DE3335298A1

DE3335298A1 - DEVICE FOR INJECTING FUEL IN THE COMBUSTION ROOM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DE3335298A1
Application number: DE19833335298
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7000 Stuttgart Auwärter; Werner Dipl.-Phys. Dr. 7016 Gerlingen Grünwald; Ernst 7015 Münchingen Imhof; Iwan 8400 Regensburg Komaroff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-18
Also published as: JPS6073043A; GB8419402D0; GB2147357A; GB2147357B

Description

2.9.1983 Ki/Kc - j-2.9.1983 Ki / Kc - j-

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume τοπ Brennkraftmaschinen Device for injecting fuel into combustion chambers τοπ internal combustion engines

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff nach der Gattung des Hauptanspruchs. Einrichtungen dieser Gattung haben den Vorteil, daß eine Abbremsung des Spritzstrahls durch Unterdruckbildung und Strahlverformung in der Glühvendel praktisch in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine vermieden werden kann j so daß die Spritzstrahlen mit der gewünschten Geometrie und ungebremst mit maximaler Ausflußgeschwindigkeit aus der Glühwendel austreten. Die in das Innere der Glühwendel seitlich angesaugte Luft erwärmt sich und dringt in die Randzone des Spritzstrahls ein, wo sich im Unterschied zu der Kernzone feinere Kraftstofftröpfchen befinden und außerdem wegen kleinerer Tröpfchendichte als im Strahlkern ein für die Zündung und Verbrennung sehr günstiges Kraftstoff-Luft-Verhältnis herrscht. Beim Durchströmen der Glühwendel wird derThe invention is based on a device for injecting fuel according to the preamble of the main claim. Facilities this type have the advantage that the spray jet is slowed down by the formation of negative pressure and Beam deformation in the glow vendors can be avoided in practically all operating points of the internal combustion engine can j so that the spray jets with the desired geometry and exit the incandescent filament unchecked at the maximum outflow velocity. Those in the interior of the Air drawn in from the side of the filament heats up and penetrates the edge zone of the spray jet, where it is in contrast to the core zone, finer fuel droplets and because of the smaller droplet density than in the jet core, one for ignition and combustion very good fuel-air ratio prevails. When flowing through the filament, the

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Randzone des Spritzstrahls Wärme zugeführt, so daß "beim. Austreten des Spritzstrahls in den Brennraum die de'n Strahlkern umgebende Wolke aus Tröpfchen, Dampf und Luft zündet. Da diese Wolke anteilmäßig nur einen, geringen Teil der Gesamtmenge im Spritzstrahl darstellt, erfordert die gattungsmäßige Glüheinrichtung zur Einleitung der Zündung nur verhältnismäßig wenig Heizenergie. Zusätzlich wird dabei die Eindringenergie des Spritzstrahls nicht gemindert, so daß sich der Spritzstrahl mit brennender Ummantelung im Brennraum ungehindert ausbreiten kann.Heat supplied to the edge zone of the spray jet, so that "at. The spray jet escapes into the combustion chamber The cloud of droplets, steam and air surrounding the core ignites. Since this cloud only represents a small part of the total amount in the spray jet, requires the generic glow device to initiate the ignition only relatively little heating energy. In addition, the penetration energy of the spray jet is not reduced, so that the spray jet with a burning casing in the combustion chamber can spread unhindered.

Bei den Ausführungsbeispielen nach dem Hauptpatent ist die Glühwendel durch einen Heizdraht aus Edelmetall-Vollprofil gebildet, welcher an einem Ende mit einem Stromzuführungsleiter verbunden und am anderen Ende mit einer die Glühwendel umgebenden Schutzkapsel und über diese mit Masse kontaktiert ist. Diese Ausführung ist an sich einfach und stabil, jedoch in Bezug auf einen fertigungsgerechten Zusammenbau noch nicht optimal.In the exemplary embodiments according to the main patent, the incandescent filament is made of a solid precious metal profile through a heating wire formed, which is connected at one end to a power supply conductor and at the other end with a protective capsule surrounding the incandescent filament and is in contact with ground via this. This execution is in and of itself simple and stable, but not yet optimal in terms of assembly suitable for production.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat 4sms^eS^enu^^er den Vorteil, daß die beiden Verbindungsstellen der Glühwendel mit den weiterführenden Leitungen entfallen und der entsprechend vorgeformte Coax-Heizleiter aljs Ganzes an der Einspritzdüse festgelegt werden kann, wodurch der Zusammenbau der Teile wesentlich vereinfacht wird. Außerdem kann Edelmetall gespart und dadurch die Glühwendel verbilligt werden. Coax-Heizleiter sind bekannt und haben sich auf verschiedenen Gebieten der Technik bewährt. Für den vorliegenden Anwendungszweck können sowohl Coax-Heizleiter mit einem innerhalb des MantelsThe inventive arrangement having the characterizing features of the main claim has 4sms ^e S ^ENU ^ ^he has the advantage that the two connection points of the filament dispensed with the outgoing lines and the preformed according coaxial heating conductors ALJs a whole can be set on the injection nozzle, whereby the assembly of the Parts is greatly simplified. In addition, precious metal can be saved, making the filament cheaper. Coax heating conductors are known and have proven themselves in various fields of technology. For the present application, both coaxial heating conductors with one inside the jacket

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angeordneten Stromrückleiter als auch Coax-Heizleiter verwendet werden, "bei welchen der Mantel selbst als Stromrückleiter dient. Der Mantel bildet mit der von ihm umschlossenen Isolierstoffmasse aus MgO und dem inneren Heizleiter eine eigensteife Einheit, welche durch die in Betrieb auftretenden thermischen und mechanischen Kräfte nicht verformt wird.arranged current return conductor as well as coax heating conductor be used, "in which the coat itself as Current return is used. The jacket forms with the insulating mass of MgO and the enclosed by it inner heating conductor an inherently stiff unit, which occurs due to the thermal and mechanical forces is not deformed.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptpatent möglich.The measures listed in the dependent claims are advantageous developments of the arrangement according to the Main patent possible.

Bei Einrichtungen, deren Einspritzdüsengehäuse aus zwei Teilen besteht (Düsenkörper und Düsenhalter), welche durch eine Überwurfmutter miteinander verbunden sind, kann der die Glühwendel bildende Coax-Heizleiter vorteilhaft an der Überwurfmutter festgelegt werden, so daß an dem die Spritzöffnungen aufweisenden Düsenkörper keine Änderungen gegenüber einer handelsüblichen Ausführung vorgenommen werden müssen.In the case of devices whose injection nozzle housing consists of two Parts (nozzle body and nozzle holder), which are connected to one another by a union nut, can the coaxial heating conductor forming the filament are advantageously fixed to the union nut, so that the No changes to the nozzle body having spray orifices must be made compared to a customary version.

Eine exakte und sichere Festlegung des Coax-Heizleiters an der überwurfmutter ergibt sich, wenn der Heizleiter zwischen einer seinem Querschnittsprofil angepaßten Lagerfläche an der Überwurfmutter und einer entsprechend angepaßten Gegenfläche eines an der Überwurfmutter befestigten Ringkörpers druckdicht festgelegt ist. Die Festlegung kann durch Klemmen oder Kleben oder· durch beide Maßnahmen erfolgen.An exact and safe definition of the coaxial heating conductor at the union nut results when the heating conductor between one adapted to its cross-sectional profile Storage area on the union nut and one accordingly adapted mating surface of an annular body attached to the union nut is set pressure-tight. the Fixing can be done by clamping or gluing or by both measures.

Der Ringkörper kann zweckmäßig so ausgebildet sein, daß er den die Glühwendel bildenden Heizbereich des Coax-Heizleiters mit radialem Abstand umgibt. Dadurch wirdThe ring body can expediently be designed in such a way that it forms the heating area of the coaxial heating conductor that forms the incandescent filament surrounds at a radial distance. This will

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gleichzeitig ein Strömungskanal für die Verbrennungsluft gebildet,'welche von den Kraftstoff-Spritzstrahlen zwischen den einzelnen Windungen der Glühwendel hindurch aus dem. Brennraum angesaugt wird.at the same time a flow channel for the combustion air is formed, 'which from the fuel spray jets between the individual turns of the filament through from the. Combustion chamber is sucked in.

Eine fertigungsgerechte Ausführung ergibt sich, wenn die Überwurfmutter am brennraumseitigen Stirnende einen konisch sich verjüngenden Mantelflächenabschnitt hat, in welchem die Lagerfläche für den Coax-Heizleiter gebildet ist, und wenn die Gegenfläche an einen sich mit gleicher Konizität erweiternden Bohrungsabschnitt des Ringkörpers gebildet ist, welcher zweckmäßig an die Überwurfmutter angeschweißt ist.A production-ready execution results when the Union nut has a conical shape at the end on the combustion chamber side has tapered lateral surface section in which the storage area for the coaxial heating element is formed, and when the mating surface is formed on a bore section of the ring body that widens with the same conicity which is expediently welded to the union nut.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figur 1 zeigt den brennraumseitigen Teil einer Einspritzdüse mit nachgeschalteter Glühwendel im Schnitt, und in Figur 2 ist der die Glühwendel nach Figur 1 bildende Coax-Heizleiter teilweise geschnitten dargestellt.An embodiment according to the invention is shown in the drawing and in the following description explained in more detail. FIG. 1 shows the part of an injection nozzle on the combustion chamber side with a downstream incandescent filament in section, and in FIG. 2 the coaxial heating conductor forming the incandescent filament according to FIG. 1 is partially cut shown.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Die Einspritzdüse 10 hat einen Düsenkörper 12, in welchem ein Ventilsitz \\ gebildet und eine Ventilnadel 16 verschiebbar gelagert ist. Diese hat eine mit dem Ventilsitz 1^ zusammenarbeitenden Dichtkegel 18, an den sich ein Drosselzapfen 20 anschließt, welcher in eine Spritzöffnung 22 im Düsenkörper 12 eintaucht. Die Spritzöffnung 22 mündet an der dem Brennraum zugekehrten Stirnseite 2k der Einspritzdüse 10 aus, welche über einen konischen Wandabschnitt 26 in die zylindrische Mantelfläche desThe injection nozzle 10 has a nozzle body 12 in which a valve seat \\ formed and a valve needle is displaceably mounted sixteenth This has a sealing cone 18 which cooperates with the valve seat 1 ^, to which a throttle pin 20 is connected, which dips into an injection opening 22 in the nozzle body 12. The injection opening 22 opens out at the end face 2k of the injection nozzle 10 facing the combustion chamber, which via a conical wall section 26 into the cylindrical outer surface of the

Düsenkörpers 12 übergeht.Nozzle body 12 passes.

Der Düsenkörper 12 ist durch eine Überwurfmutter 28 zusammen mit einer Zwischenscheibe 30 wie üblich an einem in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Düsenhalter festgespannt, welcher einen Anschluß für eine Kraftstoffleitung hat und im Inneren mit einer Kammer zur Aufnahme einer Schließfeder versehen ist, welche die Ventilnadel 1.6 gegen den Ventilsitz 1U drückt. Die Überwurfmutter ist der Außenform des Düsenkörpers 12 angepaßt und dementsprechend mit einem konischen Bohrungsabschnitt 31 versehen. Vom Düsenhalter führt durch die Zwischenscheibe 30 ein Kraft stoffkanal in eine Ringnut 32 im Düsenkörper 12, welcher über eine Zulaufleitung 3k mit einem Druckraum 36 verbunden ist. Im Bereich des Druckraums 36 hat die Ventilnadel 16 eine Druckschulter 38, an welcher der Kraftstoffdruck eine der Schließfeder entgegenwirkende, die Ventilnadel in Öffnungsrichtung verschiebende Kraft hervorruft.The nozzle body 12 is clamped by a union nut 28 together with an intermediate disk 30 as usual on a nozzle holder, not shown in the drawing, which has a connection for a fuel line and is provided inside with a chamber for receiving a closing spring, which the valve needle 1.6 presses against the valve seat 1U. The union nut is adapted to the outer shape of the nozzle body 12 and is accordingly provided with a conical bore section 31. From the nozzle holder, a fuel channel leads through the intermediate disk 30 into an annular groove 32 in the nozzle body 12, which is connected to a pressure chamber 36 via an inlet line 3k. In the area of the pressure chamber 36, the valve needle 16 has a pressure shoulder 38 on which the fuel pressure produces a force that counteracts the closing spring and moves the valve needle in the opening direction.

Der Einspritzdüse ist koaxial eine Glühwendel kO nachgeschaltet, welche einen Kanal zum berührungsfreien Durchgang der Kraftstoff-Spritzstrahlen k2 bildet. Die Glühwendel kO ist von einem Ringkörper kk mit radialem Abstand umgeben, welcher bei U 5 an der Überwurfmutter angeschweißt ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine saugen die durch die Glühwendel UO hindurchtretenden Spritzstrahlen U2 durch die Zwischenräume U6 zwischen den einzelnen Windungen der Glühwendel U0 und den zwischen dieser und dem Ringkörper UU gebildeten Ringspalt U8 Luft aus einem Bereich des Brennraums an, wo ein verhältnismäßig hoher Sauerstoffanteil vorhanden ist. Die angesaugte Luft erwärmt sich an den Windungen der Glüh-The injection nozzle is coaxially followed by an incandescent filament kO , which forms a channel for the contact-free passage of the fuel spray jets k2 . The incandescent filament kO is surrounded by an annular body kk with a radial distance, which is welded to the union nut at U 5. During operation of the internal combustion engine, the spray jets U2 passing through the incandescent filament UO suck in air from an area of the combustion chamber where a relatively high proportion of oxygen is present through the spaces U6 between the individual turns of the incandescent filament U0 and the annular gap U8 formed between this and the annular body UU . The air that is drawn in heats up on the coils of the incandescent

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vendel UO auf ein höheres Temperaturniveau als im übrigen Brennraum und dringt im Inneren der Glühwendel Uo in die Randzonen der Spritzstrahlen k2 ein, wo sich ein für die Zündung und Verbrennung sehr günstiges Kraftstoff-Luft-Gemisch ergibt, welches beim Eintritt in den Brennraum sicher zündet.vendel UO to a higher temperature level than in the rest of the combustion chamber and penetrates inside the incandescent filament Uo into the edge zones of the spray jets k2 , where a fuel-air mixture that is very favorable for ignition and combustion results, which ignites safely when entering the combustion chamber .

Die Glühwendel kO ist gebildet durch den Heizbereich k9 (Figur 2) eines formstabil ummantelten sogenannten Coax-Heizleiters 50, dessen kalter Stromzuführungsbereich 52 mit dem Heizbereich U-9 durch einen Übergangsbereich 5k einstückig verbunden ist. Im Heizbereich k9 enthält der Coax-Heizleiter 50 innen zwei Heizdrähte 56, 58, die einen verhältnismäßigen hohen spezifischen e'lektrischen Widerstand haben und an ihren Enden 60 miteinander verschweißt sind. Die Heizdrähte 56, 58 sind im Übergangsbereich 5U mit Anschlußdrähten 62, 6k verbunden, welche einen wesentlich geringeren spezifischen elektrischen Widerstand und zudem einen größeren Querschnitt als die Heizdrähte 56, 58 haben. Die Heizdrähte 56, 58 und die. Anschlußdrähte 62, 6k sind in einer keramischen Isoliermasse 66, vorzugsweise MgO, eingebettet und von einem Mantel 68 aus gut wärmeleitendem, hitzebeständigen Stoff, z. B. aus Inconel umgeben. Dieser Aufbau verleiht dem Coax-Heizleiter 50 eine so hohe Eigensteifigkeit, daß die durch seinen Heizbereich k9 gebildete Glühwendel kO durch die thermischen und mechanischen Beanspruchungen im Betrieb nicht verformt wird. Wegen der unterschiedlichen spezifischen Widerstände und Querschnitte steigt die Temperatur der Heizdrähte 62 und 6k nur unwesentlich bzw. nur auf die Temperatur der Einspritzdüse 10 an.The incandescent filament kO is formed by the heating area k9 (FIG. 2) of a dimensionally stable sheathed so-called coaxial heating conductor 50, the cold power supply area 52 of which is integrally connected to the heating area U-9 by a transition area 5k . In the heating area k9 , the coaxial heating conductor 50 contains two heating wires 56, 58 on the inside, which have a relatively high specific electrical resistance and are welded to one another at their ends 60. The heating wires 56, 58 are connected in the transition area 5U to connecting wires 62, 6k , which have a significantly lower specific electrical resistance and, moreover, a larger cross section than the heating wires 56, 58. The heating wires 56, 58 and the. Connecting wires 62, 6k are embedded in a ceramic insulating compound 66, preferably MgO, and are surrounded by a jacket 68 made of a highly thermally conductive, heat-resistant material, e.g. B. surrounded by Inconel. This structure gives the coaxial heating conductor 50 such a high inherent rigidity that the incandescent filament kO formed by its heating area k9 is not deformed by the thermal and mechanical stresses during operation. Because of the different specific resistances and cross-sections, the temperature of the heating wires 62 and 6k increases only insignificantly or only to the temperature of the injection nozzle 10.

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Der Coax-Heizleiter 50 ist durch den Ringkörper kk an der Überwurfmutter 28 festgehalten. Die Überwurfmutter 28 hat zu diesem Zweck einen konisch sich verjüngenden Mantelfläehenabschnitt TO₅ an welchem ein mit gleicher Konizität ausgeführter Bohrungswanda"bschnitt 72 des Ringkörpers kh anliegt. An einer Stelle hat die Überwurfmutter 28 eine nutartige Vertiefung 7^ im Mantelwandabschnitt 70, welcher eine nutartige Vertiefung 76 im Bohrungswandabschnitt 72 des Ringkörpers kk gegenüberliegt. Dadurch ist ein Kanal gebildet j durch welchen ein Bereich 78 des Coax-Leiters 50 hindurchgeführt ist. Die beiden nutartigen Vertiefungen 7^ und 76 sind in ihrem Querschnitt dem Querschnittsprofil des Heizleiterbereiches 78 derart angepaßt, daß sich ein geringer Spalt ergibt, welcher mit einem gleichzeitig druckfest dichtenden Klebstoff zum Festhalten des Coax-Heizleiters 50 ausgefüllt ist.The coaxial heating conductor 50 is held in place on the union nut 28 by the ring body kk. For this purpose, the union nut 28 has a conically tapering jacket surface section TO ₅ on which a bore wall section 72 of the ring body kh, which is designed with the same conicity, rests 76 in the bore wall section 72 of the annular body kk . This forms a channel through which a region 78 of the coaxial conductor 50 is passed a small gap results, which is filled with a pressure-tight adhesive for holding the coaxial heating conductor 50 at the same time.

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Claims

2.9. 1983 Ki / Kc

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Expectations

M. ) Facility for. Injection of fuel into the combustion chambers of internal combustion engines, with at least one injection nozzle and one downstream incandescent filament through which the fuel spray jets pass without contact, and also with at least one ventilation opening which opens into the path of the spray jets from the side and through which air is emitted by injector action the combustion chamber in the edge zone of the spray jets reached ge, according to patent (patent application P 33 OT 109.8), characterized in that the filament (Uo) 'by the correspondingly shaped heating area (1 + 9) known as a "Coax heating conductor" , dimensionally stable sheathed heating conductor (50) is formed, whose with the heating area (^ 9) or the filament (UO) integrally connected cold power supply area (52) is fixed on the injection nozzle (10).

2. Device according to claim 1, the injection nozzle housing consists of two parts (nozzle body and nozzle holder), which are connected to each other by a union nut are connected, characterized in that the heating

head (50) is set on the union nut (28).

3. Device according to claim 2, characterized in 'that the heating conductor (50) between a its cross-sectional profile matched bearing surface {lh) to the union nut (28) and a correspondingly matched counter-surface (76) of a ring body fixed to the union nut (28) { kk) is determined to be pressure-tight.

H. Device according to Claim 3, characterized in that the ring body (kh) surrounds the heating area (1 + 9) of the heating conductor (50) forming the incandescent filament (hü) at a radial distance (1 + 8). ·

5. Device according to claim 3 or k, characterized in that the union nut (28) at the combustion chamber-side end has a conical -tapering jacket surface section (TO) in which the bearing surface (T ¹ +) for the heating conductor (50) is formed, and that the mating surface (Τ6) is formed on a bore wall section (T2) of the annular body (kk) that widens with the same conicity.

6. Device according to one of claims 3 to "" "5," "thereby characterized in that the ring body (Ul) -) by welding is connected to the union nut (28).