JP4564002B2 - 始動中に燃料噴射装置から燃料をパージするためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における燃料供給に関する。

今後数年間にのうちに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、即ち、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排出物の抑制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によって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。

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必然的に過濃燃料で運転されることになる。この過濃燃料の運転では、吸気システムと燃焼室の壁に付着した燃料分を補うために過剰の燃料が供給され、従って、容易に燃焼されない。加えて、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ことになる。冷始動中の過剰な炭化水素の排出物を伴う過剰な燃料の供給は、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り解消され得ることが分かっている。

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いるが、これらはエンジンが暖機された後に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として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では、混合気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形成してから実質的に蒸発される。次いで、蒸発された燃料と吸入空気の混合物は、吸気弁が開くとピストンの下死点に向けての移動と共に生じる差圧によってシリンダー内に引込まれる。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、蒸発が１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、冷始動及び暖機中のような運転条件下では、燃料は比較的温度の低いエンジン部品との接触によっては蒸発されない。代わりに、これらの条件下でのエンジンの運転では、燃料の大部分が、温度の低い吸気部品との接触以前に、空気内を通過しながら熱と物質伝達によって蒸発すべく、過剰の燃料を供給することによって確実に蒸発される。この機構による蒸発速度は、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、極端な環境下での冷始動、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な冷始動の場合には破綻する。

化学的に完全な燃焼を達成するには、燃料／空気混合物が化学量論的に蒸発されるか、あるい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なければならない。化学量論的な可燃混合気は、完全な燃焼に必要な所定量の空気（酸素）と燃料を含んでいる。ガソリンの場合、この空燃比は重量比にして約１４．７：１である。完全に蒸発されない混合気、すなわち化学量論的でない混合気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。

空気汚染を低下させる義務付けによって、燃焼の不十分さを多数の燃料システムとエンジンの改造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、より完全な燃焼を可能にするために、液体燃料の液滴の大きさを小さくすること、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、低エンジン温度での不十分な燃料供給は、より高次の排出物をもたらし、後処理及び複雑な制御手法を必要とする問題がある。このような制御手法として、排ガス再循環、可変弁タイミング、遅延点火タイミング、低圧縮比、炭化水素トラップと閉鎖連結式触媒コンバータの使用、及び、未燃炭化水素を酸化して発熱反応を生じさせ、触媒コンバータを起動させる利得をもたらすエアインジェクションなどが挙げられる。

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、軽負荷車両エンジンの運転におけるこの態様に、著しい技術的な開発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、これらの開発努力は最優先事項として継続されるだろう。

前述の問題に対する１つの具体的な解決策として、燃料を蒸発させるための毛細管通路の使用が挙げられる。この毛細管通路の使用は、蒸発した燃料を内燃機関に供給することを目的とする他の技術を上回る多くの際立った利点をもたらす。特に、毛細管構造の比較的低熱量と組み合わされた毛細管通路の高い表面積／容積比によって、所望の加熱断面を達成するのに必要な迅速な暖機時間（約０．５秒未満）と最小電力要件（シリンダーごとに約１５．３ｋｇ・ｍ／秒（１５０ワット））が得られる。燃料蒸発と関連する毛細管通路の他の利点は、毛細管設計が従来の燃料噴射装置の機能と一体化され得るので、選択された排気物質の制御方式に応じて、単一の噴射装置が液体燃料と蒸発燃料の両方を供給することが可能である点にある。

毛細管通路に基づく燃料蒸発器の一形態は、米国特許出願第１０／２８４，１８０号に開示されている。この特許出願は本特許出願が基礎とする特許出願である。この特許出願には内燃機関に用いられる燃料システムが開示されている。好ましい形態は、複数の燃料噴射装置であって、各噴射装置が、（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る熱源であって、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から気体に変換させるのに十分なレベルに加熱するように操作可能な熱源と、（ｉｉｉ）内燃機関への燃料を計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複数の燃料噴射装置と、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、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、液体燃料の一部を気体に変換させるように操作可能である制御装置と、内燃機関のエンジン空気流量を決定するための手段と、内燃機関のエンジン暖機の程度を示す値を測定するためのセンサであって、制御装置に操作可能に接続されるセンサとを備え、気体に変化されるべき液体燃料の一部は、最小の排気物質を達成するために、検知された内燃機関の状態に基づいて制御されることを特徴とする。

本特許出願が基づくこの特許出願に開示された燃料システムは、内燃機関の冷始動と暖機時における排気物質を低減するのに有効である。実質的に蒸発された燃料が空中で凝縮されるとき、微細な液滴サイズのエアロゾルを形成することによって、燃焼が効率的に促進される。蒸発された燃料は、エンジンの冷始動及び暖機中に内燃機関の燃焼室に供給され、排気物質の低減が達成され得る。

本特許が基礎とするこの特許出願は、燃料システムを制御し、燃料を内燃機関に供給する方法も開示している。ここで、燃料システムは、少なくとも１つの燃料噴射装置を備え、この燃料噴射装置は、少なくとも１つの毛細管流路と、少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、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から気体に変換させるのに十分なレベルに加熱することができる熱源と、内燃機関への燃料を計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有している。この方法は、内燃機関のエンジン空気流量を決定するステップと、内燃機関のエンジン暖機の程度を示す値を測定するステップと、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一部を決定するステップであって、上記の測定値を用いるステップと、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させるように制御するステップであって、所定の目標温度は、液体燃料の一部を決定された蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、燃料を内燃機関の燃焼室に供給するステップとを含み、気体に変換される液体燃料の一部は、最小の排気物質を達成するように、決定されることを特徴とする。

この特許出願に記載された１つの好ましい形態によれば、毛細管流路は、毛細管チューブを含み、熱源は抵抗加熱要素又は電流を流すことによって加熱されるチューブの一部を備えることができる。燃料供給装置は、加圧された又は加圧されない液体燃料を流路に供給するように配置させることができる。この装置は、空気と混合し２５μｍ未満の平均液滴を有するエアロゾルを生成する蒸発燃料の流れをもたらすことができる。

燃料を蒸発させる毛細管通路を用いる場合でも、燃料噴射装置自体が、始動手法と関連する特有の問題を依然として有している。特に、この噴射装置は、初期状態において燃料流路の非毛細管部分にある量の液体燃料を含んでいる。噴射装置のこの部分はデッド容積部と呼ばれる。図１は、燃料噴射装置１０のデッド容積部９０を示している。始動時に、前回の使用による液体燃料が典型的に存在するのはこの領域である。

毛細管内を流れる燃料は初期始動時にも極めて迅速に蒸発するが、デッド容積部９０内の液体燃料は、噴射装置１０のこの部分における熱慣性によって容易に蒸発しない。その結果、燃料噴射装置１０の初期の始動性能は、概して望まれるよりも大きい（すなわち、３０μｍよりも大きい）液滴サイズの影響を受ける。図２に示されるように、もし燃料噴射手法が、吸気弁が開いている間に燃料噴射するステップを含む場合、この寸法範囲の燃料液滴の初期噴射によって、過濃燃料スパイク５０（燃料リッチとなるピーク）が生じることになる。これらの過濃燃料スパイク５０は、始動時に過濃燃料スパイクが生じない場合に比べて未燃炭化水素のエンジン排出物を増大させる。

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ための方法であって、前記燃料システムは、少なくとも１つの燃料噴射装置を備え、前記少なくとも１つの燃料噴射装置は、少なくとも１つの毛細管流路と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源と、前記少なくとも１つの燃料噴射装置から前記内燃機関の燃焼室に至る通路を選択的に開閉するための少なくとも１つの吸気弁とを備え、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の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱することができるような方法において、
（ａ）エンジン暖機の程度を示す値を測定するステップと、
（ｂ）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、液体燃料の一部を蒸気状態に変換するように、操作可能であるようなステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）と同時に、前記少なくとも１つの吸気弁が実質的に閉位置にある間に、初期の燃料パルスを前記少なくとも１つの燃料噴射装置から噴射するステップとを含むことを特徴とする方法を、対象としている。

他の態様において、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ための方法であって、前記燃料システムは、少なくとも１つの燃料噴射装置を備え、前記少なくとも１つの燃料噴射装置は、少なくとも１つの毛細管流路と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源と、前記少なくとも１つの燃料噴射装置から前記内燃機関の燃焼室に至る通路を選択的に開閉するための少なくとも１つの吸気弁とを備え、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の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱することができるような方法において、
（ａ）エンジン空気流量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蒸気状態に変換されるべき液体燃料の分量を、前記ステップ（ａ）〜（ｂ）によって決定または測定された前記値を用いて決定するステップと、
（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）において決定された液体燃料の前記分量を前記蒸気状態に変換させるように、操作可能であるようなステップと、
（ｅ）前記ステップ（ｄ）と同時に、前記少なくとも１つの吸気弁が実質的に閉位置にある間に、初期の燃料パルスを前記少なくとも１つの燃料噴射装置から噴射するステップと、
（ｆ）前記熱源が前記所定の目標温度を達成したとき、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
を含み、
前記蒸気状態に変換されるべき液体燃料の前記分量は、排気物質が最少となるように決定されることを特徴とする方法を、対象としている。

さらに他の態様において、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、各々が（ｉ）入口端と出口端とを有する少なくとも１つの毛細管流路と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱するように操作可能な熱源と、（ｉｉｉ）所定量の燃料を前記内燃機関に供給する弁であって、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た複数の燃料噴射装置と、
（ｂ）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、液体燃料の一部を蒸気状態に変換するように操作可能である制御装置と
を備え、
（ｃ）前記制御装置は、前記所定の目標温度に達する前に、前記吸気弁が実質的に閉位置にある間に、初期の燃料パルスを前記少なくとも１つの燃料噴射装置から噴射するように操作可能であることを特徴とする燃料システムを、対象としている。

この燃料システムは、内燃機関の始動及び暖機時における排出物を低減するのに有効である。効率的な燃焼は、実質的に蒸発された燃料が空気中で凝縮するときに、微細な液滴サイズのエアロゾルを形成することによって促進される。蒸発された燃料は、エンジンの冷始動及び暖機中に内燃機関の燃焼室に供給され、排出物の低減が達成され得る。

さらに、本発明によれば、始動時に過濃燃料スパイクを排除する方法が、始動時において初期の液体燃料を噴射装置からパージし、未燃炭化水素を最小限に抑制する設計によってもたらされる。この方法では、エンジンが始動し毛細管が昇温する間に、初期の燃料パルスを閉鎖された吸気弁に対して噴射するように、噴射タイミングを調整する必要がある。

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１〜１０に示される実施形態について説明する。図面の全体にわたって、類似の番号は、類似の部品を示すのに用いられる。

内燃機関の冷始動、暖機、及び通常の運転に有用である燃料システム及びその制御のための方法が提供される。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ー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。さらに、この燃料システムは、他の蒸発技術よりも少ない電力しか必要とせず、かつ暖機時間が短い。加えて、この燃料システムは、ここでさらに詳細に説明するように、調整された燃料噴射タイミング手法を用いて、始動時の燃料過濃スパイクを排除するように作動される。

一般的に、ガソリンは低温では直ちに蒸発しない。冷始動及び暖機期間中は、比較的わずかな液体燃料の蒸発しか生じない。従って、燃焼させる混合気を得るのに過剰の液体燃料をエンジンの各シリンダーに供給する必要がある。過剰の液体燃料から生じる混合気に点火すると、シリンダーから放出される燃焼ガスは、未燃燃料と望ましくないガス状の排出物を含む。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、容易に燃焼する混合気を得るのに少量の燃料しか必要とされない。通常の運転温度に達すると、混合気は化学量論比又はその近傍に制御され、未燃炭化水素と一酸化炭素の排出物を低減させることができるので有利である。加えて、燃料供給が化学量論比又はその近傍に制御されると、三元触媒（ＴＷＣ）により未燃炭化水素と一酸化炭素を同時に酸化し、窒素酸化物を還元するのに適量の空気が排気流に得られる。

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ー内に直接噴射し、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排除する。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混合物又は燃料希薄な混合気の形態でエンジンに供給され、これにより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。

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剰な燃料供給が必要とされる。燃料過濃な状態では、三元触媒に達する排気流が、触媒が暖まり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、エアポンプを利用して触媒コンバータの上流側で付加的な空気を排気流れに供給することである。この目的は、触媒がその稼動温度に達したとき、触媒表面上で反応し得る化学量論的な又はそれよりわずかに燃料希薄な排気流れを生成することにある。それとは対照的に、本発明によるシステムと方法は、冷始動及び暖機期間中に、エンジンが化学量論的な又はそれよりごくわずかに燃料希薄な状態で運転されることを可能とし、それにより過剰な燃料供給の必要性と付加的なエアポンプの必要性の両方をなくし、排気後処理システムのコストと複雑さを低減させる。

冷始動及び暖機期間中における触媒の昇温の問題に対処する他の手法は、この期間中に、エンジンを極めて過濃な燃料で意図的に作動させることにある。この過濃な燃料の排気流に空気を供給するための排気エア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得る。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って生じる発熱は排ガスを著しく加熱し、この熱の大部分は、排ガスが触媒を通過するにつれて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、シリンダーを過濃燃料と希薄燃料で交互に運転するように制御され得るので、同様の効果を、エアポンプを必要とせずに達成することができる。例えば、４シリンダーエンジンの場合、２つのシリンダーは、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運転され得る。２つの残りのシリンダーは、冷始動及び暖機中に酸素を排気流内にもたらすように希薄燃料で運転され得る。

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、燃焼のためにエンジン内に噴射される前に、この流路内を流れる。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できる。流体直径は、流体移送要素内を通る流体流れを計算するのに用いられる。流体半径は、流体移送要素の流れ面積をその流体と接触する固体の境界の（一般的に、「浸辺」長さと呼ばれる）周辺長さで割った値として、定義される。円形断面の流体移送要素の場合、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。非円形の流体移送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、円形断面の流体移送要素の直径はその流体半径の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、その流路に入る液体燃料の少なくとも一部が、通路に沿って進む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流出する。この実質的な蒸気は、随意的に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する。複雑な物理的影響が生じることにより１００％の蒸発を達成することは困難であるが、なるべく完全な蒸発が望ましい。上記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。毛細管流路内の加熱中に燃料の大部分は沸点に達すると考えられるが、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ず、その結果、液体燃料の一部が、蒸発された流体と共に、毛細管流路の出口を通過する可能性がある。

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る。この流路は入口と出口で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く、また、同一の毛細管体又は他の毛細管体の他の通路また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得る。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または線材であり得る。流路は入口と出口で開口し、流体が通過し得る密閉容積を有するどのような形状であってもよい。流路は、いかなる所望の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、楕円など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在することができ、単一の流路であってもよいし、多経路の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る場合、このチューブは０．０１〜３ｍｍ、好ましくは、０．１〜１ｍｍ、最も好ましくは、０．１５〜０．５ｍｍ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^-5〜７ｍｍ²、好ましくは、８×１０^-3〜８×１０^-1ｍｍ²、さらに好ましくは、２×１０^-2〜２×１０^-1ｍｍ²の通路の横断面積によって定義され得る。単一毛細管又は多重毛細管、種々の圧力、種々の毛細管長さ、毛細管に加えられる熱量、及び異なる断面積の多くの組合せが、所定の用途に適応される。

液体燃料は、少なくとも０．７ｋｇ／ｃｍ²（１０ｐｓｉｇ）、好ましくは、少なくとも１．４ｋｇ／ｃｍ²（２０ｐｓｉｇ）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、典型的な大きさの自動車用エンジンシリンダー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（１００ｐｓｉｇ）未満の圧力で、毛細管通路に供給される。高レベルの未燃炭化水素又は他の排出物を不都合に生じることなく、エンジンのシリンダー内で点火され、かつ燃焼され得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す。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、これにより毛細管通路は極めて迅速に、好ましくは、２．０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、燃料を蒸発させる所望の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、低熱慣性は、例えば、エンジン動力要求の急激な変化に対する燃料供給の応答性を改善することによって、エンジンの通常運転中においても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堆積し、燃料の流れが著しく制限され、最終的に毛細管流路の詰まりを生じさせることがある。これらの沈殿物が堆積する速度は、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減少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３は、本発明による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。入口端１４は、実質的に液体状態にある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、ニードル弁アセンブリ１８が、ソレノイド２８によって操作される。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がコイル巻線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元位置に戻す。ニードル４０がソレノイド要素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、ニードル４０は、オリフィス４２から離れるように引き出され、燃料をオリフィス４２内に流すことができる。

熱源２０が毛細管流路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を電気的抵抗性材料からなるチューブで形成することによって設けられる。すなわち、電源がチューブの接点２２と２４に接続され、それらを通して電流が供給可能であり、毛細管流路１２の一部が加熱器要素を形成している。そして熱源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、操作され得る。

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できる。この蒸発された燃料の流れは空気中で凝縮し、一般的にエアロゾルと呼ばれる、蒸発された燃料と、燃料液滴と、空気との混合物を生成する。１５０〜２００μｍ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、流れ経路に関係なく、空気流によって燃焼室内に運ばれ得る。

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つ。具体的には、従来のポート燃料噴射装置を用いる場合、比較的低温の吸気マニフォールド部品は、吸気部品と衝突する十分な比率の大きな燃料液滴が蒸発され、点火可能な混合気を生成するために、過剰な燃料供給を必要とする。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る燃料と微細な液滴は、本質的に、始動時におけるエンジン部品の温度によって影響されず、これによりエンジン始動状態中に過剰な燃料供給を行なう必要がない。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空燃比のより正確な制御と、それによる過剰な燃料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場合と比較して、冷始動時の排出物が大幅に低減される。過剰な燃料供給を低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にし、これにより排気管からの排出物の大幅な低減をもたらすと共に、触媒コンバータが昇温することに留意すべきである。

図３をさらに参照すると、毛細管流路１２はステンレス鋼毛細管チューブのような金属チューブからなり、加熱器は電流が通るチューブ長さ部２０からなるようにすることができる。好ましい実施形態において、毛細管チューブは、略０．０５１〜０．０７６ｃｍ（０．０２〜０．０３インチ）の内径と、略５．０８〜２５．４ｃｍ（２〜１０インチ）の加熱長さを有し、燃料は、７．０ｋｇ／ｃｍ²（１００ｐｓｉｇ）未満、好ましくは、４．９ｋｇ／ｃｍ²（７０ｐｓｉｇ）未満、さらに好ましくは、４．２ｋｇ／ｃｍ²（６０ｐｓｉｇ）未満、さらに好ましくは、３．１ｋｇ／ｃｍ²（４５ｐｓｉｇ）未満の圧力で、チューブ１２に供給され得る。この実施形態は、蒸発された燃料が大気温度の空中で凝縮されたとき、殆どが２〜３０μｍのＳＭＤの寸法範囲内にあり、平均液滴径が約５〜１５μｍのＳＭＤの間にあるエアロゾル液滴の分布を形成する蒸発された燃料を生成することが確認されている。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量の２〜３％に対応する略１０．２〜４０．８ｋｇ・ｍ／ｓｅｃ（１００〜４００Ｗ）、例えば、２０．４ｋｇ・ｍ／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、達成され得る。電力は、毛細管チューブに、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を覆って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体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れ得る。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され得る。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得る。チューブをその長さに沿って加熱するための代替案として、流路の周囲に配置された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による加熱が挙げられる。

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、毛細管チューブの内径が０．０５〜０．０８ｃｍ（０．０２〜０．０３インチ）の範囲内にあり、毛細管チューブの加熱部が２．５〜２５．４ｃｍ（１〜１０インチ）の範囲内にあってもよい。冷始動及び暖機の後、毛細管チューブを加熱する必要がなく、加熱されない毛細管チューブを用いて、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ことができる。

本発明による燃料毛細管から流出する蒸発された燃料は、エンジン吸気マニフォールドの既存のポート燃料噴射装置におけるのと同じ箇所、又は吸気マニフォールドに沿った他の箇所に噴射され得る。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ー内に直接供給するようにも配置され得る。この燃料毛細管は、エンジンの始動中、閉じら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の液滴を生成するシステムを上回る利点をもたらす。好ましくは、燃料毛細管チューブの出口は、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が遮断され、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て、液体噴射が始動され得る。代替的に、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、行なわれ得る。

図４を参照すると、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。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。

ニードル弁アセンブリ１１８が、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の中心内に引寄せられる。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す。ニードル１４０がソレノイド要素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、ニードル１４０は、オリフィス１４２から離れるように引き出され、燃料をオリフィス１４２内に流すことができる。

熱源１２０が、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、電流を供給するために、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。次いで、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レベルに加熱するように、操作され得る。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への流れが遮断され、エンジンを連続的に運転するために、従来の液体通路１０２が始動され得る。

図５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５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た非直線状（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。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。加えて、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６を参照）と共に使用するように適合させることができる。

図６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。この実施形態では、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。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、加熱される毛細管噴射装置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。

図６は、本発明の示唆による、始動時に燃料を噴射装置からパージするための手法も示している。図６は、加熱される毛細管噴射装置１０と従来の燃料噴射装置３５０の両方を示しているが、本パージ手法は、その代わりに、従来の燃料噴射装置なしで、単一の加熱される噴射装置によって実施されてもよいことが、容易に理解されるだろう。さらに、以下に述べるパージ手法は、前述した形式の多数の加熱される毛細管燃料噴射装置を用いて、実施されてもよい。

以下、燃料噴射装置のデッド容積部に初期に含まれている液体燃料をパージする方法について説明する。この手法を用いることによって、残留している燃料に起因する未燃炭化水素排出物が大幅に低減され得る。この方法によれば、蒸発噴射装置の最初の燃料噴射タイミングは、吸気弁３２５が閉位置にあるときに、初期の燃料パルスがその吸気弁３２５に噴射されるように、（以下に述べる制御システム４００を適切にプログラム化することによって）、調整されるとよい。その結果、加熱される毛細管噴射装置１０内に残留している初期の液体燃料は、吸気弁３２５の背面に堆積され、シリンダー内には噴射されない。

この初期の燃料パルスが噴射される間に、本発明の好ましい実施形態では、加熱される燃料噴射装置内の毛細管通路は、指定された目標温度に加熱される。加熱される燃料噴射装置１０（及び、可能であれば、他の加熱される燃料噴射装置）における液体燃料の初期のパージに続いて、関連する毛細管通路は、実質的に蒸発された燃料をシリンダーに供給するのに十分な目標温度に達する。制御手法におけるこの時点で、蒸発された燃料は、エンジンからの未燃炭化水素の排出物のレベルに実質的に影響を与えることなく、開位置又は閉位置のいずれかにある吸気弁３２５に対して噴射され得る。

液体燃料が吸気弁３２５の背面に溜まりを形成する従来の燃料噴射手法と異なり、燃料噴射装置１０による初期の液体燃料は、吸気弁３２５の背面に薄膜を形成する。この差は著しく大きい。何故なら、薄い液膜の蒸発はエンジンへの空燃比を著しく変化させず、その結果、未燃炭化水素排出物のレベルは比較的影響されないからである。

この燃料噴射方式のエンジンへの空燃比に及ぼす影響が、図７に示されている。図７に示される結果と、図２と８に示される結果は、一連の冷間アイドリングにおける噴射装置の割込みテストに対するものである。これらのテストにおいて、冷媒が比較的低温に保持されている間にエンジンが起動され、各テストの最初に、噴射装置が作動される。（本発明の燃料噴射手法を反映する）図７を（従来技術の燃料噴射手法を反映する）図２と比較することによって分かるように、過濃燃料噴射のスパイクは、本発明の示唆を用いることによって著しく低減される。さらに、過濃燃料噴射のスパイクをこのように排除することによって、エンジンから放出される未燃炭化水素排出物が低減されることが分かる。

図８を参照すると、噴射端ごとに観察された最小のラムダ値（空気／燃料）の直接的な比較が示されている。図８は、噴射装置のデッド容積部における初期の液体が閉鎖された吸気弁に対してパージされる本発明の利点をさらに示している。なお、繰り返すが、図８に示される結果は、冷媒が比較的低温に保持されている間にエンジンが起動され、各テストの最初に噴射装置が作動される、一連の冷間アイドリングにおける噴射装置の「割込み」テストに対するものである。

図９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の例示的な略図を示している。この制御システム４００は、液体燃料供給源４１０と液体燃料噴射経路６６０に流体連通する液体燃料供給弁６２０と、液体燃料供給源４１０と毛細管流路４８０に流体連通する燃料供給弁６１０と、酸化ガス供給源４７０と毛細管流路４８０に流体連通する酸化ガス供給弁４２０とを有している。制御システムは、典型的に、エンジン速度センサ４６０、吸気マニフォールド空気温度及び圧力センサ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、などのような種々のエンジンセンサ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。作動時において、制御装置４５０は、１つ以上の入力信号に基づく制御アルゴリズムを実行し、次いで、本発明に基づき、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、燃料供給弁６１０への出力信号４３４を生成し、毛細管４８０に加熱用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。

作動時において、本発明によるシステムは、液体燃料が、毛細管流路４８０を通過する間に、十分に加熱されて実質的に蒸発するように、排ガス再循環加熱を用いて燃焼中に生じた熱をフィードバックし、これによって、電気的又は他の手法によって毛細管流路４８０を加熱する必要性を低減、排除、又は補助するように構成され得る。

図９の構成によって示されるように、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、蒸発燃料噴射指令４５２、及び加熱電力指令４４４を含んでいる。

理解され得るように、エンジンからの信号は、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、所望の目標温度に変換される目標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、及び液体燃料の噴射に切換え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１０に概略的に示されている。図１０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する。制御アルゴリズム１０００は、自動車のキースイッチをオン位置に切り換えることによって、開始される（１０１０）。エンジンに供給される燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する段階で、信号１０３０が設定値と比較される。この信号は、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、吸気マニフォールド空気温度、又はエンジン始動からの経過時間）であるとよい。もし、場合によっては、冷媒温度、潤滑剤温度、又は吸気マニフォールド空気温度が、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、もしエンジンが運転されていて、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中に、エンジンを開弁噴射に同期させる（１０９０）。図１０の実施形態において、毛細管流路の予熱温度は、目標温度（抵抗）１０７０が測定されるまで熱を毛細管に供給する基本的なオン／オフ制御ループによって、得られる。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、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。この加熱される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）になるだろう。

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９に概略的に示される手段に従って、決定される。図９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、噴射される燃料の量が、エンジン速度４６０やアクセル位置５２０のような因子に基づく参照マップによって、決定されるオープンループ制御アルゴリズムによって、管理されるとよい。代替的に、燃料噴射は、排気空燃比信号５５０が、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、又はスロットル位置５２０によって、管理される予測制御アルゴリズムによって、管理されてもよい。さらに他の実施形態において、スロットル位置信号５２０は、ＥＣＵ４５０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を決定する。

図１０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、目標抵抗（すなわち、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、用いられる。これは、図１０において、「制御ループ」１２００で示されている。図１０に示されるように、毛細管流路の抵抗をフィードバック値として用いて、毛細管通路の冷抵抗に対する測定された抵抗の目標比率（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を決定する。

図１０に示される実施形態は、段階的又はデジタル式の制御アルゴリズムを示し、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、抵抗が測定され、制御装置に送られる。

前述の説明によって示唆されているように、適切な抵抗設定値を用いることは、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だろう。逆に、高設定値は、毛細管の端の近くに局部的な熱地点をもたらし、毛細管の残りの温度が、毛細管の抵抗で表される平均温度よりも著しく低くなるだろう。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。

これらの観察結果に基づき、所定の毛細管に対する好ましい抵抗設定値が、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。重要なのは、所定の毛細管流路に対する好ましい抵抗設定値は、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である。

図１０に示されるように、Ｒ／Ｒｏ１１３０の制御と平行して、冷媒温度１１６０が、十分な暖機エンジン状態を示す設定値と連続的に比較される。もし冷媒温度が該当する設定値未満の場合、毛細管流路制御ループ１２００を介して、熱が継続して毛細管流路に供給され、これによって、高品質の燃料蒸気が継続してエンジンに供給される。逆に、もし冷媒温度１１６０が暖機エンジン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９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なうプロセスは、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なう１つの手法では、冷媒温度４６４を用いて、切換弁６１０と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から離し、従来の液体燃料噴射流路６６０に連通させる。実際には、この手法は、図６に概略的に示される燃料噴射装置の構成を必要とする。

本発明を、図面及び前述の説明において、詳細に例示及び記述したが、開示された実施形態は、単なる例示であり、特徴を制限するものではない。本発明の範囲内にある変形と修正は、保護されるべきである。例えば、より高い体積流量が望まれるとき、複数の毛細管通路が設けられ、燃料が多数の平行の通路に通されるようにすることも可能である。

始動時のデッド容積部と液体燃料の位置を示す燃料噴射装置の概略図である。 始動時に開位置の吸気弁に噴射する手法を用いる初期噴射に対応して従来技術の噴射装置に生じる過濃燃料スパイクを示すグラフである。 好ましい形態による、改造された従来の側方ポート燃料噴射装置の上流に含まれる電気的に加熱される毛細管を有するインライン加熱噴射装置を示す図である。 他の好ましい形態による液体燃料の流れも供給することができる電気的に加熱される毛細管を有する他の蒸気／液体のインライン加熱噴射装置を示す図である。 さらに他の好ましい形態による燃料噴射装置を示す他の実施形態の断面図である。 閉位置における弁をも示す、加熱される毛細管燃料噴射装置と従来の燃料噴射装置の両方の側面図である。 本発明の始動時における燃料噴射手法を反映する空気／燃料のデータを示す図である。 本発明の示唆による噴射端ごとの最小の空燃比の直接的な比較を示すグラフである。 個別の蒸気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。 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／液体燃料噴射装置アルゴリズムを示す図である。

Claims (9)

1. 燃料システムを制御し、燃料を内燃機関に供給するための方法であって、前記燃料システムは、複数の燃料噴射装置を備え、前記複数の燃料噴射装置の各々が、少なくとも１つの毛細管流路と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源と、前記各燃料噴射装置から前記内燃機関の燃焼室に至る通路を選択的に開閉するための少なくとも１つの吸気弁とを備え、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の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱することができるような方法において、
   （ａ）エンジン空気流量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蒸気状態に変換されるべき液体燃料の分量を、前記ステップ（ａ）〜（ｂ）によって決定または測定された前記値を用いて決定するステップと、
   （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）において決定された液体燃料の前記分量を前記蒸気状態に変換させるように、操作可能であるようなステップと、
   （ｅ）前記ステップ（ｄ）と同時に、前記少なくとも１つの吸気弁が実質的に閉位置にある間に、初期の燃料パルスを前記少なくとも１つの燃料噴射装置から噴射するステップと、
   （ｆ）前記熱源が前記所定の目標温度を達成したとき、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
   を含み、
   前記蒸気状態に変換されるべき液体燃料の前記分量は、排気物質が最少となるように決定される
   ことを特徴とする方法。
2. エンジン空気流量を決定する前記ステップ（ａ）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（ｄ）は、抵抗値を設定するステップを含み、前記抵抗値は、前記所定の目標温度と関係付けられることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
4. 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、前記内燃機関の運転の始動及び暖機期間に制限されることを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記内燃機関が十分な暖機状態にあるとき、液体燃料を前記内燃機関の前記燃焼室に供給するステップをさらに含むことを特徴とする先行する請求項のいずれか一項に記載の方法。
6. 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、各々が（ｉ）入口端と出口端とを有する少なくとも１つの毛細管流路と、（ｉｉ）前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料の少なくとも一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱するように操作可能な熱源と、（ｉｉｉ）所定量の燃料を前記内燃機関に供給する吸気弁であって、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吸気弁とを備えた複数の燃料噴射装置と、
   （ｂ）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、液体燃料の一部を蒸気状態に変換するように操作可能である制御装置と
   を備え、
   （ｃ）前記制御装置は、前記所定の目標温度に達する前に、前記吸気弁が実質的に閉位置にある間に、初期の燃料パルスを前記少なくとも１つの燃料噴射装置から噴射するように操作可能に構成されていることを特徴とする燃料システム。
7. 前記初期の燃料パルスが噴射されるとき、前記吸気弁は、完全な閉位置にあるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料システム。
8. 前記制御装置は、前記初期の燃料パルスの後、前記熱源が前記所定の温度を達成したとき、通常の燃料噴射タイミングに戻るよう操作可能に構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料システム。
9. 前記初期の燃料パルスが、前記少なくとも１つの吸気弁の背面に対して噴射されるように構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の燃料システム。

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