WO2001057384A2 - Fuel injector for diesel fuel - Google Patents

Fuel injector for diesel fuel Download PDF

Info

Publication number
WO2001057384A2
WO2001057384A2 PCT/DE2001/000382 DE0100382W WO0157384A2 WO 2001057384 A2 WO2001057384 A2 WO 2001057384A2 DE 0100382 W DE0100382 W DE 0100382W WO 0157384 A2 WO0157384 A2 WO 0157384A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
injection nozzle
nozzle
heating layer
fuel
nozzle according
Prior art date
Application number
PCT/DE2001/000382
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2001057384A3 (en
Inventor
Manfred Ruoff
Gert Lindemann
Heinz Stutzenberger
Juergen Haller
Friederike Lindner
Marc Bareis
Horst Harndorf
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2001057384A2 publication Critical patent/WO2001057384A2/en
Publication of WO2001057384A3 publication Critical patent/WO2001057384A3/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/06Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/125Fuel

Definitions

  • the invention relates to a diesel fuel injection nozzle which enables preheating of the fuel to be injected, in particular diesel fuel.
  • glow plugs are used in many cases, which protrude into the combustion chamber at a certain point.
  • this has turned out to be a hindrance in the course of technical development and in the development of better efficiencies and lower exhaust emissions, since the glow plug significantly interferes with the flow of the combustion gases in the combustion chamber.
  • the object of the invention is therefore to enable diesel fuel preheating without the need for an annoying glow plug.
  • a diesel fuel injection nozzle with the features of claim 1 enables preheating of the fuel to be injected immediately before the injection.
  • the resistance heating layer allows the fuel volume that is already inside the injection nozzle to be preheated before the diesel engine starts. This fuel volume is usually sufficient for approximately 3 injection processes. Assuming that this fuel volume heated to around 400 ° C, it reliably enables a cold start of the diesel engine even at low ambient temperatures of, for example, -30 ° C.
  • the fuel volume flowing into the injection nozzle after the engine is started is heated in the same way by the heating layer, depending on the respective operating conditions, either preheating to a temperature value in the order of 400 ° C or preheating to lower temperature is sufficient.
  • the resistance heating layer is preferably made of ceramic.
  • an electrically conductive, high-temperature ceramic heating layer can be formed, which can be arranged on an electrically insulating carrier material.
  • a SiN-based ceramic layer doped with MoSi 2 can be used to achieve almost any electrical property (specific resistance at 20 ° C, behavior of the resistance over temperature, etc.).
  • a heating power can be implemented that the fuel volume resting in the injection nozzle before the engine is started can be heated to a temperature of about 400 ° C. in about 5 seconds.
  • FIG. 1 shows a fuel injector according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 7 shows a diagram of various characteristic values which are obtained with an injection nozzle according to the invention.
  • FIG. 1 shows an injection nozzle which contains a nozzle body 10 and a nozzle needle 12 which is displaceably arranged therein as the most important components.
  • the structure and the mode of operation of such an injection nozzle are generally known, so that it is only dealt with here insofar as is necessary to understand the invention.
  • the fuel to be injected is fed via a supply bore 14 in the nozzle body 10 from the rear side of the injection nozzle, that is to say the side facing away from the combustion chamber, to the front side of the injection nozzle, that is to say the side facing the combustion chamber.
  • an annular channel 16 is formed, which is in the area from the front end considered cross-sectional expansion of the nozzle needle 12 is arranged.
  • the fuel to be injected flows along a gap 18 with an annular cross section between the nozzle needle 12 and the nozzle body 10 to the front end of the nozzle body 10, from where it, when the nozzle needle! is lifted from its seat, can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine through spray holes.
  • the fuel to be injected is preheated by means of a resistance heating layer 20 which, in the embodiment shown, is arranged on the nozzle needle 12 essentially in the region of the gap 18.
  • the resistance heating layer 20 is supplied with current starting from an electrical connection 22 which is in electrically conductive connection with the nozzle needle 12.
  • the resistance heating layer 20 is connected to the nozzle needle 12 in the region of the front end of the nozzle needle.
  • the side of the resistance heating layer 20 facing away from the front end of the nozzle needle 12 is electrically conductively connected to the nozzle body 10 via a contact ring 24 which is arranged in the ring channel 16.
  • the nozzle body 10 represents a ground connection, so that no separate return line is required. This structure is explained in detail below with reference to FIGS. 2 to 6. *
  • the nozzle needle 12 consists of a metal core 26 and an insulating ceramic coating 28, the thermal expansion of which is matched to the thermal expansion of the metal core 26 of the nozzle needle 12.
  • the resistance heating layer 20 is applied to the insulating ceramic coating 28 in the region of the nozzle needle 12, which is designed with a reduced cross-section and extends from the ring channel 16 to the tip of the nozzle needle.
  • Various compositions are possible for the heating layer 20. The basic requirements are that the heating layer is suitable for resistance heating and tolerates temperatures up to about 1000 ° C.
  • An example of a possible material composition is based on SiN 4 , which is doped with MoSi 2 .
  • the heating layer 20 is connected in the front region of the nozzle needle 12 to the electrically conductive metal core 26 in that the metal core with four cross-shaped webs 30 passes through the insulating ceramic coating 28 (see in particular FIG. 2b).
  • the heating layer 20 is formed with a contact area 32 (see in particular FIG. 3), which is made with a greater wall thickness than the layer thickness in the other areas. The greater wall thickness reduces the resistance present there, so that the heating power is converted in the other areas of the heating layer 20 and the contact area 32 warms up moderately at most.
  • the contact ring 24 (see in particular FIG. 3) is preferably provided with three contact tabs 34 which are bent back by almost 180 ° at their free end, so that a nose 36 is formed.
  • a resilient movement in both the radial and axial directions is possible at the free end of the contact tabs 34, so that the lugs 36 can follow the opening stroke and the closing stroke of the nozzle needle 12 of approximately 0.25 mm, without any relative movement between the lugs 36 and the contact area 32 of the heating layer 20 occurs.
  • the contact ring 24 is provided with a locking tab 38, the free end of which is bent outward in the radial direction so that it engages in an extension 40 of the feed bore 14.
  • the contact tabs 34 and the locking tab 38 are connected to one another by a connecting tab 42 which is arranged on the side of the annular channel 16 facing the gap 18.
  • the connecting tab 42 is provided with a slot 44 immediately next to the locking tab 38. * The slot makes it possible to insert the contact ring 24 into the ring channel 16 with a clamping effect.
  • the contact ring 24 consists of a resilient, electrically highly conductive material and can be punched out of a metal sheet. Suitable materials are, for example, CuCrZr F49, CuNi2 Si F51 or CuNi18Zn20 F58. These materials can be used up to a temperature of 450 ° C without exceeding the R 0.2 limit.
  • the suitable pre-bent contact ring 24 is stamped out for assembly by pushing the slot 44 together so that it can be inserted into the annular channel 16 through the gap 18 starting from the front end of the nozzle body 10. There, the contact ring 24 will spring back into its starting position, and the locking tab 38 protrudes toward the extension 40 of the feed bore 14. Finally, the free end of the locking tab 38 can be bent into its final shape using a suitable tool which is inserted into the feed bore 14.
  • the slot 44 By arranging the slot 44 in the vicinity of the locking tab 38, the fuel flowing from the supply bore 14 through the annular channel 16 into the gap 18 is disturbed as little as possible. Due to the enlargement of the flow cross-section caused by it, the slot 44 also leads to favorable pressurization by the flowing fuel. Since a higher static pressure occurs in a flow in the areas in which the flow cross section is larger than in areas with a smaller flow cross section, a slightly higher static pressure acts on the end faces of the connecting plate 42 there than on the other peripheral areas the connection tab. Thus, compressive forces act there in the circumferential direction, which press the connecting lug 42 against the wall of the annular channel 16 in addition to the otherwise existing radial spring force.
  • the free, bent end of the locking tab 38 which engages in the extension 40 of the feed bore 14, is preferably supported on the wall of the extension 40 in such a way that a ramp is formed by the free end, which is the ramp from the feed bore 14 into the annular channel 16 incoming fuel deflected appropriately. In this way it is prevented that the fuel flow animal tab 38 sucks into the interior of the ring channel 16 and then attacks on the back of the locking tab 38 so that it can be bent or even destroyed.
  • the fuel flowing in the annular channel 16 also exerts pressure forces on the locking tabs 34, which are favorable for operation.
  • a relatively slow fuel flow results in the area of the lugs 36, so that the static pressure there is greater than further down in the annular channel 16 towards the gap 18.
  • the lugs 36 are subjected to a compressive force with respect to FIG. 3 from top to bottom. Since the lugs 36 are located radially further inward than the end of the contact lugs 34 connected to the connecting lug 42, there is a leverage effect, so that the lugs 36 are urged inwards against the contact region 32.
  • connection 22 to the electrically conductive metal core 26 of the nozzle needle 12 is made by a connecting conductor in the form of a cable 46 which is connected to the rear end of the nozzle needle 12.
  • a conical receptacle 48 (see in particular FIG. 4a) in the manner of a centering bore is formed in the metal core 26 at the rear end of the nozzle needle 12.
  • the cable 46 is provided with a connection end 50 assigned to the nozzle needle 12, which is designed as a cone in the embodiment shown in FIG. 4a.
  • the cone is pressed into the receptacle 48 by a spring plate 52, on which a return spring 54 for the nozzle needle is supported.
  • the spring plate 52 in this embodiment consists of electrically insulating ceramic, so that the metal core 26 of the nozzle needle is electrically insulated from the return spring 54 and the nozzle body 10, on which the other end of the return spring is supported.
  • the conical connecting end 50 is dimensioned such that the high spring forces of the return spring 54 deform it slightly plastically after assembly, but the spring plate 52 directly at the end of the spring assigned to it Metal core 26 of the nozzle needle rests so that the functional forces of the return spring 54 are not falsified by a change in the spring travel.
  • the remaining elastic tension in the connection end during the plastic deformation of the conical connection end 50 ensures that the connection end 50 always maintains good metallic contact with the receptacle 48 during operation of the injection nozzle, so that the electrical contact from the cable 46 to the heating layer 20 is ensured.
  • FIG. 4b shows a variant of the embodiment shown in FIG. 4a.
  • connection end 50 is designed here as a slotted ring, so that there is a greater spring travel with lower spring forces.
  • FIG. 5a shows an alternative embodiment to the design shown in FIG. 4a.
  • the spring plate 52 is made of steel for reasons of cost and is provided with an insulating sleeve 56 made of electrically insulating ceramic along its central opening.
  • the insulation sleeve 56 is provided with a shoulder which bears against a corresponding shoulder of the spring plate. The insulation sleeve can thus transmit the required compressive forces to the connection end 50 of the cable 46. At the same time, electrical insulation is guaranteed in this area.
  • FIG. 5b shows the configuration of the spring plate known from FIG. 5a in combination with the configuration of the connecting end 50 of the cable 46 known from FIG. 4b.
  • the cable 46 extends from its connection end 50 upwards to the electrical connection 22, it being inserted so loosely that it can easily follow the opening stroke and the closing stroke of the nozzle needle.
  • a support disk 58 and a protective grommet 60 are provided, which serve to mechanically protect the cable 46.
  • a thickened protective lacquer could be provided on the cable 46, which would cause a bright rubbing in the area the return spring 54 is to prevent.
  • a protective tube or a shrink tube could be pulled onto the cable 46. Due to the operating temperatures prevailing in this area of the injection nozzle, plastic or rubber are suitable as materials.
  • the sealing part 62 can, for example, consist of a thermoplastic material and serves to seal the passage of the cable 46 to the outside of the nozzle body 10, since leakage fuel is present in this area.
  • the sealing part 62 is biased by a clamping screw 64 so that the desired tightness is obtained.
  • the electrical connection 22 is then arranged outside the tensioning screw 64 and can be suitably designed with regard to the required contacting of the cable 46.
  • FIG. 7 shows a diagram which shows the temperature of various components of the injection nozzle during the preheating of the fuel and the power expended for it.
  • the curves shown are based on a simulation for an injection nozzle, in which the resistance heating layer is arranged on the inner wall of the nozzle body 10. Regardless of the specific values, the following general knowledge can be obtained:
  • the temperature of the fuel in the gap 18 increases to around 400 ° C. over a period of 5 seconds (see curve T18).
  • the heating layer 20 heats up to a temperature of slightly above 700 ° C (see curve T20).
  • the temperature of the nozzle needle 12 rises only slightly to about 100 ° C. (see curve T12).
  • the power implemented in the process drops from an initial value of approximately 200 watts to less than 40 watts within the first second; then it continues to decrease with a slight incline (see curve P46 for the power supplied through cable 46 and curve I46 for the current flowing in cable 46). Since the power transmitted by the cable 46 drops to about a third of the starting value within a tenth of a second, it is possible to work with comparatively small cross sections.
  • the heating layer is operated for a longer period of time, temperature values which are undesirable would result after a period of operation of about 7 seconds.
  • the nozzle needle would heat up to over 180 ° C
  • the fuel would have a temperature of over 450 ° C
  • the heating layer would heat up to temperatures of over 950 ° C.
  • Temperature control is therefore required. This could be done, for example, by control electronics that use the flowing electrical current as a temperature measurement. Similar to the temperature control in a glow plug, it is also possible to divide the total resistance into a pure heating resistor and a control resistor similar to the control coil in a glow plug. Then a control unit similar to the control unit currently used for a glow plug could be used.
  • the boiling pressure can either be built up in that the inlet bore 14 and the other supply lines for the fuel at the temperatures at which fuel preheating is required exert such throttling resistance on the fuel which is sultry or viscous at these temperatures in that a certain back pressure builds up when heated. It is also possible to provide a check valve that prevents expansion of the fuel in the nozzle body during preheating. This check valve should be designed with the largest possible opening cross-section so as not to hinder the fuel supply during operation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

The aim of the invention is to provide a device for pre-heating the fuel for the cold start of a diesel powered internal combustion engine that does not require a bulky pencil-type glow plug. To this end, the inventive fuel nozzle is provided with a resistance heating layer (20) that especially consists of a ceramic material and that is disposed in the zone of the flow path of the fuel to be injected.

Description

Dieselkraftstoff-Einspritzdüse Diesel fuel injector
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Dieselkraftstoff-Einspritzdüse, welches ein Vorheizen des einzuspritzenden Kraftstoffes ermöglicht, insbesondere von Dieselkraftstoff.The invention relates to a diesel fuel injection nozzle which enables preheating of the fuel to be injected, in particular diesel fuel.
Um den Kaltstart eines Dieselmotors zu ermöglichen, werden in vielen Fällen Glühstiftkerzen verwendet, die an einer bestimmten Stelle in den Verbrennungsraum hineinragen. Dies hat sich jedoch im Laufe der technischen Entwicklung und bei der Erarbeitung von besseren Wirkungsgraden und geringeren Abgasemis- sionen als hinderlich herausgestellt, da die Glühstiftkerze die Strömung der Verbrennungsgase im Verbrennungsraum erheblich stört.In order to enable a cold start of a diesel engine, glow plugs are used in many cases, which protrude into the combustion chamber at a certain point. However, this has turned out to be a hindrance in the course of technical development and in the development of better efficiencies and lower exhaust emissions, since the glow plug significantly interferes with the flow of the combustion gases in the combustion chamber.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Dieselkraftstoff-Vorheizung zu ermöglichen, ohne daß dafür eine störende Glühstiftkerze erforderlich ist.The object of the invention is therefore to enable diesel fuel preheating without the need for an annoying glow plug.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Eine Dieselkraftstoff-Einspritzdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ermöglicht eine Vorheizung des einzuspritzenden Kraftstoffes unmittelbar vor dem Einspritzen. Durch die Widerstands-Heizschicht kann vor dem Start des Dieselmotors das Kraftstoffvolumen vorgeheizt werden, das sich bereits im Inneren der Einspritzdüse befindet. Dieses Kraftstoffvolumen reicht üblicherweise für etwa 3 Einspritzvorgänge aus. Unter der Voraussetzung, daß dieses Kraftstoffvolumen auf etwa 400° C erwärmt wird, ermöglicht es auch bei tiefen Umgebungstemperaturen von beispielsweise -30°C zuverlässig einen Kaltstart des Dieselmotors. Das nach dem Start des Motors in die Einspritzdüse nachfließende Kraftstoffvolumen wird in gleicher Weise von der Heizschicht erwärmt, wobei in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen entweder eine Vorheizung ebenfalls auf einen Temperaturwert in der Größenordnung von 400°C vorgenommen werden kann oder aber eine Vorheizung auf eine geringere Temperatur ausreichend ist. Durch den Verzicht auf die Glühstiftkerzen im Zylinderkopf verringert sich der technische Aufwand und der Bauraum im Zylinderkopf. Weiterhin führt der Weg- fall der Aufnahmelöcher für. die Glühstiftkerzen zu einer Erhöhung der Stabilität und der Verwindungssteifigkeit des Zylinderkopfes.A diesel fuel injection nozzle with the features of claim 1 enables preheating of the fuel to be injected immediately before the injection. The resistance heating layer allows the fuel volume that is already inside the injection nozzle to be preheated before the diesel engine starts. This fuel volume is usually sufficient for approximately 3 injection processes. Assuming that this fuel volume heated to around 400 ° C, it reliably enables a cold start of the diesel engine even at low ambient temperatures of, for example, -30 ° C. The fuel volume flowing into the injection nozzle after the engine is started is heated in the same way by the heating layer, depending on the respective operating conditions, either preheating to a temperature value in the order of 400 ° C or preheating to lower temperature is sufficient. By dispensing with the glow plugs in the cylinder head, the technical effort and the installation space in the cylinder head are reduced. Furthermore, the removal of the receiving holes for. the glow plugs to increase the stability and torsional rigidity of the cylinder head.
Vorzugsweise besteht die Widerstands-Heizschicht aus Keramik. Auf diese Weise läßt sich eine elektrisch leitende,, hochtemperaturfähige Keramik-Heizschicht ausbilden, die auf einem elektrisch isolierenden Trägermaterial angeordnet werden kann. Beispielsweise läßt sich mit einer Keramik-Schicht auf SiN -Basis, die mit MoSi2 dotiert wird, nahezu jede beliebige elektrische Eigenschaft erzielen (spezifischer Widerstand bei 20°C, Verhalten des Widerstandes über der Temperatur, etc.). Mit einer solchen Keramik-Heizschicht läßt sich eine solche Heizlei- stung umsetzen, daß das in der Einspritzdüse vor dem Starten des Motors ruhende Kraftstoff volumen innerhalb von rund 5 Sekunden auf eine Temperatur von etwa 400°C aufgeheizt werden kann.The resistance heating layer is preferably made of ceramic. In this way, an electrically conductive, high-temperature ceramic heating layer can be formed, which can be arranged on an electrically insulating carrier material. For example, a SiN-based ceramic layer doped with MoSi 2 can be used to achieve almost any electrical property (specific resistance at 20 ° C, behavior of the resistance over temperature, etc.). With such a ceramic heating layer, such a heating power can be implemented that the fuel volume resting in the injection nozzle before the engine is started can be heated to a temperature of about 400 ° C. in about 5 seconds.
Zeichnungendrawings
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer, bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:The invention is described below with reference to a preferred embodiment, which is illustrated in the accompanying drawings. In these show:
- Figur 1 eine erfindungsgemäße Kraftstoff-Einspritzdüse in einem Längsschnitt;- Figure 1 shows a fuel injector according to the invention in a longitudinal section;
- Figur 2a in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt II von Figur 1 ; - Figur 2b einen Schnitt entlang der Ebene 11-11 von Figur 2a;- Figure 2a on an enlarged scale the detail II of Figure 1; - Figure 2b shows a section along the plane 11-11 of Figure 2a;
- Figur 3 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt III von Figur 1 ;- Figure 3 on an enlarged scale the section III of Figure 1;
- Figur 4a in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt IV von Figur 1 ;- Figure 4a on an enlarged scale the section IV of Figure 1;
- Figur 4b in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Figur 4a eine alternative Ausführungsform;- Figure 4b in a view corresponding to that of Figure 4a an alternative embodiment;
- Figur 5a in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Figur 4a eine Variante der in Figur 4a dargestellten Ausführungsform;- Figure 5a in a view corresponding to that of Figure 4a, a variant of the embodiment shown in Figure 4a;
- Figur 5b in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Figur 5a eine Variante der in Figur 4b dargestellten Ausführungsform;- Figure 5b in a view corresponding to that of Figure 5a shows a variant of the embodiment shown in Figure 4b;
- Figur 6 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt VI von Figur 1; und- Figure 6 on an enlarged scale the section VI of Figure 1; and
- Figur 7 ein Diagramm von verschiedenen Kennwerten, die mit einer erfindungsgemäßen Einspritzdüse erhalten werden.FIG. 7 shows a diagram of various characteristic values which are obtained with an injection nozzle according to the invention.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In Figur 1 ist eine Einspritzdüse gezeigt, die als die wesentlichsten Bestandteile einen Düsenkörper 10 und eine darin verschiebbar angeordnete Düsennadel 12 enthält. Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Einspritzdüse sind allgemein bekannt, so daß hier darauf nur insoweit eingegangen wird, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.FIG. 1 shows an injection nozzle which contains a nozzle body 10 and a nozzle needle 12 which is displaceably arranged therein as the most important components. The structure and the mode of operation of such an injection nozzle are generally known, so that it is only dealt with here insofar as is necessary to understand the invention.
Der einzuspritzende Kraftstoff wird über eine Zufuhrbohrung 14 im Düsenkörper 10 von der hinteren Seite der Einspritzdüse, also der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite, zur vorderen Seite der Einspritzdüse, also der dem Verbrennungsraum zugewandten Seite, geführt. Im vorderen Bereich des Düsenkörpers 10 ist ein Ringkanal 16 ausgebildet, der im Bereich einer vom vorderen Ende aus betrachteten Querschnittserweiteruπg der Düsennadel 12 angeordnet ist. Ausgehend von dem Ringkanal 16 strömt der einzuspritzende Kraftstoff entlang einem Spalt 18 mit ringförmigem Querschnitt zwischen der Düsenπadel 12 und dem Düsenkörper 10 hin zum vorderen Ende des Düsenkörpers 10, von wo aus er, wenn die Düsennade! von ihrem Sitz abgehoben ist, durch Spritzlöcher in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt werden kann.The fuel to be injected is fed via a supply bore 14 in the nozzle body 10 from the rear side of the injection nozzle, that is to say the side facing away from the combustion chamber, to the front side of the injection nozzle, that is to say the side facing the combustion chamber. In the front area of the nozzle body 10, an annular channel 16 is formed, which is in the area from the front end considered cross-sectional expansion of the nozzle needle 12 is arranged. Starting from the annular channel 16, the fuel to be injected flows along a gap 18 with an annular cross section between the nozzle needle 12 and the nozzle body 10 to the front end of the nozzle body 10, from where it, when the nozzle needle! is lifted from its seat, can be injected into the combustion chamber of the internal combustion engine through spray holes.
Die Vorheizung des einzuspritzenden Kraftstoffes erfolgt mittels einer Widerstands-Heizschicht 20, die bei der gezeigten Ausführungsform auf der Düsenna- del 12 im wesentlichen im Bereich des Spaltes 18 angeordnet ist. Die Widerstands-Heizschicht 20 wird mit Strom versorgt ausgehend von einem elektrischen Anschluß 22, der mit der Düsennadel 12 in elektrisch leitender Verbindung steht. Mit der Düsennadel 12 ist die Widerstands-Heizschicht 20 im Bereich des vorderen Endes der Düsennadel verbunden. Die vom vorderen Ende der Düsennadel 12 abgewandte Seite der Widerstands-Heizschicht 20 ist über einen Kontaktring 24, der im Ringkanal 16 angeordnet ist, mit dem Düsenkörper 10 elektrisch leitend verbunden. Der Düsenkörper 10 stellt einen Masseanschluß dar, so daß keine separate Rückleitung erforderlich ist. Dieser Aufbau wird nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 6 ausführlich erläutert. *The fuel to be injected is preheated by means of a resistance heating layer 20 which, in the embodiment shown, is arranged on the nozzle needle 12 essentially in the region of the gap 18. The resistance heating layer 20 is supplied with current starting from an electrical connection 22 which is in electrically conductive connection with the nozzle needle 12. The resistance heating layer 20 is connected to the nozzle needle 12 in the region of the front end of the nozzle needle. The side of the resistance heating layer 20 facing away from the front end of the nozzle needle 12 is electrically conductively connected to the nozzle body 10 via a contact ring 24 which is arranged in the ring channel 16. The nozzle body 10 represents a ground connection, so that no separate return line is required. This structure is explained in detail below with reference to FIGS. 2 to 6. *
Die Düsennadel 12 besteht aus einem Metallkern 26 und einer isolierenden Ke- ramikbeschichtung 28, deren Wärmeausdehnung an die Wärmeausdehnung des Metallkerns 26 der Düsennadel 12 abgestimmt ist. Auf die isolierende Keramikbe- schichtung 28 ist in dem Bereich der Düsennadel 12, der mit verringertem Quer- schnitt ausgeführt ist und sich ausgehend von dem Ringkanal 16 zur Spitze der Düsennadel hin erstreckt, die Widerstands-Heizschicht 20 aufgebracht. Für die Heizschicht 20 sind verschiedene Zusammensetzungen möglich. Die grundsätzlichen Anforderungen bestehen darin, daß die Heizschicht für eine Widerstandsheizung geeignet ist und Temperaturen bis etwa 1000°C verträgt. Ein Bei- spiel für eine mögliche Materialzusammensetzung basiert auf SiN4 , das mit MoSi2 dotiert wird. Die Heizschicht 20 ist im vorderen Bereich der Düsennadel 12 mit dem elektrisch leitenden Metallkern 26 dadurch verbunden, daß der Metallkern mit vier kreuzartig angeordneten Stegen 30 durch die isolierende Keramikbeschichtung 28 hindurchtritt (siehe insbesondere Figur 2b). Am entgegengesetzten Ende ist die Heizschicht 20 mit einem Kontaktbereich 32 (siehe insbesondere Figur 3) ausgebildet, der gegenüber der Schichtdicke in den übrigen Bereichen mit größerer Wandstärke ausgeführt ist. Die größere Wandstärke verringert den dort vorliegenden Widerstand, so daß die Heizleistung in den übrigen Bereichen der Heizschicht 20 umgesetzt wird und der Kontaktbereich 32 sich allenfalls mäßig er- wärmt.The nozzle needle 12 consists of a metal core 26 and an insulating ceramic coating 28, the thermal expansion of which is matched to the thermal expansion of the metal core 26 of the nozzle needle 12. The resistance heating layer 20 is applied to the insulating ceramic coating 28 in the region of the nozzle needle 12, which is designed with a reduced cross-section and extends from the ring channel 16 to the tip of the nozzle needle. Various compositions are possible for the heating layer 20. The basic requirements are that the heating layer is suitable for resistance heating and tolerates temperatures up to about 1000 ° C. An example of a possible material composition is based on SiN 4 , which is doped with MoSi 2 . The heating layer 20 is connected in the front region of the nozzle needle 12 to the electrically conductive metal core 26 in that the metal core with four cross-shaped webs 30 passes through the insulating ceramic coating 28 (see in particular FIG. 2b). At the opposite end, the heating layer 20 is formed with a contact area 32 (see in particular FIG. 3), which is made with a greater wall thickness than the layer thickness in the other areas. The greater wall thickness reduces the resistance present there, so that the heating power is converted in the other areas of the heating layer 20 and the contact area 32 warms up moderately at most.
Die elektrische Verbindung vom Kontaktbereich 32 der Widerstands-Heizschicht 20 zum Düsenkörper 10, der das Massepotential darstellt, erfolgt mittels des Kontaktringes 24, der im Ringkanal 16 angeordnet ist. Der Kontaktring 24 (siehe insbesondere Figur 3) ist mit vorzugsweise drei Kontaktlaschen 34 versehen, die an ihrem freien Ende um nahezu 180° auf sich zurückgebogen sind, so daß eine Nase 36 gebildet ist. Somit ist am freien Ende der Kontaktlaschen 34 eine federnde Bewegung sowohl in radialer als auch in axialer Richtung möglich, so daß die Nasen 36 dem Öffnungshub und dem Schließhub der Düsennadel 12 von etwa 0,25 mm folgen können, ohne daß eine Relativbewegung zwischen den Nasen 36 und dem Kontaktbereich 32 der Heizschicht 20 auftritt. Vorzugsweise ergibt sich eine Haftreibung, so daß ein vorzeitiger Verschleiß des Kontaktbereiches 32 verhindert ist. Um eine Verdrehung des Kontaktringes 24 im Ringkanal 16 zu verhindern, die dazu führen könnte, daß die Zufuhrbohrung 14 zum Ringkanal durch eine der Kontaktlaschen abgedeckt wird, ist der Kontaktring 24 mit einer Arretierlasche 38 versehen, deren freies Ende in radialer Richtung nach außen abgebogen ist, so daß es in einen Fortsatz 40 der Zufuhrbohrung 14 eingreift.The electrical connection from the contact area 32 of the resistance heating layer 20 to the nozzle body 10, which represents the ground potential, takes place by means of the contact ring 24, which is arranged in the ring channel 16. The contact ring 24 (see in particular FIG. 3) is preferably provided with three contact tabs 34 which are bent back by almost 180 ° at their free end, so that a nose 36 is formed. Thus, a resilient movement in both the radial and axial directions is possible at the free end of the contact tabs 34, so that the lugs 36 can follow the opening stroke and the closing stroke of the nozzle needle 12 of approximately 0.25 mm, without any relative movement between the lugs 36 and the contact area 32 of the heating layer 20 occurs. There is preferably static friction, so that premature wear of the contact area 32 is prevented. In order to prevent rotation of the contact ring 24 in the ring channel 16, which could lead to the supply bore 14 to the ring channel being covered by one of the contact tabs, the contact ring 24 is provided with a locking tab 38, the free end of which is bent outward in the radial direction so that it engages in an extension 40 of the feed bore 14.
Die Kontaktlaschen 34 und die Arretierlasche 38 sind miteinander durch eine Verbindungslasche 42 verbunden, die an der dem Spalt 18 zugewandten Seite des Ringkanals 16 angeordnet ist. Die Verbindungslasche 42 ist unmittelbar neben der Arretierlasche 38 mit einem Schlitz 44 versehen.* Der Schlitz ermöglicht es, den Kontaktring 24 mit einer Spannwirkung in den Ringkanal 16 einzusetzen. Der Kontaktring 24 besteht aus einem federnden, elektrisch gut leitenden Material und kann aus einem Blech ausgestanzt werden. Als Material sind- beispielsweise CuCrZr F49, CuNi2 Si F51 oder CuNi18Zn20 F58 geeignet. Diese Materialien sind bis zu einer Temperatur von 450°C beanspruchbar, ohne die R 0,2-Grenze zu überschreiten. Der nach dem Ausstanzen geeignet vorgebogene Kontaktring 24 wird zur Montage so weit durch Zusammenschieben des Schlitzes 44 zusammengebogen, daß er durch den Spalt 18 ausgehend vom vorderen Ende des Düsenkörpers 10 in den Ringkanal 16 eingeschoben werden kann. Dort wird der Kontaktring 24 wieder in seine Ausgangsstellung zurückfedern, und die Arretierlasche 38 ragt zum Fortsatz 40 der Zufuhrbohrung 14 hin. Abschließend kann das freie Ende der Arretierlasche 38 mittels eines geeigneten Werkzeuges, das in die Zufuhrbohrung 14 eingeschoben wird, in seine endgültige Form abgebogen werden.The contact tabs 34 and the locking tab 38 are connected to one another by a connecting tab 42 which is arranged on the side of the annular channel 16 facing the gap 18. The connecting tab 42 is provided with a slot 44 immediately next to the locking tab 38. * The slot makes it possible to insert the contact ring 24 into the ring channel 16 with a clamping effect. The contact ring 24 consists of a resilient, electrically highly conductive material and can be punched out of a metal sheet. Suitable materials are, for example, CuCrZr F49, CuNi2 Si F51 or CuNi18Zn20 F58. These materials can be used up to a temperature of 450 ° C without exceeding the R 0.2 limit. The suitable pre-bent contact ring 24 is stamped out for assembly by pushing the slot 44 together so that it can be inserted into the annular channel 16 through the gap 18 starting from the front end of the nozzle body 10. There, the contact ring 24 will spring back into its starting position, and the locking tab 38 protrudes toward the extension 40 of the feed bore 14. Finally, the free end of the locking tab 38 can be bent into its final shape using a suitable tool which is inserted into the feed bore 14.
Durch die Anordnung des Schlitzes 44 in der Nähe der Arretierlasche 38 wird der von der Zufuhrbohrung 14 durch den Ringkanal 16 in den Spalt 18 einströmende Kraftstoff möglichst wenig gestört. Der Schlitz 44 führt aufgrund der von ihm her- Norgerufenen Vergrößerung des Strömungsquerschnittes auch zu einer günstigen Druckbeaufschlagung durch den strömenden Kraftstoff. Da sich in einer Strömung in den Bereichen, in denen der Strömungsquerschnitt größer ist, ein höherer statischer Druck einstellt als in Bereichen mit kleinerem Strömungsquerschnitt, wirkt innerhalb des Schlitzes 44 auf die dortigen Stirnseiten der Verbindungslasche 42 ein etwas höherer statischer Druck als auf die übrigen Umfangsbereiche der Ver- bindungslasche. Somit wirken dort Druckkräfte in Umfangsrichtung, welche die Verbindungslasche 42 zusätzlich zu der sonst vorhandenen radialen Federkraft gegen die Wandung des Ringkanals 16 drücken.By arranging the slot 44 in the vicinity of the locking tab 38, the fuel flowing from the supply bore 14 through the annular channel 16 into the gap 18 is disturbed as little as possible. Due to the enlargement of the flow cross-section caused by it, the slot 44 also leads to favorable pressurization by the flowing fuel. Since a higher static pressure occurs in a flow in the areas in which the flow cross section is larger than in areas with a smaller flow cross section, a slightly higher static pressure acts on the end faces of the connecting plate 42 there than on the other peripheral areas the connection tab. Thus, compressive forces act there in the circumferential direction, which press the connecting lug 42 against the wall of the annular channel 16 in addition to the otherwise existing radial spring force.
Das freie, abgebogene Ende der Arretierlasche 38, das in den Fortsatz 40 der Zufuhrbohrung 14 eingreift, stützt sich an der Wandung des Fortsatzes 40 vorzugsweise so ab, daß von dem freien Ende eine Rampe gebildet ist, die den von der Zufuhrbohrung 14 in den Ringkanal 16 einströmenden Kraftstoff geeignet umlenkt. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Kraftstoff-Strömung die Arre- tierlasche 38 in das Innere des Ringkanals 16 hin ansaugt und dann auf der Rückseite der Arretierlasche 38 angreift, so daß diese verbogen oder gar zerstört werden kann.The free, bent end of the locking tab 38, which engages in the extension 40 of the feed bore 14, is preferably supported on the wall of the extension 40 in such a way that a ramp is formed by the free end, which is the ramp from the feed bore 14 into the annular channel 16 incoming fuel deflected appropriately. In this way it is prevented that the fuel flow animal tab 38 sucks into the interior of the ring channel 16 and then attacks on the back of the locking tab 38 so that it can be bent or even destroyed.
Auch auf die Arretierlaschen 34 übt der im Ringkanal 16 strömende Kraftstoff Druckkräfte aus, die für den Betrieb günstig sind. Im Bereich der Nasen 36 ergibt sich eine relativ langsame Kraftstoffströmung, so daß dort der statische Druck größer ist als weiter unten im Ringkanal 16 zum Spalt 18 hin. Dadurch werden die Nasen 36 mit einer Druckkraft bezüglich Figur 3 von oben nach unten beauf- schlagt. Da die Nasen 36 radial weiter innen liegen als das mit der Verbindungslasche 42 verbundene Ende der Kontaktlaschen 34, ergibt sich eine Hebelwirkung, so daß die Nasen 36 nach innen gegen den Kontaktbereich 32 beaufschlagt werden.The fuel flowing in the annular channel 16 also exerts pressure forces on the locking tabs 34, which are favorable for operation. A relatively slow fuel flow results in the area of the lugs 36, so that the static pressure there is greater than further down in the annular channel 16 towards the gap 18. As a result, the lugs 36 are subjected to a compressive force with respect to FIG. 3 from top to bottom. Since the lugs 36 are located radially further inward than the end of the contact lugs 34 connected to the connecting lug 42, there is a leverage effect, so that the lugs 36 are urged inwards against the contact region 32.
Die elektrische Verbindung vom Anschluß 22 zum elektrisch leitenden Metallkern 26 der Düsennadel 12 erfolgt durch einen Anschlußleiter in der Form eines Kabeis 46, das mit dem hinteren Ende der Düsennadel 12 verbunden ist. Zu diesem Zweck ist am hinteren Ende der Düsennadel 12 im Metallkern 26 eine konische Aufnahme 48 (siehe insbesondere Figur 4a) nach Art einer Zentrierbohrung aus- gebildet.The electrical connection from the connection 22 to the electrically conductive metal core 26 of the nozzle needle 12 is made by a connecting conductor in the form of a cable 46 which is connected to the rear end of the nozzle needle 12. For this purpose, a conical receptacle 48 (see in particular FIG. 4a) in the manner of a centering bore is formed in the metal core 26 at the rear end of the nozzle needle 12.
Das Kabel 46 ist mit einem der Düsennadel 12 zugeordneten Anschlußende 50 versehen, das bei der in Figur 4a gezeigten Ausführungsform als Konus ausge- bildet ist. Der Konus wird in die Aufnahme 48 von einem Federteller 52 gedrückt, an dem sich eine Rückstellfeder 54 für die Düsennadel abstützt. Der Federteller 52 besteht bei dieser Ausführungsform aus elektrisch isolierender Keramik, so daß der Metallkern 26 der Düsennadel gegenüber der Rückstellfeder 54 und dem Düsenkörper 10, an dem sich das andere Ende der Rückstellfeder abstützt, elektrisch isoliert ist.The cable 46 is provided with a connection end 50 assigned to the nozzle needle 12, which is designed as a cone in the embodiment shown in FIG. 4a. The cone is pressed into the receptacle 48 by a spring plate 52, on which a return spring 54 for the nozzle needle is supported. The spring plate 52 in this embodiment consists of electrically insulating ceramic, so that the metal core 26 of the nozzle needle is electrically insulated from the return spring 54 and the nozzle body 10, on which the other end of the return spring is supported.
Das kegelförmige Anschlußende 50 ist so dimensioniert, daß die hohen Federkräfte der Rückstellfeder 54 es nach der Montage geringfügig plastisch verfor- men, der Federteller 52 jedoch unmittelbar an dem ihm zugeordneten Ende des Metallkerns 26 der Düsennadel anliegt, so daß die Funktionskräfte der Rückstellfeder 54 nicht durch eine Änderung des Federweges verfälscht werden. Der bei der plastischen Verformung des konischen Anschlußendes 50 verbleibende elastische Spannungsrest im Anschlußende gewährleistet, daß das Aπschlußende 50 während des Betriebes der Einspritzdüse stets einen guten metallischen Kontakt mit der Aufnahme 48 beibehält, so daß der elektrische Kontakt vom Kabel 46 zur Heizschicht 20 gewährleistet ist.The conical connecting end 50 is dimensioned such that the high spring forces of the return spring 54 deform it slightly plastically after assembly, but the spring plate 52 directly at the end of the spring assigned to it Metal core 26 of the nozzle needle rests so that the functional forces of the return spring 54 are not falsified by a change in the spring travel. The remaining elastic tension in the connection end during the plastic deformation of the conical connection end 50 ensures that the connection end 50 always maintains good metallic contact with the receptacle 48 during operation of the injection nozzle, so that the electrical contact from the cable 46 to the heating layer 20 is ensured.
In Figur 4b ist eine Variante zu der in Figur 4a gezeigten Ausführungsform dar- gestellt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß das Anschlußende 50 hier als geschlitzter Ring ausgebildet ist, so daß sich ein größerer Federweg bei geringeren Federkräften ergibt.FIG. 4b shows a variant of the embodiment shown in FIG. 4a. The only difference is that the connection end 50 is designed here as a slotted ring, so that there is a greater spring travel with lower spring forces.
In Figur 5a ist eine alternative Ausführungsform zu der in Figur 4a gezeigten Ge- staltung dargestellt. Der Federteller 52 besteht hier aus Kostengründen aus Stahl und ist entlang seiner Mittelöffnung mit einer isolationshülse 56 aus elektrisch isolierender Keramik versehen. Die Isolationshülse 56 ist mit einem Absatz versehen, der an einer entsprechenden Schulter des Federtellers anliegt. Somit kann die Isolationshülse die erforderlichen Druckkräfte auf das Anschlußende 50 des Kabels 46 übertragen. Gleichzeitig ist die elektrische Isolation in diesem Bereich gewährleistet.FIG. 5a shows an alternative embodiment to the design shown in FIG. 4a. The spring plate 52 is made of steel for reasons of cost and is provided with an insulating sleeve 56 made of electrically insulating ceramic along its central opening. The insulation sleeve 56 is provided with a shoulder which bears against a corresponding shoulder of the spring plate. The insulation sleeve can thus transmit the required compressive forces to the connection end 50 of the cable 46. At the same time, electrical insulation is guaranteed in this area.
In Figur 5b ist die von Figur 5a bekannte Ausgestaltung des Federtellers in Kombination mit der von Figur 4b bekannten Ausgestaltung des Anschlußendes 50 des Kabels 46 dargestellt.FIG. 5b shows the configuration of the spring plate known from FIG. 5a in combination with the configuration of the connecting end 50 of the cable 46 known from FIG. 4b.
Das Kabel 46 verläuft ausgehend von seinem Anschlußende 50 nach oben zum elektrischen Anschluß 22 hin, wobei es so locker eingelegt ist, daß es dem Öffnungshub und dem Schließhub der Düsennadel problemlos folgen kann. Im Be- reich des sich am Düsenkörper 10 abstützenden Endes der Rückstellfeder 54 sind eine Auflagescheibe 58 und eine Schutztülle 60 vorgesehen, die zur mechanischen Schonung des Kabels 46 dienen. Zusätzlich könnte ein verdickter Schutzlack auf dem Kabel 46 vorgesehen sein, der ein Blankscheuern im Bereich der Rückstellfeder 54 verhindern soll. Weiterhin könnte auf das Kabel 46 ein Schutzröhrchen oder ein Schrumpfschlauch aufgezogen werden. Aufgrund der in diesem Bereich der Einspritzdüse herrschenden Betriebstemperaturen sind als Materialien Kunststoff oder Gummi geeignet.The cable 46 extends from its connection end 50 upwards to the electrical connection 22, it being inserted so loosely that it can easily follow the opening stroke and the closing stroke of the nozzle needle. In the area of the end of the return spring 54 which is supported on the nozzle body 10, a support disk 58 and a protective grommet 60 are provided, which serve to mechanically protect the cable 46. In addition, a thickened protective lacquer could be provided on the cable 46, which would cause a bright rubbing in the area the return spring 54 is to prevent. Furthermore, a protective tube or a shrink tube could be pulled onto the cable 46. Due to the operating temperatures prevailing in this area of the injection nozzle, plastic or rubber are suitable as materials.
Nach dem Durchtritt durch die Schutztülle 60 ist das Kabel 46 rechtwinklig abgebogen und tritt durch ein Dichtteil 62 hindurch. Das Dichtteil 62 kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial bestehen und dient zur Abdichtung des Durchtritts des Kabels 46 zum Außenraum des Düsenkörpers 10 hin, da in diesem Bereich Leckage-Kraftstoff vorhanden ist. Das Dichtteil 62 ist durch eine Spannschraube 64 so vorgespannt, daß die gewünschte Dichtigkeit erhalten wird. Außerhalb der Spannschraube 64 ist dann der elektrische Anschluß 22 angeordnet, der im Hinblick auf die erforderliche Kontaktierung des Kabels 46 geeignet ausgestaltet sein kann.After passing through the protective grommet 60, the cable 46 is bent at a right angle and passes through a sealing part 62. The sealing part 62 can, for example, consist of a thermoplastic material and serves to seal the passage of the cable 46 to the outside of the nozzle body 10, since leakage fuel is present in this area. The sealing part 62 is biased by a clamping screw 64 so that the desired tightness is obtained. The electrical connection 22 is then arranged outside the tensioning screw 64 and can be suitably designed with regard to the required contacting of the cable 46.
Abweichend von der in den Figuren gezeigten Ausgestaltung ist es grundsätzlich auch möglich, die Widerstands-Heizschicht im Bereich des Spaltes 18 auf der Innenwand des Düsenkörpers 10 auszubilden, um den einzuspritzenden Kraftstoff in diesem Bereich vorzuwärmen.Deviating from the embodiment shown in the figures, it is fundamentally also possible to form the resistance heating layer in the area of the gap 18 on the inner wall of the nozzle body 10 in order to preheat the fuel to be injected in this area.
In Figur 7 ist ein Diagramm gezeigt, welches die Temperatur von verschiedenen Bauteilen der Einspritzdüse während des Vorheizens des Kraftstoffes sowie die dafür aufgewendete Leistung wiedergibt. Die gezeigten Kurven beruhen auf einer Simulation für eine Einspritzdüse, bei der die Widerstands-Heizschicht auf der Innenwand des Düseπkörpers 10 angeordnet ist. Unabhängig von den konkreten Werten lassen sich die folgenden allgemeinen Erkenntnisse gewinnen: Die Temperatur des sich im Spalt 18 befindenden Kraftstoffes steigt innerhalb einer Zeitdauer von 5 Sekunden auf rund 400°C (siehe Kurve T18). Während dieser Zeit erwärmt sich die Heizschicht 20 auf eine Temperatur von etwas über 700°C (siehe Kurve T20). Dabei steigt die Temperatur der Düsennadel 12 nur geringfügig bis auf etwa 100°C an (siehe Kurve T12). Die dabei umgesetzte Leistung sinkt von einem Anfangswert von etwa 200 Watt innerhalb der ersten Sekunde auf unter 40 Watt ab; anschließend fällt sie mit geringer Steigung weiter ab (siehe Kurve P46 für die durch das Kabel 46 zugeführte Leistung sowie Kurve I46 für den im Kabel 46 fließenden Strom). Da die vom Kabel 46 übertragene Leistung innerhalb einer zehntel Sekunde auf etwa ein Drittel des Startwertes abfällt, kann mit vergleichsweise geringen Querschnitten gearbeitet werden.FIG. 7 shows a diagram which shows the temperature of various components of the injection nozzle during the preheating of the fuel and the power expended for it. The curves shown are based on a simulation for an injection nozzle, in which the resistance heating layer is arranged on the inner wall of the nozzle body 10. Regardless of the specific values, the following general knowledge can be obtained: The temperature of the fuel in the gap 18 increases to around 400 ° C. over a period of 5 seconds (see curve T18). During this time, the heating layer 20 heats up to a temperature of slightly above 700 ° C (see curve T20). The temperature of the nozzle needle 12 rises only slightly to about 100 ° C. (see curve T12). The power implemented in the process drops from an initial value of approximately 200 watts to less than 40 watts within the first second; then it continues to decrease with a slight incline (see curve P46 for the power supplied through cable 46 and curve I46 for the current flowing in cable 46). Since the power transmitted by the cable 46 drops to about a third of the starting value within a tenth of a second, it is possible to work with comparatively small cross sections.
Wenn die Heizschicht über einen längeren Zeitraum betrieben wird, würden sich nach einer Zeit von etwa 7 Sekunden Betriebsdauer Temperaturwerte ergeben, die unerwünscht sind. So würde die Düsennadel sich auf über 180°C erwärmen, der Kraftstoff würde eine Temperatur von über 450°C aufweisen, und die Heiz- schicht würde sich bis auf Temperaturen von über 950°C erwärmen. Somit ist eine Temperaturregelung erforderlich. Diese könnte beispielsweise von einer Steuerelektronik vorgenommen werden, die den fließenden elektrischen Strom als Temperaturmeßgröße heranzieht. Es ist auch ähnlich der Temperaturregelung bei einer Glühstiftkerze möglich, dem Gesamtwiderstand in einen reinen Heizwider- stand und einen Regelwiderstand ähnlich der Regelwendel in einer Glühstiftkerze aufzuteilen. Dann könnte eine Steuereinheit ähnlich der derzeit üblichen Steuereinheit für eine Glühstiftkerze verwendet werden.If the heating layer is operated for a longer period of time, temperature values which are undesirable would result after a period of operation of about 7 seconds. For example, the nozzle needle would heat up to over 180 ° C, the fuel would have a temperature of over 450 ° C, and the heating layer would heat up to temperatures of over 950 ° C. Temperature control is therefore required. This could be done, for example, by control electronics that use the flowing electrical current as a temperature measurement. Similar to the temperature control in a glow plug, it is also possible to divide the total resistance into a pure heating resistor and a control resistor similar to the control coil in a glow plug. Then a control unit similar to the control unit currently used for a glow plug could be used.
Wenn der Kraftstoff auf eine Temperatur von etwa 400°C erwärmt wird, befindet er sich bereits im Siedepunkt oder geringfügig darüber. Somit muß mindestens der Siededruck vorliegen, um ein Ausgasen zu verhindern, da ein siedender oder ausgasender Kraftstoff im Bereich des Spaltes 18 vor den Spritzlöchern des Düsenkörpers 10 negative Auswirkungen auf die Einspritzung haben würde. Der erforderliche Siededruck kann entweder dadurch aufgebaut werden, daß die Zu- laufbohrung 14 und die anderen Zuleitungen für den Kraftstoff bei den Temperaturen, bei denen die Kraftstoff-Vorwärmung erforderlich ist, einen solchen Drosselwiderstand auf den bei diesen Temperaturen sulzigen oder zähen Kraftstoff ausüben, daß sich beim Erwärmen ein gewisser Gegendruck aufbaut. Es ist weiterhin möglich, ein Rückschlagventil vorzusehen, das eine Ausdehnung des Kraftstoffes während des Vorheizens im Düseπkörper verhindert. Dieses Rückschlagventil sollte mit einem möglichst großen Öffnungsquerschnitt ausgebildet sein, um den Kraftstoff-Zulauf während des Betriebes nicht zu behindern. When the fuel is heated to a temperature of around 400 ° C, it is already at or slightly above the boiling point. Thus, at least the boiling pressure must be present in order to prevent outgassing, since a boiling or outgassing fuel in the area of the gap 18 in front of the spray holes of the nozzle body 10 would have negative effects on the injection. The required boiling pressure can either be built up in that the inlet bore 14 and the other supply lines for the fuel at the temperatures at which fuel preheating is required exert such throttling resistance on the fuel which is sultry or viscous at these temperatures in that a certain back pressure builds up when heated. It is also possible to provide a check valve that prevents expansion of the fuel in the nozzle body during preheating. This check valve should be designed with the largest possible opening cross-section so as not to hinder the fuel supply during operation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Einspritzdüse für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für Dieselkraftstoff, mit einer Widerstands-Heizschicht (20), die im Bereich des Strömungsweges (18) des einzuspritzenden Kraftstoffes angeordnet ist.1. Injection nozzle for an internal combustion engine, in particular for diesel fuel, with a resistance heating layer (20) which is arranged in the region of the flow path (18) of the fuel to be injected.
2. Einspritzdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschicht (20) aus Keramik besteht.2. Injection nozzle according to claim 1, characterized in that the heating layer (20) consists of ceramic.
3. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse eine Düsennadel (12) aufweist und die Heizschicht (20) auf der Düsennadel angeordnet ist.3. Injection nozzle according to one of claims 1 and 2, characterized in that the injection nozzle has a nozzle needle (12) and the heating layer (20) is arranged on the nozzle needle.
4. Einspritzdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse einen die Düsennadel (12) umgebenden Düsenkörper (10) aufweist und daß der Düsenkörper mit einem Kontaktring (24) versehen ist, der an einem Kontaktbereich (32) der Heizschicht anliegt.4. Injection nozzle according to claim 3, characterized in that the injection nozzle has a nozzle body (12) surrounding the nozzle body (10) and that the nozzle body is provided with a contact ring (24) which bears against a contact region (32) of the heating layer.
5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) in einem Ringkanal (16) im Abstand von dem vorderen Ende der Einspritzdü- se angeordnet ist.5. Injection nozzle according to claim 4, characterized in that the contact ring (24) is arranged in an annular channel (16) at a distance from the front end of the injection nozzle.
6. Einspritzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (24) mit mehreren Kontaktlaschen (34) versehen ist, die an dem Kontaktbereich (32) der Heizschicht anliegen, sowie mit einer Arretierlasche (38), die in eine Kraftstoff-Zufuhrbohrung (14) im Düsenkörper eingreift.6. Injection nozzle according to claim 5, characterized in that the contact ring (24) is provided with a plurality of contact tabs (34) which abut the contact region (32) of the heating layer, and with a locking tab (38) which in a fuel supply bore (14) engages in the nozzle body.
7. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennade! (12) aus einem Metalikern (26) und einer isolierenden Keramik- beschichtung (28) besteht, daß die Heizschicht (20) auf der isolierenden Kera- mikbeschichtung angeordnet ist und daß die Heizschicht mit dem Metallkern im Bereich des vorderen Endes der Düsennadell(12) in elektrischem Kontakt steht.7. Injection nozzle according to one of claims 3 to 6, characterized in that the nozzle needle! (12) from a metal core (26) and an insulating ceramic Coating (28) is that the heating layer (20) is arranged on the insulating ceramic coating and that the heating layer is in electrical contact with the metal core in the region of the front end of the nozzle needle 1 (12).
8. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsennadel (12) an ihrem hinteren Ende mit einer konischen Aufnahme (48) versehen ist und daß ein Anschlußleiter (46) vorgesehen ist, der mit einem Anschlußende (50) versehen ist, das in die Aufnahme im hinteren Ende der Düsennadel von einem Federteller (52) gedrückt wird, an dem sich eine Rückstellfeder (54) für die Düsennade! (12) abstützt.8. Injection nozzle according to one of claims 3 to 7, characterized in that the nozzle needle (12) is provided at its rear end with a conical receptacle (48) and that a connecting conductor (46) is provided which has a connecting end (50) is provided, which is pressed into the receptacle in the rear end of the nozzle needle by a spring plate (52) on which there is a return spring (54) for the nozzle needle! (12) supports.
9. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschluß- - ende als Konus (50) ausgebildet ist.9. Injection nozzle according to claim 8, characterized in that the connection - end is designed as a cone (50).
10. Einspritzdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschluß- , ende (50) als geschlitzter Ring ausgebildet ist.10. Injection nozzle according to claim 8, characterized in that the connection, end (50) is designed as a slotted ring.
11. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (52) mit einer Isolationshülse (56) versehen ist, so daß das Anschlußende (50) gegenüber der Rückstellfeder (54) und damit dem Düsenkörper (10) isoliert ist.11. Injection nozzle according to one of claims 8 to 10, characterized in that the spring plate (52) is provided with an insulation sleeve (56) so that the connection end (50) against the return spring (54) and thus the nozzle body (10) insulates is.
12. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Federteller (52) aus isolierender Keramik besteht, so daß das Anschluß- ende (50) gegenüber der Rückstellfeder (54) und damit dem Düsenkörper (10) isoliert ist.12. Injection nozzle according to one of claims 8 to 10, characterized in that the spring plate (52) consists of insulating ceramic, so that the connection end (50) with respect to the return spring (54) and thus the nozzle body (10) is isolated.
13. Einspritzdüse nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Einspritzdüse einen Düsenkörper (10) aufweist, der eine Düsennadel (12) umgibt, und daß die Heizschicht (20) auf einer Innenfläche des Düsenkörpers (10) angeordnet ist. 13. Injection nozzle according to one of claims 1 and 2, characterized in that ' the injection nozzle has a nozzle body (10) which surrounds a nozzle needle (12), and that the heating layer (20) is arranged on an inner surface of the nozzle body (10) ,
14. Einspritzdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (10) aus isolierender Keramik besteht. 14. Injection nozzle according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle body (10) consists of insulating ceramic.
PCT/DE2001/000382 2000-02-01 2001-01-31 Fuel injector for diesel fuel WO2001057384A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10004313.5 2000-02-01
DE10004313A DE10004313B4 (en) 2000-02-01 2000-02-01 Diesel fuel injector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2001057384A2 true WO2001057384A2 (en) 2001-08-09
WO2001057384A3 WO2001057384A3 (en) 2001-12-06

Family

ID=7629431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2001/000382 WO2001057384A2 (en) 2000-02-01 2001-01-31 Fuel injector for diesel fuel

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10004313B4 (en)
WO (1) WO2001057384A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785418C1 (en) * 2021-06-15 2022-12-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" Apparatus for heating fuel in a hydromechanical nozzle of a diesel engine

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10355039B4 (en) * 2003-11-25 2017-09-14 Robert Bosch Gmbh Fuel injection valve
DE102008024143A1 (en) * 2008-05-19 2009-11-26 Alexander Brind Injection nozzle for primer in e.g. engine with spark ignition of motor vehicle, has heating element serving for heating fuel up to self ignition temperature during inflow of fuel into oxygen-containing medium
DE102015113482B4 (en) * 2015-08-14 2023-07-20 Borgwarner Ludwigsburg Gmbh Fuel injector with electrically heated valve needle

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5159915A (en) * 1991-03-05 1992-11-03 Nippon Soken, Inc. Fuel injector
WO1999005412A1 (en) * 1997-07-23 1999-02-04 Siemens Automotive Corporation Method of preheating fuel with an internal heater
US5927255A (en) * 1997-09-26 1999-07-27 Hubbard; William A. Method of using fuel in an engine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2210250C2 (en) * 1972-03-03 1982-05-13 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Fuel injection device for cold starting and warming up externally ignited internal combustion engines
US4458655A (en) * 1983-06-27 1984-07-10 General Motors Corporation Fuel injection nozzle with heated valve
US4760818A (en) * 1986-12-16 1988-08-02 Allied Corporation Vapor phase injector
US6102303A (en) * 1996-03-29 2000-08-15 Siemens Automotive Corporation Fuel injector with internal heater

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5159915A (en) * 1991-03-05 1992-11-03 Nippon Soken, Inc. Fuel injector
WO1999005412A1 (en) * 1997-07-23 1999-02-04 Siemens Automotive Corporation Method of preheating fuel with an internal heater
US5927255A (en) * 1997-09-26 1999-07-27 Hubbard; William A. Method of using fuel in an engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785418C1 (en) * 2021-06-15 2022-12-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет" Apparatus for heating fuel in a hydromechanical nozzle of a diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
DE10004313B4 (en) 2005-02-10
WO2001057384A3 (en) 2001-12-06
DE10004313A1 (en) 2001-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69410582T2 (en) Fuel injection device with integrated spark plug for engine with direct injection
DE19838755B4 (en) On the combustion chamber of an internal combustion engine injecting fuel injection nozzle
DE60314489T2 (en) Glow plug and mounting structure for glow plug
DE10234324A1 (en) Fuel injector for internal combustion engine has nozzle with shank whose outer peripheral surface is tapered and engaged with tapered inner peripheral surface of nozzle support portion when nozzle is received in retainer
DE112004000701T5 (en) Fuel injection valve with a cooled lower nozzle body
DE102013102219B4 (en) Heated injector for fuel injection in an internal combustion engine
DE2922503A1 (en) FUEL INJECTION DEVICE
EP1714024B1 (en) Fuel system part with a cable leadthrough
DE60310288T2 (en) Fuel injection and ignition unit for diesel engine and method
DE2459423A1 (en) USE FOR THE FORMATION OF AN AUXILIARY CHAMBER IN THE COMBUSTION ROOM OF A COMBUSTION POWER MACHINE AND PROCESS FOR ITS PREHEATING
EP2786010B1 (en) Valve for metering in a flowing medium
DE10004313B4 (en) Diesel fuel injector
WO2004040195A1 (en) Glowplug with greatly shortened control coil
WO2004104406A1 (en) Fuel injection valve for combustion engines
WO2011069732A1 (en) Housing‑free spark plug for an internal combustion engine
EP2016653B1 (en) Ignition coil for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle
DE102017205731A1 (en) High-pressure fuel pump
EP0716226B1 (en) Fuel injection valve for internal combustion engines
DE3502110C2 (en)
DE3404710A1 (en) DEVICE FOR INJECTING FUEL IN THE COMBUSTION ROOM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES
EP1442210B1 (en) Fuel injection valve
DE3003522A1 (en) STARTING AID FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DE3643054C1 (en) Heating device in a fuel supply line leading to a fuel filter of an air-compressing injection internal combustion engine
DE2411909C2 (en) Externally ignited internal combustion engine operated with charge stratification
EP0234318B1 (en) Apparatus for preheating the intake air of a multicylinder diesel engine

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): CN CZ JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
AK Designated states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): CN CZ JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP