EP0142513B1

EP0142513B1 - Einrichtung zur kraftstoffeinspritzung in brennräume

Info

Publication number: EP0142513B1
Application number: EP84901332A
Authority: EP
Inventors: Ernst Imhof; Iwan Komaroff; Günther Schmid; Werner Grünwald; Helmut Reum
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1989-07-12
Also published as: US4627405A; DE3478944D1; IT1175494B; IT8420902A1; EP0142513A1; DE3327773A1; WO1984004567A1; IT8420902A0

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche 1 und 7. Aus der gemäß Artikel 54 (3) als Stand der Technik zu berücksichtigenden EP-A-0 102 507 ist eine Einrichtung der gattungsmäßigen Art bekannt, bei welcher ein aus Keramik bestehender Glühkörper an der inneren Kanalwand und gegebenenfalls auch auf dem Außenmantel mit Heizelementen versehen ist, die zweckmäßig als dünne Metallbelege ausgebildet und in einzelne Bereiche aufgeteilt sind, die unabhängig von anderen Bereichen gesteuert werden können, um gezielt verschiedene Glühzustände hervorzurufen und dadurch die Strahl- und Zündqualität an die Erfordernisse eines optimalen Betriebes anzupassen. Außerdem wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, als Heizelement u. a. eine Glühwendel vorzusehen, die in einen keramischen Stützkörper eingebettet ist, der auch als Wärmespeicher bei längerem Glühen dienen kann.
Aus der vorveröffentlichten DE-C-834 467 ist eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von selbstzündenden Brennkraftmaschinen bekannt, bei welcher ein der Einspritzdüse nachgeschalteter Glühkörper aus einer eigensteifen Glühwendel besteht, für die ein keramischer Stützkörper nicht vorgesehen ist. Neben diesem gattungsmäßigen Unterschied sind bei dieser bekannten Anordnung auch keine Maßnahmen vorgesehen, um verschiedene Glühzustände hervorzurufen und insbesondere eine Schnellaufheizung von durch Injektorwirkung der Spritzstrahlen angesaugter Luft zu bewirken.
Ferner ist aus der FR-A-2 405 375 eine Glühkerze zur Erwärmung der Luft bzw. des Luft-Brennstoffgemisches in einer Brennkraftmaschine bekannt, welche mit zwei metallischen Heizdrahtelementen unterschiedlicher Heizintensität versehen ist, die beide in eine keramische Masse eingebettet sind, welche zur Isolierung der metallischen Heizelemente gegenüber anderen Bauelementen der Glühkerze dient. Eine direkte Berührung der Heizelemente mit der die Glühkerze umstromenden Luft bzw. dem Luft-Brennstoffgemisch ist nicht vorgesehen und nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Anordnungen mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Anspruche 1 und 7 haben den Vorteil, daß sie auch bei den gattungsmäßigen Einrichtungen eine wirksame Schnellaufheizung beim Start und danach eine Dauerheizung ermöglichen, wobei insbesondere bei der Schnellaufheizung eine besonders intensive Wärmeübertragung auf die den einspritzenden Kraftstoff als Strömung begleitende Luft erreicht werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Anordnungen nach den unabhängigen Anspruchen 1 und 7 möglich.
Die Anzahl der einzelnen Bauteile der Einrichtung kann verringert werden, wenn die Heizelemente durch eine gemeinsame Wendel gebildet sind. Der unterschiedliche Körperkontakt zwischen den Heizelementen und dem Keramikkörper kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß die Heizelemente auch in ihrer Längsrichtung gewellt sind und sich durch eine unterschiedliche Wellungslänge und/oder Wellungshöhe und/oder Einbettungstiefe im Keramikkörper unterscheiden.
Bei Einzelausführung können die Heizelemente elektrisch parallel geschaltet und je für sich entsprechend den Anforderungen in einem bestimmten Betriebszustand steuerbar sein. Die Reihenfolge der Heizelemente wird nach heiztechnischen Erfordernissen gewählt. So kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung in Strömungsrichtung des Kraftstoffs zuerst ein Schnellheizelement, dann ein Dauerheizelement und danach wieder ein Schnellheizelement angeordnet werden.
Nach dem unabhängigen Anspruch 7 ergibt sich eine einfache Ausführung, weil der Stützkörper selbst das Dauerheizelement für den konstanten Betriebseinsatz bildet und ein zusätzliches Heizelement hierfür entfällt. Außerdem erhält man ohne zusätzlichen Aufwand ein hochtemperatur- und verbrennungsgasbeständiges Heizelement, das unempfindlich gegen Temperaturschocks ist und sich sowohl für kurze Aufheizzeiten als auch für Dauerglühbetrieb eignet.
Der keramische Stützkörper kann vorzugsweise aus einem Keramikmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand), vorzugsweise aus SiC, bestehen. Bei entsprechender Abstimmung mit dem metallischen Heizelement könnte der keramische Stützkörper jedoch auch aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand), z. B. MoSi₂, bestehen.
Die angegebenen Materialien sind besonders thermoschockbeständig und sowohl in reduzierender wie in oxidierender Atmosphäre bis zu hohen Temperaturen (SiC bis ca. 1150°C, MoSi₂ bis ca. 1300°C) einsetzbar.
Das metallische Heizelement kann gemäß einem weiteren vorschlag der Erfindung aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten (PCT-Widerstand), vorzugsweise aus einer Platinlegierung, bestehen. Ein derartiges Heizelement kann mit dem keramischen Glühkorper als zweites Heizelement zu einem schnellansprechenden Dauerglühelement kombiniert werden. Das metallische Heizelement glüht beim Vorglühen und Starten der Brennkraftmaschine innerhalb kurzer Zeit auf, erbringt dabei die hohe Startleistung und heizt außerdem den keramischen Stützkörper, bis dieser leitend wird und sich durch Eigenstromaufnahme selbst weiter erwärmt. Dabei geht die Strombelastung des als PCT-Widerstand ausgebildeten metallischen Heizelementes wieder auf geringere Werte zurück, so daß auch ein Dauerbetrieb des metallischen Heizelementes ohne Schaden möglich ist. Das aufeinanderfolgende Wirksamwerden der beiden Heizelemente wird ohne zusätzliche Schaltmittel erreicht und der als Glühkörper mit Eigenheizung ausgebildete keramische Stützkörper eignet sich darüber hinaus besonders gut zur Bildung von Kanälen, durch welche die den auspritzenden Kraftstoff begleitende Verbrennungsluft geführt wird.
Das Zusammenwirken des metallischen Heizelementes mit dem keramischen Stützkörper kann gezielt beeinflußt werden, wenn das metallische Heizelement mindestens über Teile seiner Länge einen gut wärmeleitenden Kontakt mit dem Stützkörper hat.
Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, daß in der Startphase der Brennkraftmaschine die mit dem Stützkörper in wärmeleitendem Kontakt stehenden Abschnitte des metallischen Heizelementes sich langsamer als dessen andere Leitungsabschnitte erwärmen und daher länger in einem niedrigeren Widerstandsbereich verbleiben. Die sich schneller bzw. stärker erwärmenden Abschnitte des metallischen Heizelementes können in diesem Fall in jenem Bereich des Glühvorsatzes angeordnet sein, in welchem sich die begleitende Verbrennungsluft bereits mit den Randzonen des Kraftstoffstrahls vermischt hat.
Eine besonders wirkungsvolle Anordnung ergibt sich, wenn der Stützkörper eine zentrale Bohrung für den Durchgang des Kraftstoffs hat und das metallische Heizelement mit mindestens einem, vorzugsweise jedoch mehreren an der Bohrungswand des Stützkörpers angeordneten Wendelabschnitten versehen ist.
Bei dieser Anordnung ist neben einem sehr guten Wärmeübergang erreicht, daß der bzw. die an der Bohrungswand des Stützkörpers angeordneten Wendelabschnitte des mechanischen Heizelementes zusätzlich für eine gute Verwirbelung bzw. Vermischung der begleitenden Verbrennungsluft mit den Randzonen des Kraftstoffstrahles sorgt.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung ist vorgesehen, daß die Luftleitvorrichtung die den einspritzenden Kraftstoff begleitende Strömung der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die zentrale Bohrung des Stützkörpers über dessen Außenmantel leitet und daß die die inneren Wendelabschnitte verbindenden Leitungsabschnitte des metallischen Heizelementes über den Außenmantel bzw. durch vom Außenmantel ausgehende Vertiefungen des Stützkörpers geführt sind. Dadurch wird die begleitende Verbrennungsluft schon vor ihrer Berührung bzw. Vermischung mit dem einspritzenden Kraftstoff gut vorgewärmt.
Bei einer solchen bevorzugten Ausführung ist es besonders vorteilhaft, wenn die die inneren Wendelabschnitte verbindenden Leitungsabschnitte des metallischen Heizelementes ebenfalls als Wendeln ausgebildet sind, welche in radial vom Mantelumfang des Stützkörpers ausgehende, bis nahe an dessen zentrale Bohrungswand reichende Schlitze passend eingefügt sind.
Die Länge der in den Schlitzen des Stützkörpers angeordneten Wendelabschnitte des metallischen Heizelementes können etwa 50 % von dessen Gesamtlänge betragen. Während der Vorglüh- und Startphase der Brennkraftmaschine glühen die in der zentralen Bohrung des Stützkörpers sich befindenden inneren Wendelabschnitte des metallischen Heizelementes beispielsweise innerhalb von 1 bis 2 Sekunden im Temperaturbereich von ca. 1200 bis 1400°C auf. Die anderen, in den Schlitzen des Stützkörpers eingefügten Wendelabschnitte sind mit intensiverem Wärmeleitkontakt zum Stützkörper wesentlich langsamer im Temperaturanstieg. Der PTC-Effekt des metallischen Heizelementes führt nun dazu, daß die für die Startphase wichtige hohe Temperatur der dem Einspritzstrahl zugewandten inneren Wendelabschnitte in dem Maß abnimmt, wie die Widerstandszunahme der langsamer sich aufheizenden Wendelabschnitte in den Schlitzen des Stützkörpers vorankommt. Dieser selbststeuernde Effekt bringt also die für die Startphase wichtige, hohe Heizelementtemperatur zurück auf einen Wert, der die Lebensdauer des metallischen Heizelementes nicht mehr beeinträchtigt. Gleichzeitig nimmt die Temperatur des Stützkörpers, beheizt durch das metallische Heizelement, weiter zu, bis sein Widerstand soweit abgesunken ist, daß der Stützkörper selbst, bei der angelegten Spannung, zum Heizleiter wird.
Für die Erfindung ist es unbeachtlich, ob es sich um eine Kraftstoff-Einspritzdüse mit nur einer Spritzöffnung, wie beispielsweise einer zapfen- oder einer nach außen öffnenden Einspritzdüse, oder um eine Mehrlochdüse handelt.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 den brennraumseitigen Endabschnitt des ersten Ausführungsbeispiels im Schnitt, die
Figuren 2 bis 4 je einen Schnitt nach der Linie 11 - 11 bzw. 111 - 111 bzw. IV - IV in Figur 1, Figur 5 eine mögliche Schaltung der Heizelemente des Ausführungsbeispiels nach Figur 1,
Figur 6 ein Temperatur-Zeitdiagramm der Schaltung nach Figur 5 und
Figur 7 eine andere Schaltung der Heizelemente nach Figur 1. In
Figur 8 ist das zweite und in
Figur 9 das dritte Ausführungsbeispiel, jeweils im Teilschnitt, dargestellt.
Figur 10 zeigt eine Draufsicht auf den Glühkörper nach Figur 9 und
Figur 11 ist ein Schnitt durch den Stützkorper des Glühkörpers nach Figur 10 gemäß Linie XI - XI in Figur 10.

Beschreibung der

Ausführungsbeispiele

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 hat eine in ein Motorgehäuse 1 eingeschraubte Einspritzdüse 2, der eine Heizvorrichtung 3 nachgeschaltet ist. Die Einspritzdüse 2 weist einen Düsenkörper 4 und eine Ventilnadel 5, sowie eine Spannmutter 6 auf, mit welcher der Düsenkörper 4 an einen nicht dargestellten Düsenhalter gespannt ist und welche mit ihrer einen Stirnseite auf einen Distanzring 7 zwischen Motorgehäuse 1 und Einspritzdüse 2 einwirkt. Die Heizvorrichtung 3 hat ein an der Spannmutter 6 befestigtes Gehäuse 8, welches einen hülsenförmigen Ansatz 9 hat, der einen insgesamt mit der Bezugzahl 10 versehenen Glühkörper trägt und diesen mit radialem Spiel umgibt. Der hülsenförmige Ansatz 9 ragt seinerseits mit radialem Spiel in eine Bohrung 11 im Motorgehäuse 1 hinein, die von der Einspritzdüse 2 in den Brennraum führt. Durch die radialen Spiele ist zwischen der Bohrung 11 und dem Ansatz 9 ein Ringraum 12 und zwischen dem Ansatz 9 und dem Glühkörper 10 ein Ringraum 13 gebildet, der mit dem Ringraum 12 über Bohrungen 14 im Ansatz 9 verbunden ist.
Der Glühkörper 10 hat einen buchsenförmigen Keramikkörper 15, der mit einem Durchgang 16 für die Spritzstrahlen und mit in den Durchgang 16 seitlich einmündenden Belüftungsöffnungen 17 versehen ist. An der den Durchgang 16 begrenzenden Innenwand ist der Keramikkörper 15 mit einer Wendelnut 24 versehen, in der drei ebenfalls wendelförmige Heizelemente 25, 26 und 27 eingelagert sind. Die Heizelemente 25, 26, 27 sind durch einen elektrischen Widerstandsdraht mit einem flachen, rechteckigen Querschnitt gebildet, um dadurch eine möglichst große, von der Luft überstreichbare Fläche zu erhalten. Der zum Zweck des erleichterten Zusammenbaues aus zwei Halbschalen gebildete Keramikkörper 15 ist durch einen Federtellerring 28 in seiner Lage im Gehäuse 8 zentriert gehalten. Zu den Heizelementen 25, 26, -27 führen elektrische Anschlußleitungen 29,_welche durch eine Einfräsung in der Spannmutter 6 hindurchgeführt sind.
Die wendelförmigen Heizelemente 25, 26, 27 sind auch in sich gewellt, und zwar so, daß die Wellenberge in die Wendelnut 24 eingreifen und die Wellentäler im Bereich des Durchgangs 16 für die Spritzstrahlen liegen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die drei Heizelemente 25, 26, 27 unterschiedliche Wendelteilungen haben und daher in einem unterschiedlich innigen Wärmekontakt mit dem Keramikkörper 15 stehen. Wie in Figur 2 dargestellt, ist gemäß dem Querschnitt II - II aus Figur 1 das dem Düsenkörper 4 am nächsten gelegene Heizelement 25 am dichtesten gewellt. Der Faltabstand der einzelnen Wellen ist sehr dicht, wobei ein erheblicher Teil des Heizelementes 25 in der Wendelnut 24 des Keramikkörpers 15 verschwindet. Es ragt somit nur ein verhältnismäßig kleiner Teil in die Verbrennungsluftströmung, so daß auch nur eine verhältnismäßig langsame unmittelbare Aufheizung erfolgt. Da andererseits ein wesentlicher Teil des Heizelementes 25 im Keramikkörper 15 ruht, wird dieser verhältnismäßig stark aufgeheizt, wodurch er wegen seiner Wärmespeicherfähigkeit die Funktion eines Dauerheizelementes erhält.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das zweite Heizelement 26, das weniger stark gewellt ist, als das Heizelement 25 und weniger stark im Keramikbereich ruht. Das Heizelement 26 stützt sich in der Wendelnut 24 nur über sieben Nasen 26a ab, so daß die zwischen diesen Nasen 26a sich erstreckenden, unmittelbar dem Luftstrom ausgesetzten Abschnitte des Heizelementes 26 dem Luftstrom eine größere Heizfläche als das Heizelement 25 bieten und einen größeren Teil der erzeugten Heizwärme unmittelbar auf den Luftstrom übertragen. Der in Figur 4 dargestellte Schnitt durch das dritte Heizelement 27 zeigt, daß dieses nur noch mit vier Nasen 27a in die Wendelnut 24 eingreift, so daß die dazwischengelegenen Abschnitte nahezu ein Maximum an Heizfläche bieten. Dieses Heizelement 27 ist für die Schnellaufheizung bei Kaltstart vorgesehen.
Abgesehen von der grundsätzlichen Gestaltung, wie sie in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist, können die Heizelemente 25, 26, 27 auch eine unterschiedliche Breite aufweisen.
Die Heizelemente 25, 26, 27 können aus einem durchgehenden Widerstandsdraht gebildet und gemäß Figur 5 in einen Stromkreis eingeschaltet sein. In Figur 5 bezeichnen die Symbole R_A, R_B und R_c die elektrischen Widerstände der Heizelemente 25 bis 27, die bei einteiliger Ausführung in Reihe geschaltet sind und denen ein verstellbarer Widerstand D vorgeschaltet ist. Aufgrund der Fixgestaltung der Heizelemente 25, 26, 27 handelt es sich hier um grundsätzlich bereits festgelegte Proportionen der Heizelemente, deren Gesamtleistung über den verstellbaren Widerstand D änderbar ist.
Dem in Figur 6 dargestellten Temperatur-Zeitdiagramm kann entnommen werden, welche Wirkung die einzelnen Widerstände über der Zeit haben. Besonders der Widerstand R_c des Heizelementes 27 weist am Anfang eine sehr hohe Temperaturleistung auf, die dann zurückfällt auf einen mittleren Wert, wie ihn nach einiger Zeit auch die anderen beiden Widerstände R_B und R_A erreichen. Durch die konstruktive Gestaltung des Heizelementes 27 wird somit zu Beginn der Aufheizung eine starke Differenzierung in Richtung Schnellaufheizung erreicht, bis nach einiger Zeit die Widerstandsleistungsabgabe aller drei Heizelemente etwa gleich ist. Das Heizelement 27 bildet somit ein Schnellheizelement, während das Heizelement 25 die Funktion einer den Keramikkörper 15 bis auf eine für den konstanten Betriebseinsatz ausreichende Temperatur aufheizendes elektrisches Widerstandselement bildet.
Die drei Heizelemente 25 bis 27 können auch als getrennte Bauteile ausgeführt und elektrisch parallel geschaltet sein. In diesem Fall kann gemäß Figur 7 den drei Widerständen R_A, R_B und R_c je ein verstellbarer Widerstand D, bzw. D₂ bzw. D₃ zugeordnet sein, über welche die Heizstromstärken je nach Betriebszustand unabhängig gesteuert werden können.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 8 hat den gleichen grundsätzlichen Aufbau wie das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel, so daß hier nur auf die abweichenden konstruktiven Einzelheiten Bezug genommen wird. Die Heizvorrichtung 3 hat ein inneres metallisches Heizelement 30, welches aus einem Glühdraht gebildet ist, der sowohl mit dem Durchmesser d, um seine Längsachse als auch mit dem Durchmesser d₂ um die Achse der Einspritzdüse gewendelt ist und aus einem Stoff mit einem positiven Temperaturkoeffizienten besteht. Der Materialdurchmesser des Glühdrahts ist so auf die Wendeldurchmesser d, und d₂ abgestimmt, daß sich ein eigensteifes Gebilde ergibt, welches den im Betrieb auftretenden Verformungskräften standhält.
Das Heizelement 30 ist mit geringem Spiel von einem ringförmigen Stützkörper 31 umgeben, welcher aus elektrisch leitfähigem Keramikmaterial mit negativem Temperaturkoeffizienten besteht und ein zweites Heizelement bildet. Der Stützkörper 31 ist dazu an einer Stelle seines Umfangs der Länge nach geschlitzt und an einer Schlitzflanke mit einem elektrischen Leiter 32 kontaktiert, an den auch das eine Ende des Heizelementes 30 angeschlossen ist. Zwischen dem Stützkörper 31 und dem Gehäuse 9 ist ein Ringraum 33 gebildet, der über Bohrungen 34 im Gehäuse 9 mit der Brennkammer der Maschine und über Randausklinkungen 35 im Stützkörper 31 mit dessen Inneren verbunden ist.
Die beiden Heizelemente 30 und 31 sind über den auch hier vorgesehenen Federtellerring 23 und über eine aus elektrisch isolierendem Stoff bestehende Lochblende 36 am Gehäuse 9 zentral festgehalten. Die Lochblende 36 schützt außerdem die Einspritzdüse 2 gegen Infrarotstrahlung und deckt auch die Randausklinkungen 35 im Stützkörper 31 zur Einspritzdüse hin ab. Zwischen Stützkörper 31 und dem nach innen gerichteten Rand des Gehäuses 9 ist eine Zwischenscheibe 37 vorgesehen, die ebenfalls aus elektrisch isolierendem Stoff besteht. Die beiden nicht mit dem Leiter 32 verbundenen Anschlüsse des Heizelementes 30 und des Stützkörpers 31 sind mit dem als Masseanschluß dienenden Gehäuse 9 verbunden.
Bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine werden beide Heizelemente 30 und 31 parallel zueinander an Spannung gelegt. Das metallische Heizelement 30 glüht danach sehr schnell auf, während sich das keramische Heizelement 31 nur langsam zu erwärmen beginnt. Nach einer gewissen Betriebszeit hat das keramische Heizelement 31 seine Dauerglühtemperatur erreicht, während das Heizelement 30 infolge seines angewachsenen Widerstandes elektrisch geringer belastet wird als anfänglich. Dadurch wird im Dauerbetrieb dem metallischen Heizelement 30 nicht geschadet. Auf diese Weise ist erreicht, daß der Glühvorsatz anfänglich eine hohe Heizleistung erbringt und danach auf eine mittlere Heizleistung absinkt, welche einer Kraftstoffstrahl 38 saugt aus der Brennkammer entlang der Strömungslinien 39 Verbrennungsluft an, die sich am keramischen Stützkörper 31 außen bereits vorerwärmt und im Inneren des Stützkörpers 31 in die Randzone des Kraftstoffstrahls eindringt, wo sie sich intensiv mit den Kraftstofftröpfchen der Randzone vermischt.
Die Ausführung nach den Figuren 10 bis 12 stimmt mit der Ausführung nach Figur 9 bis auf einen anders ausgebildeten Glühvorsatz überein. Dieser hat einen ringförmigen keramischen Stützkörper 40, der an einer Stelle einen radialen Trennschlitz 41 hat. Der Stützkörper 40 ist ferner mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten Längsschlitzen 42 versehen, welche von seinem Mantelumfang 44 ausgehen und bis auf den Abstand a an seine zentrale Bohrung 45 heranreichen. Die Längsschlitze 42 sind am oberen Stirnende des Stützkörpers 40 über eine achsiale Länge b bis in die zentrale Bohrung 45 hinein vertieft, so daß sie dort je einen Durchgang 46 zur Bohrung 45 bilden. Am unteren Stirnende ist der Stützkörper 40 mit einer zentrischen Ausnehmung 47 von der Tiefe c und dem Durchmesser e versehen. Zwischen den Durchgängen 46 und der Ausnehmung 47 verbleibt ein Kernring 48, der nur durch den durchgehenden Trennschlitz 41 unterbrochen ist.
Der Stützkörper 40 ist aus einem elektrisch leitendem Keramikmaterial hergestellt, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten hat und erst bei höheren Temperaturen eine merkliche elektrische Leitfähigkeit aufweist. Die den Trannschlitz 41 begrenzenden Flächen des Stützkörpers 40 sind mit örtlichen Vertiefungen 50 versehen, in deren Bereich je eine zum benachbarten Schlitz 42 führende Nut 51 im Mantelumfang 44 des Stützkörpers 40 ausmündet. Im Bereich der Vertiefungen 50 sind Kontaktelemente 52 angeordnet, welche den Stützkörper 40 elektrisch leitend mit durch die Nuten 51 hindurchgeführten Anschlußdrähten 53 verbinden.
Der Stützkörper 40 ist auf seiner gesamten Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen, die in der Zeichnung nicht besonders dargestellt ist. Auf den Stützkörper 40 ist ein metallisches Heizelement 55 aufgewickelt, das aus einem Glühdraht mit positivem Temperaturkoeffizienten besteht. Das Heizelement 55 hat eine der Anzahl der Schlitze 42 entsprechende Anzahl von inneren Wendelabschnitten 56, welche jeweils einem Schlitz 42 gegenüberliegend mit geringem Abstand an der Wand der Bohrung 45 entlang laufen. Jedem inneren Wendelabschnitt 56 ist ein äußerer Wendelabschnitt 57 zugeordnet, welcher passend in den entsprechenden Schlitz 42 eingefügt ist und sich in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Stützkörper40 befindet.
Auf der der Einspritzdüse zugekehrten Seite sind die beiden sich radial gegenüberliegenden Wendelabschnitte 56, 57 über einen im Durchgang 46 angeordneten gestreckten Glühdrahtabschnitt 58 verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite ist jeweils ein äußerer Wendelabschnitt 57 mit einem in einer benachbarten Teilungsebene liegenden inneren Wendelabschnitt 56 über einen gestreckten Glühdrahtabschnitt 59 verbunden.
Durch die beschriebene Ausbildung des Stützkörpers 40 bildet dessen Kernring 48 einen zu einem offenen Ring gebogenen Heizwiderstand, der über die Anschlußdrähte 53 parallel zum elektrischen Heizelement 55 geschaltet ist. Durch die Längsschlitze 42 werden ferner thermische Verspannungen des Stüzkörpers 40 während des Betriebes weitgehend vermieden. Der Stützkörper 40 ist vorzugsweise aus SiC hergestellt, während das Heizelement 55 aus einem Material mit PTC-Charakteristik, beispielsweise einer Platinlegierung oder MoSi₂ besteht. Die Anzahl der Längsschlitze 42 sowie die Schlitztiefe wird bestimmt vom Wendeldurchmesser und der unterzubringenden Drahtlänge des Heizelementes 55, sowie von dem gewünschten Stützkörperwiderstand bei bestimmter Stützkörpertemperatur.
Während der Vorglüh- und Anlaßphase beim Starten der Brennkraftmaschine glühen die in der Bohrung 45 befindlichen Wendelabschnitte 56 des Heizelementes 55 innerhalb von beispielsweise 1 bis 2 Sekunden im Temperaturbereich von 1200 bis 1400°C auf. Die Wendelabschnitte 56 wirken so als Startwicklung, welche durch hohe Stromaufnahme den sehr raschen Temperaturanstieg aufweist. Die anderen, in den Längsschlitzen 42 eingefügten Wendelabschnitte 57 des Heizelementes 55 sind mit intensiverem Wärmeleitkontakt zum Stützkörper 40 wesentlich langsamer im Temperaturanstieg und verbleiben länger im niederen Temperaturbereich. Dadurch wird der Startwicklungseffekt der inneren Wendelabschnitte 56 noch verstärkt. In dieser Phase der höchsten Temperatur eines Teils des Heizelementes 55 findet der Motorstart statt.
Der PTC-Effekt des Heizelementes 55 führt nun dazu, daß die für die Startphase wichtige hohe Temperatur der inneren Wendelabschnitte 56 in dem Maß abnimmt, wie die Widerstandszunahme der sich langsamer aufheizenden Wendelabschnitte 57 in den Längsschlitzen 42 vorankommt. Dieser selbststeuernde Effekt reduziert also die für die Startphase wichtige, hohe Heizleistung der Wendelabschnitte 56 auf einen Wert, der die Lebensdauer des Heizelementes 55 nicht mehr beeinträchtigt. Gleichzeitig nimmt die Temperatur des Stützkörpers 40 zu, der vom Heizelement 55 mit aufgeheizt wird. Dabei nimmt der elektrische Widerstand der NTC-Keramik des Stützkörpers 40 soweit ab, daß der Stützkörper selbst, bei der angelegten Spannung, Strom aufnimmt und zum Heizleiter wird. Dabei werden die eng mit dem Stützkörper 40 verbundenen äußeren Wendelabschnitte 57 mit PTC-Charakter intensiv erwärmt, was zu einem weiteren Widerstandsanstieg des Heizelementes 55 führt, so daß der Leistungsanteil des PTC-Kreises weiter zurückfällt.
Der zum Heizelement gewordene Stützkörper 40 übernimmt nun als NTC-Heizkreis für die jetzt folgende Warmlaufphase der Maschine die Zündhilfe. Dieser Heizkreis kann nach dem Erreichen der Betriebstemperatur der Maschine abgeschaltet oder als robustes Heizelement für andere Aufgaben der Verbesserung des Verbrennungsablaufes in der Maschine eingeschaltet bleiben.
Auch bei dieser Ausführung wird die aus der Brennkammer durch den aus der Einspritzdüse ausgespritzten Kraftstoffstrahl angesaugte Verbrennungsluft über den Außenumfang und durch die Längsschlitze des Stützkörpers 40 geführt und dort in der gewünschten Weise sehr effektiv vorgewärmt. Das Heizelement 55 wird nach dem Anstieg seines Widerstandes im "Schongang" weiter betrieben.
Bei einer abgewandelten Ausführung kann der keramische Stützkörper 40 zumindest am Mantel ohne einen elektrisch isolierenden Überzug ausgebildet sein. Dadurch werden zwar beim Leitendwerden des Stützkörpers 40 die Windungen der äußeren Wendelabschnitte 57 u.U. kurzgeschlossen, wodurch dem PTC-Effekt des Heizelements 55 entgegengewirkt wird. Dieser PTC-Effekt kann jedoch auf die übrigen Parameter so abgestimmt sein, daß er die Kurschlußwirkung überwiegt und daß der gewünschte Gesamteffekt doch eintritt.

Claims

1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einer Einspritzduse (2) und einem nachgeschalteten Glühkörper (10), der eine von einem Keramikkörper (15) getragene Heizvorrichtung (25, 26, 27) hat, welche einen Durchgang (16) für die Spritzstrahlen umgibt und in einem von der Einspritzdüse (2) zum Brennraum führenden Kanal (12) angeordnet ist, aus dem mindestens eine Belüftungsöffnung (14, 17) von der Seite her in den Durchgang (16) einmündet, durch welche die Spritzstrahlen infolge Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum ansaugen, mit folgenden weiteren Merkmalen:

a) die Heizvorrichtung hat ein zur schnellen Aufheizung im Kaltzustand ausgelegtes metallisches, elektrisch aufheizbares Schnellheizelement (27), welches in einem weniger innigen Wärmekontakt mit dem als Wärmespeicher wirkenden und ein Dauerheizelement bildenden Keramikkörper (15) steht als ein den Keramikkörper (15) bis auf eine für den konstanten Betriebseinsatz ausreichende Temperatur aufheizendes, elektrisches Widerstandselement (25),

b) der Keramikkörper (15) ist an seiner den Durchgang (16) für die Spritzstrahlen umgebenden Wand mit einer Wendelnut (24) versehen, in welcher das mit dem Keramikkörper (15) in innigem Kontakt stehende, als Wendel ausgeführte elektrische Widerstandselement (25) aufgenommen ist,

c) das Schnellheizelement (27) ist ebenfalls in der Wendelnut (24) fixiert und ragt abschnittsweise aus der Wendelnut (24) derart radial heraus, daß es in einem weniger innigen Kontakt mit dem Keramikkörper (15), jedoch in einem intensiveren Kontakt mit der angesaugten Luft als das primär zur Aufheizung des Keramikkörpers (15) dienende elektrische Widerstandselement (25) steht,

d) das Schnellheizelement (27) ist unabhängig vom Widerstandselement (25) steuerbar oder bei einer elektrischen Hintereinanderschaltung des Schnellheizelementes (27) mit dem Widerstandselement (25) hat das Widerstandselement (25) einen anderen elektrischen Widerstandswert oder eine andere Widerstandskennlinie als das Schnellheizelement (27).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das primär den Keramikkörper (15) aufheizende elektrische Widerstandselement (25) und das Schnellheizelement (27) durch eine gemeinsame Wendel gebildet sind, welche in einer durchgehenden Wendelnut (24) des Keramikkörpers (15) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Heizelemente (25, 26, 27) für sich gesehen in Längsrichtung gewellt sind und daß der unterschiedliche Kontakt zwischen den Heizelementen (25, 26, 27) mit dem Keramikkörper (15) hervorgerufen ist durch eine unterschiedliche Wellungslänge und/oder Wellungshöhe und/oder Einbettungstiefe (Tiefe der Wendelnut 24) im Keramikkörper (15).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heizelemente elektrisch parallel und strömungstechnisch hintereinander schaltbar sind (Figur 7).

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heizelemente elektrisch sowie strömungstechnisch hintereinander schaltbar sind (Figur 5).

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement und/oder Schnellheizelement (25, 26, 27) aus einem Flachdraht rechteckigen Querschnitts besteht.

7. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume von selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einer Einspritzdüse (2) und einer nachgeschalteten Heizeinrichtung (3), die ein von einem Keramikkörper (31, 40) getragenes Heizelement (30, 55) hat, welches einen Durchgang (45) für die Spritzstrahlen (38) umgibt und in einem von der Einspritzdüse (2) zum Brennraum führenden Kanal angeordnet ist, aus dem mindestens eine Belüftungsöffnung (34, 35, 46) von der Seite her in den Durchgang (45) einmündet, durch welche die Spritzstrahlen (38) infolge Injektorwirkung Luft aus dem Brennraum ansaugen, mit folgenden Merkmalen:

a) die Heizvorrichtung (3) hat ein zur schnellen Aufheizung im Kaltzustand ausgelegtes, elektrisch aufheizbares, metallisches Schnellheizelement (30, 55),

b) der Keramikkörper (31, 40) besteht aus elektrisch leitfähigem Material und bildet als Wärmespeicher wirkend ein an eine Heizstromquelle anschließbares Dauerheizelement für den konstanten Betriebseinsatz,

c) das metallische Schnellheizelement (30, 55) ist unabhängig vom Keramikkörper (31, 40) steuerbar oder bei einer elektrischen Hintereinahderschaltung der beiden Heizelemente (30, 31 bzw. 55, 40) hat der Keramikkörper (31, 40) einen anderen elektrischen Widerstandswert oder eine andere Widerstandskennlinie als das Schnellheizelement (30, 55).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (31, 40) aus einem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand), vorzugsweise aus SiC besteht.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Schnellheizelement (30, 55) aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten (PCT-Widerstand), vorzugsweise aus einer Platinlegierung oder MoSi₂ besteht.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Schnellheizelement (55) mindestens über Teile seiner Länge einen gut wärmeleitenden Kontakt mit dem Keramikkörper (40) hat.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Schnellheizelement (55) mit mehreren, an der Wand des Keramikkörpers (40) angeordneten Wendelabschnitten (56) versehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitvorrichtung die den einspritzenden Kraftstoff begleitende Strömung der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in den zentralen Durchgang (45) des Keramikkörpers (40) über dessen Außenmantel leitet und daß die die Wendelabschnitte (56) verbindenden Leitungsabschnitte (57, 58, 59) des metallischen Schnellheizelementes (55) über den Außenmantel bzw. durch von Außenmantel ausgehende Vertiefungen (42) des.Keramikkörpers (40) geführt sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wendelabschnitte (56) verbindenden Leitungsabschnitte (57, 58, 59) des metallischen Schnellheizelementes (55) ebenfalls aus Wendeln ausgebildet sind, welche in radial vom Mantelumfang des Keramikkörpers (40) ausgehende bis nahe an dessen zentralen Durchgang (45) reichende Schlitze (42) passend eingefügt sind.