JP4410682B2 - 内燃機関用の燃料システム及びそれを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関への燃料供給に関する。

カリフォルニア低排ガス車ＩＩ（ＬＥＶＩＩ）、米国連邦環境保護局（ＥＰＡ）段階２、及び欧州連合ＥＵ−ＩＶを含む、今後数年間にわたって実施されるように計画されているかってないほど厳しい排ガス規制に照らして、特に冷始動及び暖機中に前触媒エンジンから排出されるＨＣ排出物に対して、研究と開発の多大な努力が集中されている。これは、主に、連邦試験手順（ＦＴＰ）中に典型的な軽車両から生じる炭化水素排出物の全体の８０％に及ぶ部分が、その試験の最初の１２０秒の間に生じ得るという事実によるからである。

これらの高レベルの排出物は、主に、エンジンと排気部品の温度が低いことに起因している。具体的には、エンジン部品の温度が低いと、過濃燃料での運転が必要である。すなわち、エンジン部品の温度が低いと、吸気システムと燃焼室の壁に付着された燃料の部分を補うために、過剰の燃料が供給され、この過剰の燃料は、容易に燃焼されない。さらに、温度の低い三元触媒は、冷始動中にエンジンを通る未燃炭化水素の大部分を還元することができない。その結果、高濃度の未燃炭化水素が、排気管から放出される。なお、冷始動中の過剰な炭化水素の排出物に関連する過濃燃料の供給は、液体ガソリンよりもむしろガソリン蒸気を用いることによって、なくすことができることがわかっている。

微細な液体燃料の液滴と空気を内燃機関に供給する種々のシステムが、考案されており、これらは、エンジン暖機の後では比較的良好に機能する。これらのシステムは、燃料を燃焼室に直接供給する（直接噴射）か、あるいは気化器又は燃料噴射装置を用いて、混合気を吸気マニフォールドを介して燃焼室に供給する（間接噴射）か、のいずれかである。現在採用されているシステムにおいて、燃料／空気混合物は、液体燃料を噴霧化し、それを微細な液滴として空気流に供給することによって、生成されている。

ポート燃料噴射を採用する従来の火花点火エンジンでは、噴射された燃料は、その液体燃料の液滴を吸気口または吸気マニフォールドの温度の高い構成部品に導くことによって、蒸発される。通常の運転条件において、液体燃料は、温度の高い構成部品の表面上に膜をなし、続いて、蒸発される。次いで、蒸発された燃料と吸入空気の混合物は、吸気弁が開いてピストンが下死点に向かって移動するにつれて生じる差圧によって、シリンダ内に引込まれる。最新のエンジンに適合する制御レベルを確実に得るために、この蒸発技術は、典型的には、一エンジンサイクル未満で生じるように最適化されている。

殆どのエンジンの運転条件において、吸気部品の温度は、衝突する液体燃料の液滴を急速に蒸発するのに十分である。しかし、前述したように、冷始動及び暖機のような運転条件では、燃料は、比較的温度の低い構成部品への衝突によって蒸発されない。代わりに、これらの条件でのエンジンの運転は、燃料の十分な比率の部分が温度の低い吸気部品との衝突の前に、空気内を通過しながら、熱と物質伝達によって蒸発するように、過剰の燃料を供給することによって確実にされる。この機構における蒸発速度は、燃料の性質、温度、圧力、相対的な液滴と空気の速度、及び液滴の直径の関数である。勿論、この手法は、極端に周囲温度の低い始動、すなわち、燃料の揮発度が、空気と共に点火可能な濃度の蒸気を生成するのに不十分である場合、破綻することになる。

化学的に完全な燃焼を達成するには、燃料／空気混合物は、化学量論的又は燃料が希薄な気相の混合物が得られるように、蒸発されねばならない。化学量論的な燃焼可能な混合気は、完全な燃焼に必要な正確な量の空気（酸素）と燃料を含んでいる。ガソリンの場合、この空燃比は、重量単位で、約１４．７：１である。完全に蒸発されず、化学量論的でもない燃料／空気混合物は、不完全な燃焼を招き、熱効率が低下する。理想的な燃焼プロセスの生成物は、水（Ｈ₂Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）である。もし燃焼が不完全である場合、炭素が十分に酸化されず、一酸化炭素（ＣＯ）と未燃炭化水素（ＨＣ）を生じることになる。

空気汚染を低下させる義務付けによって、燃焼の不十分さを燃料システムとエンジンの改修によって補う試みがなされている。燃料を前処理して、供給するシステムに関する先行技術によって明らかなように、さらに完全な燃焼を可能とするために、液体燃料の液滴の大きさを減少させること、システムの乱流を増大させること、及び燃料を蒸発させる十分な熱を与えることに、多大の努力が払われている。

しかし、低いエンジン温度において不十分な燃料を生成させると、後処理及び複雑な制御方式を必要とする多量の排出物が生じるという問題が生じる。このような制御方式として、排ガス再循環、可変弁タイミング、遅延点火タイミング、圧縮比の低下、炭化炭素トラップ及びそこに近接して連結された触媒コンバータの使用、及び未燃炭化水素を酸化させ、触媒コンバータの始動に有益な発熱反応を生成させる空気噴射が挙げられる。

未燃炭化水素の比較的大部分は始動中に放出されるので、軽車両エンジンの運転におけるこの態様に、技術的な開発の多大の努力が集中されている。さらに、ますます厳しくなる排出物の基準が法令化され、消費者は価格と性能に依然として敏感なので、これらの開発の努力は、常に最高のものを得るように継続されている。従来のエンジンから始動時の排出物を低減させるこのような努力は、一般的に、３つの範疇、すなわち、（１）三元触媒システムを暖めるに必要な時間を短縮させる範疇と、（２）燃料蒸発の技術を改良する範疇と、（３）触媒が始動するまで、未燃炭化水素を捕獲する範疇に、分類される。三元触媒を暖めるのに必要な時間を短縮するための努力は、今日まで、点火タイミングを遅延させて排気温度を上昇させる手法、排気弁を早めに開く手法、触媒を電気的に加熱する手法、触媒をバーナ加熱又は火炎加熱する手法、及び触媒を触媒活性的に加熱する手法に対してなされている。全体として、これらの努力の殆どは、コストが高く、冷始動中及びその直後のＨＣ排出物に対処することができない。

燃料蒸発の問題点に対処する種々の技術が、提案されている。燃料蒸発技術を提案している米国特許には、ハドソン・ジュニアらに付与された米国特許第５，１９５，４７７号、クラークに付与された米国特許第５，３３１，９３７号、アスムスに付与された米国特許第４，８８６，０３２号、ルイスらに付与された米国特許第４，９５５，３５１号、オザに付与された米国特許第４，４５８，６５５号、クックに付与された米国特許第６，１８９，５１８号、ハントに付与された米国特許第５，４８２，０２３号、ハントに付与された米国特許第６，１０９，２４７号、アワルザマニらに付与された米国特許第６，０６７，９７０号、クローンらに付与された米国特許第５，９４７，０９１号、ナインズに付与された米国特許第５，７５８，８２６号及び米国特許第６，１０２，３０３号、シュリングに付与された米国特許第５，８３６、２８９号、及びチカネック・ジュニアらに付与された米国特許第５，８１３，３８８号が含まれる。

蒸発された燃料を供与する重要な実際面の課題の１つとして、燃料蒸気を定量供給することが困難であるという事実が挙げられ、実際、冷始動時の排出物を低減させる殆どの手法は、燃料を液体として定量供給し、次いで、それを蒸発する手法に集約されている。噴射装置の出口に付加された燃料加熱器又は蒸発器を有する加熱された燃料の噴射装置の概念は、一般的に、加熱器が停止されると、噴霧と燃料の対象に向けての噴射が劣るという問題を有している。また、加熱された噴射装置と加熱された衝突板は、加熱要素に必要とされる電力の最小化と蒸発器の暖機に必要な時間の最短化との間に、本質的な設計上の問題を有している。実際、加熱された噴射装置と加熱された衝突板の両方と関連する加熱時間は、過剰な電力が供給されない限り、余りにも長すぎる。

提案された他の燃料供給装置として、燃料電池システムに用いられる燃料を定量供給する装置を開示する米国特許第３，７１６，４１６号が挙げられる。この燃料電池システムは、自己調整によって、所定レベルの電力を生成するように意図されている。提案された燃料の定量供給システムは、後で燃焼させるための燃料の前処理を改良するためというよりも、むしろ、燃料電池の電力出力に対応して燃料の流れを絞るための毛細管流量制御装置を備えている。燃料は、むしろ、Ｈ₂への変換のための燃料改質装置に送給され、次いで、燃料電池に送給されるようになっている。好ましい実施形態において、毛細管チューブは金属から作製され、毛細管それ自体は、燃料電池の電力出力と電気的に接触する抵抗体として用いられている。蒸気の流れ抵抗は、液体の流れ抵抗よりも大きいので、電力出力が大きくなると、その流れは絞られる。使用されるのが示唆される燃料は、熱を加えることによって液体から蒸気に容易に変換され、毛細管内を自在に流れるどのような流体をも含むとされている。蒸発は、絞りが自動車用のエンジンにおいて生じるような方法によって、達成されると思われる。

米国特許第６，２７６，３４７号は、内燃機関用の燃料噴射システムを開示している。このシステムは、排出口のすぐ上流側に、燃料を加熱するための電気加熱要素を備えている。通常の運転温度よりも低いエンジン温度において、燃料は、噴射されるべき燃料の大部分が、排出口から出る直後よりも遅くならずに気相に変換される程度に、加熱されると述べられている。

米国特許第６，２７６，３４７号は、液体の噴霧又は蒸発を達成するための超臨界又は準超臨界噴霧装置及び方法を提案している。米国特許第６，２７６，３４７号の超臨界噴霧装置は、典型的にはガソリンを燃焼させる小型、軽量、かつ低圧縮比の火花点火ピストンエンジンを作動させるのに、重燃料を用いることを可能とすると、述べている。この噴霧装置は、液体又は液体に類似の燃料をそれらの超臨界温度に向けて移動させ、その燃料を、燃料と関連する相平衡状態図において気体が安定する領域の低圧領域内に開放することによって、その燃料から微細な液滴の噴霧を生成し、これによって、燃料の噴霧又は蒸発を生じさせることを意図している。燃焼エンジン、科学機器、化学的処理、廃棄物処理制御、清浄化、エッチング、虫害制御、表面改質、加湿、及び蒸発に対する有用性が開示されている。

分解を最小限に抑えるために、米国特許第６，２７６，３４７号は、噴霧用の絞り弁の遠位端を通過するまで、燃料を超臨界温度未満に維持する方法を提案している。用途によっては、絞り弁のちょうど先端を加熱することが、化学反応又は析出の可能性を最小限に抑えるために望まれている。これによって、溶液から取り出されてラインやフィルタを詰まらせる傾向がある燃料流れ内の不純物、反応物、又は材料に関連する問題を低減させると、述べられている。超臨界圧又は準超臨界圧での作動は、燃料供給システムが２１から５６ｋｇ／ｃｍ²（３００から８００ｐｓｉ）の範囲内で操作されることを示唆している。超臨界圧及び温度を用いることによって噴霧器の詰まりを低減させるが、これらの高圧での操作を可能にする比較的高価な燃料ポンプ、燃料ライン、及び取付け具の使用を必要とすることが予想される。

米国特許第６，２７６，３４７号として刊行されている出願の分割出願である米国特許第６，３９０，０７６号は、液体の噴霧又は蒸発を達成するための準超臨界噴霧装置及び方法も提案している。この特許の請求項は、バーナへの使用に向けられている。超臨界点よりも下方に滞留させることによって、殆どの用途において、液体または流体内の成分の分解及び／又は析出を防ぐと述べられている。さらに、噴霧装置への熱の入力を調整することによって、その液溶液は、種々の程度に蒸発され得ることが提案されている。この開示されている装置は、絞りチューブの遠位端が熱制御ユニットによって制御される加熱要素に連結される、ことを提案している。抵抗加熱要素として、気体供給システムの加熱パイプに一般的に用いられる型式の抵抗テープヒータが使用されるとよい、と提案されている。熱制御ユニットは、従来の設計によるものであり、又は随意的に、トルク又は回転数のようなエンジンの運転パラメータに対応して作動されるとよく、これによって、エンジンのシリンダ内に噴射される燃料の蒸発の程度を変更することができる、と述べられている。

一態様において、本発明は、燃料システムを制御し、燃料を内燃機関に供給する方法であって、燃料システムは、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置された熱源とを備え、熱源は、少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分な程度に、加熱することが可能である方法において、
（ａ）エンジンの空気流れを決定するステップと、
（ｂ）エンジン暖機の程度を示す値を測定するステップと、
（ｃ）少なくとも１つの毛細管流路によって蒸気状態に変換されるべき液体燃料の部分を決定するステップであって、上記ステップ（ａ）−（ｂ）において測定された値を用いるステップと、
（ｄ）少なくとも１つの燃料噴射装置の熱源に供給される電力を、所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、所定の目標温度は、上記ステップ（ｃ）によって決定された液体燃料の部分を蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、
（ｅ）燃料を内燃機関の燃焼室に供給するステップと
を含み、
蒸気状態に変換されるべき液体燃料の部分は、最小の排気排出物を達成するように決定される、
方法に関する。

他の態様において、本発明は、内燃機関に用いられる燃料システムにおいて、
（ａ）複数の燃料噴射装置であって、各噴射装置は、（ｉ）少なくとも１つの毛細管流路であって、入口端と出口端とを有する毛細管流路と、（ｉｉ）少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置された熱源であって、少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分な程度に加熱するように操作可能である熱源と、（ｉｉｉ）内燃機関への燃料を定量供給するための弁であって、少なくとも１つの毛細管流路の出口端に近接して配置される弁とを備える燃料噴射装置と、
（ｂ）前記複数の燃料噴射装置と流体連通する液体燃料供給システムと、
（ｃ）前記複数の燃料噴射装置の各々の熱源に供給される電力を、所定の目標温度を達成するように制御する制御装置であって、所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸発状態に変換するように操作可能である制御装置と、
（ｄ）エンジン空気流れを決定する手段であって、前記制御装置に操作可能に接続された手段と、
（ｅ）エンジン暖機の程度を示す値を測定するセンサであって、前記制御装置に操作可能に接続されたセンサと
を備え、
蒸発状態に変換されるべき液体燃料の一部は、最小の排気排出物を達成するように制御されている、
燃料システムに関する。

この燃料システムは、内燃機関の冷始動及び暖機における排出物を低減させるのに有効である。実質的に蒸発された燃料が空気中に凝縮するときに、微細な液滴寸法のエアロゾルを形成することによって、効率的な燃焼が促進される。蒸発された燃料は、内燃機関の冷始動及び暖機中にその内燃機関の燃焼室に供給させることができ、排出物の低減を達成することができる。

他の態様において、沈殿物を清浄化させる手段が設けられている。この沈殿物を清浄化させる手段は、毛細管流路をその場で清浄化することができる。

以下、単なる例示に過ぎないが、本発明の好ましい形態と、添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

以下、図１〜図１５に示される実施形態について説明する。これらの図面の全体にわたって、類似の参照番号は、類似の部品を示すように用いられている。

内燃機関の冷始動、暖機、及び通常の運転に有用な燃料システム及びその制御方法が提供されている。この燃料システムは、実質的に蒸発された燃料がエンジンシリンダ内に供給されるように、液体燃料を加熱することができる毛細管流路を有する燃料噴射装置を備えている。実質的に蒸発された燃料は、従来の燃料噴射システムと比較して、排出物を低減させて燃焼され得るものである。さらに、この燃料システムは、少ない電力しか必要とせず、他の蒸発技術よりも短い暖機時間を有している。

一般的に、ガソリンは低温では容易に蒸発しない。冷始動及び暖機期間中、液体燃料の蒸発は、比較的わずかしか生じない。そこで、燃焼させる空気／燃料混合物を得るのに、過剰の液体燃料をエンジンの各シリンダに供給する必要がある。過剰の液体燃料から生成される燃料の蒸気を点火すると、シリンダから放出される燃焼ガスには、未燃燃料と望ましくないガス状の排出物が含まれることになる。しかし、通常の運転温度に達すると、液体燃料は直ちに蒸発するので、容易に燃焼される空気／燃料混合物を得るのに、少ない燃料しか必要とされない。有利には、通常の運転温度に達すると、空気／燃料混合物は、化学量論比又はその近傍に制御され、これによって、未燃炭化水素及び一酸化炭素の排出物を低減させることができる。さらに、燃料供給が化学量論比又はその近傍で制御されると、未燃炭化水素と一酸化炭素を同時に酸化し、三元触媒（ＴＷＣ）によって酸化窒素を還元するのにちょうど十分な空気が排気流れに持ち込まれることになる。

本発明のシステムと方法は、実質的に蒸発された燃料を、吸気流路内に噴射するか又はエンジンシリンダ内に直接噴射し、これによって、エンジンの始動及び暖機期間中における過剰な燃料の必要性をなくすことができる。燃料は、好ましくは、空気又は空気と希釈剤との化学量論的な又は燃料が希薄な混合物の形態で、エンジンに供給され、その結果、燃料の実質的に全てが、冷始動及び暖機期間中に燃焼されることになる。

従来のポート燃料噴射の場合、着実で迅速なエンジン始動を確実にするには、過濃燃料の供給が必要である。燃料が過濃な状態では、三元触媒に達する排気流れは、触媒が暖まるにつれて過剰な燃料と未燃炭化水素を酸化させるのに十分な空気を含んでいない。この問題に対処する１つの手法は、触媒コンバータの上流側において、付加的な空気を排気流れに供給する空気ポンプを利用することである。この目的は、触媒がその稼動温度に達したとき、触媒表面で反応し得る化学量論的な又はわずかに燃料が希薄な排気流れを生成することにある。対照的に、本発明によるシステムと方法は、冷始動及び暖機期間中、エンジンが化学量論的な又はごくわずかに燃料が希薄な状態で運転されることを可能とし、これによって、過濃燃料の供給の必要性及び付加的な排気ポンプの必要性をなくし、排気の後処理システムのコストと複雑さを低減させることができる。

冷始動及び暖機期間中に触媒を暖めるための他の手法は、この期間中に、エンジンを意図的に極めて過濃な燃料で作動させることにある。この過濃な燃料の排気流れに空気を供給するための排気空気ポンプを用いることによって、燃焼可能な混合物が生成されることが可能となり、この混合物は、自動点火によるか、又は触媒コンバータの上流側又はその触媒コンバータ内の点火源によるかのいずれかによって、燃焼される。この酸化プロセスによる発熱は、排ガスを著しく加熱し、この排ガスが触媒を通過するときに、その熱の大部分が触媒コンバータに伝達される。本発明のシステム及び方法を用いることによって、エンジンは、交互のシリンダを過濃な燃料及び希薄な燃料で運転されるように制御することが可能であり、これによって、空気ポンプなしで、同じ効果を達成することができる。例えば、４シリンダエンジンの場合、２つのシリンダは、冷始動及び暖機期間中に、排ガス内に未燃炭化水素を生成させるように、過濃燃料で作動させることができる。残りの２つのシリンダは、冷始動及び暖機希薄中に、希薄燃料で作動させ、酸素を排気流れ内にもたらすことができる。

本発明による燃料システムは、少なくとも１つの毛細管の大きさの流路を備え、加圧燃料が、エンジン内に燃焼のために噴射される前に、この流路内を流れるようになっている。毛細管の大きさの流路は、好ましくは、２ｍｍ未満、さらに好ましくは、１ｍｍ未満、最も好ましくは、０．５ｍｍ未満の流体直径を有することが可能である。流体直径は、流体を移送する要素内を通る流体流れを計算する場合に用いられる。流体半径は、流体を移送する要素の流れ面積をその流体と接触する固体の境界の周辺長さ（一般的に、「浸辺」長さと呼ばれる）で割った値によって定義されている。円形断面を有する流体を移送する要素の場合、流体半径は、その要素内に流体が充満して流れている場合、（πＤ²／４）／πＤ＝Ｄ／４である。非円形の流体を移送する要素における流体流れの場合、流体直径が用いられる。流体半径の定義から、円形断面を有する流体移送要素の直径は、流体半径の４倍である。従って、流体直径は、流体半径の４倍として定義されている。

熱は毛細管通路に沿って加えられる。これによって、その通路に入る液体燃料の少なくとも一部が、通路に沿って進行するにつれて、蒸気に変換される。燃料は、実質的に蒸気として、毛細管通路から出るが、加熱された液体燃料の蒸発されなかったわずかな部分を任意に含んでいる。「実質的に蒸発される」という用語は、液体燃料の少なくとも５０体積％、さらに好ましくは、少なくとも７０体積％、最も好ましくは、少なくとも８０体積％が、熱源によって蒸発されることを意味している。複雑な物理的な影響によって、１００％の蒸発を達成することは困難であるが、にもかかわらず、完全な蒸発が望ましい。これらの複雑な物理的な影響として、燃料の沸点の変動が挙げられる。何故なら、沸点は圧力に依存し、その圧力は毛細管流路内において変動し得るからである。従って、毛細管流路内における加熱中に、燃料の大部分は沸点に達するが、液体燃料の一部は完全に蒸発されるほどには十分に加熱されないことが考えられ、その結果、液体燃料の一部は、蒸発された流体と共に、毛細管流路の出口を通過することになる。

毛細管の大きさを有する流路は、好ましくは、単層又は多層の金属、セラミック、又はガラス体のような毛細管体に形成されている。この流路は、入口と出口に開口する密閉容積を有し、入口と出口のいずれかまたは両方は、毛細管体の外部に開口してもよいし、又は同一の毛細管体又は他の毛細管体の他の通路又は接続金具に接続されてもよい。加熱器は、毛細管体の一部、例えば、ステンレス鋼チューブの一部によって、形成されることが可能である。あるいは、加熱器は、毛細管体の内部又は外部に組み込まれる抵抗加熱材料からなる分離した層又はワイヤであってもよい。流路は、流体が通過する入口と出口に開口する密閉された容積を有するどのような形状であってもよい。流路は、いかなる望ましい断面を有してもよく、好ましい断面は均一な直径を有する円である。他の毛細管流路の断面として、三角形、正方形、矩形、楕円のような非円形状が挙げられ、この流路の断面は均一である必要はない。流路は、直線的又は非直線的に延存することが可能であり、単一の流路であってもよいし、又は多進路を有する流路であってもよい。毛細管通路が金属毛細管チューブとして規定されている場合、このチューブは０．０１から３ｍｍ、好ましくは、０．１から１ｍｍ、最も好ましくは、０．１５から０．５ｍｍの内径を有することができる。代替的に、毛細管通路は、８×１０^-5から７ｍｍ²、好ましくは、８×１０^-3から８×１０^-1ｍｍ²、さらに好ましくは、２×１０^-2から２×１０^-1ｍｍ²の通路の横断面積によって定義されることも可能である。単一毛細管又は多毛細管、種々の圧力、種々の毛細管長さ、毛細管に加えられる熱量、及び異なる断面に関する多くの組合せが、所定の用途に対応して用いられる。

液体燃料は、少なくとも０．７ｋｇ／ｃｍ²（１０ｐｓｉ）、好ましくは、少なくとも１．４ｋｇ／ｃｍ²（２０ｐｓｉ）の圧力下で、毛細管流路に供給され得る。毛細管流路が略０．０５１ｃｍ（０．０２０インチ）の内径と略１５．２ｃｍ（６インチ）の長さを有するステンレス鋼チューブの内部として規定される場合、典型的な自動車用エンジンシリンダの化学量論的な始動に必要な質量流量（約１００−２００ｍｇ／ｓ）を得るのに、燃料は、好ましくは、７．０ｋｇ／ｃｍ²（１００ｐｓｉ）未満の圧力で毛細管通路に供給される。望ましくない高レベルの未燃炭化水素又は他の排出物を生じることなく、エンジンのシリンダ内で点火及び燃焼される燃料と空気の化学量論的又は略化学量論的な混合物を確保するために、少なくとも１つの毛細管通路は、実質的に蒸発された燃料の十分な流れをもたらしている。毛細管チューブは、低熱慣性を有することによっても特徴付けられ、その結果、毛細管通路は、燃料が極めて迅速に、好ましくは、２０秒以内に、さらに好ましくは、０．５秒以内に、最も好ましくは、０．１秒以内に蒸発するのに望ましい温度に、上昇され得る。これは、エンジンの冷始動を含む用途において、有益である。また、低熱慣性によって、エンジンの通常の運転中に、エンジン電力の要求の急激な変化への燃料の供給の反応性を改善するような利点をもたらすことができる。

加熱された毛細管通路における液体燃料の蒸発中に、炭素及び／又は重炭化水素の沈殿物が毛細管壁に集積され、燃料の流れを著しく制限し、最終的に毛細管流路の詰まりを生じさせることがある。これらの沈殿物が集積される速度は、毛細管壁の温度、燃料の流速、及び燃料の種類の関数である。燃料の添加物は、このような沈殿物を低減させるのに有用であると考えられる。しかし、もし詰まりが進展した場合、このような詰まりは、沈殿物を酸化させることによって、除去され得る。

図１は、液体燃料源から取り出される液体燃料を蒸発させるための本発明による燃料噴射装置１０を示している。この装置１０は、入口端１４と出口端１６とを有する毛細管流路１２を備えている。ここで、入口端１４は、実質的に液体状態の液体燃料を毛細管流路１２に導くために、液体燃料源Ｆと連通している。

好ましくは、ピントル弁アセンブリ１８は、ソレノイド２８によって操作されるようになっている。ソレノイド２８は、電気コネクタ３０に接続されたコイル巻線３２を有している。コイル巻線３２が励磁されると、ソレノイド要素３６はコイル巻線３２の中心内に引寄せられる。コイル巻線３２への電流が遮断されると、バネ３８が、ソレノイド要素をその元の位置に戻している。ピントル４０は、ソレノイド要素３６に接続されている。電流をコイル巻線３２に印加することによって生じるソレノイド要素３６の移動によって、ピントル４０は、オリフィス４２から離れるように引き出され、これによって、燃料をオリフィス４２内に流すことが可能となる。

熱源２０は、毛細管流路１２に沿って配置されている。最も好ましくは、この熱源２０は、毛細管流路１２を電気的抵抗性の材料のチューブから形成することによって、設けられている。ここで、電流源が、チューブの接続点２２と２４に、それらを通して電流を供給するために接続されると、毛細管流路１２のその一部が、加熱器要素を形成することになる。理解され得るように、熱源２０は、毛細管流路１２内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変化させ、実質的に蒸発された燃料の流れを毛細管流路１２の出口端１６から供給するのに十分な程度に加熱するように、操作されている。

本発明による加熱された毛細管流路１２は、蒸発された燃料の流れを生成することが可能である。この蒸発された燃料の流れは、空気内において凝縮し、一般的にエオロゾルと呼ばれる、蒸発された燃料と、燃料液滴と、空気との混合物を生成している。１５０から２００μｍの範囲内のザウター平均粒子径（ＳＭＤ）を有する液滴からなる燃料噴射を供給する従来の自動車用のポート燃料噴射装置と比較して、このエアロゾルは、２５μｍ未満のＳＭＤ、好ましくは、１５μｍ未満のＳＭＤの平均液滴径を有している。従って、本発明による加熱された毛細管によって生成された燃料液滴の大半は、空気流によって、流れ経路に関係なく、燃焼室内に運ばれることになる。

従来の噴射装置の液滴径分布と、本発明による加熱された毛細管流路の液滴径分布との間の差は、冷始動及び暖機状態中に、特に決定的に重要な意味を持っている。具体的には、従来のポート燃料噴射装置を用いる場合、比較的温度の低いマニフォールド構成部品は、十分な比率の大きな燃料液滴が吸気構成部品との衝突によって蒸発され、点火可能な燃料／空気混合物を生成するために、過濃燃料の供給を必要としている。逆に、本発明の燃料噴射装置によって生成される蒸発された燃料と微細な液滴は、本質的に、始動時におけるエンジン構成部品の温度によって影響されず、従って、エンジン始動状態中に過濃燃料を供給する必要がない。本発明の加熱された毛細管噴射装置の使用によって得られるエンジンへの燃料／空気比のより正確な制御と組み合わされた過濃燃料の供給の排除によって、従来の燃料噴射システムを用いるエンジンによって生成される冷始動時の排出物と比較して、冷始動時の排出物が大幅に低減されている。過濃燃料を軽減させるのに加えて、本発明による加熱された毛細管噴射装置は、冷始動及び暖機中において希薄燃料での運転をさらに可能とすることに留意すべきである。これによって、排気管からの排出物を大幅に低減させると共に、触媒コンバータを暖めることが可能となる。

図１をさらに参照すると、毛細管流路１２は、ステンレス鋼の毛細管チューブのような金属チューブから構成され、加熱器は、電流が通過するチューブの長さ部２０から構成されるようにすることが可能である。好ましい実施形態において、毛細管チューブは、略０．０５１から０．０７６ｃｍ（０．０２から０．０３インチ）の内径と、略２．５４から２５．４ｃｍ（１から１０インチ）の加熱長さを有し、燃料は、７．０ｋｇ／ｃｍ²（１００ｐｓｉ）未満、好ましくは、４．９ｋｇ／ｃｍ²（７０ｐｓｉ）未満、さらに好ましくは、４．２ｋｇ／ｃｍ²（６０ｐｓｉ）未満、さらに好ましくは、３．１ｋｇ／ｃｍ²（４５ｐｓｉ）未満の圧力で、チューブ１２に供給されるようになっている。この実施形態によって、蒸発された燃料が大気温度の空気内に凝縮されたとき、殆どが２から３０μｍのＳＭＤの範囲内にあり、平均液滴径が約５から１５μｍのＳＭＤの間にあるエアロゾル液滴の分布を有する蒸発された燃料が生成される、ことが明らかになっている。冷始動温度において、迅速でかつほぼ完全な蒸発を達成するための燃料液滴の好ましい大きさは、約２５μｍ未満である。この結果は、蒸発された燃料のエネルギー含量の２〜３％に対応する略１０．２から４０．８ｋｇ／ｓｅｃ（１００から４００Ｗ）、例えば、２０．４ｋｇ／ｓｅｃ（２００Ｗ）の電力を１５．２ｃｍ（６インチ）のステンレス鋼の毛細管チューブに印加することによって、達成させることができる。電力は、毛細管チューブに、以下のようにして、すなわち、そのチューブを全体的にステンレス鋼のような導電材料から形成することによって、又は流路を有する非導電チューブ又は積層体の少なくとも一部の上に導電材料を設けることによって、例えば、そのチューブまたは積層品に電気的抵抗材料を積層するか又は被覆して抵抗加熱器を形成することによって、印加させることが可能となる。毛細管の抵抗要素は、材料の抵抗の温度係数に基づいて選択されている。材料の温度は、電力を目標の抵抗が得られるように印加することによって制御可能である。電流を加熱器に供給し、チューブをその長さに沿って加熱するために、電気リード線が導電材料に接続されている。チューブをその長さに沿って加熱する構成の代替的形態として、流路の周囲に配置される電気コイルなどによる誘導加熱、又は伝熱、対流、又は輻射熱伝導の１つ又は組合せによって流路の長さ部を加熱するように、流路に対して配置される他の熱源が挙げられる。

好ましい毛細管チューブは、略１５．２ｃｍ（６インチ）の加熱長さと、略０．０５１ｃｍ（０．０２０インチ）の内径を有する加熱長さを備えているが、許容される蒸気の品質をもたらす他の構成の毛細管であってもよい。例えば、毛細管の内径は、０．０５から０．０８ｃｍ（０．０２から０．０３インチ）の範囲内にあり、毛細管チューブの加熱部は、２．５から２５．４ｃｍ（１から１０インチ）の範囲内にあってもよい。冷始動及び暖機の後、毛細管を加熱する必要がないので、通常の温度で運転されるエンジンに十分な液体燃料を供給するのに、加熱されない毛細管チューブが用いられている。

本発明による燃料毛細管から出る蒸発された燃料は、エンジン吸気マニフォールドにおける既存のポート燃料噴射装置の場合と同じ箇所、又は吸気マニフォールドに沿った他の箇所に噴射されるようになっている。しかし、必要に応じて、燃料毛細管は、蒸発された燃料をエンジンの各シリンダ内に直接供給するようにも配置されていてもよい。この燃料毛細管は、エンジンを始動させる間、閉鎖された吸気弁の裏面に対して噴射されねばならない大きな燃料液滴を生成するシステムよりも有利である。好ましくは、燃料毛細管の出口は、従来の燃料噴射装置の出口の配置と同様に、吸気マニフォールドの壁と面一になるように配置されている。

エンジンを始動してから略２０秒（好ましくは２０秒未満）が経過した後、毛細管流路１２を加熱するのに用いられた電力は遮断され、通常のエンジンの運転のために、従来の燃料噴射装置を用いる液体噴射が始動されるようにすることが可能である。あるいは、通常のエンジンの運転は、加熱されない毛細管流路１２を介する連続的又は可能であれば脈動的な液体燃料の噴射によって、行なわれるようにすることも可能である。

図２を参照するに、本発明による二重蒸気／液体燃料噴射装置１００が示されている。この蒸気／液体燃料噴射装置１００は、入口端１１４と出口端１１６とを有する毛細管流路１１２を備えている。ここで、入口端１１４は、実質的に液体状態の液体燃料を毛細管流路１１２と液体通路１０２とに導入するために、液体燃料源Ｆと連通している。

ピントル弁アセンブリ１１８は、ソレノイド１２８によって操作され、毛細管流路１１２及び／又は液体通路１０２からの燃料流れを制御するのに用いられている。ソレノイド１２８は、電気コネクタ１３０に接続されたコイル巻線１３２を有している。コイル巻線１３２が励磁されると、ソレノイド要素１３６がコイル巻線１３２の中心に引寄せられる。前述したように、コイル巻線１３２への電流が遮断されると、バネ１３８がソレノイド要素をその元の位置に戻している。ピントル１４０は、ソレノイド要素１３６に接続されている。電流をコイル巻線１３２に印加することによって生じるソレノイド要素１３６の移動によって、ピントル１４０は、オリフィス１４２から離れるように引き出され、これによって、燃料をオリフィス１４２内に流すことが可能となる。

熱源１２０は、毛細管流路１１２に沿って配置されている。最も好ましくは、熱源１２０は、毛細管流路１１２を電気抵抗性の材料のチューブから形成することによって設けられている。ここで、電流源がチューブの接続点１２２と１２４に、電流を供給すべく接続されると、毛細管流路１１２の一部が加熱器要素を形成することになる。理解され得るように、熱源１２０は、毛細管流路１１２内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変化させ、実質的に蒸発された燃料の流れを毛細管流路１１２の出口端１１６から供給するのに十分な程度に加熱するように、操作されている。エンジンを始動させてから約２０秒、好ましくは、２０秒未満が経過した後、毛細管流路１１２への流れが完了し、エンジンの連続的な運転のために、従来の液体通路１０２が始動されるようにすることが可能である。

図３を参照すると、本発明のさらに他の例示的実施形態が示されている。燃料噴射装置２００は、図３に示されるように、その燃料噴射装置２００の内部においてコイル状に巻かれている非直線状（螺旋状）の加熱される毛細管流路２１２を有している。この実施形態において、毛細管流路２１２は、ソレノイドアセンブリ２２８の周囲に巻かれ、電気接続部２２２と２２４によって画成される加熱長さ部２２０に沿って加熱されるようになっている。この実施形態は、空間が制限され、直線状の毛細管チューブが実現可能ではない状況において、有用である。さらに、この実施形態は、通常の運転状態中に燃料をエンジンに供給するための従来の燃料噴射装置（図４を参照）と共に使用するのに適するように、構成されていてもよい。

図４を参照すると、エンジン吸気口３００には、（図１を参照して説明した型式の）加熱される毛細管噴射装置１０と、従来の液体燃料噴射装置３５０とが装着されている。この実施形態において、エンジンの冷始動と暖機中に、燃料は、長さ部３２０に沿って加熱される毛細管流路３１２によって、エンジンに供給されるようになっている。エンジンを始動してから最初の略２０秒、又は好ましくは２０秒未満が経過した後、加熱された毛細管噴射装置１０はその作動が停止され、従来の燃料噴射装置３５０がエンジンの通常の運転のために作動されることになる。

理解され得るように、図１〜図４に示された燃料を前処理して供給する装置及びシステムは、本発明の他の実施形態と関連して用いられてもよい。図１を再び参照すると、装置１０は、その装置１０の作動中に形成された沈殿物を清浄化するための手段を備えていてもよい。沈殿物を清浄化するための手段は、熱源２０と、毛細管流路１２を酸化剤源と流体連通させるための酸化剤制御弁（図５の４２０を参照）を備えているとよい。理解され得るように、酸化剤制御弁は、毛細管流路１２のいずれかの端又はその近くに配置されるようにすることが可能である。作動させる場合、毛細管流路１２内の酸化剤を液体燃料Ｆの加熱中に形成された沈殿物を酸化させるのに十分な程度に加熱するために、熱源２０が用いられている。一実施形態において、燃料供給モードから清浄化モードに切り換えるために、酸化剤制御弁（図５の４２０を参照）は、毛細管流路１２内への液体燃料Ｆの導入と酸化剤の導入を交互に切り換えるように作動され、酸化剤が少なくとも１つの毛細管流路１２内に導入されたときに、その毛細管流路１２をその場で清浄化することが可能となっている。

沈殿物を酸化させるための１つの技術として、図５に示されるように、空気を毛細管に通過させる技術が挙げられる。流路は、好ましくは、清浄化作動中に加熱され、これによって、酸化プロセスが始動され、沈殿物が消滅するまで継続されている。この清浄化プロセスを確実にするために、触媒物質が毛細管の壁への被膜又はその構成要素のいずれかとして用いられ、清浄化を達成するのに必要な温度及び／又は時間を軽減させるようにしてもよい。燃料供給システムを連続的に作動させるために、１つ以上の毛細管流路が用いられ、詰まった状態が、例えば、センサの使用によって又は毛細管の抵抗の変化によって、検出されたときに、燃料の流れが他の毛細管流路に迂回され、酸化剤の流れが清浄化されるべきその詰まった毛細管流路内に導入されるようにすることが可能となる。一例として、毛細管体は複数の流路を備えることが可能であり、液体燃料又は空気をそれらの流路の各々に選択的に供給させるために、バルブ装置が設けられている。

代替的に、予め設定された間隔で、燃料流れが毛細管流路から迂回され、酸化剤の流れが導入されるようにすることもできる。図５に示されるように、毛細管流路への燃料の供給は、制御装置４５０によって実施されてもよい。例えば、制御装置４５０は、予め定められた期間だけ燃料の供給を行い、その予め定められた時間が経過した後、燃料の供給を停止する。制御装置４５０は、以下に述べるように、１つ以上の検知された状態に基づいて、液体燃料の圧力及び／又は毛細管流路に供給される熱量の調整を行ってもよい。検知される状態は、とりわけ、燃料圧力４１２、毛細管温度、及び空気／燃料混合物５５０を含んでいる。また、制御装置４５０は、用途に付随される多数の燃料供給装置を制御するようにされてもよい。当業者によって理解され得るように、制御装置４５０は、沈殿物を除去するように、１つ以上の毛細管流路を制御するようにされてもよい。例えば、毛細管流路の清浄化は、熱を毛細管流路に与え、酸化剤源の流れをその毛細管流路に供給することによって達成されることになる。

代替的形態として、図１〜図４に示される燃料を前処理して供給する装置及び方法は、沈殿物を清浄化させるための代替手段を備えていてもよい。図１を再び参照すると、沈殿物を清浄化させるための手段は、毛細管流路１２を溶媒と流体連通させて、その溶媒が毛細管流路１２に導入されたときに、毛細管流路１２をその場で清浄化することが可能な段階を含んでいる。多種多様な溶媒が用いられるが、この溶媒は、液体燃料源からの液体燃料であってもよい。この場合、付加的な弁が必要ではない。何故なら、燃料と溶媒との間で切り換える必要がないからである。熱源は、時間の経過と共に徐々に停止されるか、毛細管流路１２の清浄化中は停止されるべきである。

図１に示される型式の毛細管燃料噴射装置は、図５に示される制御装置と共に、図４に示されるように、従来の液体燃料噴射装置と共に用いられてもよい。図５は、内燃機関５１０を運転させるのに用いられる制御システム４００の典型的な略図を示している。この制御システム４００は、液体燃料源４１０及び液体燃料噴射経路６６０に流体的に連通する液体燃料供給弁６２０と、液体燃料源４１０及び毛細管流路４８０に流体的に連通する蒸発された燃料供給弁６１０と、酸化ガス供給源４７０及び毛細管流路４８０に流体的に連通する酸化ガス供給弁４２０とを内蔵している。この制御システムは、典型的には、種々のエンジンセンサ、例えば、エンジン速度センサ４６０、吸気マニフォールド空気熱電対４６２、冷媒温度センサ４６４、排気空燃比センサ５５０、燃料供給圧力４１２などから複数の入力信号を受信する制御装置４５０を備えている。作動中、この制御装置４５０は、１つ以上の入力信号に基づいて、制御アルゴリズムを実施し、続いて、本発明に従って、詰まった毛細管通路を清浄化するために、酸化剤供給弁４２０への出力信号４２４を生成し、液体燃料供給弁６２０への出力信号４１４を生成し、蒸発された燃料供給弁６１０への出力信号４３４を生成し、及び毛細管４８０を加熱するための電力を供給する電力供給源への加熱電力指令４４４を生成するようになっている。

作動中、本発明によるシステムは、排ガス再循環加熱を用いることによって、燃焼中に生成された熱をフィードバックするように構成することが可能であるので、液体燃料は、十分に加熱され、毛細管流路４８０を通過するときに、その液体燃料を実質的に蒸発させ、これによって、毛細管流路４８０を電気的に又はそれ以外の方法で加熱する必要性を軽減させるか、なくすか、又は補足することができる。

図５の構成によって分かるように、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４５０への入力信号は、それぞれ、燃料供給圧力４１２、冷媒温度４６４、吸気マニフォールド空気温度及び圧力４６２、エンジン速度４６０、スロットル角度５２０、及び排気空燃比５５０を含んでいる。同様に、ＥＣＵ４５０からの出力信号は、図示されるように、空気供給指令４２４、燃料供給指令４３４、燃料噴射指令４５２、及び加熱電力指令４４４を含んでいる。

代替的に、燃料噴射装置は、図２に示されるように、液体燃料と蒸気燃料の両方の供給を含むように構成されてもよい。図６は、内燃機関８１０を運転させるのに用いられる制御システム７００の典型的な略図を示している。この制御システム７００は、液体燃料供給源７１０及び燃料噴射経路９００に流体的に連通される燃料供給弁９４０と、酸化ガス供給源７７０及び毛細管流路に流体的に連通される酸化ガス供給弁７２０とを内蔵している。この制御システムは、典型的には、種々のエンジンセンサ、例えば、エンジン速度センサ７６０、吸気マニフォールド空気熱電対７６２、冷媒温度センサ７６４、排気空燃比センサ８５０、及び燃料供給圧力７１２から複数の入力信号を受信する制御装置７５０を備えている。作動中、制御装置７５０は、１つ以上の入力信号に基づいて、制御アルゴリズムを実施し、続いて、本発明の一実施例に従って、詰まった毛細管通路を清浄化するために、酸化剤供給弁７２０への出力信号７２４を生成し、燃料供給弁９４０への出力信号９３０を生成し、燃料供給弁９１０への出力信号７３４を生成し、毛細管を加熱する電力を供給する電力供給源への加熱電力指令７４４を生成するようになっている。

図６をさらに参照すると、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）７５０への信号は、それぞれ、燃料供給圧力７１２、冷媒温度７６４、吸気マニフォールド空気温度及び圧力７６４、エンジン速度７６０、スロットル角度８２０、及び排気空燃比８５０を含んでいる。同様に、ＥＣＵ８５０からの出力信号は、空気供給指令７２４、燃料供給指令７３４、燃料噴射指令９２０、及び加熱電力指令７４４を含んでいる。蒸発された燃料の流れが、脈動して開弁噴射され得るので、弁位置指令の制御信号９３０も用いられる。図２を参照すれば分かるように、燃料と蒸気は、噴射装置から同じ出口経路を通って流出されることになる。しかし、液体燃料の流れに必要な開口面積は、蒸気燃料噴射に必要な開口面積よりも小さい。

理解され得るように、図５と図６の実施形態の各々において、エンジンからの信号がエンジン制御装置に送られ、次いで、その制御装置は、これらの信号を用いて、蒸発された燃料の噴射に関するいくつかの機能を果たす。これらの機能として、排出物を最小限に抑えるためにエンジンに供給されるべき燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する機能、エンジンを始動及び暖機し、かつ排出物を最小限に抑えるために、適切な量の燃料を噴射する機能、望ましい目標温度に変換される目標の電気抵抗を得るために毛細管流路に供給される電力を制御する機能、及び液体燃料噴射に段階的に移行させる機能が挙げられる。

好ましい制御アルゴリズムの一例が、図７に概略的に示されている。図７の燃料噴射装置制御アルゴリズム１０００は、二値（高／低）電源を介して、噴射装置への電力を制御している。エンジンに供給される燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する場合に、始動制御アルゴリズム１０２０は、自動車のキーのスイッチオン１０１０によって開始される。制御アルゴリズム１０００が開始されると、冷媒温度又はエンジンの暖機の程度を表す他の信号（例えば、潤滑剤温度、大気温度、又はエンジン始動からの経過時間）であってもよい信号１０３０が、設定値と比較される。もし、場合によって、冷媒温度、潤滑剤温度、又は大気温度が設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（１０４０）。同様に、もしエンジン始動からの経過時間が設定値（例えば、５分）以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（１０４０）。

あるいは、もしエンジンの暖機の程度を表す信号、例えば、冷媒温度が設定値未満の場合、ＥＣＵは、毛細管流路を予熱し（１０６０）、随意的に、クランキング時間の経過に対して、エンジンを開弁噴射に同期させる（１０９０）。図７の実施形態において、毛細管流路の予熱温度は、目標温度（電気抵抗）１０７０が測定されるまで、熱が毛細管に供給される基本的なオン／オフ制御ループによって達成される。温度が目標値１０７０に達し、エンジンがまだクランキングしているとき、温度をわずかに降下させるために、短期間、毛細管流路への熱が除去される（１０８０）。この短い「オフ」期間の後、温度を測定するために、電力が再び毛細管流路に供給される。この時点では、制御ループは継続されている。

毛細管目標温度１０７０に達し、随意的に、エンジンが開弁噴射に同期されると（１０９０）、噴射装置は、ＥＣＵから燃料噴射指令を受信するように設定される。この加熱された毛細管による供給方法に関連する熱量は比較的低いので、この暖機プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、さらに好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期される。従って、噴射装置の作動のこの局面における律速段階は、もし、エンジンの同期化のようなプロセスがこのエンジン始動方式に含まれるのであれば、そのエンジンの同期化１０９０になるであろう。

エンジンの冷始動及び暖機のための適切な量の燃料を噴射する場合、冷始動及び暖機中にエンジンに導入される液体燃料の量が、図５及び図６に概略的に示される手段に従って、決定される。図５及び図６を再び参照すれば、理解され得るように、燃料噴射のこの段階は、燃料の噴射される量が、エンジン速度４６０，７６０、及びアクセル位置５２０，８２０のような因子に基づく参照マップを介し、それぞれ、決定されるオープンループ制御アルゴリズムによって制御されるとよい。代替的に、燃料噴射は、排気空燃比信号５５０，８５０が燃料の噴射される量を決定するのに、それぞれ、用いられるフィードバック制御ループ、又はスロットル位置５２０，８２０を介し、それぞれ、制御される予測制御アルゴリズムによって制御されてもよい。さらに他の実施形態において、スロットル位置５２０，８２０は、それぞれ、ＥＣＵ４５０，７５０に送られ、次いで、予測制御手法を用いて、所定のエンジン状態に必要な燃料の量が決定される。

図７を再び参照すると、冷始動及び暖機期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されることを確実にするために、燃料供給がパルスの形態でなされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要求が変化するのに対応して、目標とする電気抵抗（すなわち、目標温度）を維持するように毛細管流路への電力を制御する技術が設けられている。これは、図７において、「制御ループ」１２００で示されている。図７に示されるように、毛細管流路の電気抵抗をフィードバック値として用いて、低温の毛細管通路の電気抵抗に対する測定された電気抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）１１３０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整が決定される。

図７の実施形態は、段階的又はデジタル式の制御アルゴリズムを示している。この制御アルゴリズムにおいて、もしＲ／Ｒｏ１１３０が設定値以下の場合、高電力１１４０が毛細管を加熱するために供給される。逆に、もしＲ／Ｒｏ１１３０が設定値よりも大きい場合、低電力１１５０が毛細管流路に供給される。このような低電力状態では、装置は対流によって冷却され、その間、電気抵抗が測定され、その測定値が制御装置に戻される。

図８を参照すると、蒸気／液体燃料噴射装置への電力が比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御装置を介して制御される蒸気／液体燃料噴射装置制御アルゴリズム２０００が示されている。ＰＩＤ制御装置は、多種多様な会社、例えば、ウエスト・インストルメント（West Instrument）、ＬＦＥ、ワットロー（Watlow）、及びジェントラン（Gentran）、並びに自動車用制御装置供給業者から市販されている。ＰＩＤ制御装置は、制御出力を調整することによって、制御の設定値を正確に管理するので、有利である。これによって、その変動を設定値を中心として最小に抑えて、温度を制御することが可能となる。

図８の制御アルゴリズムにおいて、始動制御アルゴリズム２０２０は、自動車のキーのスイッチオン（２０１０）によって開始される。この制御アルゴリズム２０００が開始されると、冷媒温度２０３０又はエンジン暖機の程度を表す他の信号（例えば、潤滑剤温度、大気温度、又はエンジン始動からの経過時間）が設定値と比較される。もし場合によって、冷媒温度、潤滑剤温度、又は大気温度が設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（２０４０）。同様に、もしエンジン始動からの経過時間が設定値（例えば、５分）以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（２０４０）。

あるいは、もしエンジン暖機の程度を表す信号、例えば、冷媒温度が設定値よりも小さい場合、ＥＣＵは、毛細管流路を予熱し（２０６０）、随意的に、クランキング時間の経過に対応して、エンジンを開弁噴射に同期させる（２０９０）。ここで、モデルに基づく制御を含む種々の形式の制御方式も用いられ得ることに留意することが重要である。

毛細管目標温度２０６０に達し、随意的に、エンジンが開弁噴射に同期される（２０９０）と、噴射装置は、ＥＣＵから燃料噴射指令を受信するように設定される。ここでも、この暖機プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、より好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期されるので、もしエンジンの同期化のようなプロセスがこのエンジン始動方式に含まれるのであれば、律速段階は、そのエンジンの同期化２０９０になるであろう。

図８をさらに参照すると、エンジンの冷始動及び暖機のために適切な量の燃料を噴射するために、冷始動及び暖機中にエンジンに導入される液体燃料の量が、図５及び図６に概略的に示されるシステムによって決定される。図５及び図６を再び参照すれば、理解され得るように、燃料噴射のこの段階は、燃料の噴射される量が、エンジン速度４６０，７６０、及びアクセル位置５２０，８２０のような因子に基づく検索マップを介して、それぞれ、決定されるオープンループ制御アルゴリズムによって制御されるとよい。代替的に、燃料噴射は、排気空燃比信号５５０，８５０がそれぞれ燃料の噴射される量を決定するのに用いられるフィードバック制御ループ、又は各スロットル位置５２０，８２０で制御される予測制御アルゴリズムによって、制御されてもよい。さらに他の実施形態において、スロットル位置信号５２０，８２０は、それぞれ、ＥＣＵ４５０，７５０に送られ、次いで、予測制御方式を用いて、所定のエンジン状態に必要な燃料の量が決定される。

図８を再び参照すると、冷始動及び暖機期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されるのを確実にするために、本発明によれば、燃料供給がパルスの形態でなされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要求が変化するのに対応して、目標とする電気抵抗（すなわち、目標温度）２１３０を維持するように毛細管流路への電力を制御する方法が特定されることになる。これは、図８において、「制御ループ」２２００で示されている。図８に示されるように、毛細管流路の電気抵抗をフィードバック値として用いて、低温の毛細管通路の電気抵抗に対する測定された電気抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）２１３０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整が決定される。

図８に示される実施形態は、アナログ制御アルゴリズム（ＰＩＤ制御装置）を示している。この制御アルゴリズムにおいて、前回の時間ステップにおける毛細管流路の電気抵抗が、現在の時間ステップにおいて毛細管流路に供給される電力に対する最終的な補正のための基準として用いられる。このようなアナログ制御技法によって、毛細管流路に供給される電力は、零から最大許容値にいたる全範囲にわたって制御可能である。しかし、理想的には、この制御アルゴリズムがエンジンの運転状態の急激な変化に効果的に対応することができるように、毛細管流路への電力は、有効な最大電力よりも著しく小さく設定されることになる。

当業者であれば容易に理解し得るように、毛細管流路制御アルゴリズムには、予見制御が含まれている。具体的には、吸気弁の作動信号が、１つ以上の毛細管流路内を通る燃料の流れに対する前駆的な情報として機能するように、制御アルゴリズムに取り込まれている。この吸気弁の作動信号を受信すると、毛細管流路への電力は、毛細管流路が燃料噴射装置が開いた後に燃料流れを完全に蒸発させるのに十分な温度に達するように増大される。

前述の説明によって示唆されているように、適切な電気抵抗の設定値は、毛細管流路に基づく燃料噴射装置の性能に対して、決定的に重要な意味を持つ。すなわち、低い設定値は、燃料に供給される熱の不足をもたらし、その結果、エンジンに供給される蒸気の品質を劣化させることになる。逆に、高い設定値は、毛細管の端の近くに局部的な熱地点を生じさせ、毛細管の残りの温度が、毛細管の電気抵抗で表される平均温度よりも著しく低くなる。その結果、このような状態は、同様に、蒸気の品質を劣化させる。

これらの結果に基づき、所定の毛細管に対する好ましい電気抵抗の設定値が、毛細管を通る質量流量に対する電力の比率が最大になる点に概略的に対応するように、実験的に決定されている。毛細管通路に対する実験的に決定された電気抵抗の設定値の例が、図９に示されている。ここで、所定の毛細管流路に対する好ましい電気抵抗の設定値は、概して、燃料圧力に大きく影響されないことに留意することが重要である。

図７及び図８に示されるように、Ｒ／Ｒｏ１１３０，２１３０の制御と平行して、冷媒温度１１６０，２１６０が、十分に暖かいエンジン状態を示す設定値と、それぞれ、連続的に比較される。もし冷媒温度が各設定値よりも低い場合、毛細管流路制御ループ１２００，２２００を介して、熱が継続して毛細管流路に供給されるべきであり、このようにして、高品質の燃料蒸気が継続してエンジンに供給されるべきである。逆に、もし冷媒温度１１６０，２１６０が暖かいエンジンの運転を示す設定値よりも高い場合、制御アルゴリズムは、液体燃料への切換を開始する。

図５を再び参照すると、蒸発された燃料から液体燃料への切換を行うプロセスは、いくつかの形態を取ることができ、用いられる特定の毛細管流路噴射装置の構成と相関 関係がある。液体燃料への切換を行う１つの手法において、冷媒温度４６４を用いて、切換弁６１０，６２０を作動させ、随意的に、毛細管流路４８０への電力を無効とし、これによって、燃料供給源を、毛細管流路４８０から分離し、従来の液体燃料噴射流路６６０に連通させる。実際面において、この手法は、図４に概略的に示される燃料噴射装置の構成を必要とする。

蒸発された燃料と液体燃料の両方が同じ流路９００を介してエンジンに供給される図６に概略的に示される噴射装置の構成に関連して、冷媒温度信号７６４を用いて、毛細管流路への電力を無効にし、噴射装置の出口９４０の変化、すなわち、オリフィスの大きさを小さくさせる噴射装置の稼動サイクルの変化（９３０）を生じさせる。噴射装置の出口９４０におけるオリフィスの大きさは、噴射装置を出る蒸気の量の関数である。しかし、燃料を蒸発させるのに用いられる、ここに開示された毛細管流路に関連する熱慣性は、極めて小さいので、毛細管への電力を遮断することによる蒸気燃料の噴射から液体燃料の噴射への切換は、実際上、二値的な切換として近似させることが可能となる。

本発明の制御手法は、有利には、種々の異なるモードに対応している。このようなモードとして、例えば、（主にクランキング及びエンジンの始動中の）完全に蒸発された燃料のモード、主に冷始動アイドリング及び第１ＦＴＰ（連邦試験手順）過渡的サイクル中において、燃料が燃料噴射装置から吸気マニフォールドに入るときに急激な圧力降下が生じたときに、瞬間的に蒸発される加熱された燃料のモード、及び主に冷始動及び初期暖機に続く通常の運転中における加熱されない液体燃料のモードが挙げられる。

この方式を実施するために必要とされる設定値を設計するには、対象となる燃料に対する蒸留（又は蒸気）曲線の知識が必要である。図１０に示されるように、大気状態（１バール）における市販ガソリンの蒸気曲線は、通常、約２０℃の初期沸点（ＩＢＴ）から約２００℃の最終沸点（ＦＢＴ）の範囲内にある。燃料の５０％が蒸発する温度（Ｔ５０）は、典型的には、８０℃から１２０℃の範囲内にある。この蒸気曲線は、（運転中のエンジンの吸気マニフォールドにおけるような）準大気圧状態において、低温側に移行し、（燃料システム及び燃料噴射装置の燃料圧力のような）高圧において、高温側に移行している。

典型的な市販ガソリンの場合、図１１に示されるように、燃料の５０％が蒸発する温度は、燃料噴射装置内では１６０℃に近いが、アイドリング中の吸気マニフォールドでは低く、８０℃である。図１０を参照するに、もし燃料噴射装置内の燃料が１００℃に維持されている場合、極めてわずかの割合（<５％）しか蒸発しない。この燃料が噴射ノズルを出て、アイドリング状態（０．４バール）の吸気マニフォールドに入ると、大気圧力が７５％蒸気圧力よりも低いので、液体燃料の殆どは瞬時に蒸発されることになる。

約２．８ｋｇ／ｃｍ²（４０ｐｓｉ）の典型的な燃料圧力で作動される従来の液体ポート燃料噴射装置において、１００％稼動サイクルにおける蒸発されたガソリンの質量流量は、図１２に示されるように、対応する液体燃料の質量流量の１５％である。所定の噴射装置の幾何学的形状（すなわち、一定の開口面積）に対して、この相違は、液相と気相との間の密度の差によるものである。その結果、蒸発されたガソリンの質量流量は、高負荷作動の場合において、非常に低い。しかし、高稼動サイクルであれば、蒸発された燃料の質量流量の大きさは、エンジン始動及びアイドリングに対して十分である。

図１３には異なる作動モードが示されている。クランキング中、吸気マニフォールド圧力は大気圧であり、従って、燃料噴射装置における燃料圧力は、吸気マニフォールド圧力のわずかに４倍しか高くない。好ましい形態によれば、燃料温度は、４バールにおいて、ＦＢＴ（最終沸点）よりも十分に高いレベルに意図的に制御されている。これは、噴射装置のノズルを迅速に加熱し、エンジンに始動用の極めて高品質の蒸発された燃料を供給するのを確実にするために行われている。燃料が噴射装置のノズルを出ると（図１３の１→１’を参照）、その燃料は過熱された蒸気の状態で残存する。噴射装置の高稼動サイクルを用いれば、この作動モード中の質量流量は、エンジンを始動かつアイドリングするのに十分である。

図１３をさらに参照すると、冷始動アイドリング中、吸気マニフォールド圧力は準大気圧（０．４バール）であり、従って、燃料噴射装置内の燃料圧力は、吸気マニフォールドの圧力よりも約１０倍高い。好ましい形態によれば、燃料の温度は、噴射装置内の燃料の殆どが液体で残る程度に低くされている。この燃料が噴射装置のノズルから吸気マニフォールドの準大気状態に入ると、燃料の殆どが瞬時に蒸発される。噴射装置内の燃料の殆どが液体なので、必要な質量流量を得るのに、噴射装置の極めて短い稼動サイクルが用いられている。なお、車両の発車時にエンジン負荷が大きくなった場合、著しく大きい質量流れを用いることが可能である。

冷始動と初期のエンジン暖機の後、燃料温度は、４バールの圧力においてＩＢＴ（初期沸点）よりも低い値にさらに低下される。その結果、噴射装置内の燃料は全て液相であり、噴射装置の燃料の質量流れの大きさは、全負荷に至るあらゆるエンジンの運転範囲に対応することが可能となる。燃料のある割合の部分（アイドリング時において５０％未満）は、それが吸気マニフォールドに入ると、瞬時に蒸発することになる。また、当業者によって理解され得るように、沈殿物の堆積を抑制するために、毛細管流路の温度をわずかに高くすることが有益である。何故なら、エンジン部品を沈殿がない状態で維持するように設計されたある種の燃料添加物は、温度に敏感であり、低温では機能しないからである。

最終的に、通常の運転の場合、毛細管は加熱されない状態にされ、燃料噴射装置は、従来のポート燃料噴射装置のように機能する。

業界の慣例によって、制御装置は、システムが誤動作した場合に、徐行する能力が得られるようにプログラム化されてもよい。想定され得るように、徐行する能力は、毛細管流路の加熱を終了させ、エンジンへの液体燃料の供給を許容する。また、徐行モードにおいて、エンジンを燃料が過濃な状態で運転させ、限られた時間の間、より滑らかな運転を可能とするのが望ましい。

マイクロダイアフラムポンプシステムを用いて、ＪＰ８ジェット燃料を定圧で加熱された毛細管流路に供給することによって、蒸発させる試験を行った。これらの試験において、異なる直径及び長さの毛細管チューブを用いた。これらのチューブは、２．５から７．６ｃｍ（１から３インチ）の長さと、以下に示すｃｍ（インチ）で表される内径（ＩＤ）と外径（ＯＤ）、すなわち、０．０２５ＩＤ／０．０４６ＯＤ（０．０１０ＩＤ／０．０１８ＯＤ）、０．３３ＩＤ／０．０８３ＯＤ（０．０１３ＩＤ／０．０３３ＯＤ）、及び０．０４３ＩＤ／０．０６４ＯＤ（０．０１７ＩＤ／０．０２５ＯＤ）を有する３０４ステンレス鋼から作製した。液体燃料を蒸発させるための熱は、電流を金属チューブの一部に通すことによって、生成した。液滴径の分布は、マルヴァーン（Malvern）社により製造されているスプレーテック（SprayTec）レーザ回折システムを用いて測定した。１．７から４．０μｍの間のザウター平均粒子径（ＳＭＤ）を有する液滴が生成された。ＳＭＤは、全噴霧液滴の表面／体積の比率と等しい表面／体積の比率を有する液滴の直径であり、噴霧の質量移動特性に関するものである。

マイクロダイアフラムポンプシステムを用いて、ガソリンを低圧で加熱された毛細管流路に供給することによって、蒸発させる試験を再び行った。これらの試験において、異なる直径及び長さの毛細管流路を用いた、以下の表には、種々の毛細管チューブの構成に対する実験結果を示している。

フォード４．６リットルＶ８エンジンを用いる試験において、４つのシリンダからなる１つのバンクを、図１に示されるような本発明による燃料供給装置を備えるように改造した。毛細管加熱要素は、毛細管の先端が吸気口の壁と面一に配置されるように、取付けられた。これは、通常の燃料噴射ノズルの配置場所である。試験は、連続噴射（１００％稼動サイクル）で実施し、燃料圧力を用いて、燃料蒸気の流量を調整した。

図１４を参照すると、エンジンの冷始動の最初の２０秒間における毛細管燃料供給装置の結果を例示するグラフが示されている。プロットライン１は、ｘ軸に沿った時間に対して、回転速度（ｒｐｍ）で表されるエンジン速度を示している。プロットライン２は、ｘ軸に沿った時間に対して、ｇ／ｓで表される燃料流れを示している。プロットライン３は、ｘ軸に沿った時間に対するラムダ（λ）を表し、このラムダの単位は、燃料に対する空気の化学量論比を表している。プロットライン４は、ｘ軸に沿った時間に対して、メタン等価ｐｐｍで表されるエンジンの排気からの全炭化水素排出物を示している。

図１４におけるプロットライン３によって示されるように、通常のエンジンのハードウエアと制御方式に必要とされる最初の過濃燃料の供給は、本発明の燃料供給装置を用いることによって、排除されている。すなわち、本発明の燃料供給装置は、エンジンが準化学量的な空燃比で運転されるように、最初の始動期間中に、液体燃料を効率的に蒸発させている。図１５は、従来の過濃燃料を供給する始動方式（プロットライン５）と比較して、本発明の燃料供給装置によって達成された準化学量論的始動（プロットライン６）から得られる排出物の低減を示すグラフである。具体的には、図１５の結果は、本発明の燃料供給装置が、過濃燃料の供給を必要とする通常の構成と比較して、冷始動の最初の１０秒間に炭化水素排出物を全体として４６％低減したことを示している。円７によって示される領域は、エンジンの始動の最初の４秒間における炭化水素排出物の劇的な低減を示している。

図面と前述の実施形態において、本発明を詳細に例示かつ説明したが、開示された実施形態は、例示的であり、特徴を制限するものではない。本発明の範囲内に含まれるあらゆる変更と修正は、保護されることが望まれる。一例として、複数の毛細管通路を設けることができ、より高い体積流量が望ましい場合、燃料をこれらの通路に並列に通過させることができる。

好ましい形態による改修された従来の側方送給ポート燃料噴射装置の上流側に一体化された電気的に加熱された毛細管を有するインライン加熱噴射装置を示す部分断面図である。 他の好ましい形態による液体燃料の流れを与えることができる電気的に加熱された毛細管を有する他の蒸気−液体インライン加熱噴射装置を示す部分断面図である。 他の好ましい形態による燃料噴射装置の他の実施形態の断面図である。 さらに他の好ましい形態による二重噴射装置を用いる他の実施形態の側面図である。 分離された蒸発燃料噴射装置が従来の燃料噴射装置と関連して用いられる燃料供給及びエンジン／制御装置システムの概略図である。 さらに他の好ましい形態による蒸発された燃料と液体燃料の両方を内燃機関に供給するのに蒸気／液体燃料噴射装置が用いられるエンジン／制御装置の構成の概略図である。 さらに他の好ましい形態による噴射装置への電力が二値（高／低）電源を介して制御される蒸気／液体燃料噴射装置の制御アルゴリズムを示す図である。 さらに他の好ましい形態による噴射装置への電力が比例−積分−微分制御装置を介して制御される蒸気／液体燃料噴射器の制御アルゴリズムを示す図である。 蒸気燃料噴射装置のための実験的に決定された電気抵抗の設定値を示す図である。 異なる圧力における市販ガソリンの典型的な燃料蒸気の曲線である。 異なる圧力における典型的な市販ガソリンの５０％蒸発の温度を示す図である。 １００％稼動サイクルにおける従来のポート燃料噴射装置の液体燃料と蒸発された燃料の質量流量を示す図である。 好ましい形態によるインライン加熱器付き燃料噴射装置の作動の異なるモードを示す図である。 本発明の燃料供給装置を用いてエンジンの始動から最初の２０秒間のエンジンパラメータを示すチャートである。 本発明の燃料供給装置からのエンジン排出物を従来のポート燃料噴射装置と比較して示すチャートである。

Claims (17)

1. 燃料システムを制御し、燃料を内燃機関に供給する方法であって、前記燃料システムは、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置された熱源とを備え、前記熱源は、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分な程度に、加熱することが可能である方法において、
   （ａ）エンジンの空気流れを決定するステップと、
   （ｂ）エンジン暖機の程度を示す値を測定するステップと、
   （ｃ）前記少なくとも１つの毛細管流路によって前記蒸気状態に変換されるべき液体燃料の部分を決定するステップであって、前記ステップ（ａ）−（ｂ）において測定された値を用いるステップと、
   （ｄ）前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を、所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、前記所定の目標温度は、前記ステップ（ｃ）によって決定された前記液体燃料の部分を前記蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、
   （ｅ）前記燃料を前記内燃機関の燃焼室に供給するステップと、
   （ｆ）前記少なくとも１つの毛細管流路を周期的に清浄化するステップであって、前記周期的な清浄化は、（ｉ）前記少なくとも１つの毛細管流路の加熱を停止するステップと、（ｉｉ）溶媒を前記少なくとも１つの毛細管流路に供給するステップとを含み、これによって、前記少なくとも１つの毛細管流路において形成された沈殿物が実質的に除去され、前記溶媒は液体燃料を含むステップと
   を含み、
   前記蒸気状態に変換されるべき前記液体燃料の部分は、最小の排気排出物を達成するように決定されることを特徴とする、方法。
2. エンジンの空気流れを決定する前記ステップは、（ｉ）エンジン速度を測定するステップと、（ｉｉ）前記内燃機関の吸気マニフォールド圧力を測定するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を制御する前記ステップは、電気抵抗値を設定するステップを含み、前記電気抵抗値は、前記所定の目標温度に関係付けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を制御する前記ステップは、二値電源を用いることを特徴とする、請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を制御する前記ステップは、比例−積分−微分制御を用いることを特徴とする、請求項１、２又は３のいずれか１項に記載の方法。
6. エンジンのクランキング中に、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力は、燃料システム供給圧力と略等しい圧力における前記燃料の最終沸点以上の所定の目標温度を達成するのに十分な電気抵抗値に制御されることを特徴とする、請求項１、２、３、４又は５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記内燃機関が冷始動のアイドリング状態にある間、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力は、前記燃料の最終的沸点よりも低く、かつ前記燃料が前記噴射装置のオリフィスを出るときに前記燃料の瞬間的な蒸発を達成するのに十分な所定の目標温度を達成するのに十分な電気抵抗値に制御されることを特徴とする、請求項１、２、３、４又は５のいずれか１項に記載の方法。
8. エンジン暖機中及び完全に暖められた状態を達成する前に、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力は、前記燃料が燃料システム供給圧力と略等しい圧力にあるときに、前記燃料の初期沸点よりも低い所定の目標温度を達成するのに十分な電気抵抗値に制御されることを特徴とする、請求項１、２、３、４、又は５のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記内燃機関の前記燃焼室への蒸発された燃料の供給は、前記内燃機関の始動及び暖機期間に制限されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ステップ（ｂ）において測定されたエンジン暖機の程度を示す前記値は、エンジン冷媒の温度、エンジン潤滑剤の温度、大気温度、及びエンジン始動からの経過時間からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの燃料噴射装置は、前記内燃機関への燃料を定量供給するための弁を備え、前記弁は、前記少なくとも１つの毛細管流路の出口端に近接して配置されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 内燃機関に用いられる燃料システムにおいて、
    （ａ）複数の燃料噴射装置であって、各噴射装置は、（ｉ）少なくとも１つの毛細管流路であって、入口端と出口端とを有する毛細管流路と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置された熱源であって、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分な程度に加熱するように操作可能である熱源と、（ｉｉｉ）前記内燃機関への燃料を定量供給するための弁であって、前記少なくとも１つの毛細管流路の前記出口端に近接して配置される弁とを備える燃料噴射装置と、
    （ｂ）前記複数の燃料噴射装置と流体連通する液体燃料供給システムと、
    （ｃ）前記複数の燃料噴射装置の各々の前記熱源に供給される電力を、所定の目標温度を達成するように制御する制御装置であって、前記所定の目標温度は、前記液体燃料の一部を前記蒸発状態に変換するように操作可能である制御装置と、
    （ｄ）エンジン空気流れを決定する手段であって、前記制御装置に操作可能に接続された手段と、
    （ｅ）エンジン暖機の程度を示す値を測定するセンサであって、前記制御装置に操作可能に接続されたセンサと
    を備え、
    前記蒸発状態に変換されるべき前記液体燃料の一部は、最小の排気排出物を達成するように制御され、前記内燃機関のクランキング中に、前記燃料噴射装置の各々の前記熱源に供給される電力は、大気圧の約４倍の圧力において前記燃料の最終沸点以上の所定の目標温度を達成するのに十分な電気抵抗値に制御されていることを特徴とする、燃料システム。
13. 前記燃料噴射装置の各々の前記熱源に供給される電力は、電気抵抗値を設定することによって制御され、前記電気抵抗値は、前記所定の目標温度に関連付けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料システム。
14. 前記熱源に供給される電力を制御する前記制御装置は、二値電源であることを特徴とする、請求項１２又は１３のいずれか１項に記載の燃料システム。
15. 前記熱源に供給される電力を制御する前記制御装置は、比例−積分−微分制御装置であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の燃料システム。
16. 前記内燃機関が冷始動のアイドリング状態にある間、前記燃料噴射装置の各々の前記熱源に供給される電力は、前記燃料の最終沸点よりも低く、かつ前記燃料が前記噴射装置のオリフィスを出るときに前記燃料の瞬間的な蒸発を達成するのに十分な所定の目標温度を達成するのに十分な電気抵抗値に制御されていることを特徴とする、請求項１２、１３、１４、又は１５のいずれか１項に記載の燃料システム。
17. 前記液体燃料噴射装置は、前記少なくとも１つの毛細管流路の前記出口に近接する燃料噴射ノズルをさらに備えていることを特徴とする、請求項１２、１３、１４、１５又は１６のいずれか１項に記載の燃料システム。

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