Kraftstoffzufuhrrohrleitungen sind
herkömmlich
bekannt, bei denen Kraftstoff wie zum Beispiel Benzin mehreren Zylindern
des Motors zugeführt wird,
indem mehrere Einspritzdüsen
vorgesehen werden. Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung injiziert den von
einem Kraftstofftank eingeleiteten Kraftstoff aus den mehreren Einspritzdüsen zu der
Innenseite einer Vielzahl von Ansaugrohren des Motors, vermischt den
Kraftstoff mit Luft und erzeugt die Motorleistung durch Verbrennen
des Gasgemisches.
Die oben beschriebene Kraftstoffzufuhrrohrleitung
dient zur Einspritzung des von dem Kraftstofftank über die
Zufuhrrohrleitung aus der Einspritzdüse in das Einlaßrohr oder
den Zylinder des Motors zugeführten
Kraftstoffes. Es gibt eine Rückführ-Kraftstoffrohrleitung
mit einem Rückführkreislauf
für die
Rückführung von überschüssigem Kraftstoff
mit einem Druckanpaßventil
für den
Fall, daß überschüssiger Kraftstoff
zu der Kraftstoffzufuhrrohrleitung. zugeführt wird. Darüberhinaus
ist auch eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung, die nicht vom Rückführtyp ist,
im Unterschied zu der Rückführ-Kraftstoffrohrleitung
bekannt, bei der kein Rückführkreislauf
zur Rückführung des überschüssigen Kraftstoffes
zum Kraftstofftank vorgesehen ist.
Die Rohrleitungen zur Rückführung des Kraftstoffs,
der überschüssig den
Kraftstoffzufuhrrohrleitungen zugeführt wurde, zum Kraftstofftank sind
vorteilhaft zur Unterdrückung
von Pulsationswellen, welche mit Kraftstoffeinspritzungen einhergehen, da
die Kraftstoffmenge in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung konstant
gehalten werden kann. Allerdings erhöht der Kraftstoff, der über die
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zugeführt wird, welche an den auf
hohe Temperaturen erhitzten Motorzylinder angrenzend angeordnet
ist, die Kraftstofftemperatur und die Benzintemperatur im Kraftstofftank
kann erhöht
werden durch die Rückbeförderung
des überschüssigen Kraftstoffes
von hoher Temperatur in den Kraftstofftank. Bei dieser erhöhten Temperatur
kann das Benzin vergasen und auf unvorteilhafte Weise die Umgebung
negativ beeinflussen, so dass Kraftstoffzufuhrrohrleitungen der
nicht rückführenden
Art vorgeschlagen wurden, in welchen der überschüssige Kraftstoff nicht in den
Kraftstofftank zurückgeführt wird.
Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung vom
nicht rückführenden
Typ neigt dazu, große
Pulsationswellen zu erzeugen auf Grund von großen Druckabfällen und
die Pulsationswellen werden viel mehr erzeugt, als das in den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
vom rückführenden
Typ der Fall ist, da die Kraftstoffzufuhrrohrleitung vom nicht rückführenden
Typ keine Rohrleitung zur Rückführung überschüssigen Kraftstoffs
in den Kraftstofftank hat, wo die Einspritzdüsen Einspritzungen in die Einlassrohrleitungen
oder Zylinder bewirken.
Die vorliegende Erfindung verwendet
eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung eines nicht rückführenden Typs, welche sonst
dazu neigt, Pulsationswellen zu erzeugen. Nach dem Stand der Technik
wird der Innenraum der Kraftstoffzufuhrrohrleitung lokal, abrupt einem
verminderten Druck unterworfen, auf Grund der Kraftstoffeinspritzung
aus den Einspritzdüsen
in die Einlassrohrleitungen oder Zylinder des Motors, wodurch sie
Pulsationswellen erzeugen (grobe und dichte Wellen). Diese Pulsationswellen
werden rückwärts von
den Druckeinstellventilen in den Kraftstofftank zurückgeführt und
breiten sich über
die Verbindungsrohrleitungen bis zu der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
aus, nachdem sie sich mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der jeweiligen
Pulsationswellen in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und den zugehörigen strukturellen
Elementen, welche Teile der Verbindungsrohrleitungen umfassen, welche
die Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit der Seite des Kraftstofftanks verbinden
und durch welche der Kraftstoff in Verbindung steht, ausgebreitet
haben. Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung ist mit mehreren Einspritzdüsen ausgestaltet
und die mehreren Einspritzdüsen
spritzen den Kraftstoff sequentiell ein und erzeugen dadurch Pulsationswellen.
Die Pulsationswelle propagiert mit
der Pulsationswellenausbreitungsgeschwindigkeit, welche den jeweiligen
strukturellen Elementen entspricht, durch das System und erfährt dabei
Reflexionen und Transmissionen entsprechend den Variationen in beispielsweise
der Pulsationswellenausbreitungsgeschwindigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit
an den Grenzflächen
der strukturellen Elemente, durch welche der Kraftstoff strömt. Die
Kraftstoffzufuhrrohrleitung hat normalerweise in Flussrichtung einen
signifikant größeren Querschnitt
im Vergleich zu der Verbindungsrohrleitung oder zu der Versorgungsrohrleitung
und hat einen großen
Reflexionsgrad an einer Grenzebene, an welcher die Pulsationswelle
von der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung
und der Versorgungsrohrleitung übergeht.
In dem Fall, in dem die Kraftstoffzufuhrrohrleitung selber einen
Mechanismus hat, der die Pulsationswelle durch deren elastische
Umformung absorbiert, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung auf Grund von signifikanten Differenzen
in deren Elastizität
klein. Die elastische Umwandlung auf Grund der Pulsationswellen
kann vernachlässigt
werden an von der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen verschiedenen strukturellen
Elementen und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
wird ein Eigenwert des Mediums, oder speziell des Kraftstoffs. Folglich
wird dieser Reflexionsgrad an dieser Grenzschicht größer. Mit
diesem großen
Reflexionsgrad wird die Druckschwankung in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
sehr leicht absorbiert durch das Druckeinstellventil im Kraftstofftank
und hat eine für das
System charakteristische Eigenperiode. Das Resonanzphänomen tritt
auf, wenn diese Periode mit der Einspritzperiode der jeweiligen
Einspritzdüsen zusammenfällt.
In einem V-artigen Motor, in dem
die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen an jeder Reihenanordnung mit einem
Paar davon verbunden sind, wird die an dem Druckeinstellventil im
Kraftstofftank leicht absorbierte Pulsationswelle groß gemacht
in einer zwischen dem Kraftstoffversorgungsrohrpaar sich hin und
her bewegenden Komponente, und die Pulsationswelle hat eine insgesamt
leichte Eigenperiode, da der Reflexionsgrad an der Grenzflächenebene
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Verbindungsrohrleitung
groß ist.
Im wesentlichen auf die gleiche Weise wie oben tritt das Resonanzphänomen auf,
wenn diese Periode mit der Einspritzperiode der jeweiligen Einspritzdüsen zusammenfällt.
Wenn der Pulsationsresonanzpunkt
außerhalb
des Drehzahlbereichs für
den normalen Gebrauch des Motors erzeugt wird, gäbe es kein Problem, aber wenn
der Punkt in dem Drehzahlbereich für den normalen Gebrauch des
Motors auftritt, können
verschiedene Nachteile erzeugt werden. Es ist jeweils zu beachten,
dass in dieser Beschreibung mit dem Drehzahlbereich des Motors ein
gewünschter Drehzahlbereich
für den
normalen Gebrauch des Motors gemeint ist.
Das heißt, wenn der Pulsationsresonanzpunkt
in den Drehzahlbereich des Motors eintritt, wird der Druck in der
Kraftstoffzuleitungsrohrleitung abrupt durch die Pulsationsresonanz
vermindert, wodurch das Phänomen
auftritt, dass der in die Einlassrohrleitungen oder Zylinder des
Motors einzuspritzende Kraftstoff geringer wird. Dies macht das
Mischverhältnis
des Kraftstoffgases und der Luft unterschiedlich von dem Auslegungswert,
so dass das Abgas unvorteilhaft beeinflusst werden kann oder dass die
Auslegungsleistung nicht entnommen werden kann. Die Pulsationsresonanz
verursacht mechanische Vibrationen an der mit der Seite des Kraftstofftanks
verbundenen Versorgungsleitung, und wird in Form von Geräuschen in
den Fahrgastraum über Klammern,
die die Versorgungsrohrleitung mit der Unterseite des Bodens verbinden,
hineingetragen, so dass die Geräusche
von dem Fahrer und den Fahrgästen
als störend
empfunden werden.
Als herkömmliches Verfahren zur Verminderung
der verschiedenen durch solch eine Pulsationsresonanz verursachten
weiter oben beschriebenen Problemen und um durch das Auftreten der
Pulsationsresonanz verursachte Probleme zu unterdrücken. wird
ein Pulsationsdämpfer,
der im Inneren eine Gummimembran aufweist, auf die Kraftstoffzufuhrrohrleitung
vom nichtrückfördernden
Typ angebracht, um die erzeugte Pulsationswellenenergie mittels
Absorption durch den Pulsationsdämpfer
zu vermindern, oder die unter dem Boden, sich von der Kraftstoffversorgungsleitung
bis zu der Seite des Kraftstofftankes erstreckende Versorgungsrohrleitung wird
mit aus Gummi bestehenden Klammern befestigt, um Vibrationen zu
absorbieren, oder es werden dazu aus geschäumtem Harz hergestellte Klammern verwendet,
um die Vibrationen mittels Absorption zu vermindern, welche an der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung oder der Versorgungsrohrleitung, die
sich bis zu der Kraftstoffrohrleitung erstreckt, erzeugt werden. Diese
Methoden sind verhältnismäßig effektiv
und sind in der Lage, die mit der Erzeugung von Pulsationsresonanzen
einhergehenden Probleme zu vermindern.
Allerdings kann die Verwendung von
Pulsationsdämpfern
oder Klammern zur Absorbierung von Vibrationen die Probleme nicht
zuverlässig
beheben, obwohl diese Methoden eine Reduzierung der Probleme im
Zusammenhang mit dem Auftreten von Pulsationsresonanzen bewirken.
Die Pulsationsdämpfer und
die Klammern zur Absorbierung der Vibrationen sind teuer, sie erhöhen die
Anzahl der Teile und die Kosten und werfen zudem neue Probleme bei
der Bereitstellung von Einbauplatz auf. Aus diesem Grunde ist eine
Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit einer pulsationsabsorbierenden Wirkung
vorgeschlagen worden, welche in der Lage ist, die Pulsationswelle zu
absorbieren mit dem Zweck, die Pulsationswelle zu vermindern, ohne
einen solchen Pulsationsdämpfer
oder Klammern zur Absorption der Vibrationen zu verwenden und um
die Erzeugung der Pulsationsresonanz aus dem niedrigen Drehzahlbereich
heraus zu verschieben.
Derartige Kraftstoffzufuhrrohrleitungen,
die eine solche absorbierende Wirkung für Pulsationswellen haben, sind
bekannt aus den Erfindungen JP-A-2000-329030, JP-A-2000-320422, JP-A-2000-329031,
JP-A-H11-37380, JP-A-H11-2164
und JP-A-S60-240867.
Solche Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
mit einer für
Pulsationswellen absorbierenden Wirkung sind in der Lage, die im
Zusammenhang mit der Kraftstoffeinspritzung erzeugte Pulsationswelle
zu vermindern. In dem Fall, in dem die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
bei Reihenmotoren verwendet werden, ist der oben beschriebene Eigenwert
in der Regel relativ niedrig, und der Pulsationsresonanzpunkt fällt häufig in
den niedrigen Drehzahlbereich des Motors.
In Motoren mit gegenläufigen Kolben,
wie zum Beispiel Boxer- oder V-Motoren, bei dem: Reihenanordnungen
mit mehreren Zylindern parallel angeordnet sind; Kraftstoffzufuhrrohrleitungen,
in denen mehrere Zylinder aufweisenden Reihenanordnungen vorgesehen
sind; ein Paar der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen über eine
Verbindungsrohrleitung gekoppelt ist: und ein Teil der Verbindungsrohrleitung oder
eine Kraftstoffversorgungsleitung direkt an die Seite des Kraftstofftanks
mittels der Versorgungsrohrleitung gekoppelt ist, liegt die Pulsationsresonanz
häufig
im Nutzdrehzahlbereich des Motors. Selbst in Reihenmotoren kann
die Pulsationsresonanz in Fällen,
in denen die Versorgungsrohrleitung sehr kurz im Verhältnis zur
Anordnung des Kraftstofftanks ist, in den Nutzdrehzahlbereich des
Motors gelangen.
Mit einem 6-Zylinder gegenläufigen Motor,
in welchem die Kraftstoffzuleitungsrohrleitung selber einen Pulsationsabsorptionsmechanismus
hat, wurde experimentell bestätigt,
dass das Pulsationsresonanzphänomen
in einem Bereich von 2.000 bis 4.000 Umdrehungen pro Minute auftritt.
Da dieser Drehzahlbereich innerhalb des normalen Nutzbereiches des
Motors liegt, ist die Kraftstoffeinspritzung, wie oben beschrieben,
auf solche Weise beeinflusst, dass von dem Mischverhältnis zwischen
Kraftstoff und Luft abgewichen wird, was zu einem ungewünschten
Ergebnis mit Blick auf die Reinigung des Abgases führt, was
ferner dazu führt,
dass der Motor eine niedrigere Leistung hat, und schließlich dazu führt, dass
Geräusche
in den Fahrgastraum des Automobils über die Versorgungsrohrleitungen
getragen werden.
In einem 3-Zylinder-Reihenmotor,
in welchem die Kraftstoffzufuhrrohrleitung selber einen Pulsationsabsorptionsmechanismus
aufweist und in welchem die Versorgungsrohrleitung eine Länge von ungefähr der Hälfte der
normalen Länge
hat, wurde experimentell bestätigt,
dass das Pulsationsresonanzphänomen
um einen Bereich von 1.000 Umdrehungen pro Minute auftritt. Ähnlich wie
bei dem obigen Beispiel, können
im wesentlichen dieselben Nachteile auftreten, da der Resonanzpunkt
innerhalb des Drehzahlbereiches für den normalen Gebrauch des
Motors liegt.
Diese Resonanzphänomene treten, wie oben beschrieben,
bei Zusammenfallen einer langsamen charakteristischen Periode einer
für einen
zwischen dem Kraftstofftank und der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
angeordneten Kraftstoffversorgungssystem charakteristischen Pulsationswelle
mit einer Einspritzperiode der Einspritzdüse auf. Die Erzeugung des Resonanzphänomens in
dem Reihenmotor wird von der charakteristischen Periode der Pulsation
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem druckregulierenden
Ventil im Kraftstofftank bestimmt. Dem gegenüber wird die Erzeugung des
Resonanzphänomens
in Motoren mit gegenläufigen
Kolben von der Eigenfrequenz der Pulsation zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
bestimmt. In einem normalen 4-Zylinder-Motor findet man die folgende
Relation zwischen dieser Periode und der Drehzahl des Motors.
[Formel
1]: Motordrehzahl [UPM] = 1/(Eigenperiode [sec]) × 60 × (2/(Düsenanzahl
in Reihenanordnung))
Die Eigenperiode kann daher in den
tatsächlich
genutzten Drehzahlbereich des Motors fallen, je nach der Anzahl
der Einspritzdüsen
in den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen.
Eine Wertebetrachtung des Systems
wird durchgeführt
um herauszufinden, was die Eigenperiode des Kraftstoffversorgungssystems
bestimmt. In Fällen,
in denen die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Pulsationswellen
in den jeweiligen Strukturelementen, wie z. B. Versorgungsrohrleitungen,
Verbindungsrohrleitungen und Versorgungsrohrleitungen, in welche
der Kraftstoff des Systems strömt,
im Voraus gesucht werden und in denen die Wertebetrachtung der Wellengleichung
unter Beachtung von auf die Durchflussrate und den Druck abhängigen Reihenbedingungen
an der Grenze der jeweiligen strukturellen Elemente durchgeführt wird,
hat sich gezeigt, dass die Eigenperiode der Pulsationswelle von
der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen,
von der Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen und von dem Querschnittsflächenverhältnis der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung oder Versorgungsrohrleitung
bestimmt wird. Bei dem Reihenmotor zeigte sich, dass die Länge der
Versorgungsrohrleitung, welche die Kraftstoffzufuhrrohrleitung und das
Druckregelventil im Kraftstofftank verbindet, die Eigenperiode der
Pulsationswelle auch stark beeinflusst. Bei dem Motor mit gegenläufigen Kolben
mit einem Paar Kraftstoffzufuhrrohrleitungen beeinflusst auch die
Länge der
Verbindungsrohrleitungskupplung zwischen dem Paar Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
die Eigenperiode stark.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer
Pulsationswelle in der obigen Beschreibung ist wie folgt gegeben:
Formel
2 a = [(1/?)/(1/Kf + 1/Kw)]0,5 ?:
Kraftstoffdichte
Kf: Volumenelastizitätsmodul, Kraftstoff
Kw:
Volumenelastizitätsmodul
der Wandfläche
einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung
Kw = (?V/V}/?P
?P: Druckschwankung
V:
Volumen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
?V: Volumenschwankung
aufgrund von Druckschwankung der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
Das Volumenelastizitätsmodul
Kw der Kraftstoffzufuhrrohrleitung kann gefunden werden, mit Hilfe
einer Werteberechnung unter Verwendung einer Finite-Elemente-Methode
oder ähnlichem.
Es zeigte sich, dass das Volumenelastizitätsmodul Kw der wie in 4 und 5 dargestellt geformten Kraftstoffzufuhrrohrleitung
bei ungefähr
70 MPa lag, entsprechend der Wertebetrachtung. Wenn die Kraftstoffdichte
? 800 kg/m3 beträgt, wenn das Volumenelastizitätsmodul
Kf des Kraftstoffes 1 GPa beträgt,
und wenn das Volumenelastizitätsmodul
Kw der Kraftstoffzufuhrrohrleitung 70 MPa, dann ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung ungefähr 290 m/s.
Dieser Wert wird als ungefähr
korrekt von Experimenten bestätigt.
Hingegen ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
ungefähr
1.120 m/s, wenn das Volumenelastizitätsmodul der Wandfläche einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung
auf unendlich gesetzt wird, mit der obigen Kraftstoffdichte und
dem obigen Volumenelastizitätsmodul.
Entsprechend ist das Volumenelastizitätsmodul der Wandfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung bemerkenswert größer als das Fluid-Volumenelastizitätsmodul
in einem ringförmigen
Rohr, und da der Kehrwert des Volumenelastizitätsmoduls Kw des Fluids oder
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung auf eine Seite des Nenners der Formel
für die
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle gebracht wird, kann
der Einfluss von dem Volumenelastizitätsmodul Kw der Wandfläche einer
Kraftstoffzufuhrrohrleitung im wesentlichen vernachlässigt werden.
In einem gewöhnlichen
Rohr mit etwa einem kreisförmigen
Querschnitt ist daher die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
ca. 1.100 m/s, und dies wird experimentell bestätigt.
Zum Beispiel ergibt sich in einem
System für einen
Motor mit gegenläufigen
Kolben, in welchem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle des
Kraftstoffs 1.000 m/s beträgt,
in welchem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in der
Kraftstoffversorgungsleitung 290 m/s beträgt, in welchem die Länge des
Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaars 300 mm beträgt, in welchem die Länge der
Verbindungsrohrleitung 200 mm beträgt, und in welchem das Querschnittsflächenverhältnis der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung 0,1 beträgt, in welchem
eine zahlenmäßige Lösung der Druckschwankungen
gesucht wird, in einem Fall, in dem die Druckschwankungen in einer
Kraftstoffzufuhrrohrleitung auftritt, und wenn der zeitliche Verlauf der Änderung
in der Druckdifferenz zwischen den Reihenanordnungen gesucht wird,
eine Sinus-Welle, deren Eigenperiode 14,3 ms beträgt. Wenn
nun die Situation eines V-6-Motors angenommen wird, speziell mit
drei Einspritzdüsen
in jeder Reihenanordnung, ist der Pulsationsresonanzpunkt ca. 2.800
UPM, entsprechend der obigen Formel [Formel 1].
In einem System für einen Reihenmotor, in welchem
die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle des Kraftstoffs
1.100 m/s beträgt,
in welchem die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung 290 m/s, in welchem die Länge des
Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaars 300 mm beträgt, in welchem die Länge der
Versorgungsrohrleitung 1.000 mm beträgt, und in welchem das Verhältnis der
Fluid-Wegs-Querschnittsflächen
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung 0,1
beträgt,
in welchem eine zahlenmäßige Lösung der
Druckschwankung gesucht wird, für
den Fall, dass die Druckfluktuation in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
auftritt und falls die zeitliche Änderung der Änderung
der Druckdifferenz in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung gesucht wird,
ergibt sich naturgemäß eine Sinus-Welle,
deren Eigenperiode 39,1 ms beträgt.
Wenn man einen 3-Zylinder-Motor annimmt, liegt der Pulsationsresonanzpunkt
bei ungefähr
1.000 UPM entsprechend der obigen Formel.
Die Erfindung dient der Lösung der
obigen Probleme. Obgleich in Fällen,
in denen das Pulsationsresonanzphänomen innerhalb eines gewünschten
Drehzahlbereichs für
die normale Verwendung eines Motors auftritt, verschiedene unvorteilhafte
Situationen auftreten können,
wird der Motorbetrieb nicht nachteilig beeinflusst, wenn das Pulsationsresonanzphänomen außerhalb
eines gewünschten
Drehzahlbereichs für
den normalen Betrieb eines Motors auftritt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann der Pulsationsresonanzpunkt zu einem willkürlichen Drehzahlbereich verschoben
werden durch Anpassen der charakteristischen Periode der Pulsationswelle
mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
oder insbesondere durch Anpassen von mindestens einem der folgenden
Parameter: Starrheit der Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsflächen
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung oder
der Versorgungsrohrleitung, und Länge der Verbindungsrohrleitung
oder der Versorgungsrohrleitung.
Zur Lösung des obigen Problems ist
eine erste Ausgestaltung der Erfindung gekennzeichnet durch ein
Kraftstoffversorgungssystem, wobei das System umfasst: eine Vielzahl
von Kraftstoffzufuhrrohrleitungen vom nicht rückführenden Typ, mit keinem Rückführungskreislauf
zu einem Kraftstofftank und mit einer Vielzahl von Einspritzdüsen; eine
Vielzahl von Reihenanordnungen mit mehreren Zylindern, die in einer
horizontalen, gegenläufigen
Art und Weise oder einer V-artigen Weise in dem Motor mit gegenläufigen Kolben
angeordnet sind, wobei die Reihenanordnungen mit den jeweiligen
Kraftstoffversorgungsleitungen ausgestattet sind, eine Verbindungsrohrleitung,
welche das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar verbindet; und eine
Versorgungsrohrleitung, welche einen Teil einer Kraftstofftankseite
mit einem Teil der Verbindungsrohrleitung oder direkt mit der anderen
Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindet, wobei eine Periode eines
Resonanzphänomens,
welches zwischen einem Paar der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen erzeugt
wird, mit Blick auf die Pulsationswelle, welche während der
Kraftstoffeinspritzungen an den Einspritzdüsen erzeugt wird, von mindestens einer
dynamischen Elastizität
einer Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, von einer Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
von einem Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsflächen
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung, und
von einer Länge
der Verbindungsrohrleitung, bestimmt ist, um die Periode des Resonanzphänomens zu
verlängern,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem niedrigen Drehzahlbereich
eines Motors heraus zu verschieben.
Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung weist
das Merkmal eines Kraftstoffversorgungssystems auf, wobei das System
folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
der nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf
zu einem Kraftstofftank haben und welche eine Vielzahl von Einspritzdüsen haben;
eine Vielzahl von Reihenanordnungen mit mehreren Zylindern, welche
in horizontal gegenüberliegender
Weise oder in einer V-artigen Weise an dem Motor mit gegenläufigen Zylindern
angeordnet sind, wobei die Reihenanordnungen mit den jeweiligen
Kraftstoffzufuhrrohrleitungen ausgestaltet sind; eine das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
verbindende Verbindungsrohrleitung; und eine Versorgungsrohrleitung,
welche einen Teil einer Kraftstofftankseite mit einem Teil der Verbindungsrohrleitung
oder direkt mit der anderen Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindet,
wobei eine Periode eines Resonanzphänomens, welches zwischen einem
Paar der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen auf Grund der Pulsationswelle,
welche während
Kraftstoffeinspritzungen an den Einspritzdüsen auftritt, erzeugt wird,
durch mindestens eine dynamische Elastizität einer Wandfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung, durch eine Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
durch ein Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung, und
durch eine Länge
der Verbindungsrohrleitung bestimmt ist, um die Periode des Resonanzphänomens zu
verkürzen,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem hohen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
Eine dritte Ausgestaltung der Erfindung
hat die Eigenschaft eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei dieses
System folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
der nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf
zu einem Kraftstofftank aufweisen, und welche eine Vielzahl von
Einspritzdüsen
aufweisen; eine Vielzahl von Reihenanordnungen mit mehreren Zylindern,
die in einer horizontal entgegengesetzten Weise oder in einer V-artigen
Weise an dem Motor mit gegenläufigen
Zylindern angeordnet sind, wobei die Reihenanordnungen mit den jeweiligen
Kraftstoffzufuhrrohrleitungen ausgestaltet sind; eine Verbindungsrohrleitung,
welche das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar über ein kommunizierendes Drosselrohr
mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der des Verbindungsrohrs,
verbindet: und eine Versorgungsrohrleitung, welche einen Teil einer
Kraftstofftankseite mit einem Teil der Verbindungsrohrleitung oder
direkt mit der anderen Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindet, wobei
eine Periode eines zwischen einem Paar der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
auf Grund der während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugten Resonanzphänomens
durch mindestens ein Verhältnis
einer Fluid-Wegs-Querschnittsfläche des zwischen
die Kraftstoffzufuhrrohrleitung und die Verbindungsrohrleitung zu
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung angeordneten Drosselrohres, und
durch eine Länge
des kommunizierenden Drosselrohrs bestimmt ist, um die Periode des
Resonanzphänomens zu
verlängern,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem niedrigen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
In der ersten bis dritten Ausgestaltung
der Erfindung kann ein Paar der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen mit
einem Paar der Verbindungsrohrleitungen in einer Schleifenform gekoppelt
sein.
Eine vierte Ausgestaltung der Erfindung
hat die Eigenschaft eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei das
System folgendes umfasst: eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung von der
nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf
zu einem Kraftstofftank hat und welche eine Vielzahl von Einspritzdüsen hat;
eine Vielzahl von Reihenanordnungen mit mehreren in horizontal gegenüberliegender
Weise oder in V-artiger Weise an dem Motor mit gegenläufigen Zylindern
angeordneten Zylindern, wobei die Reihenanordnungen mit den jeweiligen
Kraftstoffzufuhrrohrleitungen ausgestaltet sind; ein Verzweigungsrohr,
welches jeweils die Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit der Einspritzdüse koppelt;
und eine Versorgungsrohrleitung, welche einen Teil einer Kraftstofftankseite
mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindet, wobei eine Periode
eines Resonanzphänomens
der während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugten Pulsationswelle durch mindestens eine dynamische Elastizität einer
Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, durch eine Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
durch das Verhältnis
einer Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Versorgungsrohrleitung, und durch eine
Länge der
Versorgungsrohrleitung bestimmt ist, um die Periode des Resonanzphänomens zu
verlängern,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem niedrigen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
Eine fünfte Ausgestaltung der Erfindung
hat die Eigenschaft eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei das
System folgendes umfasst: einen Reihenmotor, an dem eine Vielzahl
von Zylindern angeordnet ist; eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung von
der nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf zu
einem Kraftstofftank aufweist und welche eine Vielzahl von an dem
Reihenmotor angeordneten Einspritzdüsen aufweist, und einen Teil
einer Kraftstofftankseite mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindende
Versorgungsrohrleitung, wobei eine Periode eines zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
und dem Kraftstofftank auf Grund der während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugten Pulsationswelle erzeugten Resonanzphänomens durch mindestens eine
dynamische Elastizität
einer Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, durch eine Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
durch ein Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsflächen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
zu der Versorgungsrohrleitung, und durch eine Länge der Versorgungsrohrleitung
bestimmt ist, um die Periode des Resonanzphänomens zu verlängern, um
einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem niedrigen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
Eine sechste Ausgestaltung der Erfindung hat
die Eigenschaft eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei das System
folgendes umfasst: einen Reihenmotor, an welchem eine Vielzahl von
Zylindern angeordnet ist; bei der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
der nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf
zu einem Kraftstofftank hat und welche eine Vielzahl von an dem
Reihenmotor angeordneten Einspritzdüsen aufweist; und einen Teil
einer Kraftstofftankseite mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindenden
Versorgungsrohrleitung, wobei eine Periode eines zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
und dem Kraftstofftank auf Grund der während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen erzeugten
Pulsationswelle auftretenden Resonanzphänomens durch mindestens eine
dynamische Elastizität
einer Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, durch eine Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
durch ein Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsflächen der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Versorgungsrohrleitung, und durch
eine Länge
einer Versorgungsrohrleitung bestimmt ist, um die Periode eines
Resonanzphänomens
zu verkürzen,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem hohen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
Eine siebte Ausgestaltung der Erfindung
hat die Eigenschaft eines Kraftstoffversorgungssystems, wobei das
System folgendes umfasst: einen Reihenmotor, an welchem eine Vielzahl
von Zylindern angeordnet ist; eine Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
der nicht rückführenden
Art, welche keinen Rückführkreislauf zu
einem Kraftstofftank aufweist und welche eine Vielzahl von an dem
Reihenmotor angeordneten Einspritzdüsen aufweist; und einen Teil
einer Kraftstofftankseite mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbindende
Versorgungsrohrleitung, wobei eine Periode eines zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
und dem Kraftstofftank auf Grund der während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugten Pulsationswelle auftretenden Resonanzphänomens durch
mindestens ein Verhältnis
einer Fluid-Wegs-Querschnittsfläche eines
zwischen die Kraftstoffzufuhrrohrleitung und die Versorgungsrohrleitung
platzierten kommunizierten Drosselrohrs zu der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
und durch eine Länge eines
kommunizierenden Drosselrohrs bestimmt ist, um die Periode des Resonanzphänomens zu
verlängern,
um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem niedrigen Drehzahlbereich
des Motors herauszuverschieben.
Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung kann
eine die Pulsationswelle absorbierende Wirkung haben, um einen während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugte Pulsationswelle zu absorbieren.
Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung kann
keine absorbierende Wirkung für
Pulsationswellen haben, um eine während Kraftstoffeinspritzungen
an den Einspritzdüsen
erzeugten Pulsationswelle zu absorbieren.
Die auf diese Weise aufgebaute Erfindung
ist mit Bezug auf einen Motor mit gegenläufigen Zylindern in der Lage,
einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem für den normalen Gebrauch des
Motors günstigen
niedrigen Drehzahlbereich herauszuverschieben, in dem das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
mit der Verbindungsrohrleitung verbunden wird, in dem die Versorgungsrohrleitung
mit einem Teil der Verbindungsrohrleitung oder der anderen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
verbunden wird, in dem eine im Kraftstofftank angeordnete Kraftstoffpumpe
mit einem Druckregelventil mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verbunden
wird, und in dem die Eigenperiode der zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
erzeugten Pulsationswelle verlängert
wird. Das Verlängern
der Eigenperiode der Pulsationswelle kann erfolgen, in dem die dynamische
Elastizität
der Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung niedrig gemacht wird, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu verringern,
in dem man die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung groß wählt, in dem man die Querschnittsfläche des
Fluidwegs der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, der Verbindungsrohrleitung
oder beidem anpasst, um die Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
größer zu machen
als die Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Verbindungsrohrleitung, in dem man die Länge der Verbindungsrohrleitung
vergrößert oder
in dem man eine Kombination der oben beschriebenen Maßnahmen
vornimmt.
Die vorliegende Erfindung kann auch
eine Anpassung vornehmen, um einen Pulsationsresonanzpunkt aus einem
für den
normalen Betrieb des Motors günstigen
hohen Drehzahlbereich herauszuverschieben, in dem die Eigenperiode
der zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaaren erzeugten Pulsationswelle
verkürzt
wird. Ein Verkürzen
der Eigenperiode der Pulsationswelle kann erreicht werden, in dem
man die elastische Elastizität
der Wandfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung erhöht, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu erhöhen, in
dem man die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung klein macht, in dem man die Querschnittsfläche des
Fluidwegs in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung, in der Verbindungsrohrleitung
oder in beiden anpasst, um die Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung kleiner zu machen als die Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Verbindungsrohrleitung, in dem man die Verbindungsrohrleitung verkürzt oder
in dem man eine Kombination der oben beschriebenen Parameter vornimmt.
Gewöhnlich wird eine Pulsationsresonanz
in einem Reihenmotor bei einer Drehzahl von ca. 500 UPM unter Verwendung
von Kraftstoffzufuhrrohrleitungen mit für die Pulsationswelle absorbierender Wirkung
erzeugt, und der Pulsationsresonanzpunkt tritt häufig außerhalb eines Drehzahlbereiches
von 600–7.000
UPM als einem für
den Motor günstigen Drehzahlbereich
auf. Daher können
durch die Pulsationsresonanz bewirkte Nachteile umgangen werden ohne
spezielle Auslegung.
Bei einem Motor mit gegenläufigen Kolben, wie
z. B. einem V-Motor oder einem horizontalen Motor mit gegenläufigen Kolben,
bei dem aus mehreren Zylinder bestehende Reihenanordnungen parallel angeordnet
sind, werden jedoch die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen von einem
nicht rückführenden
Typ parallel an den jeweiligen Reihenanordnungen vorgesehen; das
Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar ist mit einer Verbindungsrohrleitung
gekoppelt; und die Verbindungsrohrleitung ist über eine Versorgungsrohrleitung
mit einem Teil einer Kraftstofftankseite verbunden. Mit solch einem
Motor mit gegenläufigen
Kolben wurde sowohl experimentell als auch durch numerische Berechnungen
bestätigt,
dass der Pulsationsresonanzpunkt in dem Drehzahlbereich des Motors auftritt,
selbst in den Fällen,
in denen die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen eine absorbierenden Wirkung
für die
Pulsationswelle haben.
Außerdem wurde mit einem Reihenmotor
sowohl experimentell als auch durch numerische Berechnung bestätigt, dass
die Eigenperiode der zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und
dem Druckregelventil im Kraftstofftank erzeugten Pulsation verkürzt wird,
in den Fällen,
in denen die Länge
der Versorgungsrohrleitung, welche die Kraftstoffzufuhrrohrleitung
und den Kraftstofftank verbindet, kürzer als die normale gemacht
wird, und dass der Pulsationsresonanzpunkt in dem Drehzahlbereich
des Motors auftritt.
Im Falle der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
von nicht rückführender
Art trat ein Pulsationsresonanzphänomen in einem Bereich um 2.000
bis 4.000 UPM in einem 6-Zylinder-Motor mit gegenläufigen Kolben in
den Fällen
auf, in denen eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung verwendet wurde,
die selber einen Absorptionsmechanismus für eine Pulsationswelle hat.
Da dieser Drehzahlbereich in einen Bereich des normalen Gebrauchs
des Motors fällt,
wird die Kraftstoffeinspritzung wie weiter oben beschrieben beeinflusst, wodurch
von dem Kraftstoff-Luft-Mischverhältnis abgewichen wird und wodurch
ungünstige
Ergebnisse mit Blick auf die Abgasreinigung hervorgerufen werden
oder wodurch die Leistungsabgabe des Motors verschlechtert wird
oder wodurch Geräusche über die
Versorgungsrohrleitung in das Automobil hineingetragen werden.
Der Drehzahlbereich von 2.000–4.000 UPM in
dem 6-Zylinder-Motor mit gegenläufigen
Kolben ist äquivalent
zu 20–10
ms bei Umrechnung auf die Eigenperiode entsprechend der oben beschriebenen Formel.
Eine einfache Ausbreitungsperiode einer zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
erzeugten Pulsationswelle wird mit dem oben beschriebenen numerischen
Rechenbeispiel zu 4,5 ms berechnet (der berechnete Wert der Eigenperiode
beträgt
14,3 ms in einem System in welchem: die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung beträgt 290 ms;
die Länge der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung beträgt
300 mm, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in der
Verbindungsrohrleitung beträgt
1.100 m/s; die Länge
der Verbindungsrohrleitung beträgt
200 mm; und das Verhältnis
der Fluid-Wegs-Querschnittsflächen
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zu der Verbindungsrohrleitung oder
Versorgungsrohrleitung beträgt
0,1), und diese Eigenperiode ist bemerkenswert groß im Vergleich
zu der Zeit für
einfache Hin- und Herbewegung der Pulsationswelle in dem System. Man
muss also verstehen, dass die Eigenperiode Pulsationswelle nicht
von der einfachen Hin- und Herbewegung der Pulsationswelle herrührt, sondern dass
diese stark durch Reflexions- und Transmissionsphänomene an
der Grenzfläche
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Verbindungsrohrleitung
oder Versorgungsrohrleitung beeinflusst wird. Der Reflexionskoeffizient
R und der Transmissionskoeffizient T an der Grenzfläche sind
durch die folgende Formel gegeben:
Formel 3
R = (?–1)/(?+1)
T
= 2/(?+1)
0=R=1, 0=T=1
? = rc/rA
rc = c1/c2
rA
= A1/A2
c; Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
A;
Querschnittsfläche
Index
1; an einer Seite der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
Index 2;
an einer Seite des Rohrs
Die berechneten Ergebnisse der Reflektivität und Transmissivität für den Fall,
dass die Ausbreitungsgeschwindigkeiten c1 der Pulsationswelle in der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung und in der Verbindungsrohrleitung oder
Versorgungsrohrleitung typischerweise 1.100 m/s betragen, sind in 7 dargestellt und die berechneten
Ergebnisse für
Ausbreitungsgeschwindigkeit c1 der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
von 290 m/s sind in 8 dargestellt
als ein Beispiel dafür,
dass die Kraftstoffzufuhrrohrleitung die Pulsation auf Grund ihrer
Elastizität
absorbiert. In 7 und 8 bedeutet die Ziffer c1
die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle an einer Seite
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung; Ziffer c2 steht für die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle an einer Seite der Versorgungsrohrleitung oder
Verbindungsrohrleitung. Ziffer A1 steht für die Querschnittsfläche an einer
Seite der Kraftstoffzufuhrrohrleitung; Ziffer A2 steht für die Querschnittsfläche an einer
Seite der Versorgungsrohrleitung oder Verbindungsrohrleitung.
In 7, 8 ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit
c2 der Pulsationswelle an einer Seite der Rohrleitung auf 1.100
m/s festgesetzt. Die Abszisse zeigt das Verhältnis des Fluidwegs rA = A1/A2 der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung Referenz; die Ordinate zeigt die Reflektivität R und
die Transmissivität
T. Wenn das Fluid-Wegs-Flächenverhältnis mit
ungefähr
0,1 angenommen wird, wird die Rate R selbst in 7 und 8 groß. Es hat
sich also gezeigt, dass die Pulsationswelle im wesentlichen an dieser
Grenzfläche
reflektiert wird und das ein sehr geringer Anteil der Pulsationswelle
transmittiert wird. Insbesondere, wie in 8 gezeigt, für den Fall einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung
die selber absorbierend ist, sprich wenn die Ziffer c1 bei 290 m/s
liegt, ist die Rate R ungefähr
0,95 (oder die Rate T ungefähr
0,05). Das heißt,
die Pulsationswelle wird lediglich mit ca. 5% transmittiert. Es
ist daher einsichtig, dass die lokal in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
erzeugte Druckschwankung das Druckregelventil in dem Kraftstofftank
nach und nach mit der Pulsationswelle erreicht, und dass die Pulsationswelle
im Vergleich zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle sehr
langsam umgekehrt wird.
Bei dem Reihenmotor wird angenommen, dass
die Pulsationswelle von dieser Einspritzung zu einer Pulsationswelle
mit einer kleinen Periode im Vergleich zu dem Tank wird. Es ist
dabei klar, dass das Resonanzphänomen
auftritt, wenn die Pulsationswelle mit der Einspritzperiode an der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zusammenfällt.
Auf der anderen Seite werden in Motoren
mit gegenläufigen
Kolben aufeinanderfolgende Einspritzungen für jede Reihenanordnung alternierend
vorgenommen, und daher tritt lokale Druckschwankung in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
periodisch und alternierend an jeder Reihenanordnung auf, so dass
eine von dieser Periode bestimmte erzwungene Druckschwankung auftritt.
Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Pulsationswelle auf mit einer viel
größeren Periode als
die zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar mit jeweiligen
Ausbreitungsgeschwindigkeiten hin- und herlaufende Periode. Die
Pulsationswelle tritt über
die Verbindungsrohrleitung zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
auf im wesentlichen auf dieselbe Weise auf wie die Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstofftank und der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
bei dem Reihenmotor. Die Pulsationswellen zwischen dem Kraftstofftank
und den jeweiligen Kraftstoffzufuhrrohrleitungen überlagern
sich auch mit der obigen Pulsationswelle. Ihre Anteile sind kleiner
als die der Pulsationswelle zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
und rufen kaum Probleme im eigentlichen Motorbetrieb hervor. Die
Periode der Pulsationswelle zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
kann bestätigt
werden, in dem man zeitliche Veränderungen
in der Druckdifferenz in dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar beobachtet,
um die überlagerte
Pulsationswellenkomponente im Verhältnis zu dem Tank zu kompensieren.
Aus diesem Grunde ist im Falle des
Reihenmotors die Pulsationswelle die lange Versorgungsrohrleitung,
welche sich unterhalb des Bodens erstreckt, einbindend aufgebaut
und hat eine verhältnismäßig lange
Periode. Der Pulsationsresonanzpunkt des herkömmlichen Reihenmotors lag aus
diesem Grunde unterhalb des gewünschten
Drehzahlbereichs für
den normalen Betrieb des Motors, so dass keine Nachteile durch die
Erzeugung der Pulsationsresonanz auftraten.
Selbst bei dem Reihenmotor kann jedoch
die Länge
des die Pulsationswelle aufbauenden Systems je nach der Platzierung
des Kraftstofftanks und des Motors verkürzt werden, wodurch die Eigenfrequenz
erhöht
wird, und auf diese Weise den Drehzahlbereich für den normalen Betrieb des
Motors erreicht. In diesem Falle wird angenommen, dass das Pulsationsresonanzphänomen in
einem Bereich nahe eines niedrigen Drehzahlbereichs, der sogenannten
Leerlaufdrehzahl, auftreten kann. Daher ist es, falls die Pulsationswelle
in dem Reihenmotor ein Problem bereitet, effektiv, den Resonanzpunkt
zu der Leerlaufdrehzahl oder niedriger zu verschieben, in dem man
die Periode der Pulsationswelle verlängert.
Auf der anderen Seite hat der Motor
mit gegenläufigen
Kolben vom V-Typ, obwohl die Pulsationswelle häufig aus der Verbindungsrohrleitung
und Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar des Motors mit gegenläufigen Kolben
aufgebaut ist, eine kurze Verbindungsrohrleitung und eine verhältnismäßig kurze
Periode, so dass das Pulsationsresonanzphänomen in einem verhältnismäßig hohen
Drehzahlbereich auftritt.
Der horizontale Motor mit gegenläufigen Kolben
hat eine längere
Verbindungsrohrleitung und als Folge daraus wird die Periode der
Pulsationswelle verhältnismäßig länger, so
dass das Pulsationsresonanzphänomen
sich in einem verhältnismäßig niedrigen
Drehzahlbereich bemerkbar macht. In Fällen, in denen die Pulsationsresonanz
ein Problem in dem Motor mit gegenläufigen Kolben bereitet, sind
denkbare Vorgehensweisen dem Pulsationsresonanzpunkt zu einem höheren Drehzahlbereich
als dem für den
normalen Betrieb des Motors verwendeten zu verschieben, in dem man
die Periode der Pulsationswelle entsprechend der Länge der
Verbindungsrohrleitung verkürzt
oder die Pulsationswelle zu einem Drehzahlbereich verschiebt, der
gleich ist oder geringer ist als die Leerlaufdrehzahl, in dem man
die Periode der Pulsationswelle verlängert.
Für
den Fall des Motors mit gegenläufigen Kolben
sind in 9 bis 14 analytische Ergebnisse
von Einflussgrößen auf
die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle Länge und
Querschnittsflächenverhältnis aus
der Analyse mittels numerischer Berechnung der zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar
erzeugten Pulsationswelle dargestellt. In den 9 bis 14 sind
festgehaltene Parameter in jeder Zeichnung in den Zeichnungen dargestellt.
Die Ordinate zeigt die Periode der Pulsationswelle und eingekreiste
Markierungen kennzeichnen die berechneten Werte. Wie in 9 dargestellt, ist die Eigenperiode
der Pulsationswelle in dem Motor mit gegenläufigen Kolben näherungsweise
umgekehrt proportional zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung. Wenn also die dynamische Elastizität der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
herabgesetzt wird und wenn die Absorptionsfähigkeit der Pulsationswelle
erhöht wird,
wird sowohl die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
reduziert als auch die Eigenperiode verlängert, und als Folge daraus
kann die Pulsationsperiode verlängert
werden.
Wie in 10 gezeigt,
beeinflusst die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
in der Verbindungsrohrleitung und der Versorgungsrohrleitung die
Eigenperiode der Pulsationswelle bei dem Motor mit gegenläufigen Kolben
nicht. Die Eigenperiode der Pulsationswelle in dem Motor mit gegenläufigen Kolben
ist proportional zu der Quadratwurzel der Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung,
wie in 11 gezeigt und
ist außerdem
zu der Quadratwurzel aus der Verbindungsrohrleitung, wie in 12 dargestellt. Aus diesem
Grunde kann die Eigenperiode der Pulsationswelle verlängert werden,
in dem man die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verlängert oder in dem man die Länge der
Verbindungsrohrleitung verlängert,
und als Folge daraus kann die Pulsationsresonanzperiode verlängert werden.
Allerdings hat die Länge
der Verbindungsrohrleitung keinen Einfluss, wie in 13 dargestellt. Die Eigenperiode der
Pulsationswelle in dem Motor mit gegenläufigen Kolben ist näherungsweise
umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel aus dem Querschnittsflächenverhältnis ([Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der Verbindungsrohrleitung]/[Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung]), wie in 14 dargestellt.
Aus diesem Grunde kann die Eigenperiode der Pulsationswelle verlängert werden,
in dem man die Querschnittsfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung erhöht oder in dem man die Querschnittsfläche der
Verbindungsrohrleitung verringert, wodurch als Folge daraus die
Pulsationsresonanz verlängert wird.
15 zeigt
die Korrelation aus den experimentellen Ergebnissen und den numerischen
Berechnungsergebnissen der Pulsationswelle für den Fall des Motors mit gegenläufigen Kolben
unter den gleichen Bedingungen.
15 zeigt
die Periode der Pulsationswelle in Abhängigkeit von der Länge der
Verbindungsrohrleitung. In 15,
in der die weißen
Kreise die experimentellen Daten und der die schwarzen Dreiecke die
berechneten Daten zeigen, zeigte sich, dass beide Datensätze im wesentlichen
koinzidieren. Dementsprechend wurde die Analyse aus den Ergebnissen
der numerischen Berechnung wie oben beschrieben, als verwendbar
angesehen für
die Steuerung der Pulsationsresonanzperiode des Motors mit gegenläufigen Kolben.
Die Herabsetzung des Pulsationsresonanzpunktes ist stärker, in
dem man die dynamische Elastizität
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit dem Ziel, die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle herabzusetzen, erniedrigt, in dem man die Kraftstoffzufuhrrohrleitung
verlängert,
indem man die Verbindungsrohrleitung verlängert, indem man dem Fluid-Wegs-Querschnitt
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung vergrößert, indem man den Fluid-Wegs-Querschnitt
der Verbindungsrohrleitung verringert, und indem man Kombinationen
dieser Maßnahmen
vornimmt.
Auf der andere Seite ist die Erhöhung des Pulsationsresonanzpunktes
steuerbar, indem man die dynamische Elastizität der Versorgungsrohrleitung
mit dem Ziel, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
zu erhöhen,
hochsetzt, indem man die Kraftstoffzufuhrrohrleitung verkürzt, indem man
die Verbindungsrohrleitung verkürzt,
indem man den Fluid-Wegs-Querschnitt der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
verringert, indem man den Fluid-Wegs-Querschnitt der Verbindungsrohrleitung
vergrößert, und indem
man Kombinationen dieser Maßnahmen
vornimmt.
Für
den Fall des Motors mit gegenläufigen Kolben
sind in 16 bis 20 im wesentlichen auf dieselbe
Weise erhaltene Ergebnisse gezeigt, wo ein Verbindungsrohrleitungspaar
zwischen das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar schleifenförmig gekoppelt
wird. In den 16 bis 20 sind die festgehaltenen
Parameter in jeder Zeichnung angegeben. Die Ordinate zeigt die Periode
der Pulsationswelle und eingekreiste Markierungen zeigen berechnete
Ergebnisse. Die Einflüsse
auf die jeweiligen Parameter, wie zum Beispiel Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle und Länge
sind dieselben wie in dem vorherigen Beispiel dargestellt, also
das Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar ist mit der einzigen Verbindungsrohrleitung
gekoppelt, aber die Periode der Pulsationswelle wird ungefähr 2/3 kleiner
als im vorigen Fall. 16 zeigt
Einflüsse
auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
und entspricht der oben beschriebenen 9. 17 zeigt Einflussgrößen für die Länge der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung und entspricht der oben beschriebenen 11. 18 zeigt Einflussgrößen auf die Länge der
Verbindungsrohrleitung und entspricht der oben beschriebenen 12. 19 zeigt Einflussgrößen auf das Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnis der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Verbindungsrohrleitung und entspricht
der oben beschriebenen 14. 20 zeigt die Korrelation
zwischen den experimentellen Ergebnissen und den Ergebnissen der
numerischen Berechnung der Pulsationswelle in dem Motor mit gegenläufigen Kolben
unter den gleichen Bedingungen und entspricht der oben beschriebenen 15, aber beide Datensätze entsprechen
einander auf im wesentlichen derselben Weise wie in 15. Entsprechend ist, obwohl der Pulsationsresonanzpunkt
auf die gleiche Weise, wie oben beschrieben, steuerbar ist, die
Eigenperiode ungefähr 2/3,
wie oben beschrieben, oder speziell wird der Pulsationsresonanzpunkt
mit 1,5 multipliziert, so dass die Verbindungsrohrleitungsstruktur
in der Schleifenform geeignet ist, um den Pulsationsresonanzpunkt aus
dem hohen Drehzahlbereich des Motors heraus zu verschieben.
Auf im wesentlichen die gleiche Art
und Weise wurde der Reihenmotor mit einer numerischen Berechnung
der zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
erzeugten Pulsationswelle analysiert. Die berechneten Ergebnisse
in Hinblick auf den Einfluss auf Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Pulsationswelle, Länge
und Querschnittsflächenverhältnis sind
in 21 bis 25 dargestellt. In der 21 bis 25 sind die in der jeweiligen Darstellung
festgehaltenen Parameter in der Zeichnung angegeben. Die Ordinate
zeigt die Periode der Pulsationswelle an, und eingekreiste Markierungen bezeichnen
die berechneten Ergebnisse.
Wie in der 21 zu erkennen, ist die Eigenperiode
der Pulsationswelle im dem Reihenmotor näherungsweise umgekehrt proportional
zu der Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung.
Die Eigenfrequenz der Pulsationswelle kann also verlängert werden,
indem man die dynamische Elastizität der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
herabsetzt, um die Absorptionsfähigkeit
der Pulsationswelle zu erhöhen
und um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle zu erniedrigen,
und als Folge daraus kann die Pulsationsresonanzperiode verlängert werden.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle in der Versorgungsrohrleitung
hat fast keinen Einfluss auf die Eigenperiode der Pulsationswelle
in dem Reihenmotor, wie in 22 dargestellt.
Die Eigenperiode der Pulsationswelle in dem Reihenmotor ist im wesentlichen
proportional zu der Quadratwurzel aus der Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
wie in 23 dargestellt
und ist außerdem
proportional zu der Quadratwurzel aus der Versorgungsrohrleitung,
wie in 24 dargestellt.
Daher kann die Eigenperiode der Pulsationswelle verlängert werden,
in dem die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung verlängert wird oder indem die Länge der
Versorgungsrohrleitung verlängert
wird und als Folge daraus kann die Pulsationsresonanzperiode verlängert werden.
Die Eigenperiode der Pulsationswelle
in dem Reihenmotor ist näherungsweise
umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel aus dem Querschnittsflächenverhältnis ([Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der Versorgungsrohrleitung]/[Fluid-Wegs-Querschnittsfläche der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung]), wie in 25 dargestellt.
Daher kann die Eigenperiode der Pulsationswelle verlängert werden,
indem die Querschnittsfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung vergrößert wird oder indem die Querschnittsfläche der
Versorgungsrohrleitung verringert wird, wodurch als Folge die Pulsationsresonanzperiode
verlängert
wird.
26 zeigt
die Korrelation zwischen den experimentellen Ergebnissen und den
Ergebnissen der numerischen Berechnungen der Pulsationswelle im
Zusammenhang mit dem Reihenmotor unter denselben Bedingungen, und
es zeigte sich, dass die beiden Datensätze im wesentlichen übereinstimmen. Entsprechend
wird die Auswertung aus numerisch berechneten Ergebnissen, wie oben
beschrieben, als für
die Steuerung der Pulsationsresonanzperiode des Reihenmotors geeignet
angesehen und zur Herabsetzung des Pulsationsresonanzpunktes ist
dieser steuerbar, indem die dynamische Elastizität der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
erniedrigt wird, mit dem Ziel, die Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Pulsationswelle zu erniedrigen, indem die Kraftstoffzufuhrrohrleitung
verlängert
wird, indem die Versorgungsrohrleitung verlängert wird, indem der Fluid-Wegs-Querschnitt
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung vergrößert wird, indem der Fluid-Wegs-Querschnitt der
Versorgungsrohrleitung verkleinert wird, und indem Kombinationen
dieser Maßnahmen
verwendet werden.
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
1 ist
eine Systemdarstellung, welche einen räumlichen Zusammenhang eines
Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaares, einer Verbindungsrohrleitung und
Versorgungsrohrleitung in einem Motor mit gegenläufigen Kolben zeigt;
2 ist
eine Systemdarstellung einer Ausgestaltung der Erfindung, in welcher
die Verbindungsrohrleitung und die Kraftstoffzufuhrrohrleitung schleifenförmig miteinander
verbunden sind;
3 ist
eine Systemdarstellung, die ein räumliches Verhältnis eines
Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaares, einer Verbindungsrohrleitung
und einer Versorgungsrohrleitung in einem Reihenmotor zeigt;
4 ist
eine Querschnittsansicht des Fluidwegs einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung
mit einem teilweise flachen Querschnitt, welcher in der Lage ist, Pulsationswellen
mit der Elastizität
einer Wandfläche zu
absorbieren;
5 ist
eine Seitenansicht einer in 4 dargestellten
Kraftstoffzufuhrrohrleitung;
6 ist
eine Seitenansicht, welche eine Anordnung zeigt, bei der ein Drosselrohr
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und einer Rohrleitung angeordnet
ist;
7 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit des Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnisses
von den Reflexions- und Transmissionskoeffizienten der Pulsationswelle
an einer Grenzfläche
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Rohrleitung darstellt;
8 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit des Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnisses
von den Reflexions- und Transmissionskoeffizienten der Pulsationswellen
an einer Grenzfläche
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Rohrleitung, wobei
die Kraftstoffzufuhrrohrleitung einen teilweise flachen Querschnitt
und ein kleines Volumenelastizitätsmodul
aufweist;
9 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kraftstoffzufuhrrohrleitungspulsationswelle
zeigt;
10 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rohrleitungspulsationswelle
darstellt;
11 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von der Kraftstoffzufuhrrohrleitungslänge zeigt;
12 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von der Länge
der Verbindungsrohrleitung zeigt;
13 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von der Länge
der Versorgungsrohrleitung zeigt;
14 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben
von dem Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnis an einer Grenzfläche zwischen
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Verbindungsrohrleitung zeigt;
15 ist
eine typische Darstellung, welche eine Korrelation zwischen den
numerischen Berechnungen und den experimentellen Werten der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit
gegenläufigen
Kolben zeigt;
16 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben,
dessen Verbindungsrohrleitung schleifenförmig ist, von der Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung zeigt;
17 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben,
dessen Verbindungsrohrleitung schleifenförmig ist, von der Länge der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung;
18 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben,
dessen Verbindungsrohrleitung schleifenförmig ist, von der Länge der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung zeigt;
19 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit gegenläufigen Kolben,
dessen Verbindungsrohrleitung schleifenförmig ist, von dem Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnis an
einer Grenzfläche
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Verbindungsrohrleitung;
20 ist
eine typische Darstellung, welche eine Korrelation zwischen den
numerischen Berechnungen und den experimentellen Werten der Pulsationswelle
zwischen dem Kraftstoffzufuhrrohrleitungspaar in einem Motor mit
gegenläufigen
Kolben, dessen Verbindungsrohrleitung schleifenförmig ist, zeigt;
21 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Kraftstoffzufuhrrohrleitungspulsationswelle,
zeigt;
22 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
der Versorgungsrohrleitung zeigt;
23 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor von der Länge
der Versorgungsrohrleitung zeigt;
24 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor von der Länge
der Versorgungsrohrleitung zeigt;
25 ist
eine typische Darstellung, welche die Abhängigkeit der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor von dem Fluid-Wegs-Querschnittsflächenverhältnis an
einer Grenzfläche
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und der Versorgungsrohrleitung
zeigt;
26 ist
eine typische Darstellung, welche eine Korrelation zwischen den
numerischen Berechnungen und den experimentellen Werten der Pulsationswelle
zwischen der Kraftstoffzufuhrrohrleitung und dem Kraftstofftank
in einem Reihenmotor zeigt;
27 ist
eine Systemdarstellung eines Motors mit gegenläufigen Kolben, in welchem Einspritzdüsen der
jeweiligen Reihenanordnungen mit einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung
verbunden sind;
28 ist
eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel einer rechteckigen
Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit einem Pulsationsdämpfer zeigt.
Die beste
Ausführungsform
der Erfindung
Ausgestaltungen der Erfindung werden
beschrieben. Ausgehend von einem in Verbindung mit 15 beschriebenen experimentellen Aufbau
wird eine Beschreibung vorgenommen. In einem Motor mit gegenläufigen Kolben,
wie in 1 dargestellt, werden
an einem Paar Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2)
an jeder Rohrleitung jeweils drei Einspritzdüsen (3) befestigt.
Die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2) war in
dem Experiment 315 Motor mit gegenläufigen Kolben. In dem Experiment
wurden die Einspritzdüsen
(3) auf der Einspritzseite geöffnet. Das Paar Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1 ,2) wurde mit einer Verbindungsrohrleitung
(4) verbunden. Die Verbindungsrohrleitung (4)
befand sich in einem zylindrischen Rohr mit einem Außendurchmesser
von 8 mm und einer Dicke von 0,7 mm, dessen Länge vier Ausführungen
hatte: 210 mm, 700 mm, 2.600 mm und 3.200 mm. Ein mittlerer Punkt
der Verbindungsrohrleitung (4) war mit einer Versorgungsrohrleitung (5)
verbunden. Die Versorgungsrohrleitung (5) war ein zylindrisches
Rohr mit einem Aussendurchmesser von 8 mm, einer Dicke von 0,7 mm,
wie genau das Verbindungsrohr (4) und einer Länge von
2.000 mm. Eine Spitze der Versorgungsrohrleitung (5) ist mit
einem Kraftstofftank (6) verbunden. In dem Kraftstofftank
(6) ist ein Druckregelventil (8) mit einem Auslass
einer Kraftstoffpumpe (7) verbunden, und die Versorgungsrohrleitung
ist mit dem Druckregelventil (8) verbunden.
Als nächstes wird unter Betrachtung
eines Reihenmotors eine Beschreibung angegeben basierend auf einem
Aufbau, der zum Zeitpunkt für
das in 26 beschriebenen
Experimentes verwendet wurde.
Wie in 3 zu
erkennen, wurden drei der Einspritzdüsen (3) an der Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1)
befestigt. Die Länge
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1) betrug 315 mm, wie
im Falle des Motors mit gegenläufigen
Kolben. Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1) ist mit der
Versorgungsrohrleitung (5) verbunden. Die Versorgungsrohrleitung
(5) weist einen Zylinder mit entweder einem Außendurchmesser
von 8 mm und einer Dicke von 0,7 mm, einem Außendurchmesser von 6 mm und
einer Dicke von 0,7 mm oder einen Außendurchmesser von 4,76 mm
und eine Dicke von 0,7 mm, dessen Länge 950 mm bis 5.200 mm betrugt.
Die Versorgungsrohrleitung (5) hat eine mit dem Kraftstofftank
(6) verbundene Spitze. Indem Kraftstofftank (6)
ist ein Druckregelventil (8) mit einem Auslass einer Kraftstoffpumpe
(7) verbunden und die Versorgungsrohrleitung (5)
ist mit dem Druckregelventil (8) verbunden.
Die einzelnen Abmessungen der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1, 2) werden mit Hilfe von 4 und 5 beschrieben.
Die Querschnittsfläche
der Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1, 2) ist teilweise
flach, wie in 4 gezeigt,
wobei sie eine Breite von 34 mm und eine Höhe von 10,2 mm mit Außenflächen mit
abgerundeten Ecken vom Durchmesser 3,5 mm hat. Die Länge der
Kraftstoffzufuhrrohrleitungen betrug, wie oben beschrieben, 315
mm. Einspritzdüsen (3)
entsprechend der Anzahl der Zylinder sind an den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1, 2) befestigt, und sind an einem Dübel (10)
zur festen Verbindung mit dem Motor befestigt. Wenn ein volumenelastischer Koeffizient
mittels numerischer Analyse mit dieser Form gesucht war, betrug
er ungefähr
70 MPa; und wenn eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
anhand der oben beschriebenen Formel 2 gesucht wurde, betrug diese
ungefähr
290 m/s. Wenn die Breite der Kraftstoffzufuhrrohrleitung von 34
mm auf 28 mm reduziert wird, wird der elastische Koeffizient ungefähr Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Pulsationswelle wird als Folge daraus auf 400 m/s erhöht. Die
Ausbreitungsgeschwindigkeiten dieser Pulsationswellen wurden aus
Phasenverschiebungen der Reflexionswellen im Experiment als im wesentlichen
richtig bestätigt.
Im folgenden werden ein Beispiel
des Resonanzpunktes und ein Beispiel der Steuerung des Resonanzpunktes
für den
Motor mit gegenläufigen
Kolben beschrieben.
Im Falle eines V-artigen Motors,
bei welchem die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2)
mit einem volumenelastischen Modul von 70 MPa und einer Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle von 290 m/s eine Länge von 315 mm haben, und bei
welchen die Verbindungsrohrleitung (4) mit einem Außendurchmesser
von 8 mm einer Dicke von 0,7 mm eine Länge von 210 mm hat, wie in 15 gezeigt, war die Eigenperiode
der Pulsationswelle mit diesem Aufbau 13,9 ms als Ergebnis dieses
Experiments. In dem Fall eines 6-Zylinder-Motors,
bei dem nämlich jede
Reihenanordnung drei Zylinder aufweist. ist aus der oben beschriebenen
Formel 3 der Pulsationsresonanzpunkt ungefähr 2.880 UPM.
Um die Motordrehzahl zu einer hohen
Drehzahl, beispielsweise 7.000 UPM zu verschieben, muss die Eigenperiode
der Pulsationswelle mit 0,41 multipliziert werden. Beispielsweise
wird die Eigenperiode der Pulsationswelle in dem Fall, dass die Breite
der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2) von 34 mm
auf 28 mm geändert
wird und das Volumenelastizitätsmodul
auf ungefähr
150 MPa gesetzt wird, auf 5,6 ms gesetzt, bzw. der Resonanzpunkt
wird auf ungefähr
7.100 UPM in dem V-6-Motor verschoben, in dem die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle auf 400 m/s, die Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
(1, 2) auf 300 mm und die Verbindungsrohrleitung
(4) auf einen Außendurchmesser
von 12 mm und eine Dicke von 0,9 mm gesetzt wird. Auf der anderen
Seite wird die Eigenperiode der Pulsationswelle in dem Fall, dass
die Motordrehzahl zu einer niedrigen Drehzahl, z. B. 700 UPM, verschoben
wird, notwendigerweise mit 4,11 multipliziert. Beispielsweise wird
der Eigenwert der Pulsationswelle für den Fall, dass die Breite
der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2) unverändert bei
34 mm liegt, aber die Länge
auf 330 mm erhöht
wird, auf 58 ms gesetzt, bzw. der Resonanzpunkt wird in dem V-6-Motor
auf ungefähr
690 UPM verschoben, indem die Verbindungsrohrleitung (4)
auf einen Außendurchmesser
von 4,76 mm, eine Dicke von 0,7 mm und eine Länge von 1.100 mm gesetzt wird.
In einer anderen Ausgestaltungsform der Erfindung kann der Resonanzpunkt
das 1 1/2fache erhöht
werden, unter Verwendung eines Paars der Verbindungsrohrleitungen
(4) eine Schleifenform aufgebaut wird, mit dem Ziel, den
Resonanzpunkt aus einem hohen Drehzahlbereich des Motors herauszuverschieben.
Bei diesem Verfahren wird, wie in 2 dargestellt,
eine erste Verbindungsrohrleitung (4) und eine zweite Verbindungsrohrleitung
(9) mit den entgegengesetzten Enden der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1, 2) mit einer Breite von 35 mm verbunden und
eine aus den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2) und
einem Paar der Verbindungsrohrleitungen (4, 9) aufgebaute
Schleife gebildet. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1, 2) ist auf 290 m/s festgesetzt und die Länge ist
auf 315 mm festgesetzt. Die Länge
der Verbindungsrohrleitungen (4, 9) ist auf 210
mm gesetzt und die Länge der
Versorgungsrohrleitung (5) ist mit 2.000 mm gewählt. Die
Verbindungsrohrleitung (4, 9) und die Versorgungsrohrleitung
(5) hatten einen Außendurchmesser
und eine Dicke von 0,7 mm. Bei diesem Aufbau ist die Eigenperiode
der Pulsationswelle 9,4 ms aus der numerischen Auswertung, und infolge
dessen wird der Resonanzpunkt ungefähr 4.260 UPM.
Die Eigenfrequenz der Pulsationswelle
ist auf 5,5 ms gesetzt, bzw. der Resonanzpunkt wird auf 7.220 UPM
verschoben, indem die Breite der Kraftstoffzufuhrrohrleitungen (1, 2)
auf 28 mm gesetzt wird, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
400 m/s zu machen und indem das Verbindungsrohrleitungspaar (4, 9)
von einem Außendurchmesser
von 8 mm und einer Dicke von 0,7 mm auf einen Außendurchmesser von 10 mm und
einer Dicke von 0,7 mm abgeändert
wird.
Als nächstes werden ein Ausführungsbeispiel
des Resonanzpunktes und ein Beispiel der Steuerung des Resonanzpunktes
für den
Fall des Reihenmotors beschrieben. In dem Fall eines 3-Zylinder-Reihenmotors,
in welchem die Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1) mit einem
Volumenelastizitätsmodul
von 70 MPa bzw. einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulsationswelle
von 290 m/s eine Länge von
315 mm aufweist, und in welchem die Versorgungsrohrleitung (5)
mit einem Außendurchmesser von
8 mm und einer Dicke von 0,7 mm eine Länge von 1.900 mm aufweist,
wie in 19 dargestellt,
betrug als Ergebnis des Experimentes die Eigenperiode der Pulsationswelle
51,3 ms. In dem Fall eines 3-Zylinder-Motors beträgt aus der
oben beschriebenen Formel 1 der Pulsationsresonanzpunkt ungefähr 780 UPM.
Um die Motordrehzahl zu einem niedrigen Drehzahlbereich, etwa 700
UPM, zu verschieben, muss die Eigenperiode der Pulsationswelle mit
1,11 multipliziert werden, entsprechend 780 UPM geteilt 700 UPM.
Beispielsweise wird der Eigenwert der Pulsationswelle, für den Fall,
dass die Versorgungsrohrleitung (5) so geändert wird,
dass sie einen Außendurchmesser
von 6,35 mm und eine Dicke von 0,7 mm aufweist, auf 68 ms gesetzt,
bzw. der Resonanzpunkt des 4-Zylinder-Reihenmotors wird auf ungefähr 590 UPM
verschoben.
Als eine Ausgestaltung eines Motors
mit gegenläufigen
Kolben, wie in 27 dargestellt,
wird ein Aufbau beschrieben, bei dem die jeweiligen Düsen (3)
von jeder Reihenanordnung des Motors mit gegenläufigen Kolben, bei welchem
aus mehreren Zylindern bestehende Reihenanordnungen in horizontal
entgegengesetzter oder V-artiger Weise angeordnet sind, über eine
Verzweigungsrohrleitung (12) mit einer einzigen Kraftstoffzufuhrrohrleitung
(1) verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist die Verbindungsrohrleitung
(4, 5) selbst bei dem Motor mit gegenläufigen Kolben,
wie beispielsweise einem horizontal gegenläufigen oder V-artigen Typ unnötig. Die Kraftstoffzufuhrrohrleitung
(1) ist auf die gleiche Art und Weise wie in dem vorigen
Beispiel teilweise flach mit einer Breite von 34 mm, einer Höhe von 10,2
mm, abgerundeten Ecken von 3,5 mm Durchmesser und einer Länge von
315 mm. In dem Fall, dass die Versorgungsrohrleitung (5)
als ein zylindrisches Rohr mit einem Außendurchmesser von 8 mm und
einer Dicke von 0,7 mm mit einer Länge von 1.900 mm ausgeformt
ist, ist wie in 19 gezeigt,
die Eigenperiode der Pulsationswelle 51,3 ms. In einem 6-Zylinder-Motor
mit gegenläufigen
Kolben ist der Pulsationsresonanzpunkt 390 UPM, und der Resonanzpunkt
kann aus dem Nutzdrehzahlbereich heraus verschoben werden.
In einer weiteren, anderen Ausführung der Erfindung
wird ein in 6 dargestellter
Aufbau beschrieben, in welchem ein Drosselrohr (11) zwischen der
Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1) und der Versorgungsrohrleitung
(5) hinzugefügt
wird. Mit einem Aufbau, der eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Pulsationswelle von 290 m/s und eine Länge der Kraftstoffzufuhrrohrleitung
(1) von 315 mm, einen Außendurchmesser von 8 mm, einer
Dicke von 0,7 mm und eine Länge
einer Versorgungsrohrleitung (5) von 1.875 mm, und einen
Innendurchmesser von 3 mm und eine Länge von 25 mm des Drosselrohrs
(11) ist, wenn die Eigenperiode der Pulsationswelle numerisch
ausgewertet wird, die Eigenperiode der Pulsationswelle 90,98 ms
und der Resonanzpunkt beträgt 440
UPM im Vergleich mit einem Fall, in welchem kein Drosselrohr (11)
ausgeformt ist.
Außerdem sind Aufbauten bekannt
geworden, bei denen eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung ohne die Fähigkeit,
die Druckschwankung zu absorbieren, mit einem Aufbau ausgeformt
wird, in dem eine von außen
zugefügter
Pulsationsdämpfer
mit dem Zweck, die Druckschwankung zu absorbieren, befestigt wird,
in dem ein Dämpfersatz
wie in JP-A-63-100.262 ausgeführt,
eingesetzt wird, oder indem ein elastischer Hohlkörper, wie
in JP-A-9-151,830
ausgeführt
eingebaut wird. Selbst bei den Aufbauten, die derartige Dämpfer verwenden,
besteht der Eigenwert der Druckschwankung in der gleichen Weise
wie bei der Kraftstoffzufuhrrohrleitung (1) mit Absorptionsfähigkeit
für die
Druckschwankung und die Pulsationsresonanz tritt auf. 28 zeigt ein Beispiel, in
welchem ein Pulsationsdämpfer
an einer rechteckigen Kraftstoffzufuhrrohrleitung (13)
ohne Absorptionsfähigkeit
für die
Druckschwankung befestigt wird.
In diesem Falle kann der Bereich,
in welchem der Pulsationsresonanzpunkt auftritt, gesteuert werden,
indem das Querschnittsflächenverhältnis, eine
Länge oder ähnliches
einer Rohrleitung oder von Rohrleitungen, welche die Kraftstoffzufuhrrohrleitungen
(1, 13) verbinden, anpasst. Um diesen Ansatz umzusetzen,
wird als erstes ein Pulsationsresonanzpunkt des aus den Kraftstoffzufuhrrohrleitungen mit
Dämpferfunktion
bestehenden Aufbaus experimentell aufgesucht. Nachdem die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Pulsationswelle in einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung mit Dämpferfunktion
mit Hilfe einer numerischen Berechnung derart aufgefunden wurde, dass
sie mit dem obigen Pulsationsresonanzpunkt koinzidiert, werden ein
Querschnittsflächenverhältnis und
eine Rohrleitungslänge
derart bestimmt, dass der Pulsationsresonanzpunkt außerhalb
des normalen Nutzbereiches des Motors liegt. Dies erfolgt mit denselben
Schritten, wie für
die oben beschriebenen Kraftstoffzufuhrrohrleitungen vom pulsationsresonanzabsorbierenden
Typ.
Industrieller Anwendbarkeit
Mit der vorliegenden Erfindung kann
der Bereich, in dem die Pulsationsresonanz auftritt, in einem Kraftstoffversorgungssystem
der nicht rückführenden Art
für einen
Motor mit gegenläufigen
Kolben, wie zum Beispiel einem V-Motor oder einem horizontalen Motor
mit gegenläufigen
Kolben mit einem Paar Kraftstoffzufuhrrohrleitungen aber auch in
einem mit einer Kraftstoffzufuhrrohrleitung versehenen Reihenmotor,
wie oben beschrieben, willkürlich
gesteuert werden und daher können
verschiedene, durch das Auftreten einer solchen Pulsationsresonanz
in einem für
den normalen Gebrauch des Motors günstigen Drehzahlbereich hervorgerufenen
Nachteile eliminiert werden.