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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor
einspritzt, und betrifft eine Technologie zum Erzeugen von hervorragend
zerstäubtem
Kraftstoffsprühnebel.
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JP-A-10-43640 (1998) offenbart, insbesondere
auf Seite 2 und in den
1 und
2, ein herkömmliches
Kraftstoffeinspritzventil, in dem ein Ventilkörper mit einem Ventilsitz an
einer inneren Wandfläche
einen Fluiddurchlass bildet, ein Ventilteil zum Öffnen und Schließen des
Fluiddurchlasses durch ein Abheben eines seiner Kontaktteile von
dem Ventilsitz und Aufsetzen desselben auf den Ventilsitz, und eine
Lochplatte vorgesehen ist, die an dem Ventilkörper auf der Fluid-stromabwärtigen Seite
des Ventilteils ange bracht ist, mit einer Öffnung, welche die Lochplatte
in der Richtung ihrer Dicke durchstößt, wobei die dem Ventilteil
gegenüberliegende
Oberfläche
der Lochplatte, die Oberfläche
des Endes des Ventilteils und die innere Wandfläche des Ventilkörpers eine
im wesentlichen scheibenförmige
Flüssigkeitskammer
bilden, in der ein Hindernis vorgesehen ist, das die von einer Öffnung zwischen
dem Kontaktteil und dem Ventilsitz in die Öffnung fließende Flüssigkeit behindert.
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Die obige Patentschrift offenbart
als das Hindernis zum Behindern des Fluiddurchflusses eine Unebenheit,
die entweder an der oberen Endfläche des
Ventilteils auf der Fluid-stromabwärtigen Seite der Öffnung zwischen
dem Kontaktteil und dem Ventilsitz oder auf der dem Ventilteil abgewandten
Seite der Lochplatte vorgesehen ist.
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Bei der obigen herkömmlichen
Technik soll die Störung
den Teilchendurchmesser des Sprühnebels
verkleinern, bevor der Kraftstoff die Einspritzöffnung erreicht. Um jedoch
einen Kraftstoffverbrauch wirksam zu verringern oder eine Abgasmenge
aus nicht verbrannten Gaskomponenten (HC, CO) des Kraftstoffs zu
reduzieren, ist eine weitere Zerstäubung des Sprühnebels
notwendig.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, ein Kraftstoffeinspritzventil, das eine Verbesserung der Zerstäubungsleistung
ermöglicht,
und einen Verbrennungsmotor vorzusehen, der eine Verringerung der
Menge verbrauchten Kraftstoffs und eine Reduzierung der Abgasmenge
aus nicht verbrannten Gaskomponenten (HC, CO) des Kraftstoffs mit
dem besser zerstäubten
Kraftstoffsprühnebel
verwirklicht.
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Um obige Aufgabe zu erfüllen, sieht
die vorliegende Erfindung verschiedene Vertiefungen vor, insbesondere
eine ringförmige
Vertiefung um eine Ein spritzöffnung.
Der Kraftstoff läuft
durch einen durchflussverengenden Effekt über die Vertiefung der Einspritzöffnung über, wodurch
die Geschwindigkeit des Einspritzdurchflusses erhöht und die
Zerstäubungsleistung
verbessert wird.
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1 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils,
das ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Düsenteils in einem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine Aufsicht von einer Einlassseite der Einspritzöffnung aus
auf ein Plattenteil in dem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine Aufsicht von einer Einlassöffnung
des Einspritzventils aus auf ein Plattenteil in einem veränderten
Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine Ansicht, die eine Art eines Überlaufs über eine in der Nähe des Einlasses
der Einspritzöffnung
vorgesehene ringförmige
Vertiefung in dem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Ansicht, die eine Art einer Geschwindigkeitsbeschleunigung
infolge des Überlaufs und
der Zerstäubung
aufgrund von Verwirbelung in der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Ansicht, die eine Durchflussgeschwindigkeitsverteilung an der
Austrittsstelle der Einspritzöffnung
in dem Ausführungsbeispiel
für das Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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8(A) bis 8(D) sind Ansichten verschiedener
Vertiefungsausbildungen in den Ausführungsbeispielen für das Kraftstoffeinspritzventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines auf der Fluidstromaufwärtigen Seite
des Plattenteils als Radialtyp ausgebildeten Düsenteils in einem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines auf der Fluidstromaufwärtigen Seite
des Plattenteils als Kollisionsflusstyp ausgebildeten Düsenteils
in einem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines auf der Fluidstromaufwärtigen Seite
des Plattenteils als Typ mit flachem Ventil ausgebildeten Düsenteils
in einem Ausführungsbeispiel
für das
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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12 ist
eine teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein
Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung in einem Verbrennungsmotor
angebracht ist;
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13 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Düsenteils mit einer einzigen
Einspritzöffnung in
einem Ausführungsbeispiel
für ein
Kraftstoffeinspritzventil gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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14 ist
eine teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem ein
Kraftstoffeinspritzventil vom Typ der Direkteinspritzung gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Verbrennungsmotor angebracht ist; Im Folgenden
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 14 erläutert. In
der folgenden Beschreibung wird eine Ebene in einer Axiallinie eines
Ventilkörpers
und parallel dazu als vertikale Querschnittsebene bezeichnet.
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1 ist
eine vertikale Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Kraftstoffeinspritzventils
zeigt, das normalerweise geschlossen und vom Typ eines Magnetventils
ist, welches eines von verschiedenen Typen von Kraftstoffeinspritzventilen
ist, die ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellen. (Obwohl Vorteile der vorliegenden
Erfindung nicht auf Kraftstoffeinspritzventile vom Typ des magnetischen
Ventils beschränkt
sind).
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Das in 1 gezeigte
Kraftstoffeinspritzventil ist versehen mit einem eine Magnetspule 109 umschließenden Joch 105 aus
einem magnetischen Material, einem Kern 106 im Zentrum
der Magnetspule 109, deren eines Ende mit dem Kern 106 in Verbindung
steht, einem Ventilkörper 102,
der um einen vorbestimmten Betrag angehoben wird, wenn die Magnetspule 109 erregt
ist, einer dem Ventilkörper 102 gegenüberliegenden
Sitzfläche 110,
einer Kraftstoffeinspritzkammer 101, die den durch einen Zwischenraum
zwischen dem Ventilkörper 102 und der
Sitzfläche 110 fließenden Kraftstoff
einspritzt, und einer Platte 111 unterhalb der Kraftstoffeinspritzkammer 101 mit
einer Vielzahl von Einspritzöffnungen 107.
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Im Zentrum des Kerns 106 ist
als elastisches Teil eine Feder 108 vorgesehen, die den
Ventilkörper 102 auf
die Sitzfläche 110 drückt. Wird
die Spule 109 nicht mit Strom versorgt, steht der Ventilkörper 102 in engem
Kontakt. Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffversorgungsöffnung und
eine Kraftstoffpassage von einer nicht gezeigten Kraftstoffpumpe
unter Druck an die Stelle in dem Kraftstoffeinspritzventil geliefert,
an der die Sitzfläche 110 mit
dem Ventilkörper 102 in
enger Verbindung steht. Wird die Spule 109 mit Strom versorgt
und der Ventilkörper 102 verlagert
sich infolge der induzierten magnetischen Kraft und trennt sich von
der Sitzfläche 110,
sammelt sich der Kraftstoff in der axialen Mitte der Kraftstoffeinspritzkammer 101, danach
fließt
der Kraftstoff an der Platte 111 radial zum äußeren Rand
und wird durch die Vielzahl von Kraftstoffeinspritzöffnungen 107 in
beispielsweise einen Einlasskanal des Motors gespritzt.
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2 ist
eine vertikale Querschnittsansicht des Düsenteils. Ein Merkmal der vorliegenden
Erfindung liegt darin, dass Vertiefungen 201 zwischen den jeweiligen
Einspritzöffnungen 107 auf
der Fläche
der Platte 111 in dem Kraftstoffeinspritzdurchfluss und entlang
der äußeren Umfangrichtung
der jeweiligen Einspritzöffnungen 107 ausgebildet
sind, wie in 3 gezeigt
wird. Da die Vertiefungen zwischen den jeweiligen Einspritzöffnungen 107 vorgesehen sind,
sind die jeweiligen Vertiefungen natürlich in der Nähe der entsprechenden
Einspritzöffnungen 107 ausgebildet.
Ferner können
auch andere als die in 3 gezeigten
ringförmigen
Vertiefungen 201 verwendet werden. 4 zeigt zum Beispiel eine Modifikation,
bei der statt der durchgehenden ringförmigen Vertiefungen vier rechteckig
geformte Vertiefungen 401 im Umkreis der jeweiligen Einspritzöffnungen
vorgesehen sind. Jede der Vertiefungen 401 ist so konfiguriert,
dass unter der Annahme, die Länge der
rechteckigen Vertiefung 401 in Umfangsrichtung der Einspritzöffnung sei
d und deren Länge
in der radialen Richtung sei t, ein Verhältnis d/t als größer als 1
ausgewählt
wird, das heißt,
d > t. Der Grund dafür liegt
darin, dass, um den Überlauf-Effekt über die Vertiefungen
wirksamer zu erzeugen, es vorzuziehen ist, dass die Länge der
Längsrichtung
d länger
als die Länge
der Radialrichtung t ist. Deswegen ist die am meisten bevorzugte
Anordnung eine Anordnung mit umlaufenden Vertiefungen. Ferner, obwohl
in der Modifikation von 4 vier
Teile von rechteckigen Vertiefungen 401 für jede der
Einspritzöffnungen
vorgesehen werden, ist deren Anzahl, außer durch den verfügbaren physikalischen
Raum, nicht beschränkt.
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Weiterhin ist, wie in 3 gezeigt wird, ein flacher
Abschnitt (ebener Teil) 203 zwischen den benachbarten Einspritzöffnungen 107 außerhalb
der Vertiefungen 201 ausgebildet. Ein Abstand (Zwischenraum)
L zwischen den benachbarten Einspritzöffnungen 107 auf dem
flachen Teil 203, gemessen ab der Außenseite der Vertiefungen 201,
wird als größer festgelegt
als ein Abstand (Zwischenraum) 1 zwischen dem inneren Rand
der Vertiefung 201 und dem äußeren Rand der Einspritzöffnung 107.
Mit anderen Worten, die Vertiefung 201 ist derart in der
Nähe der Einspritzöffnung 107 angeordnet,
dass der Abstand 1 geringer als der Abstand L ist. Der
flache Abschnitt (ebener Teil) 203 trägt ferner dazu bei, dass der
den Überlauf
verursachende Effekt gesteigert wird, wie später beschrieben wird.
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Die Funktion und die Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 5 bis 7 erläutert. Aufgrund
der wie oben beschriebenen Form der Vertiefungen fließt, wie
in 5 gezeigt wird, Kraftstoff 501 von
dem äußeren Rand
her kommend tief in die Vertiefung hinein, bildet einen Überlauf 502 und
fließt
in die entsprechenden Einspritzöffnungen 107 hinein.
Wie in 6 gezeigt wird,
bildet deshalb, aufgrund der Wirkung des den Überlauf 502 bildenden
Durchflusses, ein Kraftstofffluss 601 einen verengten Durchflussbereich 602, dessen
Durchmesser etwas kleiner als der der Einspritzöffnung 107 ist, und
wird durch die Ein spritzöffnung 107 eingespritzt. 7 zeigt eine Durchflussgeschwindigkeitsverteilung
an der Austrittsstelle der Einspritzöffnung. Wie in 7 zu sehen ist, wird durch die Vertiefungen 201,
aufgrund derer der Überlauf 502 und
der verengte Durchflussbereich 602 entstehen, die maximale
Fliessgeschwindigkeit in der Durchflussgeschwindigkeitsverteilung 702 an
der Austrittsstelle der Einspritzöffnung im Vergleich zu der
Geschwindigkeit in einer Durchflussgeschwindigkeitsverteilung 701,
bei der keine Vertiefungen 201 vorgesehen sind, erhöht. Durch
diesen Beschleunigungseffekt wird die Verwirbelung an der Schnittstelle
zwischen gasförmiger
Luft und flüssigem
Kraftstoff erhöht
und es entsteht eine große
Anzahl von Wirbeln 603, was den Durchmesser der Sprühnebelteilchen 605 reduziert.
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8(A) bis 8(B) zeigen Ausbildungen der
um die Einspritzöffnung 107 herum
gebildeten Vertiefungen 201. 8(A) zeigt
ein Beispiel mit einer rechteckigen Vertiefung 201A, 8(B) zeigt ein weiteres
Beispiel mit einer Vertiefung 201B in Form eines V, 8(C) zeigt ein weiteres
Beispiel, wobei die Vertiefung 201C an der inneren Seite
in der Nähe der
Einspritzöffnung
einen steileren Seitenneigungswinkel aufweist als an der von der
Einspritzöffnung entfernteren
Seite, und 8(D) zeigt
ein weiteres Beispiel mit einer Vertiefung 201D, wobei
die obere Fläche
eines vorspringendes Teils 204 rings um die Einspritzöffnung 107 um
eine Höhe
H höher
als die Oberfläche
der Platte 203 an der stromaufwärts gelegenen Seite der Vertiefung
ist. Die in 8(A) bis 8(B) gezeigten Ausbildungen
der Vertiefungen 201 können
grundsätzlich
den Überlauf 502 beeinflussen.
Ferner muss, im Hinblick auf die in 8(B) und 8(C) gezeigten Vertiefungen,
der untere Teil kein spitzer Winkel sein, sondern kann abgerundet
sein. Im Hinblick auf die in 8(D) gezeigte
Vertiefung ist die Höhe
H vorzugsweise geringer als der Durchmesser ⌀ D der Einspritzöffnung 107,
um den Überlauf
zu bilden.
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Wie oben anhand des Kraftstoffeinspritzventils
der vorliegenden Erfindung erläutert
wurde, wird der Überlauf 502 an
den Stellen gebildet, an denen die Vertiefungen 201 ausgebildet
sind, und ferner wird durch die Entstehung des verengten Durchflussbereichs 602 in
den Kraftstoffeinspritzöffnungen 107 die
maximale Fliessgeschwindigkeit an der Austrittsstelle der Einspritzöffnung erhöht, wodurch
die Verwirbelung an der Schnittstelle zwischen gasförmiger Luft
und flüssigem
Kraftstoff verbessert und die Zerstäubungsleistung gesteigert wird.
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9 bis 11 zeigen vertikale Querschnittsansichten
von Düsen
in jeweiligen Ausführungsbeispielen,
wobei die Strukturen stromaufwärts
der Platte 111 des Kraftstoffeinspritzventils gemäß der vorliegenden
Erfindung entsprechend als Radialflusstyp, Kollisionsflusstyp und
Typ mit flachem Ventil ausgebildet sind.
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Bei dem in 9 gezeigten Radialflusstyp ist ein Kraftstoffkontraktionsbereich 901 vorgesehen,
in dem der durch den Zwischenraum zwischen dem Ventilkörper 102 und
der Sitzfläche 110 fließende Kraftstoff
unter Druck gesetzt wird, unterhalb des Kraftstoffkontraktionsbereichs 901 ist
eine den Kraftstoff nach außen
verteilende Kammer 902 vorgesehen, die den Kraftstoff nach
außen
fließen
lässt,
und unterhalb der den Kraftstoff nach außen verteilenden Kammer 902 ist
ferner eine Platte 111 mit einer Vielzahl von Einspritzöffnungen
vorgesehen.
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Bei dem in 10 gezeigten Kollisionsflusstyp wird
der durch die jeweiligen Einspritzöffnungen 107 auf der
Platte 111 nach außen
gespritzte Kraftstoff an einem Kollisionspunkt 1001 gegeneinander kollidiert,
um die Zerstäubungsrichtung
in zwei Richtungen aufzuteilen.
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Bei dem in 11 gezeigten Typ mit flachem Ventil ist
der Ventilkörper 1101 nicht
rund, wie in 2 und 10 gezeigt, sondern flach
ausgebildet. Ferner ist eine Sitzfläche 1102, durch welche
die Kraftstoffversorgung von der vertikalen Bewegung des Ventilkörpers 1101 gesteuert
wird, zwischen dem Ventilkörper 1101 und
der Platte 111 angeordnet.
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Alle Arten der obigen Kraftstoffeinspritzventile,
wie Radialflusstyp, Kollisionsflusstyp und Typ mit flachem Ventil,
können
im Vergleich zu dem in 2 gezeigten
Kraftstoffeinspritzventil die gleiche oder bessere Zerstäubungsleistung
erreichen.
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12 zeigt
ein Beispiel, in dem das in l gezeigte
Kraftstoffeinspritzventil 1201 gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem Verbrennungsmotor angebracht ist. Da das Kraftstoffeinspritzventil
ein Magnet-Kraftstoffeinspritzventil ist, wie in dem obigen Ausführungsbeispiel
gezeigt wird, wird eine Erläuterung
der Strukturelemente ausgelassen. Der in 12 gezeigte Verbrennungsmotor weist auf
einen Zylinderkopf 1202, ein Einlassventil 1203,
eine Zündkerze 1204,
welche das Gemisch aus Kraftstoff und Luft entzündet, einen Kolben 1205,
einen Zylinder 1206, ein Auslassventil 1207, einen
Einlasskanal 1208, welcher dem Zylinder 1206 Luft
zuführt,
und einen Auslasskanal 1209, welcher das Abgas aus dem Zylinder
entlässt.
Ferner weist das Kraftstoffeinspritzventil einen Anschluss auf,
durch den Strom zum Antrieb des Einspritzventils zugeführt wird.
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Ferner wird in 12 das Einlassventil 1203 in
geschlossenem Zustand gezeigt. Wird der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 1201 in
die Verbrennungskammer 1211 zerstäubt eingespritzt, ist jedoch
das Einlassventil 1203 geöffnet. Die Kraftstoffeinspritzung
durch das Kraftstoffeinspritzventil 1201 kann hinsichtlich
der Kraftstoffdurchflusszeit entweder beginnen, wenn das Einlassventil
gerade offen ist, oder bevor das Einlass ventil 1203 geöffnet wird. In
einem solchen Fall wird die Durchflusszeit derart eingestellt, dass
der bei Beginn der Einspritzung eingespritzte Kraftstoff das Einlassventil
zu dem Zeitpunkt erreicht, wenn das Einlassventil 1203 gerade geöffnet wird.
Ferner kann innerhalb eines zulässigen
Bereiches der Beginn der Kraftstoffeinspritzung derart eingestellt
werden, dass der bei Beginn der Einspritzung eingespritzte Kraftstoff
das Einlassventil 1203 zu dem Zeitpunkt erreicht, bevor
sich das Einlassventil 1203 gerade öffnet.
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In den obigen Ausführungsbeispielen
werden Kraftstoffeinspritzventile gezeigt, in denen eine Vielzahl
von Einspritzöffnungen 107 auf
der Platte 111 vorgesehen sind, jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf derartige Ausführungsbeispiele beschränkt. In 13 wird ein Kraftstoffeinspritzventil mit
einer einzigen Einspritzöffnung 107 auf
der Platte 111 gezeigt, wobei eine entlang dem äußeren Rand der
Einspritzöffnung 107 verlaufende
Vertiefung vorgesehen ist.
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14 zeigt
eine teilweise Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels,
bei dem ein Kraftstoffeinspritzventil 1401 vom Typ einer
Direkteinspritzung, das eine einzige Einspritzöffnung 107 auf der
Platte 111 aufweist, wie oben gezeigt, und den Kraftstoff
direkt in die Verbrennungskammer 1211 einspritzt, in dem
Verbrennungsmotor angebracht ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 1401 vom
Typ einer Direkteinspritzung ist direkt an dem Zylinder 1206 neben
dem Einlassventil 1203 angebracht und der Kraftstoffsprühnebel wird
direkt in die Verbrennungskammer 1211 einspritzt.
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In den obigen Ausführungsbeispielen
wurden Magnet-Kraftstoffeinspritzventile erläutert, die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf derartige Ausführungsbeispiele beschränkt. Die
vorliegende Erfindung kann auch auf andere Kraftstoffeinspritzventile
als die Magnet-Kraftstoffeinspritzventile innerhalb des Bereichs
angewendet werden, in dem im wesentlichen die gleiche Funktion und
Vorteile wie in den vorliegenden Ausführungsbeispielen erreicht werden
können.
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Gemäß den jeweiligen obigen Ausführungsbeispielen
wird eine Vorrichtung zum Zerstäuben
von Kraftstoff in der Nähe
der Einspritzöffnungen
vorgesehen und eine wirksame Kraftstoffzerstäubung kann erreicht werden.
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Deswegen kann in dem Verbrennungsmotor, der
gemäß den Ausführungsbeispielen
mit dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Erfindung ausgestattet
ist, die Abgasmenge aus nicht verbrannten Bestandteilen (HC, CO)
reduziert werden, da die Zerstäubungsleistung
des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffsprühnebels
hervorragend ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird durch die Ausbildung des Überlaufs
an den Stellen, an denen sich die Vertiefungen befinden, und durch die
Entstehung des verengten Durchflussbereichs in den Einspritzöffnungen
und mit dem Vorteil der Erhöhung
der maximalen Fliessgeschwindigkeit des Kraftstoffsprühnebels
an der Austrittsstelle der Einspritzöffnung die Verwirbelung an
der Schnittstelle zwischen gasförmiger
Luft und flüssigem
Kraftstoff verbessert und die Zerstäubungsleistung gesteigert. Dadurch
kann in dem dies ausnutzenden Verbrennungsmotor die Abgasmenge aus
nicht verbrannten Bestandteilen (HC, CO) reduziert werden, da die
Zerstäubungsleistung
des von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffsprühnebels
hervorragend ist.