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Einrichtung zum Einspritzen von Kraft-
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stoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen Stand der Technik 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 im
Glühkörper praktisch in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine vermieden werden
kann, so daß die Spritzstrahlen mit der gewünschten Geometrie und ungebremst mit
maximaler Ausflußgeschwindigkeit aus dem Glühkörper austreten.
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Die in das Innere des Glühkörpers, vorzugsweise einer 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 Strahlern ein für die Zündung
und Verbrennung sehr günstiges Kraftstoff-Luft-Verhältnis herrscht. Beim Durchströmen
der Glühwendel wird der Randzone des Spritzstrahls Wärme zugeführt, so daß beim
Austreten des Spritzstrahls in den Brennraum
die den Strahlkern
umgebende Wolke aus Tröpfchen, Dampf und Luft zündet. Weil diese Wolke anteilmäßig
nur einen geringen Teil der Gesamtmenge im Spritzstrahl darstellt, erfordert die
gattungsmäßige Einrichtung 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.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach dem Hauptpatent ist die den Kontaktstift
in der Bohrung des Halteteils druckdicht festlegende Masse durch eine Glaseinschmelzung
gebildet, die aber nur im Temperaturbereich unterhalb von ca. 400°C eingesetzt werden
kann. Bei höheren Temperaturen verliert Glas zunehmend seine Festigkeit und Isolierfähigkeit
und wird leitend. Außerdem sind wegen der notwendigen Anpassung an die Wärmeausdehnung
des Glases nur wenige Metalle als Material für den Kontakt stift verwendbar.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteii, daß die Verbindung des
Kontaktstiftes mit dem Halteteil auch bei weit über 4000C liegenden Temperaturen
ausreichend druckdicht bleibt und daß der Werkstoff für den Kontaktstift optimal
ausgewählt werden kann. Die Wärmeausdehnungsdifferenzen zwischen dem Kontaktstift
und der den Kontaktstift druckdicht festlegenden Masse sind bei Verwendung eines
keramischen Stoffes verhältnismäßig unkritisch, so daß auch ein Kontaktstift mit
geringerem Drahtdurchmesser und aus einem Stoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit,
z. 3. einer =oldlegierung, verwendet werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen des Gegenstands des Hauptanspruchs möglich.
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Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 2 bis 4 ergeben Ausführungen mit
hoher Festigkeit der Verbindung der keramischen Masse mit dem Halteteil und dem
Kontaktstift.
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Der Kontaktstift kann in einem Haltekörper für den Glühkörper festgelegt
sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß Anspruch 6 der Kontaktstift
durch den keramischen Stoff in der Überwurfmutter druckdicht festgelegt ist, die
den Düsenkörper gegen den Düsenhalter spannt. Die Überwurfmutter hat im Bereich
der Durchführung des Kontaktstiftes einen relativ großen Wandquerschnitt, der eine
großflächige, sichere Verbindung des keramischen Stoffes mit dem Material der Überwurfmutter
erlaubt und für eine gute Ableitung der Wärme des Kontaktstiftes sorgt. Außerdem
ist erreicht, daß auch der zwischen Einspritzdüse und Glühkörper liegende Raum gegen
die Heizstromzuführung abgedichtet ist, so daß die in diesem Raum gegebenenfalls
angeordneten Mittel zum Schutz des Düsenkörpers vor der Hitzestrahlung des Glühkörpers
selbst keine Dichtfunktion haben müssen.
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Durch die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 läßt sich der Zusammenbau
der Einrichtung vereinfachen. Die beim Verschweißen des Kontaktstiftes mit dem einen
Anschlußende des Glühkörpers sich bildende Schweißperle kann vorteilhaft so dicht
neben dem Isolierkörper des Kontaktstiftes im Haltekörper vorgesehen werden, daß
sie gleichzeitig die axiale Fixierung des Isolierkörpers übernimmt.
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Zeichnung Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen je den brennraumseitigen Teil eines der
Ausführungsbeispiele vergrößert und im Schnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Die Einrichtung nach Figur 1
hat eine Einspritzdüse mit einem Düsenkörper 12, in welchem ein Ventilsitz 14 gebildet
und eine Ventilnadel 16 verschiebbar gelagert ist.
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Diese hat einen mit dem Ventilsitz 14 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 24 der Einspritzdüse aus, welche über einen konischen Wandabschnitt 26
in eine zylindrische Mantelfläche des Düsenkörpers 12 übergeht. Der Düsenkörper
12 ist durch eine Überwurfmutter 28 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 16 gegen den Ventilsitz 14 drückt. Vom Kraftstoffanschluß führt
durch den Düsenhalter und gegebenenfalls eine Zwischenscheibe ein Kraftstoffkanal
30 in einen Druckraum 32, innerhalb welchem die Ventilnadel 16 eine Druckschulter
34 hat, an welcher der Kraftstoffdruck im Öffnungssinn an der Ventilnadel 16 angreift.
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Der Einspritzdüse ist koaxial eine Glühwendel 36 nachgeschaltet, welche
einen Kanal zum berührungsfreien Durchgang der Kraftstoff-Spritzstrahlen 38 bildet.
Zum Festhalten und Kontaktieren der Glühwendel 36 ist ein metallischer Haltekörper
40 vorgesehen, der mit einem nach oben abstehenden Flanschrand 42 an der Überwurfmutter
28 angeschweißt ist. Im zentralen Bereich ist der Haltekörper 40 mit einem nabenförmigen
Ansatz 44 versehen, welcher die Glühwendel 36 mit radialem Spiel umgibt und Bohrungen
46 in seinem Mantel, sowie eine Bohrung 48 in seinem Boden hat.
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Das eine Anschlußende 50 der Glühwendel 36.ist mit dem Haltekörper
40 elektrisch leitend verbunden und über diesen mit Masse kontaktiert. Das andere
Anschlußende 52 ist mit einem Kontaktstift 54 fest verbunden, welcher in der nachstehend
noch näher beschriebenen Weise druckdicht durch den Haltekörper 40 hindurchgeführt
und in diesem festgehalten ist. Das andere Ende des Kontaktstifts 54 ist mit einem
Leiter 56 verbunden, welcher sich in Hohlräumen der Überwurfmutter 28 zu einem Anschlußkontakt
am Düsenhalter erstreckt. Am Haltekörper 40 ist ferner ein als Tellerfeder ausgebildeter
metallischer Wärmeschutzring 58 befestigt, dessen Ringlippe federnd an der Stirnseite
24 des Düsenkörpers 12 anliegt.
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Der Kontakt stift 54 sitzt mit Preßsitz in einer Buchse 60 aus hochtemperaturfestem
Keramikmaterial, die ihrerseits mit Preßsitz in einer Bohrung des Haltekörpers 40
sitzt.
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Die Preßverbindungen zwischen den Teilen 140, 54 und 60 sind durch
thermisches Schrumpfen der Teile hergestellt.
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Die Materialien aller drei Teile 40, 54 und 60 haben den gleichen
thermischen Ausdehungskoeffizienten, so daß die im Betrieb auStretende Erwärmung
die Verbindung der Teile nicht lockern kann. Die Buchse 60 zeichnet sica durch
eine
hohe Temperaturbeständigkeit aus. Die mechanische festigkeit der Verbindung wird
durch entsprechend unterschiedliches Erhitzen der Teile 40, 54 und 60 vor dem Schrumpfvorgang
erzielt. Der Kontaktstift 54 ist zusätzlich mit einem Stützwulst 62 versehen, welcher
auch zur Lagefixierung der Teile beim Herstellen der Schrumpfverbindung dienen kann.
Im Bedarfsfall kann auch die Buchse 60 mit einem an einer Schulter des Halteteils
40 anliegenden Ringbund versehen sein.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine saugen die durch die Glühwendel
36 hindurchtretenden Spritzstrahlen 38 des Kraftstoffs durch die Windungszwischenräume
64, die Bohrungen 46 und den zwischen dem Ansatz 44 und der Zylinderwand der Maschine
gebildeten Ringraum 66 Luft aus einem Bereich des Brennraums an, wo ein verhältnismäßig
hoher Sauerstoffanteil vorhanden ist. Die angesaugte Luft erwärmt sich an den Windungen
der Glühwendel 36 auf ein höheres Temperaturniveau als im übrigen Brennraum und
dringt im Inneren der Glühwendel 36 in die Randzonen der Spritzstrahlen 38 ein,
wo sich ein für die Zündung und Verbrennung sehr günstiges Kraftstoff-Luftgemisch
ergibt.
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Die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 2 und 3 stimmen bis auf
die Mittel zur Kontaktierung der Glühwendel 36 im wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 1 überein. Bei der Anordnung nach Figur 2 ist ein Kontaktstift 68 vorgesehen,
der durch eine aus Keramikmaterial bestehende Buchse 70 im Halteteil 40 druckdicht
festgelegt ist. Die Buchse 70 ist innen und außen mit einem metallischen Überzug
versehen und sowohl mit dem Kontaktstift 68 als auch mit dem Haleteil 140 durch
Löten fest verbunden. 3ei der Ausführung nach Figur 3 ist die Bohrung des Halteteils
40
mit einem Innengewinde 7 versehen, dem ein Außengewinde 76 an einem Kontaktstift
78 gegenüberliegt. Die Gewinde 74 und 76 sind so unterschiedlich bemessen, daß zwischen
ihnen ein durchgehender Spielraum definierter Breite gebildet ist. In diesen Spielraum
ist eine keramische Dicht-und Isoliermasse 80 eingefüllt, welche danach durch Aushärtung
verfestigt ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist das eine Anschlußende 52
der Glühwendel über eine Schweißperle 82 mit einem Kontaktstift 84 verbunden, der
im Gegensatz zu den vorhergehend beschriebenen Ausführungen in der Überwurfmutter
28 druckdicht festgelegt ist. Dadurch ist erreicht, daß auch der zwischen dem Haltekörper
40 und dem Düsenkörper 12 liegende Raum 86 gegen eine den Leiter 56 aufnehmende
Längsnut 88 im Mantel der berwurfmutter 28 abgedichtet ist und eine Abdichtung dieses
Raums 86 gegen die Brennkammer nicht benötigt wird. Eine derartige Abdichtung wird
bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungen durch den Wärmeschutzring 58 bewirkt,
dessen Ringlippe federnd an der Stirnseite 24 des Düsenkörpers 12 anliegt. Beim
Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Düsenkörper 12 gegen die Hitzestrahlung
der Glühwendel durch einen Belag 90 geschützt, welcher die geforderten Eigenschaften
hat und durch ein geeignetes Verfahren auf den Düsenkörper 12 aufgebracht ist.
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;um druckdichten Festlegen des Kontaktstiftes in der Überwurfmutter
28 ist eine Buchse 92 aus keramischem Stoff vorgesehen, die - analog zur Ausführung
nach Figur 2 - außen und innen metallisiert und sowohl mit dem Kontaktstift 84 als
auch mit der Überwurfmutter 28 durch Löten verbunden ist. Der Kontaktstift 84 ist
so
gebogen, daß sich zwei etwa gleichlange, einen stumpfen Winkel
einschließende Abschnitte 94 und 96 ergeben. Der Winkel ist so gewählt, daß sich
der Abschnitt 96 des Kontaktstiftes 84 etwa parallel zur Düsenachse erstreckt.
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Der Abschnitt 96 geht durch eine gestufte Bohrung 98 im Haltekörper
40 hindurch, in die eine Buchse 100 aus keramiscnem Stoff eingesetzt ist. Die Buchse
100 dient lediglich zum Isolieren des Kontaktstiftes 84 gegen den Haltekörper 140
und ist deshalb so bemessen, daß sich außen und innen ein Radialspiel 9 bzw. b zu
den benachbarten Wandabschnitten der Teile 40 und 84 ergibt.
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Beim Zusammenbau der Einrichtung wird zunächst der von taktstift 84
in der Überwurfmutter 28 festgelegt und danach der Haltekörper 40 samt Glühwendel
von der Stirnseite her in die Überwurfmutter 28 eingesetzt. Dabei tritt der Kontaktstift
84 lose durch die Bohrung 98 im Haltekörper 40 hindurch, wonach die Buchse 100 eingesetzt
und der Kontaktstift 84 mit dem Anschlußende 52 der glühwendel verschweißt werden
kann.