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HINTERGRUND/ZUSAMMENFASSUNG
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Während des Betriebs einer Kraftmaschine können der in einem Kraftstofftank gelagerte Kraftstoff und das Kraftstoff-Förderungssystem hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Im Ergebnis kann die Temperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstoff-Förderungssystem und insbesondere im Kraftstofftank eine Schwellentemperatur übersteigen. Der Zustand überhöhter Temperatur kann den Kraftstofftank und andere Komponenten (z. B. eine Kraftstoffpumpe) in dem Kraftstoff-Förderungssystem verschlechtern. Außerdem kann der durch das Kraftstoffsystem der Kraftmaschine und stromabwärtigen Komponenten zugeführte Kraftstoff mit Übertemperatur außerdem unerwünschte Temperaturen erreichen, was den Wirkungsgrad der Verbrennung verringern kann.
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Es sind Versuche unternommen worden, die Temperatur des Kraftstoff-Förderungssystem über das Kühlsystem der Kraftmaschine zu verringern. Es kann z. B. ein Kühlmittel von dem Kühlkreislauf der Kraftmaschine zu verschiedenen Abschnitten des Kraftstoff-Förderungssystem umgeleitet werden, um die Kühlung bereitzustellen. Bestimmte Komponenten in dem Kraftstoff-Förderungssystem können jedoch ein größeres Niveau der Kühlung erfordern, als der Kühlkreislauf der Kraftmaschine bereitstellen kann. Die Temperatur des Kühlmittels in einigen Kühlkreisläufen der Kraftmaschine kann z. B. nicht unter 100°C fallen. Die Solltemperatur bestimmter Komponenten in dem Kraftstoff-Förderungssystem, des Kraftstoffs in dem Kraftstoff-Förderungssystem usw. kann jedoch unter 70°C liegen.
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Es sind weitere Versuche unternommen worden, die Temperatur des Kraftstoff-Förderungssystems über einen Luftkühler zu verringern. Der Luftkühler kann im vorderen Teil des Fahrzeugs oder in einem Bereich, wo eine erwünschte Menge an Luftströmung vorhanden ist, untergebracht sein. An diesen Orten ist jedoch eine Beschädigung an dem Luftkühler durch einen Zusammenstoß ein Problem.
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Es sind außerdem Versuche unternommen worden, die Temperatur verschiedener Komponenten in dem Kraftstoff-Förderungssystem, wie z. B. einer Kraftstoff-Einspritzdüse, durch andere Wärmeübertragungsmechanismen weiter zu verringern.
US 3,945,353 offenbart eine Kraftstoff-Einspritzdüse, an die ein Wärmerohr gekoppelt ist. Das Wärmerohr führt die Wärme von der Düse ab und verringert deshalb die Temperatur des Kraftstoffs, der sich durch die Düse bewegt. Auf diese Weise kann der sich durch die Einspritzdüse bewegende Kraftstoff gekühlt werden.
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Die Erfinder haben jedoch mehrere Nachteile in dem in
US 3,945,353 offenbarten System erkannt. Um den gewünschten Grad an Kühlung zu erreichen, muss der Kondensator des Wärmerohres vielleicht in einem Abschnitt der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs positioniert sein, der eine niedrige Temperatur besitzt. Diese Bereiche niedriger Temperatur können sich jedoch nicht nah an der Kraftstoff-Einspritzdüse befinden. Deshalb wird die Länge des Wärmerohrs vergrößert, um den Bereich niedriger Temperatur zu erreichen. Die Verlängerung des Wärmerohrs kann sowohl nachteilige Wirkungen auf die Funktionalität und den Wirkungsgrad des Wärmerohrs besitzen, als auch die Kosten des Wärmerohrs vergrößern. Außerdem kann der Kraftstoff stromaufwärts der Kraftstoff-Einspritzdüse unerwünschte Temperaturen erreichen. Dies kann in Kunststoff-Kraftstofftanks, die für eine thermische Schädigung anfälliger sind als Metall-Kraftstofftanks, besonders problematisch sein. Die thermische Belastung kann während der Perioden des Betriebs der Kraftmaschine, wenn die Umgebungstemperatur, die die Kraftmaschine umgibt, hoch ist, verschlimmert werden. Außerdem können die Montagebeschränkungen in der Kraftstoff-Einspritzdüse die Größe des Wärmerohrs begrenzen und dadurch die Wärmemenge begrenzen, die durch das Wärmerohr abgeführt werden kann.
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Als solches wird in einem Ansatz ein Kraftstoff-Förderungssystem geschaffen. Das Kraftstoff-Förderungssystem enthält einen Kraftstofftank, der einen flüssigen Kraftstoff lagert, eine Kraftstoff-Rücklaufleitung, die eine Auslassöffnung in den Kraftstofftank enthält, und eine Wärmerohranordnung, die ein erstes Ende, das in einer umgebenden Atmosphäre positioniert ist, und ein zweites Ende, das an der Kraftstoff-Rücklaufleitung positioniert und an sie gekoppelt ist, enthält. In einigen Beispielen kann die Wärmerohranordnung und spezifisch das erste Ende außerhalb des Fahrzeugchassis (z. B. darunter) positioniert sein. Auf diese Weise kann die Luftströmung um das erste Ende während der Fahrt des Fahrzeugs vergrößert werden und dadurch die der Kraftstoff-Rücklaufleitung bereitgestellte Kühlung vergrößert werden.
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Das Wärmerohr kann in einer geschützteren Zone in dem Fahrzeug positioniert sein, z. B. von der Fahrzeugkarosserie mit einer oder mehreren Knautschzonen zwischen der Karosserie und dem Wärmerohr beabstandet. Eine derartige Position kann während eines Zusammenstoßes für eine Beschädigung weniger anfällig sein als der vordere Teil des Fahrzeugs, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Wärmerohrs verringert ist. Außerdem können das Wärmerohr und spezifisch der Kondensator an einem Ort in dem Fahrzeug mit einer gewünschten Menge an Luftströmung positioniert sein, was die Wärmemenge vergrößert, die über das Wärmerohr von der Kraftstoff-Rücklaufleitung abgeführt werden kann. Ferner kann in einigen Beispielen das Arbeitsfluid des Wärmerohrs Wasser sein, was eine gewünschte Wärmeübertragungskennlinie für Mineralöl-Kraftstoff bereitstellen kann.
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Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind, einzuführen. Sie ist nicht beabsichtigt, die Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die irgendwelche der oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beheben.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
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2 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugs, das die in 1 gezeigte Kraftmaschine, ein Kraftstoff-Förderungssystem und eine Wärmerohranordnung enthält;
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3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten einer Beispielanordnung des Wärmerohrs;
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5 und 6 zeigen zusätzliche Ausführungsformen der Wärmerohranordnung;
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7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Beispielanordnung des Wärmerohrs; und
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8 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmerohranordnung.
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3–6 sind etwa maßstabsgerecht gezeichnet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Hier wird ein Kraftstoff-Förderungssystem bereitgestellt. Das Kraftstoff-Förderungssystem kann einen Kraftstofftank, der einen flüssigen Kraftstoff lagert, eine Kraftstoff-Rücklaufleitung, die eine Auslassöffnung in den Kraftstofftank enthält, eine Wärmerohranordnung, die einen Kondensatorabschnitt enthält, der die Wärme von einem Kondensatorende eines abgedichteten Rohrs an die umgebende Umwelt abführt, und einen Verdampferabschnitt, der die Wärme von der Kraftstoff-Rücklaufleitung empfängt und die Wärme zu einem Verdampferende des fluidisch abgedichteten Rohrs überträgt, enthalten.
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Auf diese Weise kann die Wärmerohranordnung verwendet werden, um die Wärme von der Kraftstoff-Rücklaufleitung passiv abzuführen und dadurch die Temperatur des in den Kraftstofftank zurückgeführten Kraftstoffs zu verringern. Im Ergebnis kann die Temperatur des Kraftstofftanks auf ein erwünschtes Niveau verringert werden. Außerdem können kostengünstigere Materialien, wie z. B. Kunststoff, falls gewünscht, verwendet werden, um den Kraftstofftank herzustellen, wenn die Temperatur des Kraftstoffs verringert ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das die Kraftmaschine, ein Kraftstoff-Förderungssystem und eine Wärmerohranordnung enthält. 3–4 zeigen verschiedene Ansichten einer Beispielanordnung des Wärmerohrs, die an ein Beispielfahrzeug gekoppelt ist. 5–6 zeigen zusätzliche Ausführungsformen der Wärmerohranordnung. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Wärmerohranordnung. 8 zeigt ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmerohranordnung.
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In 1 ist die Brennkraftmaschine 10, die mehrere Zylinder enthält, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch einen elektronischen Kraftmaschinen-Controller 12 gesteuert. Die Kraftmaschine 10 enthält eine Verbrennungskammer 30 und die Zylinderwandungen 32, wobei der Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Verbrennungskammer 30 ist über eine Einlassventilanordnung 52 und eine Auslassventilanordnung 54 mit einem Einlasskrümmer 44 bzw. einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung stehend gezeigt. Jede Einlass- und Auslassventilanordnung kann durch eine Einlass-Nockenwelle 51 und eine Auslass-Nockenwelle 53 betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich können eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventil-Spulen- und Ankeranordnung betrieben werden. Die Position der Einlass-Nockenwelle 51 kann durch den Einlass-Nockenwellensensor 55 bestimmt werden. Die Position der Auslass-Nockenwelle 53 kann durch den Auslass-Nockenwellensensor 57 bestimmt werden.
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Es ist gezeigt, dass die Kraftstoff-Einspritzdüse 66 positioniert ist, um den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was den Fachleuten auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Kraftstoff in einen Einlasskanal eingespritzt zu werden, was den Fachleuten auf dem Gebiet als Kanaleinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 66 führt flüssigen Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW von dem Controller 12 zu. Der Kraftstoff wird durch eine Kraftstoff-Förderung, die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (die nicht gezeigt sind) enthält, der Kraftstoff-Einspritzdüse 66 zugeführt. Der Kraftstoff-Einspritzdüse 66 wird Betriebsstrom vom Treiber 68, der auf den Controller 12 anspricht, zugeführt. Außerdem ist der Einlasskrümmer 44 mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung stehend gezeigt, die eine Position einer Drosselklappen-Platte 64 einstellt, um die Luftströmung von der Einlass-Ladekammer 46 zu steuern. In weiteren Beispielen kann die Kraftmaschine 10 einen Turbolader enthalten, der einen im Einlasssystem positionierten Kompressor und eine im Auslasssystem positionierte Turbine besitzt. Die Turbine kann über eine Welle mit dem Kompressor gekoppelt sein. Es kann ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoff-Förderungssystem verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke an den Einspritzdüsen 66 zu erzeugen.
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Ein verteilerloses Zündsystem 88 stellt über eine Zündkerze 92 in Ansprechen auf den Controller 12 der Verbrennungskammer 30 einen Zündfunken bereit. In weiteren Beispielen kann das Zündsystem 88 jedoch nicht in der Kraftmaschine 10 enthalten sein und kann eine Kompressionszündung verwendet werden. Ein universeller Abgas-Sauerstoffsensor (UEGO-Sensor) 126 ist stromaufwärts des Katalysators 70 an den Auslasskrümmer 48 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann der UEGO-Sensor 126 durch einen zweistufigen Abgas-Sauerstoffsensor ersetzt sein.
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Der Katalysator 70 kann mehrere Katalysator-Bausteine enthalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Abgassteuerungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bausteinen, verwendet werden. In einem Beispiel kann der Katalysator 70 ein Dreiwegekatalysator sein.
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Der Controller 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeports 104, einen Nur-Lese-Speicher 106, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Es ist gezeigt, dass der Controller 12 zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfängt, die Folgendes enthalten: eine Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature, ECT) von einem an die Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Gaspedal 130 gekoppelt ist, um die durch den Fuß 132 eingestellte Gaspedal-Position abzutasten; einen (nicht gezeigten) Klopfsensor zum Bestimmen der Zündung der Endgase; eine Messung des Kraftmaschinen-Krümmerdrucks (Manifold Pressure, MAP) von einem an den Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Kraftmaschinen-Positionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 abtastet; eine Messung einer in die Kraftmaschine eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (z. B. einem Hitzdraht-Luftströmungs-Messgerät); und eine Messung der Drosselklappenposition vom Sensor 58. Der Atmosphärendruck kann außerdem für die Verarbeitung durch den Controller 12 abgetastet werden (wobei der Sensor nicht gezeigt ist). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinen-Positionssensor 118 eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, aus denen die Kraftmaschinen-Drehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
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In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine in einem Hybridfahrzeug an ein Elektromotor-/Batteriesystem gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder eine Variation oder Kombinationen daraus besitzen. Ferner können in einigen Beispielen andere Kraftmaschinen-Konfigurationen verwendet werden, z. B. eine Diesel-Kraftmaschine.
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Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder in der Kraftmaschine 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus enthält den Einlasstakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Im Allgemeinen ist während des Einlasstakts das Auslassventil 54 geschlossen und das Einlassventil 52 geöffnet. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Verbrennungskammer 30 eingeleitet, wobei sich der Kolben 36 zum Boden des Zylinders bewegt, um das Volumen in der Verbrennungskammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Takts (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem größten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als unterer Totpunkt (Bottom Dead Center, BDC) bezeichnet. Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Verbrennungskammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Takts und am nächsten beim Zylinderkopf (z. B. wenn sich die Verbrennungskammer 30 auf ihrem kleinsten Volumen befindet) befindet, wird durch die Fachleute auf dem Gebiet typischerweise als oberer Totpunkt (Top Dead Center, TDC) bezeichnet. In einem Prozess, der im Folgenden als Einspritzung bezeichnet wird, wird der Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingeleitet. In einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündungsmittel, wie z. B. eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt.
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Zusätzlich oder alternativ kann eine Verdichtung verwendet werden, um das Luft-/Kraftstoffgemisch zu zünden. Während des Arbeitstakts schieben die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum BDC. Die Kurbelwelle 40 setzt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich ist das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts geöffnet, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 auszustoßen, wobei der Kolben zum TDC zurückkehrt. Es sei angemerkt, dass das Obige lediglich als ein Beispiel beschrieben worden ist und dass sich die Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Einlass- und Auslassventile ändern können, wie z. B. um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 200, das die Kraftmaschine 10 enthält. Ein Kraftstoff-Förderungssystem 202 ist außerdem in dem Fahrzeug 200 enthalten. Das Kraftstoff-Förderungssystem 202 ist konfiguriert, in Sollzeitintervallen der Verbrennungskammer 30 Kraftstoff bereitzustellen. Das Kraftstoff-Förderungssystem 202 enthält einen Kraftstofftank 204. Der Kraftstofftank kann einen geeigneten Kraftstoff, wie z. B. Diesel, Benzin, Biodiesel, Kraftstoff auf Alkoholbasis (z. B. Ethanol, Methanol) usw. aufnehmen. Spezifisch nimmt in einer Ausführungsform der Kraftstofftank 204 einen Dieselkraftstoff auf, wobei die Kraftmaschine 10 konfiguriert ist, die Kompressionszündung auszuführen. Deshalb kann das in 1 gezeigte Zündsystem 88 in einer derartigen Ausführungsform aus der Kraftmaschine 10 weggelassen sein. Außerdem kann der Kraftstofftank 204 in einigen Ausführungsformen ein polymeres Material umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann der Kraftstofftank 204 ein Metallmaterial umfassen.
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Das Kraftstoff-Förderungssystem 202 enthält ferner eine Pumpe 206, die ein Aufnahmerohr 208 aufweist, das einen im Kraftstofftank 204 positionierten Einlass 210 enthält. Die Pumpe 206 ist in der dargestellten Ausführungsform außerhalb des Kraftstofftanks 204 positioniert. Es sind jedoch andere Pumpenorte in Betracht gezogen worden.
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Das Kraftstoff-Förderungssystem 202 enthält ferner eine Kraftstoffzuleitung 212 in fluidischer Verbindung mit einem Auslass 214 der Pumpe 206 und verschiedenen Komponenten in der Kraftmaschine 10. Die Kraftstoffzuleitung 212 kann z. B. konfiguriert sein, den Kraftstoff einem Kraftstoffverteiler und den Kraftstoff-Einspritzdüsen (z. B. Kanal- und/oder Direkteinspritzdüsen) bereitzustellen. Der Pfeil 224 bezeichnet die Strömung des Kraftstoffs von der Pumpe 206 zu der Kraftmaschine 10.
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In dem Kraftstoff-Förderungssystem 202 ist außerdem eine Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 enthalten. Die Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 enthält einen Einlass 218, der mit der Kraftstoffzuleitung 212 in fluidischer Verbindung steht, und einen Auslass 220, der mit dem Kraftstofftank 204 in fluidischer Verbindung steht. Folglich erstreckt sich die Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 in die Kraftstofftanks, wobei der Auslass 220 von dem Gehäuse des Kraftstofftanks 204 umgeben ist. Der Pfeil 226 bezeichnet die allgemeine Richtung der Kraftstoffströmung durch die Kraftstoff-Rücklaufleitung 212. In der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 kann ein Ventil 222 positioniert sein. Das Ventil 222 kann konfiguriert sein, dem Kraftstoff zu ermöglichen, hindurchzugehen, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 über einem vorgegebenen Druck liegt. Auf diese Weise kann der Kraftstoffdruck des Kraftstoffs in dem Kraftstoff-Förderungssystem 202 geregelt werden. Das Ventil 222 kann ein Passivbetriebsventil, wie z. B. ein Rückschlagventil, oder ein aktiv gesteuertes Ventil, wie z. B. ein über den in 1 gezeigten Controller 12 steuerbares Solenoidventil, sein.
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Es ist zu erkennen, dass das Kraftstoff-Förderungssystem 202 zusätzliche Komponenten, die nicht dargestellt sind, enthalten kann, falls gewünscht. In dem Kraftstoff-Förderungssystem kann z. B. eine Anzahl von Ventilen zum Regeln des Kraftstoffdrucks enthalten sein. Ferner kann in dem Kraftstoff-Förderungssystem 202 außerdem eine zweite Pumpe enthalten sein.
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In 2 ist außerdem eine Wärmerohranordnung 230 gezeigt. Die Wärmerohranordnung 230 enthält einen Verdampferabschnitt 232. Die Wärme kann von dem Kraftstoff in der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 zu dem Verdampferabschnitt 232 übertragen werden. Der Verdampferabschnitt 232 enthält einen Kraftstoffeinlass 234 und einen Kraftstoffauslass 236. Wie gezeigt ist, steht der Kraftstoffeinlass 234 mit einem stromaufwärtigen Abschnitt 238 der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 in fluidischer Verbindung, während der Kraftstoffauslass 236 mit einem stromabwärtigen Abschnitt 240 der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 in fluidischer Verbindung steht. Die Wärmerohranordnung kann an die Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 gekoppelt sein.
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Ein Kraftstoffdurchgang, der im Allgemeinen über den Kasten 242 bezeichnet ist, steht mit dem Kraftstoffeinlass 234 und dem Kraftstoffauslass 236 in fluidischer Verbindung. Der Kraftstoffdurchgang 242 lässt den Kraftstoff um wenigstens ein fluidisch abgedichtetes Rohr 244 strömen. Folglich kann der Kraftstoffdurchgang 242 wenigstens teilweise einen Abschnitt des fluidisch abgedichteten Rohrs 244 umgeben. Das fluidisch abgedichtete Rohr kann als ein fluidisch abgedichtetes Wärmerohr oder als ein Wärmerohr bezeichnet werden. Auf diese Weise kann die Wärme von dem Kraftstoff zu dem fluidisch abgedichteten Rohr 244 übertragen werden. Außerdem enthält das fluidisch abgedichtete Rohr 244 ein Verdampferende, das hier ausführlicher erörtert ist, das von dem Kraftstoffdurchgang 242 wenigstens teilweise umgeben ist.
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Die Wärmerohranordnung 230 enthält außerdem einen Kondensatorabschnitt 246. Der Kondensatorabschnitt 246 ist konfiguriert, Wärme von der Wärmerohranordnung zu der umgebenden Umwelt zu übertragen. Der Kondensatorabschnitt 246 ist von dem Verdampferabschnitt 232 beabstandet. Der Kondensatorabschnitt 246 ist in einem ersten Ende 280 der Wärmerohranordnung 230 enthalten. Gleichermaßen ist der Verdampferabschnitt 232 in einem zweiten Ende 282 der Wärmerohranordnung 230 enthalten. Das erste Ende 280 kann in einer umgebenden Atmosphäre positioniert sein. Auf diese Weise kann die Wärme von dem Ende zu der umgebenden Umwelt übertragen werden. Das zweite Ende 282 ist an der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 positioniert und mit ihr gekoppelt. Das fluidisch abgedichtete Rohr 244 verläuft zwischen dem Kondensatorabschnitt 246 und dem Verdampferabschnitt 232. Spezifisch enthält das fluidisch abgedichtete Rohr 244 ferner einen Zwischenabschnitt 248. Der Zwischenabschnitt 248 verläuft zwischen dem Verdampferabschnitt 232 der Wärmerohranordnung 230 und einem Kondensatorabschnitt 246 der Wärmerohranordnung.
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Der Kondensatorabschnitt 246 und der Verdampferabschnitt 232 sind in 2 als auf der gleichen vertikalen Höhe befindlich gezeigt. Es sind jedoch andere relative Positionen des Kondensatorabschnitts 246 und des Verdampferabschnitts in Betracht gezogen worden. Der Kondensatorabschnitt 246 kann z. B. vertikal unter, falls ein Docht verwendet wird, oder vertikal über dem Verdampferabschnitt 232 positioniert sein. Außerdem ist ein einziges abgedichtetes Rohr in 2 dargestellt. Die Wärmerohranordnung kann in weiteren Ausführungsformen jedoch zusätzliche abgedichtete Rohre besitzen. In einigen Ausführungsformen ist die Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 nicht über ein Kühlsystem der Kraftmaschine gekühlt.
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3 zeigt ein Beispielfahrzeug 200. Spezifisch ist die Unterseite 300 (z. B. das Fahrgestell) des Fahrzeugs 200 veranschaulicht. Die Wärmerohranordnung 230 ist dargestellt. Der Kraftstofftank 204 ist außerdem dargestellt. Der Verdampferabschnitt 232 kann an die in 2 gezeigte Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 gekoppelt sein. Es sind jedoch andere Positionen des Verdampferabschnitts 232 in Betracht gezogen worden. Der Verdampferabschnitt 232 kann z. B. an ein Gehäuse des Kraftstofftanks 204 gekoppelt sein. Wie oben bezüglich 2 erörtert worden ist, kann der Verdampferabschnitt 232 Kraftstoff aufweisen, der von der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 durch ihn strömt.
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Mit 3 fortsetzend ist der Kondensatorabschnitt 246 von dem Verdampferabschnitt 232 beabstandet. Spezifisch ist der Kondensatorabschnitt 246 einer Blattfeder 302 in der Nähe der Rückseite des Fahrzeugs 200 benachbart positioniert. Die Blattfeder 302 ist sowohl an einen Hinterradreifen als auch ein Fahrzeugchassis 303 gekoppelt. Außerdem ist der Verdampferabschnitt 232 in Bezug auf die Rückseite des Fahrzeugs einer Rückseite des Kraftstofftanks 204 benachbart positioniert. Der Kondensatorabschnitt 246 erstreckt sich in einer seitlichen Richtung weg von dem Kraftstofftank 204. Eine Seitenachse 310 ist als Referenz bereitgestellt. Die Wärmerohranordnung 230 ist zwischen einer Antriebswelle 320 und der Blattfeder 302 positioniert. Es ist unerwartet festgestellt worden, dass, wenn die Wärmerohranordnung an diesem Ort positioniert ist, die von der Rücklaufleitung über die Wärmerohranordnung abgeführte Wärme aufgrund der Luftströmungseigenschaft an diesem Ort vergrößert ist. Im Ergebnis ist die Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstofftank verringert. Außerdem ist die Wärmerohranordnung 230 vor einer Endantriebseinheit 322 positioniert. Die Endantriebseinheit 322 und die Antriebswelle 320 können in einem Triebstrang enthalten sein und durch ein Getriebe an die Kraftmaschine 10, die in den 1 und 2 gezeigt ist, gekoppelt sein. Ein Pfeil 324 zeigt die Vorwärtsrichtung. Deshalb erstreckt sich eine Rückwärtsrichtung in die entgegengesetzte Richtung. Die in 3 dargestellte Wärmerohranordnung 230 enthält mehrere fluidisch abgedichtete Rohre 304, die sich zwischen dem Kondensatorabschnitt 246 und dem Verdampferabschnitt 232 erstrecken. Die fluidisch abgedichteten Rohre 304 sind so positioniert gezeigt, dass sich eine Ebene durch die Mittelachse jedes der Wärmerohre erstreckt. Deshalb sind die abgedichteten Rohre 304 parallel ausgerichtet und voneinander beabstandet. Wenn die Wärmerohre auf diese Weise positioniert sind, kann die über die Wärmerohre abgeführte Wärmemenge im Vergleich zu in mehreren Ebenen angeordneten Wärmerohren vergrößert sein. In weiteren Ausführungsformen können wenigstens zwei der fluidisch abgedichteten Rohre 304 unterschiedliche Durchmesser besitzen.
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4 zeigt eine weitere Ansicht der Ausführungsform des Fahrzeugs 200 und der Wärmerohranordnung 230, die in 3 gezeigt sind. Wie gezeigt ist, befindet sich der Kondensatorabschnitt 246 mit dem Verdampferabschnitt 232 in der gleichen horizontalen Ebene. Es sind jedoch andere relative Positionen des Kondensatorabschnitts 246 und des Verdampferabschnitts 232 in Betracht gezogen worden. Der Kondensatorabschnitt kann z. B. vertikal über oder unter dem Verdampferabschnitt positioniert sein.
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Außerdem sind die Wärmerohranordnung 230 und spezifisch der Kondensatorabschnitt 246 unter dem Fahrzeugchassis 303 und der Blattfeder 302 positioniert. In einigen Beispielen können das Wärmerohr und spezifisch der Kondensatorabschnitt über der Grundlinie des Fahrzeugs positioniert sein. Eine vertikale Achse 400 ist als Referenz bereitgestellt. Es ist festzustellen, dass die Wärmerohranordnung 230 während des Fahrens des Fahrzeugs eine größere Menge der Luftströmung aufnehmen kann, wenn sie unter dem Fahrzeugchassis positioniert ist. Im Ergebnis kann die von dem Kraftstoff über die Wärmerohranordnung 230 abgeführte Wärmemenge im Vergleich zu den Wärmerohren, die vertikal über dem Fahrzeugchassis positioniert sind, vergrößert sein. Außerdem ist der Verdampferabschnitt 232 einem Kraftstofffilter 402 benachbart positioniert.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Wärmerohranordnung 230. Der Kondensatorabschnitt 246 und der Verdampferabschnitt 232 sind über mehrere fluidisch abgedichtete Rohre 304 aneinander gekoppelt gezeigt. Wie gezeigt ist, enthält der Verdampferabschnitt 232 den Kraftstoffeinlass 234 und den Kraftstoffauslass 236. Wie gezeigt ist, sind der Kraftstoffeinlass 234 und der Kraftstoffauslass 236 an gegenüberliegenden Seiten des Verdampferabschnitts 232 positioniert. Der Verdampferabschnitt 232 ist ferner als die Montageplatten 500 enthaltend dargestellt. Die Montageplatten können konfiguriert sein, die fluidisch abgedichteten Rohre 304 aufzunehmen. Spezifisch erstrecken sich die fluidisch abgedichteten Rohre 304 durch die Öffnungen in den Montageplatten 500. Auf diese Weise können die Montageplatten 500 die relativ positionierten fluidisch abgedichteten Rohre 304 befestigen und die fluidisch abgedichteten Rohre stützen.
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Der Verdampferabschnitt 232 enthält ein Verdampfergehäuse 502. Das Verdampfergehäuse 502 kann die Grenze des in 2 gezeigte Kraftstoffdurchgangs 242 definieren. Auf diese Weise kann der Kraftstoff um die fluidisch abgedichteten Rohre 304 zirkulieren, was es ermöglicht, dass Wärme von dem Kraftstoff zu den fluidisch abgedichteten Rohren übertragen wird. Es ist festgestellt worden, dass die Wärmerohranordnung 230 den Kraftstoff in der Kraftstoff-Rücklaufleitung um 45°C kühlen kann, wenn die Umgebungstemperatur 45°C beträgt.
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Der Kondensatorabschnitt 246 enthält ein Kondensatorgehäuse 504. Das Kondensatorgehäuse kann ein Material enthalten, das sich zwischen den mehreren fluidisch abgedichteten Rohren 304 erstreckt und wenigstens einen Abschnitt von diesen umgibt. Spezifisch befindet sich in dem dargestellten Beispiel das Kondensatorgehäuse 504 mit den mehreren fluidisch abgedichteten Rohren 304 in direktem Kontakt. Es sind jedoch andere Kondensatorgehäusekonfigurationen in Betracht gezogen worden. An das Kondensatorgehäuse 504 und/oder das Verdampfergehäuse 502 können Kühlrippen gekoppelt sein, um die von der Wärmerohranordnung 230 abgeführte Wärme zu vergrößern. Die Kühlrippen können Metall, wie z. B. Aluminium, umfassen. Außerdem können der Verdampferabschnitt 232 und/oder der Kondensatorabschnitt 246 Kunststoff und/oder Metall, wie z. B. Kupfer, Aluminium und/oder Stahl (z. B. rostfreien Stahl) umfassen. Außerdem besitzen die fluidisch abgedichteten Rohre 304 Querschnitte, die ein Gittermuster bilden.
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6 zeigt eine dritte Ausführungsform der Wärmerohranordnung 230. Wie gezeigt ist, sind der Kraftstoffeinlass 234 und der Kraftstoffauslass 236 auf der gleichen Seite des Verdampferabschnitts 232 positioniert. Es ist festzustellen, dass die in 6 gezeigte Wärmerohranordnung 230 verwendet werden kann, um den Umrissen der Kraftstoff-Rücklaufleitung zu entsprechen.
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7 zeigt eine Darstellung eines Querschnitts einer weiteren Ausführungsform der Wärmerohranordnung 230. Wie gezeigt ist, enthält die Wärmerohranordnung 230 ein einzelnes fluidisch abgedichtetes Rohr 244. Wie vorher erörtert worden ist, kann die Wärmerohranordnung jedoch mehrere fluidisch abgedichtete Rohre enthalten. Wie gezeigt ist, enthält das fluidisch abgedichtete Rohr 244 ein Gehäuse 700, das ein Dochtmaterial 702 umgibt. Das Dochtmaterial 702 kann ein Drahtgeflecht aus Stahl und/oder Aluminium enthalten. Wie gezeigt ist, durchquert das Dochtmaterial 702 den inneren Umfang des Gehäuses 700. Durch das Dochtmaterial kann eine Flüssigkeit strömen. Spezifisch kann die in dem Kondensatorende kondensierte Flüssigkeit durch das Dochtmaterial zum Verdampferende strömen. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch das Dochtmaterial von dem Wärmerohr weggelassen sein, wenn das Kondensatorende vertikal über dem Verdampferende positioniert ist.
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Außerdem umgibt das Dochtmaterial 702 einen Dampfhohlraum 704. Der Dampfhohlraum 704 erstreckt sich das fluidisch abgedichtete Rohr 244 hinunter, was es dem Dampf ermöglicht, von einem Abschnitt des fluidisch abgedichteten Rohrs zu einem weiteren zu strömen. Der Dampf kann von dem Verdampferende durch den Dampfhohlraum zum Kondensatorende strömen.
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Das fluidisch abgedichtete Rohr 244 enthält ein Verdampferende 710 und ein Kondensatorende 712. Das Verdampferende 710 ist von dem Verdampfergehäuse 502 teilweise umgeben. Das Kondensatorende 712 ist von dem Kondensatorgehäuse teilweise umgeben. Deshalb erstreckt sich das fluidisch abgedichtete Rohr 244 in den Verdampferabschnitt 232 und in den Kondensatorabschnitt 246.
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Der Verdampferabschnitt 232 enthält das Verdampfergehäuse 502, das die Grenze des Kraftstoffdurchgangs 242 definiert. Der Kraftstoffdurchgang 242 umgibt das Verdampferende 710 teilweise. Der Kraftstoffeinlass 234 und der Kraftstoffauslass 236 des Kraftstoffdurchgangs 242 sind außerdem gezeigt. Auf diese Weise kann der Kraftstoff um das fluidisch abgedichtete Rohr 244 strömen. Wie vorher erörtert worden ist, stehen der Kraftstoffeinlass 234 und der Kraftstoffauslass 236 mit der Kraftstoff-Rücklaufleitung 216 in fluidischer Verbindung. Außerdem kann das Arbeitsfluid in dem fluidisch abgedichteten Rohr Wasser und/oder Alkohol und/oder Natrium enthalten. In einigen Ausführungsformen kann das Arbeitsfluid nur Wasser enthalten. Wasser kann die gewünschten Wärmeübertragungseigenschaften zum Kühlen des Mineralöl-Kraftstoffs bereitstellen.
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8 zeigt ein Verfahren für den Betrieb einer Wärmerohranordnung in einem Kraftstoff-Förderungssystem einer Kraftmaschine. Das Verfahren 800 kann über das System und die Komponenten, die oben bezüglich der 1–7 beschrieben worden sind, implementiert sein oder kann durch andere geeignete Systeme und Komponenten implementiert sein.
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Bei 802 enthält das Verfahren das Übertragen der Wärme von einer Kraftstoff-Rücklaufleitung, die einen in einem Kraftstofftank eines Kraftstoff-Förderungssystems positionierten Auslass besitzt, zu einem Verdampferabschnitt in einer Wärmerohranordnung, wobei die Wärmerohranordnung ein fluidisch abgedichtetes Rohr enthält, das ein in dem Verdampferabschnitt enthaltenes Verdampferende besitzt. Bei 804 enthält das Verfahren das Strömen von Dampf durch einen Dampfhohlraum des fluidisch abgedichteten Rohrs, wobei sich der Dampfhohlraum von dem Verdampferende zu einem Kondensatorende des fluidisch abgedichteten Rohrs erstreckt, wobei das Kondensatorende in einem Kondensatorabschnitt der Wärmerohranordnung enthalten ist. Bei 806 enthält das Verfahren das Übertragen von Wärme vom Kondensatorabschnitt zur umgebenden Umwelt, wobei der Kondensatorabschnitt unter einem Fahrzeugchassis positioniert ist. Bei 808 enthält das Verfahren das Strömen der in dem Kondensatorende kondensierten Flüssigkeit durch ein Dochtmaterial in dem fluidisch abgedichteten Rohr zu dem Verdampferende. Deshalb kann das Verdampferende vertikal über dem Kondensatorende positioniert sein, wenn in dem Wärmerohr ein Dochtmaterial verwendet wird. In weiteren Ausführungsformen kann jedoch das Dochtmaterial aus dem Wärmerohr weggelassen sein und kann das Kondensatorende vertikal über dem Verdampferende positioniert sein. Deshalb kann das Verfahren bei 808 in einigen Ausführungsformen das Strömen des kondensierten Fluids vom Kondensatorende zum Verdampferende über die Gravitation enthalten. Auf diese Weise kann die Wärme über eine passiv betriebene Wärmerohranordnung von der Kraftstoff-Rücklaufleitung abgeführt werden. Nach 808 kehrt das Verfahren zu 802 zurück oder endet in weiteren Ausführungsformen. Außerdem kann das Wärmerohr nicht an einen Controller gekoppelt sein. Auf diese Weise kann das Wärmerohr passiv ohne die Verwendung eines Controller betrieben werden, falls gewünscht. Das Verfahren 800 kann während des Betriebs der Kraftmaschine implementiert sein, wenn der Kraftstoff durch die Kraftstoff-Rücklaufleitung strömt.
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Dies schließt die Beschreibung ab. Das Lesen der Beschreibung durch die Fachleute auf dem Gebiet würde viele Änderungen und Modifikationen klarmachen, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Einzylinder-Reihen-Kraftmaschinen, V-Kraftmaschinen und Boxer-Kraftmaschinen, die in Erdgas-, Benzin-, Diesel- oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, könnten die vorliegende Beschreibung zum Vorteil verwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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