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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung
für eine
Maschine.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
Japanische Patentschrift Nr. 2651974 oder ihre entsprechende Europäische Patentanmeldung
EP-A-0506069 offenbaren eine Maschine mit einem Empfänger, einem
Einspritzer, und einer Zufuhrrohrleitung, die dazwischen verbunden
ist, wobei ein Gemisch eines flüssigen
Kraftstoffes und ein zusätzliches
Fluid, in dem das zusätzliche
Fluid in dem Empfänger
in seinem überkritischen
Zustand ausgebildet ist, und das Gemisch aus dem Einspritzer in
die Maschine eingespritzt wird.
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Dies
verbessert die Atomisierung flüssigen Kraftstoffes
und stellt daher eine gute Verbrennung bereit. Der Grund dafür wird später genauer
erklärt.
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Wenn
die Maschine jedoch angehalten ist, und die Temperatur in dem Empfänger niedriger
ist als die kritische Temperatur des zusätzlichen Fluids, tritt eine
Trennung des Gemisches auf. Schließlich werden in dem Empfänger Schichten
von flüssigem Kraftstoff
und dem zusätzlichen
Fluid ausgebildet. Wenn die Maschine dann wieder gestartet wird,
kann die Temperatur in dem Empfänger
die kritische Temperatur des zusätzlichen
Fluids nicht sofort überschreiten,
wobei deswegen das zusätzliche Fluid nicht
sofort in seinem überkritischen
Zustand sein kann. Entsprechend kann der flüssige Kraftstoff zu dieser
Zeit mit dem zusätzlichen
Fluid eingespritzt werden, der in der Form eines großen Partikels
aus Fluid oder Gas vorliegt. Falls zusätzlich ein Auslass der Zufuhrrohrleitung
mit dem Empfänger
verbunden ist, um sich nach außen
in die zusätzliche
Fluidschicht zu öffnen,
kann zu der Maschine kein Kraftstoff zugeführt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung
bereitzustellen, die in der Lage ist zu verhindern, dass die Verbrennung
sich verschlechtert, wenn das zusätzliche Fluid in dem Empfänger nicht
in seinem überkritischen
Zustand ist.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung
für eine
Maschine bereitgestellt mit: einer Quelle für einen flüssigen Kraftstoff; einer Quelle
für ein
zusätzliches
Fluid; einem Empfänger;
einer Gemischausbildungseinrichtung zum Ausbilden eines Gemisches
in dem Empfänger
des flüssigen
Kraftstoffes und des zusätzlichen
Fluids, die von den entsprechenden Quellen zugeführt werden, wobei sich das
zusätzliche
Fluid in dem Gemisch in seinem überkritischen
Zustand befindet; einem Einspritzer zum Einspritzen des Gemisches
in dem Empfänger
in die Maschine; und einem Zufuhrdurchtritt zum Zuführen des
Gemisches von dem Empfänger
zu dem Einspritzer, wobei der Zufuhrdurchtritt einen Einlass aufweist,
der in den Empfänger
mündet,
wobei das zusätzliche
Fluid eine Dichte aufweist, die unterschiedlich von der des flüssigen Kraftstoffes
ist, was beim Auftreten einer Trennung des Gemisches in dem Empfänger darin
resultiert, das Schichten des flüssigen
Kraftstoffes und des zusätzlichen
Fluids in dem Empfänger
ausgebildet werden, der Einlass des Zufuhrdurchtritts mit Bezug
auf den Empfänger angeordnet
ist, um in die flüssige
Kraftstoffschicht zu münden.
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Es
ist anzumerken das im allgemeinen ein Material als in seinem überkritischen
Zustand berücksichtigt
wird, wenn dessen Druck höher
ist als dessen kritischer Druck und dessen Temperatur höher ist
als dessen kritische Temperatur. In der vorliegenden Erfindung jedoch
ist ein Material ebenfalls berücksichtigt
in seinem überkritischen
Zustand zu sein, sogar wenn dessen Druck ein wenig niedriger ist
als sein kritischer Druck und dessen Temperatur ein wenig niedriger
ist als seine kritische Temperatur.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine allgemeine Ansicht einer Dieselmaschine;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils II in 1;
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils III in 2;
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4 ist
ein Diagramm und stellt ein Zyklusverhältnis D eines Steuerventils
dar;
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5 ist
ein Flussdiagramm, dass eine Berechnungsroutine eines Zyklusverhältnisses
D darstellt;
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6 ist
eine allgemeine Ansicht einer Dieselmaschine gemäß eines anderen Ausführungsbeispiels.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
einen Fall, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Dieselmaschine
für ein
Fahrzeug angewendet ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung
auch auf eine funkengezündete
Bauart, eine Benzinmaschine oder eine Maschine für eine andere Vorrichtung als
ein Fahrzeug angewendet werden.
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Mit
Bezug auf 1 umfasst ein Maschinenkörper 1 eine
Vielzahl von Zylindern, wie zum Beispiel vier Zylinder 1a.
Jeder Zylinder 1a umfasst einen Einspritzer 2 von
zum Beispiel einer elektromagnetischen Bauart. Die Einspritzer 2 sind
mit einem Empfänger
für ein
Gemisch oder eine den Einspritzern 2 gemeinsame Commonrail 4 über entsprechende
Verteilungsrohrleitungen 3 verbunden. Die Commonrail 4 ist über eine
Hochdruckrohrleitung 5 mit einem Auslass einer Druckpumpe 6 verbunden. Die
Druckpumpe 6 ist zum Beispiel von einer maschinengetriebenen
Bauart, wobei ihr Pumpendruck steuerbar ist. Ein Einlass der Druckpumpe 6 ist
mit einem Kraftstofftank 8 über eine Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 verbunden.
Der Kraftstofftank 8 enthält darin einen flüssigen Kraftstoff,
der in diesem Ausführungsbeispiel
Leichtöl
ist. Andererseits enthält
ein zusätzlicher
Fluidtank oder Behälter 9 darin
ein zusätzliches
Fluid in flüssiger
Form, das eine von dem Leichtöl
unterschiedliche Dichte aufweist. Das zusätzliche Fluid kann zumindest
eines sein, das aus Wasser, Kohlendioxid, Wasserstoff, und Hydrokarbon
wie zum Beispiel Alkohol, Methan oder Ethan ausgewählt ist.
Es ist anzumerken, dass in dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
eine Flüssigkeit
mit einer niedrigeren Dichte als der des flüssigen Kraftstoffs als zusätzliches
Fluid verwendet wird.
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Eine
zusätzliche
Fluidzufuhrrohrleitung 10 erstreckt sich von dem zusätzlichen
Fluidtank 9, wobei einer seiner Auslässe mit der Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 verbunden
ist. Dieser Verbindungsabschnitt wird im Folgenden erklärt.
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Mit
Bezug auf 1 und 2 umfasst
die Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 eine stromaufwärtige Rohrleitung 7a,
die sich von dem Kraftstofftank 8 erstreckt, eine stromabwärtige Rohrleitung 7b,
die sich zu der Druckpumpe 6 erstreckt, und eine Verbindungsrohrleitung 7c,
die sich zwischen den Rohrleitungen 7a und 7b erstreckt.
Die zusätzliche
Fluidzufuhrrohrleitung 10 ist mit der Verbindungsrohrleitung 7c verbunden.
Insbesondere ist in der Verbindungsrohrleitung 7c ein Kraftstoffdurchtritt 11 ausgebildet, der
die stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Rohrleitungen 7a und 7b miteinander verbindet,
wobei ein Choke 12 in dem Brennstoffdurchtritt 11 ausgebildet ist.
Ein zusätzlicher
Fluiddurchtritt 13 ist ebenfalls in dem Verbindungsdurchtritt 7c ausgebildet,
um sich von dem Treibstoffdurchtritt 11 zu dem Choke 12 zu erstrecken,
und ist mit der zusätzlichen
Fluidzufuhrrohrleitung 10 verbunden. Mit anderen Worten öffnet sich
der Auslass des zusätzlichen
Fluiddurchtritts 13 in dem Choke 12 in den Kraftstoffdurchtritt 11.
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Mit
Bezug auf 3, die eine vergrößerte Ansicht
des Auslasses des zusätzlichen
Fluiddurchtritts 13 zeigt, ist der Auslass mit einem porösen Teil 14 bereitgestellt,
dass zum Beispiel aus Keramik hergestellt ist. Wahlweise kann das
poröse
Teil 14 aus einer viele Löcher aufweisenden Metallplatte,
einem gewebten oder ungewebten Stoff aus Metall oder aus einer Keramikfaser
sein.
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Wieder
mit Bezug auf 1 ist ein Steuerventil 15 in
der zusätzlichen
Fluidzufuhrrohrleitung 10 angeordnet, das zum Beispiel
von einer elektro-magnetischen Bauart ist. Das Öffnungsverhältnis des Steuerventils 15 ist
zum Beispiel durch das Steuern des Zyklusverhältnisses steuerbar. Zusätzlich ist
eine Zufuhrpumpe 16, deren Pumpendruck steuerbar ist, in
der Treibstoffzufuhrrohrleitung 7 zwischen dem oben erwähnten Verbindungsabschnitt
und dem Treibstofftank 8 oder in der stromaufwärtigen Rohrleitung 7a angeordnet.
Die Zufuhrpumpe 16 führt
den flüssigen
Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu der Druckpumpe 6 zu.
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Eine
elektrische Steuereinheit 3b besteht aus einem digitalen
Computer und umfasst ein ROM (nur Lesespeicher) 31, ein
RAM (Zugangsspeicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 34,
ein B-RAM (Sicherungs-RAM) 35, das immer mit der Stromzufuhr verbunden
ist, einen Eingangsport 36 und einen Ausgangsport 37,
die über
einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind.
Ein Drucksensor 38 ist in der Commonrail 4 angeordnet,
und erzeugt Ausgangsspannungen, die proportional zu dem Druck der
Commonrail 4 sind. Ein Lastsensor 39, der eine Maschinenlast
darstellende Ausgangsspannungen erzeugt, wie zum Beispiel eine Einlassluftmenge oder
das Niederdrücken
des Beschleunigungspedals ist ebenfalls bereitgestellt. Die Ausgangsspannungen der
Sensoren 38, 39 werden in den Eingangsport 36 über entsprechende
Analog-Digitalumwandler 40 eingegeben. Eine Maschinendrehzahlsensor 41,
der eine Maschinendrehzahl darstellende Impulse erzeugt, ist ebenfalls
mit dem Eingangsport 36 verbunden.
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Andererseits
ist der Ausgangsport 37 mit den Einspritzern 2,
der Druckpumpe 6, dem Steuerventil 15 und der
Zufuhrpumpe 16 über
entsprechende Antriebsschaltkreise 42 verbunden.
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Zusätzlich ist
die Commonrail 4 mit einer Temperatursteuereinheit 43 zum
Steuern der Temperatur des Gemisches in der Commonrail 4 bereitgestellt.
Die Einheit 43 umfasst eine Erwärmungsvorrichtung wie zum Beispiel
einen elektrischen Heizer, der mit dem Ausgangsport 37 über entsprechende Antriebsschaltkreise 42 verbunden
ist.
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Die
Commonrail 4 hat eine zylindrische Anordnung und ist so
angeordnet, dass eine ihrer Längsachsen
im wesentlichen vertikal gerichtet ist. Für die Commonrail 4 sind
ein Kraftstoffbereich 4a und ein zusätzlicher Fluidbereich 4b entlang
der Längsachse
definiert, wobei der Kraftstoffbereich 4a unter dem zusätzlichen
Fluidbereich 4b angeordnet ist. Die Einlasse der Verteilungsrohrleitungen 3 und der
Auslass der Hochdruckrohrleitung 5 öffnet sich hinaus in den Kraftstoffbereich 4a.
Es ist zu anzumerken, dass der Auslass der Hochdruckrohrleitung 5 sich
hinaus zwischen die Einlässe
der Verteilungsrohrleitungen 3 und den zusätzlichen
Fluidbereich 4b öffnet.
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Wenn
die Druckpumpe 6 und die Zufuhrpumpe 16 betätigt werden,
fließt
der flüssige
Kraftstoff in dem Kraftstofftank 8 durch die Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 zu
der Druckpumpe 6. Dies erzeugt eine Druckverringerung bei
dem Choke 12, der das zusätzliche Fluid in dem zusätzlichen
Fluidtank 9 durch die zusätzliche Fluidzufuhrrohrleitung 10 in
den Kraftstoffdurchtritt 11 einbringt. Auf diese Weise
wird ein Gemisch des flüssigen
Kraftstoffes und des zusätzlichen
Kraftstoffes ausgebildet, und dann zu der Druckpumpe 6 gerichtet.
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Es
ist anzumerken, dass sich die Fließrate des zusätzlichen
Fluids erhöht,
das zu dem Kraftstoffzutritt 11 einfließt, wenn die Druckverringerung oder
der Druckabfall, die auf den Auslass des zusätzlichen Fluiddurchtritt 13 angewendet
sind, erhöht werden,
und die Druckverringerung sich erhöht, wenn die Fließrate des
durch den Treibstoffdurchtritt 11 fließenden flüssigen Kraftstoffs sich erhöht. Entsprechend
wird ein Gemischverhältnis
im wesentlichen konstant gehalten, das ein Verhältnis einer Menge des zusätzlichen
Fluids zu dem des flüssigen Kraftstoffes
ist, wenn das Öffnungsverhältnis des Steuerventils 15 konstant
gehalten wird.
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Zusätzliche
betritt das zusätzliche
Fluid den Kraftstoffdurchtritt 11 durch die Mikroporen
des porösen
Teils 14. Als Ergebnis kommt das zusätzliche Fluid in Form von Tröpfchen in
den flüssigen
Kraftstofffluss, wobei deswegen der flüssige Kraftstoff und der zusätzliche
Kraftstoff gleichmäßig miteinander vermischt
werden.
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Das
auf diese Weise ausgebildete Gemisch wird dann durch die Druckpumpe 6 unter
Druck gesetzt und betritt danach die Commonrail 4. Der
Pumpendruck der Pumpe 6 wird gesteuert, um den Druck in
der Commonrail 4 bei einem Druck P1 zu halten, der höher ist
als der kritische Druck PC des zusätzlichen Fluids, und die Ausgabe
des Heizers 43 wird im voraus eingestellt, um die Temperatur
von dem Gemisch in der Commonrail 4 bei einer Temperatur
T1 zu halten, die höher
ist als die kritische Temperatur TC des zusätzlichen Fluids. Entsprechend
ist das Gemisch einer einen superkritischen Zustand ausbildenden
Umgebung ausgesetzt, in der das zusätzliche Fluid sich in seinem überkritischen
Zustand befindet. Auf diese Weise wird das zusätzliche Fluid in der Commonrail
in seinen überkritischen
Zustand gebracht, wobei das Gemisch zu dieser Zeit aus dem flüssigen Kraftstoff
und dem zusätzlichen
Fluid in seinem überkritischen
Zustand besteht.
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Es
ist zu anzumerken, dass die oben erwähnte, den überkritischen Zustand ausbildende Umgebung
durch die Druckpumpe 6 und den Heizer 43 eingeführt wird.
Deswegen können
die Druckpumpe 6 und der Heizer 43 als eine Vorrichtung
berücksichtigt
werden, die eine Ausbildung eines überkritischen Zustandes bestimmt.
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Das
Gemisch wird dann über
die Verteilungsrohrleitungen 3 zu den Einspritzern 2 zugeführt, und wird
dann von den Einspritzern in die Brennkammern der Maschine eingespritzt.
Dies verbessert die Atomisierung flüssigen Kraftstoffes und stellt
eine gute Verbrennung sicher. Der Mechanismus dieser Verbesserung
dieser Atomisierung ist nicht klar. Jedoch wird gedacht, dass der
Mechanismus erklärt
werden kann, wie folgt.
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Moleküle des zusätzlichen
Fluids in seinem überkritischen
Zustand können
sich mit Bezug zu dem seines flüssigen
Zustands außerordentlich
frei bewegen. Deswegen kann ein Molekül des zusätzlichen Fluids leicht zwischen
die Moleküle
des flüssigen
Kraftstoffs eindringen, was die Oberflächenspannung des flüssigen Kraftstoffs
verringert. Als Ergebnis kann der flüssige Kraftstoff keine Tröpfchen mit
einem großen
Durchmesser formen, nachdem er eingespritzt wurde, sondern formt
deswegen Tröpfchen mit
einem kleinen Durchmesser. Auf diese Weise wird die Atomisierung
verbessert.
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Gemäß diesem
Mechanismus hängt
der Verbesserungsgrad der Atomisierung von dem Gemischverhältnis ab.
Insbesondere erhöht
sich der Verbesserungsgrad, wenn sich das Gemischverhältnis erhöht. Dies
bedeutet, dass wegen einer Schwankung des Gemischverhältnisses
der Verbesserungsgrad der Atomisierung unerwünscht schwanken würde.
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Wie
oben erwähnt
wurde, bleibt das Gemischverhältnis
in der vorliegenden Ausführungsform
im Wesentlichen konstant, solange das Öffnungsverhältnis des Steuerventils 15 konstant
gehalten wird. Entsprechend ist eine stabile Verbesserung der Atomisierung
sichergestellt.
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Wenn
andererseits das zusätzliche
Fluid verdampft, bevor es mit dem flüssigen Kraftstoff vermischt
ist, oder bevor es in seinen überkritischen
Zustand gebracht wird, können
sich der flüssige
Kraftstoff und das zusätzliche
Fluid nicht gleichmäßig miteinander
vermischen, sogar nachdem es mit dem flüssigen Kraftstoff vermischt
ist. Obwohl Moleküle des
zusätzlichen
Fluids, das sich in seinen überkritischen
Zustand befindet, frei bewegen können,
ist es schwierig, mit solch einem ungleichmäßigen Gemisch eine gute Verbesserung
der Atomisierung zu erhalten.
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Falls
das zusätzliche
Fluid verdampft, erhöht sich
zusätzlich
das Volumen. Deswegen ist es schwierig, das zusätzliche Fluid ausreichend zuzuführen.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird das zusätzliche
Fluid von dem zusätzlichen
Fluidtank 9 zu der Druckpumpe 6 in seinem flüssigen Zustand gehalten.
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Insbesondere
die Temperatur in der flüssigen
Fluidzufuhrrohrleitung 10 und Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 von
dem zusätzlichen
Fluidtank 9 zu der Druckpumpe 6 wird niedriger
gehalten als die kritische Temperatur TC des zusätzlichen Fluids. Falls die
Temperatur des zusätzlichen
Fluids seine kritische Temperatur TC übersteigt, kann das zusätzliche Fluid
nicht bei einem beliebigen höheren
Druck in seinem flüssigen
Zustand sein. Es ist anzumerken, dass bei dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
die Temperatur des zusätzlichen
Fluids dessen kritische Temperatur TC nicht übersteigt, und deswegen eine Temperatursteuervorrichtung
oder eine Kühlvorrichtung
für das
zusätzliche
Fluid nicht bereitgestellt ist. Wahlweise kann eine Temperatursteuervorrichtung und
eine Kühlvorrichtung
verwendet werden, falls dies notwendig ist.
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Zusätzlich wird
der Druck des zusätzlichen Fluids
zumindest von dem zusätzlichen
Fluidtank 9 zu der Druckpumpe 6 höher beibehalten
als der Verdampfungs-(Verflüssigungs-)druck
des zusätzlichen Fluids,
der von der Temperatur des zusätzlichen
Fluids abhängt.
In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Pumpendruck der Zufuhrpumpe 16 höher eingestellt
als der Verdampfungsdruck des zusätzlichen Fluids. Dies hält den Druck
in der Kraftstoffzufuhrrohrleitung 7 und der zusätzlichen
Fluidzufuhrrohrleitung 10 von der Zufuhrpumpe 16 zu
der Druckpumpe 6 höher
als den Verdampfungsdruck des zusätzlichen Fluids, wobei die
Verdampfung des zusätzlichen
Fluids vermieden wird.
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Genauer
wird das zusätzliche
Fluid unter Verwendung der Druckverringerung zugeführt, der auf
dem Auslass des zusätzlichen
Fluiddurchtritts 13 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
angewendet, und auf diese Weise der Pumpendruck der Zufuhrpumpe 16 so
eingestellt, dass der Druck bei dem Auslass des zusätzlichen
Fluiddurchtritts 13 immer noch höher ist als der Verdampfungsdruck
des zusätzlichen
Fluids.
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Zusätzlich zu
dem zusätzlichen
Fluid kann auch der Kraftstoff in seinen überkritischen Zustand gebracht
werden. Jedoch wird gemäß dem Verbesserungsmechanismus
der Atomisierung wie oben erwähnt,
die Verbesserung der Atomisierung nur durch das Bringen des zusätzlichen
Fluids in seinen überkritischen
Zustand sichergestellt. Außerdem
ist es nicht bevorzugt, beide in ihre überkritischen Zustände zu bringen,
wobei der Energieverbrauch berücksichtigt
wird.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
das Gemisch aus dem Kraftstoff, der sich nicht in seinem überkritischen
Zustand befindet, und dem zusätzlichen
Fluid, das sich in seinem überkritischen Zustand
befindet, ausgebildet und dann in die Maschine eingespritzt. Mit
anderen Worten werden der Druck und die Temperatur in der Commonrail 4 eingestellt,
um zu verhindern, dass der Kraftstoff sich in seinem überkritischen
Zustand befindet, während das
zusätzliche
Fluid sich in seinem überkritischen Zustand
befindet.
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Dies
ist nur eingeführt,
wenn zumindest entweder der kritische Druck oder die kritische Temperatur
des zusätzlichen
Fluids niedriger sind als der entsprechende Wert des Kraftstoffes.
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Die
Steuerung des Zyklusverhältnisses
D des Steuerventils wird nun mit Bezug auf 4 erklärt.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist das Zyklusverhältnis D
auf D0 eingestellt, das ein Maximum sein kann, wenn die Maschine
sich in dem normalen Betrieb befindet, indem die Maschinenlast L
höher ist als
eine erste vorbestimmte Last L1 und niedriger als eine zweite vorbestimmte
Last L2, die höher
ist als L1. Es kann in einem anderen Gesichtspunkt gesagt werden,
dass die Querschnittsbereiche des Chokes 12 und der zusätzlichen
Fluiddurchtritt 13 zum Beispiel so eingestellt sind, dass
das Gemischverhältnis mit
D = D0 geeignet ist.
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Im
Gegensatz, wenn die Maschine sich in dem Niedrig-Lastbetrieb befindet, in dem L ≤ L1 ist, wird
das Zyklusverhältnis
D auf D1 eingestellt, das kleiner ist als D0. Dies bedeutet, dass
das Gemischverhältnis
verringert ist. Wenn die Maschine sich in dem Niedrig-Lastbetrieb
befindet, ist eine der Maschine zuzuführende Kraftstoffmenge klein,
und deswegen kann die Verbrennung leicht instabil werden. Entsprechend
wird das Gemischverhältnis
verringert, um ein Ausmaß des
in dem Gemisch enthaltenen zusätzlichen
Kraftstoffes zu verringern, und dabei die Verbrennung stabil zu
machen.
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Wenn
die Maschine sich in dem Hoch-Lastbetrieb befindet, in dem L ≥ L2 ist, wird
das Zyklusverhältnis
auf D2 eingestellt, dass ebenfalls kleiner ist als D0. Als Ergebnis
wird das Gemischverhältnis ebenfalls
in diesem Fall verringert. Wenn die Maschine sich in dem Hoch-Lastbetrieb
befindet, ist eine der Maschine zuzuführende Treibstoffmenge groß, und deswegen
würde der
Einspritzzeitraum des Einspritzers 2 außerordentlich lang werden,
falls solch eine große
Kraftstoffmenge mit der entsprechenden Menge des zusätzlichen
Fluids eingespritzt werden sollte. Deswegen wird das Gemischverhältnis verringert, um
den Einspritzzeitraum zu verkürzen.
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Es
ist anzumerken, dass D1 und D2 0 sein können. Mit anderen Worten kann
das Mischen des flüssigen
Kraftstoffs und des zusätzlichen
Fluids angehalten werden, wenn sich die Maschine in dem Niedrig-
oder Hoch-Lastbetrieb befindet. Zusätzlich könnte das Steuerventil 15 geschlossen
gehalten werden, während
die Maschine angehalten ist. Dies verhindert, dass zusätzliches
Fluid aus dem zusätzlichen
Fluidtank 9 austritt, insbesondere wenn zusätzliches
Fluid aus einem Material besteht, das bei Normaltemperatur verdampft.
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5 zeigt
eine Routine zum Berechnen des Zyklusverhältnisses D des Steuerventils 15.
Diese Routine wird jede vorbestimmte Zeit durch eine Unterbrechung
ausgeführt.
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Mit
Bezug auf 5 wird in Schritt 100 beurteilt,
ob die Maschinenlast L gleich oder niedriger ist als die erste vorbestimmte
Last L1. Wenn L ≤ L1
ist, geht die Routine zu Schritt 101, wo das Zyklusverhältnis D
auf D1 eingestellt wird. Im Gegensatz, wenn L ≥ L1 ist, geht die Routine zu
Schritt 102, wo beurteilt wird, ob die Maschinenlast L
gleich oder höher
ist als die zweite vorbestimmte Last L2. Wenn L ≥ L2 ist, geht die Routine zu
Schritt 103, wo das Zyklusverhältnis D auf D2 eingestellt
wird.
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Wenn
L < L2 in Schritt 102 ist,
das heißt, wenn
L1 < L < L2 ist, geht die
Routine zu Schritt 104, wo D auf D0 eingestellt wird. Das
Steuerventil 15 wird so gesteuert, dass dessen Ventil bei
D gehalten wird.
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Wie
am Anfang erwähnt
wurde, würde
in der Commonrail 4 die untere Schicht des flüssigen Kraftstoffes
und die obere Schicht des zusätzlichen
Fluids ausgebildet werden, wenn das zusätzliche Fluid sich nicht in
seinem überkritischen
Zustand befindet, während
zum Beispiel die Maschine angehalten ist. Sogar während die
Maschine in Betrieb ist, kann das gleiche auftreten, falls die Druckpumpe 6 oder
der Heizer 43 nicht funktionieren.
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Der
Kraftstoffbereich 4a und der zusätzliche Fluidbereich 4b,
wie oben erwähnt,
entsprechen im wesentlichen Bereichen, die der Kraftstoff und die
zusätzlichen
Schichten entsprechend einnehmen. Deswegen öffnen sich die Einlässe der
Verteilungsrohrleitungen 3 und der Auslass der Hochdruckrohrleitung 5 in
die Kraftstoffschicht hinaus.
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Die
Einlässe
der Verteilungsrohrleitungen 3, die sich hinaus in die
Kraftstoffschicht öffnen,
verhindern, dass das nicht überkritische
zusätzliche
Fluid in der zusätzlichen
Fluidschicht in die Verteilungsrohrleitungen 3 fließt, wobei
der Auslass der Hochdruckrohrleitung 5, der sich hinaus
in die Kraftstoffschicht öffnet,
verhindert, dass das nicht überkritische,
zusätzliche
Fluid in der zusätzlichen
Fluidschicht durch das neu zu der Commonrail 4 zugeführte Gemisch
in die Verteilungsrohrleitungen 3 eindringt. Dies verhindert
eine Verschlechterung der Verbrennung, zum Beispiel bei dem Neustart
der Maschine.
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Wenn
die Maschine neu gestartet wird, erhöht sich die Temperatur in der
Commonrail 4 allmählich,
wobei deswegen das zusätzliche
Fluid in der Commonrail 4 allmählich in seinem überkritischen Zustand
gebracht wird. Das zusätzliche
Fluid in seinem überkritischen
Zustand würde
sich mit dem flüssigen
Kraftstoff vermischen, wobei zuletzt die beiden Schichten in der
Commonrail 4 verschwinden würden.
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Die
Abmessungen der flüssigen
Kraftstoff- und zusätzlichen
Fluidschichten in der Commonrail 4, die ausgebildet werden,
wenn die Maschine angehalten ist, oder die Höhe der Schnittstelle zwischen der
flüssigen
Kraftstoff- und zusätzlichen
Fluidschichten hängen
von dem Gemischverhältnis
direkt bevor die Maschine angehalten wird ab. Das Gemischverhältnis ist
veränderlich
wie oben mit Bezug auf 4 und 5 erwähnt wurde.
In der vorliegenden Ausführungsform
sind die Kraftstoff- und zusätzlichen Regionen 4a, 4b definiert,
um zu verhindern, dass die zusätzliche
Fluidschicht in dem Kraftstoffbereich 4a ausgebildet wird,
sogar wenn das Gemischverhältnis sich ändert.
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Es
ist anzumerken, dass das zusätzliche
Fluid in dem neu von der Hochdruckrohrleitung 5 zugeführten Gemisch
sich direkt nach dem Neustart des Motors nicht in seinem überkritischen
Zustand befindet. Jedoch ist dieses zusätzliche Fluid mit dem flüssigen Kraftstoff über das
poröse
Teil 14 (3) vermischt, und deswegen berücksichtigt
eine von dem zusätzlichen
Fluid unterschiedliche Charakteristik zu haben, das in der zusätzlichen
Fluidschicht enthalten ist, die es von dem flüssigen Kraftstoff trennt.
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Sogar
falls das zusätzliche
Fluid in dem neu von der Hochdruckrohrleitung 5 zugeführten Gemisch
sich von dem flüssigen
Kraftstoff trennt, wird das getrennte, zusätzliche Fluid nach oben zu
der zusätzlichen
Fluidschicht gerichtet, und nicht zu den Verteilungsrohrleitungen 3 gerichtet.
Dies deswegen, da der Auslass der Hochdruckrohrleitung 5 sich
hinaus zwischen die Einlässe
der Verteilungsrohrleitungen 3 und den zusätzlichen
Fluidbereich 4b öffnet.
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Die
Commonrail 4 kann zum Beispiel eine kugelige Anordnung
aufweisen. Wahlweise kann die Commonrail 4 mit einer zylindrischen
Anordnung so angeordnet sein, dass ihre Längsachse horizontal ausgerichtet
ist. Jedoch erstreckt sich die eine zylindrische Anordnung aufweisende
Commonrail 4 mit der im wesentlichen vertikal ausgerichteten
Längsachse,
wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, einen
Abstand von den Einlässen
der Verteilungsrohrleitungen 3 oder dem Auslass der Hochdruckrohrleitung 5 zu
der zusätzlichen
Fluidschicht, wobei der Schnittstellenbereich zwischen den beiden Schichten
klein gehalten wird. Dies verhindert außerdem, dass nicht überkritisches
zusätzliches
Fluid die Verteilungsrohrleitungen 3 betritt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
werden sowohl der flüssige
Kraftstoff als auch das zusätzliche
Fluid durch die Druckpumpe 6 zugeführt. Wahlweise kann gesagt
werden, dass eine Pumpe zum Zuführen
des flüssigen
Kraftstoffes ebenfalls das zusätzliche
Fluid zuführt.
Deswegen ist keine Pumpe zum Zuführen
des zusätzlichen
Fluids notwendig. Dies sorgt dafür,
dass ein notwendiger Raum zur Installation klein ist.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel öffnet sich
der Auslass des zusätzlichen
Fluiddurchtritts 13 in dem Choke 12, wie aus 2 ersichtlich ist.
Wahlweise kann sich der Auslass hinaus, stromabwärts von dem Choke 12 öffnen, solang
die Druckverringerung zu dem Auslass angewendet wird.
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Zusätzlich ist
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
das poröse
Teil 14 bei dem Auslass des zusätzlichen Fluiddurchtritts 13 angeordnet,
um den flüssigen
Kraftstoff und das zusätzliche
Fluid gleichmäßig zu mischen.
Um solch ein gleichmäßiges Mischen
zu verbessern, kann eine Vorrichtung zum Rühren des Gemisches stromabwärts von
dem Choke 12 angeordnet sein, wie zum Beispiel in der Treibstoffzufuhrrohrleitung 7.
Die Rührvorrichtung kann
Rippen umfassen, die auf der Innenwand der Treibstoffzufuhrrohrleitung 7 bereitgestellt
sind, und sich spiralig entlang einer Längsachse der Treibstoffzufuhrrohrleitung 7 erstrecken.
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Außerdem kann
ein Fluid mit einer Dichte, die größer ist als diesen flüssigen Kraftstoffs,
als das zusätzliche
Fluid verwendet werden. In diesem Fall ist der Kraftstoffbereich 4a auf
der Oberseite der Commonrail 4 definiert, und der zusätzliche
Fluidbereich 4b ist an der Unterseite definiert.
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6 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung, in der der flüssige
Kraftstoff und das zusätzliche
Fluid getrennt zu der Commonrail 4 zugeführt werden,
und in der Commonrail 4 gemischt werden.
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Insbesondere
der Kraftstofftank 8 ist mit einer Druckpumpe 106f über die
Treibstoffzufuhrrohrleitung 7 verbunden, wobei die Druckpumpe 106f mit der
Commonrail 4 über
eine Hochdruckrohrleitung 105f verbunden ist. Andererseits
ist der zusätzliche Fluidtank 9 über die
zusätzliche
Fluidzufuhrrohrleitung 10 mit einer Druckpumpe 106a verbunden,
wobei die Druckpumpe 106a mit der Commonrail 4 über die
Hochdruckrohrleitung 105a verbunden ist. Zufuhrpumpen 116f und 116a sind
in den entsprechenden Zufuhrrohrleitungen 7 und 10 angeordnet.
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Die
Druckpumpen 106f und 106a sind von der gleichen
Bauart wie die Druckpumpe 6, die oben erwähnt wurde,
wobei die Pumpendrücke
der Pumpen 106f und 106a gesteuert sind, um den
Druck in der Commonrail 4 höher zu halten als den kritischen Druck
des zusätzlichen
Fluids.
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Der
Auslass der Hochdruckrohrleitung für den flüssigen Kraftstoff 105f öffnet sich
hinaus in den Kraftstoffbereich 4a, und zwischen die Einlässe der Verteilungsrohrleitungen 3 und
den zusätzlichen
Fluidbereich 4b, während
der Auslass der Hochdruckrohrleitung für das zusätzliche Fluid 105a sich
hinaus in den zusätzlichen
Fluidbereich 4b öffnet.
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Die
anderen Konstruktionen und Betätigungen
der Vorrichtungen sind gleich wie die des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels,
weswegen deren Erklärungen
ausgelassen werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage
ist zu verhindern, dass sich die Verbrennung verschlechtert, wenn
zusätzliches Fluid
in dem Empfänger
nicht in seinem überkritischen
Zustand ist.