DE3318459A1

DE3318459A1 - Einrichtung zum einspritzen von kraftstoff in brennraeume

Info

Publication number: DE3318459A1
Application number: DE19833318459
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. Dr. 7016 Gerlingen Grünwald; Ernst 7015 Münchingen Imhof; Iwan 8400 Regensburg Komaroff; Günther 7000 Stuttgart Schmid; Kurt 7257 Ditzingen Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-05-20
Filing date: 1983-05-20
Publication date: 1984-11-22
Also published as: IT8420933A0; JPS60501369A; US4603667A; EP0151122A1; JPH0452866B2; EP0151122B1; IT1175499B; DE3464957D1; WO1984004800A1

Description

R. 18702.

10.5.1983 Sf/Pi

ROBERT BOSCH GMBH-, 7000 STUTTGART 1

Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume·

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Einrichtung dieser Gattung ist eine einzige Heizlage im Glühkörper angeordnet. Das hat den Nachteil₄ daß sich die Temperatur der Heizlage mit der thermischen Pulsation des vorbeiströmenden Mediums ändert. Um dies zu verhindern .muß die Heizlage überdimensioniert werden, wodurch ein Energieverlust auftritt.

Aufgrund der hohen Wärmekapazität der keramischen Wärmeschutzschicht des Glühkörpers und ihres Aufbaus erfordern die bisher bekannten Einrichtungen eine relativ lange Zeitspanne, um ihre zur Zündung bzw. Vorglühung des Kraftstoffluftgemisches erfoderIiehe Endtemperatur zu erreichen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die für die Vorglühung notwendige Temperatur in relativ kurzer Zeit erreicht wird. Die innere Heizlage kann sich praktisch ohne Wärmeabfluß in die keramische Schutzschicht aufheizen. Die gleichzeitig mit.' aufgeheizte, zweite Heizlage übernimmt das Aufheizen der keramischen Schutzschicht und' gewährleistet eine hohe und relativ konstante Wärmekapazität der Schutzschicht. Thermische Pulsationen des Kraftstoffluftgemisches bewirken somit nur geringste Temperaturänderungen der Heizlage. Am Ort des strömenden Gemisches besitzt die Einrichtung eine hohe und relativ konstante Energiedichte. Die zweite Heizlage verhindert gleichzeitig eine thermische Überbeanspruchung der inneren Heizlage.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Durch das Herstellungsverfahren wird vorteilhafterweise die innere Heizlage mechanisch stabilisiert. Bei den z.B. aus verschiedenen Platinlegierungen bestehenden Heizlagen wird ein Abdampfen des-Platins verhindert, ' wodurch eine Langzeitveränderung des Heizlagenwiderstandes verhindert wird. Die Einrichtung weist dadurch eine hervorragende Lebensdauer auf und erlaubt eine kostengünstige Herstellung mittels moderner Fertigungsverfahren. · · -

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es. zeigen Figur 1 den brennraumseitigen Teil einer Einspritzdüse nach einem Ausführungsbeispiel in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, Figur 2 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Glühkörpers in schematischer Darstellung, Figur 3 eine Modifikation des Ausführungsbeispiels nach Figur 2, die Figuren h bis 6 schematisch die Verfahrensschritte zur Herstellung des Ausführungsbeispiels nach"Figur 2, die Figuren 7 und 9 je eine Ausführung des Stützkörpers für eine Heizwendel aus 'dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2, die Figuren 8 und 10 schematisch je ein Herstellungsverfahren des Stützkörpers nach Figur T bzw. 9·

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Einspritzdüse 10 nach Figur 1 hat einen Düsenkörper 11 der durch eine Überwurfmutter 12 an einem Düsenhalter 1h festgespannt ist. Die Teile 11 bis lh sind handelsüblich und daher im einzelnen nicht gezeigt und beschrieben. Die Einspritzdüse 10 ist als Drosselzapfendüse aus.-geführt, deren Ventilnadel einen aus dem Düsenkörper 11 herausragenden Drosselzapfen 16 trägt. Die Linien 18 deuten einen Spritzkegel des Kraftstoffspritzstrahls an. Anstelle einer Drosselzapfendüse könnte auch eine Lochdüse vorgesehen sein.

An der 'jberwurfmutter 12 ist ein verhältnismäßig dünnwandiger tubenförmiger Glühkörper 20 befestigt, dessen zylindrischer Mantelabschnitt 22 einen Schaft 2U des

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Düsenkörpers 11 mit engem Spiel umgibt. Der Boden 26 des Glühkörpers 20 ist sphärisch gewölbt und mit einer zentralen Bohrung 28 zum. Durchtreten des Spritzkegels 18 versehen. Zwischen dem Boden 26 und der Stirnwand des Düsenkörpers 11 ist ein Kanal 30 gebildet, in welchen seitliche Öffnungen 32 im Glühkörper 20 einmünden. Der Glühkörper 20 trägt an seinem Boden 26 eine in Figur 1 nur schematisch dargestellte Doppelheizschicht 33, welche über einen elektrischen Anschluß 3^ mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbindbar ist.

In Figur 2 ist diese D'oppelheizschicht 33 im tubenförmigen Bereich des Glühkörpers 20 vergrößert dargestellt. Auf einer inneren Heizlage 35·, die vorzugsweise als " . Heizwendel ausgebildet ist, ist eine dünne dielektrische Isolierschicht 36 aufgebracht. Diese Isolierschicht 36 kann z.B. eine Al^O.-Schicht sein. In diese Isolierschicht 36 ist die Heizlage 35 teilweise eingebettet. Eine zweite Heizlage 37 ist auf die Außenseite der Tso-' lierschicht 36 angeordnet. Beide Heizlagen 35, 3T können als Heizwendel ausgeführt sein, oder in Schichttechnik wie z.B. mit Hilfe des Tampondruckverfahrens aufgebracht, werden. Bei einem röhrchenförmigen Glüh-, vorsatz.sollte aber die innere Heizlage 35 vorteilhafterweise als Drahtwendel ausgeführt sein. Die zweite.,· Heizlage 37 ist vollständig von. einem massiven keramischen Träger 38 umgeben. Dieser Träger 38 dient zur mechanischen Stabilisierung der Doppelheizschicht 33 und zur Erhöhung der Wärmekapazität. Wie in Figur 3 dargestellt, kann auf dem Träger 38 eine Heizlage 39. ' aufgebracht werden. Dadurch wird di'e Wärmekapazität des Trägers 38 noch zusätzlich erhöht und stabilisiert.

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Die beiden Heizlagen 35, 37 können sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet werden. Auch sind für beide Heizlagen ein gemeinsamer oder jeweils ein eigener elektrischer Anschluß möglich.

Sind die Heizlagen 35» 37 elektrisch in Reihe geschaltet, so wird die innere Heizlage 35 erfindungsgemäß aus einem Werkstoff mit einem niedrigen, negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten hergestellt. Es hat sich hierfür eine Platinlegierung mit ca. 5 bis 10 Gewichtsprozent Wolfram oder 30 Gewichtsprozent Iridium vorteilhaft erwiesen. Die Heizlage 37 sollte aus' einem Werkstoff mit einem hohen, positiven Tempera- · turkoeffizienten hergestellt sein. Es eignet sich hierzu z.B. Platin. Nach dem Einschalten der Heizspannung fällt der größte Teil der Spannung an der relativ hochohmigen inneren Heizlage 35 ab. Dadurch -wird diese stark aufgeheizt. Die äußere Heizlage 37 wird durch die beim Stromdurchgang abgegebene Joule'sehe, Wärme und durch die Wärmemenge der inneren Heizlage 35 ebenfalls schnell aufgeheizt. Durch den Temperaturanstieg in der direkten Umgebung der Heizlage 37 steigt aufgrund des hohen, positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) der Widerstand der Heizlage 37 an. Dadurch wird die Leistungsabgabe der Heizlage 35 begrenzt, so daß keine thermische Überbelastung der Heizlage 35 auftreten kann. Die .Heizlage 37 kann als Heizwendel ausgebildet sein, oder in Schichttechnik z.B. Tampondruckverfahren mit Dickschichtpasten wie z.B. der handelsüblichen Du Pont-Typ l+O5'8 aufgebracht werden. Bei derartigen keramischen PTC-Widerständen ist aber zu beachten, daß der Schaltpunkt im Temperaturbereich zwischen .100 und 200° C liegt, der Glühkörper aber viel heißer wird. · Die Heizlage 37 wird dann vorteilhafterweise rm Bereich des Düsenkörpers- angeordnet.

Bei. einer Parallelschaltung der beiden Heizlagen 35» wird für die Heizlage 35 ein Werkstoff mit hohem, posi- ' tiven Temperaturkoeffizienten und für die Heizlage ein Werkstoff mit niedrigem, negativen oder positiven Temperaturkoeffizienten (NTC- oder PTC-Widerstand) verwendet. Durch den geringen Kaltwiderstand heizt sich auch hier die innere Heizlage 35 wieder schnell auf..

Erfindungsgemäß läuft auch bei der Parallelschaltung der beiden Heizlagen 35» 37 das Aufheizen zweistufig ab. Die Heizlage 35 heizt sich schnell auf und erreicht in relativ kurzer Zeit, die vorteilhafterweise kleiner als 0,5 Sekunden ist, die Endtemperatur für den Start-. Vorgang. Die zweite Heizlage 37 heizt die Keramikschic.ht auf und erhöht und stabilisiert dadurch die Wärmekapazität des gesamten Glühkörpers. Auch bei dieser Schaltungsanordnung wird ein thermisches Überhitzen der Heizlage 35 durch die Heizlage 37 verhindert.

Die Herstellung dieser Doppelheizschicht 33 erfolgt erfindungsgemäß in folgenden Schritten., die in den Figuren k bis 6 dargestellt sind. Auf einem Dorn U1 wird die Heizlage 35 in Form einer Heizwendel 35' aufgewickelt. Auf diese Heizwendel 35' wird anschließend eine dünne Schicht einer elektrischen Isolierschicht 36, vorzugsweise aus Al₂O-, z.B. nach dem Tampondruckverfahren aufgedruckt oder auch aufgepinselt. Darauf' wi-rd nun eine zweite Heizlage. 37 aufgebracht. Über diese gesamte Anordnung kann nun eine teigartige, pla-\ stifizierbare Keramikmasse als Träger 38 außen aufgetragen werden. Es kann aber auch' ein handelsübliches Keramikrohr über die Heizlage 37 geschoben werden und mit handelsüblichen Keramikkleber verbunden werden. An-

schließend wird der Dorn Ui aus dem Glühkörper heraus-;o: gezogen. Es kann jetzt auch von der Innenseite her'die Heizlage 35 mit elektrisch isolierender Paste beschichtet werden, so daß ein Abdampfen des Platins und damit eine Langzeitveränderung des Widerstands der Heizlage 35 verhindert wird. Zum Schluß wird der gesamte .Glühkörper gesintert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur T ist die Heizlage 35 als Heizwendel 35' auf einem keramischen Stützkörper k2. aufgewickelt..Dieser Stützkörper k2 hat mehrere Keramikstifte k3, die einen annähernd dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Auf diese Keramikstifte k3 ist die Heizwendel 35' außen aufgewickelt. Diese kann erfindungsgemäß einen dünnen Querschnitt aufweisen und damit hochohmiger als bisher sein. Durch die geringen Berührungspunkte der Heizwendel 35' mit den Keramikstiften k3 wird der Wärmeübergang weitgehend reduziert; die mechanische Stabilität der Heizwendel 35' bleibt dabei -erhalten und ist gewährleistet. Durch das anschließende Sintern wird infolge des maßlichen Schwundes der Keramik die Heizwendel 35' an den Berührungspunkten in die Stifte ^3 eingeklemmt und gleichzeitig auch radial nachgespannt. Gegebenenfalls kann die Heiz-.wendel 35' auch vor dem Sintern mittels eines Keramikklebers fixiert werden.

Die Herstellung der Keramikstifte' ^3 ist in Figur 8 näher dargestellt. Aus einem Keramikrohr kk, das vorteilhafterweise aus "vorgesinterter" Keramik besteht, d.h. gepreßt aber noch nicht gesintert ist, werden Rohrbereiche k5 bis zu den ein gleichseitiges Dreieck bildenden Schnittebenen U6 abgetrennt oder abgefräst. Der Mit-

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telpunkt des Dreiecks liegt in der Achse des Keramikrohrs hk. Es bleiben somit drei Keramikstifte k3 stehen. Ohne ,vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen können durch mehrere Schnitt ebenen auch mehrere Stifte herstellt ■werden. . ' ■ .

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 9 werden aus einem "vorgesinterten" Keramikzylinder U9 vier gleich große, sich überschneidende Längsbohrungen 50 herausgebohrt. . Die Mittelpunkte der Längsbohrungen 50 liegen auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt' a.uf der Achse des Keramikzylinders U9 liegt. Es ergeben sich somit vier Stege 51, an denen die Heizwen.del 35', wie in Figur 10 näher dargestellt, angeordnet ist. Die Stege 51 tragen somit die Heizwendel 35', die im Bedarfsfall durch einen handelsüblichen Keramikkleber fixiert werden kann. Anschließend wird die gesamte Anordnung gesintert.

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Claims

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Ansprüche

1./Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von insbesondere selbst zündenden Brennkraftmaschinen, mit einer Einspritzdüse und einem nachgeschal-· teten Glühkörper, der einen von heizbaren Wänden umgebenen Kanal hat, durch welchen die Spritzstrahlen des Kraftstoffs im wesentlichen ungehindert hindurchtreten, dadurch gekennzeichnet, daß brennraumseitig im Kanal des Glühkörpers (20) mindestens zwei übereinander liegende und durch Isolation (36) voneinander getrennte Heizlagen (35, 37) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Heizlagen (35, 37) angeordnet sind, welche durch einen Isolator (36), vorzugsweise aus AIpO-, getrennt' sind und von einer keramischen Trägermasse (.38) umgeben sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizlagen (35, 37) aus je einem Widerstandsdraht bestehen.·

k. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizlagen (35j 37) elektrisch in Reihe geschaltet sind, und die innere Heizlage (35) aus einem Werkstoff mit einem niedrigen Temperaturkoeffizien-

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ten (NTC- oder PTC-Widerstand) und die zweite Heizlage (37) aus einem Werkstoff mit hohem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) besteht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizlagen (35, 37) elektrisch parallel geschaltet sind, und die innere Heizlage (35) aus einem Werkstoff mit hohem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) und die zweite Heizlage (37) aus einem Werkstoff mit niedrigem Temperaturkoeffizienten (NTC- oder PTC-Widerstand) besteht.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizlagen (35, 37). mittels eines Tampondruckverfahrens auf einen Träger (36, 38) aufgedruckt werden.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizlage auf einem Stützkörper (U2) angeordnet ist, der aus mehreren Keramikstiften besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 7,.dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikstifte C ^- 3) durch mehrere Schnitte aus einem hohlen Keramikkörper (hk) herausgearbeitet sind.

9· Einrichtung nach einem der Ansprüche J bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizlage (35') im Inn-ern eines Stützkörpers (^2) angeordnet ist, der so ausgebildet- ist, daß die Heizlage C35') nur an mehreren Stegen (51) anliegt.

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.10. Einrichtung nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (1+2) aus einem vollen Zylinder' (U9) besteht,· aus dem mehrere gleich große, sich überschnei-, dende Bohrungen (50) herausgebohrt sind, deren Mittelpunkteauf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt in der Achse des Zylinders (U9) liegt.