DE3805933C2 - Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aus.

Eine derartige aus der EP 0 158 739 A2 bekannte Einrichtung zum Einspritzen von Kraft­ stoff in Brennräume von Brennkraftmaschinen weist einen einer Einspritzdüse nachgeschalteten Glühkörper auf, der eine zentrale Öffnung für den Durchgang der Kraftstoffein­ spritzstrahlen hat. Der Glühkörper ist dabei als ein vom elektrischen Strom durchflossenes, aus MoSi₂ enthaltendem Keramikmaterial bestehendes Widerstandsheizelement ausgebil­ det, mit einem hohlzylindrischen, elektrisch beheizbaren Glühkörper, der koaxial zu den Einspritzstrahlen angeordnet und mit dem Brennraum über Kanäle zum Ansaugen einer Luft­ strömung und zum Ausbilden einer Luftmantelströmung bezüg­ lich der Einspritzstrahlen angeordnet ist. Dabei soll im mittleren Bereich des Glühkörpers eine höhere Temperatur erzielt werden als an den axial äußeren Enden. Diese Erhö­ hung des Heizwiderstandes im mittleren Bereich wird dabei bei dem bekannten Heizelement durch konstruktive Maßnahmen erreicht, in dem der mittlere Bereich als wendelförmiger Heizwiderstand ausgebildet ist, dessen Widerstandswendel in einem mittleren Bereich einen geringeren Querschnitt auf­ weist als in den äußeren Bereichen. Dabei weist die bekannte Heizvorrichtung jedoch den Nachteil auf, daß der wendelför­ mige Heizwiderstand einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand bedarf, so daß das bekannte Heizelement nur mit relativ hohen Kosten herstellbar ist. Zudem wird durch das nachträgliche Ausfräsen der Wendel die mechanische und thermische Festigkeit des Heizelementes herabgesetzt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Heiz­ vorrichtung zu finden, die ohne Einbuße an Festigkeit in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil, daß der spezifische elektrische Widerstand des Glühkörpers, der durch Heißpressen des Keramikmaterials bei etwa 2.000°C herstellbar ist, ohne Einbuße an Festigkeit wesentlich erhöht werden kann, weil der Widerstand mit dem Si₃N₄- Zusatz linear ansteigt und z. B. bei 60 Mol% Si₃N₄ etwa das 150-fache des Wertes für reines MoSi₂ beträgt. Dabei ist es besonders vorteilhaft im mittleren Bereich des Glühkörpers einen höheren Anteil an Si₃N₄ vorzusehen als an dessen beiden der Kontaktierung dienenden Endbereichen.

Ein Sintermaterial mit einem derart hohen elektrischen Widerstand ermöglicht die Herstellung von einfachen Glühvorsatz-Geometrien, wie sie beispielsweise zylindrische Hohlkörper mit im Durchmesser flanschartig vergrößerten oder sich stetig vergrößernden Endberei­ chen haben. Beim Stromfluß durch derartig geformte Glühkörper fällt in deren mittlerem Abschnitt der größte Teil der Spannung ab, so daß dort die heißeste Zone entsteht und die der Kontaktierung dienenden Bereiche relativ kalt bleiben. Außerdem erniedrigt ein Si₃N₄-Zu­ satz den Wärmeausdehnungsquotienten des Keramikmaterials, wodurch dessen Thermoschockbeständigkeit verbessert wird. Ein Glühkörper in Rohrform statt in Wendelform ist mechanisch stabiler und auch Gas­ druckimpulsen gegenüber weniger bruchgefährdet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch mög­ lich.

Die im mittleren Bereich des Glühkörpers abgegebene Heizleistung kann ohne Temperaturerhöhung in dessen Endbereichen und ohne Durch­ messerreduzierung des mittleren Bereichs gesteigert werden, wenn er­ findungsgemäß das Keramikmaterial im mittleren Bereich des Glühkör­ pers einen höheren Anteil an Si₃N₄ enthält als an dessen beiden der Kontaktierung dienenden Endbereichen. Diese Ausbildung des Glüh­ körpers kann selbstverständlich auch zusammen mit einer Durchmesser­ reduzierung des mittleren Glühkörperbereiches vorgesehen werden, wo­ durch der angestrebte Effekt noch verstärkt werden kann. Es ist auch denkbar, die Schichtung der Si₃N₄-Zusätze noch feiner zu unter­ teilen bzw. auch in Bezug auf den Umfang des Glühkörpers zu variie­ ren.

Der durch Stoffmischungsvarianten erreichbare, über einen sehr gro­ ßen Bereich vorwählbare spezifische Widerstand dieser Stoffkombina­ tion erlaubt die optimale konstruktive Gestaltung von Glühkörpern im Hinblick auf elektrische, thermische und mechanische Parameter, sowie in Bezug auf rationelle Herstellbarkeit. Die Maßnahmen zur Verbindung verschieden hoch mit Si₃N₄ dotierter Bereiche in ei­ nem Sinterprozeß sind grundsätzlich aus der DE-OS 13 44 342 bekannt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Teil einer Einspritzdüse und einer nachgeschalte­ ten Glüheinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 in weiter vergrößertem Maßstab den Glühkörper der Einrichtung nach Fig. 1, teilweise im Längsschnitt und teilweise in Seitenansicht, und Fig. 3 den Glühkörper des zweiten Ausführungsbeispiels im Schnitt.

In einem Motorblock 10 einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ist über einen Distanzring 11 eine Kraftstoff-Einspritzdüse 12 mittels einer Düsenspannmutter 13 festgespannt. Die Einspritzdüse 12 hat ei­ nen Düsenkörper 14, in welchem eine Ventilnadel 15 verschiebbar ge­ lagert ist und der über die Düsenspannmutter 13 an einem nicht dar­ gestellten Düsenhalter befestigt ist. Am brennraumseitigen Ende der Düsenspannmutter 13 ist ein Gehäuse 16 einer insgesamt mit 17 be­ zeichneten Glühvorrichtung für die aus der Einspritzdüse 12 austre­ tenden Kraftstoffstrahlen 18 befestigt. Der Boden des Düsenkörpers 14 ist über einen Wärmeschutzring 19 gegen das Gehäuse 16 abgestützt.

Am brennraumseitigen Stirnende des Gehäuses 16 ist eine metallische Ringplatte 20 befestigt, deren Innendurchmesser so groß gewählt ist, daß die hindurchgehenden Kraftstoffstrahlen 18 die Ringplatte 20 nicht berühren. Auf der Ringplatte 20 ist ein als zylindrischer Hohlkörper ausgebildeter und aus elektrisch leitendem Keramikmate­ rial bestehender Glühkörper 21 konzentrisch zum Gehäuse 16 befe­ stigt, der mit einer zentralen Bohrung 22 für den Durchgang der Kraftstoffstrahlen 18 versehen ist. Auf seiner oberen Stirnseite ist der Glühkörper 21 mit einer metallischen Kontaktscheibe 23 leitend verbunden, die über ein Drahtstück 24, einen isoliert durch das Ge­ häuse 16 hindurchgeführten Kontaktbolzen 25 und eine isoliert in ei­ ner Umfangsnut der Düsenspannmutter 13 geführte Zuleitung 26 mit ei­ ner externen Heizstromquelle verbunden bzw. verbindbar ist. Die un­ tere Stirnseite des Glühkörpers 21 ist über die Ringplatte 20, das Gehäuse 16 und die Düsenspannmutter 13 mit Masse kontaktiert.

Der Glühkörper 21 ist mit radialem Spiel von einem die Ringplatte 20 tragenden, hülsenförmigen Gehäuseansatz 28 umgeben, der seinerseits mit radialem Spiel in eine Bohrung 29 des Motorblocks 10 ragt, die in den nicht dargestellten Brennraum der Maschine führt. Der Gehäu­ seansatz 28 ist mit mehreren Durchbrüchen 30, 31 versehen, die aus der Bohrung 29 in den Ringraum 32 zwischen dem Gehäuseansatz 28 und dem Glühkörper 21 führen. Der in Einspritzrichtung gesehen mittlere Bereich 33 des Glühkörpers 21 (Fig. 2) hat einen geringeren Außen­ durchmesser als seine beiden Endbereiche 34, 35, die über konische Übergangsabschnitte 36, 37 in den mittleren Bereich 33 übergehen. Im mittleren Bereich 33 ist der Glühkörper 21 mit zwei Reihen von ra­ dialen Bohrungen 38 versehen, welche den Ringraum 32 mit der Bohrung 22 des Glühkörpers 21 verbinden.

Im Betrieb der Einrichtung saugen die aus der Einspritzdüse 12 aus­ tretenden Kraftstoffstrahlen 18 über die Bohrung 29 im Motorblock 10, die Durchbrüche 30, 31 im Gehäuseansatz 28, sowie über die Boh­ rungen 38 und den Ringraum zwischen der Einspritzdüse 12 und der Kontaktscheibe 23 Luft aus dem Brennraum der Maschine an, die sich erwärmt den Randzonen der Kraftstoffstrahlen beimischt und deren Zündwilligkeit erhöht.

Der Glühkörper 21 ist aus einem Keramikmaterial hergestellt, das aus einer Mischung von MoSi₂ und einem zwischen 10 und 60 mol% liegen­ den Anteil an Si₃N₄ besteht und durch Heißpressen bei etwa 2000°C in die dargestellte Form gebracht ist. Durch den Anteil an Si₃N₄ ist die elektrische Leitfähigkeit des Keramikmaterials ge­ genüber reinem MoSi₂ erheblich herabgesetzt, so daß der Glühkörper 21 ohne Einbuße an Heizleistung mechanisch stabiler als ein Glühkör­ per ohne Zusatz von Si₃N₄ ausgeführt werden kann. Beim Stromfluß durch den Glühkörper 21 fällt im mittleren Bereich 33 wegen dessen kleinerem Querschnitt der größte Teil der Spannung ab, so daß dort die heißeste Zone entsteht. Die der Kontaktierung dienenden Endbe­ reiche 34, 35 des Glühkörpers 21 bleiben wegen ihres wesentlich grö­ ßeren Querschnitts relativ kalt, wodurch die Standfestigkeit der dort befindlichen Anschlußkontaktierungen verbessert wird.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Glühkörper 41 mit glattzylindrischer Form und durchgehender Bohrung 42 vorgesehen, dessen mittlerer Bereich 43 einen höheren Gehalt an Si₃N₄ auf­ weist als dessen Endbereiche 44, 45, wodurch der gleiche Effekt wie mit der Durchmesserprofilierung des Glühkörpers 21 gemäß Fig. 1 und 2 erreicht wird. Selbstverständlich können auch beide Maßnahmen kom­ biniert angewendet werden, wodurch ohne Einbuße an Bruchfestigkeit die elektrischen Widerstandswerte in einzelnen Bereichen des Glüh­ körpers 21 bzw. 41 noch stärker voneinander abweichend ausgeführt werden können. Der Glühkörper 41 kann selbstverständlich auch mit Löchern oder Schlitzen zur seitlichen Luftansaugung versehen sein.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume, insbe­ sondere für selbstzündende Brennkraftmaschinen, mit einer Einspritz­ düse und einem deren Spritzöffnung nachgeschalteten Glühkörper der eine zentrale Öffnung für den Durchgang der Kraftstoffeinspritz­ strahlen hat und als ein von elektrischem Strom durchflossenes, aus MoSi₂ enthaltendem Keramikmaterial bestehendes Widerstandsheizele­ ment ausgebildet ist, und ferner mit einem die Einspritzstrahlen um­ gebenden, in den Brennraum mündenden Kanal, in den mindestens eine Belüftungsöffnung von der Seite her einmündet, durch welche die Ein­ spritzstrahlen infolge von Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum ansaugen, welche die Kraftstoffstrahlen in Form eines Mantels um­ hüllt, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial des Glühkör­ pers (21, 41) aus einer Mischung aus MoSi₂ und einem zwischen 10 und etwa 60 mol% liegenden Anteil an Si₃ N₄ besteht, wobei das Keramikmaterial des Glühkörpers (21, 41) in dessen in Einspritzrich­ tung gesehen mittleren Bereich (43) einen höheren Anteil an Si₃N₄ enthält als an dessen beiden der Kontaktierung dienenden Endbereichen (44, 45).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühkörper (21) als ein zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, der in seinem in Einspritzrichtung gesehenen mittleren Bereich (33) eine geringe Wandstärke und daher einen größeren elektrischen Wider­ stand hat als in seinen beiden äußeren Bereichen (34, 35).

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Glühkörper (21) mit Wanddurchbrüchen (38), wie Lö­ chern oder Schlitzen, zum Ansaugen von Luft aus dem Brennraum der Maschine versehen ist.