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    Ein Kraftstoffeinspritzventil (10) mit einem hohen Freiheitsgrad zur Optimierung der Richtung des Kraftstoffnebels, der Form des Sprühnebels, der Eindringtiefe, des Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebels und dergleichen in Übereinstimmung mit jedem Typ von Brennkraftmaschinen. Von einem Verwirbeler (23) wird auf den von der Einspritzöffnung (17) eingespritzten Kraftstoff eine Verwirbelungskraft um die Mittelachse E der Einspritzöffnung (17) ausgeübt. Die Mittelachse E der Einspritzöffnung ist unter einem vorgegebenen Ablenkwinkel zur Mittelachse C eines Ventilkörpers (11) geneigt. Ferner ist an einer Stirnfläche der Einspritzöffnung (17) ein Stufenabschnitt (25) ausgebildet.
    公开号:DE102004021435A1
    申请号:DE200410021435
    申请日:2004-04-30
    公开日:2004-12-23
    发明作者:Motoyuki Abe；Masahiko Hayatani；Kouji Shibata；Shuuichi Hitachinaka Shimizu；Takuya Shiraishi
    申请人:Hitachi Ltd；Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd；Hitachi Car Engineering Co Ltd；
    IPC主号:F02B23-10
    专利说明:
    [0001] DieErfindung nimmt die Prioritätder japanischen Patentanmeldung, lfd. Nr. 2003-126587, eingereichtam 1. Mai 2003, und der japanischen Patentanmeldung, lfd. Nr. 2004-84176,eingereicht am 23. März2004, deren Inhalte hiermit durch Hinweis in dieser Anmeldung aufgenommensind, in Anspruch.
    [0002] DieErfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das zurVersorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff verwendet wird,und auf einen Direkteinspritzmotor, nämlich eine Brennkraftmaschinemit Zylinder-Einspritzung, die mit dem Kraftstoffeinspritzventilversehen ist, und insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil, dasden Kraftstoff unter Verwirbelung in einen Zylinder der Brennkraftmaschineeinspritzt, und einen Direkteinspritzmotor, der das Kraftstoffeinspritzventilverwendet.
    [0003] Beieinem Direkteinspritzmotor wird der Kraftstoff in jede Verbrennungskammerdes Motors direkt eingespritzt. Als Kraftstoffeinspritzventil (im Folgendenauch als "Injektor" bezeichnet), dasbei einem Ottomotor mit Direkteinspritzung verwendet wird, ist einKraftstoffeinspritzventil mit einem Verwirbeler bekannt. DiesesKraftstoffeinspritzventil weist eine Einspritzöffnung zum Einspritzen vonKraft stoff, ein bewegliches Ventilelement zum Öffnen und Schließen derEinspritzöffnungdurch Verschiebung in Axialrichtung und eine Kraftstoffverwirbelungseinrichtungauf, die auf den durch einen Kraftstoffdurchgang strömenden Kraftstoffstromaufwärtsder Einspritzöffnungeine Verwirbelungskraft aufbringt. Die Kraftstoffverwirbelungseinrichtung,die kurz als Verwirbeler bezeichnet wird, bringt auf den Kraftstoff eineVerwirbelungskraft mit der Mittelachse der Einspritzöffnung alsBasis auf.
    [0004] AlsKraftstoffeinspritzventile im Stand der Technik, die eine Düse mit Verwirbeleraufweisen, sind die folgenden Einspritzventile, die einen Kraftstoffnebelin eine vorgegebene Richtung ablenken können oder eine geforderte Sprühnebelformerzielen können,vorgeschlagen worden. Beispielsweise ist bei einem der Kraftstoffeinspritzventiledie Einspritzöffnungin einem vorgegebenen Ablenkwinkel in Bezug auf die Mittelachsedes Ventilelements (Ventilkörpers)geneigt, wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. H11(1999)-159421 offenbart ist. Bei einem anderen von diesen Kraftstoffeinspritzventilenist der Auslass der Einspritzöffnungin Form einer Stufe, also mit einem Höhenunterschied, ausgebildet,wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-329036offenbart ist. Die Einspritzöffnungmit der Stufe ist in der Richtung, die der Mittelachse des Ventilelements(der Mittelachse des Einspritzventilkörpers und des Düsenkörpers) entspricht,ausgebildet.
    [0005] AlsVerbrennungsformen des Direkteinspritzmotors sind die Schichtladungsverbrennungund die homogene Verbrennung wohl bekannt. Die Schichtladungsverbrennungist eine Verbrennungsart, bei der eine Schicht von entzündbaremLuft-Kraftstoff-Gemisch, dessen Verhältnis dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis sehrnahe kommt, um eine Zündkerzegebildet ist, um verbrannt zu werden. Da die Schichtladungsverbrennungvor allem bei der mageren Verbrennungsweise, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer alsdas theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und hauptsächlich beim Fahrenunter Niedriglast und im Leerlauf angewandt wird, wird ein niedrigerKraftstoffverbrauch des Motors erreicht. Die homogene Verbrennungist eine Verbrennungsweise, bei der das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammerstets so eingestellt ist, dass es mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt.Die homogene Verbrennung ist beim Fahren bei mittleren und hohen Lastengeeignet.
    [0006] Dieoptimalen Einstellungen der Richtung, der Form, der Eindringlänge unddes Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebels, etc. des vom Kraftstoffeinspritzventilin einen Zylinder eingesprühtenKraftstoffnebels sind je nach Typ der Brennkraftmaschine, das heißt je nachVerbrennungsweise, Form der Verbrennungskammern, positionellem Bezugzwischen Zündkerzeund Kraftstoffeinspritzventil und dergleichen, verschieden. Mitder oben erwähntenEindringlängeist die erzielbare Strecke des vom Kraftstoffeinspritzventil eingesprühten Kraftstoffnebelsgemeint. Unter voreilendem Sprühnebelwird der Sprühbereichdes Kraftstoffnebels mit maximaler Länge verstanden.
    [0007] HerkömmlicheKraftstoffeinspritzventile weisen lediglich entweder den Ablenkwinkelder Einspritzöffnungoder die Stufe am Auslass der Einspritzöffnung auf. Dementsprechendist die Optimierung der Kraftstoffsprührichtung, der Sprühnebelform,der Eindringlänge,des Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebels in Übereinstimmung mit dem jeweiligenTyp der Brennkraftmaschine begrenzt, wobei eine optimierte Einstellungunter den Gesichtspunkten der Verbrennungsleistung, der Kraftstoffersparnisund der Abgasleistung nicht zufrieden stellend ausgeführt werdenkann.
    [0008] Unterden jeweiligen Gesichtspunkten der Verbrennungsleistung, Kraftstoffersparnisund Abgasleistung schafft die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventilmit einer ausgezeichneten Einspritzleistung und einen Direkteinspritzmotormit dem Kraftstoffeinspritzventil. Das heißt, dass die vorliegende Erfindungdarin besteht, einen hohen Freiheitsgrad bei der Einstellung derKraftstoffsprührichtung,der Sprühnebelform,der Eindringlänge,des voreilenden Sprühnebelsusw. des Kraftstoffnebels zu verwirklichen und den optimalen Kraftstoffnebelin Übereinstimmungmit dem jeweiligen Typ von Brennkraftmaschinen zu erlangen.
    [0009] (1)Das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindungweist eine Einspritzöffnung (Einspritzschlitz)zum Einspritzen von Kraftstoff, ein bewegliches Ventilelement (Ventilkörper) zum Öffnen undSchließender Einspritzöffnungdurch Verschiebung in Axialrichtung und eine Kraftstoffverwirbelungseinrichtungauf, die auf den durch den Umfang des Ventilelements strömenden Kraftstoffan der Einströmseiteder Einspritzöffnungeine Verwirbelungskraft aufbringt. Wobei die Einspritzöffnung ineinem vorgegebenen Ablenkwinkel in Bezug auf die Mittelachse desVentilelements geneigt ist und der Auslass der Einspritzöffnung inForm einer Stufe ausgebildet ist.
    [0010] Dadie Einspritzöffnungerfindungsgemäß in einemvorgegebenen Ablenkwinkel in Bezug auf die Mittelachse des Ventilelementsbzw. des Ventilkörpersgeneigt ist, wird der von der Einspritzöffnung eingesprühte Kraftstoffnebelunter diesem Ablenkwinkel abgelenkt. Weiterhin kann durch Abgleichen deraxialen Längeder Einspritzöffnungzusätzlichzu der durch den Verwirbeler hervorgerufenen verwirbelten Einspritzungder lokale Kraftstoffkonzentrationsbereich des Kraftstoffs (deram stärkstendurchdrungene Bereich) am Auslass der Einspritzöffnung an eine beliebige Stelleum die Achse der Einspritzöffnungverlagert werden. Die Form und die Verteilung des Kraftstoffnebelskönnendurch Bildung der Stufe (Höhenunterschied)am Auslass der Einspritzöffnungeingestellt werden. Durch Kombination dieser Einstellungen können Betriebsweisen,die in Abhängigkeitvon den einzelnen Einstellungen zusammenwirken oder sich gegenseitigausschließen,und verschiedene Einstellungen der Kraftstoffsprührichtung, der Sprühnebelform,der Eindringlängeund des Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebelsvorgenommen werden.
    [0011] Fernerwird in Verbindung mit den oben genannten Merkmalen die folgendeErfindung vorgeschlagen.
    [0012] DieEinspritzöffnungdes Kraftstoffeinspritzventils weist einen Ablenkwinkel (Neigungswinkel)in Bezug auf die Mittelachse des Einspritzventilkörpers auf,wodurch in einer durch sie hindurch verlaufenden Wirbelströmung einelokal konzentrierte Strömungentsteht und die Wirbelströmungdes Kraftstoffs stromaufwärtsder Öffnunggeführtwird. Der Auslass der Einspritzöffnungist mit einer Einkerbung versehen (die oben genannte Stufe entsprichtdieser Einkerbung). Ferner entspricht die Stelle der Einkerbungder Einspritzstelle der lokal konzentrierten Strömung.
    [0013] MitEinkerbung ist hier eine Form gemeint, bei der ein Teil des Auslassesder Einspritzöffnung ausgespartist. Mittel zum Bilden der Einkerbung sind nicht begrenzt. Die Einkerbungkann beispielsweise durch Schneid- oder Pressarbeit gebildet werden.
    [0014] (2)Die vorliegende Erfindung ist basierend auf den folgenden Erkenntnissengeschaffen worden.
    [0015] DieErfinder haben herausgefunden, dass bei einem Injektor, in dem ander stromaufwärtigen Seiteder Kraftstoffeinspritzöffnungein Kraftstoffverwirbeler vorgesehen ist, dann, wenn die Öffnung in Bezugauf die Achse des Injektors abgelenkt ist, der Kraftstoffkonzentrationsbereich(der Bereich, in dem sich die Kraftstoffdurchflussmenge konzentriert)lokal durch eine Kraftstoffwirbelströmung gebildet ist, die durchdie Öffnungführt.Der Kraftstoffkonzentrationsbereich und die Ablenkrichtung der Öffnung korrespondierennicht zwangsläufigmiteinander. Die Richtung (die Stelle) des Konzentrationsbereichsder Kraftstoffströmungam Auslass der Einspritzöffnung wirddurch den Verlauf der Wirbelströmungdes lokal konzentrierten Kraftstoffs vom Einlass zum Auslass der Öffnung bestimmt.Die Endstelle des Strömungsverlaufs(die Stelle am Auslass der Einspritzöffnung) hängt von der Länge der Öffnung ab.Der Kraftstoffnebel, der von einem Punkt der Kraftstoffeinspritzöffnung auseingesprühtwird, der dem Weg des Kraftstoffkonzentrationsabschnitts entspricht,weist eine hohe Strömungsgeschwindigkeitund eine hohe Dichte auf.
    [0016] Fernerbedeutet die Einkerbung an einem Teil des Auslasses der Kraftstoffeinspritzöffnung durchAusbildung einer Stufe oder dergleichen, dass sich die Einschränkung desverwirbelten Kraftstoffs (durch eine Wandoberfläche der Öffnung) an der Einkerbung schnellaufhebt. Folglich ist das Eindringen eines Kraftstoffnebels (dievom Sprühnebelerzielbare Strecke), der von der Einkerbung aus eingesprüht wird,deutlich größer.
    [0017] Dementsprechendist es anerkannt, dass durch Ausbilden einer Einkerbung an der Einspritzöffnung,die mit dem Kraftstoffkon zentrationsbereich am Auslass der Einspritzöffnung übereinstimmt,das Eindringen (erreichbare Strecke) des von der Einkerbung auseingesprühtenKraftstoffnebels deutlich zunimmt, und ein großer voreilender Sprühnebel gebildetwird (die Einzelheiten werden in "Genaue Beschreibung der bevorzugtenAusführungsformen" beschrieben).
    [0018] (3)Es kann so angeordnet sein, dass zwei Flächen, aus denen die Stufe gebildetist, parallel zueinander ausgebildet sind. Jede der beiden Flächen amAuslass der Einspritzöffnungist nämlichparallel zu einer Referenzebene, die einen frei wählbaren Neigungswinkelzur Mittelachse der Einspritzöffnung aufweist.Die beiden parallelen Flächender Stufe (Höhenunterschied)könnenbeispielsweise Flächen, diesenkrecht zur Mittelachse der Einspritzöffnung sind, umfassen.
    [0019] Ferner,es kann so angeordnet sein, dass zwei Flächen, aus denen die Stufe gebildetist, durch Schneiden oder Pressen ausgebildet werden. Die axialeLänge derEinspritzöffnung,die Stufenform des Auslasses der Einspritzöffnung und die Richtung derStufe könnendurch Schneid- oder Pressarbeit an der Stirnfläche der Einspritzöffnung beliebigeingestellt werden.
    [0020] DerDirekteinspritzmotor gemäß der vorliegendenErfindung enthältdas Kraftstoffeinspritzventil gemäß den oben genannten Erfindungen.Bei dem Direkteinspritzmotor werden die Kraftstoffsprührichtung,die Sprühnebelform,die Eindringlänge,der voreilende Sprühnebelund dergleichen in Übereinstimmungmit dem relativen positionellen Bezug zwischen der Zündkerzeund dem Kraftstoffeinspritzventil durch Einstellen der axialen Länge derEinspritzöffnung,der Stufenform des Auslasses der Einspritzöffnung und der Stufenrichtungfestgelegt. Infolgedessen könnendie Verbrennungsleistung, die Kraftstoffersparnis und die Abgasleistungdes Motors verbessert werden.
    [0021] DasVerfahren zur Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegendenErfindung ist ein Verfahren mit der im Folgenden beschriebenen Bearbeitungeines Düsenelementsin dem Einspritzventil. Die Einspritzöffnung im Primärproduktdes Düsenelementswird mit einem vorgegebenen Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachsedes Düsenkörpers undmit einer Länge,die einen Einstellspielraum lässt,ausgebildet. Die Längeder Einspritzöffnungwird durch Schneid- oder Pressarbeit am Auslass der Einspritzöffnung abgestimmt.Die Stufe wird am Auslass der Einspritzöffnung gebildet, nachdem dieRichtung der Stufe festgelegt worden war. In dieser Weise wird dasSekundärprodukt(Endprodukt) des Düsenelementsdes Einspritzventils erhalten. Das Düsenelement ist beispielsweiseeine Düsenplatte.
    [0022] Demgemäß können dieKraftstoffsprührichtung,die Sprühnebelform,die Eindringlänge,das Vorhandensein/Fehlen eines voreilenden Sprühnebels und dergleichen, wiesie in einer Brennkraftmaschine erforderlich sind, im Endstadiumder Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils optimiert werden.
    [0023] 1 ist eine Querschnittsansicht,die eine Ausführungsformeines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindungzeigt;
    [0024] 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansichteines Hauptabschnitts des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der Ausführungsformvon 1;
    [0025] 3A, 3B sind schematische Darstellungen eineslängs derLinie A-A in 2 dargestellten Querschnittsdes Kraftstoffnebelbereichs mit hoher Eindringungslänge;
    [0026] 4 ist eine Tabelle, diedurch eine unterschiedliche Düsenstrukturbedingte Formen des Kraftstoffnebels bei normaler Temperatur undatmosphärischemDruck und bei hoher Temperatur und hohem Druck zeigt;
    [0027] 5A, 5B sind Querschnittsansichten, die Sprühnebelzustände in einemDirekteinspritzmotor mit dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß einerAusführungsformzeigen;
    [0028] 6A, 6B sind Querschnittsansichten, die Sprühmusterin einer Verbrennungskammer des Direkteinspritzmotors mit dem Kraftstoffeinspritzventil gemäß einerAusführungsformzeigen;
    [0029] 7 ist ein Diagramm, dasDruck- und Temperaturschwankungen in der Verbrennungskammer desMotors zeigt;
    [0030] 8 ist ein Diagramm, dasdas Versuchsergebnis hinsichtlich des AGR-Anteils und der NOx-Emissionsmengezeigt;
    [0031] 9 ist ein Diagramm, dasdas Versuchsergebnis hinsichtlich des Sprühmusters und der HC-Emissionsmengezeigt;
    [0032] 10 ist ein Diagramm, dasdas Versuchsergebnis hinsichtlich der Eindringung in Richtung der Verbrennungskammer unddie HC-Emissionsdichte zeigt;
    [0033] 11 ist eine longitudinaleQuerschnittsansicht des Kraftstoffeinspritzventils gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0034] 12 ist eine vergrößerte Querschnittsansichteines Hauptabschnitts von 11;
    [0035] 13 ist ein erläuterndesDiagramm, das den Kraftstoffkonzentrationsmechanismus zeigt, der beieiner von der Achse des Einspritzventils abweichenden Kraftstoffeinspritzöffnung zurGeltung kommt;
    [0036] 14 ist ein erläuterndesDiagramm, das das Verhalten der Kraftstoffeinspritzung in einemFall zeigt, in dem die Achsen des Kraftstoffeinspritzventils undder Kraftstoffeinspritzöffnungparallel zueinander sind;
    [0037] 15(1) und 15(2) sind erläuternde Diagramme, die dendurch die Kraftstoffeinspritzöffnung strömenden,verwirbelten Kraftstoff zeigen;
    [0038] 16(1)–16(3) sinderläuterndeDiagramme, die ein Modell des Drehwinkels θ' desjenigen Abschnitts konzentriertenKraftstoffs, der durch die Kraftstoffeinspritzöffnung (schräg verlaufende Öffnung)strömt,pro etwa 0,1 mm Öffnungslänge zeigen;
    [0039] 17(1)–17(3) sinderläuterndeDarstellungen, die den Fortgang der Bearbeitung des Auslasses derEinspritzöffnungund die Veränderungder Eindringung des voreilenden Sprühnebels gemäß einer Ausführungsformzeigen;
    [0040] 18 ist ein Diagramm, dasdie Beziehung zwischen dem Öffnungsablenkwinkelund dem Streuungswinkel des Abschnitts konzentrierten Kraftstoffs amAuslass der Öffnungwiedergibt;
    [0041] 19 ist ein Diagramm, dasdie Beziehung zwischen der Verschiebung (Exzentrizität) der Mitte desVentilsitzes von der Mitte der Einspritzöffnung und der Weite (Streuungswinkel)des Abschnitts konzentrierten Kraftstoffs wiedergibt;
    [0042] 20(1)–20(3) sinderläuterndeDiagramme, die die Kraftstoffverteilungsdichten am Auslass der Öffnung beieinem Ventilsitzwinkel von 60°,70° bzw.80° zeigen.
    [0043] Nunwerden in Übereinstimmungmit der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der vorliegendenErfindung genau beschrieben.
    [0044] 1 zeigt eine Ausführungsformeines Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
    [0045] EinKraftstoffeinspritzventil (hier auch als "Injektor" bezeichnet) 10 umfasst einHauptkörpergehäuse (einenVentilkörper) 11,ein (auch als "Mittelkern" bezeichnetes) Kraftstoffdurchgangselement 12,einen Düsenkörper 13,ein Verbindergehäuseelement 14 unddergleichen. Ein Kraftstoffdurchgang umfasst den Mittelkern 12 undden Düsenkörper 13. Aneinem Ende des Düsenkörpers 13 isteine Düsenplatte 15 befestigt.In der Düsenplatte 15 sindein Ventilsitz 16 und eine Einspritzöffnung 17 ausgebildet.
    [0046] ImDüsenkörper 13 istein Ventilelement (beispielsweise eine Nadel) 18 vorgesehen,die in Axialrichtung beweglich ist. Das Ende des Ventilelements 18 wirdin seiner Bewegung in Axialrichtung auf die Ventilsitzoberfläche 16 aufgesetztund von dieser gelöst,wodurch die Einspritzöffnung 17 geschlossen undgeöffnetwird. Ein Plunger (beweglicher Kern) 19 ist mit dem Ventilelement 18 verbunden.Im Mittelkern 12 ist eine Kompressions-Schraubenfeder 20 vorgesehen.Die Kompressions-Schraubenfeder 20 bringt in Richtung desVentilsitzes 16 (in der Richtung, in der das Ventil geschlossenwird) überein bewegliches Rohr- oder Hülsenelement 21 undden Plunger 19 eine Kraft auf das Ventilelement 18 auf.
    [0047] ImHauptkörpergehäuse 11 isteine elektromagnetische Spule 22 vorgesehen. Die elektromagnetischeSpule 22 wird durch Energiezufuhr erregt, wodurch sie denPlunger 19 gegen die Federkraft der Kompressions-Schraubenfeder 20 anzieht,um das Ventilelement 19 vom Ventilsitz 16 wegzuziehen.
    [0048] ImDüsenkörper 13 istein Verwirbeler 23 als Kraftstoffverwirbelungseinrichtungvorgesehen. Der Verwirbeler 23 ist in der Düsenplatte 15 aufder Seite des Ventilsitzes 16 angeordnet. Der Verwirbeler 23 bringtauf den Kraftstoff, der durch den Kraftstoffdurchgang strömt, eineVerwirbelungskraft um die Mittelachse der Einspritzöffnung 17 auf,um den Kraftstoff zu zerstäuben.
    [0049] EinKraftstoffversorgungsanschluss 24 des Injektors 10 wirdmit von einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe mit Druck beaufschlagtemKraftstoff beschickt. Der Kraftstoff strömt durch einen inneren Durchgangdes Kraftstoffdurchgangselements 12, das Hauptkörpergehäuse 11 undden Düsenkörper 13 zumVerwirbeler 23 und wird von der Einspritzöffnung 17 herausgespritzt,wenn das Ventilelement 18 durch die Erregung der elektromagnetischenSpule 22 vom Ventilsitz 16 gelöst ist. Da vom Verwirbeler 23 eineVerwirbelungskraft auf den Kraftstoffnebel ausgeübt wird, besitzt dieser einekonische Form, wie in 1 durcheine unterbrochene Linie F gezeigt ist, wobei eine Wirbelströmung S umdie Mittelachse der Einspritzöffnung 17 entsteht.Die Menge an eingespritztem Kraftstoff wird durch die Ventilöffnungszeit desVentilelements 18, d. h. durch die Zeit der Erregung derelektromagnetischen Spule 22, bestimmt.
    [0050] 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansichteines Hauptabschnitts des Injektors 10 gemäß der Ausführungsform.Im Injektor 10 ist die Einspritzöffnung 17, nämlich derenMittelachse E, in einem vorgegebenen Ablenkwinkel β zur MittelachseC des Ventilelements 18 (gleich der Mittelachse des Injektors 10)geneigt, wobei am Auslass der Einspritzöffnung 17 ein Stufenabschnitt 25 gebildetist.
    [0051] DerStufenabschnitt 25 ist in der Querschnittsform eine L-förmige Stufeund umfasst zwei zueinander parallele Flächen 25A und 25B,die am Umfang des Auslasses der Einspritzöffnung 17 ausgebildetsind. Die Stufe besitzt in der Richtung der Mittelachse E der Einspritzöffnung 17 einenHöhenunterschied.
    [0052] DieMittelachse E der Einspritzöffnung 17 ist ineinem Ablenkwinkel β inBezug auf die Mittelachse C des Ventilelements 18 geneigt;mit anderen Worten, die Einspritzöffnung 17 ist nichtparallel zur Achse des Injektors 10. Außerdem liegt die Auslassfläche derEinspritzöffnung 17 ineiner Ebene, die nahezu senkrecht zur Mittelachse E der Einspritzöffnung 17 ist.Dadurch wird der Kraftstoffnebel F so gebildet, dass er gegenüber derAchse des Injektors 10 abgelenkt wird, wobei die Eindringlänge desKraftstoffnebels F ungleichmäßig ist(L1/L2 ≠ 1).
    [0053] DieNeigung der Einspritzöffnung 17 inBezug auf die Achse des Injektors 10 trägt dazu bei, dass der Kraftstoff,der von der Seite des Ventilsitzes 16 aus in die Einspritzöffnung 17 eintritt,in die Ablenkrichtung strömt,und verhindert, dass der Kraftstoff zu der zur Ablenkrichtung abgewandtenSeite strömt. Entsprechenddieser Struktur wird in der Einspritzöffnung 17 eine Verteilunghervorgerufen, die verschiedene, auf die Axialrichtung bezogeneStrömungsgeschwindigkeitendes Kraftstoffs umfasst. Die unterschiedliche Verteilung der Strömungsgeschwindigkeitin der Einspritzöffnung 17 führt zu einerungleichmäßigen Eindringlänge desKraftstoffnebels F.
    [0054] Daim Injektor 10 der Verwirbeler 23 vorgesehen ist,um eine Verwirbelungskraft auf den Kraftstoff auszuüben, wirdder durch die Einspritzöffnung 17 strömende Kraftstoffverwirbelt. Wie in den 3A und 3B (in einer Querschnittsansichtlängs derLinie A-A in 2) gezeigtist, ergibt sich an einer Stelle P, die von der Mittelposition versetztist, in dem von der Einspritzöffnung 17 eingesprühten KraftstoffnebelF ein Bereich maximaler Eindringlänge.
    [0055] BeimOttomotor mit Direkteinspritzung für Schichtladungsverbrennungkann bei minimalem Kraftstoff eine optimale Verbrennung erreichtwerden, wenn der Bereich P des Kraftstoffnebels F mit der maximalenEindringlängein Richtung der Zündkerzegelenkt wird.
    [0056] Wenndie Stelle des Kraftstoffnebels F mit der maximalen Eindringlänge durchEinstellung der axialen LängeL der Einspritzöffnung 17 freigewählt werdenkann, wird eine optimale Verbrennbarkeit erzielt.
    [0057] DerZusammenhang zwischen der axialen Länge L der Einspritzöffnung 17 undder Stelle des Kraftstoffnebels F mit der maximalen Eindringlänge kannwie folgt beschreiben werden. Der Kraftstoff wird vom Verwirbeler 23 nachrechts gewirbelt, durch den Ventilsitz 16 geleitet undin die Einspritzöffnung 17 getrieben.Da die Einspritzöffnung 17 nichtparallel (schräg)zur Achse C des Injektors 10 angeordnet ist, wird der Kraftstoff,der in die Einspritzöffnung 17 eintritt,dazu gebracht, in die Ablenkrichtung, jedoch nicht zu der zur Ablenkrichtungabgewandten Seite zu strömen.
    [0058] Dadie Strömungsgeschwindigkeitdes durch die Einspritzöffnung 17 strömenden Kraftstoffseine großeKomponente und eine kleine Komponente in Axialrichtung besitzt,wird in der Öffnung 17 eineungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeitsverteilung hervorgerufen.Da der Kraftstoff stets nach rechts gewirbelt wird, bewegen sichder durch die Einspritzöffnung 17 strömende Kraftstoffmit der großenStrömungsgeschwindigkeitskomponentein Axialrichtung und der mit der kleinen Strömungsgeschwindigkeitskomponentein Axialrichtung ebenfalls nach rechts wirbelnd zum Ende der Einspritzöffnung 17.
    [0059] Diesbedeutet, dass die Stelle des Kraftstoffnebels F mit der großen Eindringlänge demjenigen Kraftstoffnebelabschnitt,mit dem Bereich mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit in Axialrichtung amAuslass der Einspritzöffnung 17 übereinstimmt. Dementsprechendwird die Lage des Kraftstoffnebels F mit der großen Eindringlänge durchEinstellen der Position des Teils des in der Einspritzöffnung 17 stets nachrechts gewirbelten eingespritzten Kraftstoffs mit der hohen Strömungsgeschwindigkeitin Axialrichtung bestimmt.
    [0060] DiesePosition (die Stelle des Auslasses der Einspritzöffnung 17, an derder Teil des in der Einspritzöffnung 17 stetsverwirbelten Kraftstoff mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit in Axialrichtung eingespritztwird) wird durch Anpassen (Einstellen) der axialen Länge L derEinspritzöffnung 17,nämlich durchAnpassen der Strömungsdurchgangslänge der Einspritzöffnung 17,bestimmt, und auf diese Weise wird der Drehwinkel des vom Einlasszum Auslass der EinspritzöffnungströmendenKraftstoffs eingestellt. Durch diese Struktur, die in den 3A und 3B gezeigt ist, kann der Bereich P desKraftstoffnebels F mit großerEindringlängean eine vorgegebene Stelle des Auslasses der Öffnung 17 verschobenwerden, wobei eine Wirbelströmungum die Mittelachse des Querschnitts längs der Linie A-A in 2 (von der Düsenseiteaus betrachtet) entsteht.
    [0061] Dieaxiale LängeL der Einspritzöffnung 17 kann über dasMaß Tcdes Abschneidens während derSchneidarbeit an der Stirnfläche(dem Auslass) der Einspritzöffnungfrei gewähltwerden. Angenommen, dass das Abschneidmaß Tc 0,1 mm beträgt und infolgedessender Abschnitt des Kraftstoffnebels F mit der großen Eindringlänge um 8° im Querschnitt längs derLinie A-A in 2 (vonder Düsenseiteaus betrachtet) gedreht wird, wird die Beziehung zwischen dem Abschneidmaß Tc unddem Drehwinkel Pdeg des Eindringens durch den folgenden Ausdruck (1)wiedergegeben: Pdeg= {Tc·tg(θ/2)}/(π·D) 360 (1)
    [0062] Imobigen Ausdruck ist θ derHauptsprühwinkeldes Kraftstoffnebels F; π istdas Verhältnisdes Kreisumfangs zu seinem Kreisdurchmesser; und D ist der Durchmesserder Einspritzöffnung 17.
    [0063] Beider Gestaltung des Kraftstoffnebels F werden zum Bestimmen der erforderlichenStrömungsmengeund des Hauptsprühwinkels θ der DurchmesserD und die axiale LängeL der Einspritzöffnung 17 sowiedie technischen Daten des Verwirbelers 23 als Element,das die Verwirbelungskraft auf den Kraftstoff liefert, bestimmt.Gleichzeitig kann die Lage des Kraftstoffnebels F mit der großen Eindringlänge durchVerwendung des Ausdrucks zur Erlangung des Eindringdrehwinkels Pdegfrei gewählt werden.
    [0064] Diesbedeutet, dass in einem Kraftstoffquerschnitt (A-A-Querschnitt indieser Ausführungsform) dieLage des Kraftstoffabschnitts mit der großen Eindringlänge (Abschnittkonzentrierter Durchflussmenge) auf einen beliebigen Winkel innerhalbvon 360° eingestelltwerden kann. Als Ergebnis kann der Kraftstoffnebel F mit der großen Eindringlänge ohneEinschränkungfür dieArt der Anbringung des Injektors 10 an die wirksamste Stellefür dieVerbrennung im Motor verlegt werden.
    [0065] Gemäß der vorliegendenAusführungsform kanndie Lage des Kraftstoffnebels mit der großen Eindringlänge in einerSollrichtung frei gewähltwerden, indem die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungdes Sprühnebelsgesteuert wird. Ferner, da die Anzahl von Umdrehungen (Stärke derVerwirbelung), bis der Kraftstoff am Auslass der Einspritzöffnung ankommt,durch Anpassen der axialen LängeL der Einspritzöffnungfrei gewähltwerden kann, kann der Kraftstoffnebel mit der großen Eindringlänge in eine beliebigvorgegebene Richtung gelenkt werden.
    [0066] Daam Auslass der Einspritzöffnung 17 der Stufenabschnitt 25 gebildetist, kann ein Teil des Sprühnebelsim Abschnitt mit der großenEindringlänge(der hier auch als "voreilenderSprühnebel" bezeichnet wird)weiter vergrößert werden.
    [0067] DieErfinder haben herausgefunden, dass sich durch Setzen der Stufe 25 dervoreilende Sprühnebelverstärktund das Eindringen zunimmt. Jedoch haben sie als weiteres Charakteristikumauch festgestellt, dass der voreilende Sprühnebel bei hoher Temperaturund hohem Druck (z. B. bei einer Umgebungstemperatur von 160 °C und einematmosphärischenDruck von 0,5 MPa) verschwindet. Der Hochtemperatur-Hochdruck-Zustandwird bei einem Motor-Kompressionshub angenommen.
    [0068] 4 zeigt ein Beispiel für das obengenannte Phänomen.In dieser Figur wird der Kraftstoffnebel vom Injektor 10 miteiner Düsenplattemit La, bei der die axiale LängeL der Einspritzöffnung 17 größer ist,mit einem Kraftstoffnebel vom Injektor 10 mit einer Düsenplattemit Lb, bei der die axiale Länge Lder Einspritzöffnung 17 kürzer ist,verglichen. Beim Sprühnebel,der bei der axialen LängeLa eingespritzt wird, wird bei normaler Temperatur/atmosphärischemDruck eine längereEindringung beobachtet, wobei der voreilende Sprühnebel bei hoher Temperatur/hohemDruck vorhanden bleibt. Andererseits ist beim Sprühnebel,der bei der axialen LängeLb eingespritzt wird, bei normaler Temperatur/atmosphärischemDruck kürzer,wobei der voreilende Sprühnebelbei hoher Temperatur/hohem Druck verschwindet.
    [0069] DerMechanismus, der dieses Phänomen hervorruft,wird als im Folgenden beschrieben. Der Stufenabschnitt im Auslassder Einspritzöffnungführt zueiner Abweichung in der Durchflussmengenverteilung des am Auslassder EinspritzöffnungeingesprühtenKraftstoffs, wobei infolgedessen das Muster des eingesprühten Kraftstoffnebelseine ungleichmäßige Verteilungmit einem Abschnitt konzentrierten Durchflusses besitzt.
    [0070] BeiVerwendung eines Injektors 10 ohne Ablenkwinkel, bei demdie Mittelachse der Einspritzöffnung 17 koaxialzu jener des Injektors 10 ist, wird angenommen, dass dervom Auslass aus eingespritzte Kraftstoff, auf den vom Verwirbeler 23 eineVerwirbelungskraft ausgeübtwird, währendder Verwirbelung in der Einspritzöffnung 17 eine gleichmäßige Verteilungbesitzt. Im Fall der gleichmäßigen Durch flussmengenverteilungkönnendie Lage und der Winkel des Stufenabschnitts 25 sowie dieLänge derEinspritzöffnungfrei gewähltwerden (siehe z. B. japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-329036).
    [0071] Wennandererseits eine schrägverlaufende Düseverwendet wird, bei der die Mittelachse E der Einspritzöffnung 17 ineinem Ablenkwinkel β inBezug auf die Mittelachse C des Injektors 10 geneigt ist, weistdie Durchflussmengenverteilung in der Einspritzöffnung 17, wie obenbeschrieben worden ist, eine Abweichung auf. Im Fall, wenn einehohe Dichte des Durchflussmengenverteilungsabschnitts mit dem Einflussdes Stufenabschnitts überlagert,gerät der Kraftstoffin einen synergistischen (überlagerten)Zustand durch die positiven Überlappungen,die links in 4 gezeigtsind (La: lang). Andererseits gerät der Kraftstoff im Fall, wennsich ein Durchflussmengenverteilungsabschnitt mit einer niedrigenDichte mit dem Einfluss des Stufenabschnitts überlagert, durch die negativen Überlappungen,die rechts in 4 gezeigtsind (La: kurz), in einen Zustand des Rückschritts.
    [0072] Demgemäß kann dieIntensitätdes voreilenden Sprühnebelsdurch Kombinieren der Schrägdüsentechnikund der Stufendüsentechnikso gesteuert werden, dass der voreilende Sprühnebel bei hoher Temperaturhohem Druck entweder verschwindet oder bleibt. Durch Anwendung dieserTechnik kann bei normaler Temperatur/atmosphärischem Druck ein Breitwinkel-Sprühnebel,und bei hoher Temperatur/hohem Druck ein Schmalwinkel-Sprühnebel,wobei der voreilende Sprühnebelverschwindet, verwirklicht werden. In dieser Weise kann ein Injektor 10 mit veränderlichemSprühwinkelgeschaffen sein.
    [0073] BeiVerwendung des Injektors 10 in einem Motor wird als Primärpro duktdie axiale Längeder Einspritzöffnung 17 aufeine axiale Längemit einem Einstellspielraum (L + Lc) eingestellt. Beispielsweise entsprichtdie Form des Endabschnitts der Einspritzöffnung als Primärprodukteiner Halbkugelform mit einem Kugeldurchmesser (L + Lc), wie in 2 durch eine virtuelle Liniegezeigt ist.
    [0074] DasSekundärprodukt(Endprodukt) der Düsenplatte,bei dem die axiale Längeder Einspritzöffnung 17,die Form des Stufenabschnitts 25 und die Richtung des Stufenabschnitts 25 inBezug auf die Ablenkrichtung der Einspritzöffnung 17 eingestellt werden,wird durch Scheidarbeit an der Stirnfläche (an dem halbkugelförmigen Abschnitt)der Einspritzöffnung 17 alsPrimärprodukterhalten. Somit kann die Verwendung des Injektors 10 imMotor mit einer Vielseitigkeit und Verschiedenartigkeit erfolgen.
    [0075] Die 5A und 5B zeigen einen Direkteinspritzmotor(Ottomotor), in dem der Injektor 10 mit der obigen Struktureingesetzt wird. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 51 einenZylinderblock, 52 einen Zylinderkopf, 53 einenKolben, 54 eine Verbrennungskammer (einen Zylinder), 55 eine Zündkerze, 56 einEinlassventil und 57 ein Auslassventil.
    [0076] Indem Direkteinspritzmotor der 5A und 5B ist der Anbringungswinkel α des Injektors 10 (der Winkelzwischen einer horizontalen Linie und der Achse C des Injektors)klein (etwa 20°).Wenn Kraftstoff in die Verbrennungskammer 54 eingespritzt wird,wird dieser in der Richtung eingespritzt, in der die Achse E derEinspritzöffnungum den Winkel β vonder Achse C des Injektors 10 abweicht.
    [0077] BeimDirekteinspritzmotor in 5A weist dieDüsenablenkrichtungzur Zündkerze,wohingegen die Düsenablenkrichtungbeim Direkteinspritzmotor von 5B zuroberen Kolbenoberfläche weist.
    [0078] Angenommen,dass der Winkel, der mit einer Linie (die zwischen einem Düsen-Endeund Spalt-Ende der Zündkerze 55)und einer anderen Linie (horizontale Linie) γ ist, wird die Düsenablenkrichtungim Bereich des Winkels γ vonder Achse C des Injektors 10 festgelegt. Das heißt, dassder Ablenkwinkel β ineinem Bereich festgelegt werden kann, für den gilt: 0 < β < (α + γ).
    [0079] ImBeispiel in 5A weistdie Ablenkrichtung der Einspritzöffnung 17 zurSeite der Zündkerzen 55 aufder Grundlage der Mittelachse C des Injektors 10, wobeidie tiefere Fläche 25A desStufenabschnitts 25 (die Fläche, bei der die Länge derEinspritzöffnungin Axialrichtung kürzerist) zur Seite des Kolbens 53 gerichtet ist. Andererseitsweist die Ablenkrichtung der Einspritzöffnung 17 im Beispielvon 5B zur Seite deroberen Flächedes Kolbens 53, wobei die höhere Fläche 25B des Stufenabschnitts zurZündkerze 55 gerichtetist.
    [0080] Beider Struktur von 5A wirdder Kraftstoffnebel F, wenn er bei atmosphärischem Druck eingespritztwird, um etwa β zurZündkerzehin abgelenkt, wobei der voreilende Sprühnebel mit maximaler Eindringung(Sprühnebelstrecke)in Richtung der oberen Flächedes Kolbens 53 vorauseilt.
    [0081] Andererseitswird der Kraftstoffnebel F in der Struktur von 5B um etwa β zur oberen Fläche desKolbens 53 hin abgelenkt. Dementsprechend weist der voreilendeTeil des Kraftstoffnebels F von der horizontalen Linie E nach unten,wobei er zu einer Stelle, die von der Zündkerze 55 entferntist, voreilt. Der gesamte Kraftstoffnebel F besitzt einen Weitwinkel,der den Kolben 53 nahezu vollständig überdeckt.
    [0082] MitBezug auf die 6A und 6B wird das Verhalten desSprühne belsin der Verbrennungskammer des Motors für jeden Betriebszustand desDirekteinspritzmotors von 5A beschrieben.Wenn währenddes Ansaughubs Kraftstoff auf der Grundlage eines Steuersignalsvon einer (nicht gezeigten) Motorsteuereinheit eingespritzt wird,muss ein gleichmäßiges Luft-Kraftstoff-Gemisch,bei dem Kraftstoff ausreichend mit Luft vermischt ist, gebildetwerden. Beim Injektor 10 wird in diesem Fall der KraftstoffnebelF unter einem weiten Sprühwinkel,der den voreilenden Kraftstoffnebel Fa umfasst, in Richtung des Kolbes 53 eingespritzt,wie in 6A gezeigt ist. Dementsprechendwird die Bildung eines gleichmäßigen Luft-Kraftstoff-Gemischs, d. h. einehomogene Verbrennung, erreicht.
    [0083] Andererseitsist es dann notwendig, wenn bei einem Kompressionshub Kraftstoffeingespritzt wird, ein in Schichten angeordnetes Luft-Kraftstoff-Gemischgebildet wird, das um die Zündkerze 55 konzentriertist. Wie in 7 gezeigtist, nehmen die Temperatur und der Druck in der Verbrennungskammermit steigendem Druck des Kolbens 53 zu. Beispielsweisebeträgtdie Temperatur bei 30° vor demoberen Totpunkt (OT) etwa 300 °C,währendder Druck etwa 8 bar beträgt.Folglich, wenn der Kraftstoff unter einer so hohen Temperatur/hohemDruck eingespritzt wird, verschwindet, wie mit Bezug auf 4 beschrieben worden ist,der voreilende Kraftstoffnebel Fa in Richtung des Kolbens 53,wobei die Kraftstoffnebelform so wird, wie in 6B gezeigt ist.
    [0084] DieAchse E der Einspritzöffnung 17 verläuft nichtparallel zur Mittelachse C des Injektors 10. Wenn Kraftstoffin Richtung der Zündkerze 55 eingespritztwird, wird der Hauptsprühnebel,der einen Abschnitt der Durchflussmengenverteilung mit einer hohenDichte umfasst, in Richtung der Zündkerze eingespritzt und schichtenweiseum die Zündkerzeangeordnet. Gleichzeitig kommt vorzugsweise die Unterstützung durchLuftstrom, etwa als Taumel- oder Wirbelströmung, hinzu.
    [0085] Herkömmlicherweisegibt die (nicht gezeigte) Motorsteuereinheit, wenn sie bei einemstarken Niederdrückendes Fahrpedals feststellt, dass ein hohes Drehmoment erforderlichist, ein Signal zur Erhöhung derEinspritzmenge aus. Jedoch nimmt die am Kolben haftende Kraftstoffmengezu, was Rauch verursacht. Bei der vorliegenden Ausführungsformwird bei einer Zunahme der Einspritzmenge dadurch, dass die Einspritzmengein Richtung der Achse der Einspritzöffnung 17 zunimmt,die Haftung von Kraftstoff am Kolben und somit der Ausstoß von Rauch geringer.
    [0086] Alsweiteres Leistungsmerkmal kann dadurch, dass die Geschwindigkeitdes in Richtung der Kerze eingesprühten Sprühnebels niedriger als jene desvoreilenden Sprühnebelsist, die Streuung des Sprühnebelverhindert und die Schichtenbildung (die Konzentration um die Zündkerze)verbessert werden. Infolgedessen kann die AGR erhöht und dasVerhältniszwischen dem Kraftstoffverbrauch und der NOx-Emissionsmenge verringertwerden.
    [0087] 8 zeigt das Ergebnis. Dadie Verbrennung instabil wird, wenn eine große AGR-Menge eingeführt wird,beträgtdie Grenze des AGR-Anteils etwa 20 %. Das AGR-Gas verdünnt dasLuft-Kraftstoff-Gemisch,wodurch sich die Schichtenbildung verschlechtert. Es wurde ein Versuchs-Injektor 10 dieserAusführungsformhergestellt und seine Leistung geprüft. Im Ergebnis wurde ein AGR-Anteilvon bis zu 45 % eingeführtund die NOx-Emissionsmenge reduziert.
    [0088] Wiein 6A gezeigt ist, wurdeferner bei der Einspritzweise dafür gesorgt, dass beim Einsprühen desvoreilenden Kraftstoffnebels Fa in Richtung des Kolbens, eine Zunahmeder HC-Emissionsmenge erfolgt. Speziell muss unmittelbar nach demStarten des Motors, wenn die Temperatur des katalytischen Mittelsniedrig ist und keine ausreichende Reinigungsleistung erzielt werdenkann, die vom Motor ausgestoßeneHC-Menge reduziert werden.
    [0089] DieErfinder prüftendie Leistung nach diesem Gesichtspunkt und erzielten die in den 9A bis 9C gezeigten Ergebnisse. Der Betriebwurde unter den folgenden Fahrbedingungen ausgeführt: Simulation eines Leerlaufzustandsunmittelbar nach dem Starten, wobei die Motordrehzahl 1400 min–1, dasWellendrehmoment 20 Nm, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis 14,7und die Wassertemperatur, die gleich der Öltemperatur war, 30 °C betrugenund der Motor ein 1,8-Liter-Vierzylindermotor war.
    [0090] Die 9A bis 9C zeigen Bilder von Sprühmusternin der Verbrennungskammer. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dassdie Größe des Sprühnebelsin Richtung des Kolbens mit der HC-Emission nicht zusammenhängt.
    [0091] 10 zeigt das Ergebnis vomGesichtspunkt des Eindringens in Richtung der Verbrennungskammer.Bei dem Eindringen in Richtung der Verbrennungskammer wurde nacheinem Photo des Sprühnebels1,3 s nach dem Starten der Kraftstoffeinspritzung bei einem Kraftstoffdruckvon 7 MPa und einer Einspritzmenge von 12,6 mcc unter atmosphärischemDruck die Längedes Sprühnebelsgemessen. Aus dem Ergebnis geht hervor, dass die Hauptursache derHC-Emission die an der der Kraftstoffeinspritzstelle des InjektorsgegenüberliegendenVerbrennungskammerwand haftende Kraftstoffkomponente ist. Es istersichtlich, dass die Struktur gemäß dieser Ausführungsform(die in 5A gezeigte Struktur)die HC-Emissionsmenge unmittelbar nach dem Anlassen des Motors wirksamreduziert.
    [0092] Andererseitswird beim Direkteinspritzmotor mit der Struktur nach 5B der Kraftstoffnebel F während desAnsaughubs unter einem weiten Sprühwinkel, der den voreilendenKraftstoffnebel umfasst, in Richtung des Kolbens 53 eingesprüht. Dementsprechendwird die Bildung eines gleichmäßigen Luft-Kraftstoff-Gemischs,d. h. eine homogene Verbrennung, erreicht.
    [0093] Fernerwird der voreilende SprühnebelFa in dem währendeines Kompressionshubs eingesprühtenKraftstoffnebel F durch den Druck des Kolbens zur Zündkerze 55 gelenkt.Die Intensitätdes voreilenden Sprühnebelskann durch Kombination der Technik der Ablenkung der Einspritzöffnung undder Technik der Bildung des Stufenabschnitts am Ende der Einspritzöffnung gesteuertwerden. Der Sprühnebel kannbei hoher Temperatur/hohem Druck in der Verbrennungskammer des Motorszum Verschwinden oder zum Bleiben gebracht werden. Ferner kann durcheine bestimmte Steuerung bewirkt werden, dass der voreilende Sprühnebel inder Umgebung der Zündkerzeankommt. Dementsprechend wird eine ausgezeichnete Schichtladungsverbrennungerreicht.
    [0094] Wieoben beschrieben, kann durch Anwendung der Technik, wie sie in den 5A und 5B gezeigt ist, bei normaler Temperatur/atmosphärischem Druckein weiter Kraftstoffsprühwinkelund bei hoher Temperatur/hohem Druck ein schmaler Kraftstoffsprühwinkelverwirklicht werden. In dieser Weise ist ein Injektor mit veränderlichemSprühwinkelgeschaffen.
    [0095] DieAusführungsformder vorliegenden Erfindung ist beispielhaft wie oben beschriebenworden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformbegrenzt. Es könnenbei der Gestaltung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden,ohne vom Leitgedanken der vorliegenden Erfindung, wie er im Umfangder Ansprüchebeschrieben ist, abzuweichen.
    [0096] Beispielsweisekann in der oben beschriebenen Ausführungsform die axiale Länge L derEinspritzöffnung 17 desInjektors durch Schneidarbeit an der Stirnfläche der Einspritzöffnung beliebigabgestimmt werden, jedoch ist die Bearbeitung nicht auf Schneidarbeitbegrenzt; es kann auch eine andere Bearbeitung wie etwa Pressarbeitausgeführtwerden.
    [0097] Fernerschließtder technische Leitgedanke der Erfindung mit ein, dass selbst dann,wenn der Stufenabschnitt durch eine teilweise Einkerbung ersetztist, eine der obigen Ausführungsform ähnliche Zunahmeder Eindringung erzielt werden kann.
    [0098] Ausder obigen Beschreibung ist deutlich geworden, dass bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventilaufgrunddessen, dass die Mittelachse in einem vorgegebenen Ablenkwinkelzur Mittelachse des Ventilkörpersgeneigt ist, eine dem Ablenkwinkel entsprechende abgelenkte Einspritzungerfolgt. Der Konzentrationsbereich der Sprühnebeleindringung kann durchEinstellen der axialen Längeder Einspritzöffnungsowie durch Verwirbelungseinspritzung an eine beliebige Stelle umdie Mittelachse der Einspritzöffnungverlegt werden. Ferner könnendie Sprühnebelformund die Sprühnebelverteilungdurch den Stufenabschnitt im Auslass der Eindringlänge abgestimmtwerden, wobei sich die Kombination dieser Einstellvorgänge je nachden jeweiligen Maßnahmen synergetischauswirkt oder bewirkt, dass sich diese Maßnahmen gegenseitig aufheben.Außerdemkönnenverschiedene Einstellungen wie etwa die Einstellung der Kraftstoffsprührichtung,der Sprühnebelform,der Eindringlänge,des Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebels vorgenommen werden.Das heißt,dass das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventilbeim Versetzen dieser Elemente in einen optimalen Zustand entsprechend dem Motortypeinen hohen Freiheitsgrad und eine ausgesprochen große Vielseitigkeitaufweist.
    [0099] Fernerist, dem Direkteinspritzmotor der vorliegenden Ausführungsformentsprechend, ein Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, bei demdie axiale Längeder Einspritzöffnung,die Form und die Richtung des Stufenabschnitts des Auslasses derEinspritzöffnungdem Motor entsprechend eingestellt werden. Außerdem werden die Richtungdes Kraftstoffnebels, die Form des Sprühnebels, die Eindringlänge, dasVorhandensein/Fehlen des voreilenden Sprühnebels und dergleichen in Übereinstimmungmit der Verbrennungsart, der Form der Verbrennungskammer, dem positionellenBezug zwischen der Zündkerzeund dem Kraftstoffeinspritzventil und dergleichen eingestellt. Indieser Weise könnendie Verbrennungsleistung, die Kraftstoffersparnis und die Abgasleistungverbessert werden.
    [0100] Fernerwerden nach dem Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventilsder vorliegenden Ausführungsform,die axiale Längeder Einspritzöffnung,die Form des Stufenabschnitts des Auslasses der Einspritzöffnung unddie Richtung des Stufenabschnitts individuell durch Schneid- oderPressarbeit an der Stirnflächeder Einspritzöffnungals Primärproduktabgestimmt. Danach könnendie jeweiligen Elemente, wie etwa die Richtung des Kraftstoffnebels,die Form des Sprühnebels,die Eindringlänge unddas Vorhandensein/Fehlen des voreilenden Sprühnebels, bei der Herstellungdes Sekundärproduktsentsprechend dem Motortyp individuell optimiert werden.
    [0101] AlsNächsteswird als Ausführungsform,die in 11 und den nachfolgendenFiguren gezeigt ist, eine weitere besondere Struktur einer Ausführungsformder Erfindung ergänzendbeschrieben.
    [0102] Wiein 11 gezeigt ist, istdie elektromagnetische Spule 22 über einen Spulenträger 22a am unterenUmfang des Mittelkerns 12 vorgesehen und mit einem Jochals Hauptkörpergehäuse 11 abgedeckt.In diesem Beispiel ist das Joch 11 in ein Joch 11a ander Oberseite und ein Joch 11b an der Unterseite unterteilt,wobei diese Joche durch Schweißen zueinem Joch 11 vereint worden sind.
    [0103] DasJoch 11 und der Düsenkörper 13 sindz. B. durch Metallfluss miteinander verbunden.
    [0104] DerDüsenkörper 13 enthält ein obereszylindrisches Element 13a mit einem großen Durchmesser und einen (etwa3/4 oder größer) übrigen Hauptteileines zylindrischen Elements 13b mit einem kleinen Durchmesser.Das dünnezylindrische Element 13b steht von einem unteren Ende desJochs 11b hervor. Der Injektor dieses Typs, ein so genannter Langdüsen-Injektor,besitzt eine füreinen Direkteinspritzmotor geeignete Form. Das obere zylindrische Element 13a desDüsenkörpers 13 istin das Joch 11b eingesetzt und durch Metallfluss oder dergleichenmit diesem verbunden.
    [0105] DieDüsenplatte 15 istmit der Einspritzöffnung 17 versehen,wobei der Ventilsitz 16 durch Schweißen an einem inneren Endumfangdes Düsenkörpers 13 befestigtist. Ferner ist der Verwirbeler 23 vorgesehen. 12 ist eine vergrößerte Ansicht, diedie Art der Anbringung der Düsenplatteund des Verwirbelers zeigt.
    [0106] DerVerwirbeler 23 ist mit einem Führungsloch 80 versehen,das die Hin- und Herbewegung des Ventilelements 18 in seinerMitte führt.Zwischen dem äußeren Umfangdes Verwirbelers 23 und dem inneren Umfang des Düsenkörpers 13 istein Kraftstoffkanaldurchgang 81 vorgesehen. Ferner sindin der unteren Oberflächedes Verwirbelers 23 mehrere Kraftstoffkanäle 82 vomKanal 81 am äußeren Umfangdes Verwirbelers 23 zum Führungsloch 80 hin vorgesehen.Die Kraftstoffkanäle 82 dienenals stromabwärtigeDurchgängedes Kraftstoffkanals 81. Da die Kraftstoffkanäle 82 vonder Mitte des Führungslochs 80 exzentrischversetzt sind, wird dem Kraftstoff, der von den Kraftstoffkanälen 82 zumFührungsloch 80 strömt, eineVerwirbelung verliehen.
    [0107] DieDüsenplatte 15 undder Verwirbeler 32, die sich einander überlagern, sind in den innerenEndumfang des Düsenkörpers 13 eingesetzt.Die Kante der oberen Oberflächedes Verwirbelers 23 ist mit einem Stufenabschnitt 30 inKontakt, der im inneren Umfang des Düsenkörpers 13 vorgesehenist, wodurch der Verwirbeler zwischen dem Stufenabschnitt 30 undder Düsenplatte 15 gehaltenund somit befestigt ist.
    [0108] DerZwischenraum zwischen einem inneren Umfang 33 des Düsenkörpers 13 aufder Einlassseite des Verwirbelers 23 und dem äußeren Umfangdes Ventilelements 18 wird als Kraftstoffkanal 32 verwendet.Der Durchmesser des inneren Umfangs 33 des Düsenkörpers 13 istkleiner als ein innerer Umfang 34 des Düsenkörpers 13, in den derVerwirbeler 23 und die Düsenplatte 15 eingesetztsind. Zwischen dem inneren Umfang 33 und dem Stufenabschnitt 30 istein Konus 31 ausgebildet. Der Fluss des Kraftstoffs vomKanal 32 zum Kanal 81 wird durch den Konus 31 gleichmäßig geführt.
    [0109] Der äußere Umfangdes Ventils 18 weist eine bogenförmig gekrümmte Oberfläche 70, die mit dem konischzulaufenden Ventilsitz 16 in Kontakt ist, und eine spitzzulaufendekonische Oberfläche 71 auf. Wenndas Ventilelement 18 vom Ventilsitz 16 weg bewegtworden ist (beim Öffnendes Ventils), führtdie konische Oberfläche 71 inZusammenwirkung mit dem Ventilsitz 16 den verwirbeltenKraftstoff gleichmäßig undohne Verringerung der Verwirbelungskraft zur Öff nung 17. Das Ventilelement 18 kannanstelle einer Nadel ein Kugelventil an der Spitze eines Stabs sein.
    [0110] DerInjektor 10 wird von der (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpemit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt. Wenn die elektromagnetischeSpule 22 erregt wird, entsteht ein magnetischer Fluss,wobei der Mittelkern 12, das Joch 11 und der Plunger 19 einen geschlossenenmagnetischen Kreis bilden. Der Plunger 19 wird vom Mittelkern 12 magnetischangezogen, wobei das Ventilelement 18 vom Ventilsitz 16 abgehobenwird, so dass das Ventil öffnetund der verwirbelte Kraftstoff von der Einspritzöffnung 17 eingespritztwird. Der eingesprühteKraftstoffnebel F wird zu einer konischen Form geformt.
    [0111] AlsNächsteswird die Struktur der Einspritzöffnung 17 ergänzend beschrieben.
    [0112] ImFall, wenn die Achse E der Einspritzöffnung 17 von derMittelachse C des Injektors 10 abweicht, ist in dem verwirbeltenund durch die Einspritzöffnung 17 führendenKraftstoffstrom eine lokal konzentrierte Kraftstoffströmung vorhanden.Der Bereich konzentrierter Strömungwird am Auslass der Einspritzöffnung 17 ineine gewünschteRichtung gebracht, indem die Längeder Einspritzöffnung 17 dem Verlaufdes Bereichs konzentrierter Strömungentsprechend festgelegt wird. Ferner ist ein Teil des Randes derEinspritzöffnung 17,der mit dem Bezugszeichen 25A bezeichnet ist, weggeschnitten. DieStelle des Einschnitts (auch als "Einkerbung" bezeichnet) 25A entsprichtdem Bereich konzentrierter Strömungam Auslass der Einspritzöffnung.Der Einschnitt 25A ist eine Fläche der Stufe 25,und zwar die tiefere Flächeder Stufe.
    [0113] Wieoben beschrieben worden ist, weist der verwirbelte Kraftstoff, wenner von einer Einspritzöffnung 17 miteinem Ablenkwinkel ein gespritzt wird, eine Neigung auf, wobei ineiner Richtung ein lokal konzentrierter Sprühnebel mit langer Eindringung entsteht.Da der Mechanismus der Sprühnebelkonzentrationbis zum heutigen Tage nicht ausreichend bekannt war, ist auch nichtbekannt, wie die Richtfähigkeitdes Bereichs konzentrierten Sprühnebelsbeliebig zu steuern ist.
    [0114] (1)Als Nächsteswird der Mechanismus der Erzeugung des oben beschriebenen Bereichskonzentrierter Strömungin der Kraftstoffeinspritzöffnung beschrieben(der Bereich konzentrierter Strömung wirdzum Konzentrationsbereich des eingesprühten Kraftstoffnebels).
    [0115] 13 zeigt den Strömungsmechanismus desdurch die schrägverlaufende Einspritzöffnung 17 strömenden verwirbeltenKraftstoffs. 14 zeigtein Modell des durch eine nicht schräg verlaufende Einspritzöffnung 17' strömenden verwirbeltenKraftstoffs, wobei die Achse E des Injektors 10 und die MittellinieC der Einspritzöffnung 17' übereinstimmen.
    [0116] ImFall der nicht schrägverlaufenden Einspritzöffnung 17' strömt der Kraftstoff,der in das konisch zulaufende Element 16 eindringt, aufgrunddessen,dass das konisch zulaufende Element (der Ventilsitz) 16 derDüsenplatteund die Öffnung 17' symmetrischzueinander sind, gleichmäßig zur Öffnung 17', weshalb derSprühnebelgleichförmigwird.
    [0117] Andererseitssind bei der schrägverlaufenden Einspritzöffnung 17 in 13 das konisch zulaufendeElement 16 und die Öffnung 17 beidseitig asymmetrischzueinander, wie durch die Bezugszeichen B und B' angegeben ist (B bezeichnet die Form aufder nicht schrägverlaufenden Seite, währendB' die Form aufder schrägverlaufenden Seite angibt). In diesem Fall enthält der Strom, der in das konisch zulaufendeElement eindringt, eine Wirbelströmung an einer Wand B' an der schräg verlaufendenSeite beim Eintritt in die Öffnung 17,wobei an einer Stelle, die der Wand B' entspricht, eine lokal schnelle Strömung entsteht.Ferner entsteht in dem Bereich schneller Strömung ein Strömungsbereichkonzentrierten Kraftstoffs. Der Bereich konzentrierten Kraftstoffsverlagert sich mit der lokal schnellen Strömung und der Wirbelströmung zumAuslass der Öffnung. Esist berücksichtigt,dass das obige Phänomeneine ungleichmäßige Strömungsgeschwindigkeitsverteilungbewirkt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit desKraftstoffnebels in Axialrichtung eine Hochgeschwindigkeitskomponenteund eine Niedriggeschwindigkeitskomponente, jeweils in Axialrichtung, umfasst.Da der Kraftstoff stets nach rechts gewirbelt wird, bewegen sichferner der Bereich mit der hohen Geschwindigkeitskomponente in Axialrichtungund der Bereich mit der niedrigen Geschwindigkeitskomponente inAxialrichtung durch die Einspritzöffnung 17 ebenfallsnach rechts wirbelnd zum Ende der Einspritzöffnung 17.
    [0118] Die 15(1) und 15(2) zeigen den Verlauf des Bereichskonzentrierten Kraftstoffs in der Einspritzöffnung 17. In 15(2) sind (A) bis (B) Querschnitteum den Einlass, die Mitte und den Ausgang (Auslass) der in 15(1) (A)-(C) gezeigtenEinspritzöffnung 17 herum.Wie in der Figur gezeigt ist, bewegt sich der Bereich konzentriertenKraftstoffs in der Einspritzöffnung 17 mitder Wirbelströmungvom Eingang zum Ausgang.
    [0119] DieErfinder richteten ihre Aufmerksamkeit auf den Mechanismus, derdie Kraftstoffkonzentration hervorruft, und fanden heraus, dassdann, wenn der Strömungsbereichkonzentrierten Kraftstoffs am Auslass der Einspritzöffnung undder Stufenabschnitt (die Einkerbung) am Rand des Auslasses in Übereinstimmunggebracht werden, das Eindringen des voreilenden Sprühnebelsdurch die synergetische Wirkung dieser beiden Vorgänge verstärkt wird.
    [0120] Esist bekannt, dass dann, wenn eine Stufe (L-förmige Stufe) 25 inAxialrichtung am Auslass der Einspritzöffnung 17 gebildetist, der von der tieferen Stufenfläche 25A (Öffnungsaustrittmit kürzereraxialer Länge)eingespritzte Kraftstoff im Vergleich zu dem von einer höheren Stufenfläche 25B (Öffnungsaustrittmit größerer axialerLänge)eingespritzten Kraftstoff einfach konzentriert wird. Wenn die Stufe der Öffnung unddie Kraftstoffkonzentration am Auslass der Öffnung nicht miteinander übereinstimmen, sinddie Sprühnebelkonzentrationselementeverteilt, weshalb das Eindringen des voreilenden Sprühnebel nichtverstärktwerden kann. Wenn die Stufe der Öffnungund die Kraftstoffkonzentration andererseits miteinander übereinstimmen,kann das Eindringen des voreilenden Sprühnebels in wirksamer Weise starkerhöhtwerden.
    [0121] Die 16(1) bis 16(3) zeigen ein Modell des Drehwinkels θ' pro Öffnungslänge von0,1 mm im Bereich konzentrierten Kraftstoffs, der durch die Einspritzöffnung (schräg verlaufende Öffnung) 17 strömt. Dermit der Mittelachse einer Öffnung 101 gebildeteWinkel und die Strömungsrichtungdes Bereichs konzentrierten Kraftstoffs entspricht annähernd demhalben Hauptsprühwinkel θ (θ/2). Wenn derAbstand des Öffnungsauslassesin Umfangsrichtung pro 0,1 mm Öffnungslänge angenommen1 ist und der Öffnungsdurchmesser ϕDist, ergibt sich eine Näherungfür denDrehwinkel θ' wie folgt: θ' = 360 × tg(θ/2)/π/ϕD (2)
    [0122] Die 17(1) bis 17(3) zeigen den Fortgang der Bearbeitungder Einspritzöffnungund die Veränderungdes Eindringens des voreilenden Sprühnebels gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    [0123] In 17(1) sind der Ventilsitz 16 unddie schrägverlaufende Öffnung 17 inder Düsenplatte 15 durchPressen bearbeitet worden.
    [0124] Fernerist an einer Stirnflächeder Düsenplatte 15 einFortsatz 15' ausgebildet.Der Abschnitt konzentrierten Kraftstoffs (Bereich konzentriertenKraftstoffs) am Auslass der Öffnung(Einspritzöffnung) 17 wirdendgültigin einer Gegen-Ablenkrichtung (die zur Ablenkrichtung entgegengesetztenSeite) der Öffnungausgebildet. In 17(1) wirdzuerst die Lage des Bereichs konzentrierten Kraftstoffs geprüft. In demin 17(1) wiedergegebenenStadium wird überden oben beschriebenen Formelausdruck die Öffnungslänge Lo berechnet (beispielsweisezu 1,7 mm), jedoch beträgtder Verschiebungswinkel zur Sollposition des Abschnitts konzentriertenKraftstoffs 25°.In 17(2) wird zur Korrekturdes Verschiebungswinkels der Fortsatz 15' ungefähr an seiner Spitze beschnitten,wodurch die Lage des Bereichs konzentrierten Kraftstoffs eingestelltwird. In diesem Fall wird die Öffnungslänge Lo umein Schneidmaß Tc(Tc = Lo – L') vertikal zur Achseder Öffnung 17 gekürzt, wodurchdie Kanallängeder Öffnungeingestellt wird. Durch dieses Einstellen wird die Lage des Bereichskonzentrierten Kraftstoffs auf eine Linie A-A' in der Sollrichtung verschoben. "L" entspricht einem Abstand von der höheren Fläche 25A derStufe 25 zum Eingang der Einspritzöffnung.
    [0125] DieBeziehung zwischen dem Schneidmaß tc und dem Drehwinkel Pdegdes Abschnitts konzentrierten Kraftstoffs wird nach dem folgendenAusdruck (1) erhalten. Pdeg= ((tc × tg(θ/2))/(π × D) × 360) (1)
    [0126] Imobigen Ausdruck ist "tc" das Maß des Abschneidensder Öffnung 17; θ ist derHauptsprühwinkeldes SprühnebelsF; π istdas Verhältnisvon Kreisumfang zu seinem Durchmesser; und D ist der Durchmesserder Öffnung 17.
    [0127] DasSchneidmaß beträgt beispielsweise0,2 mm. Die beschnittene Oberflächeist zur schrägverlaufenden Öffnungsenkrecht.
    [0128] AlsNächsteshat, wie 17(3) zeigt,der Querschnitt des Öffnungsauslassesdurch Abnehmen der Hälftedes Öffnungsauslassesan der zur Ablenkrichtung abgewandten Seite (entsprechend einerteilweisen Kürzungdes Randes des Einspritzöffnungsauslasses)eine L-förmigeStufe (in diesem Beispiel eine Stufe von 0,19 mm). In dieser Weise werdeneine Öffnung,deren endgültige Öffnungslänge 1,5mm beträgt,und eine Stufe von 0,19 mm gebildet wird. Der Bereich konzentriertenKraftstoffs und die tiefere Stufenfläche 25A übereinstimmenmiteinander.
    [0129] Dasheißt,dass der Umfang (der Fortsatz) 15' des Auslasses der Einspritzöffnung 17 zwei Schrägen 25A und 25B aufweist,die zur Mittelachse C des Einspritzventils geneigt sind, wobei diese Schrägen eineStufe im Auslass der Einspritzöffnung bilden.Die Einkerbung, die in einem Teil des Umfangs des Auslasses derEinspritzöffnungvorgesehen ist, wird unter Zuhilfenahme des Stufenabschnitts ausgebildet.Die beiden Schrägenwerden durch Schneid- oder Pressarbeit gebildet, jedoch können dieseauch durch andere Bearbeitungsformen gebildet werden.
    [0130] (2)Bei dieser Ausführungsformwird als Nächstesder Einfluss des Ablenkwinkels der Einspritzöffnung 17, der Exzentrizität der L-förmigen Stufe,des Winkels des Ventilsitzes und der Höhe der L-förmigen Stufe auf die Breitedes Bereichs konzentrierten Kraftstoffs bestimmt.
    [0131] 18 zeigt den Zusammenhangzwischen dem Ablenkwinkel der Einspritzöffnung und dem Streuungswinkeldes Bereichs konzentrierten Kraftstoffs am Auslass der Öffnung.Der Streuungswinkel des Bereichs konzentrierten Kraftstoffs wirdmit zunehmendem Ablenkwinkel weiter. Wenn der Ablenkwinkel jedochgleich oder größer als einvorbestimmter Winkel wird, ändertsich der Bereich konzentrierten Kraftstoffs nicht mehr so stark.Nach dem Versuchsergebnis darf vermutet werden, dass bei einem Ablenkwinkelvon 0° keinKraftstoffkonzentrationsbereich vorhanden ist. Dann beträgt der Streuungswinkeldes Kraftstoffkonzentrationsbereichs bei einem Ablenkwinkel von12° etwa100°. DerStreuungswinkel ändertsich kaum, wenn der Ablenkwinkel größer als 12° ist. Dementsprechend wurdefestgestellt, dass die Breite (der Streuungswinkel) des Bereichs konzentriertenKraftstoffs durch Veränderndes Ablenkwinkels gesteuert werden kann.
    [0132] 19 zeigt den Zusammenhangzwischen der Breite (dem Streuungswinkel) des Bereichs konzentriertenKraftstoffs und einer Verschiebung (Exzentrizität) der Mitte des Ventilsitzeszur Mitte der Einspritzöffnung 17.Die Exzentrizitätwird im rechten Winkel zur Ablenkrichtung der Öffnung gemessen. In 19 beträgt die Exzentrizität 0 mm,0,05 mm und 0,1 mm. Es wird deutlich, dass der Streuungswinkel desKraftstoffkonzentrationsbereichs kleiner wird, wenn die Exzentrizität zunimmt.Dementsprechend kann die Breite des Kraftstoffkonzentrationsbereichs auch über dieExzentrizitätgesteuert werden. Ein beliebiger Kraftstoffkonzentrationsbereichkann erhalten werden, indem die Exzentrizität und der Ablenkwinkel derEinspritzöffnungbeliebig kombiniert werden.
    [0133] Die 20(1) bis 20(3) zeigen Kraftstoffverteilungsdichtenam Ende der Einspritzöffnungbei einem Ventilsitzwinkel von 60°,70° bzw.80°. Der Streuungswinkeldes Kraftstoffkonzentrationsbereichs wird mit zunehmendem Ventilsitzwinkelweiter. Jedoch ist die Empfindlichkeit des Streuungswinkels gegenüber demVentilsitzwinkel geringer als gegenüber anderen Faktoren (Ablenkwinkelund Exzentrizitätder Einspritzöffnung).Der Ventilsitzwinkel wird beispielsweise auf etwa 70° eingestellt.
    [0134] Gemäß der vorliegendenAusführungsform wirdder von der ÖffnungeingesprühteKraftstoffnebel F so ausgebildet, dass er zur Achse des Injektors 10 geneigtist und die Eindringlängedes Kraftstoffnebels ungleichmäßig ist(L1/L2 ≠ 1).Das Eindringen des voreilenden Sprühnebels und der Streuungswinkeldes voreilenden Sprühnebelskönnenim Vergleich zum Fall eines herkömmlichenInjektors mit einem L-förmigenStufenabschnitt (die Mittellinie der Einspritzöffnung stimmt mit der Mittelachsedes Injektors 1 überein)auf etwa das 3fache vergrößert werden.
    [0135] Umdie Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu erfüllen, können dieEinzelheiten der Strukturen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformennatürlichin jeder geeigneten Weise kombiniert werden, um die Erfindung, dem Verständnis einesFachmanns auf dem Gebiet entsprechend, in die Praxis umzusetzen.
    [0136] Beimerfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventilkann der Bereich konzentrierten Kraftstoffs (der Bereich mit derstärkstenEindringung; der Bereich mit dem größten voreilenden Sprühnebel)ein Kraftstoffnebel an eine beliebige Stelle um die Mittelachse derEinspritzöffnungverlegt werden. Ferner können dieSprühnebelformund die Sprühnebelverteilung durcheine Stufe am Auslass (Stirnfläche)der Einspritzöffnungabgestimmt werden. Durch Kombination dieser Maßnahmen können verschiedene Einstellungenwie etwa die Einstellung der Kraftstoffsprührichtung, der Sprühnebelform,der Eindringlänge,des Vorhandenseins/Fehlens des voreilenden Sprühnebels, usw. vorgenommen werden.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Kraftstoffeinspritzventil mit einer Einspritzöffnung (17)zum Einspritzen von Kraftstoff, einem beweglichen Ventilelement(18) zum Öffnenund Schließender Einspritzöffnung(17) durch Verschiebung in Axialrichtung und einer Kraftstoffverwirbelungseinrichtung(23), die stromaufwärtsder Einspritzöffnung (17)auf den durch den Bereich entlang des Umfangs des Ventilelements(18) strömendenKraftstoff eine Verwirbelungskraft aufbringt, wobei die Einspritzöffnung (17)unter einem vorgegebenen Ablenkwinkel in Bezug auf die Mittelachsedes Ventilelements (18) geneigt ist und der Auslass derEinspritzöffnung(17) in Form einer Stufe (25) ausgebildet ist.
    [2] Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass zwei Flächen(25A, 25B), aus denen die Stufe (25)zusammengesetzt ist, zueinander parallel sind.
    [3] Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass zwei Flächen (25A, 25B),aus denen die Stufe (25) zusammengesetzt ist, durch Schneidenoder Pressen gebildet sind.
    [4] Direkteinspritzmotor, bei dem mit Druck beaufschlagterKraftstoff in jeden Zylinder direkt eingespritzt wird, wobei anjedem seiner Zylinder (54) ein Kraftstoffeinspritzventil(10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 vorgesehen ist.
    [5] Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffeinspritzventils(10), das eine Einspritzöffnung (17) zum Einspritzenvon Kraftstoff, ein bewegliches Ventilelement (18) zum Öffnen undSchließender Ein spritzöffnung(17) durch Verschiebung in Axialrichtung und eine Kraftstoffverwirbelungseinrichtung(23), die auf den durch einen Kraftstoffdurchlass sichbewegenden Kraftstoff stromaufwärtsder Einspritzöffnung (17)eine Verwirbelungskraft aufbringt, aufweist, wobei das Verfahrendie folgenden Schritte der Bearbeitung eines Düsenelements (15) indem Kraftstoffeinspritzventil (10) umfasst: Ausbildender Einspritzöffnungmit einem vorgegebenen Neigungswinkel zur Mittelachse des Düsenkörpers (11)und einer Länge,die einen Einstellspielraum umfasst, als Primärprodukt des Düsenelements (15); Einstellender Längeder Einspritzöffnung(17) durch Schneid- oderPressarbeit am Auslass der Einspritzöffnung (17); Bildeneiner Stufe (25) am Auslass der Einspritzöffnung (17)nach dem Festlegen der Richtung der Stufe (25).
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Bilden der Stufe (25) durch Schneiden oder Pressenausgeführtwird.
    [7] Kraftstoffeinspritzventil mit einer Einspritzöffnung zumEinspritzen von Kraftstoff, einem stromaufwärts der Einspritzöffnung vorgesehenenVentilsitz (16), einem Ventilelement (18) zum Öffnen und Schließen derEinspritzöffnung(17) und einem Kraftstoffverwirbelungselement (23),das auf den durch den Bereich des Umfangs des Ventilelements (18) strömenden Kraftstoffstromaufwärtsdes Ventilsitzes eine Verwirbelungskraft aufbringt, wobei die Einspritzöffnung (17)an einem Düsenelement(15) unter einem vorgegebenen Ablenkwinkel in Bezug aufdie Mittelachse eines Einspritzventilkörpers (11) gebildet ist,so dass in der durch seine Einspritzöffnung (17) gehendenWirbelströmungeine lokal konzentrierte Strömungentsteht; und der Auslass der Einspritzöffnung (17) mit einerEinkerbung versehen ist, derart, dass die Stelle der Einkerbungmit der Einspritzstelle der lokal konzentrierten Strömung übereinstimmt.
    [8] Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7, dadurchgekennzeichnet, dass die Einkerbung des Auslasses der Einspritzöffnung (17)durch Schneiden oder Pressen ausgeführt worden ist.
    [9] Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung des Auslasses der Einspritzöffnung inForm einer Stufe (25) in der Axialrichtung der Einspritzöffnung (17)mit einem Höhenunterschiedgestaltet ist.
    [10] Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Umfang des Auslasses derEinspritzöffnung(17) überderen Endflächehinaus fortsetzt; wobei der vorstehende Umfang zwei Schrägen aufweist,die gegenübereiner zur Achse des Kraftstoffeinspritzventils senkrechten Ebenegeneigt sind; wobei die Schrägen einenHöhenunterschiedam Auslass der Einspritzöffnung(17) bilden; und wobei die tiefere der Schrägen dieEinkerbung des Auslasses der Einspritzöffnung (17) bildet.
    [11] Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkerbung des Auslasses derEinspritzöffnung(17) auf der zur Ablenkrichtung entgegengesetzten Seite derEinspritzöffnung(17) gebildet ist.
    [12] Kraftstoffeinspritzventil, mit einer Einspritzöffnung (17)zum Einspritzen von Kraftstoff und einem Kraftstoffverwirbelungselement(23), das auf den durch einen Kraftstoffdurchlass stromaufwärts der Einspritzöffnung strömenden Kraftstoffeine Verwirbelungskraft aufbringt, wobei die Ausrichtung desvon der Einspritzöffnung (17)einge sprühtenKraftstoffnebels in eine festgelegte Richtung zur Mittelachse einesEinspritzventilkörpers(11) umgelenkt wird; und die erreichbare Entfernungvon einem Kraftstoffnebelbereich auf der der Ablenkseite gegenüberliegendenSeite auf eine maximale Längein dem Kraftstoffnebel eingestellt wird, wobei diese bei atmosphärischemDruck gemessen wird.
    [13] Direkteinspritzmotor mit einer Zündkerze und einem Kraftstoffeinspritzventil(10) zum Einspritzen von mit Druck beaufschlagtem Kraftstoffdirekt in eine Verbrennungskammer (54) des Motors, dadurchgekennzeichnet, dass das Kraftstoffeinspritzventil (10)ein Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis12 ist und so vorgesehen ist, dass es im oberen Teil jedes Zylinders(54) des Motors schrägnach unten verläuft; wobeidie Ablenkrichtung des Kraftstoffeinspritzventils (10)ausgehend von der Mittelachse des Einspritzventilkörpers (11)zur Zündkerzedes Motors gerichtet ist, währenddie am Auslass der Einspritzöffnung(17) gebildete Einkerbung zum Kolben gerichtet ist.
    [14] Direkteinspritzmotor mit einer Zündkerze und einem Kraftstoffeinspritzventilzum Einspritzen von mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff direkt ineine Verbrennungskammer des Motors, dadurch gekennzeichnet,dass das Kraftstoffeinspritzventil (10) ein Kraftstoffeinspritzventilnach einem der Ansprüche7 bis 12 ist und so vorgesehen ist, dass es im oberen Teil jedesZylinders (54) des Motors schräg nach unten verläuft; wobeidie Ablenkrichtung des Kraftstoffeinspritzventils (10)ausgehend von der Mittelachse des Einspritzventilkörpers (11)zum Kolben des Motors gerichtet ist, während die am Auslass der Einspritzöffnung (17)gebildete Einkerbung zur Zündkerzegerichtet ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-23| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-10-22| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN, 80336 MUENCHE |
    2011-02-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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