DE102019115924A1 - Injection nozzle for an internal combustion engine in a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einspritzdüse (100) für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen metallischen Kraftstoffkanal (101), ein Heizelement (103) und ein Isolierelement (102), wobei das Isolierelement (102) umlaufend um den Kraftstoffkanal (101) und zwischen dem Kraftstoffkanal (101) und dem Heizelement (103) angeordnet ist, wobei das Heizelement (103) umlaufend um das Isolierelement (102) angeordnet ist, und wobei das Isolierelement (102) elektrisch isolierend ausgebildet ist, wobei das Isolierelement (102) einen Wärmeleitkoeffizienten von mehr als
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritzdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an injection nozzle according to the preamble of
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Einspritzdüsen nahe einer Austrittsöffnung für den Kraftstoff zu beheizen, damit der Kraftstoff kurz vor dem Eintritt in die Brennkammer erhitzt wird. Dies geschieht vor allem, um eine gute Durchmischung des Kraftstoffs mit Sauerstoff zu erreichen. Der Kraftstoff soll zumindest teilweise bereits vor Eintritt in die Brennkammer verdunsten, um ein homogenes gasförmiges Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisch zu erhalten.It is known from the prior art to heat injection nozzles near an outlet opening for the fuel so that the fuel is heated shortly before it enters the combustion chamber. This is done primarily in order to achieve thorough mixing of the fuel with oxygen. The fuel should at least partially evaporate before it enters the combustion chamber in order to obtain a homogeneous gaseous fuel-oxygen mixture.
Aus der
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzdüse mit einem besser aufzuheizenden Kraftstoffkanal zu schaffen. Außerdem soll ein solches Kraftfahrzeug und ein solches Verfahren geschaffen werden.In contrast, the present invention is based on the object of creating an injection nozzle with a fuel channel that can be heated better. In addition, such a motor vehicle and such a method are to be created.
Diese Aufgabe wird durch eine Einspritzdüse gemäß Anspruch 1, durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an injection nozzle according to
Die Einspritzdüse umfasst einen metallischen Kraftstoffkanal, ein Heizelement und ein Isolierelement. Der Kraftstoffkanal kann dazu ausgebildet sein, dass Kraftstoff durch ihn hindurch in eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs strömt. Das Isolierelement ist umlaufend um den Kraftstoffkanal zwischen dem Kraftstoffkanal und dem Heizelement angeordnet. Das Heizelement ist umlaufend um das Isolierelement angeordnet. Das Isolierelement ist elektrisch isolierend ausgebildet. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein durch das Heizelement strömender Strom nicht den Kraftstoffkanal erreicht. Der Kraftstoffkanal kann insbesondere eine Kraftstoffflussrichtung definieren und dazu ausgebildet sein, umlaufende Kreisströme in einer Ebene senkrecht zur Kraftstoffflussrichtung zu ermöglichen.The injection nozzle includes a metallic fuel passage, a heating element and an insulating element. The fuel channel can be designed so that fuel flows through it into a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle. The insulating element is arranged circumferentially around the fuel channel between the fuel channel and the heating element. The heating element is arranged circumferentially around the insulating element. The insulating element is designed to be electrically insulating. This can mean in particular that a current flowing through the heating element does not reach the fuel duct. The fuel channel can in particular define a fuel flow direction and be designed to allow circulating circular flows in a plane perpendicular to the fuel flow direction.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Isolierelement einen Wärmeleitkoeffizienten von mehr als
Im Betrieb kann ein Wechselstrom durch das Heizelement geleitet werden, der zum einen Wirbelströme im Kraftstoffkanal induziert und so den Kraftstoffkanal, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aufheizt. Zusätzlich dazu wird das Heizelement durch den Wechselstrom ebenfalls erhitzt. Aufgrund der relativ guten Wärmeleitfähigkeit des Isolierelements wird diese Hitze zumindest teilweise zum Kraftstoffkanal weitergeleitet und trägt somit ebenfalls zur Erhitzung des Kraftstoffkanals bei.During operation, an alternating current can be passed through the heating element, which on the one hand induces eddy currents in the fuel duct and thus heats the fuel duct, as is known from the prior art. In addition to this, the heating element is also heated by the alternating current. Due to the relatively good thermal conductivity of the insulating element, this heat is at least partially passed on to the fuel duct and thus also contributes to the heating of the fuel duct.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Isolierelement aus Keramik und/oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Der Verbundwerkstoff kann vorzugsweise ein Metalloxid umfassen. Ein solcher Verbundwerkstoff ist insbesondere vorteilhaft, da er elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ist.According to one embodiment of the invention, the insulating element can consist of ceramic and / or a composite material. The composite material can preferably comprise a metal oxide. Such a composite material is particularly advantageous because it is electrically insulating and thermally conductive.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Verbundwerkstoff ZnO, Ti2O5 und/oder Ta2O5 umfassen. Diese Werkstoffe eignen sich besonders gut, um einen thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Verbundwerkstoff herzustellen.According to one embodiment of the invention, the composite material can comprise ZnO, Ti 2 O 5 and / or Ta 2 O 5 . These materials are particularly suitable for producing a thermally conductive and electrically insulating composite material.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Verbundwerkstoff eine Keramik umfassen.According to one embodiment of the invention, the composite material can comprise a ceramic.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Isolierelement einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 107 Ω×cm, vorzugsweise mehr als 1010 Ω×cm, aufweisen.According to one embodiment of the invention, the insulating element can have a specific electrical resistance of more than 10 7 Ω × cm, preferably more than 10 10 Ω × cm.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kraftstoffkanal aus einem para- oder ferromagnetischen Material bestehen. Dies ist vorteilhaft, um den Kraftstoffkanal durch induzierte Wirbelströme zu erhitzen. Beispielsweise kann der Kraftstoffkanal aus Stahl, vorzugsweise einem nicht rein austenitischen Edelstahl, bestehen.According to one embodiment of the invention, the fuel channel can consist of a para- or ferromagnetic material. This is advantageous in order to heat the fuel duct by induced eddy currents. For example, the fuel channel can be made of steel, preferably a non-purely austenitic stainless steel.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Kraftstoffkanal aus einem Material mit einer magnetischen Permeabilität von mehr als 5, vorzugsweise mehr als 10, bestehen.According to one embodiment of the invention, the fuel channel can consist of a material with a magnetic permeability of more than 5, preferably more than 10.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Heizelement wendelförmig angeordnet sein. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass das Heizelement mehrere Windungen aufweisen kann, die um eine Längsachse herum angeordnet und miteinander verbunden sind. Die Windungen können dabei den gleichen Abstand von der Längsachse aufweisen. Vorzugsweise verläuft die Längsachse innerhalb des Kraftstoffkanals.According to one embodiment of the invention, the heating element can be arranged helically. In the context of this description, this is understood in particular to mean that the heating element can have a plurality of turns which are arranged around a longitudinal axis and are connected to each other. The turns can have the same distance from the longitudinal axis. The longitudinal axis preferably runs within the fuel channel.
Die wendelförmige Anordnung ist vorteilhaft für die Heizfunktion des Heizelements, insbesondere können so besonders gut Wirbelströme im Kraftstoffkanal induziert werden.The helical arrangement is advantageous for the heating function of the heating element, in particular eddy currents can be induced particularly well in the fuel channel.
Vorzugsweise besteht das Heizelement aus einem Material, das elektrisch besser leitfähig ist als das Material des Kraftstoffkanals. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen. The heating element is preferably made of a material that is more electrically conductive than the material of the fuel channel. The heating element can for example consist of a metal or a metal alloy.
Beispielsweise kann das Heizelement aus Kupfer, Aluminium, Wolfram oder aus einer Legierung zumindest zweier dieser Materialien bestehen.For example, the heating element can consist of copper, aluminum, tungsten or an alloy of at least two of these materials.
Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine und eine Einspritzdüse nach einer Ausführungsform der Erfindung.The motor vehicle according to claim 9 comprises an internal combustion engine and an injection nozzle according to one embodiment of the invention.
Beim Verfahren gemäß Anspruch 10 wird das Heizelement zunächst aufgeheizt, indem ein elektrischer Wechselstrom, vorzugsweise mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz, hindurch geleitet wird. Dabei wird Wärme vom Heizelement über das Isolierelement zum Kraftstoffkanal übertragen. Außerdem werden Wirbelströme im Kraftstoffkanal durch den Wechselstrom induziert. Die Wirbelströme können dabei insbesondere senkrecht um eine durch den Kraftstoffkanal definierte Kraftstoffflussrichtung kreisen.In the method according to
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt
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1 eine schematische Längsschnittansicht einer Einspritzdüse nach einer Ausführungsform der Erfindung; -
2 ein schematisches Ersatzschaltbild, anhand dessen das elektrische Verhalten der Einspritzdüse aus1 erklärt wird; -
3 ein schematisches Diagramm der Impedanz des Heizelements der Einspritzdüse aus1 in Abhängigkeit von einer Wechselstromfrequenz; und -
4 ein schematisches Diagramm einer Phasenverschiebung des durch das Heizelement der Einspritzdüse aus1 geleiteten Wechselstroms.
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1 a schematic longitudinal sectional view of an injection nozzle according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic equivalent circuit diagram, on the basis of which the electrical behavior of theinjection nozzle 1 is explained; -
3 Figure 8 is a schematic diagram of the impedance of theinjector heater element 1 as a function of an alternating current frequency; and -
4th Figure 3 is a schematic diagram of a phase shift of theinjector heater element 1 conducted alternating current.
Die Einspritzdüse
Der Kraftstoffkanal
Im Betrieb wird ein Wechselstrom durch das Heizelement
Beim Ersatzschaltbild in
Die gemessene Impedanz
Die in
Die durch die Wirbelströme im Kraftstoffkanal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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