DE10214096A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind eine Vielzahl an Einspritzlöchern (121), die in Umfangsrichtung bei vorgegebenen Abständen an einem konischen Ventilsitz (12a) eines Ventilkörpers (12) beabstandet sind, stromabwärtig von einer Position angeordnet, an der ein Kontaktabschnitt (70a) einer Nadel (70) auf den Ventilsitz gesetzt wird oder von diesem wegbewegt wird. Eine Vielzahl an Nuten (715), die sich jeweils an einer Außenfläche (711, 712, 713, 714) der Nadel bei einem vorbestimmten Neigungswinkel in ihrer Achse erstrecken, dienen dem Verwirbeln des Kraftstoffes, der durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tritt, bevor er in die Einspritzlöcher eintritt. Die Strömungsgeschwindigkeit (Uu) des Kraftstoffs in der Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang (121u) von jedem Einlass der Einspritzlöcher ist geringer als die Strömungsgeschwindigkeit (Ud) an seinem unteren Umfang (121d), so dass der in die Einspritzlöcher eingetretene Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus den Einspritzlöchern gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel verändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der ein Kraftstoffzerstäubungsmuster und die Einspritzrate variabel sind.

Im Stand der Technik wurde bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der der Kraftstoff von einer Hochdrucklieferpumpe zu Zylindern eines Motors geliefert wird, eine Technologie zum Ändern des Kraftstoffzerstäubungsmusters in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen vorgeschlagen, wie sie in der Druckschrift JP-A-11-324 866 und in Japanese Society of Automobile Engineering (JSAE) Paper No. 20 005 054 offenbart ist.

Bei einer in der Druckschrift JP-A-11-324 866 gezeigten Kraftstoffeinspritzdüse wird das Kraftstoffzerstäubungsmuster variabel gesteuert, indem das Volumen einer Wirbelausbildungskammer in Übereinstimmung mit der Änderung eines Ventilelementhubbetrags geändert wird. Schließlich ist ein relativ großer Hubbetrag des Ventilelementes erforderlich.

Jedoch ist der Hubbetrag der bei einem normalen Motor angewendeten Kraftstoffeinspritzdüse auf ein bestimmtes Maß beschränkt, so dass eine größere Änderung des Kraftstoffzerstäubungsmusters schwierig ist.

Das JSAE-Papier Nr. 20 005 054 offenbart, dass das Zerstäubungsmuster weitgehend geändert werden kann, indem ein Verhältnis aus einem Auslassdurchmesser eines Einspritzlochs gegenüber einem Einlassdurchmesser von diesem geändert wird. Jedoch ist diese Technologie nur auf eine Einspritzdüse anwendbar, die ein einzelnes in einem Ventilkörper vorgesehenes Einspritzloch hat.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die eine Vielzahl an Einspritzlöchern hat, bei denen das Kraftstoffeinspritzmuster in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen so geändert werden kann, dass eine schädliche Abgasemission deutlich verringert ist.

Um diese Aufgabe zu lösen, besteht die Einspritzvorrichtung aus einem Ventilkörper, dessen axiales Ende eine konische Innenwand hat, die einen Ventilsitz bildet, und der eine Vielzahl an Einspritzlöchern hat, die am Umfang bei vorgegebenen Abständen an der konischen Innenwand vorgesehen sind; einem Ventilelement, das in dem Ventilkörper axial beweglich ist und einen Kontaktabschnitt hat, der an den Ventilsitz gesetzt wird und von diesem entfernt wird, so dass eine Strömungsmenge des durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tretenden Kraftstoffes in Übereinstimmung mit einem Hubbetrag von diesem variabel ist. In diesem Fall befinden sich die Einspritzlöcher stromabwärtig von einer Position, an der der Kontaktabschnitt an den Ventilsitz gesetzt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist des weiteren versehen mit einem Kreiskrafterzeugungsabschnitt, der an dem Ventilkörper und dem Ventilelement ausgebildet ist, um dem Kraftstoff eine in der Umfangsrichtung des Ventilelementes wirkende Kraft so zu verleihen, dass der durch den Ventilzwischenraum getretene Kraftstoff verwirbelt wird, bevor er in jeden Einlass der Einspritzlöcher eintritt.

Bei der vorstehend erwähnten Einspritzvorrichtung ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang von jedem Einlass der Einspritzlöcher geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit an einem unteren Umfang von diesem, so dass der in die Einspritzlöcher eintretende Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus jedem Auslass der Einspritzlöcher gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag des Ventilelementes verändert wird.

Es wird bevorzugt, dass die Strömungsmenge des durch den Ventilzwischenraum tretenden Kraftstoffes so zunimmt, dass der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes fortlaufend kleiner wird und eine Eindringentfernung fortlaufend länger wird, wenn der Hubbetrag von dem Ventilelement größer wird.

Wenn beispielsweise bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der eine Piloteinspritzung separat von einer Haupteinspritzung durchgeführt wird, der Hubbetrag des Ventilelementes so gesteuert wird, dass er für die Piloteinspritzung relativ gering wird, ist der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffs groß und die Eindringentfernung des Kraftstoffs ist kurz, so dass der in der Nähe eines oberen Endes einer Verbrennungskammer weitgehend zerstäubte Kraftstoff dazu dient, die Zündfähigkeit zu verbessern. Wenn andererseits der Hubbetrag des Ventilelements so gesteuert wird, dass er relativ groß für die Haupteinspritzung wird, ist der Zerstäubungswinkel gering und die Eindringentfernung des Kraftstoffs ist länger, so dass eine erforderliche Menge an Kraftstoff für die Haupteinspritzung tief in die Verbrennungskammer hinein verteilt wird und leicht und schnell durch eine Flamme der Piloteinspritzung gezündet wird, um eine optimale Motorleistung sicherzustellen.

Des weiteren wird gemäß der vorstehend erwähnten Einspritzvorrichtung der in das Kraftstoffloch eintretende Kraftstoff weiter verwirbelt, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes an dem oberen Umfang des Einlasses von dem Kraftstoffloch zu derjenigen an seinem unteren Umfang verschieden ist. Demgemäss werden die zerstäubten Kraftstoffpartikel kleiner.

Vorzugsweise ist jedes Einspritzloch in der Mitte mit einem Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser versehen, dessen Durchmesser geringer als jeweils der Durchmesser des Einlasses und Auslasses von diesem ist. Durch diese Form des Einspritzloches strömt bei geringer Kraftstoffströmungsmenge der Kraftstoff so, dass er entlang der Innenfläche des Einspritzloches kriecht, so dass der Zerstäubungswinkel größer ist. Wenn jedoch die Strömungsmenge des Kraftstoffs groß ist, strömt der Kraftstoff derart, dass er von der Innenfläche des Kraftstoffloches entfernt ist, das sich von dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser zu seinem Auslass erstreckt, so dass der Zerstäubungswinkel kleiner ist.

Vorzugsweise ist ein konisches axiales Ende der Nadel den Einspritzlöchern zugewandt, wobei dazwischen ein eine Wirbelkammer bildender Umfangsraum sich befindet. Da der Kraftstoffdruck in der Wirbelkammer in Umfangsrichtung ausgeglichen ist, wird die Nadel koaxial zu dem Ventilkörper so gehalten, dass jede Kraftstoffzerstäubung von den Einspritzlöchern ohne eine Abweichung von der Kraftstoffeinspritzrate gleichmäßig ist.

Die anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen zusammen mit den Anwendungsverfahren und der Funktion der zugehörigen Teile aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen hervor, die sämtlich einen Teil dieser Anmeldung bilden.

Fig. 1 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht von einem Ventilabschnitt einer Einspritzeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine gesamte Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung.

Fig. 3 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Ventils der in Fig. 2 gezeigten Einspritzeinrichtung.

Fig. 4 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht einer Düse der in Fig. 2 gezeigten Einspritzeinrichtung.

Fig. 5 zeigt eine andere Ansicht des Ventilabschnittes der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung zur Erläuterung einer Kraftstoffströmung.

Fig. 6 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Einspritzlochs der in Fig. 1 gezeigten Einspritzeinrichtung zur Erläuterung einer Kraftstoffströmung.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Hubbetrag einer Nadel und einem Zerstäubungswinkel oder einem Strömungsmengenkoeffizienten im Vergleich zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und dem herkömmlichen Beispiel.

Fig. 8 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Ventilabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen einem Hubbetrag einer Nadel und einem Zerstäubungswinkel oder einem Strömungsmengenkoeffizienten im Vergleich zwischen dem zweiten Ausführungsbeispiel und dem herkömmlichen Beispiel.

Fig. 10 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Ventilabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Einspritzloches der in Fig. 10 gezeigten Einspritzeinrichtung.

Fig. 12 zeigt eine ausschnittartige vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Düsenabschnittes einer Einspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIII-XIII von Fig. 12; und

Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-C-O-D-E von Fig. 13.

Eine Einspritzeinrichtung 1 als eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben. Die Einspritzeinrichtung 1 ist in einem (nicht gezeigten) Motorkopf eines Motors eingebaut, der dem direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden Zylinder des Motors dient. Von einer Kraftstoffeinspritzpumpe abgegebener unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird bis zu einem vorbestimmten Druck in einer Druckspeicherkammer eines (nicht gezeigten) Druckspeicherrohrs gespeichert und wird zu der Einspritzeinrichtung 1 geliefert. Ein Abgabedruck der Kraftstoffeinspritzpumpe ist gemäß der Motordrehzahl, der Last, dem Einlasskraftstoffdruck, dem Einlassluftvolumen und der Kühlmitteltemperatur eingestellt.

In der Einspritzeinrichtung 1 ist gemäß Fig. 2 ein Ventilkörper 12 über eine Endstückdichtung 13 an einem Gehäuse 11 durch eine Haltemutter 14 befestigt. Ein Ventilelement 20 besteht, von der Seite eines Einspritzlochs 121 aus gesehen, in dieser Reihenfolge aus einer Nadel 70, einer Stange 23, einem Steuerkolben 24 und einem Steuerkolben 25.

Die Nadel 70 wird durch den Ventilkörper 12 so gehalten, dass sie eine hin- und hergehende Bewegung in diesem ausführt. Die Nadel 70 wird an den Ventilsitz 12a, der in dem Ventilkörper 12 ausgebildet ist, über den Steuerkolben 24 und die Stange 23 durch eine erste Feder 15 als eine erste Vorspanneinrichtung gedrängt. Die erste Feder 15 ist in einer zweiten Steuerkammer 65 an der gleichen Achse wie der Steuerkolben 25 untergebracht. Eine zweite Feder 16 als eine zweite Vorspanneinrichtung sitzt um den Umfang der Stange 23 in dem Gehäuse 11 herum an der gleichen Achse wie die Stange 23 und drückt einen Federsitz 17 gegen die Endstückdichtung 13. Wenn der Federsitz 17 an die Endstückdichtung 13 gesetzt ist, bildet ein Abstand h1 zwischen einer unteren Endfläche des Federsitzes 17 und einem Absatzabschnitt der Nadel 70 einen ersten Hubbetrag. Des weiteren bildet, wenn der Federsitz 17 an der Endstückdichtung 13 gesetzt ist, eine um die untere Endfläche des Federsitzes 17 vorstehende Länge h2 einen zweiten Hubbetrag. Daher beträgt der maximale Hubbetrag der Nadel 70: h1 + h2.

Wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist ein elektromagnetisches Ventil 30 an einem oberen Abschnitt des Gehäuses 11 durch eine Mutter 31 befestigt. Das elektromagnetische Ventil 30 besteht aus einem Anker 32, einem Körper 33, einer Platte 34, einer Spule 35, einem ersten Steuerventil 40, einem zweiten Steuerventil 43, einer ersten Feder 42 und einer zweiten Feder 44.

Das zweite Steuerventil 43 kann an einen an dem Körper 33 ausgebildeten Ventilsitz 33a durch die Vorspannkraft der zweiten Feder 44 gesetzt werden. Das zweite Steuerventil 43 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und hat ein in einer axialen Richtung durchdringendes Durchgangsloch. Das erste Steuerventil 40 wird durch eine Innenumfangswand des zweiten Steuerventils 43 so gehalten, dass es in diesem eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Das erste und das zweite Steuerventil 40 und 43 sind an der gleichen Achse angeordnet. Das erste Steuerventil 40 kann an der Platte 34 durch eine Vorspannkraft der ersten Feder 42 gesetzt werden. Der oberhalb des ersten Steuerventils 40 angeordnete Kern 41 wird zu einer Endfläche 32a des Ankers 32 entgegen der Vorspannkraft der ersten Feder 42 durch eine beim Anregen der Spule 35 ausgeübte Magnetanzugskraft angezogen. Die Magnetanzugskraft bewirkt ein Anheben des ersten Steuerventils 40 nach oben, bis das erste Steuerventil 40 mit einem Ende 43a des zweiten Steuerventils 43 in Kontakt gelangt. Wenn ein höherer Strom zu der Spule 35 geliefert wird, wird die den Kern 41 des ersten Steuerventils 40 anziehende Kraft stärker, so dass sowohl das erste als auch das zweite Steuerventil 40 und 43 entgegen der Summe der Vorspannkräfte der ersten und zweiten Feder 42 und 44 nach oben angehoben werden kann, und die nach oben gerichtete Bewegung von ihnen hält an, wenn das zweite Steuerventil 43 mit einem Anschlag 32b des Ankers 32 in Kontakt gelangt.

Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, stehen eine Einlassdrossel 61 und eine Auslassdrossel 62 mit einer ersten Steuerkammer 60 jeweils in Verbindung. Die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 62 ist größer als jene der Einlassdrossel 61. Die Auslassdrossel 62 ist ein Kraftstoffkanal, der mit einer Niedrigdruckseite in Verbindung stehen kann. Die Einlassdrossel 61 ist in einem Einsatz 26 ausgebildet, der an dem Gehäuse 11 im Presssitz sitzt oder eng eingepasst ist, und sie steht mit einem Kraftstoffkanal 51 in Verbindung. Unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird über einen Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51 und die Einlassdrossel 61 zu der ersten Steuerkammer 60 geliefert. Die Auslassdrossel 62 ist in der Platte 34 ausgebildet, die sich zwischen dem Körper 33 und dem Gehäuse 11 befindet, und sie steht mit einer Kraftstoffkammer 63 in Verbindung.

Eine Einlassdrossel 66 und eine Auslassdrossel 67 stehen jeweils mit einer zweiten Steuerkammer 65 in Verbindung. Die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 67 ist größer als jene der Einlassdrossel 66. Die Einlassdrossel 66 steht mit dem Kraftstoffkanal 51 in Verbindung und unter hohem Druck stehender Kraftstoff wird über den Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51 und die Einlassdrossel 66 zu der zweiten Steuerkammer 65 geliefert. Die Auslassdrossel 67 steht mit einem Kraftstoffkanal 68 in Verbindung.

Wenn das erste Steuerventil 40 die Auslassdrossel 62 öffnet, wird der in der ersten Steuerkammer 60 unter hohem Druck stehende Kraftstoff über die Auslassdrossel 62, die Kraftstoffkammer 63 an einer Niedrigdruckseite, die Kraftstoffkanäle 64 und einen Kraftstoffausströmkanal 58 zu einem Kraftstoffbehälter 3 herausgelassen.

Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Steuerkolben 24 an dem Gehäuse 11 eng eingepasst. Der Steuerkolben 25 befindet sich an einer zu dem Einspritzloch entgegengesetzten. Seite von dem Steuerkolben 24 und ist an dem Einsatz 26 eng eingepasst und ist der ersten Steuerkammer 60 zugewandt. Ein unterer Abschnitt des Steuerkolbens 24 steht mit der Stange 23 in Kontakt. Ein Ende der ersten Feder 15 steht mit dem Einsatz 26 in Kontakt und das andere Ende von dieser ist durch den Steuerkolben 25 gehalten. Die Steuerkolben 24 und 25, die separat vorgesehen sind, können als ein Körper einstückig gestaltet sein. Des weiteren kann der Steuerkolben 24 mit der Stange 23 einstückig sein.

Die Summe einer Fläche, an der die Steuerkolben 24 und 25 den Kraftstoffdruck von der ersten Steuerkammer 60 empfangen, und einer Fläche, an der die Steuerkolben 24 und 25 den Kraftstoffdruck von der zweiten Steuerkammer 65 empfangen, ist größer als die Querschnittsfläche eines Führungsabschnittes der Nadel 70, die in dem Ventilkörper 12 gleitet, das heißt, eine Querschnittsfläche einer Bohrung des Ventilkörpers 12, in der die Nadel 70 untergebracht ist. Von dem (nicht gezeigten) Druckspeicherrohr gelieferter unter Hochdruck stehender Kraftstoff wird über den im dem Gehäuse 11 ausgebildeten Kraftstoffeinströmkanal 50, den Kraftstoffkanal 51, einen in der Endstückdichtung 13 ausgebildeten Kraftstoffkanal, einen in dem Düsenkörper 12 ausgebildeten Kraftstoffkanal 53, ein Kraftstoffauffangbecken 54 und einen Kraftstoffkanal 55 um die Nadel 70 herum zu einem durch die Nadel 70 und den Ventilsitz 12a ausgebildeten Ventilabschnitt 2 übertragen.

Nachstehend ist ein detaillierter Aufbau des Ventilabschnittes 2 beschrieben. Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, ist die Nadel 70 in dem Ventilkörper 12 gleitfähig untergebracht. Ein Kontaktabschnitt 70a, der an einem Führungsende der Nadel 70 vorgesehen ist, kann an dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 sitzen.

Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, besteht der Ventilabschnitt 2 aus einer Wirbelkammer 18, den Einspritzlöchern 121 und einem Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71. Der Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 besteht aus einer zylindrischen Innenwand 12c und dem konischen Ventilsitz 12a, die an der Innenseite des Ventilkörpers 12 ausgebildet sind, einer ersten, einer zweiten und einer dritten abgeflachten konischen d. h. kegelstumpfartigen Seitenfläche 711, 712 und 713, einer zylindrischen Fläche 714 und einer konischen Fläche 716, die sämtlich an einer Außenumfangsfläche der Nadel 21 ausgebildet sind, und Nuten 715. Jede der Nuten 715 ist an der Außenumfangsfläche der Nadel 70, die sich von der ersten kegelstumpfartigen Seitenfläche 711 über die zylindrische Fläche 714 und die zweite kegelstumpfartige Seitenfläche 712 zu der dritten abgeflachten konischen Seitenfläche 713 erstreckt, ausgebildet. Jede der Nuten 715 ist um einen vorgegebenen Winkel β gegenüber der Achse L der Nadel 70 abgeschrägt. Ein Abschrägungswinkel der dritten abgeflachten konischen Seitenfläche 713, d. h. ein Winkel der dritten kegelstumpfartigen Seitenfläche 713 gegenüber der Achse L der Nadel 70 ist geringfügig kleiner als oder im wesentlichen gleich wie jener der konischen Fläche 716 an dem Führungsende der Nadel 70. Der Kontaktabschnitt 70a ist eine Grenze zwischen der dritten abgeschrägten konischen Seitenfläche 713 und der konischen Fläche 716.

Ein vorgegebener Zwischenraum ist zwischen der zylindrischen Fläche 714 und der zylindrischen Innenwand 12c vorgesehen. Die Gesamtquerschnittskraftstoffströmungsflächen der Nuten 715 sind größer als jene der Einspritzlöcher 121 und des weiteren größer als eine Kraftstoffströmungsfläche zwischen dem Ventilsitz 12a und dem Kontaktabschnitt 70 bei maximalem Hub der Nadel 70. Die Wirbelkammer 18 ist zwischen der konischen Fläche 716 und dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 vorgesehen. Der Innendurchmesser der Wirbelkammer 18 ist kleiner als der Außendurchmesser der Nadel 70. Jedes der Einspritzlöcher 121 dringt von dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 zu seiner Außenwand durch. Jedes der Einspritzlöcher 121 an der Kraftstoffeinlassseite ist zu dem Ventilsitz 12a an der stromabwärtigen Seite der Kraftstoffströmung offen. Die Einspritzlöcher 121 sind in Umfangsrichtung an dem Ventilkörper 12 angeordnet. Der Innendurchmesser des Einspritzloches 121 ist zu der Außenwand des Ventilkörpers 12 an der Auslassseite hin kleiner, d. h. der Innendurchmesser von diesem an der Einlassseite ist größer als an der Auslassseite. Eine Abrundung ist zwischen dem Einspritzloch 121 an der Einlassseite und dem Ventilsitz 12a des Ventilkörpers 12 vorgesehen, so dass eine Grenze zwischen dem Einspritzloch 121 und dem Ventilsitz 12a abgerundet ist.

Ein Zwischenraum zwischen der Innenwand (zylindrische Innenwand 12c und Ventilsitz 12a) des Ventilkörpers 12 und der Außenumfangsfläche (erste bis dritte abgeschrägte konische Seitenfläche 711, 712 und 713 und die zylindrische Fläche 714) der Nadel 70, die die Nuten 715 hat, bilden einen Kraftstoffkanal, zu dem Kraftstoff von dem Kraftstoffauffangbecken 55 über einen Kraftstoffkanal 55 geliefert wird.

Nachstehend ist der Betrieb der Einspritzeinrichtung 1 beschrieben. Von der (nicht gezeigten) Kraftstoffeinspritzpumpe abgegebener Kraftstoff wird zu dem (nicht gezeigten) Speicherrohr geliefert. Der unter Hochdruck stehende Kraftstoff, dessen Druck bis zu einem vorbestimmten Wert durch die Speicherkammer in dem Speicherrohr gespeichert ist, wird zu der Einspritzeinrichtung 1 geliefert. Der Strom zum Antreiben der Steuerventile 40 und 43, dessen Wert durch die Motorsteuereinheit (ECU) in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen gesteuert wird, wird zu der Spule 35 des elektromagnetischen Ventils 30 geliefert. Die durch den Strom an der Spule 35 ausgeübte elektromagnetische Anziehungskraft zieht das erste Steuerventil 40 entgegen der Vorspannkraft der ersten Feder 42 an. Dann wird die Auslassdrossel 62 geöffnet, so dass die erste Steuerkammer 60 über die Auslassdrossel 62 mit der Kraftstoffkammer 63 an der Niedrigdruckseite in Verbindung steht. Da die Durchtrittsfläche der Auslassdrossel 62 größer als jene der Einlassdrossel 61 ist, ist das Volumen des herausströmenden Kraftstoffs größer als jenes des hereinströmenden Kraftstoffs, so dass der Kraftstoffdruck der ersten Steuerkammer 60 abzunehmen beginnt. Die Druckabnahmegeschwindigkeit kann in angemessener Weise eingestellt werden, indem die Differenz der Durchtrittsbereiche oder Durchtrittsflächen zwischen der Auslassdrossel und der Einlassdrossel 62 und 61 und das Volumen der ersten Steuerkammer 60 eingestellt wird. Wenn der Druck in der ersten Steuerkammer 60 abgenommen hat und die Summe der Vorlastkraft der ersten Feder 12 und der von dem Kraftstoffdruck der ersten und zweiten Steuerkammer 60 und 65 aufgenommenen Kraft, die beide in einer Richtung zum Schließen des Einspritzloches 121 wirken, geringer als eine Kraft zum nach oben gerichteten Bewegen der Nadel 21 wird, beginnt die Nadel 21 damit, das Einspritzloch 121 zu öffnen, so dass die Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzlöchern 121 beginnt.

Des weiteren wird, wenn ein höherer Strom zu der Spule 35 geliefert wird und die elektromagnetische Anziehungskraft noch mehr erhöht wird, das zweite Steuerventil 43 zusammen mit dem ersten Steuerventil 40 entgegen der Vorspannkräfte der ersten und der zweiten Feder 42 und 44 bewegt. Demgemäss wird, wenn der Kraftstoffdruck der zweiten Steuerkammer 65 verringert wird, die Nadel 70 um den zweiten Hubbetrag h2 zusätzlich zu dem ersten Hubbetrag h1 weiter angehoben, was den maximalen Hub ergibt.

Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wird die Lieferung des Antriebsstroms zu der Spule 35 angehalten und das zweite Steuerventil 43 wird auf den Ventilsitz 33a so gesetzt, dass der Kraftstoffkanal 70 geschlossen werden kann. Danach beginnt der Kraftstoffdruck der zweiten Steuerkammer 65 aufgrund des hohen Druckes des von der Einlassdrossel 66 strömenden Kraftstoffes anzusteigen. Des weiteren nimmt, wenn die Auslassdrossel 62 durch das erste Steuerventil 40 geschlossen ist, der Kraftstoffdruck der ersten Steuerkammer 60 zu, so dass die Nadel 70 mit einer abwärtigen Bewegung in der Richtung zum Schließen der Einspritzlöcher 121 beginnt. Demgemäss wird der Kontaktabschnitt 70a der Nadel 70 auf den Ventilsitz 12a gesetzt, so dass der Kraftstoffkanal zum Ende der Kraftstoffeinspritzung hin geschlossen wird.

Der Betrieb der vorstehend erwähnten Einspritzeinrichtung 1 ist nachstehend beschrieben.

Wenn die Nadel 70 um den ersten Hubbetrag h1 angehoben ist, wird ein geringfügiger Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a der Nadel 70 und der Sitzfläche 12a des Ventilkörpers 12 errichtet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Strömungsgeschwindigkeit des in der Nut 715 Vn strömenden Kraftstoffes in eine Strömungsgeschwindigkeitskomponente Us in einer Umfangsrichtung der Nadel 70 und eine Strömungsgeschwindigkeitskomponente Ws in einer axialen Richtung von dieser aufgeteilt werden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Das Strömungsgeschwindigkeitsverhältnis von Us gegenüber Ws hängt von dem Winkel β der Nut 715 gegenüber der Achse L der Nadel 70 ab.

Da die Kraftstoffströmungsfläche der Nut 715 unabhängig von dem Hubbetrag der Nadel 70 konstant ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit Vn in der Nut 715 zu, wenn die durch den Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a und dem Ventilsitz 12a strömende Kraftstoffmenge zunimmt. Des weiteren ist der Zwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt 70a und dem Ventilsitz 12a proportional zu dem Hubbetrag der Nadel 70 vergrößert, jedoch ist der Zwischenraum zwischen der zylindrischen Innenwand 12c und der zylindrischen Fläche 714 der Nadel 70 unabhängig von dem Hubbetrag der Nadel 70 konstant.

Zu diesem Zeitpunkt bleibt im Hinblick auf den Impulserhaltungssatz und auf das Gesetz der freien Verwirbelung ein Drehimpuls (Drall) rs × Us erhalten, wobei rs ein Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu einer Position ist, an der sich die Mitte des Kraftstoffströmungsauslasses der Nut 715 befindet, und Us die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 von der Kraftstoffzirkulationsströmung an dem Kraftstoffströmungsauslass der Nut 715 ist. Demgemäss wird die Formel rs × Us = ru × Uu = rd × Ud erfüllt, wobei ru der Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu dem oberen Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 an der Seite des Kraftstoffeinlasses 121a des Ventilkörpers 12 ist, Uu die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 der Wirbelströmung an dem oberen Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 ist, rd der Abstand von der Achse L der Nadel 70 zu dem unteren Umfangsabschnitt 121d des Einspritzloches 121 an der Kraftstoffeinlassseite des Ventilkörpers 12 ist und Ud die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung der Nadel 70 einer Wirbelströmung an dem unteren Umfangsabschnitt 121u des Einspritzloches 121 ist. Da rd kleiner als ru ist, ergibt sich Un = rs × Us/ru < Ud = rs × Us/rd, das heißt, die Strömungsgeschwindigkeit Ud an dem unteren Umfangsabschnitt 121d ist größer als die Strömungsgeschwindigkeit Uu an dem oberen Abschnitt 121u. Demgemäss wird die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend der Differenz Ud - Uu in dem Einspritzloch 121 ausgebildet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Das heißt, dass das Einspritzloch 121 ebenfalls als eine Wirbelkammer dient.

Wie dies in dem JSAE-Papier Nr. 20 005 054 gezeigt ist, wird der Zerstäubungswinkel durch das Verhältnis aus dem Radius re des Einspritzloches 121 an der Seite des Kraftstoffauslasses 121b gegenüber einem Äquivalentbereichabstand d0 der Kraftstoffeinströmfläche bestimmt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Abstand h zwischen dem Strömungseinlass der Einspritznadel 121 und der konischen Fläche 716 der Nadel 70 proportional zu dem Äquivalentflächenabstand d0 der Kraftstoffeinströmfläche, so dass der Zerstäubungswinkel von dem Wert des Verhältnisses re/h abhängig ist. Demgemäss sollte, um einen größeren Zerstäubungswinkel zu erhalten, der erste Hubbetrag h1 der Nadel auf einen kleineren Wert eingestellt werden. Wenn der Hubbetrag der Nadel den ersten Hubbetrag h1 überschreitet, wird der Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 121 eingespritzten Kraftstoffes verringert. Des weiteren wird, wenn das Einspritzloch 121 einen abgerundeten Abschnitt an seinem Einlass hat, der Kraftstoff gleichmäßig in das Einspritzloch 121 eingeleitet. Außerdem wird, da der Innendurchmesser des Einspritzloches 121 zu seinem Auslass hin schmaler wird, die Kraftstoffströmungsgeschwindigkeit an dem Auslass des Einspritzloches 121 gemäß re/d0 bestimmt.

Gemäß Fig. 7 ist, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 weiter zunimmt und den maximalen Hubbetrag h1 + h2 erreicht, der Wert aus re/h sehr gering, und der Zerstäubungswinkel bei maximalem Hub ist geringer als bei dem ersten Hubbetrag h1. Zu diesem Zeitpunkt ist aufgrund eines Wirbelströmungsverlustes bei der Wirbelkammer 18 und innerhalb des Einspritzlochs 121 ein Strömungsmengenkoeffizient des vorliegenden Ausführungsbeispiels geringer als bei der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzvorrichtung, selbst wenn das Einspritzloch 121 in einem konisch geformten Sitzventil in ähnlicher Weise wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, jedoch keinen Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 wie die Nut 715 oder die Wirbelkammer 18 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat, so dass die Wirbelströmung nicht erzeugt wird.

Gemäß dem vorstehend erwähnten ersten Ausführungsbeispiel steht der Kraftstoffmengenkoeffizient in einer engen Wechselbeziehung zu der Kraftstoffeinspritzrate. Das Verhältnis aus re/d0 oder re/h bestimmt die Strömungsgeschwindigkeit des verwirbelten Kraftstoffes und den Strömungsmengenkoeffizienten und auch die Kraftstoffeinspritzrate. Des weiteren wird der Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 121 zu sprühenden Kraftstoffes durch die Kreiskraft des verwirbelten Kraftstoffes gesteuert. Das heißt, wenn der Verlust aufgrund des Wirbelns des Kraftstoffes in dem Einspritzloch 121 geringer ist, ist der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes geringer und, wenn der Verlust größer ist, wird der Zerstäubungswinkel größer.

Der die Nuten 715 an der Außenfläche der Nadel 70 aufweisende Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 bewirkt ein Wirbeln des Kraftstoffes in der Wirbelkammer 18. Die Kreiskraft des verwirbelten Kraftstoffes ist in Abhängigkeit von dem Hubbetrag der Nadel 70 variabel. Da des weiteren der Abstand oder Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz 12a und dem Kontaktabschnitt 70a, der ein Teil des Kraftstoffkanals ist, durch den Hubbetrag der Nadel 70 verändert wird, wird die Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge des in das Einspritzloch 121 tretenden Kraftstoffes dadurch verändert. Demgemäss wird der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 70 verändert. Des weiteren wird der in das Einspritzloch 121 eintretende Kraftstoff weiter verwirbelt, so dass die zerstäubten Kraftstoffpartikel kleiner werden, was dem Verringern von schädlichen Abgasemissionen des Motors dient.

Da das Einspritzloch 121 in einer geneigten oder schrägen Form ausgebildet ist, ist nicht nur das Verhältnis aus re/h sehr gering, sondern ist auch der Kraftstoffströmungsverlust in der Achse in Richtung des Einspritzloches 121 sehr gering, so dass der Kraftstoff eine erwünschte Entfernung trotz des Wirbelverlustes des Kraftstoffs in dem Einspritzloch 121 erreichen kann.

Da des weiteren der Durchmesser der Wirbelkammer 18 und ihr Volumen sehr gering sind, kann die Wirbelströmung des Kraftstoffes schnell ausgebildet werden. Darüber hinaus wird die Wirbelkammer stromabwärtig von dem Kontaktabschnitt 70a ausgebildet, so dass der Zerstäubungswinkel des von dem Einspritzloch 121 gesprühten Kraftstoffes auf die Änderung des Hubbetrags der Nadel 70 ansprechend folgen kann. Darüber hinaus wird, da der Druck des Kraftstoffes in der Wirbelkammer in Umfangsrichtung ausgeglichen ist, die Nadel 70 koaxial zu dem Ventilkörper 12 gehalten. Daher ist jede Zerstäubung des Kraftstoffes aus den Einspritzlöchern 121, die in Umfangsrichtung bei vorgegebenen Abständen an der konischen Innenwand des Ventilkörpers 12 beabstandet sind, gleichmäßig ohne eine Abweichung der Kraftstoffeinspritzrate, so dass die Zerstäubungsschwankungen zwischen den Einspritzlöchern 121 geringfügig sind.

Anstelle der abgeschrägten Form des Einspritzloches 121 kann das Einspritzloch 121 in zylindrischer Form ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein größerer Durchmesser des Einspritzloches 121 im Hinblick auf die Wirbelverluste des Kraftstoffes zu bevorzugen.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Form der Innenwand des Ventilkörpers 12. Der Ventilkörper 12 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine zylindrische Innenwand 12d, deren Durchmesser gleich wie bei der zylindrischen Innenwand 12c des ersten Ausführungsbeispiels ist, und eine größere Innenwand 12e, deren Durchmesser größer als bei der zylindrischen Innenwand 12d ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel relativ gering ist, ist die zylindrische Innenwand 12d der zylindrischen Fläche 714 der Nadel 70 bei einem Zwischenraum zwischen ihnen zugewandt, der der gleiche wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel 70 größer ist, ist die zylindrische Fläche 714 der vergrößerten Innenwand 12e zugewandt. Das heißt, der Abstand zwischen der Innenwand des Ventilkörpers 12 und der Außenfläche der Nadel 70 ändert sich schrittweise in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 70.

Gemäß Fig. 8 sind, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 geringer als L1 + L2 ist, der Zerstäubungswinkel und der Strömungsmengenkoeffizient des aus dem Einspritzloch 121 gesprühten Kraftstoffs die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Wenn jedoch der Hubbetrag der Nadel 70 größer als L1 + L2 ist, überschreitet die Impulsenergie der Strömungskomponente Wb des an der Außenseite der zweiten kegelstumpfartigen Fläche 712 in der Achsenrichtung der Nadel 70 strömenden Kraftstoffes eine Impulsenergie des durch die Nuten 715 tretenden Kraftstoffes. Demgemäss dominiert eine stromaufwärtige und stromabwärtige Kraftstoffströmung in der axialen Richtung der Nadel in Fig. 8, ohne dass dem Kraftstoff eine kreisartige Kraft mitgeteilt wird, so dass die Kraftstoffwirbelströmung in der Wirbelkammer 18 vermindert ist.

Gemäß Fig. 9 ist, nachdem der Hubbetrag der Nadel L1 + L2 überschritten hat, der Zerstäubungswinkel α oder der Strömungsmengenkoeffizient des zweiten Ausführungsbeispiels im wesentlichen der gleiche wie bei dem herkömmlichen Ausführungsbeispiel, bei dem der Kreiskrafterzeugungsabschnitt 71 wie beispielsweise die Nuten 715 nicht vorgesehen ist. Wenn der Hubbetrag der Nadel 70 sich von L1 über L1 + L2 zu L3, der größer als L1 + L2 ist, ändert, ist die Änderung des Zerstäubungswinkels oder des Strömungsmengenkoeffizienten des zweiten Ausführungsbeispiels größer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Wenn beispielsweise der Hubbetrag der Nadel 70 auf L1 bei einem Niedriglastbereich oder Mittellastbereich des Motors gesteuert wird, kann der Kraftstoff bei größerem Zerstäubungswinkel und bei einer kürzeren Eindringentfernung gesprüht werden. Demgemäss ist der Strömungsmengenkoeffizient geringer und ist die Einspritzperiode länger, so dass Geräusche und eine schädliche Abgasemission bei dem Motorbetrieb vermindert werden. Andererseits wird, wenn der Hubbetrag der Nadel 70 auf L3 bei einem Hochlastbereich des Motors gesteuert wird, der Kraftstoff bei geringerem Zerstäubungswinkel und längerem Eindringentfernung gesprüht. Demgemäss ist der Strömungsmengenkoeffizient größer und der Kraftstoff wird über die gesamte Verbrennungskammer in einer kürzeren Zeitspanne zerstäubt, so dass von dem Motor abgegebener schwarzer Rauch vermindert wird und die Leistung des Motors zunimmt.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel durch die Form des Einspritzloches 122. Das Einspritzloch 122 von dem dritten Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig. 11 in der Mitte zwischen einem Einlass 122a an einer Seite einer Innenwand des Ventilkörpers 12 und einem Auslass 122b an einer Seite einer Außenwand des Ventilkörpers 12 mit einem Abschnitt 12c mit einem kleinen Durchmesser vorgesehen, dessen Durchmesser am kleinsten ist. Das heißt, das Einspritzloch 122 ist in. der Form einer Handtrommel ausgebildet (konkav).

Der Radius des Einspritzloches 122 an dem Einlass 122a ist mit ri bezeichnet, der Radius von diesem an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser ist mit rm bezeichnet, und sein Radius am Auslass 122b ist mit re bezeichnet. Der Durchmesser des Einspritzloches 122 ist vom Einlass 122a zum Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser kleiner und wird von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b hin größer. Das heißt, die Innenfläche des Einspritzloches 122 ist von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b hin mit einem Schrägungswinkel θ geneigt. Ein Verhältnis von rm gegenüber dem Abstand h zwischen einer Außenfläche der Nadel 10 und der Innenwand des Ventilkörpers 12 in der Nähe des Auslasses 122a hängt von dem erwünschten Zerstäubungswinkel des aus dem Einspritzloch 122 gesprühten Kraftstoffes ab.

Wenn sich die Nadel 70 um den ersten Hubbetrag bewegt, der gering ist, strömt der Kraftstoff so, dass er entlang der Innenfläche des Einspritzloches 122 sogar nach dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser kriecht, da die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes gering ist. Der an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zusammengedrückte Kraftstoff wird in dem sich allmählich vergrößernden Einspritzloch 122 entspannt, das sich zu dem Auslass 122b hin erstreckt, so dass der Zerstäubungswinkel größer wird. Des weiteren ist die Form des Einspritzloches 122 von dem Einlass 122a zu dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser so ausgebildet, dass sie einer Strömungsform des Kraftstoffes entspricht, so dass ein Verlust aufgrund der Änderung der Strömungsform des Kraftstoffes in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vermindert ist. Darüber hinaus wird, da der Schrägungswinkel θ auf 5° bis 15° eingestellt ist, ein Verlust aufgrund der Strömungsformerstreckung des von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b strömenden Kraftstoffes vermindert. Demgemäss nimmt der Strömungsmengenkoeffizient zu und der Einspritzwinkel α bei dem zweiten Hubbetrag, der größer als der erste Hubbetrag ist, kann angemessen eingestellt werden.

Darüber hinaus ist bei dem zweiten Hubbetrag der Nadel 70 die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes in der axialen Richtung des Einspritzloches 122 hoch, so dass der Kraftstoff, dessen Strömungsform sich an dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser verengt, aufgrund seiner Trägheit von der Innenfläche des Einspritzloches 122 weg von dem Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser zu dem Auslass 122b strömt.

Demgemäss wird der Zerstäubungswinkel des von dem Einspritzloch 122 gesprühten Kraftstoffes kleiner und die Eindringentfernung von diesem wird größer. Der Abschnitt 122c mit dem kleinen Durchmesser dient als Drossel.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht zusätzlich zu einem Vorteil, dass der Kraftstoff in das Einspritzloch aufgrund der Abrundung an dem Einlass 122a gleichmäßig eingeleitet wird, ein anderer Vorteil darin, dass das als Handtrommel ausgebildete Einspritzloch 122 dem Verringern des Verlustes aufgrund des Zusammenziehens und der Ausdehnung der Strömungsform und des weiteren dem Verringern des Strömungsmengenkoeffizienten und dem Erhöhen des Zerstäubungswinkels dient, da re/d0 größer ist.

Wie dies vorstehend erwähnt ist, ist bei dem ersten Hubbetrag oder bei einem geringen Hubbetrag der Zerstäubungswinkel bei dem dritten Ausführungsbeispiel größer als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem zweiten Hubbetrag oder bei einem hohen Hubbetrag ist der Zerstäubungswinkel geringer und die Kraftstoffeindringentfernung ist größer, so dass der Strömungsmengenkoeffizient oder die Einspritzrate bei dem dritten Ausführungsbeispiel größer als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist. Demgemäss kann eine breite Vielfalt an Zerstäubungseigenschaften verwirklicht werden.

Eine Einspritzeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 14 beschrieben. Die Einspritzeinrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel hat ein einzelnes Einspritzloch 191.

Ein Ventilkörper 19 ist an seinem axialen Erde mit einem Einspritzloch 191 versehen. Der Außenumfang einer Wirbeleinheit 80 sitzt im Presssitz in einer Innenwand des Ventilkörpers 19. Ein zylindrischer Abschnitt 721 einer Nadel 72 ist gleitfähig in eine Innenwand der Wirbeleinheit 80 eingeführt. Die Wirbeleinheit 80 ist an ihrem Außenumfang mit einer Vielzahl an Nuten 56 versehen, die sich in einer axialen Richtung des Ventilkörpers erstrecken. Die Nuten 56 bilden Kraftstoffkanäle, in die Kraftstoff von einem Kraftstoffkanal 53, der in dem Ventilkörper 19 ausgebildet ist, über das Kraftstoffauffangbecken 54 und den Kraftstoffkanal 55 geliefert wird. Des weiteren ist die Wirbeleinheit 80 an ihrer Innenwand mit einer Vielzahl an anderen Nuten 82 versehen, die sich jeweils senkrecht zu jeder der Nuten 56 zu der Nadel 72 hin erstrecken. Jede der Nuten 56 und jede der Nuten 82 ist als Ganzes in der Form eines Buchstabens L ausgebildet. Die Nadel 72 ist des weiteren mit einem Kontaktabschnitt 72a versehen, der auf den Ventilsitz 19a zu setzen ist oder von diesem zu entfernen ist, und mit einem Steuerende 72b zum Öffnen oder Schließen der Nuten 82 an einer Seite ihrer Innenwand versehen. Eine Wirbeleinheit 80 ist stromabwärtig von dem Kontaktabschnitt 72a vorgesehen.

Die Wirbeleinheit 80, die Nadel 72 und der Ventilkörper 19 bilden einen Kreiskrafterzeugungsabschnitt 85. Ein Öffnungsbereich von jeder Nut 82, durch den der Kraftstoff zu der Wirbelkammer 82 strömt, ändert sich in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel 72. Demgemäss wird ein Verhältnis aus einem Radius re von einem Auslass 191b des Einspritzloches 191 zu einer Öffnungslänge von einem Einlass der Wirbelkammer um den Hubbetrag der Nadel 72 zum Ändern des Zerstäubungswinkels in ähnlicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel geändert. Anstelle des einzelnen Einspritzloches 191 kann eine Vielzahl an Einspritzlöchern am Umfang bei vorgegebenen Abständen an einer konischen Innenwand des Ventilkörpers 19 stromabwärtig von einer Position vorgesehen sein, an der der Kontaktabschnitt 72a an dem Ventilsitz 19a sitzt.

Die Einspritzeinrichtung gemäß einem der vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiele kann nicht nur auf einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Art angewendet werden, sondern auch bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer beliebigen anderen Art, wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Speicher-Elektro-Hydraulik- Servoart und einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der eine Nadel durch eine Magnetkraft oder mechanische Kraft direkt angetrieben wird.

Bei der Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind eine Vielzahl an Einspritzlöchern 121, die in Umfangsrichtung bei vorgegebenen Abständen an einem konischen Ventilsitz 12a eines Ventilkörpers 12 beabstandet sind, stromabwärtig von einer Position angeordnet, an der ein Kontaktabschnitt 70a einer Nadel 70 auf den Ventilsitz gesetzt wird oder von diesem wegbewegt wird. Eine Vielzahl an Nuten 715, die sich jeweils an einer Außenfläche 711, 712, 713, 714 der Nadel bei einem vorbestimmten Neigungswinkel zu ihrer Achse erstrecken, dienen dem Verwirbeln des Kraftstoffes, der durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tritt, bevor er in die Einspritzlöcher eintritt. Die Strömungsgeschwindigkeit Uu des Kraftstoffs in der Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang 121u von jedem Einlass der Einspritzlöcher ist geringer als die Strömungsgeschwindigkeit Ud an seinem unteren Umfang 121d, so dass der in die Einspritzlöcher eingetretene Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus den Einspritzlöchern gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag der Nadel verändert wird.

Claims (8)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Sprühen von Kraftstoff mit:
einem Ventilkörper (12, 19), dessen axiales Ende eine konische Innenwand (12a, 19a) hat, die einen Ventilsitz bildet, und der eine Vielzahl an Einspritzlöchern (121, 122) hat, die am Umfang bei vorgegebenen Abständen an der konischen Innenwand vorgesehen sind;
einem Ventilelement (70, 72), das in dem Ventilkörper axial beweglich ist und einen Kontaktabschnitt (70a, 72a) hat, der an den Ventilsitz gesetzt wird und von diesem entfernt wird, so dass eine Strömungsmenge des durch einen Ventilzwischenraum zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Ventilsitz tretenden Kraftstoffes in Übereinstimmung mit einem Hubbetrag von diesem variiert wird, wobei die Einspritzlöcher sich stromabwärtig von einer Position befinden, an der der Kontaktabschnitt an den Ventilsitz gesetzt wird; und
einem Kreiskrafterzeugungsabschnitt (71, 85), der an dem Ventilkörper und dem Ventilelement ausgebildet ist, um dem Kraftstoff eine in der Umfangsrichtung des Ventilelementes wirkende Kraft so zu verleihen, dass der durch den Ventilzwischenraum getretene Kraftstoff verwirbelt wird, bevor er in jeden Einlass (121a, 122a) der Einspritzlöcher eintritt,
wobei die Strömungsgeschwindigkeit (Uu) des Kraftstoffs in Umfangsrichtung zu einer Achse des Ventilelementes an einem oberen Umfang (121u) von jedem Einlass der Einspritzlöcher geringer als eine Strömungsgeschwindigkeit (Ud) an einem unteren Umfang (121d) von diesem ist, so dass der in die Einspritzlöcher eintretende Kraftstoff weiter in diesen verwirbelt wird und ein Zerstäubungswinkel des aus jedem Auslass (121b, 122b) der Einspritzlöcher gesprühten Kraftstoffes in Übereinstimmung mit dem Hubbetrag des Ventilelementes verändert wird.

2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Strömungsmenge des durch den Ventilzwischenraum tretenden Kraftstoffes so zunimmt, dass der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes fortlaufend kleiner wird und eine Eindringentfernung fortlaufend länger wird, wenn der Hubbetrag von dem Ventilelement größer wird.

3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Strömungsmenge des durch den Ventilzwischenraum tretenden Kraftstoffes so zunimmt, dass der Zerstäubungswinkel des Kraftstoffes schrittweise kleiner wird und eine Eindringentfernung schrittweise länger wird, wenn der Hubbetrag von dem Ventilelement größer wird.

4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kreiskrafterzeugungsabschnitt (71) eine Vielzahl an Nuten (715) hat, die sich jeweils an einer Außenfläche (711, 712, 713, 714) des Ventilelementes bei einem vorgegebenen Neigungswinkel zu seiner Achse erstrecken, und eine Innenwand (12c, 12a, 12e, 12d) des Ventilkörpers hat, die die Außenfläche des Ventilelementes umgibt.

5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Kreiskrafterzeugungsabschnitt (85) eine Wirbeleinheit (80) ist, dessen Außenfläche im Presssitz an einer Innenwand des Ventilkörpers (19) sitzt und dessen Innenfläche in einem Gleitkontakt mit einer Außenfläche des Ventilelementes (12) steht, wobei die Wirbeleinheit mit einer Vielzahl an Nuten (56, 82) versehen ist, die in Umfangsrichtung beabstandet sind und sich jeweils in axialer Richtung zunächst entlang ihrer Außenflächen und dann zu ihren Innenflächen hin so erstrecken, dass sie im wesentlichen eine Form eines Buchstabens L bilden.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jedes der Einspritzlöcher in der Mitte mit einem Abschnitt (122c) mit kleinem Durchmesser versehen ist, dessen Durchmesser (rm) geringer als jeder Durchmesser (ri, re) von seinem Einlass und Auslass ist.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei
die Außenfläche des Ventilelementes eine kegelstumpfartige Seitenfläche (711), eine zylindrische Fläche (712), und eine andere kegelstumpfartige Seitenfläche (713, 714) aufweist, die in axialer Richtung in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und
die Innenwand des Ventilkörpers eine zylindrische Innenwand (12c), die der kegelstumpfartigen Seitenfläche und der zylindrischen Fläche zugewandt ist, und die konische Innenwand (12a) aufweist, die der anderen abgestumpften konischen Seitenfläche zugewandt ist, so dass der Kontaktabschnitt sich an der anderen kegelstumpfartigen Seitenfläche befindet.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das Ventilelement an einer stromabwärtigen Seite der anderen kegelstumpfartigen Seitenfläche vorgesehen ist, wobei eine konische Fläche (716) den Einspritzlöchern zugewandt ist und sich zwischen ihnen ein Umfangsraum (18) befindet, der eine Wirbelkammer bildet.