JP5913106B2 - 燃料均質化向上システム - Google Patents

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Description

〔関連出願〕
本願は、米国仮特許出願番号第６１／２４７８３１号（２００９年１０月１日出願）である題名「Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｅｌ Ｓｙｓｔｅｍ」、および米国非仮特許出願番号第１２／７０２２５２号（２０１０年２月８日出願）である題名「Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｉｎｇ Ｆｕｅｌ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」の優先権を主張し、その出願日の権利が与えられるものである。前述の出願の主題はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
〔参照による引用〕
出願人はここで、本出願に引用または言及されるあらゆる全ての米国特許および米国特許出願を参照により本明細書に組み込む。特に、出願人らはここで、国際特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４５３９９号（２００６年１１月２４日出願）である題名「Ａ Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｅｌ Ｃｏ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、共に題名「Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｅｌ Ｃｏ−Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｅ」である米国仮特許出願番号第６１／０５５９６５号（２００８年５月２３日出願）および同第６１／０５７１９９号（２００８年５月２９日出願）、並びに米国仮特許出願番号第６１／１５０７０４号（２００９年２月６日出願）である題名「Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｉｎｇ Ｆｕｅｌ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ」の全ての内容を参照により本明細書に組み込む。それ故、組み込まれた出願に開示された実施形態もしくは特徴、またはそれらの均等物のいずれもが、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、その全体または一部において、本願に開示された例示の実施形態に関連して代用または採用され得ると理解されるべきである。
本発明の態様は、一般的に燃料供給装置に関するものであり、より詳細には、多種燃料混合物を用いて動作する改良された燃料供給装置に関するものである。
以下の技術がこの分野の現状を明らかにする。
背景技術では、過去数十年間にわたり、内燃エンジンの効率を改善したり、またはこのようなエンジンのエミッションを減らしたりする様々な手段に対し多くの試みが行われてきた。これら試みの中には、実際のエンジン設計、特に燃料供給、噴射および燃焼方式およびプロセスに焦点を当てたものもある一方で、燃焼効果または効率および均一性を何らかの形で改善するよう燃料自体を改善すること、すなわち、燃料の燃焼により得られる動力を増大し、および／または「よりクリーンな」燃焼プロセスによりエミッションを削減するよう燃料自体の改善にも努力が向けられてきた。本願は主に、燃料供給装置自体の改善に関する前者の範疇に関するものであり、本明細書において、新規および改良燃料均質化システム並びにシステムの構成要素が多数提示されるが、それらの利点は一目瞭然である。
先行技術に関して要約すると、内燃エンジンの効率を増大する周知の試みはすべて時代遅れとしなければならず、得られるとしてもせいぜいわずかな成功のみである。ほとんどのこのような「改善」は、実際の効率はわずかに向上するだけであり、および／または利用が困難であるかまたは安全に用いることができない燃料を含むか、あるいは莫大なコストとエンジンの複雑性が追加されるシステムおよびハードウェアのいずれかのため、技術的または実質的に機能しないアプローチを用いて成し遂げられた。一例として、当業界では現在、予混合圧縮着火（「ＨＣＣＩ」）に関係する多くの研究が行われている。望ましい「実験室型」の用法では、３０パーセント（３０％）程度の効率向上は、ＨＣＣＩを利用したガソリン内燃エンジンにより実現できる。ただし、燃焼に対するこのアプローチの不安定な特性のため、また、燃焼反応を自動的に作動させるための精密な燃焼室内温度および圧力状況（圧縮比）が求められるため、エンジンが種々の負荷要求に影響される実際のロードテストにおいては、ＨＣＣＩプロセスが故障して、ほとんどあるいは全く効率性の改善につながらないばかりか、エンジンの故障（デトネーション）すら起こり得る。
効率の改善および／または内燃エンジンのエミッション低減の他の試みには、燃料分留、燃料と添加剤を燃焼室で混合されるまで相互作用させないための吸気口における添加剤、及び、様々な理由により比較的効果の低い所定の特定システムまたは実施方法と言える何らかの方法で燃焼室内に取り込まれた実際の燃料添加剤または生成物質が含まれていた。
まず、先行技術の燃料分留アプローチに関して、一般に、搭載状態による分留について、すなわちそれは、例えば燃料を軽質留分と重質留分に分離することについてであり、そうでない場合は、エンジン始動とアイドリングと高ＲＰＭにおいて、高負荷か低負荷か、または「暖気」運転かなど、エンジンの要求に基づく多様な使用に合わせて燃料を調整することであると、複数の参考文献に開示されている。共に１９５０年代に譲渡および出願された、Ｐｉｎｏｔｔｉの米国特許番号第２７５８５７９号およびＨｉｌｔｏｎの同第２８６５３４５号には、液体の残留燃料および液体の留出燃料を比例して混合し、機械定量を経てエンジンに供給するシステムが開示されている。燃料留分の混合に関して、Ｈｉｌｔｏｎは「２以上の液体をオリフィス狭窄を通して圧送することにより、乱流を生じさせて、混合作用をもたらす配置」として当業界で一般に定義される「オリフィス混合器３２」を開示している。一方、Ｐｉｎｏｔｔｉは配分弁５を通る燃料留分の通路、および「安全弁２５の背圧に逆らって排気マニホルド２３を通る攪拌または乱流状態において」混合物を維持する閉ループ噴射循環系における通路を開示している。ＰｉｎｏｔｔｉおよびＨｉｌｔｏｎの双方共に更に、特に冷間始動中の燃料混合物の処理が容易になるように、熱を通じて、１つ以上の燃料留分の粘性を調節するために残留および／または留出燃料の加熱器を含む。
最近では、Ｋｅｍｍｌｅｒ他の米国特許第６０６７９６９号には、燃料供給経路が燃料噴射装置へと通じている液体燃料用の燃料タンクを備えた内燃エンジン用の燃料供給装置、および、その燃料タンクに接続された低沸点燃料の蒸発および凝縮装置が開示されている。また、凝縮経路が噴射装置の供給を制限する制御弁に通じている、蒸発および凝縮装置の下流に接続された中間凝縮タンクも開示されている。蒸発および凝縮装置で生成された高沸点燃料用の残留燃料経路は追加のタンクまで続き、ここから、残留燃料供給経路は燃料供給経路に取り付けられた逆転弁に繋がる。逆転弁は、高沸点燃料が残留燃料供給経路からエンジンの噴射装置に至る燃料供給経路に供給されるよう制御される。Ｋｅｍｍｌｅｒは「シャトル弁３および逆転弁６を利用して、初期の燃料、凝縮経路１５からの低沸点燃料、または残留燃料経路２２からのオクタン価の高い残留燃料などの燃料を選択的に送り込むことにより、最適な動作に可能な限り最も適した燃料成分をエンジンに確実に供給できる」ことを記載している。
同様に、Ｈｏｌｄｅｒ他の米国特許番号第６５７１７４８号、および同第６６２２６６４号には、内燃エンジン用の燃料供給装置の一部としての燃料分留システムが開示されており、この燃料分留システムは、液体燃料用の燃料タンク、燃料タンクから燃料を引き込み、その燃料を内燃エンジンで利用可能な噴射圧力に加圧する燃料ポンプ、好ましくは蒸発器または蒸発室の形状であり、燃料から少なくとも１つの液体燃料留分を生成する燃料分留装置、および燃料分留装置から液体燃料留分を受け取り、それを保管し、内燃エンジンに利用可能な状態にするアキュムレーターであって、そのアキュムレーターが圧力アキュムレーターとなり、その中で燃料留分を噴射圧力まで加圧するという圧力生成手段を有し、それにより燃料および燃料留分が要求機能として燃料供給装置により内燃エンジンに送り出される、アキュムレーターを備える。さらなる実施形態では、燃料および留分は、エンジンの動作状態に応じて、制御ユニットに保存されたパフォーマンスグラフに従い混合室内で混合され、次に、その混合物は、制御された方法によりエンジンに供給される。Ｈｏｌｄｅｒは、６６４特許において、「発明概念に関する限り、燃料留分が気体または液体状態で存在するか否かは重要ではなく」と述べており、更には、「従来方法を用いて内燃エンジンの個々の燃焼室に燃料混合物を（噴射する）」とも述べており、その結果、Ｈｏｌｄｅｒは、液体と気体の燃料混合物の噴射を効果的に教示しているとは言えず、またはそれを可能にしているとも言えない。むしろ、Ｈｏｌｄｅｒは、液体燃料を、真空蒸発により比較的高い沸点の留分と低い沸点の留分にするなど、搭載状態において少なくとも２つの留分に分割し、次に、この留分を「瞬時のエンジン動作状態に最適な」方法または割合で混合する燃料システムを開示しており、その結果、この点においてＫｅｍｍｌｅｒに酷似する本発明には、動的または継続的に変化する燃料の混合が必要となる。Ｈｏｌｄｅｒの主要目的は排気制御であると思われる。
また、更に最近では、燃料分留システムに関連して、Ｇｌｅｎｚ他の米国特許番号第７０２８６７２号および同第７０５５５１１号には、液体燃料用の２つの分離貯蔵容器を有する内燃エンジン用の燃料供給装置が開示されているが、双方とも、燃料ポンプを含む接続経路を通じて、内燃エンジンの燃料噴射ノズルを有する燃料経路を分離することにより、連通する２つの排気口を有する第２の制御弁の吸気口に接続された第１の制御弁に接続されている。２つの分離燃料経路各々には燃圧調整器が含まれ、その１つは２つの分離燃料貯蔵容器の一方と、もう一つは他方の貯蔵容器と連通しており、過剰燃料がその燃料貯蔵容器に戻され、その容器から燃料が燃料噴射ノズルに供給される。特に、Ｇｌｅｎｚのシステムは、燃料留分の分別ユニットから抽出すると同時に、エンジンの噴射装置の一つに代替液体燃料を供給し、圧縮空気または他の気体により噴射装置内に押し込むことに関するものであり、これは公知の初期のルドルフディーゼル噴射方法に類似するアプローチである。Ｈｏｌｄｅｒと同様に、Ｇｌｅｎｚの焦点もまた排出量削減であり、エンジン動作の始動または暖機運転の段階特に重点を置き、とりわけ、燃料分留ユニットにより生成されるように、最適化された「起動時」および「主要な」燃料混合物の搭載状態による混合と制御使用に重点を置いている。
先行技術の燃料分留システムに関しては、次に、排気量を削減しつつも、エンジン要求に合わせるため、一般的に制御された多様な方法で、エンジンの燃料噴射システムへと送り込まれる液体燃料のみまたは燃料留分の共通混合物の開示が望まれることであろう。例えば、冷間始動などのとき、循環ループおよび／または容積を膨張する装置がエンジンの燃料供給システム全体の一部として燃料噴射システムの外側に存在するといういかなる教示または示唆がなくても、液体およびガス燃料の共通混合物は十分に混合され、実質的に均質な状態で維持され、それから、エンジンの燃料噴射システムに供給し、噴射時に燃料混合物をより高度に噴霧化し、よって燃焼効率が上昇するというものが望まれる。
燃料流におけるよりも吸気口を通るプロパンまたは水素などの燃料添加剤の導入に関して、このような添加剤を空気流の一部として燃焼室に入れるための多数の手段が当技術分野では公知となっている。例えば、Ｆｕｎｋの米国特許第７０１９６２６号には、エンジンを、燃焼されたガソリンまたはディーゼル燃料の一部が吸気口を通じて導入されるか、または、燃焼室内へ個別に、直接導入される天然ガス、プロパンまたは水素などの第２の燃料の存在により、燃焼室内で置換されるという、多種燃料エンジンに変換するシステム、方法および装置が開示されている。Ｆｕｎｋのシステムは、第２の燃料を計測する制御ユニット、およびディーゼル燃料またはガソリンに関連する第２の燃料がどの程度燃焼されるかを示すパッセンジャーコンパートメントインジケータを含む。Ｆｕｎｋは、発明の目的はディーゼルエンジンの排気の欠陥に対処することであるとし、開示した種々の実施形態は、「安価なディーゼルまたはガソリンエンジン変換法、および燃焼される代替燃料の量をオペレータに通知する装置」を提供しつつ、粒子排出を削減することであると述べている。
Ｂａｉによる韓国特許出願公開第ＫＲ２００４／０１５６４６Ａ号には、液体およびガス燃料を混合し、その後直ぐに、吸気口を通り燃焼室に送る技術が開示されている。具体的に、Ｂａｉは、供給パイプから供給された燃料を混合するためのガス燃料供給パイプ１１および液体燃料供給パイプ１３の端部に配置された気体および液体燃料混合パイプ１５を備えているジェットミキサー１を開示している。ここで、気体および液体燃料混合パイプ１５は排気穴を有し、燃料フィルタ１７は、混合燃料から大きな粒子を濾過するために混合パイプ１５から距離を空けて配置され、これを次に、混合燃料供給パイプ１９を通してエンジンに送る。
更に他の先行技術の例と関連させてより詳細以下に記載するが、燃料添加剤が吸気口から燃焼室に取り込まれるいかなる場合においても、または、主要な液体燃料からの分離噴射により燃焼室に取り込まれる場合でさえも、噴射および燃焼前に、一次燃料と二次燃料または液体燃料とガス燃料を十分に混ぜ合わせる手段が存在しないことは明らかである。
ここで、燃料流内のプロパンまたは水素などの燃料添加剤の導入に関連して、特に、Ｋｌｅｎｋ他による米国特許第６８４５６０８号には、少なくとも２つの異なる燃料が内燃エンジンの少なくとも１つの燃焼室に同時に供給される、内燃エンジンの動作方法が開示されている。より具体的には、Ｋｌｅｎｋは、前述の先行技術の「燃料留分」とほぼ同じに、エミッション削減を主な目的として、共通の噴射装置により、ディーゼル燃料と共に水素を噴射する技術を開示している。同様に、Ｙａｎｇによる米国特許第６４２７６６０号には、吸気口１４および排気口２６を有する少なくとも１つの燃焼室１０を備え、第１の弁５４を通じて流体的に燃焼室１０に接続された排気口を備えた混合室４６を有する二重燃料噴射装置が搭載されている、圧縮点火内燃エンジン７が開示されている。。液体燃料経路６４は、混合室４６に液体燃料を供給するために備えられる。液体燃料経路６４が、第２の弁６０を通じて混合室４６に接続される。圧縮された可燃性ガスを混合室４６に供給するために可燃性ガス経路５６が備えられる。第１の弁５４を開くと、圧縮された可燃性ガスにより液体燃料が燃焼室１０に送られる。それ故、このような先行技術から、噴射前に添加剤とベース燃料を十分に混合する手段が皆無であれば、本質的に、液体燃料とガス燃料をただ混注するだけに過ぎないことは明らかである。
噴射前も含め、共通ストリームとして多種燃料を共に運ぶ当技術分野の他のアプローチにはなおも、さらなる不都合な特徴が存在し、特に液体燃料とガス燃料を実質的に均質に混合し、噴射前の係る均質性を維持するための望ましい手段を依然として提供していない。例えば、Ｗａｔａｎａｂｅ他による米国特許第６５１３５０５号には、各分配導管３を通じてコモンレール４に接続されたインジェクタ２、液体燃料タンク２から送り出される液体燃料と、追加の流体タンク９から送り出され、その後コモンレール４に送り出される、追加の流体との混合物が開示されている。混合物に含まれる追加の流体は超臨界状態に変化し、インジェクタ２からエンジンに混合物が噴射される。コモンレール４に関して、混合物の分離が生じたときにコモンレール４に形成される液体燃料層への経路を開くように、分配導管３の吸気口が配置される。それ故、ディーゼル燃料または軽油などの燃料成分、水、二酸化炭素、水素などの添加剤、並びにアルコール、メタンおよびエタンなどの炭化水素が、噴射ポンプ６よりも先の経路におけるチョーク１２において、燃料噴射システムの上流においても混合され得ると開示する一方で、Ｗａｔａｎａｂｅはまた、追加の流体は常に超臨界状態に維持されるとのみ開示している。超臨界状態とは、一般に、熱力学的臨界点を超える温度および圧力にあるか、液体および気体両方の特性を有するものと定義される。燃料添加剤のこのような超臨界状態を維持するために、Ｗａｔａｎａｂｅは、「追加の流体の臨界温度Ｔｃよりも低い」温度を維持し、添加剤タンク９から加圧ポンプ６までの全燃料経路において「追加の流体の気化（液化）圧力よりも高い」圧力を維持する技術を開示している。これを達成するために、Ｗａｔａｎａｂｅのシステムは複雑性が増し、それに伴うコストが増大する。更に、これらの精巧に均衡が保たれた物理的な燃料特性の維持および処理は、噴射システム、特にコモンレール４においては更に困難である。Ｗａｔａｎａｂｅの垂直面指向のコモンレール４は、特定の温度および圧力を維持するだけでなく、エンジン停止時に、燃料添加剤、例えば、天然ガスまたはメタンなどのガス燃料を、ディーゼル燃料などの一次液体燃料から分離することが可能である。ディーゼル燃料は、コモンレールが暖機運転するまでの初期段階に噴射するために、コモンレールの底部スペースに存在しており、追加の流体は超臨界状態に戻り、２つの燃料コンポーネントは次に、「２つの層がコモンレール４内で最終的に消失する」まである程度再混合される。それ故、主要な燃料を十分に混合するために必要であるとＷａｔａｎａｂｅが示す、追加の流体を超臨界または液体状態に維持する試みにおいて、「燃料供給デバイス」の比較的高価および複雑な特徴をＷａｔａｎａｂｅが取り入れることは明らかであり、更に明確には、「もし追加の流体が、液体燃料と混合される前に気化するか、または、液体燃料と混合した後であっても超臨界状態に変化する前に気化するならば、液体燃料と追加の流体を互いに均一に混合できない」と開示している。更にＷａｔａｎａｂｅは、「追加の流体が気化するならば、その容積が増大し、それ故、追加の流体を十分に供給することは困難である」と語る。従って、Ｗａｔａｎａｂｅは、燃料構成に関して、動作時には、液体燃料混合物を適切に混合し、後に噴射するための温度および圧力を用いつつ、基本的にはシステム全体を通じて、液体または超臨界状態で維持しなければならないと明確に教示している」。
同様に、先行技術の多種燃料装置のさらなる別の範疇において、プロパンなどのガス燃料成分が主要な可燃燃料になり、ディーゼル燃料などの液体燃料が補助的な点火または燃焼触媒であるという逆のアプローチも開示されている。例えば、Ｍａｒｔｉｎによる国際公開第ＷＯ２００８／１４１３９０号には、少なくとも２．５ＭＰａの圧力を印加可能な高圧ポンプを用いて、「燃料液体を予期されるあらゆる作動温度に維持する」液化石油ガス（すなわち、ＬＰＧまたはプロパン）などの高蒸気圧液体燃料用の噴射システムが開示されている。燃料はシリンダに直接噴射され得るか、軸または底部供給のインジェクタを通じてエンジンの種々の吸気口に噴射され得、更に、同じ様に噴射された低蒸気圧燃料（例えば、ディーゼル燃料）と混合され得る。混合済みまたは未混合の燃料は、アキュムレータに高圧で保管され得、燃料の切り替え中およびエンジンの再起動期間後の噴射中に、エンジン作動の維持を支援する。同一のインジェクタが、燃料またはそれらの混合物のいかなる噴射にも用いられ得る。それ故、Ｗａｔａｎａｂｅやその他と同様に、Ｍａｒｔｉｎもまた、噴射前および噴射中の燃料の混合および他の処理を容易にするために、全ての燃料成分を常に液体で維持することが望ましいと教示している。
Ｂｙｓｖｅｅｎ他の米国特許出願公開第ＵＳ２００８／００２２９６５号には、「点火開始剤」として、メタンベースの燃料、更にこの場合でもディーゼル燃料などを用いて動作する圧縮点火内燃エンジンが開示されている。エンジンを動作させる燃料および方法は、例えば、道路車両や海上船舶または発電機などの固定用途などの適用範囲での利用が可能である。ＷａｔａｎａｂｅおよびＭｉｌｌｅｒと同様に、Ｂｙｓｖｅｅｎは、該明細書において、エンジンまたは車両の外部では、「ガス燃料は加圧されるか、液化して、（ディーゼル燃料）と混合される」とし、次に、「予混合燃料３が、加圧または液体状態において燃料を維持する貯蔵容器４に供給される」と教示している。Ｂｙｓｖｅｅｎの代替的な実施形態では、「インジェクタ２０６は、２つの燃料成分を受け取り、それらを同時に燃焼室に導入するように配置されている」。該明細書には、Ｋｌｅｎｋとほぼ同様に、例えば、「２つの成分は、加圧または液化ガス内における点火開始剤の均一分散を確実にするよう、燃焼室内への噴射の直前にインジェクタ内で混合される」とある。従って、Ｂｙｓｖｅｅｎ、Ｋｌｅｎｋおよび他の係るシステムでは、燃料の再加圧はなく、これにより、直接または機械式インジェクションではなくコモンレールのみが用いられ得るか、そうでなければ、ポンプキャビテーションでもよく、Ｂｙｓｖｅｅｎの場合には液体ガス燃料混合物の適切な噴射を保証する（つまり、蒸気閉塞を招き得る過剰な蒸気生成を軽減する）ために、特別設計された水圧式インジェクタ形式の追加のハードウェアがなおも必要となる。更に、Ｋｌｅｎｋ、Ｈｏｌｄｅｒおよびその他と同様に、Ｂｙｓｖｅｅｎの主要な目的も、燃料効率の改善よりもエミッション削減である。
Ｂｙｓｖｅｅｎに類似するさらなるＰＣＴ特許出願の１つを簡単に参照すると、Ｆｉｓｈｅｒによる国際公開第ＷＯ２００８／０３６９９９号には、液体ＬＰＧとディーゼル燃料とを混合し、その後、コモンレールを通じて燃焼室に分配する、二重燃料装置および組立体が開示されている。二重燃料装置の好ましい実施形態と共に、Ｆｉｓｈｅｒは、製造の仕様を変更することなく、ディーゼルエンジンにわずかな変更を加えるべきと主張している。Ｆｉｓｈｅｒによると、液体燃料混合物に伴う燃焼は、よりクリーンな排気を出し、基本的により安価な燃料を使用するため、車両運転コストが比較的安価となるが、それは効率性向上の結果ではない。もう少し具体的には、Ｆｉｓｈｅｒは、球状の容器として構成された混合室２８内において、事前に加圧された液体ディーゼルおよび液体プロパンを受動的に混合することを教示している。その中で、各燃料流は、スワール効果を生み出し、よって、「液体燃料混合物を生成するために、釣り合いのとれた液化ガス流と釣り合いのとれたディーゼル流との混合に適している」用にするために、軸外の１つから他の１つへと導かれる。「燃料の混合を促進するため」または攪拌のために、混合室２８内に金網６１が配置される。Ｆｉｓｈｅｒは、液体燃料混合物が「液体状態を保つように、高圧でコモンレールにポンプで供給されることが好ましい」と教示している。Ｗａｔａｎａｂｅ、Ｂｙｓｖｅｅｎ、Ｍｉｌｌｅｒなどと同様に、Ｆｉｓｈｅｒもまた、開示した二重燃料装置内の混合および供給プロセスの全ての点において十分な圧力を加えることにより、液体およびガス燃料が液体状態を保つべきと教示している。Ｆｉｓｈｅｒもまた、他者と同様に、排出量削減のみに関心を寄せているようである。
このように、上記に概要を示した先行技術には、以下の方法で、主としてディーゼルエンジンを「二重燃料」または「多種燃料」モードでの動作に変換し得る様々なシステムが含まれる。その方法とは、液体燃料を分留すること（Ｈｉｌｔｏｎ、Ｐｉｎｏｔｔｉ、Ｋｅｍｍｌｅｒ、Ｈｏｌｄｅｒ、およびＧｌｅｎｚ）、または別の燃料成分を燃料流に加えること（Ｋｌｅｎｋ、Ｙａｎｇ、およびＷａｔａｎａｂｅ）もしくは吸気口に加えること（ＦｕｎｋおよびＢａｉ）、または、燃料を効果的に変換して、少量のディーゼル燃料を触媒として燃焼室に噴射すること、すなわち、Ｂｙｓｖｅｅｎの言葉によれば、時に「パイロット噴射」として知られている「点火開始剤」を用いることであり、ディーゼル燃料から分離して吸気口からまたは直接室内へ、あるいはディーゼルと圧力下で混合されて、燃焼室に取り込まれた天然ガス、プロパンまたは水素などの代替燃料を発火または燃焼させることである（Ｍａｒｔｉｎ、Ｂｙｓｖｅｅｎ、およびＦｉｓｈｅｒ）。確かに、任意のこのような方法では、ディーゼル燃料の一定の割合が、燃焼事象に係る代替燃料に置換され、排気物質、特に粒子状物質を低減する。これはまた、代替燃料がディーゼル燃料よりも安価である場合には燃料費を削減できる。ただし、必ずしも燃料消費全体を低減したり、実際の燃料効率を改善したりする訳でない。上記で強調した多種燃料噴射に関するより最近のアプローチには、係る代替燃料を、噴射事象前に上流のいずれかの地点でディーゼル燃料と混合することを提案するものまであるが、これら他の参照では、ディーゼルは、代替燃料に対する二次燃料または「添加開始剤」に留まり、および／または、十分に燃料を混合し、混注するために、常に高圧下での超臨界または液化などの燃料成分の特定の物理的状態を維持するべきと教示されている（Ｗａｔａｎａｂｅ、更には以下のＩｓｈｉｋｉｒｉｙａｍａおよびＨｉｂｉｎｏを参照）が、その他の点では、気体または低沸点の燃料成分の均一分散により、ディーゼル燃料または混合物の他の主要な燃料成分に対する霧化効果を改善するために、噴射前に燃料を実質的に均質に混合するための教示もなく、構造も示されていない。特に、液体とガス燃料成分の混合手段に関連して、多数の先行技術文献には、「混合室」、「オリフィス混合器」、「ジェットミキサー」、「チョーク」または「ベンチュリ」、あるいは網目スクリーンもしくは混合羽根などの「攪拌器」を有するシステム内の貯蔵容積について言及するが、連続する多室、そうでなければ任意の特定の形状、または多種燃料混合物が噴射システムに移動する前に、ガス燃料が実質上、液体燃料内で均衡または飽和状態に達するのに十分な最小容積に関する開示は存在しない。
本発明の多種燃料装置のさらなる例示の実施形態に関連して、前述の技術以外に、言及に値する先行技術アプローチがいくつか存在するが、それらは特に、液体ガス多種燃料混合物のガス燃料添加剤として窒素を使用する技術に関連している。
まず、燃料システム内のデトネーションまたは燃焼阻害剤として不活性ガスである窒素の使用が当技術分野で公知である。例えば、Ｓｕｓｋｏによる米国特許第６６３４５９８号には、「タンク内における点火源または別の潜在的爆轟事象の侵入による燃焼を誘発しない」ように、航空機または他の車両の燃料タンク内の液体燃料上方の空間に存在する酸素と相対的に適切な比率の窒素の使用が開示されている。Ｓｕｓｋｏは、液体燃料タンク１１とバルブを介して連絡する加圧タンク１３から窒素を調達し、何らかの手段を用いた検査で検出される、タンク内の酸素含有量に基づいてタンク内の量を計測する技術が開示されている。それ故、このような状況では、任意の種類の燃焼エンハンサではなく、安全用の燃焼阻害剤として燃料供給装置に窒素が用いられることが明らかであり、よって、実際の燃料添加剤として窒素を使用することについては教示していない。Ｍａｒｗｉｔｚ他による米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１５１４５４号である題名「Ｍｏｂｉｌｅ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ」の段落「０００５」を更に参照されたい。Ｍａｒｗｉｔｚは、掘削作業中の点火および腐食を防ぐために、ボアホール内に不活性窒素を噴射する目的で、大気から窒素を分離するシステムを概略で開示している。
次に、従来の技術では、あらゆる状態の窒素は、不活性物質として燃料から分離および上方の空間に存在するというよりも、液体燃料に組み込まれてきたが、その場合、窒素は、「純」窒素ガスＮ２として液体燃料内で単純に混合されるというよりも、燃焼以外を目的とした、炭化水素燃料内の化合物として示されてきた。Ｔｏｍａｓｓｅｎ他に付与され、シェル石油会社に譲渡された米国特許第５１３９５３４号には、「ｎが４〜１８、Ａが−ＣＨ２−もしくは−ＣＯ−である一般的公式がＣＨ３（ＣＨ２）ｎ−Ａ−ＮＨ２である、少なくとも有効濃度の窒素含有化合物からなるディーゼルエンジン内のインジェクタの付着物を減らすためのディーゼル燃料添加剤、または、大きな割合のディーゼル油を含むディーゼル燃料内の添加剤としてその混合物」が示されている。Ｔｏｍａｓｓｅｎは、係る添加剤を、「多量（５０重量パーセント超）または少量から成るものでよい」が、重量比（ｐｐｍｗ）で百万につき１０〜５００パーツの範囲の割合のディーゼル燃料との混合物に挿入してもよいと開示されている。結局、Ｔｏｍａｓｓｅｎもまた、任意の係る添加剤は、窒素ガスではなく、いかなる燃焼効果をも目的とせず、インジェクタ、特に噴射ノズルへの付着防止または除去の有効性のために選択される、釣り合いのとれた特定の「窒素含有化合物」となることのみを開示している。
Ｄｒｎｅｖｉｃｈ他による米国特許第６３４３４６２号には、「低圧力蒸気と共に、窒素または窒素と水蒸気との混合物をガスタービンに加えることにより、熱消費率ペナルティを最小化しつつ、出力を向上させ、窒素酸化物の排出量を低減する」ガスタービンシステムが開示されている。Ｄｒｎｅｖｉｃｈは、低温蒸留、圧力スイング吸着法、減圧スイング吸着法、または膜技術などの任意の空気分離技術を利用した窒素源の固定化を実現し得、窒素は高純度（酸素が１０ｐｐｍ未満）でも、またはより低純度（酸素が５パーセント未満）でもよいと開示している。ただし、Ｄｒｎｅｖｉｃｈは、３０ｐｓｉａからガスタービンの燃料供給圧力までの範囲の圧力の蒸気により窒素を湿らせ、湿潤窒素をその後天然ガスなどの主要な燃料と混合する前に、凝縮を回避するために過熱することを強調している。つまり、Ｄｒｎｅｖｉｃｈが関心を寄せた特定のガスタービンのアプリケーションでは、窒素は特に焼反応に対し冷却効果をもたらすために用いられるが、望まれる窒素酸化物の削減を実現し、それにより窒素酸化物の構成を減らすために、このような湿潤窒素を天然ガスとほぼ等しい分量（例示の実施形態では、天然ガスが３５パーセント、窒素が３２．５パーセント、およびそれに釣り合う水蒸気）で混合する必要がある。このようにして、Ｄｒｎｅｖｉｃｈの出願に関するガスタービン内の窒素は、基本的に水蒸気キャリアとして作用する。ここでもまた、窒素は、燃料の燃焼または噴霧化以外の方法および目的で用いられており、むしろ不活性であり、その品質は、冷却かつ非反応能力において利用可能である。Ｄｒｎｅｖｉｃｈが示すように、ガスタービンにおける窒素の利用は公知であり、分離して排出する圧縮器および／または燃焼器に噴射されるか、燃料と混合した後に燃焼するかである。
最後に、ディーゼルまたはガソリン燃料を用いる内燃エンジンの動作と明確に関係するより最近の発明をここで参照する。Ｂｅｒｔ他により出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５８６６８号で、国際出願番号ＷＯ２００９／０２４１８５号は、「アンモニア電解を用いたオンボードでの連続的な水素製造」に関連する。Ｂｅｒｔは、特定の電解槽により「水素−窒素混合物のオンボード生成を、主要な燃料がアンモニアか、メタン、ガソリンおよびディーゼルなどの任意の他の化石燃料のいずれかである内燃エンジン内の燃焼促進剤として用いることができる」と開示している。それ故Ｂｅｒｔは、オンボードで生成された特定の水素―窒素混合物（望ましくは３：１の割合）について教示し、その結果、不活性ガスとして窒素がここでもまた単独の燃料添加剤として示されず、実際は、水素発生プロセスの単なる副産物として示されており、よってここでは、潜在的エネルギーを有し、ゆえに燃焼効果をも有するとして知られる水素と共に生成されたとし、また、液体燃料を事前噴射せずとも、吸気口におけるこのような水素−窒素混合物を加えることによってのみ生成されたとしている。
内燃エンジンの効率および／または排気改善の分野に概して関連する他の先行技術は以下を含む。
Ｗｅｌｓｈによる米国特許第４３７３４９３号には、標準的な内燃エンジンの変更を最小限にして、液体燃料およびガス燃料両方を利用するための方法および装置が開示されている。気体および液体燃料は、エンジン負荷に応じて制御される燃料流で個別の燃料供給から与えられ、これにより、エンジンアイドリングにおいて、ガス燃料のみが供給され、エンジンで燃焼される。気体および液体燃料の両方共、エンジンが負荷条件で動作するときに、供給されて、燃焼する。
ｖａｎ ｄｅｒ Ｗｅｉｄｅによる米国特許第４９５３５１６号には、圧力調整器、エンジン出力の制御用の空気吸入管内の主蒸気止め弁、および、バルブが主蒸気止め弁に接続されている、圧力調整器とベンチュリとの間のガス供給パイプ内の調整弁を含むガス燃料用のベンチュリ型の気化器ユニットのインテリジェント制御用の装置が開示されている。全ての条件下において豊富過ぎる空気燃料混合物を供給する機械システムを調節することにより、エンジンに対し負荷／速度条件各々に要求される正確な混合物を提供するのに、混合物をわずかに調節すればよい。これらの要求はプロセッサに保存され、後者は、一部の気体と共に、主ベンチュリへのガス流を薄めることにより、混合物に関する必要な補正を制御する。この目的を達成するために、小さなベンチュリがガスパイプに配置され、ガス流は混合ガス調整弁を通る希釈ガスを取り込み、弁は連続的な、類似の理にかなった方法により、プロセッサにより制御される。選択的に、排出ガス用に配置されたＯ２センサは、プロセッサにフィードバック信号を送信できる。
Ｋａｗａｃｈｉ他による米国特許第５２０７２０４号には、燃焼室および燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁を有するエンジンが開示されている。支援ガス供給装置は、燃料噴射弁により噴射される燃料を霧化する支援ガスを供給する。支援ガスの供給圧は、所定の圧力差が支援ガスの供給圧と燃焼室内の圧力との間で安定するように制御される。支援ガスはそれ故、燃料噴射の全期間において適切な圧力下で供給され、噴射された燃料を適切に微小化し、燃焼効率を改善する。
Ｂｅｎｎｅｔｔによる米国特許第５２９１８６９号には、燃料供給組立体および燃料噴射機構を含む、内燃エンジンの吸気マニホルドに、液体状態の液化石油ガス（「ＬＰＧ」）燃料を供給する燃料供給システムが開示されている。燃料供給組立体は、供給流路および戻り流路の両方を備える燃料レール組立体を含む。燃料噴射機構は、燃料レール組立体の供給流路および戻り流路と流体的に連絡する。噴射されたＬＰＧは、燃料レール組立体に沿って、かつ燃料噴射機構内で冷却されることで液体状態が維持される。燃料レール組立体および燃料噴射機構両方における戻り燃料は、エンジンの吸気マニホルドに噴射される前に、供給燃料を効果的に液体状態に冷却するために用いられる。
Ｗｅｌｓｈ他による米国特許第５８１６２２４号には、液体燃料およびガス燃料両方で同時作動するように適応された内燃エンジン出力装置へ供給するガス燃料を貯蔵し、ガス燃料供給を操作および制御するためのシステムが開示されている。該発明は、エンジンに供給される乾式ガスの供給量を一定にするためのフロート制御される電磁を有する制御システムを提供する。該発明はガス燃料噴射量を補うために液体燃料供給量を調節するために、装置の既存の電子燃料供給システムのセンサおよびコンピュータを用いる。該発明は、統合型かつ小型で、好ましくは、ガス燃料に接続する燃料充てんを含む、二重燃料装置のガス燃料制御システムを提供する。該発明はまた、端部で相互接続した平行な導管を備え、好ましくは、２つの個々の小部屋、および主要な小部屋から安全な小部屋への膨張を可能にする圧力除去システムを含む、水平の燃料容器を提供する。更に、充填された場合に重量に応じた膨張特性を有する水平および垂直の取り換え可能な容器が提供される。
Ｉｓｈｉｋｉｒｉｙａｍａによる米国特許第６２１３１０４号には、臨界圧および温度を超えた燃料の圧力および温度を上昇することにより、ディーゼル燃料などの液体燃料を臨界状態にする技術が開示されている。次に、超臨界状態の燃料が、燃料噴射弁からエンジンの燃焼室内に噴射される。超臨界状態の燃料がエンジンの燃焼室内に噴射されると、燃焼室全体に極端に細かい均一の霧が生成される。それ故、エンジンの燃焼は大いに改善される。
Ａｈｅｒｎ他による米国特許第６２３５０６７号には、炭化水素燃料を燃焼し、改善された並進運動エネルギーを生成および抽出する仕組みが開示されている。この仕組みでは、炭化水素燃料は、その各々の直径が約１０００オングストローム未満であるナノメータの燃料領域にナノ分割され、ナノ分割の前か後に、燃料は燃焼室に取り込まれる。燃焼室では、約１００ナノ秒未満の励起上昇時間において、少なくとも約５００００ｐｓｉの衝撃波励起が燃料に適用される。このようなナノメータ量子閉じ込め領域内に区分された燃料は、燃料の並進運動エネルギーモードが増幅された量子力学的状態になり、これにより、並進運動エネルギーモードレベルの平均エネルギーは、マクロサイズの区分されない燃料のそれよりも高くなる。このようなナノ分割燃料の燃焼は、燃焼生成物の並進運動エネルギーモードのみが、ピストンを用いた運動量の交換に顕著に寄与するため、例えば、往復ピストンを用いて改良された並進運動エネルギーを抽出できる。該発明で提供される衝撃波励起は、任意の燃料の燃焼に適用され、好ましくはナノ分割燃料に適用されるように、燃焼された燃料が他のエネルギーモードになる並進運動エネルギー平衡を再び保つ前に、燃料内の並進運動エネルギーモードの増幅を改善し、並進運動モードからピストンへのエネルギーの相当量の移動を改善することにより、並進運動エネルギーの抽出および燃焼中の交換を向上させる。
Ｈｉｂｉｎｏ他による米国特許第６５８４７８０号には、密に溶解したメタンベースガスを保管し、所定の組成の気体を供給するシステムが開示されている。コンテナ１０は、炭化水素溶剤内で溶解したメタンベースガスを保管し、それをその組成を調節する手段に供給し、それを通じて制限された含有量の物体が得られる。組成を調節する手段は、タンク内を超臨界状態に維持する手段、またはコンテナ内の気相１２および液相１６から所定の割合の物質を抽出する導管４８であることが好ましい。
Ｂａｋｅｒ他による米国特許第６７６１３２５号には、内燃エンジンの燃焼室内に２つの異なる燃料を別々に独立して噴射する二重燃料噴射弁が開示されている。第１の燃料は噴射圧力で噴射弁に供給され、第２の燃料は噴射弁内に備えられた増圧器により噴射圧力を上げられるか、噴射圧力で噴射弁に供給されるかのいずれかである。噴射弁内には電子制御弁が配置されており、調整室内の水圧を制御する。これらの調整室の油圧油の圧力は、第１の燃料の噴射を制御する空洞の外部針を独立して作動させるために用いられる。第２の燃料の噴射を制御する内部針は、外部針内に配置される。外部針は噴射バルブ本体につながる弁座に対して閉じ、内部針は外部針につながる弁座に対して閉じる。
Ｈｏｅｎｉｇ他による米国特許出願公開第ＵＳ２００７／０１６９７４９号には、少なくとも１つの燃料インジェクタおよび少なくとも１つの燃料インジェクタに接続された第１の燃料分配経路を含む、内燃エンジンに燃料を噴射するための燃料噴射システムが開示されている。個々の対応するランスを通じて少なくとも１つの燃料インジェクタに接続された第２の燃料分配経路も提供されている。
Ｆｕｔｏｎａｇａｎｅ他による米国特許出願公開第ＵＳ２００８／００２９０６６号には、内燃エンジン内の燃料インジェクタ（１）が開示されており、これは、コモンレール（２）内の燃料圧により動作する中間室制御弁（２６）が、２位置切替型の三方弁（８）とブースタピストン（１７）の中間室（２０）とを接続する燃料流路（２５）に配置されている。コモンレール（２）内の燃料圧が高圧側燃料領域にあるときには、中間室制御弁（２６）によりブースタピストン（１７）は動作し、一方、コモンレール（２）内の燃料圧が低圧側燃料領域にあるときには、この中間室制御弁（２６）により、ブースタピストン（１７）は停止する。
それ故、上記に概要を示した先行技術には、液体燃料を分留することにより、または別の燃料成分を燃料流に加える、あるいは吸気口より取り込むことにより、もしくは燃料を効果的に変換して、少量のディーゼルを触媒として燃焼室に噴射することにより、主としてディーゼルエンジンを「二重燃料」または「多種燃料」モードでの動作に変換し得る種々なシステムが含まれている。更に、他の主要な燃料と共に様々な用途での窒素利用が示されているが、それは、安全な不活性物質として、防食効果を目的とした非気体の化合物添加剤として、または水もしくは水素などの燃焼事象に質量またはエネルギーを与える、窒素以外の「燃料」と組み合わせて用いられるものとしてなど、これらいずれかの不活性性質が原因でもある。但し、搭載状態で生成されようと、加圧タンクから供給されようと、燃焼効果のための単独燃料添加剤としてではないことは明らかである。
今尚必要とされ、これまで利用できなかったものとは、比較的簡単で、費用対効果の高いエンジン燃料向上システムであり、改善された効率性が実現され得るものである。本発明はこの要求を満たし、下記に関連する利点を更に提供する。
本発明の態様は、以下に記す典型的な利点をもたらす構造および使用における特定の利益を開示する。
要約すると、本発明の態様は、エンジンの噴射システム（機械式インジェクションまたはコモンレールのいずれかに関わらず）からのあらゆる要求又はエンジンの噴射システムへの供給とは別に、多種燃料混合物を継続的に循環させ、その均質性を維持するための、噴射システムの外側に存在する少なくとも１つの循環ループと、容積を膨張するための、少なくとも１つの循環ループ内部に構成された少なくとも１つの注入管とを含む、燃料均質化向上システムに関連するものであり、その中では、燃料混合物がゆっくりかつより十分に注入および取り込まれることにより、比較的高い均質性を維持できる。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これら２つの構成要素の構造および量の他の変更が可能である。さらなる本発明の態様は、特に、エンジンに供給する混合燃料の搭載状態での計測、混合および供給を制御するための制御システムにも関連する。更に、圧力サージを計測するためのアキュムレータおよび燃料冷却手段など、追加機能または補助機能として、任意の係る燃料均質化向上システムに、追加の構成要素を互換的に組み込むこともできる。
本発明の態様の他の特徴および利点に関しては、本発明の態様の原理を例証として示す添付図面と共に、以下に記載の詳細な説明からより明らかとなる。
添付図面は本発明の態様を示す。これらの図面を以下に説明する。
本発明の例示の実施形態を示す概略図である。 本発明の代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明の態様による、例示の均質燃料装置を示す拡大側面図である。 図３の上面図である。 図３の底面図である。 使用中の図３の側面図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明の態様による、代替的な例示の均質燃料装置を示す拡大側面図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明の態様による、さらなる代替的な例示の均質燃料装置を示す拡大側面図である。 連続して取り付けられた図１６の均質燃料装置の３つを示す流れ概略図である。 本発明の態様による、例示の流量制御装置を示す拡大斜視図である。 図１８の流量制御装置の線１９−１９に沿う断面図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す概略図である。 本発明の態様により用いられる例示の毛管流出デバイスを示す拡大側面図である。
前述の図面は、少なくとも１つの例示の実施形態を用いて本発明の態様を示す。この態様は以下の記述において詳細が更に定義される。
この特許出願の主題は、概して、先に引用された出願の開示に基づく内燃エンジンなどと共に用いる、種々の実施形態における改善された燃料向上システムである。それ故、本明細書に示し、記載するさらなる例示の実施形態は、ここでは具体的に、コモンレールまたは機械式インジェクションディーゼルエンジンに関連し、特に多種燃料混合物の混合、循環および供給に関連する燃料向上システムの構成要素の特定の態様に焦点を当てるが、本発明が適用可能であり、現在公知であるかまたは後に開発あるいは発見されるが、ここに示され、記載される特定の実施形態には限定されない、種々のエンジン、エンジン燃料システム、および燃料と共に作動し得ることは、当業者に理解されるであろう。更に、本願および関連する先願全体を通して用いられる用語「燃料」は、何らかの方法で燃焼の支援、向上、そうでなければ寄与するあらゆる可燃性物質またはあらゆる物質を含むものとして理解される。更に、「ガス燃料」は、エンジンの燃料供給システム、インジェクタもしくは燃焼室、または通常、即席に改善された燃料均質化向上システムにおける任意の特定点を通る、またはそこで動き得る係るガス燃料の様相または状態に関係なく、空気またはプロパンなど、大気条件または大気圧および摂氏零度において気体状態である、あらゆる係る「燃料」物質として理解され、これは以下に更に説明する本発明の態様のより詳細な説明において理解される。
一般的には、本発明の燃料均質化システムの態様は、エンジンの噴射システム（現在公知か、後に開発される機械式インジェクションまたはコモンレール、または他のこのようなシステムのいずれかに関わらず）からのあらゆる要求またはエンジンの噴射システムへの供給とは別に、多種燃料混合物を継続的に循環させ、その均質性を維持するための、噴射システムの外側に存在する少なくとも１つの循環ループ、および容積を膨張するための、少なくとも１つの循環ループ内部に構成された少なくとも１つの注入管を含み、そこでは、燃料混合物をより十分に注入および取り込むことにより、比較的高い均質性の維持が可能である。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、これら２つの構成要素の他の変更が可能である。燃料均質化向上システムのさらなる態様は、特に、エンジンに供給する混合燃料のオンボードでの計測、混合および供給を制御するための制御システムにも関連する。更に、圧力サージを計測するためのアキュムレータおよび燃料冷却手段など、追加機能または補助機能として、任意の係る燃料均質化向上システムに、追加の構成要素を互換的に組み込むこともできる。
まず図１および図２を参照すると、「コモンレール」ディーゼルエンジンと共に用いるための、本発明の態様に従う燃料均質化向上システム２０の例示の実施形態の概略図が示されている。各実施形態は主に、燃料供給装置制御手段が異なり、具体的には機械的なものと電気的なものとがあり、これは下記により詳細に記載する。図の範囲を考慮して、コモンレールまたは燃料ギャラリ、インジェクタ、燃料フィルタ、ディーゼルタンクおよび吸上げポンプ、並びに関連する燃料経路などの多数のエンジン部品を、概略で図面全体の一部として示したが、工場で取り付けられたか、市場に出た後に取り付けられたかに関わらず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明において、全てのこのような構成要素もしくはそれらのあらゆる変形、またはそれらの代用品が用いられ得ることに留意されたい。それ故、このような構成要素を燃料供給装置全体の一部として種々の図面に示したが、本発明では明示的にこれらに限定せず、係る標準的エンジン構成要素に関しては特許請求せず、単に本発明の燃料均質化向上システムを説明するために本明細書に示されていると理解されるべきである。更にこの場合でも、ディーゼル内燃エンジンに関連して、例示の実施形態が具体的に提示、記述されているが、直接噴射式ガソリンエンジンを含むがそれに限定されない、現在公知または後に開発される種々の他のエンジンが用いられ得る。
図１の第１の例示の実施形態では、吸上げポンプ３２を備えたディーゼルタンク３０と加圧プロパンタンク４０を含む燃料供給装置２０全体が概略で示されている。ディーゼル燃料タンク３０と加圧プロパンタンク４０は共に、概略で５０と指定されている循環ループに燃料を供給し、注入管７０を含め、それらのうちの一つまたはそれ以上が、燃料均質化向上装置を構成し、循環ループ５０は燃料フィルタ９９を通じてエンジンの噴射システムコモンレール９０およびインジェクタ９１と流体的に連絡する。より具体的には、ディーゼルタンク３０は、吸上げポンプ３２を利用して、燃料経路３１を通じて約５ｐｓｉでディーゼル燃料を供給する。これらは全て工場で取り付けられた機器であり、図１に便宜上示すように、タンク３０に内蔵されてもよく、分離して配置されてもよい。ディーゼル燃料は、その後、燃料経路３３を通り、更に循環ループ供給３４に送られる。循環ループ供給３４は、例示の実施形態では最大約１５〜２０ｐｓｉでディーゼル燃料を供給する。循環ループ供給ポンプ３４は、現在公知または後に開発されるいかなる流体ポンプでもよく、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成され、これらに限定されないが、ミシガン州、ファーミントンヒルのＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＬＬＣにより製造されたタービン型、歯車、回転翼、またはローラ翼型のポンプ、またはカリフォルニア州、ＶｉｓｔａのＵＳ Ａｉｒｆｌｏｗにより製造またはライセンス供与される液体ガス燃料混合物に適応するように構成された、専有の容積型ポンプを含むものとして理解される。これらのポンプ技術は、米国特許第７７２１６４１号（２０１０年５月２５日付与）、およびこれらに限定されないが、ＰＣＴ出願ＵＳ２００５／０１８１４２号（２００５年５月２３日出願）、ＰＣＴ出願ＵＳ２００８／０１２５３３号（２００８年１１月６日出願）、およびそれから派生する多くの国内段階案件の主題となっている。代替的な実施形態では、１つ以上の係る供給ポンプは、必要なスループットおよび加圧状態を達成するためであれば、多段式でもよく、統合されても、連続して配置されてもよい。システム内で用いられる、任意または全ての係る供給ポンプ並びにその他の循環ポンプ、高圧容積型ポンプは、パルス幅変調器（不図示）を含むがこれに限定されない、現在公知または後に開発される任意の適切な手段を用いて動力を供給され、制御され得る。第１の例示の実施形態である燃料向上システム２０に戻ると、ディーゼル燃料タンク３０と循環ループ５０との間に直列に流量センサ４３を備え、燃料経路３５は循環ループ供給ポンプ３４と流量センサ４３とを接続し、流量センサ４３から更に燃料経路４１へとつながり、循環ループ５０の燃料経路５１へと接続する。更に、プロパンタンク４０は燃料経路３７を通じて流量制御弁４４にプロパンを供給し、その後、このプロパンは燃料経路３８を通じて、流量センサ４３が計測したディーゼル燃料を運ぶ燃料経路４１に供給される。プロパンタンク４０は、少なくとも燃料経路４１内の圧力よりは大きい約１０ｐｓｉに最低圧力を維持することが好ましく、例示の実施形態によれば、ここでも、燃料経路４１へは約１５〜２０ｐｓｉでプロパンが供給され、その結果、約２５〜３０ｐｓｉでプロパンを供給することとなる。流量制御弁４４は、マイクロプロセッサ制御４５などにより制御され、制御４５は、現在公知または後に開発される、電気制御用弁のいかなる装置でもよく、または、その他の流量制御装置でもよく、また、例示の実施形態の流量センサ４３、スロットルセンサ、または当業界で公知の他のこのようなモニタリング装置を含むがこれに限定されない、種々のインプットから受信したデータに作用し得る。それ故、例示の電子計測制御を、図１の第１の例示の燃料向上システム２０に関連して示し、記述したが、本発明はこれに限定されず、その代わりに、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の組み合わせおよび構造の任意の係る構成要素を含んでもよいことを当業者は理解するであろう。例示の実施形態では、燃料混合物内の燃料の割合は、混合圧力が名目上８０ｐｓｉであると仮定すれば、混合点において、容量単位でディーゼルが９０パーセント（９０％）よりも多く、プロパンが１０パーセント（１０％）未満である。一般に、混合圧力を高くするとガス燃料の割合および効率がある程度改善するが、よって、本発明においてもその精神および範囲から逸脱することなく、混合点、またはそれ以後のシステム内の圧力を高くし得ることが理解されるであろう。更に、２つの特定の燃料成分、すなわち液体ディーゼル燃料およびガスプロパンの燃料混合物を特定の比率範囲内で記載したが、本発明はこれに限定されず、本明細書で用いられるその他の様々な燃料が、下記の図９〜図１２の代替的な例示の実施形態おいて更に示すように、本発明の精神および範囲から逸脱することのない態様に従った燃料均質化向上システムと共に、種々の組み合わせおよび比率で用いられ得ることが当業者に理解されるであろう。いかなる比率で燃料成分を混合するにしても、この割合が、ディーゼル燃料経路内の流量センサ４３から受信したデータ、および、流量制御弁４４を通じてディーゼル燃料に供給されたプロパンに対する制御結果に基づいて、マイクロプロセッサ制御４５が設定、決定した割合では、燃料混合物内の構成物質の実際の比率または割合がほとんど全く変化せず、実質的に一定の動作を維持すると理解されるであろう。また、流量制御弁が「常時接続」されており、流量センサ４３が測定および伝達した、燃料経路４１を通るディーゼル燃料の流量に関連する所望の比率を維持するように、その弁を通るプロパンの流量が増大または減少されるものとして示したが、好ましい実施形態では、流量制御弁４４の「オン」と「オフ」とは、ここでもディーゼル燃料の流量により決定される「オン」状態のプロパンの「パルス」周波数および持続時間を利用して、マイクロプロセッサ制御４５により簡単に切り替えられる。これにより、結果生じた燃料混合物中のディーゼルとプロパンとの割合は実質的に一定となり、このような混合物の全容積のみが、エンジン要求、すなわち噴射ポンプ９５の下流を制御するスロットル位置により決定されるディーゼル燃料に関する要求に応じて、システムによって上昇および下降し、これにより、流量センサ４３が測定したタンク３０からのディーゼル燃料の流量を上昇させる効果を有する。このように、エンジンの燃料供給システムの基本動作は、本発明の燃料均質化向上システム２０の追加要素に影響されず、それは基本的に工場施設の外で、それとは無関係に動作することが理解されるべきである。電子制御装置の特定の群は、図１に関連して示し説明するように特定の構造に動作可能に接続され、実質的に固定された比率の液体ガス燃料混合物を計測し、燃料向上システム２０の循環ループ５０に供給するが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、２以上の燃料成分の混合を効果的に計測および制御するために、多くの他のこのような制御装置が種々の組み合わせで用いられ得ることを当業者は理解するだろう。
引き続き図１を参照すると、例示のディーゼル燃料とプロパンとの燃料混合物は、燃料経路４１を通過して循環ループ５０へと通じ、具体的には、再循環用の噴射ポンプ９５からの過剰燃料を戻すのに、燃料経路４１が燃料経路５１にＴ字路で接触する箇所で循環ループ５０に供給される。燃料経路５１は１つ以上のスイッチバック区間６２を有する選択的な熱交換器６０の入口区間６１と流体的に連絡し、その後、熱交換器６０の出口区間６３を通過し、循環ループ５０のさらなる燃料経路５２に至る。例示の実施形態では、循環ループ５０はこのような熱交換器６０を含むが、追加の流路、その結果として増大した表面積が、そこを通る燃料混合物を冷却する効果をもたらすことが理解されるであろう。本発明において、このことは、一般的に、車両のボンネット下の温度よりも相対的に低い燃料温度を概ね維持することが、より安定した、かつより完全な下流燃焼に寄与すると知られている（すなわち、吸気口の燃料温度の低減が燃焼温度の低減と相関効果を有する）という点においてだけでなく、それ故、エミッションおよびエンジン摩耗を低減するという点においても望ましい。循環ループ５０内の燃料温度の低下は、図１および図２に実施形態として例示されているように、熱交換器６０のすぐ下流に位置する注入管７０に関連するように、本発明の特定の状況では更に望ましい。熱交換器６０において、注入管７０膨張容積内の流動力学に基づいて燃料混合物が減速するが、これに関するさらなる詳細は、図６に関連して以下に記載する。燃料混合物、特にそのガス状成分、ここではプロパンであるが、そのガス状成分を液体燃料成分内、ここではディーゼル燃料であるが、その液体成分内で更に冷却され、注入され、これにより、循環ループ５０の残りを通過し、エンジンのコモンレール９０に利用可能な実質的に均質の燃料混合物がもたらされる。更に、例示の実施形態に用いられるこのようなディーゼル燃料とプロパンとの燃料混合物の冷却は、システム内の蒸気生成を効果的に低減するため、蒸気閉塞の防止に寄与する。それ故、一般に、燃料混合物が循環する間に冷却するよう、循環ループ５０内に搭載されたある種の熱交換器の利便性は高く、特に、本発明の循環ループ５０に新規の注入管７０が更に含まれるという状況ではそうであると理解されるであろう。このように、図１および図２の例示の実施形態では、ラジエータ型の熱交換器６０を提示し、記述したが、本発明はこれに限定されず、その代わりに、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、可能であれば、現在公知か、後に開発されるいかなる熱交換装置を含んでもよいことが更に理解されるであろう。そのような装置には、燃料向上システム２０内のいかなる他の熱交換または冷却装置に代えてあるいは加えて、注入管７０上に形成された任意の熱交換フィン８９（図３〜図６）が含まれるが、これに限定されない。簡単に前述したように、熱交換器６０のすぐ下流には注入管７０が存在し、熱交換器の出口区間６３と相互接続する循環ループ５０全体の一部として燃料経路５２が存在し、更に、注入管７０は吸入管７５（図３〜図６）を有する。燃料混合物はその後、注入管７０を通過し、下向き排出管７６（図３〜図６）から出るが、具体的なさらなる詳細に関しては、以下に個別に記述する。要約すると、少なくとも部分的には注入管５０の形状により、また燃料混合物への流体力学的効果の結果、ガス燃料成分が効果的に液体燃料成分内に注入され、または分散されて、液体ガス燃料混合物が実質的に均質になるのは、循環ループ５０内の容積が膨張するように具体的に構成された注入管７０内部においてである。実質的に均質かつ比較的冷たい燃料混合物が、排出管７６（図３〜図６）を通って注入管５０に存在し、それから燃料経路５３を通り燃料フィルタ９９に移動する。燃料混合物は燃料フィルタ９９の次に、出口燃料経路９２のみを通り循環ポンプ９３に移動し、ここで、燃料混合物は最大わずか約６０ｐｓｉの標記圧力になり、それから燃料経路９４を通ってエンジンの噴射ポンプ９５に移動する。例示のコモンレールディーゼルエンジン形態では、燃料混合物はここで最大約２５０００ｐｓｉの作動圧力まで増大する。エンジンに必要な燃料混合物は、噴射ポンプ９５から燃料経路９６を通ってコモンレール９０に供給され、一方、不要な燃料または現在のエンジン要求を超過した燃料は、噴射ポンプ９５に流体的に連絡している燃料経路５１の循環ループを通り再利用される。そしてこの循環は前述のように、再度熱交換器６０および注入管７０を通って続き、必要に応じて循環ループ５０に燃料混合物が追加され、熱交換器６０の直前で再利用燃料と混合される。循環ポンプ９３および噴射ポンプ９５は、ここでは、両方とも工場で取り付けられた機器であるが、燃料混合物の供給および加圧を目的とした、現在公知または後に開発されるあらゆる種類のポンプでもよいことが当業者に理解されるだろう。工場で取り付けられ、構成された循環ポンプ９３および噴射ポンプ９５は共に、エンジンが作動すると継続的に動作する。次に、これらの目的のために、本発明の燃料均質化向上システム２０、および、前述し、以下に更に詳細を記述する注入管７０の動作により、ガス燃料成分を液体燃料成分内で効率的に混合し、注入することができ、このため、結果的に循環により生成された、実質的均質の混合物は、システムの残りの部分において、特に、供給ポンプおよび噴射ポンプにおいても液体として効果的に存在することに留意することが重要である。それ故、本明細書に提示し、記載しているように、循環ループ５０は、燃料混合物を継続的に混合および循環する動的システムであり、これにより、先行技術の循環システムのように、静的動作が無く、タンク、デッドスペースなどを保持する必要が無いことが更に理解されるだろう。更に、エンジンの噴射システム外で効果的に存在し、動作することにより、循環ループ５０は、ここでもまた連続的かつ動的な循環が可能であるだけでなく、それ故、高圧状態のコモンレール９０に対する低圧状態の管理において、液体とガス燃料成分との実質的に均質の固定比率を維持できる。現在、多くのコモンレールディーゼルエンジンおよび他のこのようなエンジンにおいて標準であるように、コモンレール９０および個々のインジェクタ９１両方からの未使用またはブローバイ燃料は、逃がし穴燃料経路９７および９８に沿って燃料フィルタ９９に再度供給され、それぞれ、さらなる再循環および再利用に用いられる。同様に、注入管７０に関連する本発明のさらなる新規の特徴は、そこにアキュムレータ機構８４（図３）が含まれることであり、アキュムレータ機構８４により注入管７０から、ブローバイ戻り経路６８を通じて外へ漏れ出した燃料を通すため底部にブローバイ排出口８２（図３）を含み、例示の実施形態では、さらなる処理のために、吸上げポンプ３２と循環ループ供給ポンプ３４との間の燃料経路３３におけるＴ字路に戻す。最後に、図１の例示の実施形態はまた、循環ループ供給ポンプ３４と流量計４３との間の燃料経路３５とＴ字路で交差し、フィルタ９９と直接接続するバイパス燃料経路６５を更に含み、よって、流量計４３と燃料添加剤源４０と循環ループ５０全体とをバイパスし、従って、燃料向上システム２０の別の箇所に問題がある場合には、エンジンのコモンレール９０に純粋なディーゼル燃料を直接供給可能になる。バイパス燃料経路６５を通るディーゼル燃料の流れは、弁６６の下流側の圧力（すなわち、循環ポンプ９３、噴射ポンプ９５、および最終的にコモンレール９０を作動させる燃料フィルタ９９または燃料経路９２内の圧力）が、循環ループ供給ポンプ３４が決定するバイパス燃料経路内の圧力よりもある程度小さく下がっている場合には、ここでは約１５−２０ｐｓｉであるが、それはすなわち何らかの理由によりエンジンが十分な燃料を得ていないことを示唆しており、そのような場合にのみ開く、経路内圧力スイッチまたは逆止め弁により制御される。このように、循環ループ５０内のいかなる構成要素のいかなる下流障害が存在したとしても、または、関連経路のどこかに障害物が存在したとしても、あるいは単に燃料添加剤が無い（すなわち、プロパンタンク４０が空であるか、圧力が不足している）場合であっても、本発明の燃料均質化向上システム２０には動作のフェイルセーフモードを有することを当業者は理解し、システム２０は単純にディーゼル燃料のみによる動作に立ち戻り、その結果、エンジンや車両は、元来の「ディーゼルのみ」の燃料システムに立ち戻ることにより、途切れのないまたはシームレスな動作で継続し、唯一低下するのは、本発明の実施により達成される燃費向上ではなく、むしろ工場出荷時燃費である。この効果は、本発明の燃料向上システム２０が、本質的に、「フェイルセーフ装置」の燃料バイパスに容易かつ便利に適応する工場の燃料供給装置の備品の外で、それと無関係に動作するという事実を考慮して再度理解される。更に、図１の例示の実施形態に関連して、燃料供給装置の構成要素の特定の配置、および多数の燃料経路区分の接続性を提示し、記述したが、本発明はこれに限定されないことが理解されるであろう。むしろ、このような構成要素、およびこれらに接続し、相互動作可能な手段は、本発明の精神および範囲から逸脱することがなければ多様な構造であってもよい。そうであっても、図１は本発明の態様に従う、燃料供給装置の一実施形態の概略図であるため、種々の構成要素の相対的サイズおよび形状が厳密ではなく、むしろ、本発明の燃料均質化向上システムの原理および特徴の単なる例示であることが理解されるべきである。したがって、本発明では、提示および記述されたのと実質的に同じ機能を果たす種々の代替的な構成要素の置換が可能であり、これらはその範囲に明確に含まれる。
図２を簡単に参照すると、コモンレールディーゼルエンジンと共に用いるために構成された、図１とほぼ同様の本発明の燃料供給装置２０の代替的な実施形態が示されている。この図の例では、燃料成分の計測および循環ループ５０への供給は、電子制御ではなく機械制御される。特に、ディーゼル燃料経路における流量センサ４３、およびプロパン燃料経路における流量制御弁４４に動作可能に接続するマイクロプロセッサ制御４５（図１）ではなく、その代わりに、後に混合する燃料成分の機械的な計測に計量ポンプ３６が用いられる。この例では、循環ループ供給ポンプ３４が、タンク３０からのディーゼル燃料を、燃料経路３５を通じて計量ポンプ３６に送る。これとは別に、加圧タンク４０により供給されたプロパンガス燃料は、概算で３０〜８０ｐｓｉの範囲の一定の調整圧力で、燃料経路３７を通じて計量ポンプ３６に送られる。計量ポンプは、現在公知または後に開発される任意の類似するポンプ技術を利用して、また、通過する燃料成分各々を再度、効果的かつ機械的に計測するために共同で駆動するようにスレーブする多連分離ポンプまたはピストンユニットを含む場合も考えられるが、そのようにしてディーゼル燃料およびプロパンを機械的に計測および混合するように機能する。つまり、この代替的な例示の実施形態では、計量ポンプ３６の形状および機械的動作により、この場合でも実質的に一定で残存する燃料混合物内の構成物質の実際の比率または割合を全く変更することなく、更に詳しく以下に記載するように、エンジン要求に基づいて計量ポンプ３６を上昇もしくは下降、または簡単に「オン」もしくは「オフ」を切り替えることで、当技術分野一般で公知の方法を利用して、プロパンに対するディーゼル燃料の容積割合が設定または固定される。計量３６は、循環ループ５０に供給される燃料混合物の全容積と関連しているため、下流の機械的圧力スイッチ、流量計、スロットルセンサ、またはマイクロプロセッサ電子制御（連結した電気機械制御システムとして後に効果的に例示する）などの現在公知か、後に開発される複数の制御または測定装置の１つに関係して動作し得ることを当業者は理解するだろう。機械スイッチの場合は、計量ポンプ３６それ自体内でも、アキュムレータピストン８５の位置によりトリガされる場合には注入管７０内でも、図３に関連してより詳細を以下に記載するが、１またはそれ以上の圧力、位置または近接スイッチによっても、または提示されているように単純に計量ポンプ３６下流の燃料経路内でも動作可能であることが理解されるだろう。特に、例示の実施形態では、計量ポンプ３６からの第１の燃料経路３８が、ディーゼル燃料の計測供給に用いられ、一方、計量ポンプ３６からは第２の燃料経路３９もつながっており、機械的に計測されたがまだディーゼル燃料と混合されていないプロパンまたは他のガス燃料成分を運ぶ。この実施形態では、圧力スイッチ４２は、第１の燃料経路３８と第２の燃料経路３９とが合流する混合点の前の、液体ディーゼル燃料を運ぶ第１の燃料経路３８内のどこかの位置に配置されることが好ましい。これにより、実際の燃料供給装置の要求に対して、ガス燃料経路または液体ガス燃料混合物が循環する下流燃料経路内の測定圧力によるよりも、より正確かつ一貫性のあるフィードバックが可能になる。ここでもまた、燃料混合物の機械計測、検知、および制御、並びに供給プロセスに関する多くの変形例が提示され、記述されてきたが、本発明はこれに限定されず、その代わりに、動作可能な効果の提供において、現在公知または後に開発される、その他の様々な係る構成要素を含み得ることを当業者は理解するであろう。いずれの場合でも、例示のディーゼル燃料とプロパンとの燃料混合物は、図１に関連して先に述べたように、さらなる処理のために、計量ポンプ３６、第１の燃料経路３８および第２の燃料経路３９から単一の燃料経路４１を通り、循環ループ５０に送られる。ここでもまた、熱交換器６０は、循環ループ５０内において、燃料経路４１から供給される追加の燃料混合物用の吸入点と、下流注入管７０との間に直列に配置されているが、この場合でも、他のこのような冷却デバイスが単独または組み合わせにより、本発明の燃料均質化向上システム２０に用いられ得ることが理解されるであろう。
ここで図３〜図６を参照して、その構造および機能をより良く示すために、図１および図２の注入管７０の種々の拡大概略図を示す。図３〜図６に示す概略図が必ずしも原寸大ではなく、注入管の寸法または比率に関して特に正確な描写（例えば、長さ、幅、壁厚など）ではないことが理解されるだろう。むしろ、このような概略図は、この場合も、本発明の燃料向上システム２０、特に循環ループ５０の一部である新規の注入管７０の全体構造および動作原理を示す。
まず、図３の拡大概略図に注入管７０の断面を示す。例示の実施形態では、注入管７０は通常、環状上壁７２および環状下壁８０で両端を塞がれた管壁７１から成り、管壁７１内で塞がれた部分には、当技術分野で公知の方法において少なくとも１つの固定されたＯリング８３が用いられている。上壁７２および下壁８０のいずれかまたは両方が管壁７１と一体的に構成されてもよいし、管壁７１に取り外せないように、または取り外し可能に取り付けられてもよい。これにより、これらに限定されないが、圧入もしくは締まりばめ、ネジ込み係合、ボンディング、溶接、リテーニングリング、または他の機械的結合もしくは固定器具などを含む、現在公知または後に開発される任意の組立技術を用いて注入管７０が形成される。例示の実施形態では、リテーニングリング７９は、管壁７１に形成された各溝（不図示）に係合するように構成されており、管壁７１の各端部に形成された段のある段部に接触して各端部壁７２，８０を押し込む。それ故、注入管７０の内部構成要素の修繕または検査のために、壁７２，８０のいずれかまたは両方の比較的容易な取り外しをなおも可能にしつつ、締め付けおよび密閉方法において端壁７２，８０を一時的に固定できる。例えば、概図で８４と指定されているアキュムレータ機構は、例示の実施形態では、下壁８０に隣接した注入管７０の下端に取り付けられている。アキュムレータ機構８４は、注入管７０内でスライド可能に取り付けられており、ピストン８５と下壁８０との間に取り付けられたばね８６により、上方へ、すなわち上壁７２に向かって付勢されるピストン８５を含む。弾性シールまたはピストンリング８７はピストン８５内に固定されており、スライド可能かつ密閉的に管壁７１に係合する。ピストンリング８７は、現在公知か、後に開発される任意の適切な材料から形成された任意の適切な形状でもよく、Ｂｕｎａ−Ｎ Ｏリング、リップシール、またはｕカップピストンシールを含むが、これらに限定されない。このように、アキュムレータ機構８４およびピストン８５は、管壁７１の一部において横方向に境界付けられ、特に、ピストン８５と上壁７２との間のピストン８５上方の、注入管７０内の上部空間または注入容積８８を形成する。注入容積８８は、通常、循環ループ５０、特に注入管７０内の圧力に応じて変動し、図６に特に関連してより詳細を以下に記すように、上部容積８８にいかなる燃料混合物が存在する任意の所定の時は常に、ばね８６がこれらの変化を吸収し、アキュムレータピストン８５に適切な圧力を加えるように作用することが理解されるであろう。別々の市販の浮袋型アキュムレータは、例えば、本発明の精神および範囲から逸脱することのないアキュムレータ機構８４で代用できることが理解されるであろう。ピストン型アキュムレータ８４では、計測のフィードバックと制御を目的とした圧力測定または他のこのようなシステムデータ、および燃料混合物の供給プロセスに関連して、またさらなる例を含む例示により、ピストン８５の少なくとも一部に磁性物質を用いてもよく、当技術分野で公知の類似する位置または近接スイッチの少なくともいずれかが、注入管７０の管壁７１内に構成されてもよい。これにより、循環ループ圧力のインジケータとして注入管７０内のピストン８５の略垂直運動、それ故エンジンによる燃料要求を確定することができ、これはマイクロプロセッサ４５（図１）または計量ポンプ３６（図２）などの制御デバイスに通信され得る。引き続き図３を参照すると、例示の実施形態では、２つの穴部または第１の上部通路７３および第２の上部通路７４が上壁７２に形成され、それぞれがが、循環ループ５０に燃料を移動するための注入管７０の吸入口および排出口として機能する。ただし、代替的な実施形態では、例えば、図１、図２、および図７〜図１０に示す概略図において、合計２以上の通路、および１つ以上の吸入口または排出口が、上壁７２ではなく管壁７１に配置されてもよいことが理解され、故に、ここに示される構造が単なる例示であると理解されるであろう。例示の実施形態の注入管７０の吸入口および排出口のさらなる態様として、第１の上部通路７３内に取り付けられた比較的短い吸入管７５、および第２の上部通路７４内に取り付けられた比較的長い下向き排出管７６を示すが、これについてもまた、詳細は以下に記す。要約して言えば、注入管７０の注入容積８８内およびその外側の流体流路は、例示の実施形態では、吸入管７５に繋がり、排出管底部または内側端部７８に到達するまで、非常に小さい耐圧性を有するアキュムレータ機構８４に向かって注入容積８８に送られ、排出管７６に移動し、循環ループ５０に戻る。図６に関連する以下の記述からより完全に理解されるように、吸入管７５よりも長い排出管７６により一部決定された流路、およびそれ故、排出管底部端７８よりも上方の吸入管底部端７７の空間的位置により、燃料混合物内のあらゆるガス燃料成分を液化するのに十分な循環ループ圧力を必ずしも必要とせずに、液体ガス燃料混合物の注入または実質的に均質の混合をもたらすような、注入管７０の膨張した容積または注入容積８８内の動的流動効果が生じ、これは実際に顕著な利点を有すると理解される。例示の実施形態では、注入管７０は管壁７１と共に構成され、外径がわずか２インチ（２”）、内径がわずか１と８分の７インチ（１−７／８”）、および全長が約２１インチ（２１”）である鋼鉄または押出アルミニウム管から形成される。代替的に、管壁７１は耐摩耗性または他の理由のために、外側をアルミニウム押出材、内側を鋼鉄スリーブから形成されてもよく、このような実施形態では、スリーブそれ自体が、上壁７２および下壁８０に接触して上部および下部段部を形成するよう適切に固定することにより、内部スリーブは外側アルミニウム押出材よりも短くてもよい。上壁７２および下壁８０は、前述のように上部および下部段部を固定するために、管壁７１の内径よりもわずかに長い外径を有するアルミニウムまたは鋼鉄ディスクから形成される。上壁７２の厚さは約２．５インチ（２−１／２”）であり、下壁８０の厚さは約１．５インチ（１−１／２”）である。アキュムレータ機構８４のピストン８５もまた、管壁７１の内径とほぼ等しい外径の鋼鉄またはアルミニウムディスクから形成され、その厚さは約１．５インチ（１−１／２”）である。ばね８６は静止長が約４インチ（４”）である、わずか１インチ（１”）のコイルばねである。ばね８６は中央止め金具（不図示）により、ピストン８５および／または下壁８０の略中心における配置を維持し得る。ピストン８５に配置されたピストンリング８７は、わずか８分の３（３／８”）インチの厚さの、Ｂｕｎａ−Ｎから形成されたｕカップピストンシールである。前述に例示した寸法に基づくと、注入管７０内の注入容積８８を形成する空間のノミナル長さまたは静止長は、約１１．５インチ（１１−１／２”）であることが理解されるであろう。上壁７２の底面からこの容積の縦方向に伸張する排出管７６のノミナル長さは約１１インチ（１１”）であり、排出管７６の下端７８とアキュムレータピストン８５との間の間隔は約０．５インチ（１／２”）である。下向き排出管７２の外径（Ｏ．Ｄ．）はわずか０．５インチ（１／２”）であり、鋼管の内径（Ｉ．Ｄ．）は１６分の７インチ（７／１６”）である。この結果、例示の注入管７０の注入容積８８のノミナルまたは静止時の容積（容積＝長さ×面積＝１１．５インチ×（π×（０．９４インチ）2）は、概算で３２立方インチ（３２ｉｎ3）となる（ピストン８５の運動または約２立方インチ（２ｉｎ3）の排出管７６それ自体（すなわち、壁）が占める相対的に無視できる容積は考慮しない）。排出管７６内の流量と、排出管７６周囲の注入管７０の残りの部分の流量とを比較すると、両方はほぼ等しく、よって注入管７０内外への流量または流速は実質的に等しいと言えるが、一方、下向き排出管７６内の流量が全体に対して小さくなると、燃料混合物が出るときに加速する傾向を有することが理解されるが、特に図１６の注入管７７０における代替的な「逆流」に関連してより詳細を以下に記す。更に図３の第１の例示の注入管７０の構造および動作を参照すると、注入容積８８には、わずか０．５インチ（１／２”）Ｉ．Ｄ．の高圧ホースを通じて燃料混合物が供給される。燃料経路５２に存在する燃料混合物（図１および図２）は、注入管７０、そして特に吸入管７５を通じて注入容積８８に入り、それ故、約０．５インチ（１／２”）Ｉ．Ｄの燃料経路から、約２インチ（２”）Ｉ．Ｄ．の注入管７０に膨張する。燃料混合物が注入容積８８を通過して流れ排出管７６に到達するまでの間、このように膨張することで、またそれに伴う長さの故に、燃料混合物をゆっくり注入する効果が生じる。さらなる詳細については、図６に関連してより以下に記す。但し、システム背圧および循環ポンプへの追加効果、並びにそれに起因するロスも含め、それらを生じさせるために流量を過剰に制限することはなく、むしろ、１つ以上の注入管７０を含むシステムを流れる十分な循環ループ流量を循環ポンプが維持することで、利用する動力全体を低減し、更には気孔の構成が防止される。当業者であれば以下のように理解するであろう。すなわち、特に注入管７０に関連する本発明の燃料向上システム２０の態様および原理は、ここに提示され、記述されている特定の例示の形状および構造に決して限定されず、単なる例示であると理解されるべきであり、むしろ、本発明の精神および範囲から逸脱することのない複数の他の構造が可能であり、これは、図１１以降の図に関連する代替的な注入管構造に関する以下の説明から更に理解が深められるであろう。これに関連して、例示の注入管７０の形状を示す別の方法として、注入容積８８の全長と直径との比率は、約５対１（５：１）であることが理解される（直径が約２インチであれば、全長は約１０インチ）。ここでもまた、本発明では様々な他の構造を利用することが可能である一方、所望の効果を得るためには、好ましくは全長と直径との比率が概算の範囲５対１（５：１）を維持し、注入管７０は用途に応じて単純に拡大または縮小される（燃料混合物全体の処理が期待される）。いずれの場合でも、例示の実施形態では、「概算の範囲」の全長と直径との比率は、約２対１（２：１）から最大約３０対１（３０：１）までの範囲であるが、例示の燃料向上システム２０では、前述の約５対１（５：１）が好ましい。
簡単に図４および図５を参照して、それぞれ、注入管７０の概略を示す上面図および底面図を示す。図４では、上から注入管７０を見ると、吸入管７５は、例示の実施形態では、上壁７２の中心に実質的に位置し、下向き排出管７６は、吸入管７５から少しずれて実質的に平行に位置している。吸入管７５および排出管７６のこの特定の位置による流量効果についても、以下に記述する図６を参照すれば最もよく理解されるであろう。図３に関連する図５の底面図は、注入管７０の底壁８０に半径方向にオフセットした位置に取り付けられたブローバイ排出口８２を示す。ただし、ブローバイ排出口８２の正確な位置は、アキュムレータ機構８４の付勢ばね８６の動作を妨げない限り、他の多くの任意の位置でもよいことが理解されるだろう。図１に関連して前述したように、ブローバイ排出口８２の目的は、ピストン８５、特にピストンリング８７から漏れ出したあらゆる燃料混合物を、図１および図２の例示の実施形態では戻り経路６８および循環ループ供給ポンプ３４の吸入側面を通じて、集めて循環ループ５０に戻すことを可能にするということが更に理解されるだろう。アキュムレータ機構８４のピストン８５を通る燃料混合物に関連して、当業者はまた、ディーゼル燃料などの軽油燃料を含むこのような燃料混合物が、管壁７１により境界付けられる管７０内で上昇および下降する際に、注入管７０の部品、つまりピストン８５を動かすための潤滑効果を有することを理解するだろう。
図６を参照すると、燃料混合物が、循環ループ５０（図１および図２）の一部として注入管７０を通る際の、燃料混合物の流動および流体力学を示す注入管７０の概略断面図が示されている。概図で２２と指定されている燃料混合物が、吸入管７５を通り注入管７０の注入容積８８に入ると、例示の実施形態では、混合物２２は液体ガス混合物、つまり約２０ｐｓｉの呼び圧力のディーゼル燃料付加プロパンとなり、それ故この圧力は、大気温度における気体から液体への相変態においてプロパンが受ける圧力（約１２５ｐｓｉ）をはるかに下回る。このように液体ガス燃料混合物は混合かつ循環し、特に注入管７０に取り込まれるときでも、気相状態の少なくとも１つの構成物質を有し続ける。それ故、図６に概略を示すように、燃料混合物２２は吸入管７５に入ると、典型的にはガスプロパンである比較的大きい泡２３を含む。ただし、燃料混合物２２が注入容積８８内で図６の矢印２８に示すように下方に流れると、入ってくる液体が注入容積８８内に既に存在する液体の中で分散して渦流効果が生じる。更に、このような下向きの液体の流れは、上昇する傾向のある泡２３に抵抗し、この作用により、混合物２２が注入容積８８の底部に到達し、その後下向き排出管７６の内部を上昇し始め、注入管７０から出るまで泡２３は分裂し、概図で２４と指定されている泡はここでは比較的小さく、典型的にはディーゼル燃料内で十分に分散したプロパンであり、矢印２９が示すように注入管７０から出るとすぐに、実質的に均質の液体ガス燃料混合物２２を生成する。もう少し詳細には、燃料混合物内の典型的にはプロパンまたは他のガス燃料である泡２３は、泡の表面張力を上回る液体内のせん断力のため、注入管７０に入るとすぐに効果的に分裂し、その結果、泡サイズに縮小する。注入管７０内の渦流が流体に不利に作用して、乱流混合作用が生じる。注入管７０上部に燃料混合物を導くことにより、現在の設計においてこの作用は意図的に増大され、液体ガス燃料流の下降流に対して泡が上昇しようとする環境を作る。その結果、比較的制御されかつ繰り返し可能なプロセスで、泡を分解または泡のサイズを望ましいレベルにまで縮減し、気泡と燃料流と完全に混合するか、または燃料混合物の液体成分内でそれを分散する。これにより、先行技術の設計のように、外側から燃料の供給を試みる技術の代わりに、液体燃料それ自体の噴射により、大量に噴霧化する所望の結果がもたらされる。それ故、注入管７０は、燃料混合物２２がそこを通る時、燃料混合物２２に多くの有益な物理的効果をもたらし、そのすべては、本質的に、注入管７０の形状および構造によると、当業者は理解するだろう。ここでもまた、燃料混合物２２は、吸入管７５から出て注入容積８８に入るとき膨張し、それにより燃料混合物２２は減速し、冷却される。これは単独で注入プロセス、特にガス燃料成分の縮小性質を助長する。前述のように、燃料混合物２２の下向きの流れはまた、不活性および摩擦効果の両方により、気泡が上昇する性質に抵抗する。ここでもまた、下向きに流れる燃料混合物と上昇泡との合流は、制御された乱流混合プロセスにおいて燃料混合物を更に繰り返して混合またはかき混ぜる傾向があり、このカスケード効果により、実質的に均質の液体ガス燃料混合物を生成しつつ、あらゆる不必要な熱、または寄生エネルギー損失は最小化される。それ故、例示の実施形態では、下向き排出管７６の底部端７８よりも吸入管７５の底部端７７が上方に位置する物理的、空間的配置により、前述の流路およびその結果として混合効果を得ることを当業者は理解するだろう。注入管７０は略垂直で示したが、それ単独で、または注入管７０およびその構成要素、特に吸入管７５および排出管７６の他の形状との組み合わせで、底部端７７，７８の相対位置を維持し、前述した結果生じる流動力学をなおも得られる他の向きでの配置が可能であることが理解される。アキュムレータ機構８４が、当業界で公知の方法により、注入管７０の他の機構と共に動作し、それが注入容積８８内を動くときも燃料混合物２２を一定の圧力に維持し、また、アキュムレータが循環ループ５０の至る所で圧力サージおよびフェルトなどを利用するようにも機能することが当業者に更に理解されるだろう。それ故、注入管７０内にアキュムレータ機構８４を配置することにより、循環ループ５０および燃料向上システム２０全体に関する利益がなおも実現され、一方で、燃料混合物２２の均質な混合に寄与する追加の機能もまた達成され、システム以外の箇所でのアキュムレータ構成要素の分離が全く不要になる。それ故、注入管とアキュムレータとが効果的に連結した構造が、多くの局面で本発明の燃料向上システム２０において利点となることが当業者に理解されるだろう。
より一般的には、注入管による容積の膨張およびその結果生じる渦流、並びに混合効果によって、噴射前に液体燃料ガス燃料を共通ストリーム内で共に十分に混合する効果的な唯一の方法として、先行技術に広く示されているように、１つまたそれ以上の燃料成分を超臨界状態に維持するか、別の方法として、液体燃料成分の混合前、混合中および混合後に、ガス燃料成分に加圧して液体状態にするための出費なしに、並びにより高圧および／または高温での複雑な動作なしに、液体とガスの燃料成分を十分または実質的に均質に混合できることが理解されるだろう。本発明は、特に前述したような噴射システムまたはインジェクタの変更を含まず、それ故例示の実施形態では、車両の噴射システムハードウェアおよび電子制御または工場で取り付けられた安全または排出装置に事実上影響を与えないボルトオン設計が示される。ただし、本発明の態様に従う燃料向上システムが、市場に出た後に追加される代わりに、工場で取り付けられてもよく、いずれの場合でも、燃料供給および噴射システム全体の他の態様が、本発明の精神および範囲内での実施において変更またはそれに応じて合理化され得ることが理解されるだろう。いずれの場合でも、このような液体ガス燃料混合物が、本発明の態様に従い十分に混合されると、特に、前述のように、注入管７０の動作を通じてガス燃料成分を液体燃料成分内で注入または分散し、噴射システムの外部に存在する連続的な循環ループ５０を通じてこのような実質的に均質の混合物が維持され、任意の数のインジェクタ９１を通じた、本発明の燃料向上システム２０により生じた燃料混合物の従来方法に基づいた噴射において、燃料混合物内のガス状成分が液体燃料成分に霧化効果を与えることがここでも理解されるだろう。つまり、燃料混合物の噴射において、コモンレールエンジンの場合には、燃焼室内の圧力は約２５０００ｐｓｉから約３００ｐｓｉに直ぐに低下する。この圧力変化によりガス燃料成分はかなり激しく膨張し、燃料混合物内で実質的に均質に混合または分散して、実質的に均一の完全燃焼を実現するために、液体燃料を霧化するか、燃焼室全体に液体燃料を急速にまき散らす。この場合でも、本発明は、当業界で示されるような高い循環圧力または超臨界状態を維持しなくてもこの効果を達成できる。この物質的な噴霧化効果以外でも、一燃料成分中の他の化学または触媒効果もまた、ここで提示される改善された性能における役割を果たし得る。最終成果は、各燃焼事象中に、燃料混合物からより多くの動力を取り出すことであり、よってエンジン動作の効率性が向上し、場合によっては、約３０〜１００パーセント（３０〜１００％）以上向上する。更に、このような効率性の向上は、先行技術のアプローチでは通常は犠牲となるエミッションに少しも悪い影響を与えず、典型的な炭化水素ベースの液体燃料のより完全な燃焼により、排出される未燃焼炭素が減少し、燃焼および排ガスの温度が実質的に上昇しないため、亜酸化窒素（ＮＯｘ）および二酸化炭素（ＣＯ2）などの他の不要な排気はたとえ存在してもその量が更に減るか、少なくともその総計は、十分に効率が向上する許容レベルになる。これはまた、エンジン全体が本発明の原理に従い設計された場合に、効率が改善しなくても、より優れたエミッション効果をもたらす、本明細書に記載したような、市場に出た後の「ボルトオン」取り付けにより実現される効果として理解されるだろう。
図７〜図１０を参照すると、ここでは機械式または直接噴射式ディーゼルエンジンとして適用される、本発明の態様に従う燃料向上システム１２０の種々の代替的な実施形態が示されている。このような状況では、燃料経路または循環ループ圧力が、コモンレールエンジンのこのような機器とは異なる、工場で取り付けられた燃料供給装置の機器により実現または可能になると理解されるが、本発明の燃料向上システム１２０の他の変更が実施され得るさらなる実施形態を単なる例示として示し、記述する。したがって、この場合でも、本発明が任意の特定の一実施形態またはエンジン適用に限定されず、むしろ、現在公知か、後に開発される種々のエンジンと共に用いられ得る、より広くかつ一般の燃料均質化向上システム１２０に関連することが理解されるだろう。さらなる要約において、図７および図９は直接噴射式の状況における代替的な多種燃料の実施形態に関連することが理解されるだろう。この例では、燃料成分は電子制御に従い計測および混合され、エンジンの噴射システムの外側に存在する循環ループ１５０は、図１の第１の例示の実施形態に類似する。図８および図１０は、コモンレールの状況の図２の例示の実施形態に類似する方法で、燃料成分を機械的に計測および混合する実施形態を示す。図７および図８は、それぞれ、代替的に電気または機械制御の状況において、ディーゼル燃料などの単一の液体燃料、およびプロパンなどの単一のガス燃料を混合し、最終的に燃料ギャラリ１９０に供給する燃料混合物を生成するという点で、図１および図２の実施形態に類似する。一方、図９および図１０は、それぞれ、代替電気制御、代替機械制御であるという文脈から、プロパン、水素および空気などの多連ガス燃料成分を単一の液体燃料成分、すなわち、例示の実施形態ではここでもディーゼル燃料であるが、それと混合するという点において図１および図２の実施形態に類似する。液体およびガス燃料成分の特定の組み合わせを示したが、本発明の燃料向上システム１２０はこれに限定されず、むしろ、現在公知か、後に開発される事実上無限の種々の燃料および燃料混合物と共に効果的に用いられ得ると、当業者は理解するだろう。
図７を参照すると、当業界で公知の方法により、経路２０６を通じて個々のインジェクタ１９１（簡潔さのために１つのみを示す）に燃料を供給する個々のプランジャ１９２を含む燃料ギャラリ１９０を有する、直接噴射エンジンに供給されるディーゼルとプロパンとの燃料混合物のための電子制御型システムの代替的な例示の実施形態の概略図が示されている。本発明の燃料向上システム１２０は、ディーゼル燃料タンク１３０と循環ループ１５０との間の経路内に流量センサ１４３を含む。この燃料経路１３５は循環ループ供給ポンプ１３４と流量センサ１４３とを接続し、流量センサ１４３から更には燃料経路１４１が延び、循環ループ１５０の燃料経路１５１へとつながる。更に、プロパンタンク１４０は流量制御弁１４４を利用してプロパンを供給し、その後、流量制御弁１４４は、流量センサ１４３が測定したようにディーゼル燃料を運ぶ燃料経路１４１にガスプロパンを供給する。ここでもまた、プロパンタンク１４０は、プロパンが供給される燃料経路１４１内の圧力、すなわち代替的な例示の実施形態では約４０〜５０ｐｓｉよりも少なくとも約１０ｐｓｉ大きい最低圧力に制限されることが好ましい。この燃料経路１４１内の圧力は、ディーゼル燃料タンク吸上げポンプ１３２が取り込む約１０ｐｓｉの圧力と、エンジン吸上げポンプまたは循環ループ供給ポンプ１３４が取り込むもう１つの約４０ｐｓｉの圧力とに基づいて決定される。それ故、代替的な実施形態のプロパンタンク１４０は、約６０〜１００ｐｓｉに制限されることが好ましい。ここでもまた、工場で取り付けられた機器である吸上げポンプ１３２，１３４両方と共に、前述のポンプおよび圧力が説明のための単なる例示であることを当業者は理解するだろう。流量制御弁１４４は、この場合もマイクロプロセッサ制御１４５などにより制御され、制御１４５は、現在公知または後に開発される、任意の係る装置、またはその他の係る流量制御装置でもよく、これらに限定されないが、例示の実施形態の流量センサ１４３など、種々の入力データを受信するように機能し得る。したがって、図７の代替的な燃料向上システム１２０に関連して例示の電子計測制御を示し、記述したが、本発明はこれに限定されず、その代わりに、種々の組み合わせおよび構造の任意のこのような構成要素を含んでもよいことが当業者に理解されるだろう。
引き続き図７を参照すると、例示のディーゼル燃料とプロパンとの燃料混合物は燃料経路１４１を通り、特に、燃料経路１４１と第１の循環ループ１５０の燃料経路１５１とがＴ字路で交差する位置で第１の循環ループ１５０に供給される。燃料経路１５１は、図１および図２に関連して前述した選択的な熱交換器１６０と流体的に連絡し、循環ループ１５０のさらなる燃料経路１５２を通じて注入管１７０に燃料混合物が供給され、この場合でも前述のように、このような注入管１７０は、第１の循環ループ１５０内の圧力サージの処理のために共に動作する内蔵式アキュムレータ機構１８４を含む。ここでは、注入管１７０から出た燃料混合物は、なおも第１の循環ループ１５０の一部である燃料経路１５３を通って移動し、第１の循環ポンプ１９３に供給される。第１の循環ポンプ１９３は、例示の実施形態では、吸上げポンプ１３２，１３４が決定した約６０ｐｓｉの呼び圧力、およびシステム内の任意の背圧で、第１の循環ループ１５０内で燃料混合物を容易に循環させる。燃料混合物は第１の循環ポンプ１９３から出て燃料経路１９４を通り、状況に応じて約２５０〜５００ｐｓｉの圧力で混合物を加圧する高圧容積型ポンプ２００に送り込まれ、エンジン要求に基づいて、その後第２の循環ループ２５０、特にエンジンの燃料ギャラリ１９０に送り込まれる。例示の実施形態では、このような液体ガス燃料混合物に適応するように構成された専有の容積型ポンプ２００には、カリフォルニア州、ＶｉｓｔａのＵＳ Ａｉｒｆｌｏｗにより製造されたか、それによりライセンスを供与されたものが用いられる。容積型ポンプ２００の「オン／オフ」操作は、例示の実施形態では、燃料経路２０２内のポンプ２００の下流に配置された圧力スイッチ２０４により制御される。スイッチ２０４は電流制限スイッチでもよいし、現在公知か、後に開発されるあらゆる他の類似のスイッチでもよい。容積型ポンプ２００が必要としない不要な燃料混合物は、単に燃料経路１９４とのＴ字路に戻り、第１の循環ループ１５０内での継続的な循環のために燃料経路１５１に送られる。ここでもまた、連続的な循環および燃料混合物の混合、並びに注入管１７０を通る特定の通路のために、ここではプロパンである燃料混合物のガス状成分のための相変化する圧力よりもループ１５０内の圧力を高くしなくても液体ガス燃料混合物を実質的な均質状態に維持できることが理解されるだろう。ここでもまた、第１の循環ループ１５０はエンジンの噴射システムの完全な外部に存在し、前述した複数の利点を有する。一方、エンジンに必要な燃料混合物は、高圧容積型ポンプ２００から燃料経路２０２に沿って第２の循環ポンプ１９５に供給される。次に、循環ポンプ１９５は燃料経路１９６を通じて燃料ギャラリ１９０に供給する。ここで、当技術分野で公知の方法により、インジェクタ１９１が最終的に噴射する。燃料ギャラリ１９０からの未使用またはブローバイ燃料は、高圧容積型ポンプ２００が決定した約４００ｐｓｉの圧力で燃料混合物を循環させると理解される第２の循環ループ２５０を基本的に形成する逃がし穴燃料経路１９７に沿って移動して、再利用のためにギャラリ１９０の吸入側面に送り戻される。一方、個々のインジェクタ１９１からの未使用またはブローバイ燃料は、基本的に、さらなる再循環および再利用のために、逃がし穴燃料経路１９８に沿って、プロパン侵入地点の前後に関わらず、経路１９８とディーゼル流量計１４３の下流の燃料経路１４１とが交差するＴ字路を経由して第１の循環ループ１５０に送り戻される。注入管１７０に関する本発明のさらなる新規の特徴は、さらなる処理のために、例示の実施形態では、タンク吸上げポンプ１３２と、循環ループ供給ポンプ１３４または工場で取り付けられたエンジン吸上げポンプとの間の燃料経路１３３とその後方においてＴ字路を形成するブローバイ戻り経路１６８を含むアキュムレータ機構１８４がここでもまた含まれることである。同様に、本発明のさらなる新規の特徴は、当技術分野一般で公知の方法により、第２の循環ループ２５０内の圧力サージを取り出すための第２のアキュムレータ機構２８４が、第１の循環ループ１５０と第２の循環ループ２５０との間に効果的に配置されることである。ここでは特に、燃料経路１９７とＴ字路を形成する燃料経路２５２から、燃料混合物が約４００ｐｓｉでアキュムレータ上部に送りこまれ、この流れ込みは、ばね２８６により上方に付勢されるピストン２８５により吸収されるが、ピストン２８５を通過したあらゆる漏出が第２のアキュムレータ機構２８４から出て、燃料経路２６８とのＴ字路を通り、第１の循環ループ１５０の燃料経路１５１内に供給される。それ故、第２のアキュムレータピストン２８５の約４００ｐｓｉ超と６０ｐｓｉ未満との圧力差により、アキュムレータは動作中にピストン２８５から漏れ出したあらゆる燃料をなおも獲得および再利用しつつ、設計どおりに機能できることが理解されるだろう。最後に、図７の例示の実施形態もまた、循環ループ供給ポンプ１３４と流量センサ１４３との間の燃料経路１３５とＴ字路を形成するバイパス燃料経路１６５を含み、これは、第２の循環ポンプ１９５を利用して燃料ギャラリ１９０内に燃料を供給する燃料経路１９６と直接接続する。これにより、これは流量計１４３、燃料添加剤源１４０、および第１の循環ループ１５０全体とバイパスし、それ故、燃料向上システム１２０の別の箇所に問題がある場合でも、エンジンの燃料ギャラリ１９０に純粋なディーゼル燃料を直接供給できる。バイパス燃料経路１６５を流れるディーゼル流は、経路内圧力スイッチまたは逆止め弁１６６により制御される。弁１６６はその下流側の圧力（すなわち、燃料ギャラリ１９０に燃料を供給する燃料経路１９６内の圧力）が、循環ループ供給ポンプ１３４が決定する、ここでは約５０〜６０ｐｓｉであるバイパス燃料経路内の圧力よりもある程度低い場合、すなわちエンジンが何らかの理由により十分な燃料を得ていないことを示す圧力である場合にのみ開く。このように、本発明の燃料均質化向上システム１２０が、循環ループ１５０内のいかなる構成要素のいかなる下流での故障または他の類似の問題がある場合に動作するフェイルセーフモードを有しており、エンジンまたは車両が連続動作を続けるような、ディーゼル燃料のみを用いるような元の状態にシステム１２０が簡単に戻ることを当業者は理解するだろう。
図８を簡単に参照すると、図７に類似するが、電気ではなく機械制御を直接噴射式の状況に用いる、燃料向上システム１２０のさらなる代替的な実施形態の概略図が示されている。ここでは、コモンレールシステムを用いる図２に関連して前述したように、計量ポンプ１３６が例示の実施形態のディーゼル燃料およびプロパン燃料を機械的に計測する。図２のシステムをわずかに変更したような図８に示す計量ポンプ１３６は、計測に加えて、その内部で２つの燃料成分を混合し得、計量ポンプ１３６から出た単一の燃料経路１４１を通じて、このような混合物を第１の循環ループ１５０の燃料経路１５１に供給する。このような実施形態では、計量ポンプ１３６は、前述の計測および混合プロセスにおいて機械制御される液体燃料成分に少なくとも関連する経路に適切な圧力スイッチなどを一体的に含み得る。
図９および図１０を参照すると、前述の例示の実施形態ではプロパン１つであるが、それ以上の多連ガス燃料成分がディーゼル燃料内に導入または注入される、本発明の態様に従う燃料向上システム１２０のなおもさらなる例示の実施形態の概略図が示されている。まず、計測プロセスの電子制御を含む図９の実施形態においてもまた、ディーゼル燃料タンク１３０から液体ディーゼル燃料が、概算で５０〜６０ｐｓｉの圧力で吸上げポンプ１３２および供給ポンプ１３４を通じて流量センサ１４３に供給される。ディーゼル燃料の測定された流量に応じて、流量センサ１４３と電気通信するマイクロプロセッサ制御１４５は、この代替的な実施形態では、第１の流量制御弁１４４、第２の流量制御弁２４４、および第３の流量制御弁３４４をそれぞれ選択的に制御することにより、第１のタンク１４０、第２のタンク２４０、および第３のタンク３４０からのガス燃料成分の、共通の燃料経路１４１への放出を制御する。したがって、適切な量の各ガス燃料成分が、流量センサ１４３が受信したディーゼル燃料流量データに基づいて、マイクロプロセッサ制御１４５の制御下で液体ディーゼル燃料と混合される。このように、本発明の燃料向上システム１２０が、１つ以上のガス燃料成分と１つ以上の液体燃料成分とをある割合に制御して混合可能であり、本発明の態様に用いる実質的に均質の混合物として、任意の数のこのような燃料の組み合わせが混合かつ維持されることがここでもまた理解されるだろう。図９の例示の実施形態では、３つのタンク１４０、２４０および３４０がプロパン、水素および空気をディーゼル燃料に供給して液体ガス燃料混合物を生成する。任意のこのようなタンクが、例えば、搭載状態で水素ガスを生成するための電解装置（不図示）と置換され得、気体の場合には、ここでもまた、流量制御弁２４４，３４４それぞれが計測した環境大気を取り込むための、環境に開放された簡単なフィルタ付き吸入口を含み得ることが理解されるだろう。したがって、図９の概略図では３つのタンク１４０、２４０および３４０を示したが、本発明はこれに限定されず、むしろ、本発明の精神および範囲から逸脱しない任意の数の、現在公知か、後に開発される種々の他のガス燃料成分貯蔵室および／または生成デバイスを含み得ることが理解されるだろう。図１０を簡単に参照すると、本発明の燃料向上システム１２０のさらなる別の代替的な実施形態の概略図が示され、ここでは、液体ディーゼル燃料１３０の計測と、液体ディーゼル燃料１３０と供給源１４０、２４０および３４０からのガスプロパン、水素および空気との混合に、電気的制御システムではない機械計測ポンプ１３６が用いられる。液体ガス燃料混合物を生成するために混合される燃料の種類、それらの比率および混合時の圧力、並びに１つ以上の循環ループおよび注入管の特定の構造は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく異なり得る。それ故、本発明の態様が、示し、記述した例示の実施形態以外の複数の構造および状況を用いてもよく、本発明の燃料向上システムが、本明細書に示し、記載したいかなる特定の実施形態にも限定されないことを当業者は理解するだろう。
次に、本発明の態様を更に示す図１１および図１２を参照すると、図１〜図１０に関連して示し、記述したものとは異なる種々の２本以上の注入管、および加圧タンクまたは搭載状態における生成デバイスから供給されたか否かに関わらず、ガス燃料成分として窒素を用いるさらなる例示の燃料均質化向上システムが示される。図の範囲を考慮して、用いられる注入管の様々な数および構造が、ガス燃料として用いる窒素により限定されず、逆もまた同様であることが理解されるだろう。むしろ、図１１および図１２のシステムにおける、前述の図１〜図１０の例示のシステムとは異なるこれらの２つの変更の組み込みは、これらのさらなる態様の単なる例示である。ここでもまた、例示のシステムは直接噴射の前にディーゼル燃料と混合される窒素ガスを供給するタンクまたは搭載状態における生成デバイスなどの窒素源を含み、システムの残りの部分が、その後、従来方法で噴射される実質的に均質のディーゼル燃料と窒素との燃料混合物を生成し、この窒素が燃焼室内のディーゼル燃料に噴霧化効果を与えることにより、燃焼効率を改善する。前述したように、１つ以上の液体またはガス燃料供給タンク、液体燃料内のガス燃料を機械的または電気的に関わらず本質的に計測するための流量制御システム、およびより詳細を以下に記した、「開ループ」構造における、ガス燃料添加剤が通気またはガス抜け可能な、液体燃料タンクへの戻り経路などの追加の構成要素が、追加または補助的な機能として任意のこのような多種燃料装置に組み込まれ、置換可能である。
図１１に示す例示の実施形態では、燃料供給装置全体４２０は、通常、吸上げポンプ４３２を含むディーゼル燃料タンク４３０、一組の注入管４７０を含む概略を示す循環ループ４５０に供給する加圧窒素タンク４４０、並びに燃料フィルタ４９９を通じて、エンジンの噴射システムコモンレール４９０とインジェクタ４９１とを流体的に連絡する循環ループ４５０を含む。より具体的には、ディーゼル燃料タンク４３０は、燃料経路４３１を通じて吸上げポンプ４３２を利用してディーゼル燃料をここでもまた約５ｐｓｉで供給し、これらのいずれもが工場で取り付けられた機器であり、タンク４３０に内蔵されてもよいし、図１１に便宜上示すように個々に構成されてもよい。ディーゼル燃料は、次に、燃料経路４３３を通り、例示の実施形態では最大約６０〜１００ｐｓｉの圧力でディーゼル燃料を供給する一連の循環ループ供給ポンプ４３４に送られる。この圧力範囲は、アプリケーションおよびエンジンパラメータに応じて著しく変化する可能性があり、よってここに示される圧力および全ての類似する圧力は単なる例示であると理解されるだろう。例示の実施形態では２つの供給ポンプ４３４を示したが、以下の図１２の代替的な例示の実施形態に関連して更に理解されるように、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、１つのみまたは３つ以上のポンプが用いられ得る。１つ以上の循環ループ供給ポンプ４３４は、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成され、これらに限定されないが、ミシガン州、ファーミントンヒルのＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＬＬＣにより製造されたような、歯車型、回転翼またはローラ翼型のポンプ、またはカリフォルニア州、ＶｉｓｔａのＵＳ Ａｉｒｆｌｏｗにより製造されたか、それによりライセンスを供与された液体ガス燃料混合物に適応するように構成された、専有の容積型ポンプを含む、現在公知または後に開発されるあらゆる流体ポンプでもよいことが理解されるだろう。代替的な実施形態では、１つ以上のこのような供給ポンプは多段式でもよいし、要求されるスループットおよび加圧を達成するように、示すように統合または連続して配置されてもよい。システム内で用いられる他の循環ポンプ、高圧容積型ポンプなどに加えて、任意または全てのこのような供給ポンプは、これらに限定されないが、パルス幅変調ドライブ（不図示）を含む、現在公知か、後に開発される任意の適切な手段を用いて動力を与えられ、制御され得る。燃料向上システム４２０に戻ると、この例示の実施形態では、燃料経路４３３内のポンプ４３４の上流の、ディーゼル燃料タンク４３０と循環ループ４５０との間に直列に流量センサ４４３を配置したが、これをもう１つの供給ポンプ４３４の上流または下流に配置してもよい。さらなる燃料経路４３５が、循環ループ供給ポンプ４３４と循環ループ４５０の燃料経路４５１とを接続する。更に、例示の窒素タンク４４０は、燃料経路４３７を通じて流量制御弁４４４に窒素を供給し、その後、燃料経路４３８を通じて、流量センサ４４３が計測したディーゼル燃料を運ぶ燃料経路４４１に供給される。窒素タンク４４０は、例示の実施形態では、この場合も約６０〜１００ｐｓｉである、窒素が送り込まれる燃料経路４４１内の圧力よりも少なくとも約１０ｐｓｉ大きい最低圧力に制限することが好ましい。流量制御弁４４４はマイクロプロセッサ制御４４５などにより制御され、制御４４５は、これらに限定されないが、例示の実施形態の流量センサ４４３、スロットル位置センサ、または当技術分野で公知の手段における他のこのようなモニタリング装置を含む種々の入力データを受信するように機能し得る、電気的に制御される弁または他のこのような流量制御装置用の、現在公知または後に開発される任意のこのような装置でもよい。したがって、図１、図２、および図７〜図１０において明らかなように、図１１に例示された多種燃料装置４２０に関連して電子計測制御の例が提示、記載されているものの、本発明はこれに限定されず、むしろ、その精神および範囲から逸脱することがなければ、任意の係る構成要素を種々に組み合わせまた構成したものでもよいことは、当業者はここでもまた理解するだろう。例示の実施形態では、燃料混合物内の燃料の割合は、混合圧力がわずか１００ｐｓｉであると仮定すれば、混合点における容量単位でディーゼル燃料が９０パーセント（９０％）よりも多く、窒素が１０パーセント（１０％）未満である。２つの特定の燃料成分が、特定の比率範囲内の液体ディーゼル燃料と気体窒素との燃料混合物を含むように記載したが、本発明はこれに限定されず、本発明の精神および範囲から逸脱することがなければ、本発明の態様に従う燃料均質化向上システムにおいて、本明細書に記載の、その他の様々な燃料を種々の組み合わせおよび比率で用い得ることが当業者に理解されるだろう。
図１１を引き続き参照すると、例示のディーゼル燃料と窒素との燃料混合物は燃料経路４３５を通過して循環ループ４５０へ、具体的に、燃料経路４３５が、再循環のために噴射ポンプ４９５からの過剰燃料を戻す燃料経路４５１とＴ字路を形成する位置で供給される。燃料混合物は、その後、例示の実施形態では２つある一連の注入管４７０を通るが、その構造および利点は、本明細書の参考文献に組み込まれた先願、および更に以下に記す図１２の代替的な実施形態に用いられる一連の注入管に関連して説明される。要約して言えば、ガス燃料成分が、少なくとも部分的には」注入管４７０の形状により、また、その結果生じる、燃料混合物の流体力学的効果により、効果的に液体燃料構成成分内に注入されるか、または液体燃料中に均一に分散される際に、液体ガス燃料混合物が減速し、十分に均一化するのは、１つまたはそれ以上の注入管４７０の中においてであり、それぞれの注入管は、循環ループ４５０内の容積を膨張するよう特に構成されている。それ故、注入管４７０は燃料に対しても冷却効果を有し、係る冷却効果は、各管の外壁に配置したフィン（不図示）により、または、更に、それとは別に、システムの他の箇所に組み込まれた熱交換器（不図示）を通ることにより、向上する可能性がある。注入管４７０から出た実質的に均質かつ比較的冷たい燃料混合物は、その後、燃料経路４５３を通り燃料フィルタ４９９に供給される。燃料フィルタ４９９から出た燃料混合物は、次に、出口燃料経路４９２のみを通り、最大約１５０ｐｓｉの呼び圧力で燃料混合物を送り出す循環ポンプ４９３に供給され、その後、燃料経路４９４を通り、最大約２５０００ｐｓｉの作動圧力で燃料混合物を送り出す例示のコモンレールディーゼルエンジン形態のエンジンの噴射ポンプ４９５に供給される。この場合でも、全てのこのような圧力が単なる例示であり、本発明を限定するものではないことが理解されべきである。エンジンに必要な燃料混合物は、噴射ポンプ４９５から高圧の燃料経路４９６を通ってコモンレール４９０に供給され、一方、過剰燃料またはエンジンの現在の要求を超えた燃料は、噴射ポンプ４９５とも流体的に連絡する燃料経路４５１に沿った循環ループを通り再利用される。この循環は前述のように、注入管４７０の直前で再生燃料と混合され、必要に応じて循環ループ４５０に入る追加の燃料混合物と共に注入管４７０内部を移動し続ける。循環ポンプ４９３および噴射ポンプ４９５が、燃料混合物の供給および加圧を目的とした、現在公知または後に開発されるあらゆる種類のポンプでもよいことが当業者に理解されるだろう。この場合でも、前述および以下により詳細を記すように、本発明の燃料向上システム４２０および１つ以上の注入管４７０の動作により、ガス燃料成分を液体燃料成分内と効率的に混合し、液体燃料成分内に噴霧し、その結果、循環しかつ実質的に均質となった混合物は、システムの残りにおいて、また供給と噴射ポンプにとって、特に液体として効果的とみなされ、循環ループの関連動作および利点は、ここでも、別の代替実施形態と認識される。最後に、図１１の例示の実施形態は、吸上げポンプ４３２と流量計４４３との間の燃料経路４３３とＴ字路を形成し、フィルタ４９９と直接接続するバイパス燃料経路４６５を更に含むことにより、流量計４４３、１つ以上の供給ポンプ４３４、および燃料添加剤源４４０と、循環ループ４５０全体とをバイパスし、それ故「フェイルセーフ装置」を備える。図１１の代替的な例示の実施形態に関連して、燃料供給装置の構成要素の特定の配置、および複数の燃料経路区分間の接続性を提示し、記述したが、本発明はこれに限定されないことが更に理解されるだろう。むしろ、このような構成要素、およびこれらに接続し、相互動作可能な手段は、本発明の精神および範囲から逸脱することのない種々の構造でもよい。この場合でも、図１１は本発明の態様に従う燃料供給装置の一実施形態の概略図であり、種々の構成要素の相対的サイズおよび形状は厳密ではなく、むしろ、本発明の多種燃料装置の原理および特徴の単なる例示であると理解されるべきである。したがって、本発明では、ここで提示、記述されたものと実質的に同じ機能を果たす種々の代替的な構成要素の置換が可能であり、これらはその範囲に明確に含まれる。
図１２を参照すると、この場合でも「コモンレール」ディーゼルエンジンと共に用いられる、本発明の態様に従う多種燃料装置５２０のさらなる例示の実施形態の概略図が示されている。ここに示されている実施形態では、噴射システムは、電磁または旧式のＨＥＵＩ（油圧電子ユニットインジェクタ）型のインジェクタ５９１または圧力、特に背圧に比較的影響されるあらゆる他のインジェクタを含み、その結果、戻り経路５９７は、周囲圧力に近い圧力のタンク５３０に戻るとして示されている。これに関する詳細は以下に記す。図の範囲を考慮して、燃料均質化向上システムの代替的な例示の実施形態をこのような「開ループ」の燃料経路構造として示したが、本発明はこれに限定されず、この場合でも、種々のエンジン、インジェクタ、および図１〜図１１の実施形態に示す名目上の「閉ループ」システムなどの、本発明の精神および範囲から逸脱しない付随する燃料経路構造と共に用いられ得ることに留意されたい。コモンレール５９０、燃料フィルタ５９９、主ディーゼル燃料タンク５３０、吸上げポンプ５３２、および関連する燃料経路などの多くのエンジン部品を、概略を示す図全体の一部として示したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、工場でまたは市場に出た後に取り付けられたかに関わらず、全てのこのような構成要素もしくはそのあらゆる変形例、またはそれらの代用品が用いられ得ることに、ここでもまた留意されたい。それ故、燃料供給装置全体の一部としてこのような構成要素を図に示したが、本発明が明らかにこれに限定されず、エンジンのこのような標準的な構成要素を必ずしも要求せず、本発明の燃料供給装置の単なる一状況として本明細書に示されることが理解されるべきである。更に、この場合でも、特にディーゼル内燃エンジンに関連する例示の実施形態を示し、記述したが、これらに限定されないが直接噴射式ガソリンエンジンを含む現在公知または後に開発される種々の他のエンジンが用いられ得る。
要約すると、図１２の代替的な例示の実施形態では、吸上げポンプ５３２を含むディーゼル燃料タンク５３０、および通常５７０と指定されている一連の注入管に供給し、エンジンの噴射システムコモンレール５９０およびインジェクタ５９１と流体的に連絡する窒素タンク５４０を通常含む燃料供給装置５２０全体を示す。より具体的には、ディーゼル燃料タンク５３０は、燃料経路５３１を通じて、吸上げポンプ５３２を利用して約５ｐｓｉでディーゼル燃料を供給し、これらのいずれも工場で取り付けられた機器であり、タンク５３０に内蔵されてもよいし、図１２に便宜上示すように個々に構成されてもよい。さらなる液体燃料供給のために、必要に応じて自動または手動で動作する追加のタンクが燃料経路５３５の下流において直列または平行に接続されてもよい。ディーゼル燃料は、詳細は以下に記すが、次に、燃料経路５３５を通り燃料フィルタ５９９に供給され、その後、燃料経路５３７を通り流量計５４３に供給される。流量計５４３から出たディーゼル燃料は、別の燃料経路５３８を通り、例示の実施形態では最大約６０〜１００ｐｓｉでディーゼル燃料を送り出す供給ポンプ５３９に供給される。供給ポンプ５３９は、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成された、現在公知または後に開発されるあらゆる流体ポンプでもよいことがここでもまた理解されるだろう。図１１に示すような代替的な実施形態では、多連供給ポンプは統合されても、連続して配置されてもよく、必要なスループットおよび加圧状態を維持する。このさらなる代替的な例示の実施形態の燃料向上システム５２０に戻ると、この場合でも、ディーゼル燃料流をモニタリングする目的で制御５４５と電気的に接続された、ディーゼル燃料タンク５３０と注入管５７０との間に直列に位置する流量センサ５４３、およびその計測結果に応じて窒素を放出する調整弁を備える。特に、窒素タンク５４０は、燃料経路５４１を通じて流量制御弁５４４に窒素を供給し、流量制御弁５４４は、次に、流量センサ５４３が測定し、供給ポンプ５３９が供給したディーゼル燃料に燃料経路５４６を通じて窒素を供給する。この場合でも、窒素供給経路内の流量制御弁５４４は、マイクロプロセッサ制御５４５などにより制御され、制御５４５は、現在公知または後に開発される、電気制御弁用の任意の係る装置でもよいし、他のこのような流量制御装置でもよく、また、例示の実施形態の流量センサ５４３を含むがこれらに限定されない、種々の入力データを受信するように機能し得る。この場合でも、図１２の例示の燃料向上システム５２０に関連して例示の電子計測制御を示し、記述したが、本発明はこれに限定されず、むしろ、種々の組み合わせおよび構造の任意のこのような構成要素を含んでもよいことが理解されるだろう。ガス燃料供給に関して、窒素タンク５４０は、１つ以上の供給ポンプ５３９が決定する、例示の実施形態ではこの場合でも約６０〜１００ｐｓｉである窒素が供給される燃料経路５４６内の圧力よりも大きく、最低圧力を少なくとも約１０〜２０ｐｓｉに制限されることが好ましい。窒素タンク５４０の代わりにか、それに加えて、これらに限定されないが、薄膜、ＶＳＡおよびＰＳＡ／ゼオライト技術を含む、現在公知か、後に開発される任意の技術または方法を用いた搭載状態による窒素生成デバイスを備えることが更に考慮される。それ故、タンク５４０の代用品としてこのようなジェネレータが窒素ガスを燃料向上システム５２０に直接送り込んでもよいし、窒素ガスが前述の方法で供給されるタンク５４０を満たすためにその上流に直列に配置されてもよい。それ故、本発明の一態様は、多種燃料装置を構成するために、液体燃料の事前の直接噴射により混合される燃料添加剤を用いて車両用の窒素をオンボードで生成するものとして要約され得る。図１１の実施形態または状況に応じて図１〜図１０に関連して前述したなどの他の多種燃料装置、更には、本明細書に参考文献として組み込まれる以前の特許出願に示し、記述した例示の１つに関連してオンボード窒素生成が用いられ得ることが理解されるだろう。
引き続き図１２を参照すると、例示のディーゼル燃料と窒素との燃料混合物は燃料経路５４７を通り注入管５７０に供給される。この例では直列する４つの注入管５７０を示したが、この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、任意の数、サイズ、および形状の注入管が用いられ得る。この場合でも、１つ以上の注入管５７０は、燃料経路または燃料供給システム内の容積を本質的に膨張し、これにより、ガス燃料成分が、注入管４７０の形状、およびこれに伴う燃料混合物における流体の動的効果に少なくともある程度起因して、液体燃料成分内で効果的に注入されるか、それの至るところで均一に分散するため、液体ガス燃料混合物は実質的に均質となる。注入管５７０から出て、燃料経路５５４を通る実質的に均質の燃料混合物は、次に、最大約２５０００ｐｓｉの作動圧力で燃料混合物を送り出す、例示のコモンレールディーゼルエンジン形態のエンジンの噴射ポンプ５９５に移動する。エンジンに必要な燃料混合物は、噴射ポンプ５９５から燃料経路５９６に沿ってコモンレール５９０に供給され、一方、過剰燃料またはエンジンの現在の要求を超えた燃料は、噴射ポンプ５９５にも流体的に連絡する燃料経路５５１に沿って再循環し、それ自体には、元の液体ガス燃料混合物の供給経路５４７と燃料経路５５３を通じて接続する循環ポンプ５５２も含まれ、こうして前述のように循環は注入管５７０を通り戻り続け、現在の実施形態の循環ループ５５０を形成する。本発明の多種燃料装置５２０および前述の注入管５７０の動作が、液体燃料成分内のガス燃料成分を効果的に混合および注入するように機能し、システムの残りの部分並びに供給および噴射ポンプにおいて、結果的に実質的に均質の混合物が特に液体として効果的に存在することに留意されたい。多くのコモンレールディーゼルエンジンおよび他のこのようなエンジンに標準的に用いられる、コモンレール５９０および個々のインジェクタ５９１からの未使用またはブローバイ燃料は、このような非燃焼燃料を取り戻し、再利用するフィードバックシステムの一部となる。図１２に示す例示の「開ループ」システムでは、コモンレール５９０からの未使用の燃料は、逃がし穴燃料経路５９８に沿って噴射ポンプ５９５に送り戻され、一方、個々のインジェクタ５９１から出た非燃焼燃料は、反対に、さらなる利用のために、逃がし穴燃料経路５９７に沿ってタンク５３０に直接戻される。特定の旧式のコモンレールなどの背圧に影響を受け易いインジェクタを噴射システムに用いる場合に、ある程度このような構造が要求される。それ故、周囲圧力に近い圧力で逃がし穴経路５９７を通じてタンクに戻すことにより、インジェクタ５９１は悪影響を受けない。さらなる利益として、本発明の態様に従う多種燃料装置に、ガス燃料添加剤として広く利用可能であり、それ故比較的安価な窒素などの不活性ガスを用いることにより、タンク５３０から放出され、それ故、液体燃料上方の空間を少なくとも部分的に満たす窒素が、タンク内のデッドスペースを占有する液体燃料蒸気と共に燃焼を促進するただの空気または他の気体と比較して、爆轟を防ぐ安全効果を車両に実際に与えることが理解されるだろう。また、オンボードの窒素の生成が非常に容易であり、比較的に安価であるため、タンク５３０内の不活性物質としてのさらなる作用が比較的低コストとなる。
図１２の代替的な例示の実施形態に関連して、燃料供給装置の構成要素の特定の配置、および複数の燃料経路区分間の接続性を示し、記述したが、この場合でも、本発明はこれに限定されないことが更に理解されるだろう。むしろ、このような構成要素、およびこれらに接続し、相互動作可能な手段は、本発明の精神および範囲から逸脱することのない種々の構造でもよい。特に、図１２には示さないが、図１、図２、および図７〜図１１に示す例と同様に、必要に応じて、代替的な設定が、システムを「ディーゼル燃料のみ」でも動作可能にするフェイルセーフバイパス経路を含み得ることが理解されるだろう。ここでもまた、図１２は本発明の態様による、燃料供給装置の一実施形態の概略図を示しているが、種々の構成要素の相対的サイズおよび形状が厳密ではなく、むしろ、本発明の燃料均質化向上システムの原理および特徴の単なる例示であることが理解されるべきである。したがって、本発明では、ここに提示し、記述したのと実質的に同じ機能を果たす種々の代替的な構成要素の置換が可能であり、これらはその範囲に明確に含まれる。
図１１および図１２に示す注入管４７０，５７０に関して、ここで図１３を参照して、簡潔さのために略図で４７０と指定して示すこのような注入管各々は、直線貫流構造であり、図３〜図６に示す前述の例示の実施形態の注入管７０のように、特に下向き管７６またはアキュムレータ８４を有さない。つまり、図１１および図１２のシステム概略図、およびここで参照される図１３の断面概略図から明らかとなるように、燃料が、基本的に、第１のコネクタ４７５および第１の端壁４７２に形成された第１の通路４７３を通り注入管４７０の一端から入り、管４７０を通り抜けて、第２の端壁４８０および第２のコネクタ４７６に形成された第２の通路４７４から出るように燃料混合物の流路は構成される。完全な注入管４７０を形成するために、例示の実施形態では、この場合でも、各端部壁４７２，４８０は、機械リテーニングリング４７９で封をされた締まりばめおよびＯリング４８３を用いて、管壁４７１内の適切な位置に固定される。現在公知または後に開発されるいかなる他の機能的に同等の構造が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく代用され得ることが理解されるだろう。これに関連して、注入管４７０の構成要素は、現在では、主にアルミニウムから形成されることが考慮されているが、現在公知か、後に開発される任意の適切な材料から形成されてもよい。図１１〜図１３に示す注入管４７０の例示の実施形態では、基本的に、注入容積４８８は、管壁４７１の内側の全長および内径に基づく、つまり、管壁４７１と第１の端壁４７２および第２の端壁４８０とに境界付けられた容積となる。説明のために、各注入管４７０は２インチ（２”）のノミナル外径、１と８分の７インチ（１−７／８”）のノミナル内径、および約４２インチ（４２”）の全長を有するか、または図１〜図１０の例示の注入管７０の約２倍の全長を有する。更に、アキュムレータ８４（図３）が無くても、注入管４７０内のさらなる空間の容積は、燃料混合物用の領域として膨張する。各端部壁４７２，４８０の厚さが１インチ（１”）であると仮定すれば、各代替的な貫流注入管４７０内の注入容積全体４８８は、１１１立方インチ（１１１ｉｎ3）（容積＝長さ×面積＝４０インチ×（π×（０．９４インチ）2））である。このように、図１３の代替的な注入管４７０の注入容積４８８が、全体で約３２立方インチ（３２ｉｎ3）の注入容積を有する、図３〜図６の第１の例示の注入管７０の約４倍であることに留意されたい。更に、第１の例示の注入管７０の全長と直径との比率は約５対１であったが、代替的な注入管４７０のそれは約２０対１である。第１の流路４７３および第２の流路４７４各々における吸入口および排出口のサイズがわずか０．５インチ（１／２”）Ｉ．Ｄ．よりも大きいと仮定すれば、燃料混合物が吸入口または第１の流路４７３から注入管４７０に入ると、注入容積４８８は、特に、燃料経路の約０．５インチ（１／２”）から、注入管４７０においては約２インチ（２”）Ｉ．Ｄ．に膨張する。この膨張およびその後燃料混合物が注入容積４８８内を移動し、ただし排出口または第２の流路４７４から出る前の長さにより、図６に関連して説明したように、燃料混合物の混合が非常に遅くなる効果がある。この図１３の代替的な実施形態のみでは、燃料は注入管４７０の内部を通り続け、この場合でも排出管７６（図３〜図６）を通り、逆方向に上昇して、上端から出ないで、反対端から出る。このような直線貫流配置では、下向きに流れる燃料に対して上昇しようとする泡に関して、図６に関連して先に説明したように、重力によりある程度改良された渦流効果を達成するよう、排出口上方に吸入口を有し、略垂直向きにすることに同じように重点を置かず、むしろ、このような直線貫流注入管４７０の設計が、方向よりも速度に依存し、それ故、水平でも垂直でも実質的に同じように動作可能であることも理解されるだろう。直列の複数の注入管４７０，５７０を用いることに伴い、図１１の２本注入管システム４２０が約２２２立方インチ（２２２ｉｎ3）、図１２の４本注入管システム５２０が約４４４立方インチ（４４４ｉｎ3）へと注入容積全体を増大するだけでなく、燃料混合物の連続的膨張および収縮が、更に均質化効果にも寄与することもまた理解されるだろう。この場合でも、図１〜図１０に関連した前述の記載、および図１４〜図１７、図２０および図２１に示す追加の代替的な実施形態に関する以下のさらなる記述から当然理解されるように、本発明の燃料向上システム４２０，５２０、特に注入管４７０，５７０に関する態様および原理が、ここに提示し、記述した特定の例示の形状および構造に決して限定されないことを当業者はここでもまた理解するだろう。より一般的には、図１１および図１２の２本以上の注入管４７０，５７０によりもたらされる容積の膨張、およびそれに伴う渦流および混合効果により、この場合でも、ガス燃料成分を液体状態にするために、相対的に高い圧力または別の方法による高価および複雑な動作をせずとも、液体およびガス燃料成分の十分または実質的に均質な混合が可能になり、むしろ、液体燃料へのガス燃料の注入およびそれの十分な混合により、仮にガス燃料成分が少なくとも噴射ポンプに導かれるまでその状態を維持するとしても、結果生じる多種燃料混合物は、システムの残りの部分、特に噴射システムでは液体として存在することが理解されるだろう。また、先行技術では基本的に燃焼性の燃料添加剤ではないと示される窒素などの不活性ガスの場合には、ここでは窒素であるガス燃料が、基本的にそれぞれの燃料価値を有さないときでさえも、分散ガスが燃料に完全に影響を及ぼして、この噴霧化効果はなおも達成される。ただしこの場合でも、窒素などを含み、それ故液体燃料内で作用するガス燃料でさえも、液体燃料を噴射および機械的に分裂して放出するポテンシャルエネルギー源となる。この物質的な噴霧化効果以外にも、一方の燃料成分がもう一方にもたらす、他の化学または触媒効果もまた、ここで示される性能改善の一躍を担っている。この最終成果は、燃料混合物またはより少ない燃料から、各燃焼事象中において未使用のより多くの動力が取り出され、これにより、エンジンがより効率的に動作可能になり、約３０〜１００パーセント（３０〜１００％）以上の向上が得られることだと理解されるだろう。
ここで図１４のさらなる代替的な例示の実施形態を参照すると、直接噴射エンジンが取り付けられており、吸上げポンプ６３２を備えたディーゼルエンジンタンク６３０、図１３に概略を示す少なくとも１つの直線貫流注入管６７０を含む概略を示す第１の循環ループ６５０に供給する加圧水素タンク６４０、この循環ループ６５０と流体的に連絡する６８０で概略を示す第２のコモンレール循環ループ、最後に、吸気圧力調整器６９９および噴射ポンプ６９５とここで連絡するエンジンの噴射システムヘッダ６９０を通常含む燃料向上システム６２０全体が示される。より具体的には、ディーゼル燃料タンク６３０は、吸上げポンプ６３２を利用して、約５〜１０ｐｓｉでディーゼル燃料を供給する。ディーゼル燃料は、次に、より詳細を以下に記す第１の変動面積式流量計６３６に隣接する選択的なデジタルディーゼル流量計６３５に移動し、その後、さらなる選択的な第２の変動面積式流量計６３７に移動し、次に、選択的なフィルタおよび水分離ユニット６３８を通り、例示の実施形態では最大約１００ｐｓｉでディーゼル燃料を送り出す６３４で概略を示す１つ以上の循環ポンプに移動する。１つ以上の循環ループ供給ポンプ６３４は、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成された、現在公知または後に開発されるあらゆる流体ポンプでもよいことがここでもまた理解されるだろう。ここに示される代替的な実施形態では、対応する圧力調整器を備えても、備えなくてもよい２つで一組にまとめられた直列の４つのこのようなポンプが、まず約１０ｐｓｉから６０ｐｓｉ、その後１００ｐｓｉまで圧力を上昇する工程で用いられてもよく、また、本発明の燃料向上システム６２０内で使用可能な、現在公知または後に開発される任意の類似するポンプおよびポンプ設備が用いられてもよい。より一般的には、係る構成要素は、工場で取り付けられたか、他の工場で取り付けられた機器により決定されるかに関わらず、構成状況、すなわち、燃料向上システムが動作可能となるよう取り付けられた、ディーゼル型または他のエンジンに応じて異なり得ることが理解され、その結果、本発明では厳密に限定せず、構成要素の詳細は状況次第であり、ここでは例示したに過ぎないと理解されるべきである。燃料向上システム６２０に戻ると、例示の実施形態では、循環ポンプ６３４下流の経路において、噴射ポンプ６９５およびインジェクタの逃がし穴から戻り、第２のコモンレール循環ループ６８０の一部を形成する燃料経路６５１との交点の上流に燃料フィルタ６３９および逆止め弁が備えられている。この同じ経路６５１内に、タンク６４０から水素ガスが、オン／オフ電磁弁６４４と、１つ以上の逆止め弁および水素流量計６４６が取り付けられた経路６４１を通じて供給される。このようにして、個々の水素流量計６４６からのデータ単独またはそれらの組み合わせを利用した、第１の変動面積式流量計６３６の制御下で、電磁弁６４４は、燃料経路６４１を通り、タンク６３０が供給するディーゼル燃料およびエンジンから戻ってきたあらゆる燃料を運ぶ燃料経路６５１へのパルスまたは水素の供給を断続的に切り替える。ここでもまた、水素タンク６４０は、約１１０〜１２５ｐｓｉで水素が供給されるように、水素が送り込まれる燃料経路６４１内の圧力、および結果として生じるここでは約１００ｐｓｉである燃料経路６５１内の圧力よりも少なくとも約１０ｐｓｉ大きい最低圧力に制限されることが好ましい。電磁流量制御弁６４４は、とりわけ、第１の変動面積式流量計６３６に関する１つ以上のセンサ６４２からの入力を受信するマイクロプロセッサ制御６４５などにより制御され、制御６４５は、この場合でも、現在公知または後に開発される、電気制御用弁のいかなる装置でもよく、または、その他の流量制御装置でもよく、第１の変動面積式流量計６３６を含むがこれに限定されない、種々のインプットから受信したデータに作用し得る。さらなる例として、ＰＬＣ（プログラマブル論理制御装置）などと共に、実際の「オン」時間またはパルス長の制御にタイミング回路を用いてもよいし、ＰＬＣは別としてひとそろいのタイマーさえを用いてもよい。このタイマーの１つは弁６４４の「開放」時間を、例えば２秒に設定し、第２のタイマーは、第１のタイマーを停止する遅延時間を設定し、それ故過飽和を防ぐ。例えば、ディーゼル燃料流（エンジンが要求するディーゼル燃料）にかかわらず、２０秒ごとにたった２秒のガス放出、すなわち２対２０の割合（タイムオン対タイムオフ）では、システム圧力がわずか約１００〜１５０ｐｓｉに設定された例示のガスパルスとなる。さらなる例として、一部の状況では、例えば、１０秒ごとに１秒の噴出、５秒ごとに０．５秒の噴出のように、噴出がより頻繁であり、量がより少ないガスの取り込みを設定可能なことが好ましい。更に、他の実施形態では、デジタルディーゼル流量計６３５、変動面積式流量計６３６などからのデータに基づいて、コントローラ６４５は気体を取り込む仕組みを作動させ、ディーゼル流量に応じてその規模を縮小するか、更には異ならせることができ、エンジン要求（すなわち、燃料消費率）に基づいて、より長期および／または頻繁なガスパルスを可能にする。他の本発明の態様と組み合わせて燃焼効率を改善する比較的細かく調整された液体ガス燃料モニタリングおよび計測システムが利益になることが理解されるだろう。特に、液体に関連してガス燃料成分を適切に配置し、この場合でも取り込みガスのパルス周波数および持続時間を設定することにより、下流ポンプは気体を効果的に「消化」し、さらなる処理、すなわち１つ以上の循環ループの注入管６７０内での均質化のために、加圧された混合物を供給することができる。図１４の燃料向上システム６２０に示す制御ハードウェアに更に関連して、第１の変動面積式流量計６３６は、既定の設定点に関連する、流量計６３６のわずかに先細る部分または段のある穴に、フロート位置を検出するための１つ以上のホール効果センサ６４２、光学センサ、「リードスイッチ」（プランジャ、ボールなど）などを備える。これらの設定点は、エンジン要求に応じたディーゼル燃料の流量レベルに関連して特定され、これによりガスパルスは、任意の所定の時にディーゼル燃料内の水素ガスの割合または濃度を均衡化する目的で、電磁弁６４４およびプロセッサ６４５のオンオフを切り替えることにより制御される。例えば、十分な長さの流量計に沿って、通常のＰＬＣのＩ／Ｏ（入力／出力）ポートの数である最大３２のセンサまたは設定点を備えることができる。先細りまたは段のある、ここで使用され、記述する「フロート式」変動面積式流量計６３６は分解能がより高く、プランジャフロートは、通過流体が作用し得る十分な摩擦表面積を有するように、一面がボール形状であることが好ましく、プランジャ構造は流量反応または計器感度に応じた質量および表面積を有することが好ましいことに留意されたい。デジタル流量計６３５と共に、またはその代わりに第２の変動面積式流量計６３７が、さらなる流量データの確認および／または通過流体の目視検査に効果的なガラス位置を提供し得る。選択的な水素流量計６４６が電磁弁６４４下流の燃料経路６４１に含まれる場合には、データがコントローラ６４５に提供され、第１の変動面積式流量計６３６に対する安全機能としてさえも用いられる、燃料流に取り込まれた水素量のさらなるチェックが可能であり、これにより、燃料向上システム６２０により適切に「消化される」前に、ディーゼル燃料内に存在し、実質的に液体としてエンジンに供給される気体が過剰に導入されないことを確実にし、これにより、ポンプキャビテーション、エンジンの蒸気閉塞、および他のこのような問題を回避できる。ここでもまた、流量計６３６、流量制御弁６４４、コントローラ６４５、および他のこのような構成要素の特定の構造を選択的または別の方法で示し、記述したが、本発明はこれに限定されない。したがって、図１４の例示の燃料向上システム６２０に関連して例示の電子計測制御を示し、記述したが、本発明はその代わりに、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の組み合わせおよび構造の任意のこのような構成要素を含み得ることを当業者は理解するだろう。例示の実施形態では、燃料混合物内の燃料の割合は、混合圧力がわずか１２５ｐｓｉであると仮定すれば、混合点における容量単位でディーゼルが９０パーセント（９０％）よりも多く、水素が１０パーセント（１０％）未満である。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、混合点、またはそれ以後のシステム内の圧力を高くし得ることが理解されるように、通常、混合圧力を高くするとガス成分の割合およびそれ故効率がある程度改善する。２つの特定の燃料成分が、特定の比率範囲内の液体ディーゼル燃料と気体水素との燃料混合物を含むように記載したが、本発明はこれに限定されず、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の態様に従う燃料均質化向上システムにおいて、本明細書に記載されている様々な他の燃料を種々に組み合わせまた様々な比率で用い得ることが当業者に更に理解されるだろう。
引き続き図１４を参照すると、例示のディーゼル燃料と水素との燃料混合物は、燃料経路６５１を通過し、初期の最大約４００〜５００ｐｓｉの圧力で混合物を送り出す第１の高圧ポンプ６９２に移動する。燃料混合物は、次に、燃料経路６９４を通じて、エンジン燃料要求により最終的に決定されるように、燃料経路６８１および第２の高圧ポンプ６９３を通じて、第２のコモンレール循環ループ６８０の残りに移動するか、燃料経路６５２および循環ポンプ６５３を通じて注入管循環ループ６５０に移動する。そして次に、エンジンがその時点で要求していない液体ガス燃料混合物の全てのこのような燃料は燃料経路６５２を通じて第１の循環ループ６５０に入り、この燃料が必要となるまでポンプ６５３により継続的に循環することが理解され、例示の実施形態の第１の循環ループ６５０は、少なくとも１つの直線貫流注入管６７０および戻り経路６５４を含み、この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の態様に従う、あらゆる種類および数の注入管が用いられ得ることが理解されるだろう。この代替的な実施形態では、第１の注入管循環ループ６５０は、第１の高圧ポンプ６９２により、４００〜５００ｐｓｉに効果的に維持され、循環ポンプ６５３は、ループ６５０を通る燃料の流れを単に維持し、これにより生じた相対的に高い循環ループ圧力は、燃料混合物の均質性を更に改善し、その結果、ここでもまた、４００〜５００ｐｓｉの循環ループ圧力においてさえもより多くの注入管を用い得るが、比較的注入容積が小さい、それ故、ここに示す１つの注入管６７０だけでもこの構成が可能になることが理解されるだろう。エンジンに多種燃料混合物が必要になると、それは第１の循環ループ６５０から出るか、第２のコモンレール循環ループ６８０に直接移動し、燃料は次に、燃料経路６８１を通り、コモンレール内の低端部さえにも存在し得る、段階的に最大約４，０００〜１０，０００ｐｓｉまで圧力を増大する第２の高圧ポンプ６９３を通過する。実際に、本発明の態様に従う直接噴射ディーゼルエンジンの例示の状況では、それぞれが循環ポンプ６８３をその内部に組み込む模擬のコモンレール６８２が、この場合でも、約４，０００〜１０，０００ｐｓｉの維持圧力で液体ガス燃料混合物を循環させるように機能する第２の循環ループ６８０に組み込まれる。特に、燃料は燃料経路６８１から循環ポンプ６８３と共に動作するコモンレール６８２を通過し、相対的に高い圧力で実質的に均質の多種燃料混合物を吸気圧力調整器６９９に供給する燃料経路６８４に更に移動し、ここでもまた、エンジン要求に応じた過剰燃料は、単にコモンレール循環経路６８５に沿って移動して、コモンレール６８２に戻り、コモンレール循環ループ６８０の一部を形成する。経路６８４から供給された、エンジンに要求される燃料は、吸気圧力調整器６９９を通り、次に噴射ポンプ６９５に移動し、その後ヘッダ６９０に入り、それと共に、燃料は、第２のコモンレール循環ループ６８０の他の区間においてＴ字路を形成する、調整器６９９、噴射ポンプ６９５、およびヘッダ６９０の各々からの逃がし穴経路を通り、さらなる処理のために、第２の循環ループ６８０に残存する多種燃料混合物におけるプロセス全体を開始する燃料経路６５１に移動するか、前述のように、継続的な再循環のために第１の注入管循環ループ６５０に入る。この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の燃料向上システム６２０において、循環ループ、ポンプ、高圧ポンプ、弁、コネクタおよび経路の構造および数、熱交換デバイス、アキュムレータまたはバイパス経路の有無、および他の類似する変更が可能であることを当業者は理解するだろう。特に、循環ポンプ６５３，６８３および高圧ポンプ６９２，６９３は、燃料混合物の供給および加圧を目的とした、現在公知または後に開発されるあらゆる種類のポンプでもよい。ここでもまた、図１４の本発明の態様に従う、燃料供給装置の一実施形態の概略図は、種々の構成要素の相対的サイズおよび形状が厳密ではなく、むしろ、本発明の燃料均質化向上システムの原理および特徴の単なる例示であることが理解されるだろう。したがって、本発明では、ここで示し、記述したのと実質的に同じ機能を果たす種々の代替的な構成要素の置換が可能であり、これらはその範囲に明確に含まれる。
図１５に概略を示す、さらなる代替的な燃料均質化向上システム７２０を参照すると、ここでもまた、相対的に低い圧力に調整された、直接噴射エンジンが示されている。燃料供給装置７２０も、通常、吸上げポンプ７３２を備えたディーゼル燃料タンク７３０と加圧水素タンク７４０を含み、両方とも通常７５０と指定されている循環ループ７５０に送り込み、ここで少なくとも２つの注入管７７０を含むが、その詳細については図１６に関連して以下に記載する。循環ループ７５０も、噴射ポンプ７９５を通じて、実際のインジェクタ７９１としてここに示すエンジンの噴射システムと流体的に連絡する。例示の実施形態では、ディーゼル燃料タンク７３０もまた、タンク７３０と吸上げポンプ７３２との間の直ぐ近くに直列に配置された第１の燃料フィルタ７３１を有しており、吸上げポンプ７３２を利用して約５〜１０ｐｓｉでディーゼル燃料を供給する。ディーゼル燃料は、次に、図１４に関連して前述したように、選択的なデジタルディーゼル流量計７３５、次に第１の変動面積式流量計７３６に移動し、その後、さらなる選択的な第２の変動面積式流量計７３７、次に、第２の燃料フィルタ７３９を通過し、例示の実施形態では、最大約１００ｐｓｉでディーゼル燃料を送り出す、通常７３４と指定されている、１つまたはそれ以上の循環ポンプに移動する。１つ以上の循環ループ供給ポンプは、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成された、現在公知または後に開発されるあらゆる流体ポンプでもよいことがここでもまた理解されるだろう。ここに示される代替的な実施形態において、直列に配置され、対応する圧力調整器と統合された２つのこのようなポンプは、約１０ｐｓｉから１００ｐｓｉに段階的に圧力を上昇するのに用いられることができ、現在公知または後に開発される任意の類似するポンプおよびポンプ調整が、本発明の燃料向上システム７２０に用いられ得る。より一般的には、工場で取り付けられたか、他の工場で取り付けられた機器として指定されるかに関わらず、このような構成要素が、構成状況、すなわち、燃料向上システムが動作可能となるよう取り付けられた、ディーゼル型または他のエンジンに応じて異なり得ることが理解され、その結果、本発明では厳密に限定せず、構成要素の詳細は状況次第であり、ここでは例示したに過ぎないと理解されるべきである。燃料向上システム７２０に戻ると、代替的な例示の実施形態では、第２の燃料フィルタ７３９が循環ポンプ７３４の上流の経路内に配置され、循環ポンプ７３４は、循環ループ７５０の一部を形成する、噴射ポンプ７９５およびインジェクタ７９１の逃がし穴から戻る燃料経路７５１との交点の下流に配置される。循環ポンプ７３４の第１の群の下流のこの同じ経路７５１には、オン／オフ電磁弁７４４、選択的に１つ以上の逆止め弁および水素流量計（不図示）が取り付けられた経路７４１を通じてタンク７４０から水素ガスが供給される。このように、個々の不透過度計測器７４６からのデータをここで組み合わせた、第１の変動面積式流量計７３６の制御下で、図１８および図１９に関連してより詳細を以下に記すように、流量制御弁７４４は、燃料経路７４１を通じて、タンク７３０が供給するディーゼル燃料およびエンジンから戻るあらゆる燃料を運ぶ燃料経路７５１へのパルスまたは水素の供給を断続的に切り替える。この場合でも、水素タンク７４０は、水素が送り込まれる燃料経路７４１内の圧力よりも少なくとも約１０ｐｓｉ大きい最低圧力に制限され、これに伴う燃料経路７５１内の圧力は、ここでもまた、約１１０〜１２５ｐｓｉで水素が供給されるように、ポンプ７３４構造に基づいて約１００ｐｓｉであることが好ましい。電磁流量制御弁７４４は、マイクロプロセッサ制御７４５などにより制御され、制御７４５は、前述のように、とりわけ、第１の変動面積式流量計７３６の１つ以上のセンサ７４２からの入力を受信する。この場合でも、流量計７３６、流量制御弁７４４、コントローラ７４５、および他のこのような構成要素の特定の構造を、選択的または別の方法で示し、記述したが、本発明はこれに限定されない。この場合でも、燃料混合物内の燃料の割合は、混合圧力がわずか１２５ｐｓｉであると仮定すれば、混合点における容量単位でディーゼル燃料が９０パーセント（９０％）よりも多く、水素が１０パーセント（１０％）未満である。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、混合点、またはそれ以後のシステム内の圧力を高くし得ることが理解されるように、通常、混合圧力を高くすると利益がある程度大きくなることが、本明細書の他の例示の実施形態および記述から理解されるが、本明細書に記述したような本発明の態様において作用する他の原理の用途でも、相対的に低い圧力で所望の均一混合を達成することが好ましい。
引き続き図１５、更には即席の例示の実施形態の燃料向上システム７２０に用いられる代替的な注入管７７０の概略断面図を示す図１６をここで参照すると、ディーゼル燃料と水素との燃料混合物は、燃料経路７５１を通過して、初期に最大約２００〜２５０ｐｓｉの圧力で混合物を送り出す第１の吸上げポンプ７９２に供給され、次に、最大約４００〜５００ｐｓｉで燃料を送り出す第２の吸上げポンプ７９３に供給される。燃料混合物は、その後、燃料経路７９４を通り、循環ポンプ７５３および燃料経路７５２を経由して注入管循環ループ７５０に送られる。燃料が燃料経路７５２を通じて循環ループ７５０に入り、このような燃料が必要となるまでポンプ７５３により継続的に循環するように、例示の実施形態では少なくとも２つの逆流注入管７７０、およびさらなる第３の燃料フィルタ７５５を有する戻り経路７５４を循環ループ７５０が含むことが理解され、この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の態様に従うあらゆる種類および数の注入管、および関連する配管系統が用いられ得ることが理解されるだろう。図１６を参照してさらなる詳細を示す、本発明のさらなる態様に従う単一の逆流注入管７７０では、吸入管７７６は、ここでは実際に、図３〜図６に示す注入管７０の排出管７６ではなく、より長い通路または下向き管として構成される。つまり、図１６の代替的な実施形態の注入管７７０では、ここで燃料混合物は、上部または第１の端壁７７２に形成された第１の通路７７３において形成された吸入口から、挿入された比較的長い吸入下向き管７７６内部に入り、その後、より底部の第２の端壁７８０にある程度近接する吸入管７７６から出て、注入管７７０内部を上昇し、第１の端壁７７２に形成された第２の通路７７４を通って出ることにより、システム７２０のさらなる注入管７７０または他の部分に移動する。この代替的な「逆流」注入管７７０が、図１３に示す直線通気注入管４７０に多少類似するように方向に依存しないという点で、燃料流が主な管容積に下向きに入り、泡が下向きの流れに対して上昇を試みる必要が無いため、重力効果により管を好ましくもより垂直向きにできるというこの使用における特定の利点を有することが当業者に理解されるだろう。代わりに、各吸入口と排出口とを、または各第１の流路７７３と第２の流路７７４とを、それぞれ相互接続するコネクタ７７５を通じて連続して取り付けられた３つのこのような「逆流」注入管７７０を示す図１７をここで参照すると、逆流注入管７７０設計が、基本的に速度に依存し、多種燃料混合物がシステム全体を流れる概算の流量に近い流量で管７７０を流れるときに、７２９で概略を指定される気泡を分裂するように作用する速度および表面摩擦効果または「すり減り」にも依存し、吸入管７７６および吸入管７７６以外の注入管７７０全体の相対的サイズまたは容積は、そこを流れる流量を比較的一定にするために、代替的な例示の実施形態では実質的に均等であることが理解されるだろう。このような流れパターンの調整により、下向き管または吸入管７７６内に生成したあらゆる潜在的な気泡ではなく、仮にあるとすれば吸入管７７６外側の主注入管容積の上端において生成された、連続する注入管７７０の残りの部分を通じて「追跡」される気泡を、図１７に示すように、燃料混合物が連続する最後の注入管に到達し、事実上あらゆる気泡が存在しなくなるまで、より正確には、事実上肉眼で認識できなくなるまで、各々が膨張および収縮することにより、任意のこのような気泡の分裂および注入を促進する。代替的な例示の注入管７７０における別の均質化効果として、実際の向きにかかわらず、吸入管７７６から出た燃料は、注入管７７０の第２の端壁７８０の内面７８１に衝突する傾向があるため、泡崩壊および液体ガス燃料混合物の均質化を更に促進する。別の方法では、代替的な逆流注入管７７０は、本明細書に示し、記載した他の例示の注入管とほぼ同じ方法、すなわちＯリング７８３およびリテーニングリング７７９を用いて、管壁７７１の両端の適切な位置に固定された第１の端壁７７２および第２の端壁７８０を有するように構成される。ただし、この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、現在公知または後に開発されるあらゆる他のこのような構造および組立技術が用いられ得る。特に、水平向きの吸入通路７７３および排出通路７７４を有し、一般的なコネクタ７７５を用いた注入管７７０構造は、複数のホースおよびコネクタまたは締め具などの追加費用、複雑性、および起こり得る故障モードを要求せずに、注入管７７０を一体化するか、それらの連続する構造をかなり簡単に実現でき、空間効率を改善することが理解されるだろう。この代替的な実施形態では、注入管循環ループ７５０は、第２の吸上げポンプ７９３により４００〜５００ｐｓｉに効果的に維持され、循環ポンプ７５３は、単にループ７５０内の燃料の流れを維持し、これにより、このような相対的に高い循環ループ圧力は、燃料混合物の均質性を更に改善し、それ故、そこを流れる比較的小さい注入容積および／または相対的に大きい流量を可能にすることが更に理解されるだろう。例示の実施形態では、システム全体の流量は、約４ガロン／分（４ｇｐｍ）でもよい。多種燃料混合物がエンジンに要求されると、それは循環ループ７５０から出て、燃料経路７８４を通り噴射ポンプ７９５に移動し、その後、噴射ポンプ７９５各々の逃がし穴経路を通りインジェクタ６９１に移動し、前述のように、継続的な再循環のために、インジェクタ６９１と燃料経路７５１とのＴ字路を通り、多種燃料混合物は注入管循環ループ７５０に戻り、プロセス全体が開始される。この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の燃料向上システム６２０において、循環ループ、ポンプ、吸上げポンプ、弁、コネクタおよび経路の構造および数、熱交換デバイス、アキュムレータまたはバイパス経路の有無、および他の類似する変更が可能であることを当業者は理解するだろう。ここでもまた、図１５〜図１７は、本発明の態様に従う燃料供給装置の一実施形態の概略図であり、種々の構成要素の相対的サイズおよび形状が厳密ではなく、むしろ、本発明の燃料均質化向上システムの原理および特徴の単なる例示であることが理解されるだろう。したがって、本発明では、ここに提示し、記述したのと実質的に同じ機能を果たす種々の代替的な構成要素の置換が可能であり、これらは本発明の範囲に明確に含まれる。
引き続き図１５を参照し、更に、代替的な燃料向上システム７２０に組み込まれた不透過度計測器７４６、特にその制御システムを示す図１８および図１９を参照すると、第１の変動面積式流量計７３６およびガス流制御弁７４４と接続するコントローラ７４５と電気通信し、それら他の２つの構成要素と共同して液体燃料流に追加されるガス燃料の割合をモニタリングおよび制御する不透過度計測器７４６がまず示される。通常、不透過度計測器７４６は、液体燃料流のみに基づくガスの計測ではなく、混合物の不透過度に基づいてガス注入を評価するように構成された光学センサである。換言すれば、不透過度計測器７４６が屈折センサとして機能することにより、燃料混合物が過剰に屈折し、気体または泡の含有量が多いことを示す場合には、計測器７４６は他の制御システムの構成要素と共に動作して、任意のさらなるガス燃料の送り込みを遮断または防ぐことができ、一方、計測器７４６を通過または通り抜ける燃料流が、流体の相対的な均質性を示す屈折の閾値レベル未満である場合には、計測器７４６はそれ故、ディーゼル燃料の流量などの他のシステムパラメータに基づいて送り込まれるガス燃料を制御システムの他の構成要素が計測し続けることを可能にする。したがって、例示の実施形態では、不透過度計測器７４６は、例えば、エンジンが相対的に高い負荷運転下にあり、別の方法で加速または上昇するときに、さらなる気体の送り込みを要求するディーゼル流量に関わらず、燃料流が既に閾値レベルを超えた気体含有量を有するか、それを示す場合に、計測を無効にしさらなるガス燃料の導入を防止するための、システム、特に、第１の変動面積式流量計７３６の「監視役」であることが理解されるだろう。ただしここでもまた、下流の燃料混合物が、屈折または不透過度レベルが閾値未満となるように、ここではその内部で適切に混合または注入されたディーゼル燃料に既に導入されたガス燃料を有すると推定される場合には、第１の変動面積式流量計はかくして無効にされず、その代わりに、本明細書の他の箇所に記載するような、さらなる気体の送り込みをトリガする。不透過度計測器は、燃料均質化向上システム７２０内の複数の位置に配置されてもよいが、システム７２０の燃料混合物の実際の混合および均質性の最大程度を本質的に反映し、そのような方式でシステムが追加のガス燃料の送り込みに適応するか否かを確定するように、注入管７７０の下流に配置されることが好ましい。このように、図１５に示すように、不透過度計測器は、循環ループ７５０内の２つの注入管７７０の２番目の注入管の直後、かつ燃料混合物が移動する噴射ポンプ７９５直前の燃料経路７８４内に配置され、また、提供されるシステム、特にそれと電気通信するコントローラ７４５は、特に、噴射直前の燃料混合物の均質性の程度に関する情報を有する。
例示のこのような装置の斜視図である図１８をまず参照して、不透過度計測器７４６の構造および動作をより具体的に説明すると、計測器７４６は、基本的に、流体ハウジング７６０、および隣接する電子ハウジング７６５を備える。図１９の断面図に最もよく示すように、流体ハウジング７６０には、リテーニングリング７６３、または現在公知か、後に開発される他のこのような組立手段を用いて、その内部に保持される一組のプラグ７６２をその両端に備える内部穴７６１が形成される。一組のコネクタ７６４が、内部穴７６１と流体的に連絡するように、流体ハウジング７６０の壁を貫通して取り付けられており、これにより、流体ハウジングに入る、およびそこから出る流路を形成する。このように、コネクタ７６４と燃料経路とを簡単に接続するか、燃料経路内の不透過度計測器７４６を接合することにより、流体ハウジング７６０の内部穴７６１を通るための完全な燃料流路が形成されることが理解されるだろう。流体ハウジング７６０と一体的であるか、取り付けられているか、または実質的に隣接する電子ハウジング７６５は、燃料流路に配置され、その内部の少なくとも１つの光学センサを特徴付けるために、とりわけ、そこから、流体ハウジング７６０の内部穴７６１内まで延在する光ファイバ線７６７を備えた一組の光ファイバコネクタ７６６を有するように構成される。より具体的、かつ好ましくは、２つの光ファイバ線７６７各々は各プラグ７６２を通り、実質的に対称的に内部穴７６１に延在し、その各々は、燃料混合物が流体ハウジング７６０内に、かつそこから流れ出るように、互いに間隙を介するコネクタ７６４と実質的に間隔を空けて配置される。例示の実施形態では、光ファイバ線７６７の各端末側終端は、光ファイバ線の先端が正確な長さでそこから露出した状態になるように、Ｏリングスリーブ７６８により支持され、その先端は流体ハウジング７６０を通る燃料流路と互いに実質的に交差する位置に配置される。その後の使用中、燃料混合物が不透過度計測器７４６を通過すると、ここに提示、記述するように、燃料流に配置された光ファイバ線７６７は、燃料混合物の屈折レベルなどの光学的性質を動的に検出し、対応する信号を、不透過度計測器７４６と電気通信するコントローラ７４５に送信できる。この場合でも、それ故不透過度計測器７４６が生成および送信した信号に基づいて、コントローラ７４５は、次に、必要に応じて第１の変動面積式流量計７３６を優先して制御することにより、ガス燃料と共に、エンジンに最終的に供給される燃料混合物が過飽和にならないことを確実にする。不透過度計測器の例示の構造物の詳細が本発明の特徴および態様の単なる例示であり、燃料向上システム７２０、特に不透過度計測器７４６はこのように限定されず、むしろ、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、現在公知または後に開発される技術を組み込む複数の他の形状を取り得ることを当業者は理解するだろう。これに関連して、センサに応じて、流れを横切る方向（ほぼのぞき窓を通して見る）または流れに沿った方向から見て、例示の実施形態では固定長の一端または他端において軸を位置合わせできることが理解されるだろう。どちらの方法でも、（例示の実施形態に示すように、流れ軸の配置と特に垂直か、それに沿う方向において）センサは数インチの燃料混合物を潜在的に検出し得ることにより、潜在的なより多くの泡の認識、それに伴うガスの巻き込みを検出し易くなる。更に、不透過度計測器７４６の位置はヒステリシス効果にある程度寄与することが可能であり、循環ループ内またはそれ以降の計測器の位置は、これに伴い、混合点において燃料を遅延する効果を下流の最後まで有することができ、一部の状況では、混合点に比較的近いが、ガス燃料が液体内に注入される時間を有する程度には離れた位置に不透過度計測器７４６を配置することが好ましい。不透過度計測器７４６の動作におけるなおもさらなる変数は、公知のように、ディーゼル燃料が必然的に曇りがちな寒い気候下での温度である。光学センサを狂わし得るような、ディーゼル燃料を自然に曇らせる、起こり得る寒い気候または低温運転に対処するために、例えば、システム７２０に温度センサを用いるのがよく、低温運転中に光学センサ、すなわち不透過度計測器７４６を無効にするか、液体燃料内のガス燃料の過飽和を間違って認識しない、燃料の自然な曇りに対応するトリガレベルに対するオフセット値を自動で提供することが考慮される。このように、この場合でも、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、基本の不透過度計測器７４６における複数の変更が可能であることを当業者は理解するだろう。
図２０および図２１を簡単に参照すると、前述の説明および関連する図面に基づいて、それを更に拡大した本発明のさらなる代替的な例示の実施形態を示す。このようなシステムの両方とも、ここでもまた、標準的な２００９年式フォルクスワーゲン（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）自動車などの、約２５０００ｐｓｉ圧力での噴射（コモンレール）で動作するコモンレールディーゼルエンジンに関連する。このようなさらなる例示の燃料向上システムそれぞれの燃料供給部および混合部は、以下に記す多少の例外を除いて、図１の例示のシステム２０とほぼ同じである。まず図２０に関して、燃料向上システム８２０全体図が示されているが、通常、これには吸上げポンプ８３２を備えたディーゼル燃料タンク８３０と加圧水素タンク８４０が含まれ、その両方とも通常８５０と指定されている循環ループへ送り込み、ここでは、すべて連続に配置された３つの「逆流」注入管８７０と２つの直線通気注入管８８０を含む。これらの詳細については以下に記す。この場合でも、循環ループ８５０は、ここでは燃料フィルタ８９９、循環ポンプ８９３および噴射ポンプ８９５を介して、エンジンの噴射システムコモンレール８９０とインジェクタ８９１とを流体的に連絡する。より具体的には、ディーゼル燃料タンク８３０は、吸上げポンプ８３２を利用して、約５〜１０ｐｓｉでディーゼル燃料を供給し、その後、例示の実施形態では、最大約１００〜１２５ｐｓｉでディーゼル燃料を送り出す１つ以上の循環ループ供給ポンプ８３４に移動する。１つ以上の循環ループ供給ポンプ８３４は、適切な圧力および動力を引き込み、ディーゼル燃料および他のこのような軽油燃料に適応するように構成された、現在公知または後に開発されるあらゆる流体ポンプでもよいことがここでもまた理解されるだろう。ディーゼル燃料タンク８３０と循環ループ８５０との間に直列に流量センサ８４３が備えられる。更に、水素タンク８４０は流量制御弁８４４に水素を供給し、弁８４４は次に、流量センサ８４３が計測したディーゼル燃料を運ぶ燃料経路８４１に水素を供給する。流量制御弁８４４はマイクロプロセッサ制御８４５などにより制御され、制御８４５は、現在公知または後に開発される、電気制御用弁のいかなる装置、または、その他の流量制御装置でもよく、図１５、図１８および図１９の例示の実施形態に関連して前述したように、流量センサ８４３と、ここでは流量センサ８４３と共に動作する下流の不透過度計測器８４６を含むがこれらに限定されない、種々のインプットから受信したデータに作用し得る。更に、アキュムレータデバイス８８４が流量計８４３の下流の燃料経路８４１に取り付けられている。ただし、アキュムレータ８８４は、噴射前の、システム８２０のどこに配置されてもよいことが理解されるだろう。ただし、任意のこのようなアキュムレータ８８４は、循環ループ８５０もしくは前循環ループ、圧力が段階的に任意で徐々に増える以外のシステムの一部であるシステムの低圧側、または高圧噴射システムそれ自体に取り付けられることが好ましい。このように、例えば、エンジンが切られて、燃料混合物がもはや循環しない場合でも存在するあらゆる残留システム圧力は、例えば、密閉されたシステムの低圧側の方に漏れ出す傾向がある。そして、あらゆる静圧差がこの効果を有する傾向があり、特にその水素ガスが、所定の十分な時間に多くの物質を浸透および通過することができ、それ故特にゴム製シールなどがアキュムレータデバイス８８４に利用され、この場合でも、特に低圧の構成要素である他のシステムの構成要素の完全性の維持に寄与することが理解されるだろう。それ故、このようなブリードバック残留システム圧力に適応する、十分な低圧下でも十分に強固、もしくは動作するか、十分な注入容積を有するものとして、一部の注入管はその内部にアキュムレータを備え、一部のシステムはアキュムレータを全く備えないように構成されてもよく、図２０に示すなどの他の例示の実施形態では、燃料向上システム８２０全体にさらなる機能を与える低圧側アキュムレータデバイス８８４が更に備えられ得るが、これは必ずしも必要ではなく、本発明はこれに限定されないことが明らかに理解されるだろう。この場合でも、このような個々のアキュムレータデバイス８８４は、システム８２０に含まれる場合に、前述の圧力除去の利点を達成するための種々の位置に配置され得る。引き続き図２０を参照すると、この場合でも、ディーゼル燃料と水素との燃料混合物は、単なる例示の特定の燃料の組み合わせであり、燃料経路８４１から循環ループ８５０の経路８５１に移動し、その後、一連の注入管８７０，８８０に移動する。特に、例示の実施形態では、第１の注入管８７０は、図１６および図１７に示し、記述したように逆流構造であり、第２および第３の注入管８８０は、図１３に関連して示し、記述したように直線貫流注入管であり、第４および第５の注入管８７０は、この場合でも第１の逆流管として構成される。当業者は、注入管８７０，８８０のここに示す数、構造および配置は、本発明のさらなる態様の単なる例示であり、少しも限定されないことを、本明細書に示す先の記述および代替的な例示の実施形態から理解するだろう。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、注入管構造および配置の多くの他の変更が実現され得る。図１５に関連して前述したように、燃料混合物は連続する最後の注入管８７０から出ると、システム制御が、混合物の均質性を効果的に反映するリアルタイムデータに対応して動的に動作可能なように、次に、不透過度計測器８４６を通過し、それ故、この場合は水素であるガス燃料成分がある程度供給され、他の制御要素、つまり経路内の流量計８４３から提供されるディーゼル流量データによりトリガされる流量制御弁８４４を無効にするか否かに関わらずに、システム問題を引き起こす可能性がある、気体を含む液体燃料の過飽和を防止する。燃料は不透過度計測器８４６からフィルタ８９９を通って移動し、その後、エンジン要求に基づいて、第１の循環ポンプ８９３を経由して噴射ポンプ８９５に移動するか、フィルタ８９９と第１の循環ポンプ８９３との間に位置する燃料経路８５４を通り、燃料経路８５４に位置する第２の循環ポンプ８５３により循環され、さらなる処理のために、燃料経路８５１からシステムの残りの部分８２０に戻る。同様に、図２１を簡単に参照すると、図２０に類似するが、それと比較していくつかの顕著な差異がある燃料向上システム９２０全体を示す。まず、ここでは全てが「逆流」構造である５つの注入管９７０が用いられる。先の記述から、いくつかは水平に、いくつかは垂直に示す注入管９７０は、通常、方向に依存しないことが理解されるが、燃料向上システム９２０全体内の任意のこのような注入管９７０の位置は、通常、ハードウェアおよび例えば、エンジンルームまたは車両の他の箇所における空間制約に基づいて決定される。更に、この不透過度計測器９４６は、この場合でも、液体燃料に対するガス燃料の割合を調整する目的で、他のセンサ、計測器および制御デバイスと共に動作するためにコントローラ９４５と電気通信し、噴射システムの実際の下流の燃料経路９５１に配置され、この配置により、噴射ポンプ９９５が必要としない燃料混合物、およびコモンレール９９０およびインジェクタ９９１から経路９９７内の逃がし穴に供給された燃料に加えて、燃料経路９４１が供給する新規の液体ガス燃料混合物も供給される。このように、この例示の実施形態では、不透過度計測器９４６は、既にシステム全体を少なくとも１度循環した燃料混合物を含む新規の燃料混合物を反映するものとして、注入管９７０上流の燃料混合物のスナップショットを取得する。燃料混合物のこの評価は、注入管９７０から出た直後の燃料の「最良のシナリオ」評価、または燃料経路９４１に沿う混合点から出た直後の燃料の「最悪のシナリオ」評価ではなく、むしろ、一種の「真中」のデータ点として循環経路９５１内の燃料混合物の中間状態を表すものとして理解されるだろう。ここでもまた、不透過度計測器９４６の位置、それに伴う設定が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、システムごとに異なり得ることを当業者はここでもまた理解するだろう。
引き続き図２１を参照すると、このような燃料均質化向上システム９２０は、２００９年式フォルクスワーゲン（登録商標）ジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）（１６．５対１の圧縮比、１４０馬力、６速Ｔｉｐｔｒｏｎｉｃ（登録商標）自動変速装置を有するターボチャージャー付きの２．０リッタ４シリンダエンジン）に取り付けられていた。実際のテストでは、本発明の態様に従うディーゼル燃料と水素燃料との組成が搭載状態で混合され、約２００ｐｓｉで水素が供給される、改良された本発明の態様に従う燃料供給システム９２０に利用された。独立した研究所からの燃費テストデータが、参照用に本明細書に示され、組み込まれる。具体的には、ディーゼル燃料のみのジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）の標準燃費は、燃料向上システム９２０を稼動させずに、高速道路走行をシミュレートした種々の負荷条件下において約５０マイル／時間（５０ｍｐｈ）により車両が走行した場合に、３４．６マイル／ガロンの燃費であった。次いで、容量単位でディーゼル燃料が９７．８パーセント（９７．８％ｖｏｌ）、水素が２．２パーセント（２．２％ｖｏｌ）に測定された燃料組成で駆動する燃料向上システム９２０を用いたジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）により、結果生じた平均の効率的な燃費は、８７．１マイル／ガロン（８７．１ｍｐｇ）であり、すなわち、本車両の基準値（「ディーゼルのみの」運転）である３４．６マイル／ガロン（３４．６ｍｐｇ）に対して２５１．７パーセント（２５１．７％）改善することが見出された。水素を約３７５ｐｓｉで供給するさらなるテストでは、少なくとも約３０％の液体ディーゼルを顕著に燃料節約できることが更に明らかになった。更に、２００９年式フォルクスワーゲン（登録商標）ジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）は、市道および公道を５０００マイル超走行して以後も、その際に繰り返し、６０マイルごとに１ガロンのディーゼルを消費し、概算の量で６０マイルごとに０．０２ガロンの水素を消費し、この結果、６０マイルごとに０．５４ガロンのディーゼル燃料を節約した。これを換言すると、実際の走行条件下の実際の車両では、約６０パーセント（６０％）燃料効率が改善した。上述した効率向上効果を有する燃料向上システム９２０を基本的に用いて構成された同じ２００９年式フォルクスワーゲン（登録商標）ジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）に関するいくつかのエミッションテストが、独立したスモッグチェックステーションにおいて更に実施され、このテストにより、改良ジェッタと非改良ジェッタとの標準的なエミッションがほぼ同じであることが明らかになった。燃料向上システム９２０および他のメーカの排気備品を備えたジェッタ（登録商標）ＴＤＩ（登録商標）は、自動車メーカに対して新規に課せられたＥＰＡ標準をはるかに下回る４．３１ｐｐｍの炭化水素、１３．６５パーセントの酸素、および４．９９パーセントの二酸化炭素、更には約３００ｐｐｍの低範囲の窒素酸化物をその排気管から放出した。
最後に、図２２を参照して、図１４、図１５、図２０および図２１に関連して前に示し、記述したような、本発明の態様に従う種々の燃料向上システムに用いられ得る例示の毛管流出デバイス８０の概略図を示す。特に、システム６２０、７２０、８２０および９２０、それぞれを示す各図面を参照するように、このような毛管流出装置８０は、高圧ポンプ６９２，６９３（図１４）および７９３（図１５）または噴射ポンプ８９５（図２０）および９９５（図２１）それぞれと一体化され、あるいはそれらと共に用いられる。毛管流出装置８０の最大の目的は、例えば、典型的に、大抵の場合、特にギアポンプにおけるシャフトシールの結合が弱くても、このような流圧で供給または循環可能であり、定格を超える圧力で作動するポンプを用いる場合に、ポンプ、特にシールの故障を防止することである。したがって、毛管流出装置８０はポンプシャフト８９を中心に構成され、ポンプシャフト８９と略同心となるよう、ポンプ本体８８にボルトまたは別の手段で固定されたチューブ状外壁８１を有するポンプ本体８８に隣接しており、更に、シャフト８９と網係合（例えば、０．０００５インチ間隔）する、事実上その内部で摺動する青銅ブッシング８２を有する。青銅ブッシング８２は、チューブ状壁８１の内面に２〜３千の間隔（例えば、０．０１０インチ未満の間隔）を更に有し、Ｏリング８３を用いてそれらの間を密閉することにより、側面荷重が比較的ほとんどまたは全く無いように、中心にブッシング８２を配置し、および／またはポンプシャフト８９を一列に配置するようにも作用する。これにより、ポンプシャフト８９の空間的位置および回転運動に影響を与え得るポンプおよびモータの取り付けがある程度柔軟になる。青銅ブッシング８２と間隙を介して対向するように、ポンプハウジング８８内のシャフト８９に沿った位置から移動したポンプシャフトシール８４が配置され、ブッシング８２とシャフトシール８４との間の空間により、それらの間のポンプシャフト８９に沿って漏れ出したあらゆる燃料が、毛管流出経路８５を通じて収集および抜き取り可能になる。例示の実施形態では、青銅ブッシング８２および外軸シール８４両方が、チューブ状外壁８１の内面に固定されたリテーニングリング８６によりポンプシャフト８９に保持される。ポンプが約２００ｐｓｉ以上で燃料を用いて始動する場合でさえも、ポンプシャフトシール、ここでは青銅ブッシング８２の背面の圧力差は約６０〜１００ｐｓｉに低下し、任意のこのような燃料はこれにより青銅ブッシング８２から漏れ出さず、必要に応じて、ポンプが動作し続ける燃料供給装置に最終的に戻るように、このような毛管流出装置８０では、ポンプハウジング８８の外側または外部のポンプシャフト８９、およびブッシング８２が固定するシャフト８９を超えるハウジング８８外側のポンプの内部シャフトシールは支持され、更にはポンプの動作のためのフェイルセーフ装置がこのように備えられることが理解されるだろう。更に、青銅ブッシング８２のアスペクト比、またはブッシング８２から延在するポンプシャフト８９の長さは、ポンプおよびその動作に有益なように、毛管流出装置８０の流出を防ぎ、その効果を遅くすることに更に寄与することが更に理解されるだろう。本発明の精神および範囲から逸脱することのない毛管流出装置の実現に、現在公知または後に開発される複数の他の構造、材料および組立方法が用いられ得ることを当業者は理解するだろう。
結論として、本明細書に示し、記載した種々の例示の注入管構造を参照して、必要または最適な注入容積が、圧力および燃料流速（時間）を含む複数の他のファクタに応じて決定されることに留意されたい。より短時間で（または、より速い流速でそこを）流れる燃料に対してより多くの注入管を用いる場合でも、その各々が均質な多種燃料混合物を効果的に生成するため、注入容積を高くすると、直線的ではないがそれに比例して、液体燃料内で十分均質に混合または注入可能な、ガス燃料の容量単位のパーセントをより高くできる。逆に言えば、圧力および他のファクタが等しくても、注入容積全体を相対的に小さくすると、管設計、システム全体の流量、またはそれらの両方に関わらず、各注入管内の燃料を遅くするのと同じ結果を更に達成できる。また、幾何学的関係として、任意の所定の注入管の全長と直径との比率は、２対１〜３０対１までの範囲に通常は設定されるが、注入容積全体とエンジンサイズまたはその移動とを関連付けた、動作中の本発明の原理を具体化するさらなる関係性を得ることができる。特にこの場合でも、圧力、温度、流量などの他のファクタが等しい場合の一般の推論として、約３．５リッタの注入容積全体に対して排気量が１．０リッタであれば、本明細書に示し、記載した態様に従う本発明の実行に十分であることが見出された。例えば、次に、２．０リッタエンジンにおける例示の燃料均質化向上システムに用いられる注入容積全体は、２４インチ（２４”）の全長、２インチ（２”）の直径のわずかな寸法を有する５つの注入管全体の容積と等しく、合計で６リッタより少し少ないため、システム燃料フィルタおよび経路に約１リッタ追加して、約６．９リッタ（１．８ガロンまたは４２０ｉｎ3）にした。それ故、排気量に少なくとも等しい１つ以上の注入管単独の注入容積全体は、本発明の態様に従う多種燃料混合物の注入および均質化を実現するのに十分であることが見出された。つまり、本発明の１つ以上の注入管は、注入プロセスを促進し、内部構造内の燃料の相互浸透をもたらすために用いられる。この効果は、燃料内の分子空間を共有するために、気体などの無関係の物質に液体燃料をさらし、気体を液体燃料内に注入しても、任意の燃料成分内において化学または分子レベルで変化しない場合でさえも、システムの残りの部分、特に噴射システムにここでも液体として存在する混合燃料を効果的に生成することにより達成される。前述の記載から理解されるように、液体ガス多種燃料混合物は、注入プロセス中に攪拌および循環し、注入される粒径の安定を促進し、固有および個々の混合物を生成する。注入プロセスはそれ故、主に１つ以上の注入管を通じて液体燃料内の基礎ガス燃料を結合する、本発明の態様に従う燃料均質化向上システムの能力を実証し、燃料混合物内の気体透過度を変化させ、エンジンの噴射システム、最終的には燃焼室への、圧力および温度などの動作中の他のファクタに関連する液体燃料内の所望の気体の運搬、およびこのような液体ガス多種燃料混合物のさらなる運搬を選択的に改善する能力を与える。したがって、多くの中の１つの物質を均質に分散するための燃料添加剤を十分なオンボードでの環境においてその内部に有し、噴射前に準備される燃料混合物に必要な空間を生成するという点において注入管は固有である。このような注入管設計および基本原理が、本明細書に提示し、記載した例示の注入管構造物に限定されないことがここでもまた理解され、むしろ、注入容積、注入管構造および個数、他のシステムの構成要素、並びにそれらの相対的サイズの全てが、本発明の特徴および態様の単なる例示であり、限定されないことが理解されるだろう。
より一般的には、明確に記述するか否かに関わらず、本発明の種々の実施形態に用いられる燃料ポンプ、弁、燃料経路などは、現在公知か、後に開発される、任意の構造、サイズまたはスケールおよび機能を有する任意のこのような構成要素または装置でもよい。それ故、特定の相対的サイズの構成要素を図に示したが、これらは本発明の原理を示す単なる概略図であり、いかなる意味においても本発明を限定するものではない。
要約して言えば、本発明の態様に従う均質燃料システムの態様は、エンジンの噴射システム（機械式インジェクションまたはコモンレールのいずれかに関わらず）からのあらゆる要求又はエンジンの噴射システムへの供給とは別に、多種燃料混合物を継続的に循環、混合および均質性を維持するための、噴射システムの外側に存在する少なくとも１つの循環ループと、容積を膨張するための、少なくとも１つの循環ループ内部に構成された少なくとも１つの注入管とを含み、燃料混合物を注入することにより均質性を改善することであると、当業者は理解するだろう。
少なくとも１つの例示の実施形態を参照して本発明の態様を記述したが、本発明がこれに限定されないことは当業者に明白に理解されるだろう。むしろ、本発明の範囲は添付の請求項のみにより解釈され、ここでは明白に、１人以上の発明者は、請求された主題が本発明であることを理解するだろう。

Claims (8)

  1. あるエンジン排気量を有する内燃エンジンと共に用いられる燃料均質化向上システムであって、前記内燃エンジンは、噴射ポンプおよび少なくとも１つのインジェクタを備えた噴射システムを有し、前記噴射システムは、搭載状態で生成された均質な液体ガス多種燃料混合物により作動するように構成された、燃料均質化向上システムにおいて、
    前記燃料均質化向上システムは、前記噴射システムの外側に存在し且つ前記噴射システムと流体連通している少なくとも１つの循環経路を有し、前記循環経路は、前記液体ガス多種燃料混合物を継続的に循環させ且つその均質性を維持し、
    前記循環経路は、注入容積を形成し、少なくとも１つの注入管を有し、
    この少なくとも１つの注入管は、入口から前記液体ガス多種燃料混合物を受け入れ、循環している前記液体ガス多種燃料混合物を混合し且つ減速させ、それにより、ガス燃料成分によって前記液体ガス多種燃料混合物内に形成された複数の気泡を、更に小さい複数の気泡に分裂させ、その更に小さい複数の気泡は分散して液体燃料成分内に注入されて、比較的に更に均質な液体ガス多種燃料混合物を、少なくとも前記エンジン排気量に等しい注入容積で形成し、その比較的に更に均質な液体ガス多種燃料混合物が出口を通過するように構成されている、燃料均質化向上システム。
  2. 前記注入管は、各端部が第１の端壁および第２の端壁により覆われた管壁を備えており、前記第１の端壁は、少なくとも第１の通路を形成し、注入管容積は、前記管壁の少なくとも一部により横方向に境界付けられ、かつ前記第１の端壁により軸線方向に境界付けられた空間によって画定された前記注入容積の部分を含み、前記注入管容積の全長と直径との比率は、２対１（２：１）乃至３０対１（３０：１）の範囲である、請求項１に記載の燃料均質化向上システム。
  3. 前記注入管は、更に、
    前記第１の端壁に形成された、前記第１の通路に隣接する第２の通路と、
    前記第１の端壁の前記第１または第２の通路のいずれかに取り付けられており、対向する前記第２の端壁にほぼ向かって延びるのに十分な長さを有する下向き管とを備え、
    前記注入管内の前記下向き管の構成は、前記注入管容積内において動的流れ効果を引き起こす前記第１及び第２の通路の空間位置を規定し、前記液体ガス多種燃料混合物を、前記注入管容積の中において注入管容積の長さの大部分を移動するように強制的に注入管に流し、前記注入管を通る液体ガス多種燃料混合物の前記移動により、前記液体ガス多種燃料混合物内の前記複数の気泡の注入、攪拌および混合を促進する、請求項２に記載の燃料均質化向上システム。
  4. 前記注入管は、前記第２の端壁に隣接するアキュムレータ機構を更に備えており、それにより、前記注入管容積は、前記アキュムレータ機構のアキュムレータピストンにより、前記第１の端壁に対向して軸線方向に境界付けられた空間をなし、前記アキュムレータ機構は、前記注入管容積と協働して、前記燃料均質化向上システム内の圧力サージを吸収する、請求項２に記載の燃料均質化向上システム。
  5. 直列する少なくとも２つの注入管を備えており、それにより、１つの注入管から次の注入管に流れる前記液体ガス多種燃料混合物の連続的膨張および収縮が、前記液体ガス多種燃料混合物内の前記複数の気泡の注入、攪拌および混合を更に促進する、請求項２に記載の燃料均質化向上システム。
  6. 更に、前記循環経路は熱交換器を備えている、請求項１に記載の燃料均質化向上システム。
  7. 前記循環経路は、
    前記注入管を含み、流体連通している少なくとも２つのタンクから前記液体ガス多種燃料混合物の供給を受ける第１の循環ループと、
    前記第１の循環ループおよび前記内燃エンジンの噴射ポンプと流体連通している第２の循環ループと、
    前記第１の循環ループと第２の循環ループとをつなぎ、それらの間の圧力差を吸収するアキュムレータ機構とを備えている、請求項１に記載の燃料均質化向上システム。
  8. 更に、液体燃料の流れを制御可能に提供するための液体燃料システムと、ガス燃料の流れを制御可能に提供するためのガス燃料システムと、を有する請求項１に記載の燃料均質化向上システム。
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