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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorheizeinrichtung für eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage.
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Bei Brennkraftmaschinen, die mit einem Kraftstoff betrieben werden sollen, der bei niedrigen Temperaturen eine hohe Viskosität besitzen, besteht das Problem, das mit Hilfe derartiger Kraftstoffe für den Start der Brennkraftmaschine, also für das Anlassen der Brennkraftmaschine bei diesen niedrigen Temperaturen kein zündfähiges Gemisch in den Brennräumen der Brennkraftmaschine erzeugt werden kann. Bei Bio-Kraftstoffen, insbesondere Biodiesel, tritt dieses Problem bereits bei Temperaturen unterhalb +14°C auf. Andere Bio-Kraftstoffe, wie z.B. Ethanol und Methanol, charakterisieren sich durch einen Flammpunkt von etwa 12° C, der sehr hoch ist im Vergleich zum Flammpunkt von herkömmlichem Benzin, der etwa bei –42° C liegt. Folglich haben derartige Bio-Kraftstoffe eine niedrige Flüchtigkeit im Vergleich zu Benzin und benötigen eine hohe Verdampfungwärme im Vergleich zu Benzin. Diese Eigenschaften geben derartigen Bio-Kraftstoffen, wie Ethanol und Methanol, kritische Bedingungen für den Start einer Brennkraftmaschine unter kalten Bedingungen, da derartige Bio-Kraftstoffe eine große Menge an Wärme benötigen, um einen Einspritzstrahl zu erzeugen, der sich für eine Zündung und zum Starten einer Brennkraftmaschine eignet.
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Dieser Problematik kann mit zwei grundsätzlich unterschiedlichen Lösungsansätzen begegnet werden. In einem ersten Lösungsansatz kann zum Betreiben der Brennkraftmaschine ein zweites Kraftstoffsystem bereitgestellt werden, das es ermöglicht, die Brennkraftmaschine für ihren Start mit einem anderen, auch bei niedrigeren Temperaturen leicht entzündlichen Kraftstoff zu betreiben, um sie so anzulassen. Eine derartige Lösung ist jedoch sehr aufwändig und dementsprechend teuer. Des Weiteren ergibt sich hierbei das Problem, dass der Fahrzeugführer zwei unterschiedliche Kraftstofftanks bzw. deren Füllstände überwachen muss.
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Ein zweiter Lösungsansatz beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den schwer entzündlichen Kraftstoff für den Startvorgang der Brennkraftmaschine vorzuheizen. Durch das Vorheizen des Kraftstoffs werden dessen Temperatur und Entflammbarkeit erhöht. Insbesondere wird dadurch die Viskosität reduziert.
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Aus der
DE 101 40 071 A ist ein separater Heizkreislauf für die Erwärmung des Kraftstoffs bekannt, wobei eine speziell dafür ausgestaltete Einspritzdüse einen zusätzlichen Anschluss für den Heizkreislauf aufweist. Eine derartige Lösung ist aufwändig und benötigt vergleichsweise viel Bauraum.
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Aus der
DE 10 2006 028 639 A ist eine spezielle Einspritzdüse bekannt, die eine Heizeinrichtung für die Vorwärmung des Kraftstoffs umfasst. Eine derartige spezielle Einspritzdüse ist im Vergleich zu konventionellen Einspritzdüsen, die in Großserien hergestellt werden, teuer.
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Aus der
DE 10 2009 001 062 A ist es bekannt, den Kraftstoff durch aufgeheizte Ventilluft zu erwärmen, wobei auch hier eine spezielle Einspritzdüse erforderlich ist.
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Aus der
FR 28 76 161 A ist es bekannt, in eine Kraftstoffverteilerleiste eine Heizeinrichtung zu integrieren. Hierbei ist ein vergleichsweise großes Kraftstoffvolumen zu erwärmen, um für den Startbetrieb den vorgewärmten Kraftstoff bereitstellen zu können. Dies erfordert vergleichsweise viel elektrische Energie und Zeit.
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Aus der
EP 1 888 910 B1 ist nun eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, die eine Verteilerleiste zum Bereitstellen von flüssigem Kraftstoff aufweist. Ferner sind mehrere Vorheizeinrichtungen vorgesehen, die jeweils einen Vorheizraum enthalten, die jeweils ein Heizelement aufweisen und die jeweils an die Verteilerleiste angeschlossen sind. Des Weiteren sind mehrere Einspritzdüsen vorgesehen, die jeweils an eine solche Vorheizeinrichtung angeschlossen sind. Für jede Einspritzdüse ergibt sich dann ein Kraftstoffpfad, der von der Verteilerleiste durch den jeweiligen Vorheizraum zur jeweiligen Einspritzdüse führt. Bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage bzw. bei der bekannten Vorheizeinrichtung ist das jeweilige Heizelement als Glühstab oder Glühstift ausgestaltet, der koaxial in den jeweiligen Vorheizraum hineinragt. Des Weiteren ist bei der bekannten Kraftstoffeinspritzanlage ein den jeweiligen Vorheizraum enthaltendes Gehäuse der jeweiligen Vorheizeinrichtung aus Metall hergestellt und mit der Verteilerleiste verschweißt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine derartige Kraftstoffeinspritzanlage bzw. für eine derartige Vorheizeinrichtung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine effizientere Vorwärmung des Kraftstoffs auszeichnet. Ferner wird eine preiswerte Herstellbarkeit angestrebt.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das jeweilige Heizelement so auszugestalten und derart anzuordnen, dass es den jeweiligen Vorheizraum zumindest teilweise, vorzugsweise zu mindestens 50% oder vollständig, umschließt. Vorzugsweise besitzt das Heizelement eine hohle Struktur, die in der Umfangsrichtung geschlossen oder in der Umfangsrichtung unterbrochen oder seitlich offen sein kann. Beispielsweise kann das Heizelement ringförmig ausgestaltet sein, vorzugsweise als Ringkörper, z.B. als zylindrische Durch diese Bauweise steht eine vergleichsweise große Oberfläche des Heizelements zum Beheizen des Vorheizraums bzw. zum Beheizen des im Vorheizraum befindlichen Kraftstoffs zur Verfügung. Auf diese Weise kann einerseits pro Zeiteinheit vergleichsweise viel Wärme in den Kraftstoff eingebracht werden. Andererseits führt die vergleichsweise große Oberfläche des ringförmigen Heizelements dazu, dass die Wärmeeinleitung auf eine große Fläche verteilt ist und dementsprechend innerhalb des Vorheizraums vergleichsweise homogen erfolgt. Auf diese Weise kann das im Vorheizraum gespeicherte Kraftstoffvolumen innerhalb kurzer Zeit gleichmäßig temperiert werden, um den gewünschten Startvorgang durchzuführen. Der Kraftstoff ist vorzugsweise ein Bio-Kraftstoff und ist insbesondere Biodiesel oder Ethanol oder Methanol.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Vorheizeinrichtung ein Gehäuse aufweisen, das mittels einer eingangsseitigen Steckverbindung mit der Verteilerleiste und mittels einer ausgangsseitigen Steckverbindung mit der jeweiligen Einspritzdüse verbunden ist. Aufgrund dieser Bauweise lässt sich die jeweilige Vorheizeinrichtung besonders einfach und rasch montieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Gehäuse der Vorheizeinrichtung aus Kunststoff hergestellt sein. Vorzugsweise handelt es sich um ein einstückiges, monolithisches Spritzgussteil. Somit ist die Vorheizeinrichtung besonders preiswert realisierbar.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das Heizelement ein PTC-Element sein. „PTC“ steht dabei für „Positive Temperature Coefficient“, also "positiver Temperaturkoeffizient". PTC-Elemente zeichnen sich dadurch aus, dass sie elektrische Energie in Wärme umwandeln, wobei gleichzeitig ihr elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur exponentiell zunimmt. Somit lassen sich PTC-Elemente einfach so auslegen, dass sie bei daran anliegender Spannung gezielt eine vorbestimmte Temperatur erreichen und halten können. Dabei ist keine aufwändige elektronische Regelung oder Steuerung erforderlich, da der elektrische Widerstand des PTC-Elements bei Erreichen der vorbestimmten Temperatur quasi unendlich groß wird. Die Verwendung derartiger PTC-Elemente ermöglicht also die gewünschte Vorheizung, ohne dass hierzu eine elektronische Steuerung oder Regelung des Heizelements erforderlich ist. Grundsätzlich kann eine elektronische Steuerung weggelassen werden, dennoch kann eine elektronische Steuerung reduzierter Komplexität vorgesehen sein, um das PTC-Element zu steuern und/oder zu überwachen.
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Das erfindungsgemäße System ist außerdem robust gegenüber Kraftstoffverdampfung und/oder Kavitation aufgrund der Selbststeuerung der Temperatur durch das PTC-Element. Der aufzuheizende Kraftstoff kann eine bestimmte Temperaturgrenze nicht überschreiten, die während des Herstellungsprozesses der Komponente bestimmt werden muss. Folglich kann eine Kraftstoffverdampfung im Heizer vermieden werden und dementsprechend kann auch eine Kavitation von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine vermieden werden. Zusätzlich kann aufgrund des großen Kontaktbereichs zwischen dem PTC-Heizelement und dem Kraftstoff eine Beschädigung des Heizelements vermieden werden. Dieser große Kontaktbereich führt zu einer besseren Wärmeübertragung und schützt indirekt das Heizelement und vermeidet Beschädigungen. Ein konventioneller Heizer, sogenannter Glühstift, besitzt einen kleinen Heizbereich und kann die Temperatur nicht regulieren. Folglich ist ein derartiger konventioneller Glühstift empfänglich für Beschädigungen, da er die Hitze in einem spezifischen kleinen Bereich konzentriert. Im Vergleich zu einem derartigen konventionellen Heizelement ist die Gefahr einer Beschädigung beim PTC-Heizelement entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung reduziert. Darüber hinaus vereinfacht sich der Herstellungsprozess im Vergleich zu konventionellen Systemen, da Kunststoff-Spritzverfahren verwendet werden können, um das Vorheizsystem herzustellen, und da Steckverbindungen verwendet werden können, um die unterschiedlichen Komponenten aneinander zu befestigen. Diese Vorteile führen außerdem zu reduzierten Kosten und schnellerer Herstellung. Aufgrund der Selbststeuerung der Temperatur des PTC-Elements kann der aufzuheizende Kraftstoff eine bestimmte Temperaturgrenze nicht überschreiten. Dementsprechend kann eine Selbstentzündung des Kraftstoffs im Inneren des Heizelements vermieden werden. Beispielsweise kann ein konventionelles Heizelement, falls ein Problem mit einer elektrischen Verbindung besteht, fortfahren, den Kraftstoff aufzuheizen, bis der Kraftstoff seine Zündtemperatur überschreitet, was in einer Explosion endet. Mit der PTC-Technologie kann das PTC-Heizelement aufgrund der selbstregulierenden Eigenschaften eine bestimmte, vordefinierte Temperatur nicht überschreiten, selbst wenn die elektrische Spannung sehr hoch ist oder wenn die elektrische Spannung immer am Heizelement anliegt. Schließlich ist der eine konstante Temperatur erzeugende Mechanismus des PTC-Elements auch dann wirkungsvoll, wenn sich die Spannung ändert. Falls die Betriebsspannung, beispielsweise die Batteriespannung des Fahrzeugs, ansteigt, nimmt das PTC-Element anfangs mehr Leistung auf und in der Folge steigt die Temperatur des PTC-Elements rascher an und der Strom stabilisiert sich schneller auf einem niedrigeren Niveau. Folglich ist die Leistungskurve des vorgestellten PTC-Heizelements im Unterschied zu einem herkömmlichen Glühstift nicht proportional zum Quadrat der Spannung, wie das im Falle eines Ohmschen Widerstandes ist. Aus diesem Grund kann das gleiche PTC-Heizelement unabhängig vom aktuellen Niveau des Stroms verwendet werden, der bereitgestellt werden kann, beispielsweise bei 12 V Gleichstrom oder bei 10 V Gleichstrom, und führt zur gleichen gesamten Leistungsversorgung oder Wärmeversorgung. Aufgrund dieses Vorteils hat das PTC-Heizelement die Möglichkeit, in der Nach-Startperiode mit der gleichen Spannung versorgt zu werden. Andere Heizer müssen während der Nach-Startperiode mit einer reduzierten Spannung versorgt werden, da in dieser Periode die Einspritzströmungsmenge kleiner ist im Vergleich zur Startperiode bei niedrigen Temperaturen. Folglich erfordern herkömmliche Heizelemente eine komplexe elektronische Steuerung, um die Zeit, in der das Heizelement eingeschaltet ist, zu beobachten und abhängig von der Batteriespannung einzustellen, oder benötigen selbst eine komplexe elektronische Einrichtung, um die Spannung zu reduzieren, bevor das Heizelement während der Nach-Startperiode damit versorgt wird. In derartigen Kaltstartsystemen, die Heiztechnologie verwenden, fährt das Heizelement üblicherweise fort, Wärme für einige Sekunden unmittelbar nach dem Starten der Brennkraftmaschine (Nach-Startperiode) bereitzustellen, um die Lauffähigkeit und Maschinenstabilität zu verbessern und um Schadstoffemissionen zu reduzieren.
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Zweckmäßig kann eine Innenseite des ringförmigen Heizelements dem Kraftstoff ausgesetzt sein. Mit anderen Worten, die dem Vorheizraum zugewandte Innenseite des Heizelements steht unmittelbar mit dem Kraftstoff in Kontakt, wodurch die Wärmeübertragung ebenfalls unmittelbar erfolgen kann.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Innenseite des ringförmigen Heizelements den Vorheizraum radial außen begrenzen. Durch diese Bauweise trägt das Heizelement zur Definition des Vorheizraums bei. Bspw. kann das Heizelement hierzu in die Struktur des Gehäuses der Vorheizeinrichtung integriert sein.
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Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein Gehäuse der jeweiligen Vorheizeinrichtung einen mit der Verteilerleiste verbundenen radialen Einlass und einen mit der jeweiligen Einspritzdüse verbundenen axialen Auslass aufweisen. Der jeweilige Vorheizraum und das jeweilige Heizelement sind dann im jeweiligen Gehäuse koaxial zum Auslass ausgerichtet. Des Weiteren kann das jeweilige Heizelement optional wenigstens eine radiale Durchlassöffnung besitzen, durch die der Einlass mit dem jeweiligen Vorheizraum fluidisch verbunden ist. Diese Bauweise ist vergleichsweise kompakt und führt zu einer intensiven Einbindung des Heizelements in den jeweiligen Kraftstoffpfad. Außerdem bewirkt der radiale oder seitliche Einlass, der insbesondere mit einem vorbestimmten Querschnitt ausgestattet ist, eine geringe Strömungsturbulenz im Inneren des Vorheizraums, die eine Durchmischung des kalten Kraftstoffs mit dem heißen Kraftstoff verbessert. Hierdurch kann eine homogene Temperatur im Inneren des Vorheizraums ebenso erzielt werden wie eine homogene Einspritzung ohne Temperaturänderungen. Im Vergleich zu einem herkömmlichen System, das einen axialen Einlass und einen axialen Auslass aufweist, ist die Durchmischung verbessert. Aufgrund von Dichteunterschieden neigt der heiße Kraftstoff dazu, eine obere Position im Inneren des Vorheizraums oder des Einspritzventils einzunehmen. Dies kann zu Wärmeverlusten führen, da heißer Kraftstoff tendenziell zu einer oberen Position ausweicht und in direkten Kontakt mit eintretendem kalten Kraftstoff tritt. Außerdem wird in diesem Fall nahezu keine Turbulenz in der Strömung sein. Neben der Tendenz zu Wärmeverlusten kann der axial in den Vorheizraum eintretende kalte Kraftstoff direkt zum Einspritzventil hindurchtreten oder zumindest die Temperaturverteilung im Inneren des Vorheizraums kann inhomogen sein.
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Zweckmäßig kann das Gehäuse der jeweiligen Vorheizeinrichtung an einer dem Auslass gegenüberliegenden Seite mit Hilfe eines Deckels verschlossen sein, der bzgl. des Gehäuses ein separates Bauteil ist und der am Gehäuse dicht befestigt ist. Bspw. kann der Deckel mit dem Gehäuse verschweißt oder verklebt sein.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein Gehäuse der jeweiligen Vorheizeinrichtung einen mit der Verteilerleiste verbundenen axialen Einlass und einen mit der jeweiligen Einspritzdüse verbundenen axialen Auslass aufweisen. In diesem Fall sind der jeweilige Vorheizraum und das jeweilige Heizelement im jeweiligen Gehäuse zweckmäßig koaxial zu Einlass und Auslass ausgerichtet. Eine derartige Ausführungsform zeichnet sich durch einen extrem niedrigen Durchströmungswiderstand aus, da innerhalb der Vorheizeinrichtung keine Umlenkung des Kraftstoffpfads erfolgt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das jeweilige Heizelement an einer dem jeweiligen Vorheizraum zugewandten Innenseite des Gehäuses der jeweiligen Vorheizeinrichtung angeordnet sein. Hierdurch ist es möglich, mit Hilfe des Heizelements den Vorheizraum zu begrenzen bzw. eine unmittelbare Kontaktierung zwischen Heizelement und Kraftstoff zu bewirken.
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Alternativ ist es ebenso möglich, das jeweilige Heizelement an einer vom jeweiligen Vorheizraum abgewandten Außenseite eines Gehäuses der jeweiligen Vorheizeinrichtung anzuordnen. In diesem Fall kann bspw. auf eine Schutzhülle oder Schutzschicht verzichtet werden, die am Heizelement angebracht werden muss, falls ein für den Werkstoff des Heizelements korrosiv wirkender Kraftstoff verwendet wird und das Heizelement unmittelbar mit dem Kraftstoff in Kontakt kommt.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das jeweilige Heizelement in eine den jeweiligen Vorheizraum umschließende Wand eines Gehäuses der jeweiligen Vorheizeinrichtung integriert sein. Bspw. kann hierzu das jeweilige Heizelement beim Spritzformen des Gehäuses bereits in die entsprechende Spritzform eingesetzt sein, sodass das Heizelement vom Kunststoff des Gehäuses umspritzt ist. In diesem Fall ist das Heizelement sowohl zum Kraftstoff als auch zur Umgebungsluft im Werkstoff der Wand geschützt. Gleichzeitig wird hierdurch auch die Positionierung des Heizelements im Gehäuse preisgünstig realisiert.
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Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann die Kraftstoffeinspritzanlage für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine nur eine einzige Einspritzdüse aufweisen. Das bedeutet, dass die jeweilige Vorheizeinrichtung beim jeweiligen Zylinder dieser einen Einspritzdüse zugeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders preiswerte Ausführungsform für die Kraftstoffeinspritzanlage.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann dagegen vorgesehen sein, dass die Kraftstoffeinspritzanlage für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine eine Betriebsdüse und eine Kaltstartdüse aufweist, wobei die der jeweiligen Vorheizeinrichtung zugeordnete Einspritzdüse durch die jeweilige Kaltstartdüse gebildet ist. In diesem Fall werden somit je Zylinder zwei Einspritzdüsen verwendet, die insbesondere unterschiedlich sein können, um eine Optimierung für den Kaltstart bzw. für den Warmbetrieb zu ermöglichen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der jeweilige Vorheizraum ein Vorheizvolumen zur Aufnahme einer Kraftstoffmenge aufweisen, die bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine für mindestens einen Einspritzvorgang der jeweiligen Einspritzdüse und für maximal zwei Einspritzvorgänge der jeweiligen Einspritzdüse ausreicht. In der Folge ist der jeweilige Vorheizraum hinsichtlich seines Volumens vergleichsweise klein, sodass mit Hilfe des Heizelements der darin bevorratete Kraftstoff innerhalb kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorheizeinrichtung sind ein Eingang zum Anschließen der Vorheizeinrichtung an eine Verteilerleiste, ein Ausgang zum Anschließen einer Einspritzdüse an die Vorheizeinrichtung, ein Vorheizraum und ein Heizelement vorgesehen, das als Ringkörper ausgestaltet ist und das den Vorheizraum umschließt. Innerhalb der jeweiligen Vorheizeinrichtung führt ein Kraftstoffpfad vom Eingang durch den Vorheizraum zum Ausgang. Somit zeichnet sich auch eine derartige Vorheizeinrichtung durch einen kompakten Aufbau, einen reduzierten Energiebedarf und eine kurze Vorheizdauer aus.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine isometrische Ansicht einer Kraftstoffeinspritzanlage im Bereich einer Einspritzdüse,
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2 eine Schnittansicht der Kraftstoffeinspritzanlage im Bereich einer Vorheizeinrichtung,
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3 eine auseinandergezogene Darstellung der Vorheizeinrichtung,
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4 eine auseinandergezogene Darstellung der Kraftstoffeinspritzanlage im Bereich der Vorheizeinrichtung,
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5 eine Schnittansicht der Vorheizeinrichtung bei einer anderen Ausführungsform,
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6–10 stark vereinfachte Schnittansichten der Kraftstoffeinspritzanlage im Bereich der Vorheizeinrichtung, bei verschiedenen Ausführungsformen.
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Entsprechend den 1 bis 10 umfasst eine Kraftstoffeinspritzanlage 1, die bei einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine zur Versorgung von Brennräumen der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff dient, zumindest eine Verteilerleiste 2, mehrere Vorheizeinrichtungen 3 und mehrere Einspritzdüsen 4. Die Verteilerleiste 2, die auch als „rail“ oder „common rail“ bezeichnet werden kann, dient zum Bereitstellen von flüssigem Kraftstoff. Die jeweilige Vorheizeinrichtung 3 besitzt ein Gehäuse 5 und enthält einen Vorheizraum 6 und weist ein Heizelement 7 auf. Die Vorheizeinrichtung 3 ist an die Verteilerleiste 2 angeschlossen. Je eine Einspritzdüse 4 ist an eine solche Vorheizeinrichtung 3 angeschlossen. Im Inneren der Kraftstoffeinspritzanlage 1 ist für jede Einspritzdüse 4 ein in den 2 und 5 bis 8 durch Pfeile angedeuteter Kraftstoffpfad 8 ausgebildet, der von der Verteilerleiste 2 durch den jeweiligen Vorheizraum 6 zur jeweiligen Einspritzdüse 4 führt. Das Heizelement 7 ist als Ringkörper ausgestaltet, das den jeweiligen Vorheizraum 6 vollständig umschließt. Im Beispiel ist das Heizelement 7 ein kreisförmiger Ringkörper bzw. ein zylindrischer oder bevorzugt ein kreiszylindrischer Körper. Ebenso ist denkbar, dass das ringförmige Heizelement 7 den Vorheizraum 6 in der Umfangsrichtung über weniger als 360°, jedoch über mindestens 180° umschließt.
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Das Gehäuse 5 der Vorheizeinrichtung 3 ist mittels einer ersten oder eingangsseitigen Steckverbindung 9 mit der Verteilerleiste 2 verbunden. Im Beispiel ist hierzu am Gehäuse 5 ein Stutzen 10 integral ausgeformt, der in eine integral an der Verteilerleiste 2 ausgeformte Buchse 11 einsteckbar ist. Der Stutzen 10 trägt einen Dichtring 12, der in eine entsprechende Ringnut 13 eingesetzt ist. Die eingangsseitige Steckverbindung 9 ist mittels eines Sicherungsbügels 14 gesichert, der die Buchse 11 in seitlichen Einschnitten 15 und den Stutzen 10 in einer Ringnut 16 durchsetzt.
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Das Gehäuse 5 ist ferner mittels einer zweiten oder ausgangsseitigen Steckverbindung 17 mit der jeweiligen Einspritzdüse 4 verbunden. Im Beispiel ist an der Einspritzdüse 4 ein Stutzen 18 ausgebildet, der in eine integral am Gehäuse 5 ausgeformte Buchse 19 eingesteckt ist. Zweckmäßig trägt der düsenseitige Stutzen 18 eine Dichtung 20, die in einer entsprechenden Ringnut 21 angeordnet ist.
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Das Gehäuse 5 ist vorteilhaft als monolithisches Kunststoffteil ausgestaltet. Zweckmäßig ist das Gehäuse 5 spritzgeformt.
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Beim Heizelement 7 handelt es sich bevorzugt um ein PTC-Element. Eine entsprechende Stromversorgung bzw. Spannungsversorgung des Heizelements 7 erfolgt über einen elektrischen Anschluss 22, der am Gehäuse 5 ausgeformt ist. Bei den Ausführungsformen der 1 bis 5, 6 und 8 ist das Heizelement 7 so in das Gehäuse 5 eingebaut bzw. so darin angeordnet, dass eine Innenseite 23 des Heizelements 7 unmittelbar dem Kraftstoff ausgesetzt ist. Insbesondere bildet in diesen Fällen die Innenseite 23 des Heizelements 7 eine radiale Begrenzung des Vorheizraums 6 nach außen.
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Bei der in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform besitzt das Gehäuse 5 einen mit der Verteilerleiste 2 verbundenen radialen Einlass 24 und einen mit der jeweiligen Einspritzdüse 4 verbundenen axialen Auslass 25. Der Vorheizraum 6 und die jeweilige Heizeinrichtung 7 sind im Gehäuse 5 koaxial zum Auslass 25 ausgerichtet. Das Heizelement 7 besitzt zumindest eine radiale Durchlassöffnung 26, durch die der Einlass 24 mit dem Vorheizraum 6 fluidisch verbunden ist. Das Gehäuse 5 ist axial gegenüber dem Auslass 25 mit einem Deckel 27 verschlossen, der hierzu zweckmäßig an das Gehäuse 5 angeschweißt ist. Zweckmäßig kann hierzu ein am Gehäuse 5 ausgebildeter, axial abstehender, ringförmig umlaufender Kragen 28 vorgesehen sein, der in eine dazu komplementäre, am Deckel 27 ausgeformte Ringnut 29 hineinragt. Das Zusammenwirken von Kragen 28 und Ringnut 29 vereinfacht die Herstellung einer hinreichend festen und hinreichend dichten Verbindung mittels Klebstoff oder mittels einer Schweißverbindung. In der Ausführungsform der 2 sind der Einlass 24 und die Durchlassöffnung 26 in der Axialrichtung versetzt, folglich umfasst der Kraftstoffpfad 8 zwei 90°-Umlenkungen zwischen dem Einlass 24 und der Durchlassöffnung 26. Im Unterschied dazu zeigt 5 eine Ausführungsform, bei der der Einlass 24 und die Durchlassöffnung 26 zueinander fluchten, in der Folge erstreckt sich der Kraftstoffpfad 8 vom Einlass 24 zur Durchlassöffnung 26 geradlinig und besitzt einen reduzierten Strömungswiderstand. Außerdem zeigt die Ausführungsform der 5 einen thermischen Isolator 35, der radial zwischen dem Heizelement 7 und dem Gehäuse 5 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Form des thermischen Isolators 35 an die Form des Heizelements 7 angepasst, derart, dass der thermische Isolator 35 das Heizelement 7 in der Umfangsrichtung umschließt. Zusätzlich besitzt der thermische Isolator 35 eine Öffnung 36, die mit der Durchlassöffnung 26 des Heizelements 7 fluchtet.
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Im Unterschied dazu zeigen die 6 bis 9 jeweils eine Ausführungsform, bei der das Gehäuse 5 einen mit der Verteilerleiste 2 verbundenen axialen Einlass 30 und einen mit der jeweiligen Einspritzdüse 4 verbundenen axialen Auslass 31 aufweist, wobei der Vorheizraum 6 und das Heizelement 7 im Gehäuse 5 koaxial zum Einlass 30 und koaxial zum Auslass 31 angeordnet bzw. ausgerichtet sind.
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Bei den Ausführungsformen der 1 bis 7, 9 und 10 ist das jeweilige Heizelement 7 an einer Innenseite 32 des Gehäuses 5 angeordnet, die dem Vorheizraum 6 zugewandt ist. Im Unterschied dazu zeigt 8 eine Ausführungsform, bei der das Heizelement 7 an einer Außenseite 33 des Gehäuses 5 angeordnet ist, die vom Vorheizraum 6 abgewandt ist. Im Beispiel der 8 ist das Heizelement 7 im Bereich des Stutzens 10 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und axial kurz bauende Ausführungsform, bei welcher das Heizelement 7 und der Vorheizraum 6 in die eingangsseitige Steckverbindung 9 integriert sind.
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Alternativ ist es ebenso möglich, das jeweilige Heizelement 7 in eine Wand 34 des Gehäuses 5 zu integrieren, die den Vorheizraum 6 umschließt. Bspw. kann das ringförmige Heizelement 7 hierzu vom Kunststoff des Gehäuses 5 bzw. der jeweiligen Wand 34 umspritzt sein, sodass das Heizelement 7 radial innen und radial außen in den Kunststoff des Gehäuses 5 eingebettet ist.
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Die Dimensionierung des Vorheizraums 6 erfolgt zweckmäßig derart, dass der Vorheizraum 6 ein Vorheizvolumen zur Aufnahme einer Kraftstoffmenge besitzt, die bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine für wenigstens einen Einspritzvorgang der jeweiligen Einspritzdüse 4 und für maximal zwei Einspritzvorgänge der jeweiligen Einspritzdüse 4 ausreicht.
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Zweckmäßig besitzt die Kraftstoffeinspritzanlage 1 für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine nur eine einzige Einspritzdüse 4. Grundsätzlich kann jedoch bei einer alternativen Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Kraftstoffeinspritzanlage 1 für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Einspritzdüsen, nämlich eine Betriebsdüse und eine Kaltstartdüse aufweist. In diesem Fall ist die der jeweiligen Vorheizeinrichtung 3 zugeordnete Einspritzdüse 4 durch die jeweilige Kaltstartdüse gebildet.
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Schließlich zeigt 10 eine weitere Ausführungsform, die eine Kombination der Ausführungsformen der 6 und der 2 oder 5 ist. Folglich ist das Gehäuse 5 mit dem Deckel 27 ausgestattet, um den Vorheizraum 6 axial zu verschließen. Ebenso ist das Gehäuse 5 mit dem radialen Einlass 24 ausgestattet, und das Heizelement 7 ist mit der radialen Durchlassöffnung 26 ausgestattet. Folglich besitzt der Kraftstoffpfad 8 einen vorbestimmten Strömungswiderstand, der zu Strömungsbedingungen führt, die eine Durchmischung des einströmenden kalten Kraftstoffs mit dem bereits aufgewärmten Kraftstoff verbessern. Es ist selbstverständlich, dass diese Merkmale der Ausführungsform der 10 ebenso bei den Ausführungsformen der 7 bis 9 realisierbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10140071 A [0005]
- DE 102006028639 A [0006]
- DE 102009001062 A [0007]
- FR 2876161 A [0008]
- EP 1888910 B1 [0009]
