DE2843534C2

DE2843534C2 - Kraftstoffliefereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2843534C2
Application number: DE19782843534
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Chiryu Ando; Mikio Nagoya Minoura; Katsuhiko Toyota Motosugi; Setsuro Sekiya; Masaharu Sumiyoshi; Yuzo Takeuchi; Junzo Nagoya Uozumi
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1984-12-13
Also published as: JPS5453714A; CA1085248A; DE2843534A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffliefereinrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kraftstoffliefereinrichtungen mit Kraftstoffeinspritzung steuern das Luft-Kraltstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches. Sie werden zunehmend bei Otto-Brennkraftmaschinen eingesetzt, um die Einhaltung der sich verschärfenden Abgas-Vorschriften zu ermöglichen. Um eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs zu gewährleisten, muß der Kraftstoff der Brennkraftmaschine in ausreichend zerstäubter Form geliefert werden.

Ein bekanntes Verfahren zur Förderung der Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffes besteht darin, die Temperatur des Kraftstoffes zu erhöhen. Um die korrekte Dosierung des Kraftstoffes einzuhalten, findet diese Temperaturerhöhung erst im Austrittskanal statt, d. h., nach der Dosierung des Kraftstoffes. Aus den US-PS 10 93 627 sowie 14 32 214 sind als Heizelemente Drahtwicklungen bekannt, die über eine Isolierung zum Austrittskanal hin abgeschirmt sind. Es hat sich herausgestellt, daß solche Heizelemente nicht nur eine erhebliche Menge an elektrischer Energie verbrauchen, sondern auch insoweit Probleme mit sich bringen, als es sehr schwierig ist, die Temperatur des Brennstoffs zu steuern, dessen Menge sich in Abhängigkeil von den Betriebsbedingungen der Maschine ständig ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Heiz

element zu schaffen, das seine Wärmeabgabe an den vorbeiströmenden Kraftstoff in Abhängigkeit von dessen Menge und Eintrittstemperatur selbständig derart steuert, daß dessen Austritlstemperatur konstant isL

Diese Aufgabe ist durch die gekennzeichneten Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst Das keramische Halbleitermaterial hat die Eigenschaft, daß es schnell seinen Widerstand erhöht und damit die Wärmeerzeugung vergrößert, wenn die Temperatur des Halbleitermaterials über die kritische Temperatur erhöht wird. Aus diesem Grunde kann dieses Material die Temperatur im wesentlichen konstant halten, ohne daß eine mittels Rückkopplung gesteuerte Schaltung für die Steuerung der Temperatur erforderlich ist Dies ist deswegen von besonderem Vorteil, weil die Zerstäubung des Brennstoffs mit einer denkbar einfachen Einrichtung erzielt wird. Der eingespritzte Brennstoff trifft mit der sich ändernden Eintrittstemperatur auf das Heizelement, erfährt eine von seiner Eintrittstemperatur abhängige Temperaturveränderung und verläßt das Heizelement mit einer konstanten Austrittstemperatur.

Um das Heizelement dem Kraftstoff strom unmittelbar auszusetzen, kann es mittels einer Hülse aus isolierendem Material an der Innenwand des Austrittskanals befestigt werden. Der Durchfluß des Kraftstoffstroms durch das Heizelement kann durch eine in Axialrichtung verlaufende zur Austrittsöffnung hin konvergierende Durchgangsbohrung erfolgen. Als Durchgang kann aber auch eine Honigwabenstruktur mit zahlreichen in Axialrichtung durch das Heizelement verlaufenden parallelen Kanälen dienen.

Die Verwendung von Heizelementen aus keramischem Halbleitermaterial ist an sich bekannt: die GB-PS 14 47 275 offenbart jedoch nur ihre Anwendung bei der

J5 Erwärmung einer Thermostatmetallwicklung für die Steuerung der öffnung eines Chokeventils.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Einzelheiten beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, ausschnittsweise Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffliefereinrichtung;

F i g. 2 ein Diagramm, das den Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur eines keramischen Halbleiterelementes wiedergibt, das als Heizelement der Kraftstoffliefereinrichtung dient;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig.4 eine Abwandlung der Ausführungsform ge-

maßFig.3.

In Fi g. 1 ist ausschnittsweise ein Zylinderkopf 1 dargestellt, in dem ein Einlaß 2 sowie eine geneigte Bohrung 4 ausgebildet sind, die im oberen Bereich des Einlasses mit diesem in Verbindung steht. In die obere Hälfte der geneigten Bohrung 4 ist eine Halterung 5 aus isolierendem Material fest eingepaßt. In der Halterung 5 ist eine Einspritzvorrichtung 3 so befestigt, daß deren Spritzöffnung zum Einlaß 2 gerichtet ist. Ferner ist in den (in Fig. 1) unteren Abschnitt der geneigten Boh-

feo rung 4 eine Hülse 7 eingepaßt, auf der die Halterung 5 aufsitzt. Die Hülse 7 besteht aus thermisch und elektrisch isolierendem Material, und in die Hülse 7 ist ein Heizelement 6 fest eingesetzt, das aus keramischem Halbleitermaterial mit positivem Temperaturkoeffi-

b5 zicntcn besteht. Am einen Ende des Heizelementes 6 ist eine positive Elektrode 8 angebracht, die über einen in die Halterung 5 eingebetteten Leiter 9 mit Heizstrom gespeist wird. Am anderen Ende des Heizelementes 6 ist

eine negative Elektrode 10 angebracht, die mit dem Zylinderkopf 1 durch die Hülse 7 hindurch verbunden und auf diese Weise geerdet ist Die Innenwand des Heizelementes 6 begrenzt einen Austrittskanal 11, der die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes hat und dessen unten (in Fi g. 1) befindliche öffnung eine Austrittsöffnung 12 für Kraftstoff darstellt.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung arbeitet in folgender Weise. Gleichzeitig mit dem Anlassen der Brennkraftmaschine wird das Heizelement 6 mit Heizstrom versorgt und dadurch in der Regel auf einer hohen Temperatur im Bereich von 150 bis 200° C gehalten. Aus einem nicht dargestellten Einspritzventil, das sich im vorderen Ende der Einspritzvorrichtung 3 befindet, wird Kraftstoff mit dosierter Menge divergierend in den im Heizelement 6 ausgebildeten Austrittskanal 11 gespritzt, wobei der Strahlwinkel derart ist, daß der eingespritzte Kraftstoff auf die konische Innenwand des Heizelementes 6 trifft, wonach der Kraftstoff durch die Austrittsöffnung 12 in den Einlaß 2 gelangt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff erwärmt und zerstäubt in den Einlaß 2 geliefert.

Das Heizelement 6 hat einen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Wie aus dem Diagramm gemäß F i g. 2 erkennbar ist, ist der Widerstand des Heizelementes 6 niedrig, solange die Temperatur des auf das Heizelement 6 treffenden Kraftstoffes unterhalb einer kritischen Temperatur Tc bleibt, so daß die vom Heizelement 6 erzeugte und auf den Kraftstoff übertragene Wärmemenge entsprechend hoch ist. Wenn andererseits die Temperatur des Kraftstoffes höher als die kritische Temperatur Tc wird, nimmt der Widerstand des Heizelementes 6 schlagartig zu, so daß die Wärmeerzeugung entsprechend sinkt. Auf diese Weise wird der Kraftstoff dauernd auf eine Temperatur erwärmt, die nahe der kritischen Temperatur Tc liegt, die durch das verwendete Material des Heizelementes 6 bestimmt ist.

Auch die zweite in Fig.3 dargestellte Ausführungsform weist ein Heizelement 6' auf, das von einer Hülse 7 aus thermisch und elektrisch isolierendem Material im Austrittskanal 11 zwischen einem Einspritzventil 21 und der Austrittsöffnung 12 gehalten wird. Wie bei der ersten Ausführungsform gemäß F i g. 1 besteht das Heizelement 6' aus keramischem Halbleitermaterial mit einem positiven Temperalurkoeffizienten des Widerslandes. Bei der zweiten Ausführungsform hat das Heizelement 6' jedoch Honigwabenstruktur und somit eine Anzahl von in Längsrichtung parallel zueinander verlaufenden Kanälen, die eine effektivere Erwärmung bewirken.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Ausführungsform gemäß F i g. 3 erläutert. Der Kraftstoff wird von einem mit einer Luftklappe 26 gekoppelten Dosierventil 15 so dosiert, daß sich ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ergibt. Dieser Kraftstoff wird vom Einspritzventil 21 mit Drall in den Austrittskanal Il eingespritzt und dabei zusätzlich von der Luft zerstäubt, die durch eine Luftdüse 29 eintritt. Der zerstäubte Kraftstoff wird erwärmt und weiter zerstäubt, während er bo durch das Heizelement 6' strömt, und schließlich wird der Kraftstoff aus der Austrittsöffnung 12 in eine Saugleitung 25 eingespritzt. Da das Heizelement 6' Honigwabenstruktur hat und eine große Berührungsfläche mit dem zerstäubten Kraftstoff aufweist, tritt eine wesent- μ lieh bessere Heiz- bzw. Erwärmungswirkung als bei dem Heizelement 6 der Ausfuhr ungsform gemäß Fig. 1 Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform kann nicht ausgeschlossen werden, daß die Zerstäubung des Kraftstoffes unzureichend ist, wenn die Brennkraftmaschine bei Vollastbetrieb arbeitet, der eine verhältnismäßig große Kraftstoffmenge erfordert Um diesen Nachte!) zu beheben, weist die Saugleitung 25 in dem Bereich, auf den der eingespritzte Kraftstoff trifft, vorzugsweise einen mittels Abgas erwärmten Xbschnitt 34 auf. Bei Teillastbetrieb ist dagegen die Zerstäubung sehr stark, da sie aufgrund der erhöhten Luftströmung durch eine Leitung 31 durch einen kräftigen Nebenluftstrom in den Austrittskanal 11 unterstützt wird. Auf diese Weise kann eine befriedigende Zerstäubung im gesamten Lastbereich der Brennkraftmaschine erreicht werden.

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig.3, wobei sich die Abwandlung gemäß F i g. 4 von der Ausführungsform gemäß F i g. 3 darin unterscheidet, daß die Austrittsöffnung 12 in eine Konstantdruckkammer 32 mündet die in der Saugleitung 25 zwischen der Luftklappe 26 und einer Drosselklappe 24 ausgebildet ist. Ferner ist erkennbar, daß die Leitung 31, über die der Luftdüse 29 Luft zugeführt wird, in Verbindung mit der Umgebung steht, damit die Druckdifferenz zwischen der Luftdüse 29 und der Lufteinlaßöffnung in die Leitung 31 größer ist. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 wird das gleiche Heizelement 6 wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 verwendet, obwohl es möglich ist, auch bei der Ausführungsform gemäß Fig.4 das Heizelement mit Honigwabenstruktur gemäß F i g. 3 zu verwenden. Die Achse der Austrittsöffnung 12 ist auf eine Welle 33 der Drosselklappe 24 gerichtet. Zusätzlich zur durch das Heizelement 6 bewirkten Erwärmung bewirkt die beschriebene Ausbildung, daß der Kraftstoff bei Vollastbetrieb, wenn ein verhältnismäßig hoher Kraftstoffdurchfluß erforderlich ist, auf die Drosselklappe 24 trifft, was zur Folge hat, daß zusätzlich zur Zerstäubung durch das Heizelement 6 eine sogenannte Sekundärzerstäubung des Kraftstoffes erfolgt. Außerdem wird auch bei Teillastbetrieb und Betrieb mit geringer Last, wenn die Drosselklappe 24 nur wenig geöffnet ist, die Sekundärzerstäubung des Kraftstoffes dadurch gefördert, daß der Kraftstoff auf einen Luftstrom hoher Geschwindigkeit trifft, der durch den engen Spalt zwischen der Drosselklappe 24 und der Innenwand der Saugleitung 25 hervorgerufen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kraftstoffliefereinrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Kraftstoff unter Druck liefernden Kraftstoffquelle, einem Einspritzventil, mittels dessen in eine Saugleitung der Brennkraftmaschine durch eine in die Saugleitung mündende Austrittsöffnung Kraftstoff eingespritzt wird, einer die Kraftstoffquelle mit dem Einspritzventil verbindenden Leitung und einer in der Leitung angeordneten Dosiereinrichtung, die den von der Kraftstoffquelle zum Einspritzventil gelieferten Kraftstoff dosiert, wobei dzs Einspritzventil mit der Austrittsöffnung durch einen Austrittskanal verbunden ist und im Austrittskanal ein Heizelement angeordnet ist, das den durch den Austrittskanal strömenden Kraftstoff erwärmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6,6') aus keramischem Halbleitermaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besteht und dem Kraftstoff unmittelbar ausgesetzt ist

2. Kraftstoffliefereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6) mittels einer Hülse (7) aus isolierendem Material an der Innenwand des Austrittskanals (U) befestigt ist, und eine in Axialrichtung verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, die in Richtung zur Auslrittsöffnung (12) konvergiert.

3. Kraftstoffliefereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6') mittels einer Hülse (7) aus isolierendem Material an der Innenwand des Austrittskanals (U) befestigt ist und Honigwabenstruktur mit zahlreichen parallelen Kanälen hat, die in Axialrichtung durch das Heizelement verlaufen.