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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine Heizeinrichtung zum Vorheizen eines flüssigen Kraftstoffs. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit wenigstens einer derartigen Heizeinrichtung ausgestattet ist. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Kraftstoffeinspritzeinrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.
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Aus der
WO 2014/072171 A1 ist es bekannt, bei einer Brennkraftmaschine, die mit einem flüssigen Kraftstoff betrieben wird, eine Kraftstoffeinspritzanlage, die für jeden Brennraum der Brennkraftmaschine einen separaten Injektor aufweist, jedem Injektor eine elektrische Heizeinrichtung vorzuschalten, mit deren Hilfe der Kraftstoff bei Bedarf vorgeheizt werden kann. Von besonderem Interesse sind derartige Heizeinrichtungen dann, wenn als Kraftstoff ein sogenannter Bio-Kraftstoff zum Einsatz kommt, insbesondere Bio-Diesel, Ethanol und Methanol. Derartige Bio-Kraftstoffe besitzen deutlich höhere Flammpunkte als herkömmliche Kraftstoffe wie Benzin und Diesel. Folglich haben derartige Bio-Kraftstoffe eine niedrige Flüchtigkeit im Vergleich zu Benzin und benötigen dadurch eine hohe Verdampfungswärme, die mit Hilfe einer derartigen Heizeinrichtung bedarfsabhängig zugeführt werden kann.
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Problematisch ist dabei vor allem eine Startphase, in welcher die Brennkraftmaschine gestartet wird. Während dieser Startphase kann die Aufheizung des Kraftstoffs nur mit Hilfe der elektrischen Heizeinrichtungen durchgeführt werden. Um für die geringste zu erwartende Umgebungstemperatur eine ausreichende Heizleistung elektrisch erzeugen zu können, müssen die Heizeinrichtungen entsprechend groß dimensioniert werden. Die bei konventionellen Heizeinrichtungen erzielbare maximale Heizleistung zum Aufheizen des Kraftstoffs entspricht dann der maximalen elektrischen Leistung der jeweiligen Heizeinrichtung, abgesehen von unvermeidlichen Wärmeübertragungsverlusten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine bzw. für eine Heizeinrichtung zum Vorheizen eines flüssigen Kraftstoffs bzw. für eine mit einer solchen Heizeinrichtung ausgestattete Kraftstoffeinspritzanlage bzw. für eine mit einer solchen Kraftstoffeinspritzanlage ausgestattete Brennkraftmaschine bzw. für ein mit einer solchen Brennkraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Heizleistung während einer Startphase der Brennkraftmaschine auszeichnet.
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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, die Heizeinrichtung, die zumindest ein elektrisches Heizelement, vorzugsweise ein PTC-Element, wobei PTC für Positive Temperature Coefficient steht, aufweist, mit zumindest einem metallischen Wärmeleitblock auszustatten, derart, dass der jeweilige Wärmeleitblock einerseits mit dem jeweiligen Heizelement und andererseits mit dem flüssigen Kraftstoff in Kontakt steht. Ferner werden die unterschiedlichen Wärmeübertragungskoeffizienten, die einerseits zwischen dem Heizelement und dem Wärmeleitkörper und andererseits zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Kraftstoff vorliegen, genutzt, um den Wärmeleitblock während einer Aufheizphase der Heizeinrichtung, die einer Startphase der Brennkraftmaschine vorgeschaltet ist, als Wärmespeicher zu nutzen, der während der Aufheizphase aufgeladen wird und während der Startphase entladen wird. Der Wärmeleitblock wird hierbei analog wie ein elektrischer Kondensator genutzt, der quasi einen Speicher für elektrische Energie repräsentiert, jedoch wird im Wärmeleitblock kalorische Energie, also Wärmeenergie gespeichert. Während der Aufheizphase erfolgt noch keine Kraftstoffinjektion in die Brennräume, so dass der Kraftstoff, mit dem der Wärmeleitblock in Kontakt steht, ruht. Innerhalb des Kraftstoffs ist die Wärmeleitung deutlich geringer als innerhalb des Wärmeleitblocks. Dies führt dazu, dass während der Aufheizphase ein Aufnahmewärmestrom des Wärmeleitblocks, also ein Wärmestrom, der vom jeweiligen Heizelement in den Wärmeleitblock eingeleitet wird, größer ist als ein Abgabewärmestrom des Wärmeleitblocks, also ein Wärmestrom, den der Wärmeleitblock in den Kraftstoff einleitet. Somit kann sich der Wärmeleitblock aufheizen. Vorzugsweise wird der Wärmeleitblock dabei auf eine vorbestimmte Maximaltemperatur aufgeheizt, die bei der Verwendung eines PTC-Elements als Heizelement der Grenztemperatur des PTC-Elements entsprechen kann. In der darauffolgenden Startphase wird der Kraftstoff den Brennräumen zugeführt, so dass nunmehr der Wärmeleitkörper vom Kraftstoff angeströmt ist und dementsprechend mit strömendem Kraftstoff in Kontakt steht. Da der anströmende Kraftstoff deutlich kühler ist, kann er vergleichsweise viel Wärme vom Wärmeleitblock abziehen. Hierbei wird der Abgabewärmestrom, also der vom Wärmeleitblock auf den Kraftstoff übertragene Wärmestrom größer als der Aufnahmewärmestrom, also der vom Heizelement auf den Wärmeleitblock übertragene Wärmestrom. Das bedeutet, dass zumindest in einer Anfangsphase dieser Startphase die vom Wärmeleitblock auf den Kraftstoff übertragbare Heizleistung größer ist als die elektrische Heizleistung des Heizelements, mit der das Heizelement den Wärmeleitblock aufheizt. Mit anderen Worten, durch die erfindungsgemäße Ausnutzung eines derartigen Wärmeleitblocks als Wärmezwischenspeicher kann während der Anfangsphase der Startphase eine über die elektrische Heizleistung des Heizelements hinausgehende Heizleistung realisiert werden, um zu Beginn der Startphase den Kraftstoff vorzuheizen. Somit arbeitet das hier vorgestellte Verfahren besonders effizient. Der Startvorgang lässt sich mit erhöhter Zuverlässigkeit durchführen. Alternativ lassen sich die elektrischen Heizelemente kleiner dimensionieren bzw. kommen die Heizeinrichtungen mit einem geringeren elektrischen Energiebedarf aus.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die maximale elektrische Leistungsaufnahme des jeweiligen elektrischen Heizelements während der Aufheizphase gleich groß sein wie während der Startphase. Auf diese Weise kann in vergleichsweise kurzer Zeit der Wärmespeicher aufgeladen bzw. der Wärmeleitblock aufgeheizt werden.
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Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung, die zum Vorheizen eines flüssigen Kraftstoffs dient, umfasst zumindest ein elektrisches Heizelement, bei dem es sich bevorzugt um ein PTC-Element handelt. Ferner ist zumindest ein metallischer Wärmeleitblock vorgesehen, der mit dem Heizelement in Kontakt steht. Schließlich umfasst die Heizeinrichtung zumindest einen Vorheizraum, der im Betrieb der Heizeinrichtung mit einem vorbestimmten, vorheizbaren Volumen des Kraftstoffs befüllt ist, wobei der Kraftstoff im Vorheizraum mit dem jeweiligen Wärmeleitblock in Kontakt steht. Auf diese Weise lässt sich der Wärmeleitblock als kalorischer Speicher nutzen, der bei ruhendem Kraftstoff aufgeladen und bei strömendem Kraftstoff entladen wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können eine Kraftstoffmasse des im jeweiligen Vorheizraum enthaltenden Kraftstoffs und eine Blockmasse des jeweiligen im jeweiligen Vorheizraum mit dem Kraftstoff in Kontakt stehenden Wärmeleitblocks in einem vorbestimmten Massenverhältnis zueinander stehen, wobei die Blockmasse größer ist als die Kraftstoffmasse. Hierdurch wird die Wärmespeicherfunktion des Wärmeleitblocks verbessert. Besonders deutlich wird der Wärmespeichereffekt, wenn die Blockmasse mindestens zehnmal größer ist als die Kraftstoffmasse. Um den Zeitbedarf und/oder den Energiebedarf zum Aufheizen des Wärmeleitblocks möglichst gering zu halten, sollte die Blockmasse maximal zwanzigmal größer sein als die Kraftstoffmasse. Besonders vorteilhaft hat sich ein Massenverhältnis von Blockmasse zu Kraftstoffmasse von etwa 15 ± 2 herausgestellt. Die Blockmasse ist dabei die Masse sämtlicher Wärmeleitblöcke, die mit dem Kraftstoff im Vorheizraum in Kontakt stehen. Die Kraftstoffmasse ergibt sich aus dem gesamten Kraftstoff im Vorheizraum. Das bedeutet, dass einem gemeinsamen Vorheizraum durchaus auch zwei oder mehr Wärmeleitblöcke zugeordnet sein können, die jedoch hinsichtlich ihrer Masse wie ein einziger Wärmeleitblock betrachtet werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der jeweilige Wärmeleitblock Rippen aufweisen, die parallel zueinander in den Vorheizraum hineinragen und bei befülltem Vorheizraum mit dem Kraftstoff in Kontakt stehen. Mit Hilfe dieser Rippen wird die Oberfläche des Wärmeleitblocks, die mit dem Kraftstoff in Kontakt steht, signifikant vergrößert, was die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmeleitblock und dem Kraftstoff, insbesondere bei strömendem Kraftstoff, erheblich verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Rippenabstand benachbarter Rippen auf maximal 1,0 mm begrenzt sein. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Rippenabstand hinsichtlich der Wärmeübertragung bei strömendem Kraftstoff besonders vorteilhaft ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Rippenabstand benachbart Rippen mindestens 0,1 mm beträgt. Dieser Mindestabstand für benachbarte Rippen ist im Hinblick auf Reibungseffekte und Strömungswiderstände gewählt. Besonders vorteilhaft ist ein Rippenabstand von etwa 0,5 mm ± 0,1 mm.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann eine Aufnahmeoberfläche des jeweiligen Wärmeleitblocks, die mit dem jeweiligen Heizelement in Kontakt steht, kleiner sein als eine Abgabeoberfläche des jeweiligen Wärmeleitblocks, die mit dem Kraftstoff des befüllten Vorheizraums in Kontakt steht. Zweckmäßig ist die Abgabeoberfläche mindestens zehnmal und vorzugsweise mindesten zwanzigmal größer als die Aufnahmeoberfläche. Ferner hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn die Abgabeoberfläche maximal vierzigmal größer ist als die Aufnahmeoberfläche.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Heizeinrichtung einen Kraftstoffeinlass, durch den Kraftstoff in den Vorheizraum eintreten kann, und einen Kraftstoffauslass aufweisen, durch den Kraftstoff aus dem Vorheizraum austreten kann. Somit lässt sich die Heizeinrichtung besonders einfach in eine Kraftstoffeinspritzanlage integrieren.
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Eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage, die zur Versorgung von Brennräumen einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff dient, umfasst wenigstens einen Injektor zum Eindüsen eines flüssigen Kraftstoffs direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine und wenigstens eine Heizeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art, die in einem zum Injektor führenden Kraftstoffpfad stromauf des Injektors angeordnet ist. Zweckmäßig ist je Brennraum der Brennkraftmaschine zumindest ein Injektor vorgesehen, wobei jede Heizeinrichtung genau einem Injektor zugeordnet ist.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine Steuereinrichtung zum Ansteuern des wenigstens einen Injektors und der wenigstens einen Heizeinrichtung vorgesehen sein, die derart ausgestaltet und/oder programmiert ist, dass sie zum Starten der Brennkraftmaschine das vorstehend beschriebene Verfahren durchführen kann.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist mit einer Kraftstoffeinspritzanlage der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist mit einer Brennkraftmaschine der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet.
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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 Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Personenkraftwagens,
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2 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Heizeinrichtung,
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3 eine stark vereinfachte Ansicht der Heizeinrichtung, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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4 eine vergrößerte Detailansicht eines Wärmeleitblocks,
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Wärmeleitung innerhalb der Heizeinrichtung beim Starten der Brennkraftmaschine.
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Entsprechend 1 umfasst ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um ein Straßenfahrzeug handelt, bei dem es sich jedoch ebenfalls um ein Offroad-Fahrzeug oder um ein Wasserfahrzeug handeln kann, eine Brennkraftmaschine 2, die bevorzugt zum Antreiben des Fahrzeugs 1 dient. Dies kann direkt über einen entsprechenden mechanischen Antriebsstrang oder indirekt dadurch erfolgen, dass die Brennkraftmaschine 2 zum Erzeugen von elektrischer Energie verwendet wird, die dann von einem Elektroantrieb des Fahrzeugs 1 zum Antreiben des Fahrzeugs 1 verwendet wird. Die Brennkraftmaschine 2 besitzt in einem Motorblock 3 mehrere Brennräume 4, in denen ein Kraftstoff umgesetzt werden kann. Zur Kraftstoffzuführung ist die Brennkraftmaschine 3 mit einer Kraftstoffeinspritzanlage 5 ausgestattet, die für jeden Brennraum 4 einen Injektor 6 aufweist, mit dem flüssiger Kraftstoff direkt in einen der Brennräume 4 eingedüst werden kann. Ferner ist die Kraftstoffeinspritzanlage 5 für jeden Injektor 6 mit einer Heizeinrichtung 7 ausgestattet, mit deren Hilfe ein flüssiger Kraftstoff vorgeheizt werden kann. Dabei ist die jeweilige Heizeinrichtung 7 in einem zum Injektor 6 führenden Kraftstoffpfad 8 stromauf des jeweiligen Injektors 6 angeordnet. Im Beispiel sind alle Injektoren 6 über ihre Kraftstoffpfade 8 an eine gemeinsame Kraftstoffverteilerleiste 9 angeschlossen, so dass es sich beim hier gezeigten Beispiel der Kraftstoffeinspritzanlage 5 um ein sogenanntes Common-Rail-System handelt.
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Die Kraftstoffeinspritzanlage 5 ist ferner mit einer Steuereinrichtung 10 ausgestattet, die zum Ansteuern der Injektoren 6 und der Heizeinrichtungen 7 sowie eines Starters 11 dient. Hierzu ist die Steuereinrichtung 10 mit entsprechenden Steuerleitungen 12 mit den Injektoren, über Steuerleitungen 13 mit den Heizeinrichtungen 7 und über eine Steuerleitung 14 mit dem Starter 11 elektrisch verbunden. Die Steuereinrichtung 10 ist so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie ein weiter unten mit Bezug auf 5 näher erläutertes Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine 3 ausführen kann.
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Entsprechend 2 weist die jeweilige Heizeinrichtung 7 zumindest ein elektrisches Heizelement 15 auf, bei dem es sich bevorzugt um ein PTC-Element handelt. Elektrische Anschlüsse zum Betreiben des Heizelements 15 sind mit 16 bezeichnet. Die Heizeinrichtung 7 weist außerdem zumindest einen metallischen Wärmeleitblock 17 auf, der mit dem Heizelement 15 in Kontakt steht. Schließlich weist die Heizeinrichtung 7 zumindest einen Vorheizraum 18 auf, der in einem Gehäuse 19 der Heizeinrichtung 7 angeordnet bzw. von diesem umschlossen ist. Im Vorheizraum 18 befindet sich im Betrieb der Heizeinrichtung 7 ein vorbestimmtes, vorheizbares Volumen des Kraftstoffs. Im Vorheizraum 18 ist ferner der Wärmeleitblock 17 so angeordnet, dass er mit dem Kraftstoff in Kontakt steht, der sich im Betrieb der Heizeinrichtung 7 im Vorheizraum 18 befindet. Das Gehäuse 19 weist einerseits einen Kraftstoffeinlass 20 und andererseits einen Kraftstoffauslass 21 auf. Durch den Kraftstoffeinlass 20 kann Kraftstoff entsprechend einem Pfeil 22 in den Vorheizraum 18 eintreten. Durch den Kraftstoffauslass 21 kann Kraftstoff gemäß einem Pfeil 23 wieder aus dem Vorheizraum 18 austreten.
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Der Wärmeleitblock 17 besteht aus einem Metall, wodurch er eine vergleichsweise hohe Wärmeaufnahmekapazität besitzt. Bevorzugt ist dabei ein Metall, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Kupfer bzw. einer Kupferlegierung für den Wärmeleitblock 17, da sich Kupfer einerseits durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und andererseits durch eine hohe Wärmespeicherfähigkeit auszeichnet. Alternativ eignet sich aber auch Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung in besonderer Weise zur Realisierung des Wärmeleitblocks 17. Der Wärmeleitblock 17 weist eine Blockmasse BM auf. Der im Vorheizraum 18 enthaltene Kraftstoff besitzt dagegen eine Kraftstoffmasse KM. Zweckmäßig ist das Volumen des Vorheizraums 18 so auf den Wärmeleitblock 17 abgestimmt, dass die Blockmasse BM deutlich größer ist als die Kraftstoffmasse KM. Bevorzugt gilt dabei folgender Zusammenhang: 10 ≤ BM:KM ≤ 20.
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Bevorzugt ist die Blockmasse BM mindestens fünfzehnmal größer als die Kraftstoffmasse KM.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist im Vorheizraum 18 ein einziger Wärmeleitblock 17 vorgesehen, in dem ein einziges Heizelement 15 angeordnet ist. Denkbar sind auch Ausführungsformen mit mehreren Heizelementen 15 und/oder mit mehreren Wärmeleitblöcken 17. In 2 ist der flüssige Kraftstoff, der im Betrieb der Heizeinrichtung 7 den Vorheizraum 18 ausfüllt, mit 24 bezeichnet.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist rein exemplarisch vorgesehen, dass im Vorheizraum 18 zwei Heizelemente 15 zum Beheizen von zwei separaten Wärmeleitblöcken 17 dienen. Zweckmäßig besitzen die Heizelemente 15 hier gemeinsame Anschlüsse 16. Vom Kraftstoff 24 ist in 3 nur eine mit den Wärmeleitblöcken 17 in Kontakt stehende Randschicht dargestellt, die jedoch ebenfalls mit 24 bezeichnet ist. In 3 ist außerdem ein Temperaturverlauf 25 eingetragen, der sich im Betrieb der Heizeinrichtung 7 während einer Aufheizphase der Heizeinrichtung 7 über einen wesentlichen Zeitraum, also über mindestens 50% der Zeitdauer der Aufheizphase, einstellen kann. Hierbei stellt sich im Inneren zwischen den beiden Heizelementen 15 bei T1 eine Maximaltemperatur ein, bei der es sich beispielsweise um die Grenztemperatur der PTC-Elemente handeln kann. Am Übergang zwischen Heizelement 15 und Wärmeleitblock 17 liegt bei T2 eine im Vergleich dazu reduzierte Temperatur vor. Eine weitere reduzierte Temperatur liegt bei T3 zwischen Wärmeleitblock 17 und Kraftstoff 24 vor. Die niedrigste Temperatur findet sich schließlich bei T4 im Kraftstoff 24.
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Gemäß 4 kann der hier nur noch zum Teil dargestellte Wärmeleitblock 17 an seiner vom Heizelement 15 abgewandten Seite eine Vielzahl von Rippen 26 aufweisen, die zweckmäßig parallel zueinander in den Vorheizraum 18 hineinragen, so dass sie bei befülltem Vorheizraum 18 mit dem Kraftstoff 24 in Kontakt stehen. Benachbarte Rippen 26 können dabei einen Rippenabstand 27 aufweisen. Dieser beträgt maximal 1,0 mm. Ferner beträgt der Rippenabstand 27 mindestens 0,1 mm. Besonders vorteilhaft ist ein Rippenabstand 27 von etwa 0,5 mm.
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Der jeweilige Wärmeleitblock 17 besitzt eine Aufnahmeoberfläche A1, die mit dem jeweiligen Heizelement 15 in Kontakt steht und dieses dabei zweckmäßig großflächig berührt. Über die Wärmeaufnahmeoberfläche A1 nimmt der Wärmeleitblock 17 im Betrieb der Heizeinrichtung 7 somit Wärme vom jeweiligen Heizelement 15 auf. Des Weiteren besitzt der Wärmeleitblock 17 eine Abgabeoberfläche A2, die mit dem Kraftstoff 24 des befüllten Vorheizraums 18 in Kontakt steht. Insbesondere in Verbindung mit den vorstehend genannten Rippen 26 lässt sich der Wärmeleitblock 17 so ausgestalten, dass seine Abgabeoberfläche A2 deutlich größer ist als seine Aufnahmeoberfläche A1. Bevorzugt erfolgt die Auslegung des Wärmeleitblocks 17 derart, dass folgender Zusammenhang gilt: 20 ≤ A2:A1 und/oder A2:A1 ≤ 40.
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Bevorzugt gilt: 20 ≤ A2:A1 ≤ 40.
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Im Diagramm der 5 ist auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate eine Heizleistung q aufgetragen ist. Das Diagramm enthält dabei mehrere Verlaufslinien I, II und III, die jeweils in zwei Varianten A mit durchgezogener Linie und C mit unterbrochener Linie dargestellt sind, so dass letztlich folgende Verlaufslinien erkennbar sind: I A, I C, II A, II C, III A und III C. Der erste Verlauf I entspricht der elektrischen Leistungsaufnahme des Heizelements 15 und tritt am Heizelement 15 auf. Zur Veranschaulichung ist eine korrespondierende Position in 3 ebenfalls mit I bezeichnet. Der zweite Verlauf II tritt am Übergang zwischen dem Heizelement 15 und dem Wärmeleitblock 17 auf. Eine entsprechende Position ist in 3 mit II gekennzeichnet. Der dritte Verlauf III tritt am Übergang zwischen dem Wärmeleitblock 17 und dem Kraftstoff 24 auf. Eine entsprechende Position ist in 3 mit III gekennzeichnet. Die Indizierung mit A erfolgt dann, wenn der Wärmeleitblock 17 aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Die Indizierung mit C erfolgt dagegen, wenn der Wärmeleitblock 17 aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung hergestellt ist.
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Nachfolgend wird anhand des Diagramms der 5 ein Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine 2 näher erläutert. Der eigentliche Startvorgang erstreckt sich dabei von einem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t2 und ist in eine Aufheizphase AP und eine Startphase SP unterteilt. Die Aufheizphase AP erstreckt sich vom Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t1. Die Startphase SP schließt sich an die Aufheizphase AP an und erstreckt sich somit vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2.
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Während der Aufheizphase AP wird das jeweilige Heizelement 15 bestromt, so dass Wärme vom Heizelement 15 in den zugehörigen Wärmeleitblock 17 eingeleitet und von diesem in den am jeweiligen Wärmeleitblock 17 ruhenden Kraftstoff 24 übertragen wird. Gemäß den Verläufen I, II und III erfolgt die Wärmeübertragung vom Heizelement 15 auf den Wärmeleitkörper 17 deutlich besser als vom Wärmeleitkörper 17 auf den ruhenden Kraftstoff 24. Dementsprechend liegt der Verlauf II in der Aufheizphase AP oberhalb des Verlaufs III. Die elektrische Leistungsaufnahme des Heizelements 15 ist gemäß dem Verlauf I dabei während der gesamten Aufheizphase AP stets oberhalb der Wärmeaufnahme des Wärmeleitblocks 17 gemäß dem Verlauf II. Somit ist ein Aufnahmewärmestrom des Wärmeleitkörpers 17, der durch den Verlauf II repräsentiert ist, während der Aufheizphase AP stets größer als ein Abgabewärmestrom des Wärmeleitblocks 17, der durch den Verlauf III repräsentiert ist. Während der Aufheizphase AP ruht der Kraftstoff im Vorheizraum 18.
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Im Unterschied dazu wird während der Startphase SP der Kraftstoff 24 dem jeweiligen Injektor 6 zugeführt, so dass der Vorheizraum 18 vom Kraftstoff durchströmt ist. Demnach strömt vorgeheizter Kraftstoff durch den Kraftstoffaustritt 21 aus dem Vorheizraum 18 ab, während unbeheizter, kalter Kraftstoff durch den Kraftstoffeintritt 20 in den Vorheizraum 18 einströmt. Der strömende Kraftstoff kann deutlich mehr Wärme vom Wärmeleitkörper 17 abführen als der ruhende Kraftstoff. Dementsprechend steigt der Verlauf III in der Startphase SP deutlich an und übersteigt insbesondere die Verläufe I und II. Zu Beginn der Startphase SP, also während einer Anfangsphase ASP der Startklasse S'P, kann somit gemäß dem Verlauf III deutlich mehr Wärme vom Wärmeleitkörper 17 auf den Kraftstoff 24 übertragen werden als gleichzeitig gemäß dem Verlauf II vom Heizelement 15 auf den Wärmeleitkörper 17 übertragen wird. Die auf den Kraftstoff 24 übertragene Wärmeleistung ist in dieser Anfangsphase ASP gemäß dem Verlauf III dabei auch deutlich größer als die zur gleichen Zeit vom Heizelement 15 gemäß dem Verlauf I aufgenommene elektrische Heizleistung. In seinem Maximum ist der Wärmeabgabestrom des Wärmeleitblocks 17 gemäß dem Verlauf III mindestens 25% größer als das Maximum der elektrischen Heizleistung des Heizelements 15 gemäß dem Verlauf I. Bemerkenswert ist, dass auch zu Beginn dieser Startphase SP gemäß dem Verlauf II die vom Wärmeleitkörper 17 aufgenommene Wärme in der Anfangsphase ASP größer ist als die gemäß dem Verlauf I gleichzeitig vorliegende elektrische Heizleistung des jeweiligen Heizelements 15. Gegen Ende der Startphase SP konvergieren sämtliche Verläufe I, II und III, da sich dann ein stationärer Zustand eingestellt hat, bei dem die zugeführte elektrische Heizleistung abgesehen von unvermeidbaren Verlusten vom Heizelement 15 auf den Wärmeleitkörper 17 und vom Wärmeleitkörper 17 auf den Kraftstoff 24 übertragen wird. Insbesondere konvergieren die Verläufe I, II, III dabei auf den Wert der maximalen elektrischen Heizleistung des jeweiligen Heizelements 15.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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