DE19843317A1 - Beheiztes Einspritzventil für fremdgezündete Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein beheiztes Einspritzventil zum dosierten Einbringen von Kraftstoff in den Ansaugtrakt einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Einspritzventil ist mit DE 196 29 589 A1 beschrieben. Bei diesem Einspritzventil befindet sich zwischen einer zum gesteuerten Abheben des Ventilkörpers vorgesehenen Magnetspule und einem Wärmetausch-Abschnitt des Ventilgehäuses ein Material mit hoher Wärmeleitfähig­ keit bzw. ein Peltier-Element, so daß die von der Magnet­ spule erzeugte thermische Verlustleistung zur Vorwärmung des Brennstoffes ausgenutzt wird. Zur weiteren Beheizung des Kraftstoffes wird eine zusätzliche Heizwicklung vor­ geschlagen, die von dem Material hoher Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Kraftstoff abgedeckt wird.

Bei einem Start der Brennkraftmaschine oder bei einem Lastwechsel mit sich erhöhendem Brennstoffbedarf tritt ein Verzug der Kraftstofferwärmung dadurch auf, daß je­ desmal die abdeckenden Materialien erwärmt werden müssen, bevor die Heizwärme den Kraftstoff erreicht.

Mit DE 20 57 972 ist ein Einspritzventil dargestellt, bei dem das Heizelement dicht vor der Einspritzstelle aus ei­ ner Vielzahl von Kapillar-Röhrchen oder engen Spalten be­ steht, durch welche der Kraftstoff geleitet wird. Bei ei­ ner solchen Ausführung besteht die Gefahr, daß die Kapi­ llaren bzw. die Spalten durch Verunreinigungen im Kraft­ stoff verstopfen und damit die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.

Bei dem nach DE 22 10 250 beschriebenen Einspritzventil besteht das dicht vor der Einspritzstelle befindliche Heizelement aus einer sich um die Düsennadel erstrecken­ den Hülse, die als stromdurchflossener elektrischer Lei­ ter ausgebildet ist oder in der ein Heizleiter eingebet­ tet ist.

In beiden vorgeschlagenen Fällen werden sich an der dem Kraftstoff zugewandten Seite der Hülse Ablagerungen an­ setzen, die den Wärmeübergang behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beheiztes Einspritzventil der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Beheizung des Kraftstoffes ohne Re­ gelverzug möglich ist und eine Verstopfung durch Verun­ reinigungen sowie ein nachteiliges Ansetzen von Ablage­ rungen an den Heizkörper vermieden wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Vorteil eines NTC-Heizleiters gegenüber einem soge­ nannten Kaltleiter bzw. PTC-Heizelement liegt darin, daß die Heizleistung unabhängig von der Heizungstemperatur gesteuert werden kann. Dadurch wird die Dynamik soweit verbessert, daß es mit einer entsprechenden Steuerung der Heizleistung ab dem Startvorgang möglich ist, bereits beim ersten Einspritzvorgang eine für die Kraftstoffauf­ bereitung optimale Kraftstofftemperatur zu erreichen.

Als optimale Kraftstofftemperatur ist die Temperatur an­ zusehen, bei der sich der an sich bekannte Flash-Boiling-Effekt einstellt, ein Zustand, bei dem es beim Druck­ sprung des aus der Mündung der Düse austretenden Kraft­ stoffs zum schlagartigen Verdampfen leicht siedender Kraftstoffkomponenten kommt. Dieser Effekt ist z. B. für Dieselkraftstoff mit DE 32 43 809 beschrieben. Durch den entstehenden Kraftstoffdampf wird jedoch der bei Otto-Kraftstoff noch flüssige Kraftstoffanteil des Einspritz­ strahles zusätzlich zerstäubt, so daß sich ein wesentlich feineres Tropfenspektrum ergibt als bei ausschließlicher Nutzung von Druckenergie zur Zerstäubung. Gleichzeitig führt das schlagartige Verdampfen nach dem Austritt zu einer starken Aufweitung des Einspritzstrahls. Der Flash-Boiling-Effekt ist saugrohrdruckabhängig, wobei bei höhe­ ren Saugrohrabsolutdrücken der Verdampfungseffekt bei höheren Kraftstofftemperaturen auftritt. Es ist somit zweckmäßig, die Steuerung der Heizleistung des Einspritz­ ventiles auch vom Saugrohrabsolutdruck abhängig zu ma­ chen.

Ein weiterer Vorteil des NTC-Heizleiters liegt darin, daß sich durch die Dichteänderung beim Heizen keine Ablage­ rungen bzw. Verkokungen am Heizleiter bilden. Dieses Selbstreinigungsverhalten wird durch die Ausbildung des Heizleiters als drahtförmiger Widerstandsleiter weiter verstärkt. Die Anordnung des drahtförmigen Widerstands­ leiters als Spirale oder Mäander an der Wandung des Ven­ tilgehäuses rings um den Ventilkörper und nahe der Ein­ spritzstelle sichert eine gleichmäßige und schnelle Er­ wärmung der unmittelbar vor dem Abspritzen befindlichen Kraftstoffmenge. Die unmittelbare Umspülung des drahtför­ migen Widerstandleiters bewirkt einen guten Wärmeübergang auf den Kraftstoff, so daß kaum ein Regelverzug bei der Regelung der Kraftstofftemperatur eintritt.

In besonders vorteilhafter Weise kann der drahtförmige Widerstandsleiter an Ösen aufgehängt sein, die an einem speziellen die innere Wandung des Ventilgehäuses bilden­ den Heizleiterträger befestigt sind und den Widerstands­ leiter mit Abstand von der Wandung tragen. Durch diese Aufhängung des Widerstandleiters erfolgt eine Verwirbe­ lung und Durchmischung des ihm umgebenden Kraftstoffes, welche die gleichmäßige Aufheizung des gesamten Kraft­ stoffs unterstützt.

Darüberhinaus erlaubt die Aufhängung des Widerstandlei­ ters mittels Ösen eine Längenänderung des Widerstandlei­ ters beim Beheizen, ohne daß es zu Berührungen zwischen den einzelnen Schleifen des Widerstandleiters bzw. zwi­ schen dem Widerstandsleiters und der benachbarten Wandung kommt.

Da bei Erreichen einer Kraftstofftemperatur, bei der sich der Flash-Boiling-Effekt einstellt, sich das Strahlbild der Einspritzung ändert und Otto-Kraftstoffe bekanntlich aus mehreren Kraftstoffkomponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten bestehen, kann das Strahlbild durch Verände­ rung der aktuellen Heizleistung und damit der Kraftstoff­ temperatur variiert werden. Dies kann gezielt zur Opti­ mierung des Betriebsverhaltens der Bremskraftmaschine, z. B. des Warmlaufbetriebes, eingesetzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemä­ ßes Einspritzventil;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Ventilge­ häuses des Einspritzventils nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung und geschnit­ ten.

Das Einspritzventil besteht im wesentlichen aus einem Ventilgehäuse 1 mit einem Düsenkörper 2 und einem dazu axial beweglich geführten,Ventilkörper 3, einer Schließ­ feder 4 sowie einer Einrichtung 5 zum gesteuerten Abheben des Ventilkörpers 3 vom Düsenkörper 2. Dazu ist die Ein­ richtung 5 mit einer Magnetspule 6 versehen, die bei An­ steuerung mit einem elektrischen Strom von einer Steuer­ einheit aus über die Kontakte 7 einen mit dem Ventilkör­ per 3 verbundenen Anker 8 entgegen der Kraft der Schließ­ feder 4 anzieht und so vom Ventilsitz des Düsenkörpers 2 abhebt. Das Einspritzventil ist mit einer Kraftstoffzu­ führöffnung 9 versehen, die mit einer Dichtung 10 gegen­ über einer Kraftstoffzuführleiste abgedichtet ist. Mit einer weiteren Dichtung 11 ist das Einspritzventil in ei­ ner Öffnung des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine ab­ gedichtet. Die Einrichtung 5 ist von einem Gehäuse 12 um­ schlossen.

Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich in dem Ventilgehäuse 1 ein Heizleiterträger 13, der gegenüber dem Ventilgehäuse 1 durch eine Isolierfolie 14 isoliert ist. Der Heizlei­ terträger 13 trägt einen in Mäandern angeordneten draht­ förmigen Widerstandsleiter 15 mit einem negativen Tempe­ raturkoeffizienten (NTC). Der Widerstandsleiter 15 ist über Kontakte 16 mit elektrischer Energie versorgbar, welche durch eine Steuereinheit regelbar ist. Mit 17 ist eine obere Ventilkörperführung bezeichnet. Eine untere Ventilkörperführung 18 ist von der inneren Wandung des Düsenkörpers 2 gebildet.

Der Widerstandsleiter 15 ist an dem Heizleiterträger 13 mittels Ösen 19 aufgehängt, die an der Wandung des Heiz­ leitersträgers 13 befestigt sind.

Dem Einspritzventil wird von einer Kraftstoffpumpe Kraft­ stoff unter Druck an der Kraftstoffzuführöffnung 9 zuge­ führt, so daß der Kraftstoff den Innenraum des Ventilge­ häuses 1 ausfüllt. Er umspült somit auch den Widerstands­ leiter 15, der beim Start der Brennkraftmaschine mit Strom versorgt wird, so daß er sich sehr schnell erwärmt und dabei auch die relativ kleine Menge Kraftstoff unmit­ telbar vor der Einspritzstelle aufheizt. Durch ein getak­ tetes Anheben des Ventilkörpers 3 durch Beschicken der Magnetspule 6 mit Strom, wobei die Taktung von der Steu­ ereinheit bemessen wird, gelangt der aufgeheizte Kraft­ stoff durch die Düse des Düsenkörpers 2 in den Ansaug­ trakt der Brennkraftmaschine. Beim Austreten des Kraft­ stoffes aus der Düse tritt eine teilweise Verdampfung ein, wie weiter vorne beschrieben.

Der direkt im Kraftstoffliegende Widerstandsleiter 15 mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) kann einer­ seits in seiner Heizleistung unabhängig von der bereits erreichten Heiztemperatur gesteuert werden, so daß eine sehr schnelle Erwärmung des Kraftstoffes auch bei Kalt­ start ermöglicht wird, andererseits wird durch die Dich­ teänderung des Widerstandsleiters 15 beim Heizen ein Ab­ lagern von Verunreinigungen oder eine Verkokung sicher vermieden, so daß die Heizwirkung auch über eine längere Lebensdauer gleichmäßig erhalten wird. Der Energieaufwand zur Erwärmung der unmittelbar vor der Einspritzstelle im Einspritzventil befindlichen Kraftstoffmenge ist sehr niedrig, da diese Kraftstoffmenge gering ist und ein op­ timaler Wärmeübergang direkt auf diese Kraftstoffmenge gegeben ist.

Die Anbringung des Widerstandsleiters 15 an dem Heizlei­ terträger 13 erleichtert die Fertigung des Einspritzven­ tils, da der Heizleiterträger 13 mit dem Widerstandslei­ ter 15 als Montageeinheit vorgefertigt werden kann, um dann als Einheit in das Ventilgehäuse 1 eingesetzt werden zu können. Auch die Isolierfolie 14 kann bei der Vormon­ tage dieser Einheit berücksichtigt werden. Die Isolierfo­ lie 14 zwischen dem Heizleiterträger 13 und der Wand des Ventilgehäuses 1 reduziert den Wärmeabfluß auf das Ven­ tilgehäuse 1 und damit auch den Energieverbrauch für die Kraftstoffheizung.

Durch die Aufhängung des Widerstandsleiters 15 mittels Ösen 19 an dem Heizleiterträger 13 hat der Widerstands­ leiter 15 immer einen geringen Abstand von der Wandung des Heizleitersträgers 13. Ebenso wird dadurch Berührun­ gen der einzelnen Schleifen des Widerstandsleiters 15 auch bei Längenänderungen infolge des Heizvorganges si­ cher vorgebeugt.

Die Aufhängung des Widerstandsleiters 15 an den Ösen 19 fördert die Verwirbelung des aufzuheizenden Kraftstoffes und damit die Gleichmäßigkeit der Aufheizung.

Claims (4)

1. Beheiztes Einspritzventil zum dosierten Einbringen von Kraftstoff in den Ansaugtrakt einer fremdgezün­ deten Brennkraftmaschine, umfassend ein Ventilge­ häuse mit einem Düsenkörper und einem axial im Ven­ tilgehäuse angeordneten beweglichen, die Düse des Düsenkörpers in einer Endlage verschließenden Ven­ tilkörper, einer auf den Ventilkörper in Richtung seiner Schließlage wirkenden Schließfeder, einer Einrichtung zum gesteuerten Abheben des Ventilkör­ pers vom Düsenkörper entgegen der Kraft der Schließ­ feder sowie einem unmittelbar vor der Einspritz­ stelle im Ventilgehäuse angeordneten, in seiner Heizleistung steuerbaren elektrischen Heizelement zur Erwärmung des einzuspritzenden Kraftstoffs, da­ durch gekennzeichnet, daß das Heizelement von einem drahtförmigen Widerstandsleiter (15) mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) gebildet ist, der un­ mittelbar vom Kraftstoff vor dem Düsenkörper (2) um­ spült ist und der in Wendeln oder Mäandern an der inneren Wandung des Ventilgehäuses (1) um den Ven­ tilkörper (3) herum gehalten ist.

2. Einspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Widerstandsleiter (15) von einem Heizleiterträger (13) gehalten ist, der sich an der inneren Wandung des Ventilgehäuses (1) rund um den Ventilkörper (3) abstützt.

3. Einspritzventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Widerstandsleiter (15) am Heizleiterträger (13) mittels an dessen Wandung be­ festigten Ösen (19) aufgehängt ist.

4. Einspritzventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem Heizleiterträger (13) und der Wandung des Ventilgehäuses (1) eine Isolier­ folie (14) vorgesehen ist.