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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Fluideinspritzdüse und beispielsweise
eine Einspritzdüse
für ein
Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen und Zuführen von
Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs hinein.
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2. Beschreibung der einschlägigen Technik
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Bei
einem derartigen Kraftstoffeinspritzventil nach dem Stand der Technik
wie vorstehend beschrieben, ist eine "Zerstäubung des Kraftstoffs (feine
Kraftstoffpartikel)" die
von einer Einspritzöffnung eingespritzt
werden sollen, eines der wichtigen Elemente angesichts der Verminderung
der Kraftstoffverbrauchsmenge, Verbesserungen der Abgasemissionen
und einer stabilen Betriebscharakteristik der Brennkraftmaschine
und dergleichen. Als ein Verfahren zum Erleichtern der Zerstäubung des
eingespritzten Kraftstoffs kann eine Hilfszerstäubungseinrichtung wie beispielsweise
eine Luftkollision gegen den eingespritzten Kraftstoff und die Erwärmung in
der Umgebung der Einspritzöffnung
oder dergleichen vorgesehen sein obwohl es ein Problem gibt, dass diese
Zerstäubungseinrichtungen
teuer sind.
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Andererseits
werden verschiedene Arten an Verfahren zum Erleichtern der Zerstäubung vorgeschlagen
durch Vorsehen der Blendenplatte, die mit kleinen Öffnungen
ausgebildet ist bei dem Spitzenende des Kraftstoffeinspritzventils.
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Wie
beispielsweise in der Beschreibung des US-Patents Nr. 5383607 offenbart ist, sind
konkave Abschnitte bei dem Nadelspitzenende ausgebildet. Bei einer
derartigen Konfiguration wie vorstehend beschrieben, obwohl die
Hilfserzeugungseinrichtung für feine
Partikel beseitigt werden könnte,
könnten
die Strömung
oder Turbulenzen des Kraftstoffs erzeugt werden entlang den konkaven
Abschnitten bei dem Spitzenende bis der Kraftstoff die kleinen Öffnungen in
einer Richtung entgegengesetzt zu der Einspritzströmungsrichtung
erreicht, was dazu führt,
dass die sanfte Strömung
des Kraftstoffs verhindert werden könnte und die interne Energie
des Kraftstoffs verloren geht und eine ausreichende Zerstäubung nicht erhalten
werden kann.
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Bei
der vorstehenden Beschreibung ist das Nadelspitzenende auch flach
eingerichtet senkrecht zu einer axialen Richtung der Nadel.
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Gemäß der vorstehenden
Struktur da jedoch der Kraftstoff, der axial fließt, während er
sich expandiert zwischen der Nadelspitzenendfläche und der Blendenplatte,
geht seine interne Energie verloren und eine ausreichende Zerstäubung kann
nicht erzielt werden.
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In
Dokument
JP 04 050464 ist
ein Blendeneinlass positioniert, um sich mit einer imaginären Line zu
kreuzen, wie in der Erfindung definiert ist. Daher fließt ein Fluid,
welches durch einen Fluidkanal fließt, welcher definiert ist durch
eine innere Wandfläche
eines Ventilkörpers,
gewöhnlich
direkt in Blenden ohne entlang einer Einlassfläche einer Blendeplatte zu fließen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
Fluideinspritzdüse zum
Zerstäuben
von Kraftstoff mit einer einfachen Struktur angesichts des Phänomens,
das Störungen des
Kraftstoffs, die durch die Kraftstoffströmungskollision unmittelbar
vor der Einspritzung verursacht werden, viel Einfluss auf die Kraftstoffzerstäubung haben.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Kombination der Merkmale von Anspruch 1. Weitere vorteilhafte
Entwicklungen sind beschrieben in den Unteransprüchen.
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Entsprechend
der Erfindung, kreuzt sich eine imaginäre Line, welche im Wesentlichen
entlang einer inneren Wandfläche
in der Fluidströmungsrichtung
in einem Fluidkanal läuft,
mit einer Einlassfläche einer
Blendenplatte an einer Kreuzungsposition, und jeder Blendeneinlass
der Blenden an der Einlassfläche
ist vollkommen radial innerhalb der Kreuzungsposition zwischen der
imaginären
Linie und der Einlassfläche
positioniert. Daher kollidiert das Fluid einmal mit der Einlassfläche der
Blendenplatte, so dass ein Fluidstrom entlang der flachen Einlassfläche der Blendenplatte
erleichtert werden kann. Da die Nadel und die Blendenplatte angeordnet
sind um das Verhältnis
h < 1,5d zu haben,
kann der Fluidstrom entlang der Blendenplatte weiter erleichtert
werden. Entsprechend kann die Zerstäubung des Fluids effektiv erleichtert
werden, während
eine vorbestimmte Fluidmenge eingespritzt werden kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung ihrem bevorzugten Ausführungsbeispiel
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen.
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1 zeigt
eine vergrößerte Schnittansicht eines
Einspritzdüsenteils
eines Kraftstoffeinspritzventils eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
des Kraftstoffeinspritzventils des Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
eine Schnittansicht des Einspritzdüsenteils des Kraftstoffeinspritzventils
des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine Schnittansicht entlang einer Linie IV-IV von 3.
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5 zeigt
eine darstellende Ansicht eines Kraftstoffeinspritzzustands eines
zwei-direktionalen Einspritzsystems.
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6 zeigt
eine Schnittansicht eines Einspritzdüsenabschnitts eines Kraftstoffeinspritzventils eines
unbeanspruchten Beispiels.
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7 zeigt
eine Schnittansicht entlang einer Linie VII-VII von 6.
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8A-8C zeigten
Verläufe
einer Wirkung für
zerstäubten
Kraftstoff mit feinen Partikeln der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
eine Schemaansicht einer Strömung
des Kraftstoffs bei einem ersten Vergleichsbeispiel.
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10 zeigt
eine Schemaansicht einer Strömung
eines Fluids bei einem zweiten Vergleichsbeispiel.
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Und 11 zeigt
eine Schemaansicht einer Strömung
des Fluids sowohl bei dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und dem unbeanspruchten Beispiel.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung nachfolgend beschrieben.
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Ein
Ausführungsbeispiel,
auf das die vorliegende Erfindung angewandt ist, eines Kraftstoffeinspritzventils
einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung eines Benzinmotors ist unter Bezugnahme
auf 1 bis 7 beschrieben.
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Zunächst wird
auf 2 Bezug genommen, in der ein Kraftstoffeinspritzventil
als eine Fluideinspritzdüse
beschrieben wird. Wie in 2 gezeigt ist, sind eine stationärer Kern 21,
ein Regelkolben 91, eine elektromagnetische Spule 32,
eine Spulenform 31 und metallische Platten 93, 94 zum
Bilden einer Magnetbahn einstückig
ausgebildet innerhalb einer Kunstharzgehäuseform 11 für ein Kraftstoffeinspritzventil 10 als
eine Fluideinspritzdüse.
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Der
stationäre
Kern 21 ist aus feromagnetischem Material hergestellt und
dieser Eisenkern ist innerhalb der Gehäuseform 11 angeordnet
auf eine Weise, um aus einem oberen Abschnitt der Spulenform 31 vorzustehen.
An einer Innenwand des stationären
Kerns 21 ist eine Einstellleitung 29 fixiert.
Die elektromagnetische Spule 32 ist auf einen Außenumfang
eines Kunstharzregelkolbens 91 aufgewickelt und dann ist
die Spulenform 31, die aus Kunstharz hergestellt ist, bei
einem Außenumfang
des Regelkolbens 91 geformt und ein Außenumfang der elektromagnetischen
Spule 32 und die elektromagnetische Spule 32 ist
durch die Spulenform 31 umgeben. Die Spulenform 31 hat
einen zylindrischen Zylinderabschnitt 31a zum Vorstehend
der elektromagnetischen Spule 32 und einen vorstehenden
Abschnitt 31b zum Vorstehen eines Zuleitungsdrahts, der
eine elektrische Leitung der elektromagnetischen Spule 32 darstellt
und aufwärts
vorstehend von dem zylindrischen Abschnitt 31a zum Halten
eines Anschlusses 34, der später beschrieben wird. Dann
sind der Regelkolben 91 und die elektromagnetische Spule 32 bei
dem Außenumfang
des stationären
Kerns 21 eingebaut, während
sie einstückig
montiert sind mit der Spulenform 31.
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Jedes
obere Ende der beiden Metallplatten 93 und 94 befindet
sich in Kontakt mit einem Außenumfang
des stationären
Kerns 21 und jedes untere Ende befindet sich in Kontakt
mit einem Außenumfang
einer magnetischen Leitung 23, um eine Magnetbahn zu bilden
zum Fließen
eines magnetischen Flusses, wenn die elektromagnetische Spule 32 elektrisch
erregt wird. Diese Platten 93 und 94 bedecken den
Außenumfang
des zylindrischen Abschnitts 31a auf eine derartige Weise,
dass der zylindrische Abschnitt 31a von beiden Seiten gehalten
wird. Die elektromagnetische Spule 32 ist durch die beiden Metallplatten 93 und 94 geschützt.
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Oberhalb
der Gehäuseform 11 ist
ein Verbinderabschnitt 11a angeordnet, der aus einer Außenwand
der Gehäuseform 11 heraussteht.
Dann ist der Anschluss 34, der mit der elektromagnetischen
Spule 32 elektrisch verbunden ist, in den Verbinderabschnitt 11a und
die Spulenform 31 eingebettet. Außerdem ist der Anschluss 34 mit
einer (nicht gezeigten) elektronischen Steuervorrichtung verbunden über einen
Kabelbaum.
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Ein
Ende einer Kompressionsschraubenfeder 28 liegt an einer
oberen Endfläche
einer Nadel 25 an, die geschweißt und fixiert ist an einem
beweglichen Kern 22, und das andere Ende der Kompressionsschraubenfeder 28 liegt
an einem Bodenabschnitt der Einstellleitung 29 an. Die
Kompressionsschraubenfeder 28 spannt den beweglichen Kern 22 und
die Nadel 25 in einer Abwärtsrichtung in 3 vor,
um ein Sitzen eines Sitzabschnitts der Nadel 25 auf einem
Ventilsitz 263 eines Ventilkörpers 26 zu veranlassen.
Wenn ein Erregungsstrom von dem Anschluss 34 zu der elektromagnetischen
Spule 32 fließt über eine
Zuleitung durch eine (nicht gezeigte) elektronische Steuervorrichtung,
werden die Nadel 25 und der bewegliche Kern 22 zurückgezogen
in Richtung auf den stationären
Kern 21 gegen eine Vorspannkraft der Kompressionsschraubenfeder 28.
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Die
nicht magnetische Leitung 24 ist mit dem unteren Abschnitt
des stationären
Kerns 21 verbunden. Dann ist mit dem unteren Abschnitt
des stationären
Kerns 21 ein Ende 24a auf eine Weise verbunden,
um teilweise von dem unteren Ende des stationären Kerns 21 vorzustehen.
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Außerdem ist
mit dem unteren Ende von dem anderen Ende 24b der nicht
magnetischen Leitung 24 ein durchmesserverminderter Abschnitt 23b der
magnetischen Leitung 23 verbunden, die aus magnetischen
Material hergestellt ist und in einer Stufenleitungsform ausgebildet
ist. Das andere Ende 24b der nicht magnetischen Leitung 24 kann
als ein Führungsabschnitt
für den
beweglichen Kern 22 wirken.
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Dann
ist innerhalb den Innenräumen
der nicht magnetischen Leitung 24 und der magnetischen
Leitung 23 der bewegliche Kern 22 angeordnet,
der aus magnetischem Material hergestellt ist und in einer zylindrischen
Form ausgebildet ist. Ein Außendurchmesser
des beweglichen Kerns 22 ist so eingerichtet, dass er etwas
kleiner ist als ein Innendurchmesser des anderen Endes 24b der
nicht magnetischen Leitung 24, und der bewegliche Kern 22 ist gleitfähig gestützt bei
der nicht magnetischen Leitung 24. Die obere Endfläche des
beweglichen Kerns 22 ist in Gegenüberlage zu der unteren Endfläche des stationären Kerns 21 angeordnet,
um ein vorgegebenes Spiel zu bilden.
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Bei
dem oberen Abschnitt der Nadel 25 ist ein Verbindungsabschnitt 43 ausgebildet.
Dann sind der Verbindungsabschnitt 43 und der bewegliche Kern 22 laserverschweißt und die
Nadel 25 und der bewegliche Kern 22 sind einstückig verbunden.
Bei dem Außenumfang
des Verbindungsabschnitts 43 sind zwei abgeschrägte Abschnitte
zum Bilden von Kraftstoffkanälen
ausgebildet.
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Oberhalb
des stationären
Kerns 31 ist ein Filter 33 angeordnet zum Entfernen
von Fremdstoffen wie beispielsweise Staub aus dem mit Druck beaufschlagten
Kraftstoff, der durch eine Kraftstoffpumpe oder dergleichen zugeführt wird
und in das Kraftstoffeinspritzventil 10 hineinfließt.
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Der
Kraftstoff, der in den stationären
Kern 21 hineinfließt über das
Filter 33, tritt von der Einstellleitung 29 über ein
Spiel bei den beiden abgschrägten Abschnitten
hindurch, das bei dem Verbindungsabschnitt 43 der Nadel 35 ausgebildet
ist, und tritt des Weiteren durch ein Spiel hindurch bei den vier
abgeschrägten
Abschnitten, die zwischen einer zylindrischen Fläche 261 des Ventilkörpers 26 und
einem Gleitabschnitt 41 der Nadel 25 ausgebildet
sind, erreicht einen Ventilabschnitt, der einen Sitz (Anlageabschnitt) 251 bei
dem Spitzenende der Nadel 25 und einen Ventilsitz 263 hat,
und erreicht schließlich eine
zylindrische Fläche 264,
die eine Einspritzöffnung
von dem Ventilabschnitt bilden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 wird eine Struktur eines Abgabeabschnitts 50 des
Kraftstoffeinspritzventils 10 beschrieben. Der Ventilkörper 26 ist in
einen großdurchmessrigen
Abschnitt 23a der magnetischen Leitung 23 eingesetzt über eine
hohle scheibenartige Abstandseinrichtung 27 und daran laserverschweißt. Eine
Dicke der Abstandseinrichtung 27 ist auf eine derartige
Weise eingestellt, dass ein Luftspalt zwischen dem stationären Kern 21 und
dem beweglichen Kern 22, der in 2 gezeigt
ist, mit einem vorgegebenen Wert gehalten wird. 3 zeigt einen
geschlossenen Ventilzustand, wobei eine Innenwand des Ventilkörpers 26 mit
einer zylindrischen Fläche 261 ausgebildet
ist, wobei ein Gleitabschnitt 41 der Nadel 25 gleitet
und mit einem Ventilsitz 263, auf dem der zylindrische
Anlageabschnitt 251 der Nadel 25 aufsitzt. Bei
dem Ventilschließzustand
bilden der Anlageabschnitt 251 und der Ventilsitz 263 einen
Kontaktpunkt und ein Satz derartiger Kontaktpunkte ist ausgebildet
in einer ringförmigen
Form mit einem vorgegebenen Sitzdurchmesser DS. Außerdem ist
eine zylindrische Fläche 264 bei
einem zentralen Bodenabschnitt des Ventilkörpers 26 ausgebildet.
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Die
Nadel 25 ist mit einem Flansch 36 ausgebildet
in Gegenüberlage
zu einer unteren Endfläche der
Abstandseinrichtung 27, die in der Innenwand des großdurchmessrigen
Abschnitts 23a der magnetischen Leitung 23 untergebracht
ist, um ein vorgegebenes Spiel zu bilden. Dieser Flansch 36 ist
bei einer Seite des Anlageabschnitts 251 ausgebildet, der
bei dem Spitzenende der Nadel 25 in der gesamten Länge der
Nadel 25 ausgebildet ist, und des Weiteren ist ein unterer
Abschnitt des Flansches 36 ausgebildet mit einem Gleitabschnitt 41,
der an der zylindrischen Fläche 261 gleiten
kann, die bei dem Ventilkörper 26 ausgebildet
ist. Eine Abstandskammer 84 ist ausgebildet bei einer Seite
des Spitzenendes einer flachen Fläche 82 als eine Spitzendfläche der
Nadel 25.
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Die
Abstandskammer 84 ist definiert durch Formen und Positionieren
der Nadel 25, des Ventilkörpers 26 und der Blendenplatte 52 und
eine Kombination dieser Elemente, wie in 1, 3 und 4 gezeigt
ist.
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Jedes
dieser Merkmale wird nacheinander folgendermaßen beschrieben.
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(1) Nadel 25
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat das Spitzenende der Nadel 25 eine
feste zylindrische Fläche 61,
eine ringförmig
gekrümmte
Fläche 81 und
eine flache Fläche 82.
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Die
ringförmig
gekrümmte
Fläche 81 verbindet
die flache Fläche 82 bei
dem Spitzenende der Nadel 25 mit der festen zylindrischen
Fläche 61 und kann
an einer konischen Neigungsfläche 262 des Ventilkörpers 26 anliegen
bei einem Abschnitt, der in einer Ringform mit einem bogenförmigen Querschnitt ausgebildet
ist. Der in 1 gezeigte Zustand deutet einen
Ventiloffenzustand an, wobei die flache Fläche 82 parallel ausgebildet
ist, um gegenüber
zu liegen zu einer Einlassfläche 52a der
Blendenplatte 52. Wenn das Nadelventil offen ist, ist außerdem ein
axialer Abstand h der Nadel zwischen der flachen Fläche 82 der
Nadel 25 und der Einlassfläche 52a der Blendenplatte 52 kleiner
als 1,5 mal der Durchmesser d von jeder Blende 54, 55, 56 und 57 eingerichtet, die
später
beschrieben werden. Wenn auf diese Weise die Nadel 25 von
der konisch geneigten Fläche 262 des
Ventilkörpers 26 wegbewegt
wird, fließt Kraftstoff
in einem Spalt zwischen der kreisförmig gekrümmten Fläche 81 und der konisch
geneigten Fläche 262 in
Richtung auf die Blendenplatte 52 und kollidiert mit der
Einlassfläche 52a der
Blendenplatte. Dann wird der Kraftstoff in einer Richtung in Richtung auf
die Abstandskammer abgelenkt, die geteilt ist durch die konische
Fläche 262 bei
der Einlassseite der Blendenplatte 52, die flache Fläche 82 und
die Einlassfläche
der Blendenplatte 52, und fließt entlang einer Einlassanschlussfläche der
Blendenplatte 52. Das heißt, dass der Kraftstoff direkt
zu der Blende fließt,
des Weiteren durch die Blenden hindurchtritt und in einer U-Form
bei einer Mitte der Blendenplatte zurückkehrt mit einer entgegengesetzten
Strömung, so
dass der Kraftstoff zu der Blende hin gerichtet ist. Dadurch kollidiert
der Kraftstoff unmittelbar oberhalb der Blende miteinander, um einen
instabilen Strömungszustand
zu erzeugen und die Zerstäubung
des Kraftstoffs wird erleichtert.
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Das
heißt,
da der vorstehend erwähnte
Abstand h und 1,5 mal des vorstehend erwähnten Durchmessers d eingerichtet
sind, um eine Beziehung zu haben von h < 1,5 d, ist es möglich, dass Kraftstoff in einem
engen Spalt fließt
zwischen der flachen Fläche 82 und
der Einlassfläche
der Blendenplatte 52 und somit eine Kollision der Strömungen miteinander
induziert in einer Richtung senkrecht zu der Blende. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Kollisionsenergie des Kraftstoffs miteinander zu erhöhen und
die Zerstäubung
des Kraftstoffs zu erleichtern.
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(2) Ventilkörper 26
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Der
Ventilkörper 26 hat
eine zylindrische Fläche 261,
eine konisch abgeschrägte
Fläche 262 als ein geneigte
Fläche
der Innenwandfläche,
dessen Durchmesser sich vermindert in Richtung auf die Strömungsrichtung
des Fluids, und eine zylindrische Fläche 264, die eine
zylindrische Öffnung
bildet, wobei Grenzlinien jeder dieser Flächen 261, 262 und 264 kreisförmig sind.
Ein Ventilsitz 262, der bei der konisch abgeschrägten Fläche 262 ausgebildet
ist, befindet sich bei einer Position, bei der der Anlageabschnitt 251 der
Nadel 25 anliegen kann. Ein Abstand H zwischen dem Ventilsitz 263 und
der Blendenplatte 52 ist eingerichtet, um eine Beziehung
zu haben von H < 3
d bezüglich
dem Durchmesser d der Blende, wie später beschrieben wird. Das heißt, dass
der Ventilsitz, der als der Einlass für den Kraftstoff zu der Abstandskammer
wirkt, bei einer Stelle nahe der Blendenplatte angeordnet ist.
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Wenn
auf diese Weise die Nadel 25 und der Ventilkörper 26 voneinander
beabstandet sind, ist es möglich
für den
Kraftstoff, zwischen dem Anlageabschnitt 251 und dem Ventilsitz 262 in
der Abstandskammer entlang der konisch abgeschrägten Fläche 262 zu fließen, um
entlang der Einlassfläche
der Blendenplatte zu fließen.
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Die
zylindrische Fläche 264 ist
ausgebildet zwischen der Nadel 25 und der Blendenplatte 52 bei der
Einlassseite der Blendenplatte 52 in einem derartigen Bereich,
um keinen Einfluss auf die Hauptströmung zu haben.
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(3) Blendenplatte 52
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Die
Blendenplatte 52, die als eine Blendenplatte zum Steuern
einer Strömungsrichtung
der Zerstäubung
dient, ist aus Edelstahl hergestellt und mit einem Spitzenende des
Ventilkörpers 26 verbunden, wie
in 3 und 4 gezeigt ist, durch Schweißen wie
beispielsweise Schweißen
bei einem gesamten Umfang. Diese Blendenplatte 52 hat Blenden 54, 55, 56 und 57 mit
jeweils gleichem Durchmesser d in einer Richtung der Plattendicke.
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(i) Neigungswinkel der
Blende
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Wie
in 4 gezeigt ist, gibt es vier Blenden 54, 55, 56 und 57 und
jede dieser Blenden 54, 55, 56 und 57 ist
in einer geraden zylindrischen Form ausgebildet und eine Zentralachse
des Zylinders und der Blendenseitenwände 54a, 55a, 56a und 57a sind
nur geneigt um den Neigungswinkel α1, α2 in einer Richtung mehr fern
von der Mitte als der Plattendickenrichtung, wie in 4 gezeigt
ist. Kraftstoff, der durch die Blenden 54, 55, 56 und 57 hindurchtritt,
wird genau eingespritzt, entlang den Neigungswinkeln α1, α2. Hier ist α1 dabei definiert
als ein Neigungswinkel in der Ansicht von den Blenden 55, 56 in
Richtung auf die Blenden 54, 57 und α2 ist definiert
als ein Neigungswinkel in der Ansicht von den Blenden 54, 55 in Richtung
auf die Blenden 57, 56 jeweils.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
offenbart eine doppelt gerichtete Zerstäubung. Wie beispielsweise in 4 und 5 dargestellt
ist und später
beschrieben wird, wird eine Kraftstoffströmung F1 eingspritzt von den
Blenden 54 und 55 in Richtung auf den abgeflachten
Abschnitt eines Einlassventils 102 und eine Kraftstoffströmung F2
wird eingespritzt von den Blenden 57 und 56 in
Richtung auf den abgeflachten Abschnitt des anderen Einlassventils 101. Die
Neigungswinkel α1, α2 der Blenden 54, 55, 56 und 57 liegen
vorzugsweise in einem Bereich von 10 ≤ α1, α2 ≤ 40 (Grad) und die Werte von α1, α2 sind geeignet
eingerichtet in Übereinstimmung
mit der Spezifikation des Motors.
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(ii) Position der Blende
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist jede der Blenden 54, 55, 56 und 57 derart
eingerichtet, dass ein Abstand von jeder der Blenden bei der Einlassfläche der Blendenplatte 52 eingerichtet
ist auf einen Durchmesser DH und alle Öffnungsflächen 54b, 55b, 56b und 57b für die Abstandskammer
innerhalb eines imaginären
Umfangs positioniert sind (mit einem Durchmesser D2), der gebildet
wird durch eine Schnittlinie zwischen einer erweiterten Ebene der
konisch abgeschrägten
Fläche 262 des
Ventilkörpers und
eine Einlassfläche
der Blendenplatte 52. Das heißt, dass es eine Beziehung
gibt von D1 < D2
zwischen den Durchmessern D1 und D2 der Umfänge der vier Blenden. Außerdem sind
der Durchmesser DS des Nadelsitzes und der Zwischenblendenabstand
DH eingerichtet mit einer Beziehung von 2 < DS/DH < 4
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Demgemäß dabei,
dass die Nadel 25 und der Ventilkörper 26 voneinander
beabstandet sind, fließt
Kraftstoff, der zwischen dem Anlageabschnitt 251 und dem
Ventilsitz 263 in die Abstandskammer fließt, entlang
der konisch abgeschrägten
Fläche 262,
danach wird seine Flussrichtung geändert durch die Einlassfläche 52a des
imaginären
Umfangs der Blendenplatte 52 und dann fließt der Kraftstoff
um eine vorgegebene Strecke zwischen dem Einlassanschluss 52a der
Blendenplatte 52 und der flachen Fläche 82.
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Demgemäß kann die
Hauptströmung
des Kraftstoffs wirksam zerstäubt
werden ohne direkt in die Blenden 54, 55, 56 und 57 zu
fließen.
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Außerdem angesichts
der vorstehend erwähnten
Beziehung kann eine Intensität
der Kraftstoffströmung
ausgeglichen werden bezüglich
seiner Strömungsrichtung
für jede
der Blenden 54, 55, 56 und 57 jeweils.
Als Grund für
diese Wirkung haben die vorliegenden Erfinder bestätigt, durch
einen Versuch der Visualisierung, der beschrieben ist durch das
erste Vergleichsbeispiel unter Bezugnahme auf 9.
Bei diesem ersten Vergleichsbeispiel ist der Wert DS/DH eingerichtet,
um in einem Bereich zu liegen, der größer ist als ein Wert 4 oder
niedriger als ein numerischer Grenzbereich der vorliegenden Erfindung.
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In 9 ist
eine Kraftstoffströmung
dargestellt vor dem Durchtreten durch die Blende hindurch des ersten
Vergleichsbeispiels, bei dem vier Blenden angeordnet sind bezüglich der
Mitte der scheibenartigen Blendenplatte 52 mit einer Beziehung
von DS/DH = 4,4 des Zwischenblendenabstandes DH = ∅0,7
und einem Sitzdurchmesser der Nadel ist definiert als DS = ∅3,1.
Ein Teil der Strömung,
der von dem Außenumfang
der Blendenplatte geleitet wird, wird gebogen bei seiner Mitte und
ein anderer Abschnitt fließt
direkt zu der Blende. Dabei ist der Blendenabstand DH klein bezüglich dem
Nadelsitzdurchmesser DS, das heißt vier Blenden sind konzentrisch nur
bei dem Mittenabschnitt der Nadel ausgebildet, so dass die in Richtung
auf die Blende geleitete Strömung
nach dem Biegen bei der Mitte der Platte schwächer ist als die, die von dem
Außenumfang
der Blendenplatte zu der Blende gerichtet ist und deshalb kann eine
gleichförmige
Kollision nicht erhalten werden.
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Im
Gegensatz hierzu wenn vier Blenden angeordnet sind, um eine Beziehung
von 2 < DS/DH < 4 zu haben wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel, sind
die vier Blenden ausgebildet bei verteilten Stellen beabstandet
von der Mitte der Nadel, so dass ein Intensitätsunterschied zwischen der
Strömung,
die zu den Blenden hin gerichtet ist nach dem Gebogenwerden bei
der Mitte, und der Strömung,
die von dem Außenumfang
der Blendenplatte zu den Blenden direkt gerichtet ist, vermindert
werden kann und eine gleichförmige
Kollision erhalten werden kann.
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(iii) Anordnung der Blenden
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Außerdem ist
jede der vier Blenden 54, 55, 56 und 57 bei
jedem der Ecken eines Quadrats angeordnet. Auf diese Weise ist es
möglich
für den
Kraftstoff, auf sanfte Weise von der Abstandskammer durch die Blende
hindurch zu treten und von dieser eingespritzt zu werden. Da die
Erfinder den Grund bestätigt
haben dafür
durch ein Visualisierungsversuch, der unter Bezugnahme auf 10 und 4 beschrieben
ist.
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In 10 ist
eine Strömung
des Kraftstoffs dargestellt vor dem Hindurchtreten durch die Blenden
des zweiten Vergleichsbeispiels (bei diesem zweiten Vergleichsbeispiel
ist es bei einem größeren Bereich
als dem des numerischen Begrenzungsbereichs der vorliegenden Erfindung
von 0,9 < d/a < 1,1 eingerichtet),
bei dem vier Blenden angeordnet sind bei den Ecken eines Rechtecks,
dessen Mitte bei einer Mitte der scheibenartigen Blendenplatte plaziert ist,
wobei dessen eine Seitenlänge "a" 1 beträgt und eine Länge "b" der benachbarten Seite = 2,22 beträgt (ein
Verhältnis
zwischen einer Längsseite
und einer Querseite beträgt
2,22). 10 zeigt eines der vier Segmente,
in das die Blendenplatte gleichmäßig aufgeteilt
ist in die vier Segmente. Eine Strömung, die von dem Außenumfang
der Blendenplatte in Richtung auf ihre Mitte gerichtet ist, wird
teilweise u-förmig
zurückgeleitet
durch eine Gegenströmung
bei ihrer Mitte und in Richtung auf die Blende und des Weiteren
teilweise direkt zu der Blende geleitet. Auf diese Weise hat die
Kraftstoffströmung,
die von dem Außenumfang
der Blendenplatte in Richtung auf die Blenden gerichtet ist, wie
in 10 gezeigt ist, einen Abstand, der sich von dem
der benachbarten Blende unterscheidet. Demgemäß kann ein Betrag der Strömungslinie,
die auf jede der Blenden gerichtet ist, eine außermittige Strömung erzeugen
bezüglich
einer Strömungsrichtung,
wodurch eine gleichförmige Strömung verlorengeht
und eine Wirbelströmung
entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugt wird auf Grund der unausgeglichenen
Kraftstoffströmung.
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Im
Gegensatz wenn die vier Ecken eines Quadrats mit b/a = 1 (ein vertikales
und ein Querverhältnis
von 1,00) vier Blenden haben, die wie bei dem Ausführungsbeispiel
angeordnet sind, wie in 4 gezeigt ist, ist es möglich das
Auftreten einer überschüssigen Turbulenz
des Kraftstoffs zu vermindern, der in die Blenden hineinfließt und somit
ist es möglich,
den Kraftstoff gegeneinanderschlagen zu lassen unmittelbar oberhalb
den Blenden.
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Das
heißt,
dass bei dem Ausführungsbeispiel
die Blenden bei den Ecken eines Quadrats plaziert sind und angeordnet
sind, um eine Beziehung von 2 < ds/dh < 4 zu haben.
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In 11 ist
ein Zustand einer Kraftstoffströmung
dabei gezeigt. Die Kraftstoffströmung,
die in die Blenden hinein fließt,
fließt
in Richtung auf die Mitte der Blenden ohne Erzeugen von Wirbelströmen um die
Blenden herum. Außerdem
ist es möglich, eine
Differenz zwischen einer Intensität der Kraftstoffströmung in
die Blenden hinein nach der U-Umkehr ohne entgegengesetzte Strömungen bei
der Mitte der Blendenplatte und einer Intensität der Strömung, die von dem Außenumfang
der Blendenplatte direkt zu den Blenden strömt (Isotropischströmung) zu
vermindern und diese miteinander gleichmäßig kollidieren zu lassen bei
der Mitte des Einlasses der Blende. Auf diese Weise kann eine wirksamere
Anwendung der internen Energie des Kraftstoffs erhalten werden in
einer Gestalt der Störung
des Kraftstoffs, die verursacht wird durch die Kollision der Strömungen miteinander
und deshalb kann eine sehr rationelle Zerstäubung verwirklicht werden.
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Da
außerdem
eine gleichförmige
Kollision des Kraftstoffs erhalten werden kann bei der Mitte der Einlässe der
Blenden, kann eine Zerstäubung
mit einer sehr guten Richtungseigenschaft erhalten werden entlang
einer Abschrägung
des gesamten Umfangs der Seitenwand der Blende.
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8 zeigt einen Verlauf, in dem jeder der Werte
von DS/DH, 1,5d – h
und 3d – H
angedeutet ist bei einer Abszissenachse und ein Zerstäubungsgrad angedeutet
ist bei einer Koordinatenachse jeweils.
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Ein
Zerstäubungsgrad
wird ausgedrückt durch
SMD (Sautermitteldurchmesser, das heißt Sautermittelpartikeldurchmesser).
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Jeder
der Werte von SMD innerhalb einem Bereich von 2 bis 4 von DS/DH
in 8a, ein Bereich von mehr als 0 eines Werts von
1,5d – h
(Millimeter) in 8b und ein Bereich von mehr
als 0 von 3d – H (mm)
in 8c beträgt
100 μ oder
weniger. Wie daraus ersichtlich ist, kann eine gute Zerstäubung verwirklicht
werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung auf das zwei-direktionale Einspritzsystem
angewandt, wie in 5 gezeigt ist. Ein derartiges
zweidirektionales Einspritzsystem wird kurz unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Wie in 5 gezeigt ist, sind Ventile 101, 102,
die geöffnet und
geschlossen werden, bei einem Einlassanschluss 162 fixiert
und ein Einlassanschluss 163 mündet in eine Brennkammer eines
Motors 160 hinein. Zwischen dem Einlassanschluss 162 und
dem Einlassanschluss 163 ist ein Wandelement 164 zum Teilen
beider Anschlüsse
ausgebildet.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 10 ist mit einer derartigen Ausrichtung
fixiert wie eine, in der der Kraftstoff in Richtung auf den abgeflachten
Abschnitt der Einlassventile 101 und 102 eingespritzt
wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel,
wenn die Nadel 25 und der Ventilkörper 26 voneinander
beabstandet sind, wird ein Teil des Kraftstoffs, der von dem gesamten
Umfang in Richtung auf die Mitte der Blendenplatte fließt, in seiner
Richtung verändert
zwischen der Mitte 82a der Nadel und der Einlassfläche 52a der
Blendenplatte. Dann fließt
der Kraftstoff in Richtung auf die Blende und kollidiert mit dem
Kraftstoff, der von dem Außenumfang
der Blendenplatte bei der Mitte des Blendeneinlasses fließt. Da es
außerdem
möglich
ist, für
den Kraftstoff unmittelbar oberhalb der Blende zu kollidieren ohne
Wirbelströmungen
zu erzeugen, kann die interne Energie des Kraftstoffs wirksam herausgenommen
werden als eine Störung,
die durch die Kollision verursacht wird und eine wirksame Zerstäubung kann
verwirklicht werden.
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Da
außerdem
eine Intensität
des Kraftstoffs, der in die Blende hineinfließt nach der U-Umkehr bei der
Mitte der Blendenplatte, in etwa dieselbe ist wie die eines Kraftstoffs,
der von dem Außenumfang
der Blendenplatte zu der Blende fließt, kann eine gleichförmige Kollision
erhalten werden ohne Erzeugen von Wirbelströmen bei dem Umfang der Blende
und eine wirksamere Zerstäubung
kann verwirklicht werden. Gleichzeitig kollidiert der Kraftstoff
miteinander bei der Mitte der Blenden und eine gleichförmige Kollision
des Kraftstoffs kann erhalten werden, so dass die Richtungseigenschaften
des zerstäubten
Kraftstoffs gesteuert werden durch die Seitenwände 541, 55a, 56a und 57a der
Blende.
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Ein
unbeanspruchtes Beispiel wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
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Bei
dem in 6 gezeigten unbeanspruchten Beispiel sind eine
feste zylindrische Fläche 61, eine
konisch abgeschrägte
Fläche 62 und
eine ringförmig
gekrümmte
Fläche 81 bei
dem Spitzenende der Nadel ausgebildet und das Spitzenende ist ausgebildet
mit einer sanften konischen Fläche 83 als Spitzenendfläche, dessen
Durchmesser sich vermindert in Richtung auf die Mitte der Nadel.
Dann bildet eine Schnittlinie zwischen dem zylindrischen Abschnitt 61 und
der konisch abgeschrägten
Fläche 62 der
Nadel 25 einen Anlageabschnitt 251 und ein Abstand
H zwischen einem Ventilsitz 263 des Ventilkörpers 26 und
der Einlassfläche 52a der
Blendenplatte beträgt
H = 0,4 mm. Ein Konuswinkel γ einer
Konusfläche
ist bei γ =
5° eingerichtet,
ein Abstand "t" zwischen der Mitte 82a des
Spitzenendes der Nadels und seiner gegenüberliegenden Einlassfläche 52a der
Blendenplatte ist eingerichtet bei t = 0,1 mm; ein Hubbetrag "p" der Nadel 25 ist eingerichtet
bei p = 0.06 mm; ein Durchmesser "d" jeder
der Blenden 54, 55, 56 und 57 ist
eingerichtet bei d = 0,25 mm; ein Zwischenblendenabstand DH ist
eingerichtet bei DH = 1,05 mm; Neigungswinkel α1, α2 der Blenden sind eingerichtet
bei α1 =
15° und α2 ist 5°; ein Sitzdurchmesser
DS ist gleich einem Nadeldurchmesser, das heißt DS = 3,1 mm; und ein Schrägflächenwinkel β des Ventilkörpers 26 ist
jeweils bei β ist
gleich 50° eingerichtet.
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Demgemäß ist ein
Vertikallinienabstand zwischen der Mitte 52a des Spitzenendes
der Nadel und ihrer gegenüberliegenden
Blendenplatteneinlassfläche 52a bei
offenem Ventil, das heißt
t + p = 0,16 mm eingerichtet. Dann ist das Spitzenende des Nadelendes
mit einer sanften konischen Fläche
auf eine derartige Weise ausgebildet, dass ihr Außenumfang
einen mehr vergrößerten axialen
Nadelabstand h (ein vertikaler Linienabstand) bis zu der Blendenplatte hat.
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Dann
ist die konische Fläche
mit ihrer Mitte der Spitzenendmitte 82a bei der Spitzenendfläche der
Nadel so eingerichtet, dass ein Beziehung h < 1,5 d (= 0,375 mm) erfüllt ist
zwischen einem Vertikallinienabstand h bis zu der Blendenplatteneinlassfläche, wenn
das Nadelventil offen ist und der Blendendurchmesser d über seinem
gesamten Bereich liegt, und ein Abstand H = 0,4 mm ist dreimal kleiner
als der Blendendurchmesser d = 0,25 mm und eine Beziehung H < 3d. Außerdem ist
der Wert DS/DH (= 3,1/1,5 = 2,95) zwischen 2 und 4 eingerichtet.
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Demgemäß ist es
auch bei dem unbeanspruchten Beispiel möglich für den Kraftstoff, in dem engen
Spalt zwischen der konischen Fläche 83 und der
Einlassfläche 52a der
Blendenplatte 52 auf dieselbe Weise zu fließen wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
wodurch ermöglicht
wird, dass eine Kollision des Kraftstoffs miteinander induziert
wird in einer Richtung senkrecht zu der Blende. Außerdem ist
es auch möglich
für einen
Einfließwinkel
des Kraftstoffs, der von zwischen dem Anlageabschnitt 251 und
dem Ventilsitz 263 entlang der konisch abgeschrägten Fläche 262 fließt in die
Abstandskammer 84, um näher
der Einlassfläche
der Blendenplatte zu sein. Des Weiteren sind die Blenden 54, 55, 56 und 57 bei
Positionen angeordnet, bei denen die Hauptkraftstoffströmung nicht
direkt in die Blenden hineinfließt, so dass der Kraftstoff
wirksam in feine Partikel geändert
werden kann.
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Bei
dem unbeanspruchten Beispiel haben die Blenden 54, 55, 56 und 57 auch
die Winkel α1, α2, die ähnlich sind
jenen des Ausführungsbeispiels und
ihre Positionen befinden sich auch bei den selben Positionen wie
jene des Ausführungsbeispiels, so
dass keine turbulente Strömung
erzeugt wird in der Umgebung der Blende und der Kraftstoff gleichförmig miteinander
kolidieren kann bei der Mitte des Blendeneinlasses, was dazu führt, dass
der gut zerstäubte
Kraftstoff mit einer guten feinen Partikelbildung und Richtungseigenschaften
erhalten werden kann (da dessen detaillierte Beschreibung dieselbe wie
bei dem Ausführungsbeispiel
ist, wird seine Beschreibung hier weggelassen).
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Bei
dem unbeanspruchten Beispiel ist eingerichtet, dass DS/DH = 2,95
und 3d – H
= 0,3mm > 0 in 7 und
1,5 d – H > 0 (mm) gilt, so dass
der Kraftstofffluss geeignet eingerichtet werden kann auf 90 μm.
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Außerdem sind
die Einspritzströmungen,
die durch die Blenden 54, 55 und 56, 57 hindurchtreten derart
eingerichtet, dass ihre Abstände
vergrößert werden
können
durch die vorstehend erwähnten
Neigungswinkel α1, α2 in 7 bezüglich einer
Ausflussrichtung der Einspritzströmungen. Auf diese Weise wird
zerstäubter
Kraftstoff, der durch die Blenden 54, 55 hindurchtritt,
eingespritzt, während
eine gute feine Strömung
aufrecht erhalten bleibt ohne Beschädigen der feinen Partikel durch
Stören
der zerstäubten
Partikel, um sich miteinander zu verbinden. Zerstäubter Kraftstoff,
der durch die Blenden 56, 57 hindurch eingespritzt
wird, ist auch derselbe.
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Da
außerdem
bei dem unbeanspruchten Beispiel die Spitzenendfläche der
Nadel mit einer sanften konischen Fläche 83 ausgebildet
ist, ist es einfach, das Spitzenende herzustellen, wodurch es in der
Herstellung vorteilhaft ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl der Blenden, die in der
Blendenplatte ausgebildet sind zum Steuern einer Richtung der Zerstäubung, nicht
auf irgendeine Anzahl beschränkt,
sondern kann eine Vielzahl an Zahlen sein und eine Neigungsrichtung
jeder der Öffnungen
ist nicht auf einen speziellen Winkel beschränkt. Obwohl eine Richtung des
Kraftstoffs gesteuert wird durch die Blendenplatte, ist außerdem eine
Einrichtung zum Steuern der Richtung des Kraftstoffs nicht auf das
plattenartige Element beschränkt,
wenn das Element einen flachen Flächenabschnitt hat, der den
Kraftstoff zu der Blende führt
nach dem die Hauptströmung
des Kraftstoffs miteinander kollidiert. Des Weiteren kann ein hülsenartiges
Element, das teilweise den Blattabschnitt hat, angewandt werden
und auch eine andere Richtungssteuerplatte kann angewandt werden.
Außerdem
ist bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
die zweidirektionale Einspritzung beschrieben, die vorliegende Erfindung
kann jedoch auch auf ein unidirektionales Einspritzsystem angewandt
werden.
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Dabei
gibt es eine Beziehung von α1
= α2 zwischen
den Blendenneigungswinkeln α1
und α2 und
eine gleichförmige
Kraftstoffströmung
wird durch vier Blenden oder eine Vielzahl von Blenden im Gegensatz
zu vier eingespritzt.
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Außerdem ist
bei dem Ausführungsbeispiel das
Spitzenende der Nadel gesamt ausgebildet außer der ringförmig gekrümmten Fläche, der
Bereich der Spitzenendfläche
ist jedoch nicht darauf beschränkt,
wenn jedoch das Spitzenende der Nadel bei einer Position in Gegenüberlage
zu der Blende angeordnet ist, kann sie bei einem Teil des Spitzenendes
ausgebildet sein.
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Außerdem ist
es zu bevorzugen, dass der Durchmesser "d" der
Blende = 0,25 mm oder mehr beträgt
als der, wie es bei dem unbeanspruchten Beispiel offenbart ist.
Wenn beispielsweise die Anzahl der Blenden zu groß ist und
der Durchmesser d zu klein ist, wird es schwierig, einen Spalt zwischen
der Nadel und der Blendenplatte einzuhalten und eine gewünschte Zerstäubung mit
feinen Partikeln kann nicht einfach erhalten werden.
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Gemäß der Fluideinspritzdüse der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
eine Vielzahl an zerstäubten
Strömungen
mit guten genauen Richtungseigenschaften zu erhalten und in feine
Partikel zu ändern
durch die Strömungsrichtungssteuerplatte
mit einer einfachen Konfiguration. Auf diese Weise ist es möglich, ein
Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, das eine gute Kraftstoffzerstäubung hat,
wobei der Kraftstoff in Richtung auf den abgeflachten Abschnitt
des Einlassventils geleitet werden kann und einfach mit Luft gemischt
wird, wodurch Abgasemissionen verbessert werden und des Weiteren
eine Kraftstoffverbrauchtsmenge vermindert wird.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vollständig
beschrieben ist im Zusammenhang mit ihrem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen, soll beachtet werden, dass verschiedene Änderungen
und Abwandlungen für den
Fachmann ersichtlich sind. Derartige Änderungen und Abwandlungen
sind als in dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu verstehen wie
sie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.