DE102004003361A1

DE102004003361A1 - Kraftstoffeinspritzventil

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Publication number: DE102004003361A1
Application number: DE102004003361A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Hitachi Kihara; Yoshihiro Hitachi Sukegawa; Toshiharu Hitachinaka Nogi; Masahiro Hitachi Souma
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2004-08-12
Also published as: US20040164187A1; JP2004225598A

Abstract

Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des von der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs, der sich durch den Querschnitt an einer spezifischen Stelle auf der Auslassseite der Einspritzöffnung (16) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20) bewegt, besitzt die Eigenschaft, dass dann, wenn der Punkt, in dem der Umfang des Kraftstoffnebels dicht bei der Mittelachse der Einspritzöffnung (16) die Gerade L, die die jeweiligen Schwerpunkte der in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebel verbindet, schneidet, als erster Punkt P1 angenommen wird, der Punkt, in dem der von der Mittelachse entfernte Umfang des Kraftstoffnebels die Gerade L schneidet, als zweiter Punkt P2 angenommen wird und der Punkt in der Mitte zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 als dritter Punkt P3 angenommen wird, der Scheitelwert der Strömungsgeschwindigkeit auf der Geraden L zwischen dem ersten Punkt P1 und dem dritten Punkt P3 liegt und die Strömungsgeschwindigkeit mti zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitelwerts auf der Geraden L abnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil oder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine in einem Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnete Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die durch Erzeugung einer spezifischen Kraftstoffnebelform den unverbrannten Kohlenwasserstoff (HC) verringert.

Bei der gewöhnlich verwendeten Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung, bei der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in dem Einlassrohr angeordnet ist, wird der Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in Richtung des Einlassventils in einer Brennkammer gespritzt. Die Förderung der Verdampfung nimmt wegen der Abnahme der Mantelfläche, wenn der eingespritzte Kraftstoff an der Wandoberfläche des Einlassrohrs haften bleibt, ab. Dies führt zu dem Problem, dass sich die für das Eindringen des Kraftstoffs in die Brennkammer benötigte Zeit verlängert und sich die Reaktion der Brennkraftmaschine verschlechtert.

Da der Kraftstoff mit Motoröl versetzt ist, wird außerdem die Verdampfung unzureichend, wenn der Kraftstoff, der an dem Einlassrohr haftet, entlang der Wandoberfläche weggetragen wird und als flüssiger Film in die Brennkammer fließt. Deshalb wird er von der Brennkraftmaschine gewöhnlich als unverbrannter Kohlenwasserstoff ausgestoßen. Insbesondere wird dieser unverbrannte Kohlenwasserstoff in dem Betriebsbereich innerhalb einer Zeitspanne von zehn Sekunden nach dem Starten, während der der Dreiwegekataly sator, falls dieser in dem Auspuffrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, noch nicht aktiviert worden ist, ohne Reinigung an die Luft abgegeben. Dadurch entsteht das Problem, dass die Umwelt verschmutzt wird.

Die Technik zur Lösung dieser Probleme ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-218986 offenbart worden. In dieser Technik ist die Einspritzöffnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung in dem Einlassrohr im Wesentlichen halbkreisförmig oder V-förmig gekrümmt ausgebildet. Ferner ist das Kraftstoffnebelmuster des von der Einspritzöffnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzten Kraftstoffs im Wesentlichen halbkreisförmig oder v-förmig gekrümmt aufgebildet, wobei der Kraftstoffnebel so gerichtet ist, dass er an der Rückseite des Einlassventils auftrifft. Deshalb verringert sich die Haftung des Kraftstoffs an dem Einlassrohr und wird der Kraftstoffnebel über die rückwärtige Fläche des Einlassventils (den Schirmabschnitt) verteilt. Im Ergebnis nimmt die Transportverzögerung des Kraftstoffs ab, erhöht sich die Beschleunigungsleistung und nimmt die Abgasemission ab.

Nebenbei bemerkt befindet sich das Einlassventil im Anfangsstadium des Ansaugtakts der Brennkraftmaschine im Niedrighubzustand. An der Rückseite des Einlassventils (Schirmabschnitt) wird ein sehr schneller Luftstrom erzeugt, da der Öffnungsraum des Einlassventils, wenn sich dieses im Niedrighubzustand befindet, sehr klein ist. In diesem Fall wird der an der Rückseite des Einlassventils haftende Kraftstoff durch den sehr schnellen Luftstrom vom Rand des Einlassventils (Schirmabschnitt) weggerissen und dringt in den Zylinder ein. Wenn jedoch der Kraftstoff des flüssigen Films weggerissen wird, wird er durch die Schubkraft des sehr schnellen Luftstroms, dessen Strö mungsgeschwindigkeit nahezu Schallgeschwindigkeit erreicht, in winzige Teilchen umgewandelt.

Bei der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 8-218986 offenbarten Technik konzentriert sich der Kraftstoff jedoch auf den Schirmabschnitt des Einlassventils auf Seiten der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (Rückseite des Einlassventils). Deshalb ist der auf der Rückseite des Einlassventils gebildete flüssige Kraftstofffilm dick und nimmt der Durchmesser der durch den sehr schnellen Luftstrom zerstäubten Kraftstofftröpfchen zu. Ferner neigt der Kraftstoff infolge der Trägheit der Kraftstofftröpfchen und wegen des geringen Abstands vom Rand des Einlassventils auf Seiten der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (Außenkante) bis zur Zylinderbohrungswand zum Haften an der Zylinderbohrungswand. Deshalb wird erwartet, dass der Kraftstoff mit Motoröl versetzt und die Verdampfung erschwert ist. Im Ergebnis wird wahrscheinlich die Tatsache geschaffen, dass unverbrannter Kohlenwasserstoff erzeugt wird.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Probleme entwickelt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung zu schaffen, die die spezifische Kraftstoffnebelform besitzt, bei der das Ausmaß der Kraftstoffadhäsion an der Zylinderbohrungswand, wenn der an der Rückseite des Einlassventils haftende Kraftstoff durch den Luftstrom vom Rand des Einlassventils weggeblasen wird, stark abnimmt.

Um die oben erwähnte Aufgabe zu lösen, ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung grundsätzlich im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung in zwei Richtungen eingespritzt wird. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des von der Einspritzöffnung eingespritzten Kraftstoffs, der durch den Querschnitt an einer spezifischen Stelle auf der Auslassseite der Einspritzöffnung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geht, besitzt die Eigenschaft, dass dann, wenn der Punkt, in dem der Umfang des Kraftstoffnebels dicht bei der Mittelachse der Einspritzöffnung die Gerade L, die die jeweiligen Schwerpunkte der in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebel verbindet, schneidet, als erster Punkt P1 angenommen wird, der Punkt, in dem der von der Mittelachse entfernte Umfang des Kraftstoffnebels die Gerade L schneidet, als zweiter Punkt P2 angenommen wird und der Punkt in der Mitte zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 als dritter Punkt P3 angenommen wird, der Scheitelwert der Strömungsgeschwindigkeit auf der Geraden L zwischen dem ersten Punkt P1 und dem dritten Punkt P3 liegt und die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitelwerts auf der Geraden L abnimmt.

Vorzugsweise liegt die spezifische Stelle 100 mm von der Einspritzöffnung entfernt auf der Auslassseite dieser Einspritzöffnung.

Ferner ist die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebel vorzugsweise annähernd symmetrisch, wobei der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Punkt P1 wenigstens 1,5-mal größer als der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem zweiten Punkt P2 ist.

Bei der wie oben erwähnt konfigurierten Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung ist es beim Einspritzen des Kraftstoffs von der Einspritzöffnung in zwei Richtungen möglich, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der Innenseite des Kraftstoffnebels zu erhöhen und an der Außenseite zu verringern. Im Ergebnis wird die Dicke des flüssigen Films außerhalb des Einlassventils reduziert, die Dicke des flüssigen Films innerhalb des Einlassventils verstärkt und die Kraftstoffadhäsion an der Zylinderbohrungswand verhindert, wodurch der unverbrannte Kohlenwasserstoff reduziert wird.

Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet sein, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung in zwei Richtungen eingespritzt wird. Wenn die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels, der durch den Querschnitt an einer spezifischen Stelle auf der Auslassseite der Einspritzöffnung geht, in einer Richtung, die von der Innenseite des in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebels zur Außenseite verläuft, in mehrere Zonen unterteilt wird, die Strömungsgeschwindigkeit jeder Zone in der zu dieser Richtung senkrechten Richtung integriert wird und ein Punkt innerhalb des Kraftstoffnebels als erster Punkt P1 angenommen wird, ein Punkt außerhalb des Kraftstoffnebels als zweiter Punkt P2 angenommen wird und der Punkt in der Mitte zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 als dritter Punkt P3 angenommen wird, liegt der Scheitel des Strömungsgeschwindigkeitsintegralwerts zwischen dem ersten Punkt P1 und dem dritten Funkt P3 und nimmt der Strömungsgeschwindigkeitsintegralwert mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitels ab.

Es darf erwartet werden, dass die wie oben erwähnt konfigurierte Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung dieselbe Wirkung wie die ursprüngliche Erfindung besitzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet sein, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung in zwei Richtungen eingespritzt wird. Die Einspritzöffnung ist in einer in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geneigten Richtung gebohrt, wobei dann, wenn die Mittelachse als Z-Achse angenommen wird, die Richtung, in der sich der Kraftstoffnebel mit zwei Richtungen erstreckt, als X-Achse angenommen wird und die zur X-Y-Ebene senkrechte Achse als Y-Achse angenommen wird, mit zunehmendem Abstand S von der Y-Z-Ebene der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung größer wird und der Durchmesser dieser Einspritzöffnung kleiner wird.

Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung werden beim Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung während des Auspuffhubs der Brennkraftmaschine die in zwei Richtungen gelenkten Kraftstoffnebel erzeugt, da die Einspritzöffnungen der Düse in einer (+)-Richtung bzw. in einer (–)-Richtung in Bezug auf die X-Achse gebohrt sind. Je größer der Durchmesser der Einspritzöffnungen ist, desto größer ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung dieses Kraftstoffnebels nimmt nach innen zu, jedoch nach außen ab. Der Scheitelwert der Kraftstoffverteilung liegt innerhalb des Schafts des Einlassventils. Wenn der eingespritzte Kraftstoff an dem Schirmabschnitt des Einlassventils haftet, ist der an der Außenseite des Schirmabschnitts des Schafts des Einlassventils gebildete flüssige Kraftstofffilm im Vergleich zu jenem an der Innenseite dünn.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet sein, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung in zwei Richtungen eingespritzt wird, wobei die Einspritzöffnung in einer in Bezug auf die Mittelachse geneigten axialen Richtung gebohrt ist und wobei dann, wenn die Mittelachse als Z-Achse angenommen wird, die Richtung, in der sich der Kraftstoffnebel mit zwei Richtungen erstreckt, als X-Achse angenommen wird und die zur X-Y-Ebene senkrechte Ebene als Y-Achse angenommen wird. Mit zunehmendem Abstand S von der Y-Z-Ebene wird der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung größerer und die Anzahl der Einspritzöffnungen kleiner.

Bei der so konfigurierten Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorliegen den Erfindung werden beim Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung während des Auspuffhubs der Brennkraftmaschine die in zwei Richtungen gelenkten Kraftstoffnebel erzeugt, da die Einspritzöffnungen der Düse in einer (+)-Richtung bzw. in einer (–)-Richtung in Bezug auf die X-Achse gebohrt sind. Je größer die Anzahl der Einspritzöffnungen ist, desto größer ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung dieses Kraftstoffnebels nimmt nach innen zu, jedoch nach außen ab. Der Scheitelwert der Kraftstoffverteilung liegt innerhalb des Schafts des Einlassventils. Wenn der eingespritzte Kraftstoff an dem Schirmabschnitt des Einlassventils haftet, ist der an der Außenseite des Schirmabschnitt des Schafts des Einlassventils gebildete flüssige Kraftstofffilm im Vergleich zu jenem an der Innenseite dünn.

Die vorliegende Erfindung wird verständlicher aus der im Folgenden gegebenen Beschreibung und aus der begleitenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung, sondern lediglich zur Erläuterung und zum Verständnis genommen werden sollte.
In der Zeichnung sind bzw. zeigen:
1 eine Längsschnittsansicht der Brennkraftmaschine, in der eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
2 eine Querschnittsansicht des in schematischer Form gezeigten oberen Teils der Brennkraftmaschine gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform.
3 eine Längsschnittsansicht der Düse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform.
4 eine Ansicht, die eine Lochplatte in der Düse der in 3 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt.
5A und 5B die Zustände der durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform eingespritzten Kraftstoffnebel, wobei 5A die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels F zeigt, während 5B die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels F im Querschnitt A-A von 5A zeigt.
6 eine Längsschnittsansicht der Düse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 eine Ansicht, die eine Lochplatte in der Düse der in 6 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt.
8A und 8B zeigen die Zustände der durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eingespritzten Kraftstoffnebel, wobei 8A die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels F zeigt, während 8B die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels F im Querschnitt A-A von 8A zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und mit Bezug auf die begleitende Zeichnung genau besprochen. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bewirken. Selbstverständlich ist einem Fachmann klar, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. Andererseits sind an sich bekannte Strukturen nicht im Einzelnen gezeigt, um eine unnötig Verdunkelung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung genau erklärt.
1 und 2 zeigen eine Brennkraftmaschine, die für beide Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 1 ist eine Längsschnittsansicht der Brennkraftmaschine. 2 ist eine Querschnittsansicht des in schematischer Form gezeigten oberen Teils der Brennkraftmaschine.
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 9 und einen in den Zylinderblock 2 eingeführten Kolben 3. In dem Zylinderblock 2 ist eine Brennkammer 4 ausgebildet. Ein Einlassrohr 5 und ein Auspuffrohr 6, die in dem Zylinderkopf 9 gebildet sind, öffnen sich zur Brennkammer 4. Im Zylinderkopf 9 sind zwei Einlassventile 7A, 7B zum Öffnen und Schließen des Öffnungsabschnitts und zwei Auslassventile 8A und 8B angeordnet. Auf der Einlassseite des Einlassrohrs 5 sind ein Drosselventil 11 zum Einstellen der Menge der in die Brennkammer 4 angesaugten Luft und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 ist an einer Stelle angeordnet, an der der Kraftstoff auf die Einlassventile 7A und 7B gerichtet eingespritzt wird. Außerdem ist am Mittelteil der Brennkammer 4 eine Zündkerze 10 vorgesehen.
Der von der Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 eingespritzte Kraftstoffnebel F wird in zwei Richtungen verteilt. Ein Kraftstoffnebel FA wird in Richtung des Einlassventils 7A gelenkt, während der andere Kraftstoffnebel FB in Richtung des Einlassventils 7B gelenkt wird. Wenn die Kraftstoffnebel-Mittellinien F1 und F2, die den Sprühwinkel α2 jeweils halbieren, verlängert werden, sind der Neigungswinkel β der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 und der Schnittwinkel α1 der Kraftstoffnebel-Mittellinien F1 und F2 so festgelegt, dass die Letzteren durch die Mitten der Schirmabschnitte der Einlassventile 7A bzw. 7B gehen.
Außerdem sind die Sprühwinkel α2 und α3 jeweils so festgelegt, dass weder der Kraftstoffnebel FA noch der Kraftstoffnebel FB auf die Innenwand des Einlassrohrs 5 auftrifft.
3 und 4 zeigen die Konfiguration der Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine durch die Mitte der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gehende Längsschnittsansicht der Düse 21.
4 ist eine von der Kopfseite der Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 betrachtete Ansicht.
In der Düse 21 am Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform ist eine Lochplatte 13 über eine Führung 14 an einem Ventilelement 15 angebracht. In die Lochplatte 13 sind zwei oder mehr Einspritzöffnungen 16 gebohrt. Ein Kugelventil 17, das sich aufwärts und abwärts bewegt, ist vorgesehen. Der Kraftstoff strömt durch Anheben des Kugelventils in den Raum zwischen der Führung 14 und dem Kugelventil 17 und in die Einspritzöffnung 16.
Die Einspritzöffnung 16 ist in Richtung einer Achse gebohrt, die in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 geneigt ist. In 3 und 4 wird der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung mit zunehmendem Abstand S von der Ebene, die von der Y-Achse und der Z-Achse gebildet wird, wenn die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse definiert sind, größer. Der Winkel θ ist in einem Bereich festgelegt, in dem die Kraftstoffnebel FA und FB nicht am Einlassrohr 5 haften.
Außerdem ist auf der X-Achse, die durch die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 geht, eine Einspritzöffnung 16 vorgesehen.
Der Durchmesser D wird mit zunehmendem Abstand S von der von der Y-Achse und der Z-Achse gebildeten Ebene kleiner.
Die Lochplatte 13 ist am Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 so vorgesehen, dass die X-Achse zum Kolbenbolzen parallel ist.
Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 der vorliegenden Erfindung werden beim Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 während des Auspuffhubs der Brennkraftmaschine die in zwei Richtungen gelenkten Kraftstoffnebel erzeugt, da die Einspritzöffnungen 16 der Düse in einer (+)-Richtung bzw. in einer (–)-Richtung in Bezug auf die X-Achse gebohrt sind. Je größer der Durchmesser der Einspritzöffnungen ist, desto größer ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung dieses Kraftstoffnebels nimmt nach innen zu, jedoch nach außen ab. Der Scheitelwert der Kraftstoffverteilung liegt an der Innenseite des Schafts des Einlassventils 7. Wenn der eingespritzte Kraftstoffs an dem Schirmabschnitt des Einlassventils 7 haftet, ist der an der Außenseite des Schirmabschnitts des Schafts des Einlassventils 7 gebildete flüssige Kraftstofffilm im Vergleich zu jenem an der Innenseite dünn.
5A und 5B zeigen ein Beispiel des Zustands des Kraftstoffnebels beim Einspritzen des Kraftstoffs mittels der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform.
Die in 5B gezeigten Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen der Kraftstoffnebel FA und FB geben das Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis beim Durchgang des eingespritzten Kraftstoffs durch den in 5A gezeigten A-A-Querschnitt 100 mm unter der Düse an. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen der Kraftstoffnebel FA und FB sind nahezu symmetrisch, wie in 5B gezeigt ist.
Wenn die Punkte, in denen die Umfänge der Kraftstoffnebel FA, FB dicht bei der Mittelachse der Einspritzöffnung die Gerade L, die die jeweiligen Schwerpunkte der in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebel verbindet, schneiden, als erste Punkte P1 angenommen werden, die Punkte, in denen die von der Mittelachse entfernten Umfänge der Kraftstoffnebel FA, FA die Gerade L schneiden, als zweite Punkte P2 angenommen werden und die Punkte in der Mitte zwischen den ersten Punkten P1 und den zweiten Punkten P2 als dritte Punkte P3 angenommen werden, liegen die Scheitelwerte der Strömungsgeschwindigkeit auf der Geraden L zwischen den ersten Punkten P1 und den dritten Punkten P3 und nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitelwerts auf der Geraden L ab. Die Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Punkt P1 ist wenigstens 1,5-mal größer als die Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem zweiten Punkt P2.
Als Nächstes wird der Zustand beim Betrieb einer Brennkraftmaschine, die eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform verwendet, erläutert. Unter Betriebsbedingungen beträgt die Motordrehzahl im Niedriglastbetrieb unmittelbar nach dem Starten 1200 min^–1. Da die Höhe der Kraftstoffeinspritzung gering ist, ist die Öffnung des Drosselventils 11 klein, so dass der Ansaugluftstrom so gering sein kann, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf etwa 15 eingestellt wird, was dem theoretischen Mischungsverhältnis von Motorbenzin entspricht.
Der Kraftstoff wird während des Auspuffhubs eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzung beginnt zu dem Zeitpunkt, zu dem die Kraftstoffverbrennung abgeschlossen ist, jedoch zumindest vor dem Öffnen des Einlassventils 7. Da beim Einspritzen von Kraftstoff gemäß dieses Zeitablaufs ein geringer Luftstrom im Einlassrohr 5 besteht, haftet der Kraftstoffnebel F an dem Schirmabschnitt des Einlassventils 7 nahezu ohne Erzeugung von Turbulenz und bildet den flüssigen Film. Der außerhalb des Schafts des Einlassventils 7 gebildete flüssige Kraftstofffilm ist im Vergleich zu jenem im Inneren dünn, da die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Kraftstoffnebels F zunimmt, wie oben im Zusammenhang mit der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung erwähnt worden ist.
Wenn der Betrieb in den Ansaughub übergeht und das Einlassventil 7 sich zu öffnen beginnt, steht das Einlassrohr 5 unter Unterdruck, da das Drosselventil 11 geschlossen worden ist, obwohl das Verbrennungsgas mit einem Druck, der etwas höher als der atmosphärische Druck ist, die Brennkammer 4 füllt. Deshalb wird zuerst ein Rückstrom von der Brennkammer 4 zum Einlassrohr 5 bewirkt. Zu dieser Zeit haftet das verbrannte Gas infolge der hohen Temperatur von etwa 1000°K nicht. Der Kraftstoff, der in Luft treibt, ist leicht zu verdampfen, wobei Kraftstoff, der nicht verdampft werden konnte, später in die Brennkammer 4 eindringt.
Der Druck der Brennkammer 4 gegenüber jenem des Einlassrohrs 5 fällt durch das Abwärtsfahren des Kolbens ab, weshalb Luft angesaugt wird. Der Einströmbereich ist unter der Bedingung einer geringen Hubhöhe des Einlassventils 7 zu Beginn des Ansaughubs klein. Dadurch wird ein sehr schneller Luftstrom verursacht. Die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms erreicht im Maximum, obwohl sie je nach Spezifikation des Hubraums gegebenenfalls unterschiedlich ist, nahezu Schallgeschwindigkeit.
Der an der Rückseite des Schirmabschnitts des Einlassventils 7 haftende Kraftstoff wird durch das Wegreißen vom Rand des Schirm abschnitts infolge der Schubkraft des Luftstroms in winzige Teilchen umgewandelt und dringt in die Brennkammer 4 ein. Der Abstand von dem Schirmabschnitt an der Außenseite des Einlassventils 7 zur Zylinderbohrung ist kürzer, wobei der vom Rand des Schirmabschnitts des Einlassventils 7 weggerissene Kraftstoff infolge seiner Trägheit zum Haften an der Zylinderbohrungswand neigt, wenn die Abstände vom Rand des Schirmabschnitts an der Außenseite des Einlassventils 7 zur Bohrungswand des Zylinders 2 und der Abstand vom Rand des Schirmabschnitts an der Innenseite des Einlassventils 7 zur Bohrungswand des Zylinders 2 vergleichbar sind.
Jedoch wird der flüssige Film des Schirmabschnitts an der Außenseite des Einlassventils 7 durch Steuern der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform dünn gehalten. Der Durchmesser der von dem flüssigen Film weggerissenen und zerstäubten Tröpfchen ist klein. Deshalb ist die Trägheitskraft gering und werden die Tröpfchen mit dem Luftstrom weggetragen.
Im Ergebnis ist das Ausmaß der Adhäsion an der Zylinderbohrungswand gering.
Außerdem ist der flüssige Film des Schirmabschnitts an der Innenseite des Einlassventils 7 dicker als der flüssige Film, der erzeugt wird, wenn das Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis an der Innenseite und an der Außenseite des Einlassventils 7 ausgeglichen ist. Da der Abstand vom Schirmabschnitt an der Innenseite des Einlassventils 8 zur Zylinderbohrungswand jedoch groß ist, nimmt die Trägheitskraft der vom Rand des Einlassventils 7 weggerissenen und weggeblasenen Tröpfchen ab, weshalb sie mit dem Luftstrom wegge tragen werden. Somit haften sie nicht an der Zylinderbohrungswand.
Wenn die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinrichtung verwendet wird, verdampft somit auf Grund dessen, dass die Kraftstoffadhäsion am Einlassrohr und an der Zylinderbohrung gering ist, der Kraftstoff leicht und nimmt der unverbrannte Kohlenwasserstoff ab.
Als Nächstes wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die Konfiguration der Brennkraftmaschine, in der die Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
6A und 6B zeigen die Struktur der Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6A ist eine durch die Mitte der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gehende Längsschnittsansicht der Düse 21. 7 ist eine von der Kopfseite der Düse 21 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 betrachtete Ansicht.
In der Düse 21 am Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 ist eine Lochplatte 13 über eine Führung 14 an einem Ventilelement 15 angebracht. In die Lochplatte 13 sind zwei oder mehr Einspritzöffnungen 16 gebohrt. Ein Kugelventil 17, das sich aufwärts und abwärts bewegt, ist vorgesehen. Der Kraftstoff strömt durch Anheben des Kugelventils in den Raum zwischen der Führung 14 und dem Kugelventil 17 und in die Einspritzöffnung 16.
Die Einspritzöffnung 16 ist in Richtung einer Achse gebohrt, die in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 geneigt ist. In 6 und 7 wird der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung mit zunehmendem Abstand S von der Ebene, die von der Y-Achse und der Z-Achse gebildet wird, wenn die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse definiert sind, größer. Der Winkel θ ist in einem Bereich festgelegt, in dem die Kraftstoffnebel FA und FB nicht am Einlassrohr 5 haften.
Alle Einspritzöffnungen 16 können nahezu denselben Durchmesser aufweisen. Die Anzahl der in der Gruppe enthaltenen Kraftstofföffnungen wird mit zunehmendem Abstand S von der Ebene, die von der Y-Achse und der Z-Achse gebildet wird, größer. Die Lochplatte 13 ist am Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 so vorgesehen, dass die X-Achse zum Kolbenbolzen parallel ist.
Bei der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß der vorliegenden Erfindung werden beim Einspritzen des Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 während des Auspuffhubs der Brennkraftmaschine die in zwei Richtungen gelenkten Kraftstoffnebel erzeugt, da die Einspritzöffnungen 16 der Düse in einer (+)-Richtung bzw. in einer (–)-Richtung in Bezug auf die X-Achse gebohrt sind. Je größer die Anzahl der in jeder Gruppe enthaltenen Einspritzöffnungen ist, desto größer ist die Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung dieses Kraftstoffnebels nimmt nach innen zu, jedoch nach außen ab. Der Scheitelwert der Kraftstoffverteilung liegt innerhalb des Schafts des Einlassventils 7. Wenn der eingespritzte Kraftstoff an dem Schirmabschnitt des Einlassventils 7 haftet, ist der an der Außenseite des Schirmabschnitts des Schafts des Einlassventils 7 gebildete flüssige Kraftstofffilm im Vergleich zu jenem an der Innenseite dünn. Es können deshalb die gleichen Wir kungen wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden.
8A und 8B zeigen ein Beispiel des Zustands des Kraftstoffnebels beim Einspritzen des Kraftstoffs mittels der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform.
Die in 8B gezeigten Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen der Kraftstoffnebel FA und FB geben das Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis beim Durchgang des eingespritzten Kraftstoffs durch den in 8A gezeigten A-A-Querschnitt 100 mm unter der Düse an. Die Strömungsgeschwindigkeitsverteilungen der Kraftstoffnebel FA und FB sind nahezu symmetrisch, wie in 8B gezeigt ist.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung gleichmäßig in 20 Bereiche unterteilt wird und die Strömungsgeschwindigkeit in der Y-Richtung jedes Teilbereichs integriert wird, werden die Punkte, die an der Innenseite der Kraftstoffnebel FA, FB liegen, als erste Punkte P1 angenommen, die Punkte, die an der der Kraftstoffnebel FA, FA liegen, als zweite Punkte P2 angenommen und die Punkte in der Mitte zwischen den ersten Punkten P1 und den zweiten Punkten P2 als dritte Punkte P3 angenommen. Die X-Koordinate, die den Scheitel des Integralwerts der Kraftstoff-Strömungsgeschwindigkeit kennzeichnet, liegt zwischen den ersten Punkten P1 und den dritten Punkten P3. Der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitels ab. Die Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Punkt P1 ist wenigstens 1,5-mal größer als die Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem zweiten Punkt P2.
Diese Ausführungsform ergibt denselben Betrieb und dieselben Wirkungen wie die erste Ausführungsform.
Die oben beschriebenen Komponenten und Strukturen der Ausführungsformen 1 und 2 können in jeder geeigneten Weise kombiniert werden, um die Erfindung nach dem Ermessen eines Fachmanns in die Praxis umzusetzen.
Beispielsweise kann die Düse 21 der in 3 und 4 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 als Düse in der zweiten Ausführungsform verwendet werden, obwohl sie als Düse, die in der ersten Ausführungsform verwendet wird, beschrieben worden ist.
Ebenso kann die Düse 21 der in 6 und 7 gezeigten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 als Düse in der ersten Ausführungsform verwendet werden, obwohl sie als Düse, die in der zweiten Ausführungsform verwendet wird, beschrieben worden ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine ihrer exemplarischen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte einem Fachmann klar sein, dass daran und darin das oben Gesagte und verschiedene andere Änderungen, Auslassungen und Zusätze vorgenommen werden kann, ohne vom Leitgedanken und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die oben dargelegte spezifische Ausführungsform begrenzt, sondern in der Weise verstanden werden, dass sie alle denkbaren Ausführungsformen enthält, die durch einen Umfang verkörpert werden können, der durch die beigefügten Ansprüche umfasst und den dort dargelegten Merkmalen gleichwertig ist.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20), die im Einlassrohr (5) einer Brennkraftmaschine mit Rohreinspritzung angeordnet ist, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung in (16) zwei Richtungen eingespritzt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des von der Einspritzöffnung (16) eingespritzten Kraftstoffs, der sich durch den Querschnitt an einer spezifischen Stelle auf der Auslassseite der Einspritzöffnung (16) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20) bewegt, die Eigenschaft besitzt, dass dann, wenn der Punkt, in dem der Umfang des Kraftstoffnebels dicht bei der Mittelachse der Einspritzöffnung (16) die Gerade L, die die jeweiligen Schwerpunkte der in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebel verbindet, schneidet, als erster Punkt P1 angenommen wird, der Punkt, in dem der von der Mittelachse entfernte Umfang des Kraftstoffnebels die Gerade L schneidet, als zweiter Punkt P2 angenommen wird und der Punkt in der Mitte zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 als dritter Punkt P3 angenommen wird, der Scheitelwert der Strömungsgeschwindigkeit auf der Geraden L zwischen dem ersten Punkt P1 und dem dritten Punkt P3 liegt und die Strömungsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitelwerts auf der Geraden L abnimmt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die spezifische Stelle 100 mm von der Einspritzöffnung entfernt stromab von der Einspritzöffnung (16) liegt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebels annähernd symmetrisch ist und der Integ ralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Punkt P1 wenigstens 1,5-mal größer als der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem zweiten Punkt P2 ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20), die im Einlassrohr (5) einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet ist, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung (16) in zwei Richtungen eingespritzt wird, wobei dann, wenn die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Kraftstoffnebels, der sich durch den Querschnitt an einer spezifischen Stelle auf der Auslassseite der Einspritzöffnung (16) bewegtt, in einer Richtung, die von der Innenseite des in zwei Richtungen eingespritzten Kraftstoffnebels zur Außenseite verläuft, in mehrere Zonen unterteilt wird, die Strömungsgeschwindigkeit jeder Zone in der zu dieser Richtung senkrechten Richtung integriert wird und ein Punkt innerhalb des Kraftstoffnebels als erster Punkt P1 angenommen wird, ein Punkt außerhalb des Kraftstoffnebels als zweiter Punkt P2 angenommen wird und der Punkt in der Mitte zwischen dem ersten Punkt P1 und dem zweiten Punkt P2 als dritter Punkt P3 angenommen wird, der Scheitel des Strömungsgeschwindigkeitsintegralwerts zwischen dem ersten Punkt P1 und dem dritten Punkt P3 liegt und der Strömungsgeschwindigkeitsintegralwert mit zunehmendem Abstand von der Lage des Scheitels abnimmt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, wobei die spezifische Stelle 100 mm von der Einspritzöffnung entfernt stromab von der Einspritzöffnung (16) liegt.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des in zwei Richtungen einge spritzten Kraftstoffnebels annähernd symmetrisch ist und der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem ersten Punkt P1 wenigstens 1,5-mal größer als der Integralwert der Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem dritten Punkt P3 und dem zweiten Punkt P2 ist.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20), die im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet ist, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung (16) in zwei Richtungen eingespritzt wird, wobei die Einspritzöffnung (16) in einer in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geneigten axialen Richtung gebohrt ist, wobei dann, wenn die Mittelachse als Z-Achse angenommen wird, die Richtung, in der sich der Kraftstoffnebel mit zwei Richtungen erstreckt, als X-Achse angenommen wird und die zur X-Y-Ebene senkrechte Achse als Y-Achse angenommen wird, mit zunehmendem Abstand S von der Y-Z-Ebene der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung (16) größer wird und der Durchmesser dieser Einspritzöffnung kleiner wird.
Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20), die im Einlassrohr einer Brennkraftmaschine mit Einlassrohreinspritzung angeordnet ist, bei der der Kraftstoff von der Einspritzöffnung (16) in zwei Richtungen eingespritzt wird, wobei die Einspritzöffnung (16) in einer in Bezug auf die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geneigten axialen Richtung gebohrt ist, wobei dann, wenn die Mittelachse als Z-Achse angenommen wird, die Richtung, in der sich der Kraftstoffnebel mit zwei Richtungen erstreckt, als X-Achse angenommen wird und die zur X-Y-Ebene senkrechte Achse als Y-Achse angenommen wird, mit zunehmendem Abstand S von der Y-Z-Ebene der Ablenkwinkel θ der Einspritzöffnung (16) größer wird und die Anzahl der Einspritzöffnungen (16) kleiner wird.