horizontalen Linie unterhalb der Elektrode verteilt sind, wie oben angegeben.
Alternativ ist mehr als ein Injektor mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen in der Düse für jeden Zylinder des Motors vorgesehen, und die Düsenöffnungen jedes Injektors sind so angeordnet, daß dieselbe Verteilung der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen wie oben angegeben geschaffen wird.
Als weitere Alternative hat der Injektor mehr als eine Düse mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen, und die Düsenöffnungen jeder Düse sind so angeordnet, daß dieselbe Verteilung der Mittelpunkte der Kraftstoffstrahlen wie oben angegeben geschaffen wird.
Bei diesen Konstruktionen ist es möglich, die gewünschte Anordnung der Düsenöffnungen mit einem oder mehreren Injektoren pro Zylinder oder mit einem Injektor mit einer oder mehreren Düsen zu produzieren. Diese Flexibilität erhöht den Freiheitsgrad bei der Anordnung der Düsenöffnungen.
Bei noch einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der pro Motortakt einzuspritzende Kraftstoff in Portionen aufgeteilt, die mit einer bestimmten Zeitverzögerung getrennt eingespritzt werden.
Wenn die Gesamtmenge des pro Motortakt eingespritzten Kraftstoffs bei dieser Anordnung aufgeteilt wird, wird die an jedem Einspritzpunkt eingespritzte Menge an Kraftstoff herabgesetzt. Dies dient zur weiteren Beschleunigung der Zerstäubung des Kraftstoffs. Wenn die aufgeteilten Portionen des Kraftstoffs mit einer bestimmten Zeitverzögerung eingespritzt werden, verteilt sich der eingespritzte Kraftstoff in unterschiedlichen Zeiträumen ab der Einspritzung zu jedem Einspritzpunkt. Dadurch wird es möglich, einen Unterschied in der Kraftstoffdichte zwischen unterschiedlichen Massen von Kraftstoffnebel am Einspritzpunkt zu produzieren. Bei diesem Schema der zeitlich aufgeteilten Kraftstoffeinspritzung werden verteilte Massen von Kraftstoffnebel unterschiedlicher Kraftstoffdichte am Zündpunkt gebildet. Dadurch wird es möglich, ein Gemisch mit einer für die Motorbetriebsbedingungen optimierten Verteilung der Kraftstoffdichte zu bilden, indem die Kraftstoffeinspritzintervalle entsprechend festgelegt werden.
Es kann mehr als ein Injektor pro Zylinder vorgesehen sein, oder der Injektor kann mit mehr als einer Düse versehen sein, so daß der Kraftstoff mit einer bestimmten Zeitverzögerung aus einer Düse nach der anderen eingespritzt werden kann.
Im Gegensatz zu einem normalen System mit zeitlich aufgeteilter Kraftstoffeinspritzung, bei dem der Kraftstoff mehr als einmal mit einer bestimmten Zeitverzögerung aus derselben Düse eingespritzt wird, spritzt das obengenannte erfindungsgemäße Mehrdüsensystem den Kraftstoff mit einer Zeitverzögerung aus verschiedenen Düsen ein. Dadurch wird es möglich, die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzpunkten mit einem großen Freiheitsgrad von einem relativ langen Intervall bis null Intervall festzulegen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen vollständig beispielhaft beschrieben wurde, versteht es sich, daß für den Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen offensichtlich sind.

Claims

Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung, der folgendes umfaßt: eine Zündkerze (16), die ungefähr in der Mitte der Decke eines Brennraums (5) vorgesehen ist; und einen Injektor (14), der an seinem stromabwärtigen Ende eine Düse (24) aufweist, die sich in einem oberen Umfangsbereich des Brennraums (5) befindet; bei dem Kraftstoff von der Düse (24) des Injektors (14) direkt in die Nähe einer Elektrode (17) der Zündkerze (16) eingespritzt wird, wobei der Injektor (14) eine Vielzahl von in der Düse (24) ausgebildeten Öffnungen aufweist, und die Richtungen der Achslinien der einzelnen Öffnungen so eingestellt sind, daß die Mittelpunkte der aus den einzelnen Öffnungen ausgestoßenen Kraftstoffstrahlen von der Zündkerze (16) weglaufen und in einem leichten Abstand von der Elektrode (17) um diese herum verteilt sind, bei dem die Vielzahl von Öffnungen mindestens eine erste, zweite und dritte Öffnung umfassen, die längs einer geraden Linie auf der Düse (24) angeordnet sind, wobei die Achslinien der ersten und der zweiten Öffnung (51, 53; 52, 54; 61; 65) zu entgegengesetzten Seiten der Elektrode (17) links und rechts von der Mitte der Elektrode (17) gerichtet sind, während eine Achslinie der dritten Öffnung (56; 63) unterhalb der Elektrode (17) verläuft, und bei dem die Achslinie der dritten Öffnung zu einer Mittelachse der Düse (24) in einem Neigungswinkel geneigt ist, der von mindestens einem der Neigungswinkel, in denen die Achslinien der ersten und der zweiten Öffnung zur Mittelachse der Düse (24) geneigt sind, verschieden ist.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 1, bei dem die erste (61), die zweite (65) und die dritte (63) Öffnung in einer horizontalen Richtung ausgerichtet sind und die Neigungswinkel für die erste und die zweite Öffnung (61, 65) so eingestellt sind, dass sie größer sind als der Neigungswinkel für die dritte Öffnung (63).
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 2, bei dem die Richtung der Neigung der ersten und der zweiten Öffnung (61, 65) entgegengesetzt ist zu der Richtung des Neigungswinkels der dritten Öffnung (63) in Bezug zur horizontalen Richtung.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 1, bei dem die erste, die zweite und die dritte Öffnung in einer vertikalen Linie ausgerichtet sind und mindestens eine der Achslinien (52a, 53a) für die erste und die zweite Öffnung in einer Richtung orthogonal zu einer vertikalen Linie in Bezug zur Achslinie für die dritte Öffnung (56) geneigt ist.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 4, bei dem der Neigungswinkel der Achslinie für die dritte Öffnung (56) 0 Grad in Bezug zu der auf der Düse (24) des Injektors (14) gezogenen orthogonalen Linie beträgt.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 4, bei dem die Achslinien für die erste und die zweite Öffnung (52, 53) in voneinander verschiedene Richtungen geneigt sind und die Achslinie für die dritte Öffnung (50) nicht geneigt ist.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 1, bei dem der pro Motortakt einzuspritzende Kraftstoff in Portionen unterteilt ist, die mit einer bestimmten Zeitverzögerung getrennt eingespritzt werden.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 7, bei dem mehr als ein Injektor für jeden Zylinder des Motors vorgesehen ist und der Kraftstoff mit einer bestimmten Zeitverzögerung von der Düse eines Injektors nach dem anderen eingespritzt wird.
Direkteinspritzmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 7, bei dem der Injektor mehr als eine Düse hat und der Kraftstoff mit einer bestimmten Zeitverzögerung von einer Düse nach der anderen eingespritzt wird.