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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung richtet sich auf ein Verfahren zum Reinigen
und insbesondere auf ein Verfahren zum Reinigen eines Fluidinjektors durch
selektives Erhitzen des Injektors.
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Hintergrund
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Motoren
wie Dieselmotoren, Benzinmotoren, mit einem gasförmigen
Kraftstoff betriebene Motoren und andere im Stand der Technik bekannte
Motoren geben eine komplexe Mischung von Luftschadstoffen ab. Diese
Luftschadstoffe enthalten Feststoffe, die als Partikel oder Ruß bekannt
sind. Aufgrund eines erhöhten Umweltbewusstseins sind Abgasemissionsvorschriften
strenger geworden, und die Menge an Partikeln, die von einem Motor
emittiert wird, ist abhängig von dem Motortyp, der Größe
des Motors und/oder der Klasse des Motors vorgeschrieben.
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Ein
Verfahren, das von Motorherstellern dazu verwendet wird, die Vorschrift
betreffend an die Umwelt abgegebene Partikel einzuhalten, besteht darin,
die Partikel mit einer Vorrichtung, die als Partikelfalle oder Dieselpartikelfilter
bezeichnet wird, aus dem Abgasstrom eines Motors zu entfernen. Eine Partikelfalle
ist ein Filter, das dazu entworfen ist, Partikel einzufangen, und
besteht typischerweise aus einem Drahtgeflecht oder einem keramischen
Wabenmedium. Die Verwendung der Partikelfalle über längere
Zeiträume kann jedoch bewirken, dass sich die Partikel
in dem Medium ansammeln, wodurch die Funktionalität des
Filters und folglich die Motorleistung verringert wird.
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Die
angesammelten Partikel können durch einen als Regeneration
bezeichneten Prozess aus dem Filter entfernt werden. Zum Einleiten
der Regeneration des Filters muss die Temperatur der in dem Filter
gefangenen Partikel auf eine Verbrennungsschwelle erhöht
werden, bei der die Partikel weggebrannt werden. Eine Möglichkeit,
die Temperatur der Partikel zu erhöhen, besteht darin,
einen Katalysator wie Dieselkraftstoff in den Abgasstrom des Motors einzuspritzen
und den eingespritzten Kraftstoff zu entzünden.
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Nach
dem Regenerationsvorgang wird die Kraftstoffzufuhr unterbrochen.
Es kann jedoch etwas Kraftstoff in dem Kraftstoffinjektor oder den
Kraftstoffleitungen, die Kraftstoff zu dem Injektor leiten, zurückbleiben.
Dieser zurückbleibende Kraftstoff kann, wenn er den rauen
Bedingungen des Abgasstroms ausgesetzt ist, verkoken oder teilweise
verbrannt werden und feste Rückstände zurücklassen,
die den Kraftstoffinjektor einschränken oder sogar blockieren können.
Zusätzlich kann die Möglichkeit bestehen, dass
Partikel aus dem Abgasstrom in den Injektor eintreten und ihn blockieren.
Aus diesem Grund kann es notwendig sein, den Injektor zwischen Regenerationsvorgängen
regelmäßig von Kraftstoff und/oder angesammelten
Rückständen oder Partikeln zu reinigen.
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Ein
Verfahren zum Reinigen eines Kraftstoffinjektors ist in dem am 29.
Januar 1991 für Lopez-Crevillen et al. erteilten
US Patent 4,987,738 (dem
Patent
'738 ) beschrieben.
Genauer offenbart das Patent
'738 ein
Partikelfilter mit einem Brenner, der zum Verbrennen eingefangener
Partikel verwendet wird. Der Brenner enthält eine Kraftstoffinjektordüse
zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brenner während einer
Regeneration. Wie in
1 des Patents
'738 dargestellt, führt eine
Kraftstoffpumpe der Injektordüse über einen axial
mit einer Bohrung der Düse ausgerichteten Durchgang Kraftstoff
zu. Zum Aufrechterhalten eines effizienten und zuverlässigen Betriebs
des Brenners wird zum Reinigen der Düse von Kraftstoff
nach einem Regenerationsvorgang eine Zufuhr von Reinigungsluft durch
den axial ausgerichteten Durchgang zu der Kraftstoffinjektordüse geleitet. Die
Reinigungsluft strömt so lange durch die Injektordüse,
bis ein folgender Regenerationsvorgang stattfindet.
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Wenngleich
der Brenner des Patents
'738 in gewisser
Weise von dem vorher beschriebenen Reinigungsprozess profitieren
kann, kann der Gewinn vergleichsweise aufwendig sein. Insbesondere
können die zum Unterstützen der Luftreinigung
erforderlichen zusätzlichen Durchgänge die Bearbeitungskosten,
die Bauteilkosten und die Montagezeit erhöhen. Ferner kann
es aufwendig sein, den kontinuierlichen Reinigungsluftstrom aufrechtzuerhalten,
und das Risiko, dass Fremdkörper die Injektordüse
verschmutzen, kann sich erhöhen.
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Das
Verfahren der vorliegenden Offenbarung löst eines oder
mehrere der zuvor erörterten Probleme.
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Zusammenfassung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf einen Fluidinjektor
zur Verwendung mit einem Abgasbehandlungssystem gerichtet. Der Fluidinjektor kann
einen Düsenabschnitt, eine dem Düsenabschnitt
zugeordnete Heizvorrichtung und eine in Kommunikationsverbindung
mit der Heizvorrichtung stehende Steuerung enthalten. Die Steuerung
kann dazu ausgebildet sein, eine Bedingung zu erkennen, die einen
Reinigungsvorgang des Fluidinjektors auslöst. Die Steuerung
kann ferner dazu ausgebildet sein, die Heizvorrichtung zum Reinigen
des Fluidinjektors ansprechend auf die erkannte Bedingung zu aktivieren.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zum Reinigen eines Fluidinjektors zur Verwendung in einem Abgasbehandlungssystem
gerichtet. Das Verfahren kann ein Erkennen einer Bedingung, die
einen Reinigungsvorgang eines Fluidinjektors in dem Abgasbehandlungssystem
auslöst, beinhalten. Das Verfahren kann ferner ein Erhitzen
des Fluidinjektors ansprechend auf die erkannte Bedingung beinhalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und veranschaulichende Darstellung einer beispielhaft
offenbarten Leistungserzeugungseinheit,
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2 ist
eine Explosionsdarstellung einer beispielhaft offenbarten Abgasbehandlungsvorrichtung
zur Verwendung mit der Leistungserzeugungseinheit von 1,
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung der Abgasbehandlungsvorrichtung von 2,
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4 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Fluidinjektors zur Verwendung
mit der Vorrichtung der 2 und 3,
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5 ist
eine schematische und veranschaulichende Darstellung eines beispielhaft
offenbarten Steuersystems zur Verwendung der Vorrichtung der 2 und 3,
und
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6 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zeigt, das durch
das Steuersystem der 5 zum Reinigen des Fluidinjektors der 4 durchgeführt
wird.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt
eine Leistungserzeugungseinheit 10 mit einer Kraftstoffversorgung 12 und
einem Zusatzregenerationssystem 14 dar. Zum Zwecke der Offenbarung
ist die Leistungserzeugungseinheit 10 als ein Viertakt-Dieselmotor
gezeigt und beschrieben. Für Fachleute ist jedoch offensichtlich,
dass die Leistungserzeugungseinheit 10 ein beliebiger anderer
Typ eines Motors mit innerer Verbrennung sein kann, beispielsweise
ein Benzinmotor oder ein mit einem gasförmigen Kraftstoffbetriebener
Motor. Die Leistungserzeugungseinheit 10 kann einen Motorblock 16 enthalten,
der zumindest teilweise eine Mehrzahl von Verbrennungskammern 17 begrenzt. Bei
der dargestellten Ausführungsform enthält die Leistungserzeugungseinheit 10 vier
Verbrennungskammern 17. Die Leistungserzeugungseinheit 10 kann
jedoch eine größere oder kleinere Zahl von Verbrennungskammern 17 enthalten,
und die Verbrennungskammern 17 können in einer „Reihen”-Anordnung
einer „V”-Anordnung oder einer anderen geeigneten
Anordnung angeordnet sein.
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Wie
weiter in 1 gezeigt, kann die Leistungserzeugungseinheit 10 eine
Kurbelwelle 18 enthalten, die drehbar innerhalb des Motorblocks 16 angeordnet
ist. Eine (nicht gezeigte) Verbindungsstange kann eine Mehrzahl
von (nicht gezeigten) Kolben mit der Kurbelwelle 18 verbinden,
so dass eine Verschiebebewegung jedes Kolbens in der jeweiligen Verbrennungskammer 17 zu
einer Drehung der Kurbelwelle 18 führt. Auf ähnliche
Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 18 in einer Verschiebebewegung
der Kolben resultieren.
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Die
Kraftstoffversorgung 12 kann Komponenten enthalten, die
zum Fördern von Einspritzungen von druckbeaufschlagtem
Kraftstoff in jede der Verbrennungskammern 17 zusammenwirken.
Genauer kann die Kraftstoffversorgung 12 ein Common-Rail-System
sein und einen zum Aufnehmen einer Kraftstoffzufuhr ausgebildeten
Tank 20 und eine zum Druckbeaufschlagen des Kraftstoffs
und Leiten des druckbeaufschlagten Kraftstoffs zu einer Mehrzahl
von Kraftstoffinjektoren 23 über eine Leiste 24 ausgebildete
Kraftstoffpumpenanordnung 22 enthalten.
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Die
Kraftstoffpumpenanordnung 22 kann eine oder mehrere Pumpenvorrichtungen
enthalten, die dazu dienen, den Druck des Kraftstoffs zu erhöhen
und einen oder mehrere druckbeaufschlagte Kraftstoffströme
zu der Leiste 24 zu leiten. Bei einem Beispiel enthält
die Kraftstoffpumpenanordnung 22 eine Niederdruckquelle 26 und
eine Hochdruckquelle 28, die in Reihe angeordnet sind und über
eine Kraftstoffleitung 30 fluidmäßig
verbunden sind. Die Niederdruckquelle 26 kann als eine
Transferpumpe ausgeführt sein, die eine Niederdruckeinspeisung
für die Hochdruckquelle 28 bereitstellt. Die Hochdruckquelle 28 kann
die Niederdruckeinspeisung aufnehmen und den Druck des Kraftstoffs
erhöhen, in manchen Fällen bis auf 300 MPa. Die Hochdruckquelle 28 kann mittels
einer Kraftstoffleitung 32 mit der Leiste 24 verbunden
sein. Eines oder mehrere Filterelemente 34 wie ein Primärfilter
und ein Sekundärfilter können zum Entfernen von
Fremdkörpern und/oder Wasser aus dem durch die Kraftstoffpumpenanordnung 22 mit
Druck beaufschlagtem Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 32 angeordnet
sein.
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Eine
oder beide der Nieder- und Hochdruckquellen 26, 28 kann
betriebsfähig mit der Leistungserzeugungseinheit 10 verbunden
und durch die Kurbelwelle 18 angetrieben sein. Die Nieder-
und/oder Hochdruckquellen 26, 28 können
auf eine beliebige, für einen Fachmann offensichtliche
Weise mit der Kurbelwelle 18 verbunden sein, wobei eine
Drehung der Kurbelwelle 18 zu einer entsprechenden Antriebsdrehung
einer Pumpenwelle führt. Beispielsweise ist eine Pumpenantriebswelle 36 der
Hochdruckquelle 28 in 1 als über
einen Getriebezug 38 mit der Kurbelwelle 18 verbunden
gezeigt. Es ist jedoch auch möglich, dass eine oder beide
der Nieder- und Hochdruckquellen 26, 28 alternativ
elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf eine beliebige andere
geeignete Weise angetrieben werden. Ferner kann die Kraftstoffversorgung 12 alternativ
als ein anderer Typ einer Kraftstoffversorgung wie beispielsweise
ein Kraftstoffinjektorsystem mit einer mechanischen Einheit oder
ein Kraftstoffinjektorsystem mit einer Hydraulikeinheit ausgeführt
sein, wobei der Druck des eingespritzten Kraftstoffs in einzelnen
Injektoren ohne Verwendung einer Hochdruckquelle erzeugt oder erhöht
wird.
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Das
Zusatzregenerationssystem 14 kann einer Abgasbehandlungsvorrichtung 40 zugeordnet sein.
Insbesondere kann ein Abgas aus der Leistungserzeugungseinheit 10 über
den Abgasdurchgang 35 zu einem (nicht gezeigten) Endabschnitt
des Abgasdurchgangs 35 weitergeleitet werden, wo das Abgas
in die Atmosphäre freigesetzt werden kann. Vor Erreichen
des Endabschnitts des Abgasdurchgangs 35 kann das Abgas
durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 gehen. In der
Abgasbehandlungsvorrichtung 40 können Abgasbestandteile
wie Partikel, NOx, HC und andere Bestandteile aus dem Abgasstrom
entfernt oder anderweitig in unschädliche Gase umgewandelt
werden. Bei einem Beispiel kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 ein Drahtgeflecht
oder ein keramisches Wabenfiltermedium 42 enthalten, die
zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgasstrom angeordnet sind.
Im Laufe der Zeit können sich die Partikel in dem Filtermedium 42 ansammeln
und, wenn sie nicht kontrolliert wird, kann die Partikelansammlung
ausreichend signifikant sein, um den Strom von Abgas durch die Behandlungsvorrichtung 40 einzuschränken
oder sogar zu blockieren, was eine Erhöhung des Gegendrucks
in der Leistungserzeugungseinheit 10 zulässt.
Eine Erhöhung des Gegendrucks der Leistungserzeugungseinheit 10 könnte
die Fähigkeit der Leistungserzeugungseinheit, Frischluft
anzusaugen, verringern und zu einer niedrigeren Leistung, erhöhten
Abgastemperaturen und einem schlechten Kraftstoffverbrauch führen.
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Wie
in 2 dargestellt, kann das Zusatzregenerationssystem 14 Komponenten
enthalten, die zum regelmäßigen Verringern der
Ansammlung von Partikeln in der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 zusammenwirken.
Diese Komponenten können unter anderem ein Gehäuse 44,
einen Injektor 46, eine Mischplatte 48, eine Zündkerze 50,
ein Thermoelement 52 und einen Verbrennungsbehälter 54 enthalten.
Das Zusatzregenerationssystem 14 kann auch zusätzliche
oder unterschiedliche Komponenten wie beispielsweise einen oder
mehrere Pilotinjektoren, zusätzliche Hauptinjektoren, eine
Steuerung, einen Drucksensor, einen Strömungssensor, eine
Strömungsblockiervorrichtung und andere, in der Technik bekannte
Komponenten enthalten. Ferner kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 anstelle
oder zusätzlich zu dem Filtermedium 42 (siehe 1)
eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (engl.:
Selective Catalytic Reduction, SCR) und einen zugehörigen
(nicht gezeigten) Injektor, der annähernd identisch zu
dem Injektor 46 ist, zum Einbringen eines Reduktionsmittels
wie beispielsweise Harnstoff in den Abgasstrom stromaufwärts
der SCR-Vorrichtung enthalten.
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Das
Gehäuse 44 kann den Injektor 46, die Mischplatte 48,
die Zündkerze 50 und das Thermoelement 52 aufnehmen
und fluidmäßig miteinander verbinden. Insbesondere
kann das Gehäuse 44 eine zentrale abgestufte Bohrung 56,
eine ringförmige vertiefte Öffnung 58,
eine zentral angeordnete Bohrung 60, eine erste radial
versetzte Bohrung 61 und eine (nicht gezeigte) zweite radial
versetzte Bohrung aufweisen. Das Gehäuse 44 kann
ferner einen Pilotkraftstoffkanal 62, einen Hauptkraftstoffkanal 64,
einen Luftzufuhrkanal 66 und einen Einlass- bzw. einen Auslasskühlkanal 68 und 70 enthalten.
Eines oder mehrere (nicht gezeigte) Rückschlagventile können in
einem beliebigen oder allen dieser Kanäle angeordnet sein,
falls dies erwünscht ist, zum Gewährleisten einer
Strömung der jeweiligen Fluide in den Kanälen
in eine Richtung und/oder zum Verringern oder Minimieren der Volumina
derselben, die ein regelmäßiges erneutes Zuführen
oder Reinigen erfordern könnten.
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Die
zentral angeordnete Bohrung 60 kann den Injektor 46 durch
eine innere Fläche 72 (siehe die in 2 als
hin zu dem Verbrennungsbehälter 54 geöffnet
dargestellte Fläche des Gehäuses 44)
aufnehmen. Die zentral angeordnete Bohrung 60 kann zusammen
mit dem Injektor 46 in den Stufen der Bohrung 60 eine
Pilotkraftstoffkammer 74 (siehe 3), eine
Hauptkraftstoffkammer 76 und eine Kühlmittelkammer 78 ausbilden.
Die Pilotkraftstoffkammer 74 kann mit dem Pilotkraftstoffkanal 62 in Fluidverbindung
stehen, während die Hauptkraftstoffkammer 76 mit
dem Hauptkraftstoffkanal 64 in Fluidverbindung stehen kann.
Die Kühlmittelkammer 78 kann mit sowohl dem Einlass-
als auch dem Auslasskühlkanal 68, 70 in
Fluidverbindung stehen. Die Mischplatte 48 kann den Injektor 46 mittels
eines Federbauteils wie einer Bellville-Scheibe 80 in der
zentral angeordneten Bohrung 60 halten.
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Die
zentrale abgestufte Bohrung 56 kann die Mischplatte 48 ebenfalls
durch die innere Fläche 72 aufnehmen. Die Mischplatte 48 kann
vollständig in die zentrale abgestufte Bohrung 56 pressgepasst sein
und/oder mit einem Sprengring 82 an Ort und Stelle gehalten
sein. Die Mischplatte 48 kann mit dem Injektor 46 und
dem Gehäuse 44 zentral ausgerichtet sein und hinsichtlich
des Gehäuses 44 mittels eines oder mehrerer Passstifte 83 winkelorientiert
sein.
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Die
erste radial versetzte Bohrung 61 kann die Zündkerze 50 durch
eine Außenfläche des Gehäuses 44 aufnehmen.
Insbesondere kann die Zündkerze 50 ein Außengewinde
enthalten, das ein Innengewinde der ersten radial versetzten Bohrung 61 in Eingriff
nimmt. Die erste radial versetzte Bohrung 61 kann, falls
dies erwünscht ist, mit dem Luftzufuhrkanal 66 in
Verbindung stehen, derart, dass Kohlenstoff und andere Verunreinigungen
regelmäßig aus der ersten radial versetzten Bohrung 61 entfernt
und dadurch daran gehindert werden können, sich auf der Zündkerze 50 anzusammeln
und eine unerwünschte Bogenbildung zu bewirken.
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Die
zweite radial versetzte Bohrung kann das Thermoelement 52 durch
die Außenfläche des Gehäuses 44 aufnehmen. Ähnlich
zu der Zündkerze 50 kann das Thermoelement 52 ebenfalls
ein Außengewinde aufweisen, das ein Innengewinde der zweiten radial
angeordneten Bohrung in Eingriff nimmt. Wenngleich keine Kanäle
dargestellt sind, die Fluide mit dem Thermoelement 52 in
Verbindung bringen, kann alternativ oder zusätzlich ein
Reinigungsfluid wie Luft aus dem Zufuhrkanal 66 zum Verringern oder
Minimieren der Ansammlung von Verunreinigungen in der zweiten radial
versetzen Bohrung zu derselben geleitet werden, falls dies erwünscht
ist.
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Der
Injektor 46 kann in dem Gehäuse 44 angeordnet
sein und betriebsfähig zum Einspritzen einer oder mehrerer
Mengen an druckbeaufschlagtem Kraftstoff (z. B. durch Pilot-, Haupt-
und/oder Nacheinspritzungen) in den Verbrennungsbehälter 54 bei vorbestimmten
Zeitpunkten, Kraftstoffdrücken oder Kraftstoffströmungsraten
sein. Der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsbehälter 54 kann
mit einer von dem Thermoelement 52, einem oder mehreren
(nicht gezeigten) Drucksensoren, einem (nicht gezeigten) Zeitmesser
oder irgendeiner ähnlichen Sensorvorrichtung empfangenen
Sensoreingabe synchronisiert sein, derart, dass die Kraftstoffeinspritzungen
im Wesentlichen einer Ansammlung von Partikeln in dem Filtermedium 42 (siehe 1)
entsprechen. Beispielsweise kann Kraftstoff eingespritzt werden,
wenn die Temperatur des durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 strömenden Abgases
einen vorbestimmten Wert überschreitet. Alternativ oder
zusätzlich kann Kraftstoff eingespritzt werden, wenn ein
Druck des durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 strömenden
Abgases einen vorbestimmten Druckpegel überschreitet oder
ein Druckabfall über dem Filtermedium 42 einen
vorbestimmten Differenzwert überschreitet. Kraftstoff kann auch
auf einer eingestellten regelmäßigen Basis eingespritzt
werden, zusätzlich zu oder unabhängig von Druck-
und Temperaturbedingungen, sofern dies erwünscht ist.
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Die
Mischplatte 48 (z. B. eine Drallplatte) kann zusammen mit
der ringförmigen vertieften Öffnung 58 des
Gehäuses 44 einen Luftverteilungskanal 84 (siehe 3)
ausbilden, dem über den Zufuhrkanal 66 Druckluft
zugeführt werden kann. Die Mischplatte 48 kann
eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Luftauslässen 86 enthalten,
die den Luftverteilungskanal 84 fluidmäßig
mit dem Verbrennungsbehälter 54 verbinden. Die
Luftauslässe 86 können in dem Verbrennungsbehälter 54 zum
Verbessern einer Verbrennung in demselben Luft mit Kraftstoffeinspritzungen
mischen. Zusätzlich oder alternativ können die
Luftauslässe 86 zu Kühl- und/oder Isolierzwecken druckbeaufschlagte
Luft direkt zu der äußeren Peripherie des Verbrennungsbehälters 54 leiten,
sofern dies erwünscht ist.
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Die
Mischplatte 48 kann Öffnungen zum Aufnehmen des
Thermoelements 52 und der Zündkerze 50 enthalten.
Genauer kann sich das Thermoelement 52 über ein
erstes Durchgangsloch 88 in der Mischplatte 48 in
den Verbrennungsbehälter 54 erstrecken, während
sich die Zündkerze 50 über ein zweites Durchgangsloch 90 in
den Verbrennungsbehälter 54 erstrecken kann. Eine
an Masse gelegte Elektrode 92 kann sich in der Nähe
des zweiten Durchgangslochs 90 zum Wechselwirken mit der
Zündkerze 50 von der Mischplatte 48 erstrecken.
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Die
Zündkerze 50 kann die Zündung des von dem
Injektor 46 in den Verbrennungsbehälter 54 gesprühten
Kraftstoffs ermöglichen. Genauer kann während
eines Regenerationsvorgangs oder wenn ein Katalysator in der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 eine
erhöhte Temperatur erfordert, die Temperatur des Abgases,
das aus der Leistungserzeugungseinheit 10 austritt, zu
niedrig sein, um eine Selbstentzündung des aus dem Injektors 46 gesprühten
Kraftstoffs zu bewirken. Zum Einleiten der Verbrennung des Kraftstoffs
und folglich der gefangenen Partikel kann eine geringe Menge (d.
h. ein Pilotschuss) an Kraftstoff aus dem Injektor 46 hin
zu der Zündkerze 50 gesprüht oder anderweitig
eingespritzt werden, um eine lokal fette Atmosphäre zu
erzeugen, die ohne weiteres durch die Zündkerze 50 entzündet
werden kann. Ein zwischen einer Elektrode der Zündkerze 50 und der
an Masse gelegten Elektrode 92 der Mischplatte 48 ausgebildeter
Zündfunke kann die lokal fette Atmosphäre entzünden
und eine Flamme erzeugen, die in Richtung der eingefangenen Partikel
hervorschießen oder sich anderweitig ausbreiten kann. Der Flammenstrahl,
der sich von dem Injektor 46 ausbreitet, kann die Temperatur
in der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 auf ein Niveau erhöhen,
das ohne Weiteres eine effiziente Zündung einer größeren Menge
(d. h. eines Hauptschusses) an Kraftstoff von dem Injektor 46 unterstützt.
Wenn sich die Haupteinspritzung von Kraftstoff entzündet,
kann die Temperatur in der Abgasbehandlungsvorrichtung weiter auf ein
Niveau, das die Verbrennung der in dem Filtermedium 42 gefangenen
Partikel bewirkt und/oder auf ein Niveau, das einen effizienten
Betrieb eines Katalysators unterstützt, ansteigen.
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Das
Thermoelement oder der Temperatursensor 52 kann eine erfolgreiche
Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemischs in dem Verbrennungsbehälter 54 bestätigen
und dazu beitragen, eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf
einer erreichten Temperatur zu steuern. Ein Thermoelement enthält
allgemein zwei unterschiedliche Metalle, die häufig als
schlanke Bauteile wie Drähte oder Stäbe ausgeführt
sind. Die zwei Metalle des Thermoelements können an einem
Messende des Thermoelements (für gewöhnlich dem
abschließenden Ende) über eine Lötverbindung verbunden
sein. Wenn sich die Temperatur an dem Messende des Thermoelements
relativ zu der Temperatur an einem Bezugsende (d. h. einem Nicht-Messende) ändert,
kann eine messbare Spannung erzeugt werden. Der Wert der gemessenen Spannung
kann dazu verwendet werden, eine Temperatur an dem Messende des
Thermoelements zu ermitteln. Das Thermoelement 52 kann
sich zum Anzeigen der Temperatur in demselben durch die Mischplatte 48 in
den Verbrennungsbehälter 54 erstrecken. Wenn eine
in dem Verbrennungsbehälter 54 gemessene Temperatur
einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann daraus geschlossen
werden, dass die Zündung der Luft/Kraftstoff-Mischung erfolgreich
war. Auf ähnliche Weise kann, wenn die in dem Verbrennungsbehälter 54 gemessene
Temperatur unter den vorbestimmten Wert abfällt, geschlossen
werden, dass der Flammenstrahl ausgegangen ist. Ansprechend auf
den Wert des durch das Thermoelement 52 erzeugten Stroms
können die Kraftstoffeinspritzungen in den Verbrennungsbehälter 54, die
Strömungsrate oder der Druck der in den Verbrennungsbehälter 54 geleiteten
Luft, eine Temperatur des Injektors und/oder andere temperaturabhängige
Abläufe variiert werden.
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Der
Verbrennungsbehälter 54 (siehe 2) kann
als ein röhrenförmiges Bauteil ausgeführt
sein, dass dazu ausgebildet ist, eine entzündete Kraftstoff/Luft-Mischung
(d. h. den Flammenstrahl) von dem zusätzlichen Regenerationssystem 14 axial
in den Abgasstrom der Behandlungsvorrichtung 40 zu richten.
Insbesondere kann der Verbrennungsbehälter 54 eine
zentral Öffnung 94 enthalten, die Kraftstoff aus
dem Injektor 46 und Luft aus dem Verteilungskanal 84 mit
dem Abgas in Fluidverbindung bringt (d. h. die zentrale Öffnung 94 kann
mit dem Durchgang 35 in Fluidverbindung stehen oder sich
in demselben erstrecken). Der Verbrennungsbehälter 54 kann
zum Bereitstellen einer Beschränkung, die Pulsationen in der
Abgasbehandlungsvorrichtung 40 verringert oder minimiert,
eine Flammenstabilisierungsplatte 96 verwenden. D. h.,
der innere Durchmesser der Flammenstabilisierungsplatte 96 kann
geringer als der innere Durchmesser der zentralen Öffnung 94 sein. Der
Verbrennungsbehälter 54 kann allgemein gerade sein
und eine vorbestimmte Länge aufweisen, die während
der Herstellung gemäß einer gewünschten Flammeneinbringposition
(der Entfernung, die sich eine aus der Zündung der Kraftstoff/Luft-Mischung resultierende
Flamme von dem Verbrennungsbehälter 54 in dem
Abgasstrom erstreckt) eingestellt wird. Bei einem Beispiel kann
diese gewünschte Einbringposition etwa 12 Zoll von der
Flammenstabilisierungsplatte 96 des Verbrennungsbehälters 54 entfernt
sein.
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Wie
in 4 dargestellt, kann der Injektor 46 ein
Aufbau aus mehreren Komponenten sein, die zum Gewährleisten
kontinuierlicher Kraftstoffeinspritzungen in den Verbrennungsbehälter 54 (siehe 2)
Wechselwirken, selbst unter rauen Betriebsbedingungen. Genauer kann
der Injektor 46 einen Injektorkörper 98,
ein gekühltes Nadelglied 100, das in dem Injektorkörper 98 angeordnet
ist, eine Hülse 102, ein selektiv beheiztes Nadelglied 104,
das in der Hülse 102 angeordnet ist, eine Heizvorrichtung 106, die
an die Hülse 102 pressgepasst oder anderweitig angekoppelt
ist, und eine um die Heizvorrichtung 106 angeordnete Hitzeabschirmung 108 aufweisen. Druckbeaufschlagter
Kraftstoff kann für eine Einspritzung in und um das gekühlte
Nadelglied 100 hin zu dem beheizten Nadelglied 104 geleitet
werden, während ein Kühlmittel zum Verhindern
eines Verkokens von Kraftstoff in dem gekühlten Nadelglied 100 um den
Injektorkörper 98 geleitet werden kann. Zwischen
Einspritzvorgängen kann zum Verdampfen und/oder Wegbrennen
eines verbleibenden Kraftstoffs oder einer Ansammlung in dem beheizten
Nadelglied 104 (d. h. Reinigen eines Fluideinspritzendes
des Injektors 46) selektiv Strom an die Heizvorrichtung 106 angelegt
werden. Außenflächen des Injektors 46 können
ebenfalls von Ablagerungen und Kraftstoff gereinigt werden, wodurch
ein Sprühwinkel und eine Sprühqualität
aufrechterhalten werden. Die Hitzeabschrimung 108 kann
die während des Reinigungsprozesses von der Heizvorrichtung 106 konvektierte
und/oder abgestrahlte Wärmemenge verringern oder minimieren.
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Der
Injektorkörper 98 kann ein allgemeines zylindrisches
Bauteil sein, das für einen Einbau in die zentral angeordnete
Bohrung 60 (siehe 2) ausgebildet
ist, und kann einen oder mehrere Kanäle enthalten. Genauer
kann der Injektorkörper 98 eine zum Aufnehmen
des gekühlten Nadelglieds 100 durch Verschrauben
ausgebildete Bohrung 109 und eine zum Aufnehmen eines Endes
der Hülse 102 durch Verschrauben ausgebildete
verbundene Bohrung 110 enthalten. Der Injektorkörper 98 kann
an gegenüberliegenden Enden Außenflächen
mit vergrößertem Durchmesser aufweisen, derart,
dass eine Vertiefung 112 zwischen denselben erzeugt wird.
Die Vertiefung 112 kann zumindest teilweise eine Kühlmittelkammer
(siehe 3) begrenzen. D. h., ein Kühlmittel aus
dem Einlasskühlkanal 68 kann an der Vertiefung 112 direkt
in Kontakt mit der äußeren ringförmigen
Fläche des Injektorkörpers 98 sein. Eines oder
mehrere Dichtungsglieder 114 können den vergrößerten
Bereich des Injektorkörpers 98 zum Verringern
oder Minimieren eines Fluidlecks und einer Verunreinigung zwischen
dem Injektorkörper 98 und dem Gehäuse 44 zugeordnet
sein. Ein Flansch 116 kann dazu beitragen, den Injektorkörper 98 in
der zentral angeordneten Bohrung 60 korrekt zu positionieren.
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Das
gekühlte Nadelglied 100 kann ein längliches
zylindrisches Bauteil sein, das verschiebbar in der zentral angeordneten
Bohrung 60 angeordnet ist (siehe 3), und
mit dem Injektorkörper 98 durch Verschrauben in
Eingriff gebracht ist. Die Eingriffsposition des gekühlten
Nadelglieds 100 mit dem Injektorkörper 98 kann
im Wesentlichen der axialen Position der Vertiefung 112 und
der Kühlmittelkammer 78 (siehe 3)
entsprechen. Auf diese Weise kann eine in dem gekühlten
Nadelglied 100 erzeugte oder auf dasselbe übertragene Wärme
durch den Eingriff zu dem Kühlmittel in der Kammer 78 (siehe 3) geleitet
werden. Das gekühlte Nadelglied 100 kann einen
Innenkanal 118 enthalten, der mit einem Innenkegel 120 an
der Pilotkraftstoffkammer 74 (siehe 3) beginnt
und an einem Aufnahmeende des beheizten Nadelglieds 104 endet.
Das gekühlte Nadelglied 100 kann ferner eine Außenfläche
mit einem vergrößerten Durchmesser an einem Kraftstoffaufnahmeende
aufweisen, derart, dass zwischen den vergrößerten
Flächen des gekühlten Nadelglieds 100 und
dem Injektorkörper 108 eine Vertiefung 122 erzeugt
wird. Die Vertiefung 122 kann zumindest teilweise eine
Hauptkraftstoffkammer 76 begrenzen, während der
Raum im Inneren der zentral angeordneten Bohrung 60, der
sich an einer axialen stromaufwärtigen Stelle des vergrößerten
Durchmessers des gekühlten Nadelglieds 100 befindet,
zumindest teilweise die Pilotkraftstoffkammer 74 begrenzen kann
(siehe 3). Ähnlich zu dem Injektorkörper 98 können
dem vergrößerten Bereich des gekühlten
Nadelglieds 100 ein oder mehrere Dichtungsglieder 114 zum
Verringern oder Minimieren eines Fluidlecks und einer Verunreinigung
zwischen dem gekühlten Nadelglied 100 und dem
Gehäuse 44 zugeordnet sein.
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Die
Hülse 102 kann als ein allgemein röhrenförmiges
Bauteil ausgeführt sein, das das beheizte Nadelglied 104 fest
mit der Heizvorrichtung 106, dem Injektorkörper 98 und
dem gekühlten Nadelglied 100 verbindet. D. h.,
die Hülse 102 kann eine zentrale Bohrung 124,
die das beheizte Nadelglied 104 schraubbar in Eingriff
nimmt, und eine äußere ringförmige Fläche
enthalten, über die die Heizvorrichtung 106 pressgepasst,
drahtgewickelt, hartgelötet, angegossen, eng angepasst
oder angeklemmt sein kann. Die Hülse 102 kann
ferner die verbundene Bohrung 110 des Injektorkörpers 98 durch
Verschraubung in Eingriff nehmen. Der Eingriff zwischen der Hülse 102, dem
beheizten Nadelglied 104 und der Heizvorrichtung 106 kann
die leitende Wärmeübertragung von der Heizvorrichtung 106 zu
dem beheizten Nadelglied 104 ermöglichen. Die
Hülse 102 kann ferner einen Flanschabschnitt 128 enthalten,
der sich an einem gegenüberliegenden Ende der Hülse 102 befindet.
Der Flanschabschnitt 128 kann die Heizvorrichtung 106 axial
tragen und positionieren. Eine zentrale Öffnung 130 in
dem Flanschabschnitt 128 kann Einspritzungen von Kraftstoff
durch die Hülse 102 erlauben. Die Beliville-Scheibe 80 kann,
wie vorher beschrieben, zum Halten des Injektors 46 in
dem Gehäuse 44 (siehe 2 und 3)
durch die Mischplatte 48 gegen den Flanschabschnitt 128 gedrückt werden.
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Eine
Spitze 132 kann sich in der zentralen Öffnung 130 befinden,
um als eine Dichtfläche zu dienen. D. h. eine Innenfläche
der Spitze 132 kann feinbearbeitet sein, um eine Dichtung
gegenüber einer Außenfläche einer zweiten
Spitze 134 zu bilden, die in dem beheizten Nadelglied 104 positioniert
ist. Die Spitze 134 kann eine Piloteinspritzöffnung 131 und eine
Haupteinspritzöffnung 133 enthalten. Die Spitze 134 kann
ferner zusätzliche Öffnungen enthalten. Wenn die
Spitze 134 auf der Spitze 132 aufsitzt, kann verhindert
werden, dass Kraftstoff um die Spitze 134 strömt,
ausser durch (nicht gezeigte) Präzisionsschlitze, die erlauben,
dass Kraftstoff zwischen den Spitzen 132 und 134 strömen
kann und eingespritzt werden kann. Stattdessen kann, wenn sie ordnungsgemäß angeordnet
ist, der Kraftstoff dazu gezwungen werden, durch die Einspritzöffnungen
der Spitze 134 zu strömen. Durch Bereitstellen
der Innendichtfläche an der Spitze 132 und nicht
an der Innenfläche der Hülse 102 an der
zentralen Öffnung 130 kann die Fertigung der Hülse 102 vereinfacht
werden.
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Das
beheizte Nadelglied 104 kann als ein allgemein zylindrisches
Bauteil ausgeführt sein und, wie vorher beschrieben, durch
Verschrauben in der Hülse 102 aufgenommen sein.
Das beheizte Nadelglied kann dazu ausgebildet sein, die von der
Heizvorrichtung 106 aufgenommene thermische Energie zu
halten und/oder in einen Düsenabschnitt des Injektors 46 zu
fokussieren. Das beheizte Nadelglied 104 kann Pilotkraftstoff
von dem gekühlten Nadelglied 100 empfangen und
den Pilotkraftstoff für eine Einspritzung in den Verbrennungsbehälter 54 (siehe 3)
zu der Spitze 134 leiten. Zwischen dem beheizten Nadelglied 104 und
dem gekühlten Nadelglied 100 kann zum Verringern
oder Minimieren der Wärmeleitung zwischen denselben eine
Trennung 135 aufrechterhalten sein (d. h. lediglich ein
erhöhter Abschnitt des gekühlten Nadelglieds 100 mit
einer verringerten Fläche kann das beheizte Nadelglied 104 kontaktieren).
Zusätzlich kann verhindert sein, dass der Abschnitt des
beheizten Nadelglieds 104, der sich über ein stromaufwärtiges
Ende der Hitzeabschirmung 108 hinaus erstreckt, die Hülse 102 kontaktiert,
so dass eine leitende Wärmeübertragung an dieser
Stelle verringert oder minimiert sein kann. Es sei jedoch bemerkt,
dass, auch wenn zwischen dem gekühlten und dem beheizten
Nadelglied 100, 104 eine Trennung aufrechterhalten
sein kann, dennoch eine Fluiddichtung vorgesehen sein kann (z. B.
mittels einer Dichtung, einer Presspassung oder einer anderen Einrichtung).
Ferner kann die Querschnittsfläche der Hülse 102 und/oder
des Injektorkörpers 98 an dieser Stelle verringert
oder minimiert sein, um die Wärmeübertragung auf
die gekühlten Abschnitte des Injektors 46 weiter
zu begrenzen.
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Die
Heizvorrichtung 106 kann ein elektrisches Spulenelement
oder eine Spulenwicklung 136, die in einem auf die Hülse 102 pressgepassten
Injektorkörper angeordnet ist, und einen einzelnen elektrischen
Leitungsdraht 138 enthalten, der dazu verwendet wird, einen
Strom zu der Spulenwicklung 136 zu leiten. Zum Erzeugen
eines Stromflusses durch die Heizvorrichtung 106 können
das Gehäuse 44, die Mischplatte 48, die
Bellville-Scheibe 80 und die Hülse 102 an
Masse gelegt sein. Zum Minimieren der Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses
zwischen dem elektrischen Leitungsdraht 138 und dem Gehäuse 44 kann
der elektrische Leitungsdraht 138 von dem Gehäuse 44 isoliert
sein. Der elektrische Leitungsdraht 138 kann sich von der
Spulenwicklung 136 in einer vertikalen Richtung im Wesentlichen
parallel zu einer axialen Richtung des gekühlten und des
beheizten Nadelglieds 100, 104 erstrecken, derart,
dass die Auswirkungen der Schwerkraft und einer Vibration auf den
elektrischen Leitungsdraht 138 verringert oder minimiert
sein können. Alternativ kann sich der elektrische Leitungsdraht 138 von
der Spulenwicklung 136 in einer horizontalen oder einer
anderen Richtung erstrecken, falls dies erwünscht ist.
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Die
Hitzeabschirmung 108 kann die Heizvorrichtung 106 zum
Verringern oder Minimieren der Menge an thermischer Energie, die
an die Luft in dem Verteilungskanal (siehe 3) konvektiert
und/oder abgestrahlt wird, im Wesentlichen einschließen.
D. h., die Hitzeabschirmung 108 kann die Spulenwicklung 136 ringförmig
umgeben und von der Spulenwicklung 136 derart beabstandet
sein, dass in der Hitzeabschirmung 108 ein isolierender
Luftspalt 137 erzeugt wird. Der ringförmige Abschnitt 108 kann
einen radialen Vorsprung enthalten, der die Verbindung der Spulenwicklung 136 mit
dem elektrischen Leitungsdraht 138 aufnimmt. Durch das
Vorsehen eines Vorsprungs anstatt einfach einen Durchmesser der
Hitzeabschirmung 108 zu erhöhen, um die Verbindung
mit dem elektrischen Leitungsdraht 138 aufzunehmen, kann
der Raum in dem Gehäuse 44, der durch die Hitzeabschirmung 108 eingenommen
wird, verringert oder minimiert werden. Die Hitzeabschirmung 108 kann
an einem Ende um den Flanschabschnitt 128 ausgebildet sein.
Zusätzlich kann ein Kappenbauteil eine Endkappe 140 zum
Abschließen des gegenüberliegenden stromaufwärtigen
Endes der Hitzeabschirmung 108 angeordnet sein und dadurch
die Wärmeübertragung auf den Injektorkörper 98 verhindern,
verringern oder minimieren. Der elektrische Leitungsdraht 138 kann
durch ein Loch in der Endkappe 140 gehen.
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5 stellt
ein Steuersystem 142 dar, das dazu verwendet wird, den
Reinigungsbetrieb des Injektors 46 zu regulieren. Das Steuersystem 142 kann einen
Motordrehzahlsensor 144, einen Kühlmittelsensor 146,
einen Zeitmesser 148 und eine Steuerung 150 enthalten.
Die Steuerung 150 kann jeweils über Verbindungsleitungen 152, 154, 156, 158 und 160 mit
dem Motordrehzahlsensor 144, dem Kühlmittelsensor 146,
dem Zeitmesser 148, dem elektrischen Leitungsdraht 138 der
Heizvorrichtung 106 und dem Thermoelement 52 in
Verbindung stehen. Die Steuerung 150 kann die Temperatur
der Heizvorrichtung 106 basierend auf einer Eingabe von
dem Motordrehzahlsensor 144, dem Kühlmitttelsensor 146,
dem Zeitmesser 148 und/oder dem Thermoelement 52 regulieren.
Alternativ könnte die Steuerung 159 die Temperatur
der Heizvorrichtung 106 basierend auf einer zusätzlichen
oder unterschiedlichen Eingabe regulieren, sofern dies gewünscht
ist.
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Der
Motordrehzahlsensor 144 kann eine Drehgeschwindigkeit der
Leistungserzeugungseinheit 10 erfassen und beispielsweise
als ein Magnetaufnehmersensor ausgeführt sein, der der
Kurbelwelle 18 oder dem Getriebezug 38 zugeordnet
ist. Der Motordrehzahlsensor 144 kann zum Erzeugen eines
Signals, das der Drehgeschwindigkeit des resultierenden Magnetfelds
entspricht, in der Nähe eines (nicht gezeigten) Magnetelements,
das in der Kurbelwelle 18, in einem Element des Getriebezugs 38 oder
in irgendeiner anderen Komponente, die direkt oder indirekt von
der Leistungserzeugungseinheit 10 angetrieben wird, eingebettet
ist, angeordnet sein. Das Drehzahlsignal kann über die
Verbindungsleitung 152 zu der Steuerung 150 gesendet
werden.
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Der
Kühlmittelsensor 146 kann einem durch den Injektor 46 strömenden
Kühlmittel und/oder einem durch die Leistungserzeugungseinheit 10 (d.
h. durch den Motorblock 16, den Verbrennungskammern 17 zugeordnete
Köpfe und andere Komponenten der Leistungserzeugungseinheit 10)
zirkulierendem Kühlmittel zugeordnet sein. Der Kühlmittelsensor 16 kann
ein Sensor des Temperaturtyps sein, der dazu ausgebildet ist, ein
Signal zu erzeugen, das das Kühlmittel, das in Kontakt
mit demselben ist, anzeigt. Das Temperatursignal kann über
die Verbindungsleitung 158 zu der Steuerung 150 geleitet
werden.
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Der
Zeitmesser 148 kann eine Vorrichtung eines digitalen oder
eines analogen Typs sein, die dazu ausgebildet, eine seit einem
Regenerationsvorgang verstrichene Zeit, eine bis zu einem nächsten Regenerationsvorgang
verbleibende Zeit, eine Zeitdauer eines Regenerationsvorgangs, eine
seit einem Reinigungsvorgang verstrichene Zeit, eine bis zu einem
nächsten Reinigungsvorgang verbleibende Zeit, eine Zeitdauer
eines Reinigungsvorgangs oder irgendeine andere ähnliche
Zeitmessung anzuzeigen. Der Zeitmesser 148 kann ein die
Zeitmessung angebendes Signal erzeugen, und dieses Signal über
die Verbindungsleitung 156 zu der Steuerung 150 senden.
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Die
Steuerung 150 kann als ein einziger Mikroprozessor oder
mehrere Mikroprozessoren ausgeführt sein, die eine Einrichtung
zum Steuern eines Reinigungsbetriebs des Injektors 46 enthält.
Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können
dazu ausgebildet sein, die Funktionen der Steuerung 150 durchzuführen.
Es ist offensichtlich, dass die Steuerung 150 ohne Weiteres
als ein allgemeiner Mikroprozessor einer Leistungserzeugungseinheit ausgeführt
sein könnte, der in der Lage ist, zahlreiche Funktionen
der Leistungserzeugungseinheit zu steuern. Der Steuerung 150 können
verschiedene andere bekannte Schaltungen zugeordnet sein, einschließlich
Stromversorgungsschaltungen, Signalbearbeitungsschaltungen, Spulenansteuerschaltungen, Kommunikationsschaltungen
und anderer geeigneter Schaltungen.
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Die
Steuerung 150 kann eines oder mehrere Kennfelder enthalten,
die in einem internen Speicher der Steuerung 150 gespeichert
sind, und kann zum Ermitteln einer Temperatur, einer Heizdauer und/oder eines
Stroms, die der Aktivierung der Heizvorrichtung 106 zugeordnet
sind, für verschiedene Reinigungsoperationen auf diese
Kennfelder Bezug nehmen. Jedes dieser Kennfelder kann eine Sammlung
von Daten in Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen enthalten.
Bei einem Beispiel kann auf einen gewünschten Typ eines
Reinigungsprozesses mit einer 2- oder 3-D-Tabelle Bezug genommen
werden, die dazu verwendet wird, die resultierende Temperatur und/oder
Dauer zu bestimmen, die zum Reinigen des Injektors 46 geeignet
ist. Bei einem anderen Beispiel können die gewünschte
Temperatur und/oder Dauer und eine verfügbare Versorgungsspannung
die Koordinatenachsen einer anderen 2- oder 3-D-Tabelle bilden,
die dazu verwendet wird, einen an den elektrische Leitungsdraht 138 der
Heizvorrichtung 106 angelegten Strom zu bestimmen, der in
der gewünschten Temperatur resultiert. Die Steuerung 150 kann
den gewünschten Typ eines Reinigungsprozesses und die verfügbare
Versorgungsspannung mit diesen Kennfeldern vergleichen, zum Bestimmen
einer gewünschten Temperatur, einer Heizdauer und einer
erforderlichen Stromwellenform ansprechend auf den Vergleich. Zum
Zwecke dieser Offenbarung kann die Kombination von in der Heizvorrichtung 106 induzierten
Strompegeln und den Dauern derselben, die zum Erzeugen eines einzelnen
Reinigungsvorgangs verwendet werden, als eine Stromwellenform betrachtet
werden.
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Die
Steuerung 150 kann dann die vorbestimmte oder erzeugte
Stromwellenform der Heizvorrichtung 106 über den
elektrischen Leitungsdraht 138 zum geeigneten Zeitpunkt
zu der Heizvorrichtung 106 leiten, um für die
gewünschte Heizdauer die gewünschte Temperatur
zu erreichen. Bei einem Beispiel kann die Steuerung 150 den
Betrieb der Heizvorrichtung 106 basierend auf den Daten
aus den vorher beschriebenen Kennfeldern in einer geberlosen (engl:
open loop) Routine regeln. Alternativ kann die Steuerung 150 den
Betrieb der Heizvorrichtung 106 basierend auf den Daten
aus den Kennfeldern und der Eingabe von dem Thermoelement 52 und/oder
anderen Quellen in einer Routine mit Geber (engl: closed loop) regulieren,
sofern dies erwünscht ist.
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Die
Steuerung 150 kann ansprechend auf einen Empfang oder ein
Erkennen eines Auslösers vorbestimmte oder erzeugte Wellenformen
zu der Heizvorrichtung 106 senden. Genauer kann die Steuerung 150 die
Heizvorrichtung 106 ansprechend auf das Ende eines erfolgreichen
Regenerationsvorgangs, ansprechend auf einen fehlgeschlagenen Regenerationsvorgang,
der ein Verstopfen des Injektors 46 anzeigt (Regenerationsvorgänge
können Einspritzvorgänge enthalten) und/oder ansprechend
auf eine seit einem vorhergehendem Reinigungsvorgang verstrichenen
Zeitdauer aktivieren. Bei einem Beispiel kann die verstrichene Zeitdauer
etwa 25 Stunden sein. Andere und/oder zusätzliche Auslöser
können zum Einleiten eines Heizvorgangs verwendet werden,
sofern dies gewünscht ist.
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Die
Steuerung 150 kann dazu ausgebildet sein, die Heizvorrichtung 106 lediglich
dann zu aktivieren, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt
sind. Diese Bedingungen können unter anderem beinhalten,
dass die Drehzahl der Leistungserzeugungseinheit 10 über
einer vorbestimmten Drehzahlschwelle liegt, dass die Temperatur,
die durch den Kühlmittelsensor 146 gemessen wird, über
einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt, dass eine minimale Zeit
seit einem Regenerationsvorgang verstrichen ist, und dass eine minimale
Zeit bis zu einem nächsten Regenerationsvorgang bleibt.
Bei einem Beispiel kann die vorbestimmte Drehzahlschwelle etwa 600 U/min
oder die Leerlaufdrehzahl der Leistungserzeugungseinheit 10 sein,
derart, dass während des Reinigungsvorgangs der Motorbetrieb
gewährleistet ist. Bei dem gleichen Beispiel kann die vorbestimmte Temperaturschwelle
etwa 65°C sein, derart, dass die durch die Heizvorrichtung 106 erzeugte
Temperatur ausreichend sein kann, um zurückbleibenden Kraftstoff
oder andere angesammelte Stoffe wegzubrennen. Zum Vermeiden der
Erzeugung von Ablagerungen in nicht beheizten Abschnitten des Injektors 46 kann
es wünschenswert sein, eine minimale Zeitdauer nach einem
Regenrationsvorgang abzuwarten, bevor ein Reinigungsvorgang eingeleitet
wird. In manchen Fällen kann diese minimale Zeitdauer etwa 3600
Sekunden sein. Die für eine Reinigung erforderliche Zeitdauer
(d. h. die Zeit, die zum Verbrennen der Ablagerungen in dem Injektor 46 erforderlich
ist) kann zwischen 3600 und 14400 Sekunden liegen. Somit kann ein
Reinigungsvorgang lediglich dann erlaubt sein, wenn bis zu einem
anstehenden Regenerationsvorgang ausreichend Zeit bleibt. Es können auch
andere oder zusätzliche Bedingungen vor einem Reinigen
zu erfüllen sein, sofern dies erwünscht ist.
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Abhängig
von dem gewünschten Reinigungsvorgang kann die Steuerung 150 die
Heizvorrichtung 106 zum Erreichen unterschiedlicher Temperaturen
für unterschiedliche Zeitdauern aktivieren. Wenn beispielsweise
der Reinigungsvorgang unmittelbar auf einen Regenerationsvorgang
folgt und lediglich eine Verdampfung des zurückbleibenden Kraftstoffs
erwünscht ist, kann die Temperatur der Heizvorrichtung 106 lediglich
für etwa 10 bis 15 Minuten auf etwa 300°C erhöht
werden. Im Gegensatz dazu kann, wenn der Reinigungsvorgang ein regelmäßiger
Standardreinigungsvorgang ist (d. h. seit dem vorhergehenden Reinigungsvorgang
etwa 25 Stunden vergangen sind), die erforderliche Temperatur höher
und die Heizdauer länger sein. Beispielsweise kann ein
regelmäßiger Reinigungsvorgang Temperaturen von
etwa 475°C beinhalten, die etwa eine Stunde andauern. Wenn
der Reinigungsvorgang einem fehlgeschlagenen Regenerationsvorgang
zugeordnet ist (d. h. ein Einspritzvorgang eines Regenerationsvorgangs
schlug fehl, weil der Injektor 46 verstopft war), könnte
die Temperatur des Reinigungsvorgangs sogar höher sein
und über einen längeren Zeitraum andauern. Die
Steuerung 150 kann ferner den Injektor 46 kontinuierlich
auf eine gemäßigte Temperatur erwärmen,
derart, dass extreme Temperaturunterschiede verringert oder minimiert werden
und die Zeit zum Erreichen von Reinigungstemperaturniveaus verringert
wird. Es sei bemerkt, dass die vorher beschriebenen Temperaturen
und Dauern einem Kraftstoff wie Dieselkraftstoff zugeordnet sind,
und die Temperaturen und Dauern sich ändern können,
wenn ein unterschiedliches Fluid (z. B. Biodiesel, Harnstoff, etc.)
durch den Injektor 46 geleitet wird. Es sei ebenfalls bemerkt,
dass die vorher beschriebenen Zeitdauern einer verstrichenen Zeit
bei der geeigneten Temperatur zugeordnet sind, und nicht notwendigerweise
der seit dem Start des Reinigungsprozesses verstrichenen Zeit.
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6 stellt
ein exemplarisches Verfahren zum Reinigen des Injektors 46 dar.
Die 6 wird im folgenden Abschnitt zur besseren Veranschaulichung
des offenbarten Systems und seines Betrieb detailliert beschrieben.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Der
Fluidinjektor der vorliegenden Offenbarung kann bei einer Vielzahl
von Abgasbehandlungsvorrichtung angewandt werden, einschließlich
beispielsweise Partikelfallen, die eine regelmäßige
Regeneration erfordern, katalytischer Wandler, die eine vorbestimmte
Temperatur für einen optimalen Betrieb erfordern, SCR-Vorrichtungen
(Selective Catalytic Reduction), die die Einspritzung von Stickstoff
oder eines anderen Katalysators erfordern, und anderer ähnlicher,
in der Technik bekannter Vorrichtungen. Tatsächlich kann
der offenbarte Injektor in einem beliebigen Motorsystem verwendet
werden, das von einem verstopfungsfreien Injektorbetrieb profitiert.
Der Betrieb der Leistungserzeugungseinheit 10 wird nun erklärt.
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Bezug
nehmend auf 1 können Luft und Kraftstoff
für eine anschließende Verbrennung in die Verbrennungskammern 17 der
Leistungserzeugungseinheit 10 angesaugt werden. Genauer
kann Kraftstoff von der Kraftstoffversorgung 12 in die
Verbrennungskammern 17 der Leistungserzeugungseinheit 10 eingespritzt
werden, mit der Luft darin vermischt werden und zum Erzeugen einer
mechanischen Ausgangsleistung und eines Abgasstroms heißer
Gase verbrannt werden. Der Abgasstrom kann ein komplexes Gemisch
von Luftschadstoffen enthalten, das aus gasförmigen und
festen Stoffen zusammengesetzt ist und Partikel enthalten kann.
Wenn dieser partikelbeladene Abgasstrom von den Verbrennungskammern 17 durch
die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 geleitet wird, können
durch das Filtermedium 42 Partikel aus dem Abgasstrom gefiltert
werden. Im Laufe der Zeit können sich die Partikel in dem
Filtermedium 42 ansammeln und, wenn sie nicht kontrolliert
wird, könnte die Ansammlung ausreichend signifikant sein,
um den Abgasstrom durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 einzuschränken
oder sogar zu blockieren. Wie vorher gezeigt, kann die Einschränkung
des Abgasstroms aus der Leistungserzeugungseinheit 10 den
Gegendruck der Leistungserzeugungseinheit 10 erhöhen
und die Fähigkeit der Einheit, Frischluft anzusaugen, verringern,
was in einer verringerten Leistung der Leistungserzeugungseinheit 10,
erhöhten Abgastemperaturen und einem schlechten Kraftstoffverbrauch
resultiert.
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Zum
Verhindern der unerwünschten Ansammlung von Partikeln in
der Abgasbehandlungsvorrichtung 40 kann das Filtermedium 42 regeneriert werden.
Die Regeneration kann regelmäßig stattfinden oder
basierend auf einer Auslösebedingung wie beispielsweise
einer verstrichenen Zeit eines Motorbetriebs, einer über
dem Filtermedium 42 gemessenen Druckdifferenz, einer Temperatur
des aus der Leistungserzeugungseinheit 10 strömenden
Abgases oder einer beliebigen anderen, in der Technik bekannten
Bedingung.
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Zur
Einleitung einer Regeneration kann bewirkt werden, dass der Injektor 46 selektiv
mit einer gewünschten Rate Kraftstoff an die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 abgibt
(d. h. ein Einspritzvorgang). Wenn eine Pilotkraftstoffeinspritzung
von dem Injektor 46 in den Verbrennungsbehälter 54 gesprüht wird,
kann ein Zündfunke von der Zündkerze 50 den Kraftstoff
entzünden. Wenn eine Hauptkraftstoffeinspritzung von dem
Injektor 46 an die Abgasbehandlungsvorrichtung 40 abgegeben
wird, kann der brennende Pilotkraftstoffstrom den Hauptkraftstoffstrom entzünden.
Der entzündete Hauptkraftstoffstrom kann dann die Temperatur
der in dem Filtermedium 42 auf das Verbrennungsniveau der
eingefangenen Partikel erhöhen, wobei die Partikel weggebrannt werden
und das Filtermedium 42 dadurch regeneriert wird.
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Zwischen
Regenerationsvorgängen (den Regenerationsvorgängen
einschließlich der Einspritzvorgänge) kann der
Injektor 46 selektiv von Kraftstoff und irgendeiner angehäuften
Ansammlung gereinigt werden (d. h. zum Verdampfen oder Wegbrennen
von Kraftstoff und/oder einer angehäuften Ansammlung erhitzt
werden), um den ordnungsgemäßen Betrieb desselben
zu gewährleisten. Ein beispielhafter Injektorreinigungsprozess
ist in dem Flussdiagramm von 6 dargestellt.
Der Reinigungsprozess kann beginnen, wenn durch die Steuerung 150 ein
Reinigungsauslöser empfangen oder erkannt wird (Schritt 200).
Die Reinigung kann auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Weisen
ausgelöst werden. Beispielsweise kann die Reinigung ausgelöst
werden, wenn eine seit einem vorhergehenden Reinigungsvorgang verstrichene
Zeit eine Schwellenzeitdauer überschritten hat. In manchen Situationen
kann diese Schwellenzeitdauer in dem Bereich von 20–60
Stunden und, genauer, bei etwa 25 Stunden liegen. Bei einem anderen
Beispiel kann die Reinigung nach der erfolgreichen Beendigung jedes
vorher beschriebenen Regenerationsvorgangs ausgelöst werden.
Bei noch einem anderen Beispiel kann die Reinigung ausgelöst
werden, wenn ein Regenerationsvorgang fehlgeschlagen ist (d. h.
wenn eine Zündung des eingespritzten Kraftstoffs nicht
bestätigt werden kann, wenn eine Temperatur der Partikel
nicht deren Verbrennungsschwellentemperatur erreicht hat und/oder
wenn zu viele Verbrennungsverluste während eines Regenerationsvorgangs
aufgetreten sind). Alternativ können auch andere Reinigungsauslöser
verwendet werden, sofern dies erwünscht ist.
-
Der
nächste Schritt nach dem Einleiten des gewünschten
Reinigungsprozesses kann Bestimmen des Auslösers des gewünschten
Reinigungsprozesses beinhalten (Schritt 210). Wie vorher
beschreiben, können Reinigungsprozesse auf eine Vielzahl
von unterschiedlichen Weisen ausgelöst werden. Wenn der
Auslöser eine erfolgreiche Beendigung eines Regenerationsvorgangs
ist, kann der gewünschte Reinigungsprozess lediglich das
Erwärmen des Injektors 46 zum Verdampfen von Kraftstoff,
der in dem beheizten Nadelglied 104 und den Spitzen 132 und 134 zurückbleibt,
beinhalten (Schritt 220). Wenn ein Erwärmen erwünscht
ist, kann die Steuerung 150 auf die in dem Speicher desselben
gespeicherten Kennfelder Bezug nehmen und die geeignete Wellenform zu
der Heizvorrichtung 106 leiten, derart, dass die Temperatur
der Heizvorrichtung 106 etwa 300°C erreicht und
etwa 10–15 Minuten lang aufrechterhalten wird.
-
Wenn
jedoch der Auslöser eine seit einem vorhergehendem Reinigungsvorgang
verstrichene Zeitdauer oder eine abnormale Druckabbaurate von Kraftstoff
in dem Injektor 46 ist, kann ein Reinigungsvorgang, der
eine höhere Temperatur und/oder Heizdauer erfordert, erforderlich
sein (Reinigungsvorgang 1). Bevor jedoch der Reinigungsvorgang 1
eingeleitet werden kann, kann die Steuerung 150 die aktuellen Betriebsbedingungen
der Leistungserzeugungseinheit mit vorbestimmten Schwellenbedingungen
vergleichen und ermitteln, ob das Reinigen bei Stufe 1 (d. h. Reinigungsvorgang
1) erlaubt werden kann (Schritt 230). Genauer, wenn die
Zeit seit einem vorhergehenden Regenerationsvorgang größer
als die minimale Schwelle (etwa 3600 Sekunden) ist und die Zeit
bis zu dem nächsten Regenerationsvorgang größer
als die für den gegenwärtig gewünschten
Reinigungsprozess (etwa 1–4 Stunden) ist, die Leistungserzeugungseinheit 10 betriebsfähig
ist (d. h. die Motordrehzahl größer als etwa 600
U/min ist) und die durch die Heizvorrichtung 106 erzeugte
Wärmemenge ausreichen wird, um zurückbleibenden
Kraftstoff und/oder eine zurückbleibende Ansammlung zu
verdampfen oder wegzubrennen (d. h. die Kühlmitteltemperatur
ist größer als etwa 65°C), dann kann
die Steuerung 150 den gewünschten Reinigungsprozess einleiten
(Schritt 240). Bei dieser Reinigungsstufe (d. h. Reinigungsvorgang
1 wie in 6 dargestellt) kann die durch
die Steuerung 150 zu der Heizvorrichtung 160 geleitete
Wellenform in Temperaturen bis etwa 475°C resultieren,
die für eine Dauer von etwa einer Stunde aufrechterhalten
werden.
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Wenn
der Auslöser ein fehlgeschlagener Regenerationsvorgang
ist, kann daraus geschlossen werden, dass der Injektor 46 zumindest
teilweise verstopft ist (d. h. ein fehlgeschlagener Einspritzvorgang vorliegt).
Zum Freiräumen des Injektors 46 können die
Temperatur und Dauer der Heizvorrichtung 106 noch weiter
erhöht werden (d. h. der in 6 dargestellte
Reinigungsvorgang 2 kann verwendet werden). Ähnlich zu
den Erfordernissen für den Reinigungsvorgang 1 kann, bevor
der Reinigungsvorgang 2 eingeleitet werden kann, die Steuerung 150 die
aktuellen Betriebsbedingungen der Leistungserzeugungseinheit mit
vorbestimmten Schwellenbedingungen vergleichen und bestimmen, ob
Reinigungsvorgang 2 gestattet ist (Schritt 250). In dieser
Situation spielt die Zeit möglicherweise keine Rolle. D.
h., da der Injektor 46 möglicherweise zumindest
teilweise verstopft ist, kann das Reinigen mit der Stufe 2 (d. h. der
Reinigungsvorgang 2) unabhängig von der Zeit bis zu einem
anstehenden Regenerationsvorgang durchgeführt werden. In
manchen Situationen kann dies erfordern, dass der anstehende Regenerationsvorgang
verschoben wird (Schritt 260), um ausreichend Zeit für
die Reinigung zu lassen. Solange die Leistungserzeugungseinheit 10 betriebsfähig
ist (d. h. die Motordrehzahl größer als etwa 600
U/min ist) und die durch die Heizvorrichtung 106 erzeugte
Wärmemenge ausreichend zum Verdampfen oder Wegbrennen zurückbleibenden
Kraftstoffs und/oder einer zurückbleibenden Ansammlung
sein wird (d. h. die Kühlmittlertemperatur ist größer
als etwa 65°C), kann die Steuerung 150 dann den
gewünschten Reinigungsprozess einleiten (Schritt 270).
Bei dieser Reinigungsstufe (d. h. den in 6 dargestellten
Reinigungsvorgang 2) kann die durch die Steuerung 150 zu
der Heizvorrichtung 106 geleitete Wellenform zu Temperaturen
führen, die für mehr als eine Stunde 475°C überschreiten.
Nach einem fehlgeschlagenen Regenerationsvorgang kann eine Reinigung
in dem Versuch, den Injektor 46 freizuräumen,
auf eine vorbestimmte Zahl von Vorgängen begrenzt sein.
D. h., wenn beispielsweise ein Regenerationsvorgang kurz nach Beendigung
eines Reinigungsvorgangs der Stufe 2 fehl schlägt, können
andere Vorsichtsmaßnahmen wie ein Warnen eines Bedieners
der Leistungserzeugungseinheit 10, ein Abschalten der Leistungserzeugungseinheit 10 und
andere solcher Maßnahmen ergriffen werden, sofern dies
erwünscht ist.
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Die
offenbarte Ausgestaltung des Injektors kann kontinuierliche und
erfolgreiche Regenerationsvorgänge durch Entfernen von
zurückbleibendem Kraftstoff und einer Ansammlung von demselben
auf eine effiziente Weise gewährleisten. Genauer können
durch Erhitzen eines Düsenabschnitts des Injektors (d.
h. des Abschnitts des Injektors 46, der Kraftstoff in den
Verbrennungsbehälter 54 sprüht) sowohl zurückbleibende
Flüssigkeiten als auch eine feste Ansammlung in demselben
effizient weggebrannt werden. Durch Entfernen sowohl der Flüssigkeiten als
auch der Feststoffe kann der erfolgreiche Betrieb des offenbarten
Injektors im Vergleich zu einem Reinigungssystem, das lediglich
einen Großteil der Flüssigkeiten entfernt, verlängert
werden. Zusätzlich können die unterschiedlichen
Stufen der Reinigung den offenbarten Injektor auf eine effiziente
Weise säubern, durch Reinigen lediglich in dem Maß,
das zu einer gegebenen Zeit notwendig ist. Ferner können,
da ein separates Fluidreinigungssystem möglicherweise unnötig
ist, die Komplexität und der Aufwand des offenbarten Injektors
und des zugehörigen Reinigungssystems verringert werden.
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Für
Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und
Variationen an dem Fluidinjektor der vorliegenden Offenbarung vorgenommen
werden können, ohne den Schutzbereich der Offenbarung zu
verlassen. Andere Ausführungsformen werden für
Fachleuten unter Berücksichtigung der Beschreibung und
Ausübung des hierin offenbarten Injektors offensichtlich
werden. Beispielsweise kann, wenngleich der offenbarte Injektor
als druckbeaufschlagten Kraftstoff von einer Kraftstoffversorgung
ansaugend dargestellt ist, der offenbarte Injektor alternativ druckbeaufschlagten
Kraftstoff von einer getrennten zweckgebundenen Quelle ansaugen,
sofern dies erwünscht ist. Ferner kann, wenngleich allgemeine
Beispiele den offenbarten Injektor als einem Kraftstoff für
Partikelregenerationszwecke zugeordnet dargestellt haben, der Injektor 46 ebenso leicht
zum Einspritzen von Stickstoff, AdBlue und/oder Harnstoff in einer
Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) verwendet
werden, sofern dies erwünscht ist. Zusätzlich
können die offenbarte Heizvorrichtung und das offenbarte
Steuersystem mit einem Luft- oder chemischen Reinigungssystem kombiniert
werden, um flüssigen Kraftstoff und/oder Rückstände
effizienter aus dem offenbarten Injektor zu entfernen, wenn dies
erwünscht ist. Die Beschreibung und die Beispiele sollen
lediglich als exemplarisch betrachtet werden, wobei der wahre Schutzbereich
der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente
festgelegt ist.
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Zusammenfassung
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VERFAHREN ZUM REINIGEN EINES
FLUIDINJEKTORS DURCH ERHITZEN
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Es
ist ein Fluidinjektor (46) zur Verwendung in einem Abgasbehandlungssystem
(14) offenbart. Der Fluidinjektor kann einen Düsenabschnitt,
eine dem Düsenabschnitt zugeordnete Heizvorrichtung (106)
und eine mit der Heizvorrichtung in Verbindung stehende Steuerung
(150) enthalten. Die Steuerung kann zum Erkennen einer
Bedingung, die einen Reinigungsvorgang des Fluidinjektors auslöst,
ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Aktivieren der Heizvorrichtung
zum Reinigen des Fluidinjektors ansprechend auf die erkannte Bedingung
ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4987738 [0006, 0006, 0006, 0006, 0007]