HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche für eine Brennkraftmaschine
mit Verbrennung eines mageren Gemisches geeignet ist, die
mit einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird,
welches ein Luft-Kraftstoffverhältnis aufweist, das höher
als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
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Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit Verbrennung eines mageren Gemisches,
die eine stabile Verbrennung eines
Luft-Kraftstoffgemisches mit einem Luft-Kraftstoffverhältnis ermöglicht,
das höher als ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoffverhältnis ist, indem ein Wirbel von Einlaßluft im Zylinder
rund um die Mittelachse desselben erzeugt wird, ist zum
Beispiel in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 62-91619 offenbart.
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Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in der
Veröffentlichung '619 weist zwei Kraftstoffeinspritzventile auf,
das heißt, eines für das Einspritzen von Kraftstoff in
einen Wirbel-Kanal des Zylinders, welcher im Zylinder
einen Einlaßluftwirbel erzeugt, und eines für das
Einspritzen von Kraftstoff in einen herkömmlichen, geraden
Einlaßkanal des Zylinders. Wenn der Motor mit einem
mageren Luft-Kraftstoffgemisch betrieben wird, so wird ein
Einlaßluftdurchgang, der mit dem geraden Kanal verbunden
ist, durch ein Wirbelsteuerungsventil gedrosselt, um die
Einlaßluftmenge, die durch den geraden Kanal in den
Zylinder strömt, zu verringern. Ferner spritzt das
Kraftstoffeinspritzventil an der geraden Kanalseite während
der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes Kraftstoff in die
Mitte des Zylinders, wenn das Wirbelsteuerungsventil den
Einlaßluftdurchgang drosselt.
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Der von dem Kraftstoffeinspritzventil an der Wirbel-
Kanalseite eingespritzte Kraftstoff wird von Einlaßluft
mitgeführt, welche durch den Wirbel-Kanal strömt, und im
Zylinder verteilt. Somit bildet der in den Wirbel-Kanal
eingespritzte Kraftstoff im Zylinder ein gleichförmiges
Luft-Kraftstoffgemisch. Da sich jedoch der in den Wirbel-
Kanal eingespritzte Kraftstoff in dem ganzen Raum des
Zylinders verteilt, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis
des Luft-Kraftstoffgemisches relativ hoch. Um dieses
gleichförmige Luft-Kraftstoffgemisch durch eine Zündkerze
zu entzünden, ist es erforderlich, die Menge des in den
Wirbel-Kanal eingespritzten Kraftstoffs zu erhöhen, um
dadurch das Luft-Kraftstoffverhältnis des gleichförmigen
Luft-Kraftstoffgemisches im Zylinder zu senken. Daher ist
es schwierig, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-
Kraftstoffgemisches genügend hoch (mager) zu machen, wenn
im Zylinder ein gleichförmiges Luft-Kraftstoffgemisch
gebildet werden soll.
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Um dieses Problem zu lösen, wird in der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Veröffentlichung '619 Kraftstoff
von dem Kraftstoffeinspritzventil in der zweiten Hälfte
des Ansaugtaktes in den geraden Kanal zum Mittelteil des
Zylinders eingespritzt. Ferner versperrt in der
Veröffentlichung '619 das Wirbelsteuerungsventil den geraden
Kanal nicht vollständig, und eine relativ kleine Menge an
Einlaßluft strömt auch dann durch den geraden Kanal in
den Zylinder, wenn das Wirbelsteuerungsventil geschlossen
ist. Von dem Kraftstoffeinspritzventil an der geraden
Kanalseite eingespritzter Kraftstoff wird von dem
Luftstrom durch den geraden Kanal befördert und erreicht den
Mittelteil des Zylinders. Wenn im Zylinder die
Wirbelströmung gebildet wird, ist die Luft in der Nähe der
Mittelachse des Zylinders nahezu ruhig, obwohl entlang der
Innenfläche des Zylinders Luft strömt. Daher bleibt der
Kraftstoff, wenn er von dem geraden Kanal den Mittelteil
des Zylinders erreicht, dort, ohne sich zu verteilen, und
bildet um eine Zündkerze herum, die in dem Mittelteil des
Zylinders angeordnet ist, ein Luft-Kraftstoffgemisch mit
einem relativ niedrigen, das heißt einem zündfähigen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
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Somit wird gemäß der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
in der Veröffentlichung '619, zusätzlich zu einem
gleichförmigen Luft-Kraftstoffgemisch mit einem relativ
geringen Luft-Kraftstoffverhältnis, das durch den in den
Wirbel-Kanal im Zylinder eingespritzten Kraftstoff gebildet
wird, durch den in den geraden Kanal eingespritzten
Kraftstoff ein zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch mit
einem relativ niedrigen Luft-Kraftstoffverhältnis um die
Zündkerze herum gebildet, welche in dem Mittelteil des
Zylinders angeordnet ist. Das Luft-Kraftstoffgemisch wird
nämlich in der radialen Richtung des Zylinders
geschichtet. Daher wird nur das Luft-Kraftstoffverhältnis des
Luft-Kraftstoffgemisches um die Zündkerze herum genügend
niedrig gemacht, um ein Entzünden durch die Zündkerze zu
ermöglichen, während das Luft-Kraftstoffverhältnis des
Luft-Kraftstoffgemisches im Zylinder als Ganzes höher als
ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten
wird.
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In der Kraftstoffeinspritzeinrichtung der
Veröffentlichung '619 wird die Strömung der Einlaßluft durch den
geraden Kanal auch dann benötigt, wenn das
Wirbelsteuerungsventil geschlossen ist, um zu verhindern, daß die
Zündkerze durch den in den geraden Kanal eingespritzten
Kraftstoff benetzt wird. Weil der in den geraden Kanal
eingespritzte Kraftstoff auf den Mittelteil des Zylinders
gerichtet ist, wo die Zündkerze angeordnet ist, erreicht
der eingespritzte Kraftstoff die Zündkerze, ohne durch
die Strömung von Einlaßluft durch den geraden Kanal
zerstäubt zu werden, wenn es keine Strömung von Einlaßluft
durch den geraden Kanal gibt, und haftet an der Zündkerze
an. Daher erfordert die Kraftstoffeinspritzeinrichtung
der Veröffentlichung '619 die Strömung von Einlaßluft
durch den geraden Kanal, um eingespritzten Kraftstoff
auch dann zu zerstäuben, wenn das Wirbelsteuerungsventil
geschlossen ist.
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Infolge dieser durch den geraden Kanal strömenden
Einlaßluft wird jedoch in der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Veröffentlichung '619 die Schichtenbildung des
Luft-Kraftstoffgemisches in der radialen Richtung des
Zylinders manchmal gestört. Wenn Kraftstoff in den
geraden Kanal eingespritzt wird, so wird der Kraftstoff durch
die Strömung von Einlaßluft zerstäubt und verteilt sich
weit in den geraden Kanal hinein, bevor er in den
Zylinder strömt. Dieser verteilte Kraftstoff wird von der
Strömung der Einlaßluft mitgeführt und trifft auf die
Wandfläche des Einlaßkanals und die Rückseite des
Ventilelements des Einlaßventils, und dadurch wird der
Kraftstoff zusätzlich zerstäubt. Dieser zerstäubte Kraftstoff
wird von der Einlaßluft, die durch den geraden Kanal
strömt, mitgeführt und strömt durch die ringförmige
Öffnung zwischen dem Umfang des Ventilelements und dem
Ventilsitz des Einlaßventils in den Zylinder.
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Da die durch das Einlaßventil strömende Einlaßluft in
der abwärts führenden Richtung eine relativ große
Geschwindigkeit besitzt, strömt der von der Einlaßluft
mitgeführte Kraftstoff von dem Einlaßkanal abwärts in den
Zylinder. Wenn der in den geraden Kanal eingespritzte
Kraftstoff in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes des
Kolbens in den Zylinder strömt, hat sich im Zylinder
bereits ein starker Wirbel von durch den Wirbel-Kanal
strömender Einlaßluft gebildet. In dem Wirbel strömt
Einlaßluft von dem Einlaßventil des Wirbel-Kanals entlang
der Wandfläche des Zylinders wendelförmig abwärts. Dieser
Wirbel tritt durch den Bereich direkt unter dem
Einlaßventil des geraden Kanals hindurch. Daher strömt der
zerstäubte Kraftstoff von dem geraden Kanal abwärts in den
Zylinder und wird durch den Wirbel im Zylinder
abgeleitet. In diesem Fall bleibt der von dem geraden Kanal in
den Zylinder strömende Kraftstoff nicht in der Mitte des
Zylinders, sondern verteilt sich über den ganzen Raum des
Zylinders. Deshalb ist das Luft-Kraftstoffgemisch nicht
genau in der radialen Richtung des Zylinders geschichtet,
und es wird um die Zündkerze herum kein zündfähiges Luft-
Kraftstoffgemisch gebildet.
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D. h., in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung der
Veröffentlichung '619 erreicht der in den geraden Kanal
eingespritzte Kraftstoff nicht den Mittelteil des Zylinders,
sondern wird von dem Wirbel im Zylinder mitgeführt und
bildet im Zylinder ein gleichförmiges
Luft-Kraftstoffgemisch.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf die oben dargelegten Probleme der
verwandten Technik ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit Verbrennung eines mageren
Gemi
sches bereitzustellen, welche das Luft-Kraftstoffgemisch
in der radialen Richtung des Zylinders effizient
schichten kann, um ein Luft-Kraftstoffgemisch mit einem
zündfähigen Luft-Kraftstoffverhältnis um die Zündkerze herum
zu bilden, während das Luft-Kraftstoffverhältnis des
Luft-Kraftstoffgemisches im Zylinder als Ganzes in einem
mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit Verbrennung
eines mageren Gemisches gemäß der vorliegenden Erfindung
erreicht. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
jeder der Zylinder der Brennkraftmaschine bzw. des Motors
mit einem herkömmlichen geraden Einlaßkanal und einem
Wirbel-Einlaßkanal, der einen Wirbel von Einlaßluft
erzeugt, welcher durch diesen in den Zylinder strömt,
einem ersten Einlaßluftdurchgang, der mit dem geraden
Einlaßkanal verbunden ist, einem zweiten
Einlaßluftdurchgang, der mit dem Wirbel-Einlaßkanal verbunden ist, und
einem Wirbelsteuerungsventil ausgestattet, welches in dem
ersten Einlaßluftdurchgang angeordnet ist, um den ersten
Einlaßluftdurchgang zu sperren, wenn der Motor unter
einer vorgegebenen Betriebsbedingung betrieben wird. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt ein
Kraftstoffeinspritzventil, das mit zwei Einspritzlöchern ausgestattet
ist, die mit einem geraden Kraftstoff-Einspritzkanal,
welcher an der Wand des geraden Einlaßkanals angeordnet
ist, und einem Wirbel-Kraftstoff-Einspritzkanal, welcher
an der Wand des Wirbel-Einlaßkanals angeordnet ist,
verbunden sind, welche durch die jeweiligen Kraftstoff-
Einspritzkanäle Kraftstoff in den geraden Einlaßkanal und
den Wirbel-Einlaßkanal spritzen. Ferner spritzt das
Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff in einer zweiten
Hälfte des Ansaugtaktes zumindest dann ein, wenn das
Wirbelsteuerungsventil gerade geschlossen ist, und der
gerade Kraftstoff-Einspritzkanal ist an einer Stelle
benach
bart zu dem Einlaßventilsitz des geraden Einlaßkanals
angeordnet und spritzt Kraftstoff in die Richtung
zwischen der Mittelachse des Zylinders und dem Schaft des
Einlaßventilelements so ein, daß sich der eingespritzte
Kraftstoff auf die gegenüberliegende Wand des
Zylinderkopfes oder den oberen Teil der gegenüberliegenden
Zylinderwand hin bewegt.
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Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist der
Einlaßluftdurchgang, der mit dem geraden Einlaßkanal verbunden ist,
durch das Wirbelsteuerungsventil gesperrt, und es
existiert keine Luftströmung, wenn Kraftstoff in den geraden
Einlaßkanal eingespritzt wird. Ferner ist der gerade
Kraftstoff-Einspritzkanal benachbart zu dem
Einlaßventilsitz des Einlaßventils angeordnet. Daher wird in den
geraden Einlaßkanal eingespritzter Kraftstoff nicht durch
die Strömung von Einlaßluft verteilt und gelangt durch
den Zwischenraum zwischen dem Ventilelement in der sich
öffnenden Stellung und dem Ventilsitz des Einlaßventils
in den Zylinder, ohne auf das Ventilelement und den
Ventilsitz aufzutreffen. Ferner wird Kraftstoff von dem
geraden Kraftstoff-Einspritzkanal, welcher auf die
gegenüberliegende Wand des Zylinderkopfes oder auf den oberen
Teil der gegenüberliegenden Zylinderwand gerichtet ist,
eingespritzt. Daher erreicht der eingespritzte Kraftstoff
direkt den Mittelteil des Zylinders, ohne von dem Wirbel
im Zylinder mitgeführt oder verteilt zu werden. Folglich
bleibt der in den geraden Einlaßkanal eingespritzte
Kraftstoff in der Mitte des Zylinders und bildet um die
Zündkerze herum ein Luft-Kraftstoffgemisch mit einem
zündfähigen Luft-Kraftstoffverhältnis. Das
Luft-Kraftstoffgemisch im Zylinder ist nämlich in der radialen
Richtung geschichtet. Bei diesem Aspekt der Erfindung
kann Druckluft dem Kraftstoff-Einspritzdurchgang
zugeführt werden, welcher den geraden
Kraftstoff-Einspritz
kanal und das Einspritzloch verbindet, um eine
Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs zu verbessern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit Verbrennung eines mageren Gemisches
bereitgestellt. Jeder der Zylinder des Motors ist mit einem
herkömmlichen geraden Einlaßkanal und einem
Wirbel-Einlaßkanal, welcher einen Wirbel der Einlaßluft erzeugt, die
durch diesen in den Zylinder strömt, einem ersten
Einlaßluftdurchgang, der mit dem geraden Einlaßkanal verbunden
ist, einem zweiten Einlaßluftdurchgang, der mit dem
Wirbel-Einlaßkanal verbunden ist, und einem
Wirbelsteuerungsventil ausgestattet, das in dem ersten
Einlaßluftdurchgang angeordnet ist, um den ersten
Einlaßluftdurchgang zu sperren, wenn der Motor unter einer vorgegebenen
Betriebsbedingung betrieben wird. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt ein
Kraftstoffeinspritzventil, das mit zwei Einspritzlöchern ausgestattet ist,
welche mit einem geraden Kraftstoff-Einspritzkanal, der
an der Wand des geraden Einlaßkanals angeordnet ist, und
einem Wirbel-Kraftstoff-Einspritzkanal, der an der Wand
des Wirbel-Einlaßkanals angeordnet ist, verbunden sind,
welche durch die jeweiligen Kraftstoff-Einspritzkanäle
Kraftstoff in den geraden Einlaßkanal und den Wirbel-
Einlaßkanal spritzen. Ferner spritzt das
Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff in einer zweiten Hälfte des
Ansaugtaktes ein, zumindest wenn das
Wirbelsteuerungsventil gerade geschlossen ist, und der gerade Kraftstoff-
Einspritzkanal ist an einer Stelle benachbart zu dem
Einlaßventilsitz des geraden Einlaßkanals angeordnet und
spritzt Kraftstoff in die Richtung zwischen der
Mittelachse des Zylinders und dem Schaft des
Einlaßventilelements in Richtung des unteren Endes des
Einlaßventilsitzes des geraden Einlaßkanals.
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Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird Kraftstoff in
die Richtung zwischen der Mittelachse des Zylinders und
dem Schaft des Einlaßventilsitzes des geraden
Einlaßkanals auf die Unterkante des Einlaßventilsitzes des
geraden Einlaßkanals hin in den Abschnitt nahe der
Mittelachse des Zylinders gespritzt. Dieser Kraftstoff
trifft auf die Unterkante des Einlaßventilsitzes, ohne
verteilt zu werden, und wird durch den Aufprall
zerstäubt. Daher strömt der zerstäubte Kraftstoff durch den
Bereich des Einlaßventils nahe der Mitte des Zylinders in
den Zylinder. Wie vorher erklärt wurde, gibt es in der
Mitte des Zylinders in der zweiten Hälfte des
Ansaugtaktes keinen Wirbel. Daher bleibt der zerstäubte
Kraftstoff, welcher von dem Teil des Einlaßventils des geraden
Einlaßkanals nahe der Mittelachse des Zylinders in den
Zylinder strömt, in der Mitte des Zylinders und bildet
ein Luft-Kraftstoffgemisch mit einem zündfähigen Luft-
Kraftstoffverhältnis. Somit wird das
Luft-Kraftstoffgemisch im Zylinder gemäß diesem Aspekt der vorliegenden
Erfindung in der radialen Richtung geschichtet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit Verbrennung eines mageren Gemisches
bereitgestellt. Jeder der Zylinder des Motors ist mit einem
herkömmlichen geraden Einlaßkanal und einem
Wirbel-Einlaßkanal, welcher einen Wirbel von Einlaßluft erzeugt, die
durch diesen in den Zylinder strömt, einem ersten
Einlaßluftdurchgang, der mit dem geraden Einlaßkanal verbunden
ist, einem zweiten Einlaßluftdurchgang, der mit dem
Wirbel-Einlaßkanal verbunden ist, und einem
Wirbelsteuerungsventil ausgestattet, das in dem ersten
Einlaßluftdurchgang angeordnet ist, um den ersten
Einlaßluftdurchgang zu sperren, wenn der Motor unter einer vorgegebenen
Betriebsbedingung betrieben wird. Die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung umfaßt ein
Kraftstoffeinspritz
ventil, das mit zwei Einspritzlöchern ausgestattet ist,
welche mit einem geraden Kraftstoff-Einspritzkanal, der
an der Wand des geraden Einlaßkanals angeordnet ist, und
einem Wirbel-Kraftstoff-Einspritzkanal, der an der Wand
des Wirbel-Einlaßkanals angeordnet ist, verbunden sind,
welche durch die jeweiligen Kraftstoff-Einspritzkanäle
Kraftstoff in den geraden Einlaßkanal und den Wirbel-
Einlaßkanal spritzen. Ferner spritzt das
Kraftstoffeinspritzventil Kraftstoff in einer zweiten Hälfte des
Ansaugtaktes ein, zumindest wenn das
Wirbelsteuerungsventil gerade geschlossen ist, und der gerade Kraftstoff-
Einspritzkanal ist an einer Stelle benachbart zu dem
Einlaßventilsitz des geraden Einlaßkanals angeordnet und
spritzt Kraftstoff auf die Rückseite des Ventilelements
des Einlaßventils des geraden Einlaßkanals hin in einer
Weise ein, daß der eingespritzte Kraftstoff auf die
Mantelfläche der Rückseite des Ventilelements auftrifft, die
begrenzt ist durch eine Linie, welche die Mittelachse des
Zylinders und die Mittelachse des Schafts des
Ventilelements verbindet, und eine Linie, welche die Mittelachse
des Schafts des Ventilelements und den geraden
Kraftstoff-Einspritzkanal verbindet, und durch die
Mantelfläche abgelenkter Kraftstoff nähert sich der Mittelachse
des Zylinders.
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Bei diesem Aspekt der Erfindung trifft der von dem
geraden Kraftstoff-Einspritzkanal eingespritzte
Kraftstoff auf die Rückseite des Einlaßventilelements auf der
Seite nahe der Zündkerze. Der Kraftstoff wird durch den
Aufprall zerstäubt und in die Richtung abgelenkt, in der
er sich der Zündkerze nähert. Ferner wird wegen einer
dreidimensionalen Form der Rückseite des Ventilelements
der Kraftstoff von der Rückseitenfläche des
Ventilelements in die Richtung etwas über der horizontalen Ebene
abgelenkt. Daher erreicht der abgelenkte Kraftstoff die
Mitte des oberen Bereichs des Zylinders, ohne auf die
Oberseite des Zylinderkopfes aufzutreffen, und bildet ein
Luft-Kraftstoffgemisch mit einem zündfähigen
Luft-Kraftstoffverhältnis nahe der Zündkerze. Somit wird gemäß
diesem Aspekt der Erfindung das Luft-Kraftstoffgemisch im
Zylinder in der radialen Richtung geschichtet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus der hier
nachfolgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
anhängenden Zeichnungen besser verstanden, wobei:
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Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, auf einen Automotor
angewendet, schematisch zeigt;
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Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II
in Fig. 1 zeigt;
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die Fig. 3A, 3B und 3C schematische Zeichnungen
sind, welche die Strömung von Einlaßluft im Zylinder in
der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes und zu Beginn des
Kompressionstaktes zeigen;
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Fig. 4 ein Diagramm zeigt, welches eine Auswirkung
eines Kraftstoffeinspritzverlaufs auf die
Magerkeitsgrenze eines Luft-Kraftstoffverhältnisses darstellt,
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Fig. 5 eine Zeichnung ähnlich der Fig. 2 ist,
welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt;
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Fig. 6 eine Zeichnung ähnlich der Fig. 1 ist,
welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt;
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Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII
in Fig. 6 zeigt;
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Fig. 8 eine Zeichnung ähnlich der Fig. 1 ist,
welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt;
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Fig. 9 eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX
in Fig. 8 zeigt; und
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Fig. 10 eine Zeichnung ist, welche die Richtung
einer Kraftstoffeinspritzung in den geraden Kanal in dem
Ausführungsbeispiel in den Fig. 8 und 9 zeigt.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch ein
Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 1 und 2
kennzeichnet die Positionszahl 10 einen Zylinderkopf eines
Motors. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein
Mehrzylindermotor für ein Auto verwendet, und die Fig. 1 und 2
zeigen einen der Zylinder des Motors. In den Fig. 1
und 2 kennzeichnen die Positionszahlen 11 und 12 einen
Zylinder des Motors bzw. eine in dem oberen Teil des
Zylinders 11 ausgebildete Verbrennungskammer. In diesem
Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskammer 12 eine 4-
Ventil-Verbrennungskammer, welche mit zwei Einlaßkanälen
14a, 14b und zwei Auslaßkanälen 16a, 16b ausgestattet
ist. In der Mitte der Verbrennungskammer 12 ist eine
Zündkerze 40 angeordnet.
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In Fig. 1 ist ein erster Einlaßkanal 14a als Wirbel-
Kanal geformt, welcher einen Wirbel von Einlaßluft
erzeugt, die durch diesen hindurch in den Zylinder 11
strömt. Zu diesem Zweck ist der erste Einlaßkanal 14a an
der Wand des Kanals 14a mit einem wendelförmigen
Vorsprung 13 versehen. Der Vorsprung 13 lenkt die durch den
Kanal 14a in den Zylinder strömende Einlaßluft ab, um
dadurch im Zylinder 11 einen Wirbel zu erzeugen. Ein
zweiter Einlaßkanal 14b ist als ein herkömmlicher gerader
Kanal ohne den wendelförmigen Vorsprung ausgebildet, und
Einlaßluft gelangt durch den zweiten Einlaßkanal 14b und
strömt geradeaus in den Zylinder. In dem Zylinderkopf 10
sind Einlaßluftdurchgänge 20a und 20b ausgebildet, welche
mit dem ersten bzw. dem zweiten Einlaßkanal 14a und 14b
verbunden sind. Die Einlaßluftdurchgänge 20a und 20b sind
durch eine Trennwand 28 voneinander getrennt und wirken
als unabhängige Einlaßluftdurchgänge. Wie in Fig. 2 am
besten gezeigt wird, ist in diesem Ausführungsbeispiel in
dem unteren Abschnitt der Trennwand 28 ein
Kraftstoffeinspritzventil 26 angeordnet. Das
Kraftstoffeinspritzventil 26 hat zum Einspritzen von Kraftstoff unter Druck
an seinem Ventilkörper zwei Einspritzlöcher. Diese
Einspritzlöcher sind über im Zylinderkopf 10 geformte
Kraftstoff-Einspritzdurchgänge 25a bzw. 25b mit Kraftstoff-
Einspritzkanälen 24a und 24b verbunden, welche an der
Wand der Einlaßkanäle 14a und 14b angeordnet sind. Die
Lage der Kraftstoff-Einspritzkanäle 24a und 24b wird
später ausführlich erklärt.
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Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, ist ein
Wirbelsteuerungsventil 32 in dem Einlaßluftdurchgang 20b
angeordnet, der zu dem geraden Kanal 14b führt. Das
Wirbelsteuerungsventil 32 ist ein Drosselklappenventil mit
einem plattenartigen Ventilelement, das entweder eine
offene Stellung oder eine geschlossene Stellung einnimmt.
Das Wirbelsteuerungsventil 32 ist geschlossen, wenn der
Motor mit einer niedrigen Last betrieben wird. Wenn das
Wirbelsteuerungsventil 32 geschlossen ist, dann ist der
Einlaßluftdurchgang 20b vollständig gesperrt, und durch
den Einlaßluftdurchgang 20b strömt im wesentlichen keine
Einlaßluft. Daher strömt, wenn das Wirbelsteuerungsventil
32 geschlossen ist, Einlaßluft nur durch den Wirbel-Kanal
14a in den Zylinder 11. Da durch den Wirbel-Kanal 14b
durchströmende Einlaßluft durch den Vorsprung 13
abgelenkt wird, wird um die Mittelachse des Zylinders, wenn
das Wirbelsteuerungsventil 32 geschlossen ist, im
Zylinder 11 ein starker Wirbel erzeugt. Wegen dieses Wirbels
wird innerhalb des Zylinders 11 während des Ansaugtaktes
des Zylinders eine von dem Einlaßkanal 14a beginnende
starke, abwärts gerichtete, wendelförmige Luftströmung
gebildet.
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Wenn sich das Wirbelsteuerungsventil 32 in der
offenen Stellung befindet, strömt eine große Menge von
Einlaßluft durch den Einlaßluftdurchgang 20b und strömt
durch den Einlaßkanal 14b in den Zylinder 11, weil der
Flußwiderstand des Einlaßluftdurchgangs 20b viel geringer
als der des Einlaßluftdurchgangs 20a ist. Daher wird die
Menge an Einlaßluft, die dem Zylinder 11 zugeführt wird,
in hohem Maße gesteigert, und dadurch wird die Leistung
des Motors erhöht.
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In Fig. 1 zeigt die Positionszahl 30 eine
Steuerschaltung des Motors, welche auch die Öffnungs- und
Schließfunktion des Wirbelsteuerungsventils 32 steuert.
Die Positionszahl 33 ist ein Stellglied zum Betätigen des
Wirbelsteuerungsventils 32. Das Stellglied 33 besteht aus
einem geeigneten Typ wie z. B. einem Vakuum-Stellglied,
einem Magnetspulen-Stellglied oder einem Schrittmotor.
Die Steuerschaltung 30 überwacht die Betriebsbedingungen
des Motors und sperrt in einem Niedriglastbetrieb des
Motors durch Schließen des Wirbelsteuerungsventils 32 den
Einlaßluftdurchgang 20b, der zu dem geraden Kanal 14b
führt.
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie
II-II in Fig. 1. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist ein
Ansaugrohr 35 mit dem Zylinderkopf 10 über eine
Ventilanordnung 34 des Wirbelsteuerungsventils 32 verbunden. In
der Ventilanordnung 34 und dem Ansaugrohr 35 ist eine
Trennwand 28a (Fig. 1) geformt, welche kontinuierlich
aus der Trennwand 28 herausragt. Daher sind der
Einlaßluftdurchgang 20a und 20b auch in der Ventilanordnung 34
und dem Ansaugrohr 35 voneinander getrennt.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist das
Kraftstoffeinspritzventil 26 im Zylinderkopf 10 im unteren Abschnitt
der Trennwand 28 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b (gerader Kraftstoff-
Einspritzkanal), welcher über den
Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b mit dem zugeordneten Einspritzloch des
Kraftstoffeinspritzventils 26 verbunden ist, ist in dem
geraden Kanal 14b an der Stelle benachbart zu dem
Ventilsitz des geraden Kanalseiten-Einlaßventils angeordnet.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist nämlich der
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b des geraden Kanals 14b an
der Stelle benachbart zu der Oberkante des Ventilsitzes
17b an der Seite der Zylinder-Mittelachse desselben
angeordnet. Ferner sind der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b und
der Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b so angeordnet, daß
sie auf die Wand des Zylinderkopfes 10 oder den oberen
Abschnitt der Wand des Zylinders 11 unter dem Auslaßkanal
16b gegenüber dem Einlaßkanal 14b durch den Abschnitt
zwischen der Mittelachse des Schafts 15r des
Ventilelements 15b und der Mittelachse des Zylinders weisen. Zum
Beispiel sind in diesem Ausführungsbeispiel, wie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt ist, der
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b und der Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b so
angeordnet, daß sie auf den Verbindungsabschnitt 10b
zwischen dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 10 unter dem
gegenüberliegenden Auslaßkanal 16b weisen. Der
Kraftstoff-Einspritzkanal 24a und der
Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25a an dem Wirbel-Kanal 14a sind in diesem
Ausführungsbeispiel darüber hinaus in der gleichen Weise
angeordnet, das heißt, der Kraftstoff-Einspritzkanal 24a
und der Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25a weisen auf den
Verbindungsabschnitt zwischen dem Zylinder 11 und dem
Zylinderkopf 10 unter dem gegenüberliegenden Auslaßkanal
16a.
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Als nächstes wird das Verhalten des von den
Kraftstoff-Einspritzkanälen 24a und 24b eingespritzten
Kraftstoffs erklärt. Die Fig. 3A bis 3C zeigen schematisch
die Arten der Strömung von Einlaßluft im Zylinder 11
während des Ansaugtaktes und des Kompressionstaktes, wenn
sich das Wirbelsteuerungsventil 32 in geschlossener
Stellung befindet. Fig. 3A zeigt die Strömung im Zylinder 11
bei einer frühen Stufe des Ansaugtaktes. Da das
Wirbelsteuerungsventil 32 geschlossen ist, strömt Einlaßluft
nur von dem Wirbel-Kanal 14a während des Ansaugtaktes in
den Zylinder 11. Bei der frühen Stufe des Ansaugtaktes
wird die Strömung im Zylinder durch die Abwärtsbewegung
des Kolbens 19 gestört, und es wird innerhalb des
Zylinders kein stabiler Wirbel gebildet (Fig. 3A). Fig. 3B
zeigt die Strömung im Zylinder 11 in der zweiten Hälfte
des Ansaugtaktes. Da die Geschwindigkeit der
Abwärtsbewegung des Kolbens während dieser Periode klein ist, bildet
Einlaßluft aus dem Wirbel-Kanal 14a im Zylinder 11 einen
Wirbel mit einem nach unten wendelförmigen Strömungsweg,
ohne von der Abwärtsbewegung des Kolbens 19 gestört zu
werden. Daher wird im Zylinder 11 am Ende des
Ansaugtaktes ein starker, stabiler Wirbel um die Mittelachse des
Zylinders 11 herum gebildet, wie durch S in Fig. 3B
gezeigt ist. In dem Wirbel S ist die Geschwindigkeit der
Strömung in der Umfangsrichtung des Zylinders 11 in dem
Abschnitt nahe der Wand des Zylinders 11 hoch. Jedoch
wird die Umfangsgeschwindigkeit der Strömung kleiner,
wenn sie sich der Mittelachse des Zylinders nähert, und
dadurch wird um die Mittelachse des Zylinders herum ein
Bereich Sa gebildet, der fast ruhig ist.
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In der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes, in welcher
der starke Wirbel S in Fig. 3B gebildet wird, wird von
den Kraftstoff-Einspritzkanälen 24a und 24b Kraftstoff
eingespritzt. In diesem Fall wird der von dem Kraftstoff-
Einspritzkanal 24a in den Wirbel-Kanal 14a eingespritzte
Kraftstoff durch die Strömung von Einlaßluft, die durch
den Wirbel-Kanal 14a durchtritt, zerstäubt und strömt mit
Einlaßluft in den Zylinder 11. Folglich wird der von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24a eingespritzte Kraftstoff
von dem Wirbel S mitgeführt und verteilt sich
gleichförmig im Zylinder 11. D. h., von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24a in den Wirbel-Kanal 14a eingespritzter Kraftstoff
bildet in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes im Zylinder
11 ein mageres, gleichförmiges Luft-Kraftstoffgemisch.
-
Andererseits wird Kraftstoff von dem Kraftstoff-
Einspritzkanal 24b des geraden Kanals 14b in die Richtung
zwischen dem Schaft 15r und der Mittelachse des Zylinders
11 eingespritzt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Folglich
bewegt sich der eingespritzte Kraftstoff in der Richtung
auf den ruhigen Mittelbereich Sa des Wirbels S im
Zylinder 11 hin. Der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b ist an der
Stelle benachbart zu dem Ventilsitz 17b des Einlaßventils
des geraden Kanals 14b angeordnet, und der Abstand
zwischen dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b und der
Einlaßventilöffnung ist sehr klein. Ferner gibt es in diesem
Ausführungsbeispiel keine Einlaßluftströmung, wenn das
Wirbelsteuerungsventil 32 geschlossen ist. Deshalb tritt
der von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzte
Kraftstoff durch den Zwischenraum zwischen dem
Ventilelement 15b und dem Ventilsitz 17b und erreicht den ruhigen
Mittelbereich Sa des Wirbels S. ohne durch die Strömung
von Einlaßluft verteilt zu werden oder auf das
Ventilelement 15b aufzutreffen. Ferner weisen der
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b und der Kraftstoff-Einspritzdurchgang
25b, wie in Fig. 2 gezeigt ist, auf die Wand des
Zylinderkopfes 10 oder den oberen Teil der Wand des Zylinders
11 unterhalb des gegenüberliegenden Auslaßkanals 16b.
Daher wird der Kraftstoff von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b in die beinahe horizontale Richtung gespritzt.
Dies ermöglicht dem eingespritzten Kraftstoff, den
ruhigen Mittelbereich Sa zu erreichen, der in dem oberen Teil
des Zylinders 11 gebildet ist. Somit bleibt der von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b des geraden Kanals 14b
eingespritzte Kraftstoff im Mittelbereich des oberen Teils
des Zylinders 11 und bildet ein relativ fettes Luft-
Kraftstoffgemisch.
-
Während des Kompressionstaktes wird durch die
Aufwärtsbewegung des Kolbens eine nach oben gerichtete
Strömung U erzeugt, wie in Fig. 3C gezeigt ist. Daher wird
das in dem ruhigen Mittelbereich Sa in Fig. 3B gebildete
fette Luft-Kraftstoffgemisch weiterhin in der Mitte des
oberen Teils der Verbrennungskammer 12 konzentriert.
Folglich wird bei einem späteren Schritt des
Kompressionstaktes, bei welchem die Zündkerze im Zylinder einen
Funken erzeugt, rund um die Zündkerze, welche nahe der
Mitte der Verbrennungskammer 12 angeordnet ist, ein
relativ fettes, zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch erzeugt.
Dieses Luft-Kraftstoffgemisch rund um die Zündkerze 40
wird durch den Funken leicht entzündet, und die Flammen
breiten sich zu dem relativ mageren
Luft-Kraftstoffgemisch aus, das im Zylinder 11 gleichförmig gebildet
ist, wodurch über das gesamte Volumen der
Verbrennungskammer 12 eine stabile Verbrennung des
Luft-Kraftstoffgemisches stattfindet.
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Wie oben erklärt wurde, schichtet die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel das Luft-Kraftstoffgemisch im Zylinder 11
in der radialen Richtung und bildet ein relativ fettes,
zündfähiges Luft-Kraftstoffgemisch rund um die Zündkerze
auf Grund der folgenden Merkmale.
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(1) Von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b des
geraden Kanals 14b wird in der zweiten Hälfte des
Ansaugtaktes Kraftstoff eingespritzt.
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(2) Das Wirbelsteuerungsventil 32 sperrt den
Einlaßluftdurchgang 20b, welcher zu dem geraden Kanal 14b
führt, vollständig, um die Strömung von Einlaßluft zu
beenden, welche durch den geraden Kanal 14b strömt.
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(3) Der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b des geraden
Kanals 14b ist an der Stelle benachbart zu der Oberkante
des Ventilsitzes des Einlaßventils angeordnet.
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(4) Von dem geraden Kraftstoff-Einspritzkanal 24b
wird Kraftstoff in die Richtung zwischen dem Schaft 15r
des Ventilelements 15b des Einlaßventils und der
Mittelachse des Zylinders 11 gespritzt.
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(5) Von dem geraden Kraftstoff-Einspritzkanal 24b
wird Kraftstoff auf die gegenüberliegende Wand des
Zylinderkopfes 10 oder die gegenüberliegende Wand des oberen
Teils des Zylinders 11 hin gespritzt.
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Als nächstes werden die Beziehungen der obigen
Merkmale (1) bis (5) zu der Schichtenbildung des
Luft-Kraftstoffgemisches in der radialen Richtung des Zylinders 11
erklärt.
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Das obige Merkmal (1) stellt sicher, daß im Zylinder
11 der kräftige, stabile Wirbel S (Fig. 3B) vorhanden
ist, wenn von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b
Kraftstoff eingespritzt wird. Bei der frühen Stufe des
Ansaugtaktes wird die Strömung im Zylinder 11 durch die
Abwärtsbewegung des Kolbens gestört, und es wird, wie
vorher erklärt wurde, noch kein stabiler Wirbel gebildet.
Daher wird, wenn in diesem Zeitraum Kraftstoff
eingespritzt wird, der eingespritzte Kraftstoff durch die
Turbulenz im Zylinder 11 über das ganze Volumen des
Zylinders verteilt. In diesem Ausführungsbeispiel verhindert
das obige Merkmal (1), daß der eingespritzte Kraftstoff
im gesamten Zylinder verteilt wird.
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Die obigen Merkmale (2) und (3) stellen sicher, daß
ein wesentlicher Teil des von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzten Kraftstoffs den ruhigen
Mittelbereich Sa des Wirbels S im Zylinder 11 erreicht (Fig.
3B). Wenn von dem Kanal 24b Kraftstoff eingespritzt wird,
während eine Strömung von Einlaßluft durch den geraden
Kanal 14b vorliegt, wird der eingespritzte Kraftstoff
durch die Strömung von Einlaßluft verteilt, und der
wesentliche Teil des eingespritzten Kraftstoffs fällt in
den Wirbel S im Zylinder 11. Dies bewirkt, daß die Menge
von Kraftstoff, welche den ruhigen Mittelbereich Sa
erreicht, sich verringert. In diesem Ausführungsbeispiel
wird daher von dem Kanal 24b Kraftstoff eingespritzt,
wenn in dem geraden Kanal 14b keine Strömung von
Einlaßluft vorhanden ist (obiges Merkmal (2)).
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Ferner wird in diesem Ausführungsbeispiel die
Bewegungsstrecke des eingespritzten Kraftstoffs in dem
geraden Kanal durch das obige Merkmal (3) auf ein Minimum
reduziert, um eine Verteilung des eingespritzten
Kraftstoffs zu vermeiden. Wenn die Bewegungsstrecke des
eingespritzten Kraftstoffs in dem Einlaßkanal lang ist, streut
der Strahl des von dem Kraftstoff-Einspritzkanal
eingespritzten Kraftstoffs, bevor er durch das Einlaßventil
tritt, selbst wenn es keine Strömung von Einlaßluft gibt.
In diesem Fall trifft der eingespritzte Kraftstoff auf
die Rückseite des Kopfes des Ventilelements 15b oder die
Wand des Einlaßkanals 14b und fällt in den Wirbel S im
Zylinder 11. Dies bewirkt, daß sich die Kraftstoffmenge,
die den ruhigen Mittelbereich Sa erreicht, verringert. In
diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb der Kraftstoff-
Einspritzkanal 24b so nahe wie möglich beim
Einlaßventilsitz 17b angeordnet, um zu verhindern, daß der
Kraftstoffstrahl streut, bevor er in den Zylinder 11 gelangt.
Dies ermöglicht dem Kraftstoffstrahl, daß er von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b durch den kleinen
Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz 17b und dem Ventilelement
15b gelangt und direkt den ruhigen Mittelbereich Sa
erreicht.
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Die obigen Merkmale (4) und (5) stellen sicher, daß
der von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzte
Kraftstoff zu der Mitte des oberen Abschnitts des
Zylinders 11 gelangt. Durch das obige Merkmal (4) bewegt sich
der von dem Kanal 24b eingespritzte Kraftstoff in der
Richtung auf die Mittelachse des Zylinders 11. Ferner
gelangt der von dem Kanal 24b eingespritzte Kraftstoff
durch das obige Merkmal (5) in den oberen Abschnitt des
Zylinders 11. Bei dem obigen Merkmal (5) ist die
vertikale Richtung der Einspritzung des Kraftstoffs in einer
Weise festgelegt, daß sich der eingespritzte Kraftstoff
zu einem Punkt über dem Abschnitt der gegenüberliegenden
Zylinderwand bewegt, wo der Wirbel S vorbeikommt. Durch
Einstellen der Richtung der Kraftstoffeinspritzung in
dieser Weise wird der eingespritzte Kraftstoff nicht von
dem Wirbel S mitgenommen, selbst wenn der eingespritzte
Kraftstoff die gegenüberliegende Zylinderwand erreicht.
Daher erreicht durch die obigen Merkmale (4) und (5) der
von dem Kanal 24b eingespritzte Kraftstoff den oberen
Bereich des ruhigen Mittelbereichs Sa und bildet rund um
die Zündkerze 40 ein relativ fettes, zündfähiges Luft-
Kraftstoffgemisch, ohne von dem Wirbel S im Zylinder 11
zerstäubt zu werden.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine
Magerkeitsgrenze zeigt, die durch die
Kraftstoffeinspritzeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels erreicht wird,
wenn der Kraftstoffeinspritzverlauf geändert wird. Die in
Fig. 4 gezeigte Magerkeitsgrenze ist das größte Luft-
Kraftstoffverhältnis im Zylinder, welches eine stabile
Verbrennung unterstützen kann. Das
Luft-Kraftstoffverhältnis im Zylinder bedeutet das gesamte
Luft-Kraftstoffverhältnis im Zylinder, das heißt, das Verhältnis
zwischen der gesamten Menge Luft, die dem Zylinder
zugeführt wird, und der gesamten Menge Kraftstoff, die von
beiden Kraftstoff-Einspritzkanälen 24a und 24b
eingespritzt wird. In Fig. 4 stellt die vertikale Achse die
Magerkeitsgrenze (Luft-Kraftstoffverhältnis) dar, und die
horizontale Achse stellt den Kraftstoffeinspritzverlauf
dar. Die Zeitspanne IO an der horizontalen Achse stellt
die Zeitdauer dar, in welcher die Einlaßventile 15a und
15b öffnen, TDC und BDC stellen den oberen Totpunkt bzw.
den unteren Totpunkt dar. Die Magerkeitsgrenze der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung des vorliegenden
Ausführungsbeispiels ist durch die durchgezogene Linie in Fig. 4
gezeigt.
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Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Magerkeitsgrenze
höher (magerer), wenn der Kraftstoffeinspritzverlauf
verzögert wird (das heißt, wenn sich der
Kraftstoffeinspritzverlauf dem BDC nähert), und die Magerkeitsgrenze
nimmt ihren höchsten Wert an, wenn die
Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes
ausgeführt wird, in welcher im Zylinder ein stabiler Wirbel
vorhanden ist. Wenn der Kraftstoffeinspritzverlauf weiter
verzögert wird, so wird die Magerkeitsgrenze niedriger.
Der Grund, warum die Magerkeitsgrenze niedriger wird,
wenn der Kraftstoffeinspritzverlauf übermäßig stark
verzögert wird, ist der, daß der Abstand zwischen der
Kraftstoffeinspritzung und dem Kompressionstakt des Kolbens zu
kurz wird, und der von dem geraden
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzte Kraftstoff überlagert sich mit
einer Rückströmung im Zylinder, welche von der
Aufwärtsbewegung des Kolbens 19 verursacht wird. Dies bewirkt ein
Abnehmen der Menge an Kraftstoff, welche den ruhigen
Mittelbereich Sa erreicht. Daher wird in dem oben erklärten
Ausführungsbeispiel von dem geraden
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes in dem
Zeitraum, welcher die höchste Magerkeitsgrenze in Fig. 4
ergibt, Kraftstoff eingespritzt.
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Die gestrichelte Linie in Fig. 4 stellt den
herkömmlichen Fall dar, bei welchem der
Kraftstoff-Einspritzkanal des geraden Kanals an einer Stelle angeordnet ist,
die von dem Einlaßventil entfernt ist. Vergleicht man die
durchgezogene Linie (Kraftstoffeinspritzeinrichtung in
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) und die
gestrichelte Linie (herkömmliche
Kraftstoffeinspritzeinrichtung), so wird verständlich, daß die höchste
Magerkeitsgrenze in der herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung viel niedriger ist als jene des vorliegenden
Ausführungsbeispiels, und der Kraftstoffeinspritzverlauf, der
die höchste Magerkeitsgrenze in der herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung ergibt, liegt zeitlich vor dem
des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Wie vorher erklärt
wurde, benötigt der eingespritzte Kraftstoff eine längere
Zeit, um das Einlaßventil zu erreichen und in den
Zylinder zu gelangen, da der Abstand zwischen dem Kraftstoff-
Einspritzkanal des geraden Kanals und dem Einlaßventil in
der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinrichtung groß
ist. Daher muß in der herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung die Kraftstoffeinspritzung in einem früheren
Zeitbereich durchgeführt werden als in dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel. Ferner wird in der herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Kraftstoffstrahl
abgelenkt, bevor er das Einlaßventil erreicht, da der
eingespritzte Kraftstoff dazu einen längeren Weg zurücklegen
muß. Daher wird die Kraftstoffmenge, welche den ruhigen
Mittelbereich Sa erreicht, in der herkömmlichen
Einrichtung kleiner, weil der abgelenkte Kraftstoffstrahl auf
die Rückseite des Kopfes des Ventilelements des
Einlaßventils auftrifft. Folglich ist die höchste
Magerkeitsgrenze bei der herkömmlichen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung im Vergleich zu der höchsten Magerkeitsgrenze des
bevorzugten Ausführungsbeispiels gering.
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Als nächstes wird ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 5
erklärt. Fig. 5 ist eine Zeichnung ähnlich wie Fig. 2,
welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung zeigt. In Fig. 5
stehen die gleichen Positionszahlen wie in Fig. 2 für
die gleichen Elemente. In diesem Ausführungsbeispiel sind
die Position des Kraftstoffeinspritzventils 26, die
Anordnung und Ausrichtung der Kraftstoff-Einspritzkanäle
24a, 24b und die Kraftstoff-Einspritzdurchgänge 25a, 25b
die gleichen wie jene in den Fig. 1 und 2. Jedoch ist
in diesem Ausführungsbeispiel ein Hilfs-Luftdurchgang 27
mit dem Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25a und 25b
verbunden. Der Hilfs-Luftdurchgang 27 liefert Druckluft von
einer Druckluftquelle wie z. B. einer Luftpumpe (nicht
gezeigt) zu den beiden Kraftstoff-Einspritzdurchgängen
25a und 25b. Durch das Zuführen der Hilfsluft zu dem
Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b wird von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b des geraden Kanals Kraftstoff in
zerstäubtem Zustand eingespritzt, wie durch F in Fig. 5
gezeigt ist. Da der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b an der
Stelle benachbart zur Oberkante des Ventilsitzes des
Einlaßventils des geraden Kanals 14b angeordnet ist, gelangt
dieser zerstäubte Kraftstoff überdies durch das
Einlaßventil, ohne auf das Ventilelement aufzutreffen, und
erreicht den ruhigen Mittelbereich des Wirbels im
Zylinder. Demzufolge wird in dem Mittelteil des oberen
Zylinders ein Gemisch aus Luft und sehr feinem Kraftstoffnebel
gebildet. Das Gemisch aus Luft und feinem Kraftstoffnebel
wird von der Zündkerze leicht entzündet, und dadurch wird
über ein Luft-Kraftstoffgemisch mit einem höheren Luft-
Kraftstoffverhältnis als dem des Ausführungsbeispiels in
den Fig. 1 und 2 eine stabile Verbrennung erreicht.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird Hilfsluft auch zu
dem Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25a des
Kraftstoff-Einspritzkanals 24a des Wirbel-Kanals 14a geliefert. Da eine
Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Hälfte des
Ansaugtaktes durchgeführt wird, in der die Geschwindigkeit der
Einlaßluftströmung niedrig wird, wird der von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24a eingespritzte Kraftstoff in
manchen Fällen nicht ausreichend zerstäubt. Die Verbrennung
eines ungenügend zerstäubten Kraftstoffs erhöht die Menge
an unverbranntem Kohlenwasserstoff im Abgas. In diesem
Ausführungsbeispiel wird durch Verbessern der Zerstäubung
des eingespritzten Kraftstoffs gleichzeitig eine stabile
Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemisches mit hohem
Luft-Kraftstoffverhältnis und eine Reduzierung von
Kohlenwasserstoffkomponenten im Abgas erreicht.
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Als nächstes werden Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche
Einrichtungen zum Verbessern der Zerstäubung des
eingespritzten Kraftstoffs enthalten, unter Bezugnahme auf die
Fig. 6 bis 10 erklärt.
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Die Fig. 6 und 7 sind Zeichnungen ähnlich den
Fig. 1 bzw. 2, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen. In den Fig. 6 und 7
stehen die gleichen Positionszahlen wie in den Fig. 1
und 2 für die gleichen Elemente. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die Anordnungen des
Kraftstoffeinspritzventils 26 und der Kraftstoff-Einspritzkanäle 24a, 24b
ebenso die gleichen wie jene in den Fig. 1 und 2.
Jedoch ist in diesem Ausführungsbeispiel die Richtung des
Kraftstoff-Einspritzdurchgangs 25b und des Kraftstoff-
Einspritzkanals 24b, das heißt die Richtung der
Kraftstoffeinspritzung auf der Seite des geraden Kanals 14b
von jener des Ausführungsbeispiels in den Fig. 1 und 2
verschieden.
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Wie vorher erklärt wurde, sind in dem
Ausführungsbeispiel in den Fig. 1 und 2 der
Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b und der Kraftstoff-Einspritzkanal 24b in
einer Weise angeordnet, daß Kraftstoff in eine Richtung
zwischen dem Ventilschaft 15r des Einlaßventils des
geraden Kanals und der Mittelachse des Zylinders 11 und auf
die gegenüberliegende Wand des Zylinderkopfes 10 oder den
oberen Teil der gegenüberliegenden Wand des Zylinders 11
hin gespritzt wird. Jedoch ist in dem Ausführungsbeispiel
in den Fig. 6 und 7 die Richtung der
Kraftstoffeinspritzung, verglichen mit jener in den Fig. 6 und 7,
leicht aufwärts gerichtet, das heißt der Kraftstoff wird
von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24a auf die Unterkante
der Einlaßventilöffnung (die Unterkante des
Einlaßventilsitzes) des geraden Kanals 14a hin gespritzt. Durch diese
Anordnung trifft der von dem Kraftstoff-Einspritzkanal
24b des geraden Kanals 14b eingespritzte Kraftstoff auf
den Abschnitt 41 der Unterkante der Einlaßventilöffnung,
bevor er in den Zylinder 11 gelangt. Wie aus Fig. 6 zu
ersehen ist, befindet sich der Abschnitt 41 der
Unterkante der Einlaßventilöffnung in der zu der Mitte des
Zylinders 11 am nächsten befindlichen Position. Daher
wird Kraftstoff, welcher auf den Abschnitt 41 der
Unterkante der Einlaßventilöffnung auftrifft, durch den
Aufprall zerstäubt und erreicht dann direkt den ruhigen
Mittelbereich des Wirbels im Zylinder, wie durch das
Bezugszeichen F in Fig. 5 gezeigt ist. Somit erreicht in
diesem Ausführungsbeispiel der von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzte Kraftstoff den ruhigen
Mittelbereich des Wirbels im Zylinder in einem verbesserten
Zerstäubtungszustand. Daher kann die Magerkeitsgrenze
gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel angehoben
werden, und gleichzeitig kann die
Kohlenwasserstoffkomponente in dem Abgas reduziert werden, ohne die Hilfsluft
zu verwenden.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen ein weiteres
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kraftstoffeinspritzeinrichtung, welche eine Einrichtung zum Verbessern der
Zerstäubung des von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b
eingespritzten Kraftstoffs beinhaltet. Die Fig. 8 und 9
sind Zeichnungen ähnlich den Fig. 1 bzw. 2, und
gleiche Positionszahlen wie jene in den Fig. 1 und 2
stehen für gleiche Elemente. Ferner ist die Anordnung des
Kraftstoffeinspritzventils 26 und des
Kraftstoff-Einspritzkanals 24a und 24b auch in diesem
Ausführungsbeispiel die gleiche wie in den Fig. 1 und 2. In diesem
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur die Richtung
der Kraftstoffeinspritzung des
Kraftstoff-Einspritzdurchgangs 25b und des Kraftstoff-Einspritzkanals 24b von
jener des Ausführungsbeispiels in den Fig. 1 und 2.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff von dem
Kraftstoff-Einspritzkanal 24a auf die Rückseite des
Kopfes des Ventilelements 15b hin in einer Weise gespritzt,
daß Kraftstoff auf die Rückseite des Kopfes des
Ventilelements 15b auftrifft und seine Richtung zur Mitte des
Zylinders 11 hin ändert. D. h., in diesem
Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff erst durch den Aufprall auf die
Rückseite des Ventilelementkopfes zerstäubt und in die
Richtung auf den ruhigen Mittelbereich des Wirbels im
Zylinder hin abgelenkt.
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Fig. 8 zeigt die Richtung einer
Kraftstoffeinspritzung in diesem Ausführungsbeispiel in der Ebene senkrecht
zu der Mittelachse des Zylinders 11. Wie später erklärt
wird, wird Kraftstoff auf die Mantelfläche der Rückseite
des Ventilelements hin gespritzt, die durch eine Linie,
welche die Mittelachse des Zylinders und die Mittelachse
des Schafts 15r des Ventilelements verbindet, und eine
Linie, welche die Mittelachse des Schafts 15r des
Ventilelements und den Kraftstoff-Einspritzkanal 24a verbindet,
begrenzt ist. Wenn Kraftstoff auf die obengenannte
Mantelfläche des Kopfes des Einlaßventils auftrifft, wird
der Kraftstoff durch den Aufprall zerstäubt und weicht in
die Richtung nahe der Mittelachse des Zylinders 11 ab.
Daher erreicht der Kraftstoff nach dem Auftreffen auf die
Rückseite des Kopfes des Einlaßventilelements in
zerstäubtem Zustand den ruhigen Mittelbereich des Wirbels,
wie durch F in Fig. 8 gezeigt ist. Dieser Kraftstoff
bleibt in dem ruhigen Mittelbereich und bildet ein
Gemisch aus Luft und einem feinen Kraftstoffnebel.
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Fig. 9 zeigt die Richtung einer
Kraftstoffeinspritzung in diesem Ausführungsbeispiel in der Ebene parallel
zur Mittelachse des Zylinders 11. Wie in Fig. 9 gezeigt
ist, strömt der Kraftstoff, wenn er von der
Rückseitenfläche des Kopfes des Ventilelements 15b reflektiert
wird, im Vergleich zu der ursprünglichen Richtung einer
Einspritzung von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24a in
einer leichten Aufwärtsrichtung und bleibt im oberen Teil
der Verbrennungskammer 12, das heißt, in dem Abschnitt
rund um die Zündkerze. D. h., nach dem Auftreffen auf die
Rückseite des Kopfes des Ventilelements erreicht der
zerstäubte Kraftstoff den oberen Teil der Mitte der
Verbrennungskammer 12. Da der Wirbel nicht in der Mitte des
oberen Teils der Verbrennungskammer 12 gebildet wird, bleibt
Kraftstoff, der diesen Bereich erreicht hat, hier und
bildet ein Gemisch aus Luft und einem feinen
Kraftstoffnebel mit einem relativ fetten, zündfähigen
Luft-Kraftstoffverhältnis.
-
Als nächstes werden die nötigen Bedingungen zum
Bilden eines zündfähigen Luft-Kraftstoffgemisches in der
Mitte des oberen Teils der Verbrennungskammer unter
Bezugnahme auf Fig. 10 erklärt. Da die Form der
Rückseitenfläche des Kopfes des Ventilelements 15b
dreidimensional ist, ändern sich die optimale Richtung einer
Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b
und der optimale Teil der Rückseitenfläche des Kopfes des
Ventilelements, auf welchen der eingespritzte Kraftstoff
auftrifft, entsprechend der Form des Ventilelements, und
sie können nicht allgemein definiert werden. Daher müssen
die optimale Richtung der Kraftstoffeinspritzung und die
Stelle des Auftreffens auf das Ventilelement unter
Verwendung des tatsächlichen Ventilelements experimentell
ermittelt werden. Jedoch müssen die Richtung der
Kraftstoffeinspritzung und der Teil des Ventilelements, auf
welchen der eingespritzte Kraftstoff auftrifft, zumindest
den folgenden Bedingungen genügen.
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Zunächst muß der von dem Kraftstoff-Einspritzkanal
24b eingespritzte Kraftstoff auf den Teil der
Rückseitenfläche des Kopfes des Ventilelements auftreffen, der
durch die schraffierte Fläche in Fig. 10 angezeigt ist.
Diese Fläche ist definiert durch die Linie A in Fig. 10,
welche die Mittelachse des Schafts 15r des Ventilelements
15b und die Mittelachse 11r des Zylinders 11 verbindet,
und die Linie B in Fig. 10, welche den Schaft 15r und
den Kraftstoff-Einspritzkanal 24b verbindet. Wenn der von
dem Kraftstoff-Einspritzkanal 24b eingespritzte
Kraftstoff auf die Rückseitenfläche des Kopfes des
Ventilelements außerhalb dieser Fläche auftrifft, kann Kraftstoff
in die Richtung von der Mittelachse 11r weg abgelenkt
werden, und der abgelenkte Kraftstoff kann die Mitte der
Verbrennungskammer 12 nicht erreichen. Daher müssen der
Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b und der
Kraftstoff-Einspritzkanal 24b so angeordnet sein, daß der eingespritzte
Kraftstoff auf diese Fläche der Rückseite des Kopfes des
Ventilelements gerichtet ist.
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Außerdem ist die Richtung einer
Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise nahezu senkrecht zu der Mittelachse des
Zylinders 11. D. h., der Einfallswinkel α des
eingespritzten Kraftstoffs in bezug auf das Ventilelement (der
Winkel zwischen dem Kraftstoff-Einspritzdurchgang 25b und
der Mittelachse des Schafts 15r des Ventilelements; siehe
Fig. 9) wird vorzugsweise so groß wie möglich gewählt.
Wenn der Einfallswinkel α klein ist, bewegt sich von der
Rückseitenfläche des Ventilelements reflektierter
Kraftstoff aufwärts, und dadurch erhöht sich die Menge an
Kraftstoff, die an der oberen Fläche der
Verbrennungskammer (und an der Zündkerze) haften bleibt. Dies kann
bewirken, daß die Zündkerze durch Kraftstoff benetzt
wird. Daher ist es vorzuziehen, die Richtung einer
Kraftstoffeinspritzung so senkrecht zur Mittelachse des
Zylinders wie möglich einzurichten. Der optimale Bereich des
Einfallswinkels α ändert sich auch in Abhängigkeit von
der Form des Ventilelements. Daher wird der
Einfallswinkel α vorzugsweise auf der Basis der tatsächlichen Form
des Ventilelements festgelegt.
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Wie oben erklärt wurde, wird Kraftstoff
erfindungsgemäß in radialer Richtung des Zylinders so wirkungsvoll
geschichtet, daß ein Luft-Kraftstoffgemisch mit einem
zündfähigen Luft-Kraftstoffverhältnis rund um die
Zündkerze gebildet wird, während das
Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches im Zylinder als Ganzes
auf einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten
wird.