DE2210250A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung insbesondere fuer den kaltstart und den warmlauf fremdgezuendeter brennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung insbesondere fuer den kaltstart und den warmlauf fremdgezuendeter brennkraftmaschinen

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Description

.2. 07 81
R.
29 1972 Bö/Kb
Anlage zur
Patent- und
Gebrauchs must erhilf s annteldung
ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1
Kraftstoffeinspritzvorrichtung insbesondere für den Kaltstart und den Warmlauf fremdgezündeter Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung insbesondere für den Kaltstart und den Warmlauf fremdgezündeter Brennkraftmaschinen mit direkt vor der Einspritzstelle erfolgender durch die die Gemischbildung beeinflussenden Motortemperaturen steuerbare Erwärmung des Kraftstoffs mittels eines elektrischen Heizelements bei Motortemperaturen unterhalb der optimalen Betriebstemperatur in dem Maße,.daß der überwiegende Teil der in den Brennraum der Kraftmaschine einzubringenden Kraftstoffmenge spätestens unmittelbar nach Austritt aus der Einspritzvorrichtung in die zur motorischen Verbrennung notwendigen Gasphase übergeht.
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Bei den in der Hauptanmeldung beschriebenen Ausführungsbeispielen kann es unter Umständen passieren, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine aus dem Leerlauf plötzlich durch schnelles Gasgeben beschleunigt werden soll, daß es zu Unterbrechungen des stetigen Laufes des Motors oder zu seinem vollständigen Stillstand kommt. Auch in den anderen Betriebsbereichen kann durch unstetige Benzineinspritzung der Lauf des Motors u.U. etwas unregelmäßig sein. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Kaltstart von mit Vergaserkraftstoff betriebenen fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ohne Kraftstoffmehrmenge möglichst vom ersten Kompressionshub ab Verbrennung und Hochlaufen des Motors zu erreichen und während der Warmlaufphase ohne Kraftstoffanreicherung auszukommen unter Gewährleistung eines störungsfreien, stetigen Betriebs.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zwischen der Eintrittsstelle des Kraftstoffes in das Heizelement und einer Austrittsstelle aus der Einspritzvorrichtung aufnehmbare Kraftstoffvolurnen möglichst klein jedoch kleiner ist als das im Leerlauf bei etwa acht Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine eingespritzte Volumen. Dies hat den Vorteil, daß die die Aussetzer verursachende Kraftstofffehlmenge beim plötzlichen übergang vom Leerlauf zu Teil- oder Vollast so klein gehalten wird, daß das vorhandene Schwungmoment der Brennkraftmaschine ausreicht, den aufgrund des Kraftstoffmangels auftretenden Antriebsverlust bis zum Einsetzen eines regelmäßigen Kraftstofflusses auszugleichen. Aufgrund des möglichst kleingehaltenen Raums zwischen Heizelement und Kraftstoffaustrittsstelle ist auch die dort vorhandene Dampfmenge kleiner. Diese Dampfmenge, die bei konstanter Heizleistung und steigendem Kraftstoffdurchsatz anteilmäßig immer kleiner wird, muß beim plötzlichen übergang von Leerlauf zu
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Voll- oder Teillast z.T. durch flüssigen Kraftstoff ersetzt werden, was zu einer Minderung der Kraftstoffeinspritzmenge führt und eingangs beschriebene Nachteile mit sich zieht, wenn das Volumen zwischen Heizelement und Kraftstoffaustrittsstelle zu groß ist.
Um den mit Kraftstoff gefüllten Raum im Heizelement und zwischen Heizelement und Kraftstoffaustrittsstelle möglichst klein zu halten, ist in weiterer Ausführung der Erfindung das elektrische Heizelement im Druckraum eines Einspritzventils mit einer sich in Strömungsrichtung des unter Druck zugeführten Kraftstoffes gegen die Kraft einer Feder öffnenden Ventilnadel dicht vor der Austrittsstelle angeordnet und durch eine Isolation gegen Wärmeverlust an die Umgebung des Einspritzventils geschützt, wobei das Heizelement unmittelbar von dem aufzuheizenden Kraftstoff umgeben ist oder diesen mittelbar über einen Wärmeübertragungskörper mit großer Oberfläche erwärmt. Dies bringt den weiteren Vorteil einer schnellen Aufheizung mit sich.
Um zu verhindern, daß der das elektrische Heizelement diirehströmende Kraftstoff unregelmäßig erwäimt wird, was wiederum zu Unregelmäßigkeiten in der Kraftstoffeinspritzung führt, ist das elektrische Heizelement nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung so aufgebaut, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes im Heizelement möglichst groß ist mit einem Druckverlust, der an allen Durchflußstellen möglichst die gleiche Größe hat, bei maximaler Kraftstoffdurchflußmenge jedoch höchstens 10 bis 15 % des Ventilöffnungsdrucks des Kraftstoffs beträgt. Dies hat den Vorteil, daß eine örtliche Gasblasenbildung vermieden wird, die u.U. zu einem Blockieren und einer starken überhitzung eines Teils des elektrischen Heizelementes führen kann.
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Somit werden auch die unmittelbaren Folgen einer solchen teilweisen Überhitzung des Heizelements wie unstetige Abspritzung .und Ausfall des Heizelements beseitigt.
Um den "schädlichen Raum" zwischen Heizelement und Kraftstoffaustrittsstelle möglichst klein zu halten, wird in einer weiteren Ausbildung der Erfindung das elektrische Heizelement hülsenartig um die Ventilnadel des Einspritzventils angeordnet, wobei sich auch zur Vergrößerung der Heizfläche und axialen Verkürzung des Heizelementes zwischen diesem und der Ventilnadel ein Zwischenkörper befinden kann.
Um das elektrische Heizelement leicht austauschen zu können, ist es so angeordnet, daß es in Stromungsrichtung vor der Ventilnadel liegt, wobei diese zur Vermeidung eines großen schädlichen Raumes sehr kurz gehalten wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung besteht das elektrische Heizelement aus einer Heizspirale. Dies hat den Vorteil, daß sich das Heizelement günstig herstellen läßt, zum anderen ist die Verwirbelung und die Strömungsgeschwindigkeit beim Durchtritt des Kraftstoffs durch die Heizwicklung sehr groß und damit der Wärmeübergang gut.
Bei einer anderen Ausführung der Erfindung besteht das Heizelement aus einem mit stromleitenden Material beschichteten mindestens einteiligen Trägerkörper. Um die Heizleistung dieses Elements dem abnehmenden Temperaturgefälle zwischen Kraftstoff- und Heizkörpertemperatur anzugleichen, nimmt in vorteilhafter Ausführung die Schichtdicke des stromleitenden Materials auf lern Trägerkörper in Strömungsrichtung des Kraftstoffes
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung besteht das elektrische Heizelement aus einer Vielzahl von Kapillarröhrchen und/oder engen Spalten. Dies kann z.B. auch ein Whiskerpaket sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß auf kleinem Raum eine große Heizfläche zur Verfügung steht mit einem guten Wärmeübergang. Um eine schnelle Aufheizung zu erzielen und eine Aufheizung des Kraftstoffes vor Eintritt in das elektrische Heizelement, x«ias zu ungleichmäßiger Aufwärmung des Kraftstoffes im Heizelement und zur unstetigen Benzinförderung führt, zu vermeiden, ist der Einspritzventilkörper so ausgebildet, daß er am kraftstoffeintrittsseitigen Ende des elektrischen Heizelements eine eine Wärmedrossel bildende Durchmesserverengung hat.
Durch den Krackvorgang kommt es u.a. zu Ablagerungen am Heizelement, was zu Punktionsstörungen desselben+und vielter zu seinem Ausfall führen kann. Das Kracken des Kraftstoffs tritt je nach Länge der Kohlenwasserstoffe bei niedrigerer oder höherer Temperatur auf. Erfahrungsgemäß treten bei Vergaserkraftstoffen ernste Störungen am Heizkörper ab 30O0C auf, weshalb diese Temperaturen vermieden werden müssen.
örtlich stark? Erwärmungen bis zur Gasbildung oder zum Kracken des Kraftstoffes, was zu unregelmäßiger Kraftstoffeinspritzung und auch zur Zerstörung des Heizelements führen kann, werden vorteilhaft und sicher dadurch vermieden, daß die Heizleistung des elektrischen Heizelements durch die besondere Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes des stromdurchflossenen Materials steuerbar ist. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht das elektrische Heizelement deshalb aus einem Röhrchen aus Kaltleitermaterial, dessen elektrischer Widerstand
+ in Form von ungleichmäßiger Heizleistung und dadurch bedingter unregelmäßiger Kraftstoffeinspritzung
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bei einer Temperatur, die sicher unterhalb der Kracktemperatur des Kraftstoffs liegt, stark ansteigt (Curie-Temperatur). Es werden hierbei teuere zusätzliche Regeleinrichtungen eingespart. Ferner wirkt die Regelung an jeder Stelle des Heizelementes, so daß die Aufheizung auch örtlich unterbunden wird, wenn dort zu hohe Temperaturen auftreten. Der Widerstand des Kaltleitermaterials steigt bei der Curie-Temperatur sprunghaft an, so daß eine Selbstregelung auf diese Temperatur erfolgt.
Um den Widerstand des Röhrchens aus Kaltleitermaterial möglichst klein zu halten und eine große Heizleistung bei kleinem "schädlichen Raum" zu erzielen, liegt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine elektrische Anschlußstelle auf der äußeren und die andere Anschlußstelle auf der inneren Mantelfläche des Röhrchens radial gegenüber. Um zu vermeiden, daß durch die Anschlußstellen der Innendurchmesser des Röhrchens verringert und damit der Kraftstoffdurchfluß gestört wird, besitzt das Röhrchen in einer weiteren Ausführung der Erfindung eine Aufbördelung an seinem kraftstoffeintrittsseitigen Ende.
Weiterhin wird das Röhrchen um dieses und damit auch den schädlichen Raum möglichst klein zu halten aus einem Kaltleitermaterial gefertigt, dessen spezifischer Kaltwiderstand möglichst klein ist.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist auf möglichst feine Zerstäubung und gute Verteilung des eingebrachten Brennstoffs gerichtet und besteht darin, daß der öffnungsdruck des Einspritzventils mindestens so hoch ist, daß bei der Expansion des Kraftstoffs im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt.
Da sich der Kraftstoff bei der Erwärmung ausdehnt und die hieraus resultierende Drucksteigerung im Rohrsystem
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das Einspritzorgan öffnen und unkontrolliert Kraftstoff in den Saugraum entweichen lassen könnte, was aus Gründen der Schadstoffemission, der überhitzung des Heizelements und des hohen Stromverbrauchs vermieden werden soll, hat ein weiterer Erfindungsgedanke zum Inhalt, daß das elektrische Heizelement nur bei sich drehender Brennkraftmaschine und zur Vorwärmung aber auch vor dem StartVorgang einschaltbar ist, wobei der Betrieb der Brennkraftmaschine durch ein im Saugrohr angeordnetes, die Luftströmung messendes Meßorgan festgestellt wird.
Damit die Betriebssicherheit gewahrt wird, insbesondere jedoch ein Selbstentzünden durch zu starke Erwärmung des Kraftstoffs vermieden wird, wird die Maximaltemperatur auch bei kleinster Einspritzmenge immer unter der Selbstentzündungstemperatur gehalten.
Die mit den vorstehenden verschiedenen Ausführungen der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen auch darin, daß eine während des Starts und in der Warmlaufphase auftretende starke Schadstoffemission, die durch die hier sonst notwendige Kraftstoffanreicherung bewirkt wird, nicht auftritt. Insbesondere . , wird auch bei extrem tiefen Temperaturen ein schneller und sicherer Start der Brennkraftmaschine, ein störungsfreier übergang vom Leerlauf zu Teil- oder Vollast sowie bei Verwendung eines Heiskörpers aus Kaltleitermaterial eine ohne großen Aufwand geregelte, betriebssichere Aufheizung des Kraftstoffs erzielt.
Acht Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Pig. 1 die Kaltstart- und Warmlaufeinrichtung angebaut -an einem Motor in vereinfachter Darstellung,
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Fig. 2 ein Einspritzventil mit dem eingebauten Heizelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Kraftstoffeinspritzventil mit eingebautem
Heizelement nach einem zweiten Beispiel, Fig. 4 ein Einspritzventil mit eingebautem Heizelement
nach einem dritten Beispiel, Fig. 5 ein Einspritzventil mit eingebautem Heizelement
nach einem vierten Beispiel, Fig. 6 ein Einspritzventil mit eingebautem Heizelement
nach einem fünften Beispiel, Fig. 7 ein Einspritzventil mit einem eingebautem Heizelement
nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 ein Einspritzventil mit eingebautem Heizelement
nach einem siebten Beispiel, Fig. 9 ein Einspritzventil mit eingebautem Heizelement nach einem achten Beispiel.
Aus einem Kraftstoffbehälter 1 wird der Kraftstoff mit einer Kraftstoffpumpe 2 einer Zumeßeinrichtung 3 zugeführt. Diese Zumeßeinrichtung 3 erhält ihren Steuerimpuls von einem Meßorgan '4, das die von der Verbrennungskraftmaschine angesaugte Luft feststellt. Entsprechend der angesaugten Luftmenge teilt die Zumeßeinrichtung 3 über Kraftstoffzuleitungen 5 den Kraftstoff Einspritzventilen 6 zu. Die Einspritzventile 6 spritzen den Kraftstoff in die einzelnen Ansaugrohre der Verbrennungskraftmaschine ein. In jedem der Einspritzventile sitzt ein elektrischer Heizkörper 8, der mit elektrischen Zuleitungen 9 versehen und durch eine Isolation 10 gegen Wärmeableitung an die Umgebung des Einspritzventils geschützt ist. Die Kraftstoffaustrittsstelle 19 des Einspritzventils wird durch eine Ventilnadel 11 gesteuert, die sich unter dem Druck des zugeführten Kraftstoffs gegen die Kraft einer Feder 12 in Kraftstoffflußrichtung öffnet.
Die Heizleistung und die Aufheizung in den einzelnen Kraftstoffeinspritzventilen wird von einem Steuerorgan 13 gesteuert, das seine Impulse von den Temperaturfühlern Ii, 15,16,17 und von einem Schalter l8 erhält. g
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Der Temperaturfühler 14 überwacht die maximale Kraftstofftemperatur in dem kraftstoffgefüllten Raum zwischen dem elektrischen Heizelement 8 und der Kraftstoffaustrittsstelle 19. Der Temperaturfühler 15 mißt die Temperatur der Verbrennungsluft an der Einspritzstelle, der Fühler 16 mißt die Zylinderkopftemperatur und der Fühler 17 bei wassergekühlten Motoren die Kühlwassertemperatur. Der Schalter 18 ist mit dem Meßorgan 4 verbunden und gibt einen Ausschaltimpuls an das Steuerorgan 13, sobald das Meßorgan 4 keine Luftbewegung mehr mißt. Dieser Schalter 18 kann zur Vorwärmung der Einspritzventile vor dem eigentlichen Startvorgang überbrückt werden.
Die Kaltstart- und Warmlaufeinspritzvorrichtung arbeitet wie folgt:
Der elektrische Heizkörper 8 wärmt den Kraftstoff innerhalb des Einspritzventils so weit auf, daß der Kraftstoff zumindestens in dem Augenblick, in dem er unter Druck in das Saugrohr 7 eintritt, zu einem möglichst großen Teil in den Dampfzustand übergeht. Dabei wird der Öffnungshub im Interesse einer guten Zerstäubung des Kraftstoffs zweckmäßig so gewählt, daß bei der Entspannung im engsten Aus trittsquer schnitt an der Austrittsstelle 19 Schaligeschwindigkeit auftritt. Damit der Kraftstoff im Einspritzventil nicht Temperaturen erreicht, die zum Kracken oder gar zur Selbstentzündung führen, wird die Beheizung des elektrischen Heizkörpers 8 durch den Temperaturfühler 14 und das Steuerorgan 13 so gesteuert, daß diese Temperaturen nicht erreicht werden.
Der Heizkörper wird im Interesse einer raschen Aufheizung und schnellen Regelbarkeit sowie zur Vermeidung eines zu großen schädlichen Raums mit möglichst kleiner Masse
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und großer wärmeübertragender Oberfläche ausgestattet und zur Vermeidung größerer WärmeVerluste gegenüber die Umgebung des Einspritzventils isoliert.
Die Temperaturfühler 15,16 und 17 erfassen die Betriebsbedingungen des Motors und unterbrechen die Stromzufuhr zum elektrischen Heizelement eines jeden Einspritzventils mittels des Steuerorgans 13 erst wenn die optimale Betriebstemperatur des Motors erreicht ist. Dies betrifft den Zeitraum des Kaltstarts und der Warmlaufphase. Auch während des normalen Betriebs kann die Motortemperatur stärker absinken, z.B. bei längeren Talfahrten, in diesem Falle ist die elektrische Beheizung der Einspritzventile wieder einschaltbar.
Damit der Kraftstoff in den Einspritzventilen nur dann erwärmt werden kann, solange Kraftstoff eingespritzt wird, bzw. solange die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb ist, ist der Schalter 18 vorgesehen, der mit dem Meßorgan 1I verbunden ist und die Beheizung über das Steuerorgan 13 dann ausschaltet, wenn das Meßorgan keine Luftströmung mehr im Luftansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine mißt. Da es zum Start von Vorteil ist, wenn der Kraftstoff bereits im Moment des Anlassens im erwärmten Zustand ist, kann dieser Schalter 18 kurzzeitig vor dem Anlassen überbrückt werden. Um einen störungsfreien Betrieb des beheizten Kraftstoffeinspritzventils zu erhalten, ist es wesentlich, daß der Raum, den der Kraftstoff im Heizelement und zwischen diesem und der Austrittsstelle 19 einnimmt, möglichst klein ist. Bei geringem Kraftstoffdurchsatz geht der Kraftstoff schon vor Austritt aus dem Einspritzventil zum Teil in die dampfförmige Phase über. Der Dampfanteil nimmt mit steigender Durchsatzmenge ab. Wenn aus dem Leerlauf des Motors entsprechend einer kleinen Kraftstoffdurchsatzmenge
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der Motor voll beschleunigt werden muß, so wird ein Teil des vermehrten dem Einspritzventil zugeführten Kraftstoffes dazu benötigt, den Dampfanteil zu ersetzen, der sich aus dem Unterschied des Dampfanteils bei Leerlaufdurchsatz und des Dampfanteils bei der neuen gewünschten Durchsatzmenge ergibt. Dies führt zu kurzzeitigem Brennstoffmangel und damit Kraftverlust, so daß der Lauf des Motors unruhig wird oder gar der Motor zum Stillstand kommen kann. Diese Störungen treten dann nicht ein, wenn das schädliche Volumen, d.h. das zwischen der Eintrittsstelle des Kraftstoffs in das elektrische Heizelement und der Kraftstoffaustrittsstelle 19 aufnehmbare Kraftstoffvolumen möglichst klein jedoch kleiner gehalten wird als
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das im Leerlauf bei etwaVArbeitsspielen der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffvolumen. In den Zeichnungen Fig. 3 bis Fig. 9 sind Ausführungsbeispiele solcher Einspritsventile dargestellt, bei denen die oben geforderte Bedingung eingehalten wird.
Für einen störungsfreien Lauf ist es weiterhin von Wichtigkeit, daß das Heizelement in den Kra.^tstoffeinspritzventilen gleichmäßig von Kraftstoff durchflossen wird und sich nicht örtlich Dampfblasen bilden können, die die Kapillaren ganz oder zum Teil blockieren. Wenn die Durchströmgeschwindigkeit des Kraftstoffes durch das Heizelement zu klein ist, was bei großen Durchströmquerschnitten auftritt, kann es zu solchen Gasbildungen kommen, die so stellenweise die Heisfläche blockieren. Dementsprechend sinkt die Heizleistung des Heizelementes. Dies hat zur Folge, daß der Lauf der Brennkraftmaschine unruhig wird. Dadurch daß die Durchgangsquerschnitte des Heizelementes alle gleichmäßig groß in ihrem Betrag jedoch jeweils möglichst klein gehalten werden, erreicht man in allen Teilen des Heizelementes eine große Durchströmgeschwindig-
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keit, die immer in der Lage ist, entstehende Dampfblasen mitzureißen. Der dadurch erhöhte Durchflußwiderstand soll jedoch nicht so groß werden, daß ein Druckverlust von mehr als 10 bis 15 % des Ventilöffnungsdrucks entsteht.
Um den oben erwähnten schädlichen Raum möglichst klein zu halten, wird das Heizelement 8 hülsenförmig um die Ventilnadel des Einspritzventils angeordnet. In Fig. 2 besteht das elektrische Heizelement 8 aus einem Whiskerpalcet 23 mit sehr großer beheizbarer Oberfläche, das der Ventilnadel vorgelagert ist. Um bei dieser Lösung den notwendig kleinen schädlichen Raum zu erhalten, muß die Ventilnaüel 11 sehr kurz ausgeführt werden. Die Erwärmung des Kraftstoffs erfolgt hier wie auch in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3,^,5,8 und 9 unmittelbar durch den stromdurchflossenen elektrischen Leiter. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 kommt der stromführende Leiter des elektrischen Heizelements nicht direkt mit dem Kraftstoff in Verbindung. Das hat den Vorteil, daß die Gefahr, daß sich zwei benachbarte stromführende Teile berühren und einen Kurzschluß bilden, sicher vermieden wird.
In den Ausfilhrungsbeispielen nach Fig. 3,^,5,6 und 7 besteht das elektrische Heizelement δ aus einer Heizwendel 20, die preisgünstig zu fertigen ist und sich in ihrer Form platzsparend der länglichen Form der Ventilnadel angleicht. Durch intensive Kraftstoffdurchströmung wird auch hier auf kleinem Raum ein hoher Wärmeübergang erzielt. In Fig. 3 umgibt die Heizwendel 20 die Ventilnadel 11 des Kraftstoffeinspritzventils unmittelbar und ist nach außen durch den Isolierkörper 10 gegen Wärmeverlust geschützt. Die Ventilnadel ist hierbei lose geführt unter
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Wahrung des nötigen Abstandes, um einen Kurzschluß an der Heizwendel zu vermeiden. Das Arbeitsverhalten der Ventilnadel wird bei dieser Lösung nicht beeinflußt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 1I wird die Ventilnadel 11 durch einen Zwischenkörper 21 geführt, der wiederum von der Heizwendel 20 umgeben ist. Nach außen ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Heizelement 8 durch eine Isolierung 10 gegen Wärmeverlust abgeschirmt. Der Raum zwischen Isolierung 10 und Zwischenkörper 21 wird intensiv von Kraftstoff durchströmt. Aufgrund der hierbei größeren Heizfläche entsprechend dem größeren Wicklungsdurchmesser kann dieses Ventil kürzer gebaut werden,
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das elektrische Heizelement als auswechselbarer Einsatz 22 ausgebildet, der axial in das Einspritzventil eingebaut wird. Bei dieser Ausführung liegt die Heizwendel 20 zwischen einem Zapfen 2*J und einer hülsenförmigen Isolierung 10. Die Ventilnadel 11 ist nur sehr kurz ausgebildet, um den schädlichen Raum klein zu halten. Ein Sieb 3^ zwischen Heizelement 8 und Ventilnadel 11 verhindert, daß bei Austausch des Heizelements Verunreinigungen zur Kraftstoffaustrittsstelle 19 gelangen können.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 und 7 befindet sich die Heizwendel 20 des elektrischen Heizelementes 8 innerhalb der Isolierung 10, dabei ist jedoch die Wendel so eng gewickelt, daß ein guter Wärmeübergang zu dem Wärmeübertragungskörper 25,25' gewährleistet ist. Um auf kleinem Raum einen großen Wärmeübergang zu erhalten, besteht der Wärmeübertragungskörper 25 aus einem Sinterkörper, der vom Kraftstoff durchflossen wird. Aufgrund der ungestörten Wärmeleitung von der Heizspirale 20 zum Wärmeübertragungskörper 25,25' kommt es bei dieser Anordnung zu keiner örtlichen überhitzung infolge Dampfblasenbildung und Ausfall der Heizspirale. Der schädliche Raum kann
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aufgrund der großen Wärmeübertragungsfläche sehr klein gehalten werden und die Durchströmquerschnitte am Sinterkörper sind infolge seines Aufbaues weitgehend gleichmäßig groß und eng genug, daß sich keine Gasblasennester bilden können.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird der Wärmeübertragungskörper 25' durch einen Teil des Einspritzventilkörpers gebildet. Da insbesondere bei dieser Ausführung die Wärme direkt auf den Ventilkörper übertragen wird, ist eine Durchmesserverengung 26 des Ventilkörpers vorgesehen, die vor dem eintrittsseitigen Ende des elektrischen Heizelements 8 eine Wärmedrossel bildet. Auf diese Weise wird der Wärmefluß zur Kraftstoffeintrittsseite des Einspritzventils gehemmt, damit dort nicht bereits Kraftstoff vor Eintritt in das Heizelement 8 verdampfen kann.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist ein Kraftstoffeinspritzventil dargestellt, in das ein Heizelement 8 eingesetzt ist, das durch ein mindestens einteiligen röhrchenförmigen, die Ventilnadel 11 umgebenden Trägerkörper 29 aus Isolationsmaterial gebildet wird, der mit stromleitendem Material beschichtet ist. Auch in diesem Falle kann der schädliche Raum sehr klein gehalten werden. In dem engen Ringspalt zwischen Ventilnadel 11 und Heizelement 8 können hohe Durchflußgeschwindigkeiten auftreten, wodurch ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Da in Richtung zur Austrittsstelle 19 das Temperaturgefälle zwischen aufgeheiztem Kraftstoff und der Oberflächentemperatur des stromleitenden Materials 28 abnimmt, wird in Richtung Austrittsstelle eine geringere Heizleistung erforderlich. Dementsprechend wird in einer Ausführung der Erfindung die Beschichtungsdicke des Trägerkörpers 29 so gewählt, daß diese in Richtung Austrittsstelle 19 zunimmt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 besteht der elektrische Heizkörper aus einem Röhrchen 30 aus Kaltleitermaterial, das die Ventilnadol 11 umgibt. Bei dieser Anordnung kann man ebenfalls einen sehr kleinen schädlichen Raum erzielen. Diese Ausführung hat den großen Vorteil, daß durch die Verwendung von Kaltleitermaterial sich die Heizleistung des Heizelementes 8 von selbst reguliert. Bei unstetigem Durchfluß, erzeugt z.B. durch Dampfblasenbildung, kann das Röhrchen 30 örtlich stark erwärmt werden, was zu zu weiterer Dampfblasenbildung führt, andererseits jedoch die Heizfläche blockiert und die Gesamtheizleistung des elektrischen Heizelements herabsetzt. Erreicht jedoch ein Röhrchen 30 aus Kaltleitermaterial die Curie-Temperatur; so steigt der elektrische Widerstand des stromdurchflossenen Materials sprunghaft an, d.h. die Stromzufuhr wird gedrosselt, die Heizleistung sinkt. Durch die darauffolgende Abkühlung können die Gasblasen kondensiert oder bei kleiner v/erdender Oberflächenspannung durch den Kraftstoffstrom abtransportiert werden. Durch diese sich selbst regulierende Heizelement wird ein Höchstmaß an Stetigkeit der Kraftstoffaufheizung erzielt. Dabei soll die Curie-Temperatur tiefer liegen als die Kracktemperatur des Kraftstoffs. Das Kracken tritt je nach Länge der Kohlenwasserstoffketten bei verschiedenen Temperaturen auf. Ernsthafte Beeinflussungen der Heizkörperfunktion durch Ablagerung am Heiakörper bedingt durch das Kracken treten etwa bei Temperaturen über 3000C auf, die somit sicher vermieden werden müssen. Um den Durchflußwiderstand des Stromes am Röhrchen möglichst klein zu halten, ist in der vorteilhaften Ausführung nach Fig. 9 der elektrische Anschluß am Röhrchen 30 so vorgesehen, daß sich der eine Anschluß 33 auf der inneren und der andere Anschluß 32 auf der äußeren Mantelfläche des Röhrchens 30 befindet, wobei sich die Anschlüsse radial gegenüberliegen.
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Um durch diese Anschlüsse den Ringspalt zwischen Röhrchen 30 und Ventilnadel 11 nicht zu beeinflussen, besitzt das Röhrchen 30 an seinem eintrittsseitigen Ende eine Aufbördelung 31, an der sich die Anschlüsse 32,33 befinden. Mit dieser Anordnung kann auf engem Raum bei Verwendung eines Kaltleitermaterials eine hohe Heizleistung bereitgestellt werden. Ein Einspritzventil dieser Art bietet darüber hinaus noch den Vorteil, daß auf einen Fühler 14 zusammen mit einer gesonderten Regelung zur Begrenzung der Maximaltemperatur verzichtet werden kann.
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Claims (1)

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    Ansprüche
    ( 1·yKraftstoffeinspritzvorrichtung insbesondere für den Kaltstart und den Warmlauf fremdgezündeter Brennkraftmaschinen mit direkt vor der Einspritzstelle erfolgender durch die die Gemischbildung beeinflussenden Motortemperaturen steuerbare Erwärmung des Kraftstoffs mittels eines elektrischen Heizelements bei Motortemperaturen unterhalb der optimalen Betriebstemperatur in dem Maße, daß der überwiegende Teil der in den Brennraum der Kraftmaschine einzubringenden Kraftstoffmenge spätestens unmittelbar nach Austritt aus der Einspritzvorrichtung in die zur motorischen Verbrennung notwendigen Gasphase übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen der Eintrittsstelle des Kraftstoffs in das Heizelement (8) und einer Austrittsstelle (19) aus der Einspritzvorrichtung aufnehmbare Kraftstoffvolumen möglichst klein jedoch kleiner ist als das im Leerlauf bei etwa acht Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine eingespritzte Volumen.
    2· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) im Druckraum eines Einspritzventils (6) mit einer sich in Strömungsrichtung des unter Druck zugeführten Kraftstoffs gegen die Kraft einer Feder (12) öffnenden Ventilnadel (11) angeordnet ist und durch eine Isolation (10) gegen Wärmeverlust an die Umgebung des Einspritzventils geschützt ist. - 18 -
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    3· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement unmittelbar von dem aufzuheizenden Kraftstoff umgeben ist.
    ^* Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
    gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement mittelbar
    über einen Wärmeübertragungskörper (25,25') mit großer Oberfläche den Kraftstoff erwärmt.
    5· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3 oder *l, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes im Heizelement (8) möglichst groß ist mit einem Druckverlust, der an allen Durchflußstellen möglichst die gleiche Größe hat, bei maximaler Durchflußmenge jedoch höchstens 10 bis 15£ des Ventilöffnungsdrucks des Kraftstoffs beträgt.
    6· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (11) direkt vom elektrischen Heizelement hülsenförmig umgeben ist.
    7· Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilnadel (11) von einem Zwischenkörper (21) lose geführt ist, der vom elektrischen Heizelement (8) hülsenförmig umschlossen ist.
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    8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) in Strömungsrichtung vor der Ventilnadel (11) liegt und als auswechselbarer Einsatz (22) ausgebildet ist.
    9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Ifeizelement (8) aus einer Heizspirale (20) besteht.
    10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) aus einem mit stromleitenden Material
    (28) beschichteten mindestens einteiligen Trägerkörper
    (29) besteht.
    11. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsdicke des Trägerkörpers (29) mit stromleitendem Material (28) in Strömungsrichtung zunimmt.
    12. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) aus einer Vielzahl von Kapillarröhrchen und/oder engen Spalten besteht.
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    13. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) aus einem Whiskerpaket (23) besteht.
    I*· · Kraftstoffeinspritzvorrichtung; nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am kraftstoffeintrittseitigen Ende des elektrischen Heizelements (8) das Einspritzventil (6) eine eine Wärmedrossel bildende Durchmesserverengung (26) hat.
    15. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung des elektrischen Heizelements (8) durch die besondere Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands des stromdurchflossenen Materials steuerbar ist (Kaltleiter).
    16. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) aus einem Röhrchen (30) aus Kaltleitermaterial besteht, dessen elektrischer Widerstand bei einer Temperatur (Curie-Temperatur), die mit Sicherheit unterhalb der Kracktemperatur des Kraftstoffs liegt, stark ansteigt.
    17. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußstelle (32) der Stromversorgung des Röhrchens 00) auf seiner äußeren und
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    die andere Anschlußstelle (33) auf seiner Mantelfläche radial gegenüberliegend angeordnet ist.
    18. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet> daß das Röhrchen (30) an seinem kraftstoffeintrittsseitigen Ende eine Aufbördelung (31) hat, an der ohne Verminderung des Innendurchmessers des Röhrchens die elektrischen Anschlußstellen (32,33) angeordnet sind.
    19. Kraftstoffeirjr-'pritxvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungsdruck des Einspritzventils (6) bei der Expansion des Kraftstoffes im engsten Austrittsquerschnitt Schallgeschwindigkeit bewirkt.
    20. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Heizelement (8) nur bei sich drehender Brennkraftmaschine und zur Vorwärmung aber auch vor dem Startvorgang einschaltbar ist.
    21. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Brennkraftmaschine durch ein im Saugrohr angeordnetes j die Luftströmung !Lassendes Meßorgan (H) festgestellt wird.
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    22. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur auch bei kleinster Einspritzmenge unter der Selbstentzündungstemperatur bleibt.
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    Leerseite
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