Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffleitungssystem zum Zu
führen von Brennstoff zu einer Brennkammer, insbesondere in einem Fahr
zeugheizgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Heizgeräten, wie sie in Fahrzeugen oftmals motorunabhängig als soge
nannte Standheizungen zum Einsatz kommen, muss aufgrund des bevor
zugten Einsatzes derselben bei niedrigen Außentemperaturen dafür gesorgt
werden, dass der in die Brennkammer eingeleitete Brennstoff eine be
stimmte Mindesttemperatur aufweist. Diese Mindesttemperatur ist zum
einen erforderlich, um eine sichere Zündung und eine saubere Verbrennung
zu gewährleisten, und ist zum anderen erforderlich, um dann, wenn der
Brennstoff durch eine Zerstäuberdüse eingeleitet wird, eine geeignete
Zerstäubung durchführen zu können. Bei unzureichender oder ungleich
mäßiger Zerstäubung, die vor allem bei zu zähflüssigem Brennstoff auf
treten kann, besteht die Gefahr, dass eine Zündung nicht erfolgt oder sehr
langsam einsetzt bzw. bei erfolgter Zündung die Verbrennung mit zu
hohem Schadstoffausstoß durchgeführt wird.
Um dem Problem einer zu niedrigen Brennstofftemperatur entgegenzu
treten, ist es beispielsweise bekannt, das als Düsenstock bezeichnete und
die angesprochene Zerstäuberdüse tragende Bauteil durch eine Heizpatrone
zu erwärmen. Durch die Erwärmung des Düsenstocks wird auch der einen
darin ausgebildeten Leitungsabschnitt durchströmende Brennstoff erwärmt.
Hierbei besteht jedoch das Problem, dass durch nur indirekte Erwärmung
des Brennstoffs der Vorgang der Erwärmung vergleichsweise träge ist und
somit auf Temperaturänderungen des Brennstoffs im Allgemeinen nicht in
angemessener Zeit reagiert werden kann. Ferner bestehen erhebliche
Wärmeverluste, da durch den im Allgemeinen aus gut wärmeleitendem
Metall, wie z. B. Messing, aufgebauten Düsenstock die Wärme auch auf
andere Aufbaukomponenten übertragen wird.
Aus der DE 29 21 985 A1 ist eine Vorrichtung zur Kraftstoffvorerwärmung
bekannt, bei welcher in einem langgestreckten Körper eine ebenfalls lang
gestreckte Öffnung vorgesehen ist. In diese langgestreckte Öffnung ist ein
Heizelement eingesetzt, das in einem seiner Endbereiche durch ein Ver
schlusselement getragen ist, das zum einen die Öffnung im Körper ab
schließt und zum anderen Anschlüsse aufweist, über welche das Heiz
element elektrisch kontaktiert ist. In seinem vom Verschlusselement ent
fernten Endbereich liegt das Heizelement ohne Abstützung in der im Körper
ausgebildeten Öffnung.
Aus der DE 31 10 502 C2 ist ein Durchlauferhitzer zur Vorwärmung von
Brennstoff für eine Heizeinrichtung bekannt. Der Durschlauferhitzer ist
unmittelbar vor einer den Brennstoff in eine Brennkammer einspeisenden
Zerstäuberdüse angeordnet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffleitungs
system zum Zuführen von Brennstoff zu einer Brennkammer vorzusehen,
bei welchem ein Kontakt zwischen dem Heizelement und dem dieses
aufnehmenden Leitungsabschnitt mit einfachen Mitteln verhindert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch das im An
spruch 1 angegebene Brennstoffleitungssystem gelöst.
Durch das direkte Integrieren des Heizelements in einen Leitungsabschnitt
selbst umströmt der zur Brennkammer geführte Brennstoff das Heizelement
und wird dabei ohne der Zwischenschaltung irgendwelcher Gehäusebau
teile o. dgl. erwärmt. Auf diese Art und Weise kann bei der Erwärmung des
Brennstoffs deutlich schneller auf sich ändernde Temperaturverhältnisse
reagiert werden, und die Wärmeableitung zu anderen Systemkomponenten,
die an sich nicht erwärmt werden sollen oder müssen, kann deutlich ver
ringert werden. Aufgrund der Tatsache, dass das Heizelement von dem zu
erwärmenden Brennstoff in Richtung der Längserstreckung des Heiz
elements umströmt wird, wird auch bei vergleichsweise kleiner Baugröße
eine relativ lange Heizstrecke zur Verfügung gestellt, so dass selbst bei
sehr niedrigen Außentemperaturen und entsprechend niedrigen Brennstoff
temperaturen dieser Brennstoff beim Zuleiten zur Brennkammer auf eine
geeignete Temperatur erwärmt werden kann. Dadurch, dass der Leitungs
abschnitt in einem Endbereich offen ausgebildet ist und durch ein An
schlüsse für das Heizelement aufweisendes Verschlusselement abgeschlos
sen ist, wird in einfacher Art und Weise das in den Leitungsabschnitt
integrierte Heizelement kontaktiert.
Der direkte Wärmeübertrag zwischen dem Heizelement und dem Leitungs
abschnitt bzw. dem diesen Leitungsabschnitt aufweisenden Bauteil wird
erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass eine Halteelementenanordnung
vorgesehen sein, durch welche das Heizelement in dem Leitungsabschnitt
in Abstand zu einer Innenoberfläche desselben getragen ist. Die Halte
elementenanordnung weist wenigstens zwei Halteelemente auf. Über diese
beiden Halteelemente stehen dann die im Verschlusselement vorgesehenen
Anschlüsse in elektrisch leitender Verbindung mit dem Heizelement. Daraus
erkennt man, dass die Halteelemente der Halteelementenanordnungen
hinsichtlich zweier Randbedingungen ausgewählt werden sollten. Zum
einen sollten sie eine möglichst geringe thermische Leitfähigkeit aufweisen,
um die Wärmeübertragung vom Heizelement auf die Innenoberfläche des
Leitungsabschnitts zu minimieren. Zum anderen sollten sie einen möglichst
geringen elektrischen Widerstand aufweisen, um elektrische Verluste bei
der Zuleitung zu minimieren. Insbesondere hinsichtlich der Minimierung
elektrischer Verluste ist es vorteilhaft, wenn die Halteelemente der Halte
elementenanordnung an entgegengesetzt orientierten Seitenflächen des
Heizelements sich erstreckend ausgebildet sind. Auf diese Art und Weise
wird eine möglichst großflächige bzw. auch gleichmäßige Kontaktierung
des Heizelements über seine Länge hinweg ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Brennstoffleitungssystem kann des Weiteren ge
kennzeichnet sein durch eine von einem ersten Endbereich des Leitungs
abschnittes zur Brennkammer führende Ableitung sowie eine in den Lei
tungsabschnitt in Abstand von einem zweiten Endbereich desselben ein
mündende Zuleitung, wobei die Halteelementenanordnung zusammen mit
dem Leitungsabschnitt einen zum zweiten Endbereich hinführenden Strö
mungswegbereich begrenzt. Auf diese Art und Weise wird sichergestellt,
dass vor allem die Brennstoffzufuhr so erfolgen kann, dass auch die vor
angehend bereits angesprochene elektrische Kontaktierung des Heiz
elements problemlos vorgenommen werden kann, ohne dass dadurch eine
Verkürzung desjenigen Strömungswegbereichs auftritt, in welchem eine
Erwärmung des Brennstoffs stattfinden kann.
Der Leitungsabschnitt kann, wie bereits ausgeführt, zu einer Brennstoffzer
stäuberdüse führen und kann mit einer Zuleitung oder/und einer Ableitung
in einem Pumpengehäuseteil vorgesehen sein.
Eine hinsichtlich der Regelschnelligkeit und der Minimierung von Energiever
lusten besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Heiz
element ein PTC-Heizelement ist. Dies bedeutet, dass das Heizelement eine
derartige Widerstand/Temperatur-Charakteristik aufweist, dass mit an
steigender Temperatur auch der Widerstand ansteigt. Die Folge davon ist,
dass dann, wenn der entlang des Heizelements strömende Brennstoff eine
höhere Temperatur aufweist, der Wärmeeintrag in den Brennstoff geringer
ist und somit das Heizelement selbst auch eine höhere Temperatur auf
weisen wird. Aufgrund des dann auch höheren elektrischen Widerstands
nimmt der elektrische Strom ab und somit die in Wärme umgesetzte elek
trische Leistung. Bei geeigneter Auswahl der bereits angesprochenen
Widerstand/Temperatur-Charakteristik kann hier eine Selbstregelung vor
gesehen werden, die den Eingriff äußerer Ansteuersysteme überflüssig
macht.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brenn
stoffleitungssystems, das zum Teil aufgeschnitten dargestellt
ist;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht dargestellten Systems, geschnitten
längs einer Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Querschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Systems,
geschnitten längs einer Linie III-III in Fig. 1.
In den Zeichnungen ist ein erfindungsgemäßes Brennstoffleitungssystem
allgemein mit 10 bezeichnet. Das Brennstoffleitungssystem 10 ist im
Wesentlichen in einem allgemein mit 12 bezeichneten Gehäusebauteil
untergebracht bzw. mit diesem integral ausgebildet. Das Gehäusebauteil 12
kann beispielsweise ein Endabschlussteil eines Pumpengehäuses einer
Brennstoffpumpe sein.
Ein langgestreckter Ansatz 14 bildet einen Leitungsabschnitt 16. In dem
Leitungsabschnitt 16 ist eine sacklochartige Öffnung 18 ausgebildet. Diese
Öffnung 18 ist in einem Endbereich 20 offen. In einen weiteren Endbereich
22 mündet eine im Wesentlichen orthogonal zur Längserstreckungsrichtung
der Öffnung 18 stehende Auslassöffnung 24. Im Bereich der Auslassöff
nung 24 ist an dem Ansatz 14 ein Befestigungsabschnitt 26 gebildet, in
welchen ein eine Zerstäuberdüse 28 tragendes Gewindeteil 30 einge
schraubt ist. Durch ein O-ringartiges Dichtungselement 32 wird ein flüssig
keitsdichter Abschluss zwischen dem Ansatz 14 des Gehäuseteils 12 und
dem Gewindeteil 30 erhalten.
Eine Einlassöffnung 34, über welche von der nicht dargestellten Pumpe
geförderter Brennstoff in die Öffnung 18 im Ansatz 14 einströmen kann,
mündet in einen vom Endbereich 20 entfernt liegenden Bereich in die
Öffnung 18 ein. Der zur Zerstäuberdüse 28 geförderte Brennstoff durch
strömt also nacheinander die Einlassöffnung 34, die Öffnung 18 sowie die
Auslassöffnung 24 und eine mit dieser ausgerichtete Öffnung 36 in dem
Gewindeteil 30.
In die Öffnung 18 bzw. den diese aufweisenden Leitungsabschnitt 16 ist
ein Heizelement 38 eingesetzt. Man erkennt in den Fig. 1 und 2, dass
dieses im dargestellten Beispiel quaderförmig ausgebildete Heizelement 38
mit seiner Längserstreckungsrichtung entlang einer Längsachse L der
Öffnung 18 bzw. des Leitungsabschnitts 16 orientiert ist. Um das Heiz
element 38 in dem Leitungsabschnitt 16 so positioniert zu halten, dass das
Heizelement 38 nicht in direktem Wärmeübertragungskontakt mit einer die
Öffnung 18 umschließenden Innenoberfläche 40 des Leitungsabschnitts 16
steht, ist eine zwei Halteelemente 42, 44 aufweisende Halteelementen
anordnung 46 vorgesehen. Die beiden zueinander im Wesentlichen bauglei
chen Halteelemente 42, 44, die beispielsweise aus Blechmaterial gebogen
sein können, weisen einen jeweils eine Seitenfläche 48 bzw. 50 des Heiz
elements 38 beaufschlagenden, in Anpassung an die ebenflächige Aus
bildung der Seiten 48, 50 des Heizelements 38 ebenfalls im Wesentlichen
flach ausgebildeten Bereich 52 bzw. 54 auf, sowie an die Bereiche 52 bzw.
54 jeweils anschließende und in Anpassung an die gekrümmte Formgebung
der Innenoberfläche 40 gekrümmt ausgebildete Bereiche 56, 58 bzw. 60,
62. Durch die Eigenelastizität der Halteelemente 42, 44 halten diese das
Heizelement 38 unter Vorspannung in seiner Positionierung in der Öffnung
18. Um dabei über die gesamte Länge des Heizelements 38 eine stabile
Positionierung erhalten zu können, erstrecken sich die beiden Halteele
mente 42, 44 vorzugsweise im Wesentlichen entlang der gesamten Länge
des Heizelements 38.
An ihrem Endbereich 20 ist die Öffnung 18 durch ein Verschlusselement
64 abgeschlossen. Um einen flüssigkeitsdichten Abschluss zu erlangen, ist
zwischen dem Verschlusselement 64 und dem Ansatz 14 ein O-ringartiges
Dichtungselement 66 vorgesehen. Der feste Zusammenhalt wird durch
einen das Verschlusselement 64 und einen Radialvorsprung 68 des An
satzes 14 übergreifenden Haltering 70 erlangt. In dem Verschlusselement
64 sind zwei elektrische Kontakte 72, 74 vorgesehen. Bei an dem Ansatz
14 angebrachtem Verschlusselement 64 greifen diese Kontakte 72, 74 in
die beiden Halteelemente 42, 44 ein und berühren diese beispielsweise an
von den jeweiligen die Innenoberfläche 40 kontaktierenden Bereichen 56,
62 abgebogenen Kontaktierungsabschnitten 76, 78, welche sich von den
Bereichen 56, 62 wieder auf die Bereiche 52, 54 zu erstrecken. Die elek
trische Kontaktierung des in der Öffnung 18 vorgesehenen Heizelements
38 erfolgt also über die Kontakte 72, 74 des Verschlusselements 64 und
die das Heizelement 38 an seinen beiden Längsseiten 48, 50 kontaktieren
den Halteelemente 42, 44. Um dabei den elektrischen Kontaktwiderstand
so klein als möglich zu halten, ist es vorteilhaft, eine größtmögliche Kon
taktfläche zwischen dem Heizelement 38 und den Bereichen 52, 54 der
Halteelemente 42, 44 vorzusehen. Hier kann beispielsweise die in Fig. 3
erkennbare im Wesentlichen vollflächige Kontaktierung der Seiten 48, 50
des Heizelements 38 vorgesehen sein. Diese vollflächige Kontaktierung
führt jedoch dazu, dass zum einen der zu erwärmende Brennstoff in diesen
Bereichen das Heizelement 38 nicht direkt umströmen kann, und dass zum
anderen über diese großflächige Kontaktierung ein vergleichsweise guter
Wärmeübertrag auf die Halteelemente 42, 44 erfolgen kann. Um hier einen
Kompromiss zwischen diesen an sich widerstreitenden Kontaktierungs
anforderungen zu erlangen, ist es beispielsweise möglich, in den Bereichen
52, 54 der Halteelemente 42, 44 über die Länge des Heizelements 38
verteilt mehrere zungenartige Abschnitte durch Ausstanzungen zu bilden
und diese auf das Heizelement 38 zu auszubiegen, so dass an mehreren
über die Seiten 48, 50 verteilt liegenden Bereichen das Heizelement 38
durch derartige Zungen dann kontaktiert ist, ansonsten jedoch zur Um
strömung durch den Brennstoff freiliegt. Die Größe dieser Kontaktierungs
zungen kann so gewählt werden, dass ein optimaler Kompromiss zwischen
gutem elektrischen Kontakt einerseits und möglichst geringem Wärmeüber
tragungskontakt andererseits erhalten wird.
In Fig. 1 und 3 ist erkennbar, dass der über die Einlassöffnung 34 zuge
führte Brennstoff zunächst durch einen Strömungsweg 80 in Richtung zum
Endbereich 20 der Öffnung 18 geleitet wird. Dieser Strömungsweg 80 ist
im Wesentlichen gebildet durch eine in dem Ansatz 14 vorgesehene ent
lang der Öffnung 18 zum Endbereich 20 hin sich erstreckende Nut 82, die
zur Öffnung 18 hin durch den an der Innenoberfläche 40 ansonsten an
liegenden Bereich 62 des Halteelements 44 abgeschlossen ist. Es wird auf
diese Art und Weise dafür gesorgt, dass der über die Einlassöffnung 34
eingeleitete Brennstoff zwangsweise zunächst zum Endbereich 20 gelangt
und beginnend von diesem Endbereich 20 dann das Heizelement 38 ent
lang seiner gesamten Länge im Leitungsabschnitt 16 umströmt. Auch bei
vergleichsweise kompakter Baugröße des dargestellten Leitungssystems 10
wird somit sichergestellt, dass eine möglichst effiziente Wärmeübertragung
vom Heizelement 38 auf den zu erwärmenden und in erwärmter Weise
dann zur Zerstäuberdüse 28 gelangenden Brennstoff vorgesehen ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leitungssystems 10 wird
dafür gesorgt, dass die auf den Brennstoff zu übertragende Wärme un
mittelbar an diesen abgegeben wird, und nicht zuvor irgendwelche Gehäu
sekomponenten mitgeheizt werden müssen. Dies ermöglicht ein deutlich
schnelleres Reagieren auf Temperaturänderungen durch entsprechend
angepasste Bestromung des Heizelements 38 und vermindert überdies die
Wärmeverluste. Das schnelle Reagieren auf Temperaturänderungen und die
sehr effiziente Ausnutzung der zur Erwärmung erforderlichen elektrischen
Energie können dadurch noch verbessert werden, dass das Heizelement 38
ein PTC-Element ist. PTC-Heizelemente weisen eine derartige Heizcharak
teristik auf, dass mit zunehmender Erwärmung derselben auch ihr elek
trischer Widerstand in definierter Art und Weise zunimmt und somit bei
beispielsweise konstant gehaltener angelegter Spannung und daher ab
nehmendem Strom auch die Heizleistung abnimmt. Bei geeigneter Auswahl
der Widerstand-Temperatur-Charakteristik eines derartigen Heizelements ist
es möglich, für einen vorgegebenen Temperaturbereich allein durch diese
Charakteristik ein Eigenregelverhalten des Heizelements 38 bereitzustellen,
das kein externes Eingreifen und insbesondere nicht das Bereitstellen
zusätzlicher Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur des zu
geleiteten Brennstoffs erfordert.
Das erfindungsgemäße Leitungssystem 10 ermöglicht unter Minimierung .
der elektrischen Leistungsaufnahme und unter Minimierung der auftreten
den Wärmeverluste eine sehr schnelle Erwärmung des dann unmittelbar
einer Zerstäuberdüse zugeführten Brennstoffs. Auf diese Art und Weise
kann die Zerstäubungscharakteristik der Zerstäuberdüse 28 in Anpassung
an die Temperaturen des zugeleiteten Brennstoffs optimiert werden. Daraus
wiederum resultiert eine deutlich bessere Verbrennungscharakteristik des in
eine Brennkammer eingeleiteten Brennstoffs. Die zum Starten der Verbren
nung erforderliche Zeitdauer kann durch den Einsatz des erfindungsge
mäßen Leitungssystem deutlich reduziert werden. Auch kann aufgrund der
optimierten Verbrennung der Schadstoffausstoß verringert werden. Ferner
sieht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Leitungssystems bei den
durch dieses Leitungssystem bereitgestellten Vorteilen einen vergleichs
weise einfachen Aufbau vor, bei welchem trotz des vollständigen Integrie
rens eines Heizelementes in einen Leitungsabschnitt eine einfach herzustel
lende elektrische Kontaktierung möglich ist. Vor allem auch das Eingliedern
des erfindungsgemäßen Systems in ein ansonsten bereits vorhandenes
Gehäuseteil, welches vorzugsweise aufgrund der möglicherweise auftreten
den thermischen Belastung aus temperaturbeständigem Kunststoff, wie
z. B. Polyphenylensulfid (PPS), aufgebaut ist, ermöglicht einen sehr kosten
günstigen und leicht herzustellenden Aufbau.